Leakage performance evaluation of cloth seal
Örgü keçelerin sızdırmazlık performansının incelenmesi
- Tez No: 658427
- Danışmanlar: PROF. DR. MAHMUT FARUK AKŞİT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 139
Özet
Turbomakinalarda sızıdırmazlık teknolojileri basınçlı alanların korunması, sızdırmazlık ve soğutma kontrolü ve eksenel kuvvetlerin dengelenmesi ile ilişkilidir. Bu sebeple sızdırmazlık teknolojisindeki gelişmeler toplam turbomakina verimliliği, operasyonel giderler, yakıt tüketimi ve NOx emisyonu açısından oldukça önemlidir. Örgü keçeler sızdırmazlık performansını iyileştirmek ve aşınma ömrünü uzatmak amacıyla geleneksel katı dolgu keçelere yeni bir alternatif olarak kullanılmaktadır. Örgü keçeler bir veya birden fazla metalik örgü katmanı ile ince bir metal dolgudan oluşmaktadır. Çok yüksek sıcaklık ve basınç sebebiyle türbin çalışma koşullarında örgü keçenin sızdırmazlık performansının incelenmesi oldukça zordur. Fiberler arasından geçen akış oldukça kompleks bir yapıya sahiptir. Bu sebeple bu akışın modellenmesi için aşırı uğraş ve çok yüksek CPU zamanı gerekmektedir. Fiberler arasındaki akışın modellenmesi için gözenekli ortam akış modeli ve bu modelde tanımlanan akış direnç katsayıları kullanılmıştır. Bu modeldeki akış direnç katsayılarının farklı basınç yükü altında Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) analizlerinde korelasyonunun sağlanması gerekmektedir. Bu sebeple farklı basınç yükü altında ve farklı örgü yönlerinde fiberler arasındaki debi miktarının incelenmesi için bir test sistemi inşa edilmiştir. Dutch twill örgü tipindeki fiberlerin akış direnç katsayılarının farklı basınç yükleri altında belirlenmesi için Sutherland-ideal gaz yaklaşımı oluşturulmuştur. Ayrıca farklı örgü çeşitleri üzerinde gözenekliliği hesaplayan denklemler bulunmuştur. Halihazırda bulunan veriler tasarım parametreleri ile sızdırmazlık performansı arasında bir kapalı-form denklem elde edilmesi için yeterli olmamaktadır. Bu eksikliğin giderilmesi amacıyla bu çalışmada geometrik parametrelerin değişken basınç yükü altında statik keçe sızdırmazlık performansı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Parametre sayısının inceleme yapılabilecek uygun seviyeye azaltılması için çeşitli parametreler literatürdeki çalışmalar göz önünde bulundurularak sabitlenmiştir. İncelenmek için seçilen sekiz parametre tarama deney tasarımına dahil edilmiştir. Parametrelerin seviye aralıkları tipik uygulama aralıklarına göre seçilmiştir. Sızdırmazlık üzerinde önemli etkisi olan parametreler tarama deney tasarımında belirlenmiş ve bu parametreler ana deney tasarımında analiz edilmiştir. Deneyler sonucunda bir kapalı-form denklem elde edilmiştir. Parametre seviyelerine göre sızdırmazlık miktarındaki değişimler ortaya çıkarılmıştır. Tarama ve ana deney tasarımlarının gerçekleştirilmesi için ayrıca bir test düzeneği tasarlanmış ve birçok örgü keçe tasarımı üretilmiştir.
Özet (Çeviri)
Turbomachinery sealing technology is concerned with the crucial tasks of maintaining pressurized regions, leakage control, cooling control, purge flow, and axial force balance. Thus, advances in sealing technology have considerable impact on overall turbomachinery performance, decreasing operational costs, fuel consumption, and NOx emmisions. Cloth seals as a new stationary seal have been used as an alternative to thick metal shim seals to reduce leakage rate and increase wear life. The cloth seal includes one or more metallic-cloth fibers (cloth weave) and a thin metal shim. Measuring actual cloth seal leakage proves difficult with challenging turbine operating conditions. Modeling the flow through the complex weave voids among each warp and shute fiber involves a very complex flow structure, extensive effort, and high CPU time. Therefore, a bulk porous medium flow model with flow resistance coefficients is applied to the model cloth seal weave fibers. CFD analyses need leakage data depending on the pressure load to calibrate flow resistance coefficients. A test rig is built to measure leakage of cloth weave with respect to the pressure load and weave orientation in four directions. The Sutherland-ideal gas approach is utilized to determine the flow resistance coefficients for Dutch twill metallic-cloth fibers as a function of pressure load. Moreover, equations to calculate the porosity of plain and twill weave are developed and compared with available data. Literature reviews indicate that available published data about cloth seal leakage performance are not adequately detailed to derive a closed-form equation defining the relationship between seal design parameters and cloth seal leakage performance. In an effort to fill this gap, the effect of geometric parameters under varying pressure load on the cloth seal leakage performance has been investigated in this study. In order to reduce the number of parameters to a manageable size, some of the parameters are fixed and excluded from the experimental design based on the studies in the literature. The remaining eight parameters are included in the screening experiments. Their levels are determined to cover typical application ranges. Parameters, which have a major impact on leakage rate, are determined in the screening experiments, and analyzed in the main experiments. A closed-form equation is derived based on the data and presented in this study. Leakage rate trends with respect to levels of each parameter are examined. In order to conduct leakage tests of screening and main experiment designs, several cloth seal designs are manufactured, and another custom test rig has been designed.
Benzer Tezler
- Çubuk ve panel giydirme cephe sistemlerinin yaşam dönemi performanslarının öneri deneysel prosedürle belirlenmesi
Lifetime performance evaluation of stick and panel curtain wall systems with proposed test procedure by full-scale testing
ELİF TUĞBA YALAZ
Doktora
Türkçe
2018
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLTEN ASLIHAN ÜNLÜ
PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK
- Experimental analysis and performance evaluation of a cascade refrigeration system using CO2 as refrigerant
Soğutucu akışkan olarak CO2'in kullanıldığı bir kaskat soğutma sisteminin deneysel analizi ve performans değerlendirmesi
ALİ ÖZYURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BARIŞ YILMAZ
- Yeni bir temassız vidalı sızdırmazlık elemanı tasarımı ve performans karakteristiğinin tayini
Design of a new non-contact screw seal and determination of performance characteristics
VİLDAN GİRİŞTA
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. VEDAT TEMİZ
- Ahşap dış duvarların İstanbul'daki uygulamalar üzerinden incelenmesi, ısıl ve nemsel performansın benzetim ile değerlendirilmesi
Examination of wooden external walls through implementations in Istanbul, and evaluation of hygrothermal performance by simulation
BEGÜM SAMANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜLYA KUŞ
- 3um N-kuyu CMOS teknolojisi ile test kırmığı tasarımı ve tranzistor eşik gerilimi ayarı
Test chip design for 3 um N-well CMOS fabrication technology and threshold voltage adjustment
ZEYNEP D. TOROS
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. DURAN LEBLEBİCİ