Design and analysis of high speed wear test rig and wear characterization for brush seals
Yüksek hızlı aşınma test düzeneği tasarımı, analizi ve fırça keçeler için aşınma karakterizasyonu
- Tez No: 485335
- Danışmanlar: PROF. DR. ONUR TUNÇER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 91
Özet
Buhar ve gaz türbinlerinlerinde kullanılan fırça keçeler türbinin verimini arttıran önemli bir bileşendir. Son yıllarda labirent keçelerin yerine birçok uygulamada tercih edilmeye başlanmıştır. Bu tezde fırça keçelerde kullanılan kılların malzemelerini değerlendirmek için bir test sistemi geliştirilmiştir, böylece fırça keçelerin aşınma performansı belirlenmiştir. Yüksek hızlı aşınma test sisteminin final tasarımı, CAD modellemesi, analizleri ve aşınma karakterizasyonu incelenmiş ve bu tezin içeriğinde detaylandırılmıştır. Yüksek hızlı aşınma test sisteminin temel amacı, fırça keçelerde bulunan kılların aşınma performansını tahmin etmek için aşınma oranlarını ölçmektir. Malzeme açısından bakıldığında, fırça keçe malzemesinin aşınma özelliklerini değerlendirerek uzun süreli fırça keçe performansını ve ömrünü belirlemek için test yapılır. Dilim fırça keçe telini yüksek hızlı dönen rotorun dış çapına karşı gelecek şekilde, fırça keçe telleri ile karşı yüzey arasında temas oluşturarak test edilir. İki birbirine karşı dilim keçe aşınma oranlarını hesaplamak için rotorun sağ ve sol yanından belirli yük ile itilir. Böylece test sistemi fırça keçe tellerinin aşınma oranlarını ölçmeyi sağlar. Yüzey hızlarının yaklaşık 120 m/s, sıcaklıkların 25℃ ve 650℃ arasında ve uygulanan yüklerin 0.2 N ile 10 N arasında değişen test koşulları, türbin fırça keçelerinde bulunan birçok önemli parametrenin simülasyonunu sağlar. Test sistemi hem sıcak hem de soğuk hava ortamı için uygundur. Fırın, sistemi ısıtmak ve sıcak ortamda aşınma oranlarını hesaplamak için kullanılır. Testler, keçe test numunesinin dönen şafta radyal yönde belirli kuvvet uygulaması ile gerçekleştirilir ve aşınma ölçümü için uygun bir yöntem olan keçe test numunesinin kütle kaybı hassas terazi kullanılarak ölçülür. Bir başka deyişle, birim kuvvet altında kütle kaybından dolayı aşınma oranları hesaplanmaktadır. Sıcaklık, yüzey hızı ve rotor malzemesinin etkisi gibi fırça keçe aşınma özellikleri üzerindeki farklı etkiler araştırılmıştır. Ayrıca, sistemde kullanılan kritik dönen parçaların termal ve mekanik analizleri yapılmıştır böylece tasarım doğrulama başarıyla gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, temas bölgesinin artan yüzey hızı ile fırça keçe aşınma katsayısının azaldığını göstermektedir. Buna ek olarak, sıcaklık arttıkça fırça keçe aşınma katsayısı azalma eğilimi gösterir ve fırça keçe kıllarının aşınması sürtünen malzemenin türüne bağlıdır.
Özet (Çeviri)
Brush seals used in steam and gas turbines have an importance in turbine components that increase turbine efficiency. In recent years, brush seals have started to be preferred instead of labyrinth seals in many applications. In this thesis, a test rig for brush seal materials evaluation has been developed so brush seal wear performance is detemined. The final design, CAD modeling, analysis and wear characterization for high speed wear test rig have been studied and detailed within the content of this thesis. The main purpose of high speed wear test rig is to measure the wear rates in order to predict the wear performance on the seal of wires. From a material point of view, the test is performed to evaluate the wear property of the brush seal material so as to determine the long term seal performance and life. The contact between the brush seal wires and their mating counter surface is conducted by testing the small test specimen seal piece of wires against the outside diameter of high speed rotating rotor. The two counter test specimen brush seal is pushed with a specified load from the right and left side of the rotor in order to calculate the wear rates. The test rig provides the capability to measure the wear rates of the wires. The test condition of surface speeds approximately 120 m/s, temperatures between 25℃ and 650℃, and loads 0.2 to 10 N enables the simulation of many important parameters found in turbine brush seals. The test system is suitable for both hot and cold air environment. The furnace is used to heat the system for calculating the wear rates. The tests are conducted applying specified force to the rotating shaft on the radial direction of the seal test specimen and the mass loss of the seal test specimen, which is a convenient method for wear measurement, is measured by using precision balance. In other words, wear rates are calculated due to the mass loss under unit applied force. The different effects on brush seal wear characteristics have been investigated such as the effect of temperature, surface velocity and the rotor material. Moreover, thermal and mechanical analyses of the critical rotating parts which are used in system are conducted so that the design verification has been achieved. Results show that, the brush seal wear coefficient decreases with the increasing surface speeds of contact region. In addition, it tends to decrease with the increasing temperature and the brush seal bristle wear is dependent on rubbing material type.
Benzer Tezler
- Stiffness and friction characterization of brush seals
Fırça keçelerin katılık ve sürtünme karakterizasyonu
ERTUĞRUL TOLGA DURAN
Doktora
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT FARUK AKŞİT
- Numerical and experimental analysis of the performance characteristics of a new contactless screw seal design
Yeni bir temassiz sızdırmaz vida tasarım performans özelliklerinin sayısal ve deneysel analizi
SONA RAHMIAN SARIJEH
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ
- Design and construction of a parallel axes gear research test rig
Paralel eksenli dişliler için dişli araştırma test düzeneği tasarımı ve imalatı
ÖMER UÇTU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiKonstrüksiyon ve İmalat Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAT YILDIRIM
- Mini-disk keskili bomlu kazı makinelerinin stabilite analizi
Stability analysis of a mini-disc equipped boom type tunneling machine
CEMALETTİN ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖMÜR ACAROĞLU ERGÜN
- Makinalarda sıvı halkalı dengeleme sistemleri: Modelleme ve analiz
Liquid ring balancing systems in rotating machinery: Modelling and analysis
SERGÜL ŞANVERDİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YÜCE ŞANLITÜRK