‘Makine’ Kategorisi için Arşiv

Teknolojik Ve Endüstriyel

Salı, 06 Kasım 2007

1.GİRİŞ

Teknolojik ve endüstriyel gelişmelerin sonucunda enerji ihtiyacı artarak, dünya fosil yakıt (kömür,petrol ve doğal gaz) rezervlerini her geçen gün azaltmaktadır. Fosil yakıt rezervleri bazı ülke toprakları altında bulunmakta, aralarında Türkiye’nin de bulunduğu bazı ülkeler dış alımla temin ettikleri enerji için büyük harcamalarda bulunmaktadır. Böylece, enerji rezervine sahip ülkelere, sahip olmayanlar bağımlı kalarak,enerji rezervleri siyasi baskı ve yatırım unsuru olarak kullanılmaktadır.

Yapılan araştırmalara göre 1-2 asırlık ömrü kalan fosil yakıtlar dinamik süreçte enerji isteminin artması ile,tüm dünyada alışılagelmiş enerji kaynaklarının geliştirilmesinin nedenidir. Bu grupta nükleer olmayan alternatif kaynaklar yer almakta olup bunlar güneş enerjisi,rüzgar enerjisi,jeotermal enerji,deniz enerjisi ve biomas enerjisidir. 1990’dan sonraki gelişmelerle bu grup içerisinden atılımla öne geçen kaynak rüzgar enerjisi olmuştur. Rüzgar kurulu gücü hızla artmakta,rüzgardan elde edilen elektrik enerjisi öteki kaynaklardan elde edilen de rekabet edebilmektedir. Ayrıca güneş enerjisinin %1-2’lik kısmı rüzgar enerjisine dönüşmekte ve oluşan bu rüzgar enerjisi günlük miktarının %1’ide mevcut dünya enerji tüketimine eşit bulunmaktadır. (Ültanır,1996: 60)

Enerjiye olan büyük ihtiyaç ve enerji maliyeti yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarının sürekli gündemde olmasının nedeninidir. Alternatif kaynaklar diye de adlandırılan bu enerji kaynaklarından birisi de rüzgar enerjisidir. Rüzgar enerjisinin kaynağı güneştir. Rüzgar denilen hava akımları,güneşin yer yüzünü ve atmosferi homojen ısıtmamasından kaynaklanan basınç ve sıcaklık farklarından doğmaktadır.

Rüzgar yüzyıllarca teknelerin yelkenlerini şişirmek, tarımsal ürünleri öğütmek ve su pompalamak gibi amaçlarla kullanılmıştır. Ancak bugün insanoğlu rüzgar enerjisinden elektrik üretmektedir. İnsanlık, yel değirmenlerinden, modern rüzgar santrallerine uzanan teknolojik bir süreç yaşamıştır. Yıllar önce kullanılan yel değirmenlerinde, rüzgar estikçe dönen pek çok kanat bulunmaktaydı, bugünün rüzgar türbinlerinde ise yalnızca iki veya üç kanat bulunmaktadır. Bu kanatlar, yel değirmenlerinde görüldüğünden çok daha uzun 25 m.’ye kadar olabilmektedir.

Kanatlar, buhar türbinlerine çok benzer olarak, elektriği üreten jeneratörü çalıştırır. Kanatların daha uzun olması ve rüzgar şiddetinin artması türbinin elektrik üretimini artırır. Rüzgar türbinleri çevredeki engellerin rüzgarı kesemeyeceği yükseklikte bir kule üzerine yerleştirilirler. Zira rüzgar hızı hem yükseklikle artmakta, hem de daha az değişken olmaktadır.

Daha çok elektrik üretmek için türbinlerin rüzgar hızının sabit olduğu alanlarda kurulması uygundur ve bu nedenle de dünyada pek çok yer elverişli değildir. Rüzgar şiddeti 7 sınıfa ayrılmaktadır. Bunlardan 7. Sınıfdaki rüzgarla son derece kuvvetli, 2. sınıfdakiler ise bir esinti şeklindedir. Elektrik üreten türbinler için ise 4.sınfdaki rüzgarların (ki bu yıllık ortalama rüzgar şiddetinin 19.2 km/saat olduğu) uygun olduğu kabul edilmektedir.

1880-1940 yılları arasında Amerika’da,çok sayıda küçük rüzgar türbinlerinin var olduğu bilinmektedir. Aynı dönende Rusya’da,100 kW’lık bir rüzgar türbin ünitesi üzerinde çalışmalar yapmaktaydı. İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra,rüzgar türbinlerine duyulan ihtiyaç yeniden artmıştır,ancak hızlı bir gelişme görülmemiştir. Benzin ve dizel motorların yaygınlaşması ve elektrifikasyonda sağlanan aşamalar,rüzgar enerjisini geri plana itmiştir. Ucuz petrol döneminde güncellik kazanmayan 1973-1974 yılları arasındaki yapay petrol bunalımının ardından rüzgar enerjisi yeniden gündeme gelmiş ve alternatif enerji kaynağı olarak önem kazanmıştır.

Rüzgar enerjisi üretiminde, 1600 megawattan daha fazla bir kapasiteye sahip Amerika, dünyada lider durumundadır. Ancak Batı Avrupa’da bu farkı çok hızlı bir şekilde kapatmaktadır. Amerika her yıl 3 milyon kw/saat elektrik üretmektedir ki bu yaklaşık 1 milyon kişinin senelik ihtiyacına cevap vermektedir. Bu miktarın %90′ından daha fazlası üç büyük rüzgar çiftliğinde üretilmektedir. (Ültanır,1996: 62)

Ülkemizde 6.5 milyar kw\saat enerji açığı vardır. Bu enerji tipiyle ülkemizin enerji açığının yüzde 25’inin karşılana bilmesi mümkün görülüyor. Uydular aracılığı ile yapılan araştırmalar sonucu ülkemizin 8200 megawatt gücünde bir rüzgar enerjisine sahip olduğu belirlenmiştir.

Tüm ülkenin enerji ihtiyacı 22000 megawatt… Rüzgardan elde edilecek enerji,bu durunda hiç de küçümsenmeyecek gibi görünüyor. Ülkemizin ilk rüzgar çiftliği Çeşme Germencikte faaliyete geçmiştir. (Şapçı,1998: 27)

Bu çalışmada,hızla çoğalan dünya nüfusuna paralel artmakta olan elektrik enerjisi ihtiyacının bir bölümünü de rüzgardan karşılayabilmek için dünyada ve Türkiye’de uygulanan rüzgar enerji projeleri araştırılmıştır. Çok büyük bir hızda tüketilen,tahrip edilen doğal kaynaklar tabi güzellikler ve beraberinde artan enerji açığı ele alınarak çevreyi kirletmeyen,diğer elektrik üretim metotları ile (nükleer, termal,hidroelektrik vb.) rekabet edebilecek “rüzgar”incelenmiştir. Bu potansiyel göz önüne alınarak rüzgar türbinlerinin yapım teknikleri incelenmiştir.

2. RÜZGAR ENERJİSİ

2.1. Rüzgar Enerjisinin İlk Uygulamaları

Rüzgar enerjisinden yararlanmak fikri oldukça eskiye dayanmaktadır. Tekne ve Gemilerin harekete edebilmesi için kullanımından ayrı olarak rüzgar enerjisi insan oğlunun kullandığı en eski enerji kaynaklarından biridir. Örneğin;Perslerin günümüzden yaklaşık 2000 yıl kadar önce buğday değirmenlerini çalıştırabilmek için düşey eksenli rüzgar türbinine benzer bir sistem kullandıkları bilinmektedir. O Yıllarda Çin’de de basit yel değirmenlerinden su pompalamak için yararlanılmaktaydı. 640 yılında ilk defa Türkler tarafından yapılan yel değirmenleri,haçlı seferleriyle Avrupa’ya geçmiştir. Daha sonra Hollanda’da Rotor çapı 15-30 m, gücü 1-10 Hp olan Dutch tipi türbinler geliştirilmiştir. Değişik amaçlar için kullanılan bu türbinler oldukça başarılı olmuş ve Avrupa’nın her tarafına yaygınlaşmıştır. (EİEİ,1992: 5)

Aynı dönemlerde Amerika’da da bir kaç sistemin bulunduğu bilinmektedir. Amerikan tipi bu türbinlerde kanat malzemesi olarak başlangıçta ağaç kullanılmıştır. 1888 yılında çeliğe dönülmüştür. Bu gelişmenin benimsenmesi ile çelik malzemeli kanatlara ağırlık verilmiştir. Aynı dönemde Rusya’da 100 KW’lık bir rüzgar türbini ünitesi üzerinde çalışmalar yapılmaktaydı. 1950’lı yıllarda benzin ve dizel motorlarının yaygınlaşması ve elektrifikasyonda sağlanan aşamalar rüzgar sistemine olan ilgiyi azaltmıştır. Rüzgar enerjisi 1973-1974 yılları arasındaki enerji krizi sonucunda yeniden alternatif enerji kaynağı olarak önem kazanmıştır. Yeni sistemler geliştirilmiş bir çok yeni üretici pazara katılmıştır.

2.2. Rüzgar Enerjisinin Özellikleri

Rüzgar enerjisinin kaynağı Güneştir. Güneşin,yer yüzeyine ve Atmosferi farklı derecede ısıtmasından “Rüzgar” adı verilen hava akımı oluşur. Dünya yüzeyine ulaşan güneş enerjisinin yalnızca %1-2’si rüzgar enerjisine dönüşür. Bu enerji miktarı oldukça büyüktür. Yılda yaklaşık 30 milyon Twh (yani 1075’deki dünya enerji tüketiminin 500 katına eşit bir değer) dir.

Rüzgar enerjisinin özellikleri genel olarak şunlardır.

• Atmosferde bol ve serbest olarak bulunur.

• Yenilenebilir ve temiz bir enerji kaynağıdır.

• Enerji hızının küpü ile orantılıdır.

• Yoğunluğu düşüktür.

• Enerjinin depolanması,başka bir enerjiye çevrilmesi ile mümkündür.

• Çevre kirliliği yaratmaz. (EİEİ,1992: 7)

2.3. Rüzgar Enerjisi Meteorolojisi

2.3.1. Rüzgar Verileri

Rüzgar,hız ve yön olmak üzere başlıca iki parametre ile belirlenir. Hızdaki ani dalgalanma ve değişikliklere “Hamle” adı verilir. Rüzgar hamlesi ve diğer parametreler özel cihazlarla ölçülür.

2.3.2. Rüzgar Belirtileri

Rüzgar oluşumuna yeryüzündeki farklı sıcaklık dağılımı neden olur. Enlem,kara,deniz,yükseklik ve mevsimler sıcaklık dağılımını etkiler. Okyanus ve deniz kıyısına sahip kara parçalarında sıcaklık farkı yüksek olduğu için rüzgar potansiyeli de yüksektir.

Meteorolojik ve Topografik açıdan rüzgarın olabileceği yerler aşağıda sıralanmıştır.

1. Basınç Gradyanının yüksek olduğu yöreler.

2. Yağışların sürekli esen rüzgara paralel olduğu vadiler.

3. yüksek,engebesiz tepe ve platolar.

4. Yüksek basınç gradyanlı düzlükler ve sürekli rüzgar olan az eğimli vadiler.

5. Güçlü jeostrofik rüzgar alanlarının etkisinde kalan tepe ve zirveler.

6. Jeostrofik rüzgar ve termal gradyan alanına sahip kıyı şeritleri.

2.4. Rüzgar Enerjisi Uygulamaları

Rüzgar makineleri,rüzgarı kinetik enerjisini toparlayıp elektrik,mekanik veya ısı enerjiye çeviren sistemlerdir. Rüzgar enerjisi uygulamalarını etkileyen en önemli faktörler şunlardır.

A. Uygulama Ortamının Özellikleri

a. Rüzgar Enerjisinden yararlanması öngörülen birimin büyüklüğü (Konut,Çiftlik,Köy,Enterkonnekte şebeke)

b. Mevcut enerji kaynaklarının ulaşabilirliği (Enterkonnekte şebekenin uzaklığı,konvansiyonel yakıtların temin olanakları ve maliyeti)

c. Uygulamanın yapılacağı yörenin rüzgar özellikleri.

d. Uygulamada yararlanılması öngörülen tüketicilerin şimdiki ve geleceğe ilişkin enerji gereksinimlerinin tür ve miktarı.

e. Rüzgarı ikame edebilecek veya rüzgarla birlikte kullanımı mümkün diğer yeni ve yenilenebilir enerji kaynaklarının durumu.

B. Uygulamada rüzgar enerjisi çevrim sistemini kullanımına ilişkin kısıtlar.

a. Ulusal enerji politikalarının yenilenebilir enerji kaynakları kullanımına ve ilgi araştırma geliştirme çalışmalarına verdiği önem.

b. Rüzgar enerjisi çevrim sistemlerinin teknolojik gelişkinlik düzeyi.

c. İlgili uygulamanın gerektirdiği teknik bilgi birikimi ve personel mevcudiyeti.

d. uygulamanın maliyeti ve kaynak temini.

Rüzgardan elde edilen enerji üretildiği yerde tüketilmek veya enterkonnekte şebekeye verilmek zorundadır. Rüzgar enerjisi çevrim sistemlerinin enerji üretimleri rüzgar özelliklerine doğrudan bağlıdır. Bu nedenle rüzgar türbinleri sadece rüzgarlı yerlere yerleştirilebilir. Çizelge 1.’de rüzgarlı bölgelerde rüzgar enerjisi üretim seçenekleri özetlenmiştir. (Yavuzcan,1996: 8)

Sanayi ve tarım ürünleri üretimi

m Mekanik

Üretim

Elektrik

Elektrik

a . ) Küçük veya orta büyüklükte rüzgar türbinleri tarafından üretilen enerjinin yerel tabep fazlası enterkonnekte şebekeye verilir.

Tarım Ürünleri Üretimi

Türbin Temini

Elektrik mekanik

Isıl Enerji üretimi

b . ) Ufak rüzgar türbinleri veya rüzgar dizel jeneretör sistemleri tarafından üretilen enerji yerel olarak tüketilir.

c. ) Rüzgar çiftlikleri veya büyük rüzgar türbinleri tarafından üretilen enerji enterkonnekte şebekeye verilir.

Türbin temini

Çizelge 1: Rüzgarlı bölgeler ve ülke ekonomisi arasında enerji ve ürün akış seçenekleri.

Tüketicilerin gereksindiği enerji tür (elektrik ,mekanik,ısıl) ve miktarı ile yörenin rüzgar özellikleri kullanılacak rüzgar enerjisi tipi (tasarım hız ve gücü) ve sayısını belirleyecektir. Bu kapsamda enerjinin mümkün olan en yüksek verim ile eldesi bu enerjinin kullanılabileceği alanların en yaygın bir biçimde tespiti önem kazanmaktadır.

2.5. Rüzgar Enerjisi potansiyeli

Rüzgarın oluşumu sonucunda sahip olduğu potansiyele “Rüzgar Enerjisi Doğal Potansiyeli” denir. Bunun bilinen fiziksel kanunlar ve eldeki teknolojik imkanlar sayesinde enerjiye çevrilebilen miktarına “Rüzgar Enerjisi Teknik Potansiyeli” adı verilir. Bu potansiyelin diğer enerji kaynaklarına göre ekonomik olarak kullanılabilen kısmına ise “Rüzgar Enerjisi Ekonomik Potansiyeli” denir. Rüzgar enerjisinden elektrik veya mekanik enerjiyi üretimi gündeme geldiğinde ilk araştırma konusu rüzgardaki enerji üretim potansiyelinin belirlenmesidir. Potansiyel belirleme işlemi iki farklı yöntemle yapılabilmektedir.

a. Rüzgar enerjisi santralı kurulması düşünülen konumda rüzgar hızı,yönü,ve kayıtlarının yapılması.

b. Rüzgar enerjisi santralı kurulması düşünülen konuma coğrafi olarak en yakın meteoroloji istasyonunda ölçülüp kaydedilen verilerin hatalardan arındırılarak seçimi yapılmış konuma taşınması.

Birinci yöntem ikinci yönteme göre daha hassas ve garantili bir yöntem olmakla birlikte ölçüm süresinin bir yıldan az olmaması ve her konum için bu işlemin yapılmasının zaman,maddi yönlerden mümkün olmaması,ikinci yöntemin uygulanabilirliğini arttırabilmektedir. Bu yöntem temel olarak bir bilgisayar programından oluşmaktadır. Program,ölçümün yıllardır sürdürüldüğü konumdaki (Meteoroloji istasyonu) rüzgar değerlerini o yörenin yeryüzü şekillerinden rüzgar profilinin etkilenmediği bir yüksekliğe taşıyarak,rüzgar santralı kurulması düşünülen konuma ulaştırmakta,bu noktadaki yeryüzü şekillerinin rüzgar profiline etkilerini değerlendirmek suretiyle de santralın enerji üretim miktarını öngörebilmektedir.

2.5.1. Dünya Rüzgar Enerjisi Potansiyeli

Dünyanın rüzgar enerjisi potansiyelini tahmin etmek ve belirlemek zordur. Fakat bilimsel çalışmalar,rüzgar enerjisi potansiyelinin % 10’unun kullanılmasıyla dünyanın elektrik enerjisi ihtiyacının tamamının karşılanabileceğini göstermiştir. Dünyanın bir yıllık ortalama rüzgar enerjisi potansiyeli 42 Q olarak tahmin edilmektedir. (1 Q = 1021 Joule= 27.7.1012 kilowat saat). Bu rakam güneş enerjisinin rüzgara dönüşen bölümünün yaklaşık bir günlük miktarını atmosferde kinetik enerji olarak depolandığını göstermektedir. Ancak bu potansiyelin en çok % 5 ‘inden yararlanılabilecek 25 Q ‘a eşdeğer enerji kullanılmış olacaktır. Rüzgar enerjisi bakımından denizler,karasal alanlara göre daha büyük zenginlik göstermektedir. 1990-1995 Yılları arasında Avrupa Birliği kapsamında, kıyıdan uzaklığa ve su derinliğine bağlı olarak deniz üstü rüzgar türbini kurulma olasılığına göre potansiyel belirleme çalışması yapılmıştır. Kıyıdan 10 km açıklıkta ve 10 m derinlikteki alanların potansiyeli 700 Twh/yıl iken, kıyıda uzaklığı 30 km ve su derinliği 40 m olan yerde 3500 Twh/yıl düzeyine çıkmaktadır. Oysa Avrupa Birliğinin elektrik tüketimi 1727 Twh/yıl kadardır. (Uyar,1985: )

ÜLKE ÖNGÖRÜLEN POTANSİYEL HEDEF (Kurul Kapasitesi)

ÇİN 1600 GW 2000 Yılı 200 MW

DANİMARKA 1993 Yılı 200 MW

2000 Yılı 1000 MW

2010 Yılı 2000 MW

FİNLANDİYA 11-16 Twh/Yıl 2000 Yılı 20-35 MW

2010 Yılı 800 MW

ALMANYA 2.7 GW (Ekonomik Potansiyel) 1995 Yılı 250 MW

YUNANİSTAN 6.4 Twh 2000 Yılı 150 MW

HİNDİSTAN 20 GW 2000 Yılı 5000 MW

İTALYA 2000 Yılı 3000 MW

ÜRDÜN 2010 Yılı 50 MW

HOLLANDA 1991 Yılı 150 MW

2000 Yılı 1000 MW

2010 Yılı 2000 MW

NORVEÇ 14 Twh/Yıl

İSPANYA 1993 Yılı 100 MW

İSVEÇ 30 Twh / Yıl 1996 Yılı 100 MW

İNGİLTERE 45 Twh / Yıl Karada

230 Twh / Yıl Deniz üstünde

ABD 2500 GW 1993 Yılı 1500 MW

2000 Yılı 4000-8000 MW

B.D.T 2000 Twh /Yıl

Çizelge 2: 1990-2020 Yılları arasında Dünya rüzgar enerjisi potansiyeli ve güç üretim hedefleri.

Şekil 1: Dünya rüzgar enerjisi üretimi kapasitesi 1980-1993.

Şekil 2: Rüzgar Enerjisi dağılımı.

2.5.2. Türkiye Rüzgar Enerjisi Potansiyeli

Türkiye’nin rüzgar enerjisi potansiyeli kesin olarak bilinmemektedir Ancak rüzgar enerjisi bakımından zengin yöreleri olan bir ülkedir. Topografik ve mikroklimatolojik koşullar nedeniyle yıllık ortalama rüzgar hızı düşük yöreler içerisinde bile rüzgar enerjisince zengin olanlara rastlanabilmektedir.

Rüzgar enerjisi formülleri,Türkiye’nin rüzgar ölçümleri ve arazi durumuna uygulandığında;400 milyar KWh üzerinde doğal potansiyel ve 120 milyar KWh ile bu günkü elektrik üretiminin yaklaşık 1.2 katı teknik potansiyelden söz edilmektedir ve uygun bölgeler için 14 milyar KWh üzerinde net ekonomik potansiyelin varlığı hesaplanmaktadır.

Ayrıca ülkemizin payına düşen güneş enerjisi miktarını 2.2.1014 W olduğu sanılmaktadır. Çizelge 2’de rüzgarlı bölgeler rüzgar gücü yoğunluğu (W/m2) ve ortalama rüzgar hızı (m/s) dikkate alınarak 7 sınıfa ayrılmıştır. Bu çizelgede sınıf numarası büyüdükçe rüzgar potansiyeli de artmaktadır.

Rüzgar gücünden teknik olarak yaralanabilmek için de konu 4 ya da daha yüksek bir sınıfa tabi olması gerekir. Çizelge 4’de belirtilen sınıflandırmaya göre İç Anadolu bölgesi rüzgarsız,kıyı bölgelerimiz 3,kıyı ile iç bölgeler arasındaki kuşağın 4,yer yer bazı bölgelerin 5 nolu sınıfa girdiği görülmektedir.

DMI istasyonlarının gözlemlerine göre Türkiye’nin yıllık ortalama rüzgar hızının 10 metre yükseklikte 2,54 m/s ve rüzgar gücünün 24 W/m2 olduğu belirlenmiştir. Türkiye’nin rüzgar enerjisi potansiyeli bazında incelendiğinde Marmara ve Güneydoğu Anadolu bölgesinin rüzgar yoğunluğu açısından diğer bölgelere göre daha zengin olduğu görülmektedir. (Çizelge 4). (Yavuzcan,1996:12)

10 m (33 ft)

Rüzgar Gücü Sınıfı Rüzgar Gücü yoğunluğu

(W/m2) Ortalama Rüzgar hızı

(m/s)

1

2

3

4

5

6

7

0

100

150

200

250

300

400

1000 0

4.4

5.1

5.6

6.0

6.4

7.0

9.4

Çizelge 3: Rüzgar gücü sınıflandırılması.

Bölge adı Ortalama Rüzgar Gücü Yoğunluğu (w/m2) Ortalama Rüzgar Hızı (M/sn)

AKDENİZ

İÇ ANADOLU

EGE

KARADENİZ

DOĞU ANADOLU

GÜNEYDOĞU

MARMARA 21.36

20.14

23.47

21.31

13.39

29.33

51.91 2.45

2.46

2.65

2.38

2.12

2.69

3.29

Çizelge 4: Türkiye’de Rüzgar Dağılımı. (EİEİ,1992

DMİ tarafından 1993 yılında başlatılan Türkiye rüzgar atlası çalışmasında 43 meteoroloji istasyonunun verileri bilgisayar paket programı (WAPS) ile değerlendirilmiştir. Halen topografik verilerle genişletilerek devam eden bu çalışmanın ön bulgularına göre 10 m yükseklikte 50W/m2’yi 50 m yükseklikte 100 W/m2’yi ve 100 m yükseklikte de 200W/m2’yi geçen yörelerimiz Antakya,Bandırma,Bergama,Bodrum,Bozcaada,Çanakkale , Çorlu,Gökçeada İnebolu,Mardin ve Sinop olarak görülmektedir. Söz konusu yörelerde 50 m yükseklikte rüzgar enerjisi potansiyeli 1000 KWh/m2 yıl düzeyinin üzerinde bulunmakta Antakya’da 2000 KWh/m2 yıl,Mardin’de 3000 KWh/m2 yıl,Bandırma’da 4100 KWh/m2yıl,ve Bozcaada’da da 5900 KWh/m2 yıl olmaktadır.

Ayrıca Türkiye’de rüzgar santrallerinin kurulmasına yönelik bir fizibilite çalışması 1996 yılında Avrupa yatırım bankası desteği ile başlatmıştır. Avrupa rüzgar enerjisi birliğinin rüzgar haritaları Ege Denizinin bu enerji açısından zengin olduğunu göstermektedir. Eski Sovyetler Birliği ve Bulgaristan tarafından ortaklaşa yapılan bir çalışma Karadeniz’de rüzgar enerjisi varlığının önemli olduğu ortaya koymaktadır.

3. RÜZGAR TÜRBİNİ YAPIM TEKNİKLERİ

3.1. Türbinlerin Tarihsel Gelişimi

Rüzgara karşı konan engelin hareket yeteneği rüzgar enerjisini mekanik enerjiye çevirir. Bu mantıktan hareketle,bir mil etrafında dönebilecek olan tanburun veya pervanenin rüzgar etkisi ile dönmesi mümkün olabilecektir. Bu düşünce ilk defa yel değirmenleri ile anlaşılmıştır. Yelkenli gemiler de rüzgar enerjisini mekanik enerjiye çeviren sistemlerdir. Günümüzde bu mantık,rüzgarın dönel bir türbin ile frenlenerek,mekanik enerjiye dönüştürülmesi teknolojisi ortaya çıkmıştır. Bu teknolojiye rüzgar türbini adı verilmektedir. (John ve nicholas,1997: 45)

Rüzgar türbinleri, bir rotor, bir güç şaftı ve rüzgarın kinetik enerjisini elektrik enerjisine çevirecek bir jeneratör kullanırlar. Rüzgar rotordan geçerken, aerodinamik bir kaldırma gücü oluşturur ve rotoru döndürür. Bu dönel hareket jeneratörü hareket ettirir ve elektrik üretir. Türbinlerde ayrıca, dönme oranını ayarlayacak ve kanatların hareketini durduracak bir rotor kontrolü bulunur. Rüzgar şiddeti yükseklikle arttığı için rüzgar türbinleri kule tepelerine yerleştirilir

Günümüzde kullanılan fosil yakıtların bulunmadığı veya bilinmediği zamanlarda insanlar su ve rüzgar kuvvetlerinden yararlanarak mekanik iş yapmaya başlamışlardır. Tarih süreci içinde rüzgar gücünden istifade etmek önceleri düşey milli yel değirmenleri daha sonra da kuzey Avrupa’da ilk uygulamalarına rastlanılan yatay milli yel değirmenlerinin kullanılması ile başlamıştır. Yel değirmenlerinin bu gelişme serüveni,yüzlerce yıl sadece tarımsal sulama ve hububat öğütme aşamalarını aşmamıştır. Ancak insanoğlunun,akışkanın kinetik enerjisini,tork enerjisine dönüştürme bilgisi,yel değirmenleri ile keşfedilmiştir.(Uyar,1985

Türkiye’de son yıllarda gittikçe artan enerji darboğazı, üretimin sabit kalması ya da çok az artması tüketimin ise çok büyük bir hızla artması karşısında, gelecekte de büyüyecek bir sorun olarak karşımızda duruyor. Bu durum karşısında ülkemizin doğal kaynaklarından yararlanarak alternatif enerji sistemlerinin uygulanması, soruna genel ve kesin olmayan, ancak gelecek için umut verici bir çözüm olması nedeniyle gün geçtikçe artan bir önem kazanıyor. Bu enerji kaynaklarından rüzgar, ülkemizde de çok iyi değerlere sahip olması, sınırsız, temiz, çevreyi kirletmeyen bir enerji kaynağı olması dolayısıyla öne çıkıyor.

Rüzgar enerjisi kullanımının dünyadaki örneklerine baktığımızda iki kısımda incelenmesi gerektiğini görüyoruz. Küçük türbinler olarak adlandıra bileceğimiz, kişisel kullanıma yönelik sistemler, ve büyük türbinler adını alan endüstriyel kullanıma yönelik sistemler.

Büyük türbinler, rüzgar çiftliği olarak adlandırılan diziler halinde kurulur. Bir rüzgar çiftliğinin toplam gücü 1-150 MW arasındadır. Tek bir türbinin gücü 50kW’tan 2MW’a kadar olabilir. Ancak günümüzde ekonomik şartlar açısından 500kW’tan küçük türbinler pek fazla kullanılmamaktadır.

Büyük türbinler yatırım amaçlı olarak kurulurlar. Üretilen enerji şebekeye verilir. Bu yüzden yatırımdan önce yapılması gerekli olan bazı çalışmalar vardır. Öncelikle bölgenin rüzgar açısından durumunun belirlenmesi gerekir. Yapılan ayrıntılı ve en az bir yıl sürecek teknik rüzgar ölçümleriyle, rüzgar hızı ortalamaları, günlük, mevsimlik ve yıllık dağılımlar ile yaklaşık rüzgar enerjisi değerleri belirlenir. Bunun ardından yapılacak olan fizibilite çalışmaları sonucunda, kurulacak olan santralın büyüklüğü, türbinlerin yerleri ve güçleri, üretilecek enerjinin maliyeti gibi sonuçlara ulaşılır. Bu çalışmalarda, bölgesel elektrik kurumlarıyla ve devletle yapılacak olan anlaşmalar, alınacak özel izinler, çevre halkının yaklaşımı, bölgedeki konvansiyonel elektriğin maliyeti, yıllık harcama miktarı, arazinin fiziksel yapısı, finansman ve kredi politikası gibi parametreler önemli rol oynar.

Büyük türbinlerden elde edilen elektriğin maliyeti yukarıda da sayılan birçok parametreye bağlıdır. İyi rüzgar sahalarında ortalama şartlarda, rüzgardan elde edilen elektrik enerjisinin maliyeti 5cent/kWsaat değerine kadar düşmektedir. Termik, hidroelektrik vs. konvansiyonel kaynaklardan elde edilen elektrik enerjisinin maliyetinin bu değerden yüksek olması ve yıllık harcamanın 100 000kWsaat’i aşması durumunda rüzgar enerjisi üretimi ekonomik bir çözüm olarak düşünülebilir. Ancak bunun için bölgedeki rüzgar potansiyelinin uygun olması gerekir. Büyük türbinlerin üretime başlaması için gereken rüzgar hızlarını bir yaklaşım olarak değerlendirirsek, bölgedeki ortalama rüzgar hızının 5-7m/s (18-25km/saat) civarında olması gerektiğini söyleyebiliriz. Tabi ki bu kesin bir sonuç değildir. Yatırımın ekonomik olup olmadığının belirlenmesi için tüm yıla yayılan bir dağılımın çıkarılması şarttır.

Büyük türbinlerden oluşan rüzgar çiftliklerinin yatırım maliyeti kabaca bir yaklaşımla 1000 $/kW’dir. Yıllık bakim masrafı ise yatırımın %1-1,5’i olarak gerçekleşir. Bu şartlar altında kurulacak türbinlerden elde edilen elektrik enerjisi, şebekeye; maliyeti düşük, çevreyi kirletmeyen, güvenli ve yenilenebilir bir kaynaktan üretilmiş olarak verilir.

Küçük Türbinler, genellikle şebekenin olmadığı ya da ulaştırmanın ekonomik olmadığı , ya da sorunlu olduğu yerlerde uygulanır. şehir dışı yerleşimler, çiftlik evleri, telekomünikasyon aktarıcıları, radyo ve orman kuleleri, askeri tesisler, demiryolu sinyalizasyonu, balık çiftlikleri, seralar, maden ocakları, deniz vasıtaları ve bazı fabrikalarda küçük türbinler oldukça uygun kullanım alanları bulmaktadır. Üretilen enerjinin depolanmasıyla güvenilir enerji sağlanır. Küçük türbinlerin güç değerleri, 0,05-20kW arasındadır. En fazla 4 adet hareketli parçadan oluşan bu tip türbinler bakımsız, ya da çok az bakımlı olarak dizayn edilmişlerdir. İşletme giderleri neredeyse yoktur. Her türlü çevre şartlarına dayanabilecek şekilde dizayn edilirler. Otomatik kontrol mekanizmaları, sistemi aşırı şarjdan koruyan kontrol sistemleri vardır ve ayrıca çok yüksek rüzgar hızlarında otomatik korunmalı dizayn edilmişlerdir.

şebekeye elektrik enerjisinin verildiği büyük türbinlerin aksine, küçük türbinlerde bu sistem uygulanamaz. Akü şarjı esasına göre çalışan küçük türbinlerle, üretilen enerji, ihtiyaca göre seçilen akü bankasına şarj edilerek kullanılır. Güçleri 50W ile 20kW arasındadır. Bu güç değerleri, türbinin maksimum hızda dönmesi durumundaki gücü gösterir. Daha düşük hızlarda ise türbin elektrik üretmeyi daha düşük bir güçte sürdürür. Akü bankasının yeterli seviyede seçilmesi durumunda depolanmış enerji ihtiyaç duyulan güçte aküden çekilebilir.

Rüzgar türbini jeneratörünün çıkışına bağlanan elektronik şarj kontrol ünitesi ile AC çıkısı, DC’ye çevrilerek aküler şarj edilir. 500W’dan küçük türbinlerde bu ünite türbinin içine monte edilmiş olarak bulunur. Elektronik şarj kontrol ünitesi aküleri aşırı şarjdan korur. Bunun için akülerin tam dolu olması durumunda rüzgar hala esmeye ve türbini döndürmeye devam ediyorsa, türbinden gelen fazla enerji yük direncine aktarılır. Bu direnç hava ısıtan bir dirençtir. İsteğe bağlı olarak aynı değerlerde su ısıtan dirençler de kullanılabilir.

Gerekli olan akü bankası sistemin kurulduğu yerin şartlarına bağlıdır. Akülerin uzun ömürlü olmaları için şarj akımı, akü kapasitesinin %10’undan fazla olmamalıdır. Örneğin 600Ah bir akü bankası 60A’in üzerinde bir akımla şarj edilmemelidir. Ayrıca, kapasitenin %40’inin altına inecek kadar da aküler boşaltılmamalıdır (1.75V/hücre). Akü bankasının büyüklüğü, rüzgarsız geçecek 3-5 güne yetecek kadar olmalıdır. Bunun için günlük harcama miktarının iyi belirlenmesi ve seçimin buna göre yapılması gerekir. Daha az enerji harcayan cihazlar, örneğin elektronik dengeli ampuller kullanılarak güç ihtiyacının azaltılıp azaltılamayacağı değerlendirilmelidir.

Alternatif akım (AC) yükler için uygun kapasitede bir invertere gerek vardır. Piyasada mevcut olan inverterler genel olarak, 12, 24, 48, 96 ya da 120 VDC girişlidir. İnverterin gücü devamlı ihtiyaç duyulacak maksimum güç kadar olmalıdır. İnverter kendi maksimum gücünün 2-3 katı kadar anlık güçleri karşılayabilmelidir. En ucuz inverterler trapez dalga ile çalışırlar. Aşağı yukarı bütün ev aletleri bu dalga biçiminde elektrikle çalışır. Fakat bazı özel durumlarda, örneğin ölçme aletlerinde ve hassas ev aletlerinde tam sinüs akıma ihtiyaç duyulmaktadır.

Doğru akımla çalışan cihazlar kullanmak daha verimlidir. Genel olarak, 12 veya 24VDC ile çalışan ev aletleri bulunmaktadır. Fakat hem 220VDC ile çalışanlara göre daha pahalıdırlar, hem de seçenek azdır.

Küçük rüzgar türbinleri, çeşitli nedenlerle dizel sistemlerle birlikte kullanılabilirler. Mevcut bir dizel jeneratör varsa, yakıt sarfiyatını azaltmak için böyle bir çözüme gidilebilir. Ya da rüzgar türbini ana ihtiyacı karşılamak için kullanılabilir; dizel jeneratör de arada bir devreye sokularak daha yüksek güç ihtiyaçlarında ya da düşük rüzgar zamanlarında sisteme destek olmak amacıyla kullanılabilir. (Altuntaşoğlu,1998:17)

Amerika Birleşik Devletleri’nde rüzgar çiftliklerinin toplam kurulu gücü 1700MW dolaylarındadır. Yıllık üretim miktarı ise 3 milyar kW saat kadardır. İyi rüzgar sahalarının bulunduğu Hollanda, Danimarka, Almanya gibi ülkelerde de rüzgar enerjisi konusunda önemli atılımlar yapılmış, üretim ve kurulu güç açısından bu ülkeler dünya çapında öncü konumuna gelmişlerdir. Ülkemizin rüzgar potansiyelleri göz önüne alındığında elimizdeki sinirsiz ve dünya çapında oldukça iyi durumda olan rezervleri kullanamadığımızı görüyoruz. Özellikle kıyı bölgelerimiz olmak üzere rüzgar ve arazi bakımından oldukça iyi bir durumda olan Türkiye’de ne yazık ki bugüne kadar rüzgar enerjisi üzerinde yapılan çalışmalar çok düşük seviyede kalmış, böylece çok üstün bir teknoloji gerektirmeyen bir enerji kaynağından yıllardır mahrum kalınmıştır. Avrupa Topluluğu tarafından öngörülen, gelecekte yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen enerjinin toplam üretime oranı olan %2’lik değere ulaşılması için hızlı bir şekilde çalışmaların ilerletilmesi gerekmektedir.(Ermiş ve Arıkan,1991:293)

Ülkemizde henüz çok yeni ve tanınmamış bir kaynak olan rüzgar enerjisinin tanıtımı ve yaygınlaştırılması için konuyla ilgili tüm kişi, kuruluş ve örgütler ile medyaya ve devlete de büyük is düşüyor. Özellikle yerli kaynak, malzeme, teknik bilgi ve işgücü kullanılarak üretilecek türbinler, iç pazarda olduğu kadar dış pazarlarda da rekabet edebilecek düzeyde olacaktır. Yakın gelecekte bu tip çalışmaların artmasıyla, büyük yerleşim birimlerinin elektriğini sağlayan, büyük türbinlerden oluşan rüzgar çiftliklerinin kurulması, Türkiye’nin enerji darboğazından kendi çabalarıyla kurtulup enerji ihraç eden bir ülke konumuna gelmesine yardımcı olacaktır.

3.1.1. 1970’den Önce

53 m. çapında 1,25 MW’lık Smith Putnam rüzgâr türbini 1939 yılında ABD, Vermont, Granpa’s Knob’da kuruldu. Bu tasarım zamanın en iyi mühendisleri ve bilim adamlarını biraraya getirdi (Aerodinamik tasarım: Von Karman, dinamik analiz: Den Hartog) ve rüzgâr türbini 1980’li yılların megawattlık bazı makinelerden daha uzun süre başarı ile çalıştı. Teknolojik gelişmede dönüm noktası oldu. Standardın altında yerinde kaynak tamiri nedeniyle (bir kanadını kaybederek) arızalandı.

Kaynaklar üzerinde savaş zamanı ve 1970’li yılların petrol krizine kadar rüzgâr enerjisinin aleyhine seyreden yakıt maliyetleri bakımından ekonomik ortam baskılarından dolayı tamir edilmedi. Bu projeden alınan tasarımın kalitesi, makine dinamiği, yorulma, yer seçimi hassasiyeti vs. gibi değerli dersler büyük ölçüde unutuldu ve daha sonra özellikle Kaliforniya vergi kredileri ile bağlantılı olarak rüzgâr çiftlikleri kurulması sırasında acılı bir şekilde tekrar hatırlandı.

Rüzgâr türbini geliştirilmesinde bir sonraki dönüm noktası Gedser rüzgâr türbinidir. Marshall planı savaş sonrası finansman yardımı ile 1956 – 57’de Danimarka’nın güney doğusunda Gedser adasında 200 kW’lık 24 m. çapında bir rüzgâr türbini kuruldu. Bu makine 1958 – 1967 arasında %20 kapasite ile çalıştı.

1960’lı yılların başında Prof. Ulrich Hütter 100 kW’lık 34 m.’lik bir 2 kanatlı, yüksek rüzgâr hızlı kararsız pervanesi olan Hütter Allgaier rüzgâr türbinini geliştirdi. Hütter’in yüksek hızlı esnek tasarım fikirleri Almanya’da ve diğer alanlarda rüzgâr türbini araştırmalarını çok etkiledi.

3,1,2. 1970 – 1987

Bu üç makine rüzgâr türbini geliştirilmesinde 3 farklı yönün başlangıcını temsil eder; ticari sahnede andan şimdi görünen megawattlık makineler, piyasaya son 15 yıldır hâkim olan Danimarka tarzı makineler ve halen büyük ölçüde gerçekleştirilmemiş bulunan daha da hafif makineler. Boru şeklinde bir kule, 3 kanat ve uç frenleri içeren basit, sağlam bir tasarım olan Gedser makinesi daha sonraki genel Danimarka tasarımlarının tüm bileşenlerine sahipti. 1977 yılında yenilendi, modern Danimarka rüzgâr teknolojisinin geliştirilmesi için araştırma esası sağlayan bir test makinesi olarak donatıldı ve çalıştırıldı.

1980’li yılların başında pervane kanat teknolojisinin pek çok sorunu araştırıldı. Çelik pervaneler denendi ancak çok ağır olduklarından, alüminyum pervaneler yorulma direnci açısından çok belirsiz olduklarından reddedildiler ve ABD’de Gugeon Brothers’ın geliştirdiği tahta epoksi sistemi çok sayıda küçük, büyük rüzgâr türbininde kullanıldı. Ancak kanat imalât endüstrisinde tekne imâlinden evrimleşmiş ve 1980’li yıllarda Danimarka’da iyice yerleşmiş fiberglas polyester konstrüksiyon hâkimdi.

ABD’de Kamu Hizmetlerini Düzenleyici Politikalar Yasasını (PURPA) içeren 1978 Ulusal Enerji Yasası ile bağımsız enerji üretimine Pazar temin edildi. 1980 yılında merkezi devlet ve federal devlet enerji ve yatırım vergi kredileri toplam %50’ye yakın vergi kredisi sağlıyordu ve bu California rüzgâr enerjisi patlamasını başlattı. 1980 – 1995 arasında, çoğu vergi kredilerinin %15 civarına indirildiği 1985’ten sonra olmak üzere 1700 MW rüzgâr kapasitesi kuruldu.

Vergi kredileri en azından başlangıçta çoğu kötü tasarımlı ve çalışırsa da kötü çalışan rüzgâr türbinleri kuruldukça California’da çeşitli bölgelerde (San Gorgonio, Tehachapi ve Altamont Pass) gelişigüzel aşırı nüfuslanma yaratan bir piyasa uyarma mekanizması olarak çok değerli eleştiriler aldı. Ancak ilk yetersiz gelişime tepki olarak vergi kredileri nispeten düşük maliyetli, denenmiş teçhizata sahip Avrupalı, özellikle Danimarkalı rüzgâr türbini üreticilerine büyük bir ihracat fırsatı yarattı. California’da bunların daha iyi tasarımlı rüzgâr türbinlerin teknik açıdan başarı ile çalışması rüzgâr enerjisi itibarının dünya çapında yerleşmesine çok katkıda bulundu.

California pazarı çoğu Avrupalı ve ABD şirketine hem iflas hem de ticari başarı getirdi. Ancak modern Avrupa rüzgâr teknolojisinin geliştirilmesine muazzam katkıda bulundu. Teknolojik etki iki yönde oldu; Danimarkalı üreticiler açısından en önemlisi imalât yöntemlerinin geliştirilmesine fırsat veren büyük bir pazar, parça maliyet azalması ve artan iş görürlüktü. İkincisi, tasarım çeşitliliği, hafif ve esnek parçalar ilgi duyulması gibi müstakbel teknoloji gelişmelerinin habercisi olması açısından değerli olmuştur. California rüzgâr çiftliklerinin çalışma deneyiminde, kanat kök bağlantısında ciddi sorunlar, kanat aerofolyo kesitinin bozulması nedeniyle performans düşüşü, eğimli sistemlerin aşırı ve yetersiz anlaşılmış atmosfer çalkantısı nedeniyle hasar görmesi, yüksek hızlı mil fren sistemlerinin erken yorulması vs. karşılaşılan pek çok sorun arasındaydı ve teknoloji ilerledikçe adım adım çözüldü.

3.1.3. 1987 Sonrası

California’da rüzgâr enerjisinin büyümesine ABD’de başka bir yer destek vermemiş veya paralel büyüme sergilememiş olup yakın zamanlarda elektrik alanında düzenleme olmaması rüzgâr enerjisinin ABD’de ne yönde ilerleyeceğine dair büyük belirsizlik yaratmıştır ve ABD piyasası ancak şimdi 1997 yılında tekrar doğmaya başlamıştır.

Aksine, 1990’lı yılların başında Almanya’da yılda 200 MW civarında kapasite artışı ile kuzey Avrupa piyasalarında çarpıcı gelişme kaydedilmiştir. Bu katkıda bulunan patlamaya 3 faktör: ARGE desteği, Danimarka’dakine benzer geri alım politikası ve yüksek tarifeler. Teknolojik açıdan önemli sonuç Alman imalâtçılarının ve bazı yeni kavramların gelişmesiydi; yeni doğrudan tahrikli jeneratör teknolojisinin uygulanması kayda değerdir. Doğrudan tahrikli güç aktarma hatlarında, değişken hızlı elektrik ve kontrol sistemlerinde, alternatif kanat malzemelerinde ve diğer alanlarda adım adım ve önemli teknolojik gelişmeler olmuşsa da son yıllardaki en çarpıcı eğilim günümüzdeki megawattlık kapasitelerde makinelerin ilk ticari kuşağını yaratan daha da büyük rüzgâr türbinleri geliştirilmesi olmuştur. (Şen,2000:375)

3.2. Tasarım Stilleri

3.2.1. Yatay ve Dikey Eksen

Dikey eksenli çok çeşitli tasarım geliştirilmiştir. Bunlara troposkein biçiminde “yumurta çırpıcı” rüzgâr türbini (adını mucidi Darrieus’tan alır, özellikle Flowind Corp. tarafından 1980’li yıllarda geliştirilmiştir), İngiltere’de Musgrave tarafından geliştirilmiş olan (sonradan Heidelborg Motor’un doğrudan tahrikli tasarımında benimsenen) düz kanatlar bulunan H şekli tasarım ve bazısı kanallı veya germe halatlı pervaneyi kuşatan kanatlar, bazısı Savonius tasarımını veya döner değirmen (gyromill) kavramını benimseyen çok sayıda varyant dahildir.

Dikey eksenli tasarımlar eğimli sistem gereğini ortadan kaldıran dönme simetrisi üstünlüğüne sahiptir. Tüm güç aktarma hattı ve güç tahvil donanımının zemin düzeyinde olabileceği sık sık iddia edilen bir üstünlük olmuş ancak bunun ana mil için uzun ve ağır bir tork borusu ve ana mil üzerinde dişli kutularının bozduğu çeşitli tasarımlar gerektirdiği belirlenmiştir. Ancak dikey eksenli tasarımların yatay eksenlilere göre dikkate alınmayan sakıncaları:

• tahrik torkunun pervane dairesinde kanat pozisyonuna göre çok değişmesi nedeniyle doğal olarak daha düşük olan (bazı pozisyonlarda negatif bile olabilen aerodinamik verimlilik),

• pervane sisteminde maliyeti arttıran önemli pasif destek yapısı.

Rüzgâr teknolojisinde çeşitli tasarım seçeneklerine ilişkin kararın verilmesi ertelenmişse de, oyların büyük çoğu şu anda yatay eksenli tasarımlar lehinedir.(Uyar,1985

Şekil 3. Yatay eksenli rüzgar türbini Şekil 4.Dikey eksenli rüzgar türbini

3.2.2. Kanat Sayısı

Pervane tasarımının temel aerodinamik ilkeleri belirli bir dönme hızına göre tasarlanmış bir pervanenin, pervane süpürme alanının sabit bir orana kadar optimum toplam kurulu kanat alanına sahip olduğu ve seçilen dönme hızına göre ters yönde değiştiğini belirler. Gerekli kanat alanının az sayıda geniş kanat yerine çok sayıda ince kanat ile teşkilinde küçük bir aerodinamik avantaj vardır. Böylece kanatların ucundaki aerodinamik uç kaybı en aza inmektedir. 3 kanatlı pervaneye göre tek kanatlı pervanede enerji kaybı yaklaşık %10, 2 kanatlı pervanede yaklaşık %4’tür.

Tek kanatlı pervaneye bir karşı ağırlık montajı gerekli olup 2 kanatlı pervaneden hafif değildir. Tek kanatlı pervaneye göre dinamik olarak daha iyi şekle sahip olsa da 2 kanatlı pervanede sert pervane göbek sistemi kullanılırsa çok yüksek bir çevrim yükü kabûl edilmeli veya kant, güç aktarma hattı ve kule tepe yükünün hafifletilmesi için pervane kanatlarının (bir çift olarak) sallanabilmesi amacıyla bir tahterevalli yatağı bulunmalıdır. Bu tahterevalli yataklı pervane tasarımları çoğu zaman yorulma yükünü azaltabilirse de, genellikle tasarımı etkileyen faktörler olan tahterevalli darbe yükü durumları ile başa çıkabilmelidir. 3 kanatlı pervane dinamik olarak daha basittir, öncede belirtildiği gibi aerodinamik olarak biraz daha verimlidir.

1, 2 veya 3 kanatlı pervaneler, (geçmişte denemeyen ancak güncel ses limitlerine tabi Avrupa kara uygulamaları için gelecekte gerekecek) benzer uç hızları için tasarlanırsa 3 kanatlı pervane diğerlerinden daha fazla zorlanacak ve pervane kanat maliyeti daha yüksek olacaktır. Elbette, gerçekte önemli olan rüzgâr türbininin düşük maliyetli olması (üretilen enerji/sermaye maliyeti) bakımından genel etki olup bu sadece komple tasarıma göre belirlenir. Optimum tasarım konfigürasyonunun tespiti Avrupa Komisyonu destekli etütlerce derinlemesine araştırılmıştır. Halen piyasada mevcut 30 kW nominal kapasiteden yüksek rüzgâr türbinleri arasında 1, 2 veya 3 kanatlı pervane tasarımlarının oranını göstermektedir. Veriler faal makine oranı olarak sunulduğunda 3 kanatlı pervane tasarımlarının hakimiyeti daha da belirginleşmektedir.

Kanat Sayısı

Yüzde Pay

1 2

2 24

3 74

Çizelge 5. Piyasada mevcut rüzgâr türbini tasarımlarının kanat sayısı.(EİEİ,1994

3 kanatlı pervane tasarımlarının hakimiyetinde başlıca faktör ilk (3 kanatlı) Danimarkalı tasarımlara tarihsel bağlantı ve bundan dolayı yavaşlama ayarlı dinamik olarak basit pervane geliştirilmesi gereğidir. Mevcut Avrupa piyasasında başka bir başlıca faktör, kamuoyu ve planlama makamları arasında 3 kanatlı tasarımların uyumlu görsel etkiye sahip olduğuna dair yaygın kanaattir. Bu açıkça subjektif bir görüş olsa da açıkça aynı ölçüde hakim görüştür.

3.2.3. Adım veya Yavaşlama Kontrolü

Adım veya yavaşlama kontrolü sorunu orta veya büyük rüzgâr türbinleri tasarımında çok zıtlaşan bir tartışmadan doğar. Küçük rüzgâr türbinlerinde ise seçenek daha fazladır.

Yavaşlama ayarı bu sorunu ele almazken, adım ayarı her iki sorunu adım sistem mekanizması ve ilgi kumanda kullanılması pahasına çözer.

Adım ayarında (kanatlara genellikle “aktif yavaşlama” denilen tasarım seçeneğinde yavaşlama durumuna kadar eğim verilmesi hali hariç) kanatlar pervanenin kanatları savurarak sağladığı gücü kanat aerofolyo kesitlerinin ürettiği kaldırma güçlerini azaltmak üzere ayarlarlar. Yavaşlama ayarının esası, pervane geometrisi değiştirilmeksizin, rüzgâr hızı ve ilgili akım açısı arttıkça pervane aerofolyolarının yavaşlamasıdır. Pervane veriminde artan kayıp, yavaşlama pervaneye yayıldıkça gücü ayarlar.(EİEİ,1992

Böyle bir yavaşlamanın meydana gelmesi için pervane hızının sabit tutulması zaruridir ve bunu genellikle elektrik şebekesine bağlı asenkronik bir jeneratör sağlar.

3.2.3.1. Küçük Rüzgâr Türbinleri (<30 kW)

Küçük rüzgâr türbinlerinin güç ve hız ayarı için kullanılabilecek çeşitli yöntemler vardır. Bunlar :

• türbin pervane ve sisteminin yüksüz durumdaki tüm aşırı hızlarla başa çıkmaya tasarlandığı “kontrolsüzlük” (muhtemelen aerodinamik performansın ve hızın azalmasına yardımcı olan kanatların merkezkaç kuvvet altında biraz deforme olması sonucu)

• motor ekseninin rüzgâr istikâmetinden ayrılması olan “sapma” ve “eğim” (genellikle pervane itme merkezi ile sapma veya eğim yatakları arasında dengelenme ile sağlanır)

• büyük rüzgâr türbinlerindeki gibi “adım” veya “yavaşlama”.

Küçük rüzgâr türbinlerinde güç kontrolü, hız kontrolü ve aşırı hız ayarı arasında ifade hatasından kaçınmak zordur. Sapma, yavaşlama veya kontrolsüzlükten yararlanan türbinlerin çoğu yavaşlama etkilerinden yararlanır. Küçük türbin tasarımlarındaki sorun basit çok küçük pasif sistemlerin mi, yoksa büyük türbinlere benzer aktif adımlı mekanizmaların mı yeterince iyi çalıştırılabileceğidir.

3.2.3.2. Büyük Rüzgâr Türbinleri

Adım veya yavaşlama arasında seçimde ana sorunlar Çizelge 6…’da listelenmiştir.

Sorunlar Adım Yavaşlama

Enerji üretimi Prensip olarak daha iyi Güç eğrisi etkileniyor

Sabit hız kontrolü Yüksek rüzgâr hızlarında zor Tasarım belirsiz olsa da genellikle yeterli

Değişken hız kontrolü Güç kalitesi daha iyi, güç aktarma hattı yükleri yavaşlama seçeneğinden daha az İspatlanması gerekir

Emniyet Komple bir pervane koruyucusu olabilir Aşırı hız koruması için yardımcı sistemler gerekir

Maliyet Pervane sistemlerinde daha yüksek maliyet Pervanede daha az, fren sisteminde daha yüksek maliyet

Çizelge 6. Adım veya yavaşlama karşılaştırması

Büyük rüzgâr türbinleri neredeyse sadece adım veya yavaşlama kontrolü kullanır. Birkaç örnekte yedek emniyet veya kontrole katkı olarak rüzgârdan sapma kullanılır. Kısa süre önce bazı imalâtçılar değişken hızlı çalışma ile birlikte yavaşlama kontrolünü kullanmıştır. Şimdi ittifakta reddedilen tek konfigürasyon gücü kontrol ederken üretimde çok büyük değişmelere yol açmıştır. Ancak bu red, ilk günlerde popüler bir tercih olduğu için çok ilginçtir.

Bir tasarım seçeneği olarak yavaşlama kontrolünün genel hâkimiyeti (tasarımların %60 kadarı) bulunsa da megawattlık türbinlerde adım ve yavaşlama kontrolünün oranı neredeyse eşittir. Özellikle Alman pazarında büyük rüzgâr türbinleri her kanadın bağımsız adım hareketi yaptığı “bağımsız” adımlı sistemler tercih edilmektedir.

Bu, adım sisteminin 2 bağımsız fren sağlaması nedeniyledir. Bir arızada bir kanat küçük eğimde sıkışsa bile diğer ikisi pervaneyi güvenli hıza getirebilir. Bu bağımsız adım sistemi önceleri daha yaygın olan, 3 kanadın tümünün adımının birbirine mekanik bağlantılı olduğu ve tek bir hareketlendiriciden güç alan “toplu” adım sisteminden farklıdır.

Yavaşlama kontrollü makinelerin güç kalitesine dair (özellikle Alman pazarında da mevcut) endişe orta boy yavaşlama kontrollü makineler üreten bazı imalâtçıları caydırmıştır. Ayrıca yavaşlamanın özellikle büyük makinelerde yol açtığı titreşimler hakkında uzun yıllar boyu endişe var olmuştur ve megawattlık makineler imalâtçılarının çoğunun yavaşlama kontrolüne bağlı kalması önemli bir güven oyudur. Ancak değişken hız yavaşlama kontrollü makinelerin nasıl çalışacağına dair belirsizlik ile birleştiğinde değişken hıza artan ilgi büyük ölçekte yavaşlama kontrollü makinelere duyulan ilgiyi azaltmıştır. (EİEİ,1992: )

3.2.4. Değişken Hızlı Tasarım

3.2.4.1. Değişken Hızlı Çalışmayı Teşvik Eden Faktörler

Birkaç sebepten dolayı değişken hızlı tasarım uzun süredir ilgi görmüştür:

• Sabit hızlı çalışmaya göre daha yüksek pervane verimi ve daha fazla enerji alınabileceği şeklinde “geleneksel” beklenti,

• Orta Avrupa’da sesin daha fazla önem kazanması ve değişken hızlı sistemin tahrik sisteminde çok fazla tork ve maliyeti önleyerek nispeten yüksek azami hıza imkân sağlarken hafif rüzgârlarda hız ve sesi azaltabilmesi,

• Değişken hızlı çalışmanın adım kontrolünü kolaylaştırabilmesi, güç kalitesini iyileştirebilmesi ve tahrik sistemini yüklerini hafifletebilmesi (dolayısıyla tasarım gereklerini ve dişi kutusu ya da jeneratör maliyetini muhtemelen azaltması).

3.2.4.2. Değişken Hızlı Sistemlerin Niteliği

Yukarıda sayılan yararları azamiye çıkarmak için geniş bir değişken hız aralığı gerekir (hızda 2,5 - 3 kat ayarlama). Değişken hız temininin çeşitli yolları vardır. Mekanik sistemler de vardır, ancak elektrikli sistemler hâkimdir. Geniş bir değişken hız aralığının yararlarının tümünü değil bazısını sağlayan çeşitli uzlaşmacı çözümler vardır. Bu seçeneklerin topluca tümü geniş değişken hız aralığı seçeneğinden çok daha yaygındır.

Bunlar arasında:

• 2 hızlı sistemler,

• Genel hız aralığının azalması pahasına üretimin sadece bir kısmının değişken hızlı tahrik ve güç ayar donanımından geçirildiği sürekli değişken hızlı sistem çeşitleri bulunur.

10 yıl öncesinin Danimarkalı tasarımlarında bir kayışa bağlı 2 jeneratör arasında geçiş sureti ile 2 hız elde edilmesi olağandı. Şimdiki kuşak rüzgar türbinlerinde 2 hızlı çalışma elde etmek için neredeyse sadece tek jeneratörde kutup değişimi kullanılır. Sürekli değişken hızlı çalışma tasarımları arasında, sadece 1/3’ü geniş değişken hız aralığı uygular (hız aralığı >2,5:1). Çoğu hız aralığı ve performansa güç ayar sistemleri maliyetini tercih eder. Vestas Optislip sisteminde, mükemmel güç kalitesi için sınırlı değişken hız (nominal güçte çalışırken %10 hız değişmesi) kullanılır. Çoğu imalâtçının tasarım etüdü en ekonomik olarak 2 hızlı sistemi seçmiştir. Bugün değişken hızlı çalışmaya genellikle en uygun doğrudan tahrikli sistemlerin geliştirilmesine önem verilmesi ve ilgili güç ayar sistemlerinin geliştirilmesi ve maliyet azaltılması her ihtimâlde rüzgâr türbini tasarımında geniş değişken hız aralığının gelecekte daha fazla kullanılması ile sonuçlanacaktır.

3.2.5. Çok Hafif/Esnek Tasarımların Durumu

Çok hafif ve yapısal esnek makineler (özellikle kanatlar ve kuleler) düşük maliyetli teknolojiye bir yol olarak her zaman ilgi görmüştür. Çok hafif ve esnek terimlerini doğal olarak birbirleriyle ilgili görme eğilimi vardır. Yapısal esnek tasarımlarının yükten kurtulma, daha az malzeme kullanma, dolayısıyla çok hafiflik ve düşük maliyet elde etme açık niyet olmakla birlikte, mevcut çok hafif makinelerin çoğu yapısal olarak esnekten çok serttir. Oldukça esnek kanatlar veya kuleler bulunan Carter rüzgar türbini gibi tasarımlarda yapısal esneklik yararlı olabilir, ancak düşük ağırlık elde edilmesinden çok, yüksek tasarım uç hızı seçilerek düşük tahrik sistemi torku elde edilmesiyle ilgilidir. Şimdiye kadar bu kavramlar ticari başarı elde etmemiştir. (Uyar,1985)

Bu türden son tasarım WEG Rüzgar Enerjisi Grubunun eğilen motor yeri ve yüksek yük kabiliyetli özel geliştirilmiş yapısal esnek kanatları bulunan MS4 600 KW, 3 kanatlı, serbest sapmalı, rüzgarı arkadan alan türbinidir. Aşarı rüzgarlarda esnek pervane kanatları ile önemli yük azaltması sağlanmaktadır. Bu tasarım için kendiliğinden dikilen sistem özellikle zayıftır. Bu makinenin tasarım kavramı bazı diğer Avrupalı imalatçıları tasarımının tersine çalışır. Ancak esnek elemanları daha küçük V42 ve V44 ile neredeyse aynı olan bir destek yapısına önemli ölçüde daha büyük pervane montajına müsait esnek kanatları bulunan yeni Vestas V-47 makinesinde de mevcuttur.

Yine pervane kanatlarını genel olarak değerlendirerek, ağırlık oranına göre en yüksek yorulma direncine sahip malzemelerden üretilmiş olanlar (özellikle Atout Vent’in tahta epoksi ve CFRP kanatları) en hafif, ancak aynı zamanda en sert kanatlardır. Bu hafiflik ile yapısal esneklik arasında doğrudan ilişki olmadığının altını çizer. Bu yorumlar yapısal esnekliğin hem yük azaltılması hem de aktif mekanizmaları yerinin alınması bakımından potansiyel kullanışlılığının değerini küçümsemeyi amaçlamamaktadır. Varılan sonuç şimdiki kuşak çok hafif rüzgar türbinlerinin hafifliklerini başlıca olarak yapısal esneklikten elde etmezler, rüzgar türbini tasarımında yapısal esnekliğin en büyük etkisi henüz elde edilmemiştir. Plastik ve kompozit menteşeler (küçük türbinlerde zaten kullanılır), esnek kirişler ve akıllı malzemeler gelecek gelişmeler için büyük potansiyele sahiptir. Çok yumuşak kuleler (yani doğal frekansı pervane frekansından düşük kuleler) rüzgâr türbini tasarımlarında kullanılmıştır. Sistem dinamiklerine özen gösterilmelidir, ancak bu tasarımlar kule kütlesi ve maliyetinde azalma yaratabilir.

3.3. Türbin Bileşenleri

Yakın geçmişte, yürütülen başarılı çalışmalar sonucu,rüzgarla ilgili değişkenler hakkında daha somut bilgilere ulaşılmıştır. Yük tahminleri,rüzgarın doğasını ve özellikle de atmosferik türbülans karakteristiklerini hesaba katan tasarım yöntemleri ile değişim harmonizasyon süreçleri hakkında ayrıntılı bilgilere ulaşılmıştır. Çeşitli kaynaklarca desteklenen araştırmalar,yakın tarihlere kadar rüzgar gücünü örten sır perdeleri ardarda aralanmaktadır. Yeni bilgiler,daha etkili ve daha verimli türbinlerin tasarım ve konstrüksyonuna imkan vermektedir. Türbin bileşenleri,türbin tasarım tipine veya imalatçısına göre değişmektedir. Şekil 5:’te genelleştirilmiş bir rüzgar türbini blok diagramı verilmiştir. Bu diagram çok az nüans farkları ile modern türbinleri temsil etmektedir. Şen,2000:379

Şekil 5: Değişken hızlı bir Rüzgar türbininin Blok Diyagramı ve şebekeye bağlantısı.

Şekil 5’ten de görüleceği gibi,türbinler;kanat,vites kutusu,jeneratör,düşürücü,invertör,transformatör,h ız ölçücüsü ve kontrol sistemlerinden ibarettir. Türbin teknolojisi,başlangıçta basit tekniklerle tasarlanmıştır. Ancak,rüzgar türbini,karmaşık bilgisayar modelleri ve tasarım araçlarına ihtiyaç duymaktadır. Gelişen tasarım ve konstrüksiyon bilgileri,her türlü sınır şartlarına ve değişkenlere kolay adapte olabilmektedir.

Şekil 6: Tipik bir rüzgar türbininin Gövde Kesiti.

Güç ünitesi bileşenleri yüksek düzensizlikte yük girdilerine maruz kalmaktadır. Bu sistemler,düzensiz yüklerin etkisi ile daha kısa sürede yorulurlar. Modern bir rüzgar türbini için biçilen yorulma süresini 13 yıl olarak kabul edilir. Bu nedenle,rüzgar teknolojisinin özel bir kimliği ve özel tasarım gereksinimleri vardır. Günümüzde en çok iki ve üç kanatlı rotor tasarımları yapılmaktadır. Türbinler genellikle yatay eksenli olarak imal edilmekle beraber,dikey eksenliler de üretilmektedir. Aşağıdaki şekillerde üç kanatlı ve iki kanatlı yatay rotorlu rüzgar türbinleri ile dikey eksenli bir rüzgar türbini verilmiştir. Şekil 7.a’da 50 m rotor çaplı,800 kw’lık geliştirilmiş türbinler,halen en çok satılan türbinler olup,çift devirli jeneratörle donatılmıştır. Türbin kanatları,özel dokunmuş cam elyaf veya pulstre edilmiş cam elyaf kompozitelerinden yapılmıştır. Yeni kanatlar,daha hafif ve daha ömürlüdür. Şekil 7-b’de 50 metre açıklıkta resimlenen hava folyosu prensibi ile tasarlanmış iki kanatlı 800 kw’lik bir modern türbin gösterilmiştir. Değişken hızda doğrudan tahrikli bu türbin,doğrudan jeneratöre bağlıdır. Dikkat edilirse,türbin gövdesi;kulenin üstü,rüzgara göre,türbini yönlendiren dönel bir kuyruk üzerine yerleşmiştir. İki kanatlı türbinlerde,rüzgar,rotora ters yönde yaklaşmaktadır. Dikey eksenli türbinlerde ise önemli teknolojik gelişmeler yapılmaktadır. şekil 8’de tipik bir dikey eksenli türbin verilmiştir. Kule yüksekliği ile kanat açıklığı oranı 1.8 olup,sınır tabaka kontrolü ile çalışan bu türbinin,üç adet kompozit pultre edilmiş kanadı vardır. Değişken hızlı,doğrusal sürümlü jeneratörünün kapasitesi 1MW’dir.

Şekil 7. 50 m rotor çaplı,800 kw’lık geliştirilmiş türbinler

Şekil 8ikey Eksen Rüzgar Türbini (EİEİ,1992: )

3.4. Türbin Parçaları

Türbinler tasarım ve konstrüksiyonuna göre farklı elemanlardan oluşabilir. Ancak ,her türlü türbinde,özellikle farklı da olsa aynı fonksiyonu icra eden benzer bileşenler vardır. Şekil 7:’de bir türbinin bileşenleri verilmiştir.

Şekil 9: Türbin bileşenleri

Bir türbinde yer alan belli başlı bileşenler;rüzgar ölçücü,kanatlar,fren düzeni,kontrol sistemi,dişli kutusu,jeneratör,yüksek ve düşük hız şartları,gövde (yatak),pitch,rotor,kule rüzgar vanası,yaw motoru ve tahrik gurubundan oluşmaktadır. Bu bileşenlere ait özet bilgiler aşağıdadır.

Anemometre: Rüzgar hızını ölçüp elektronik kontrol sistemine ileten bir ölçüm cihazdır.

Kanatlar: Acil durumlarda,mekanik,elektriksel veya hidrolik uygulanan bir disk ile rotorun hareketi durdurulmaktadır.

Kontrolör:Kontrol Sistemi: Türbinlerin,saatte,8-16 millik bir rüzgar hızlarında,dönme hareketini başlatan,bu hareketi yöneten ve saatte 65 mili aşan yüksek hızlarda durduran beyin fonksiyonu icra eden kritik bir sistemdir. Türbinler fırtınalı havada ve özellikle saatte 65 mili aşan rüzgar hızlarında ,jeneratörleri aşırı ısındığından çalıştırmazlar.

Türbin: Kule üzerine yerleştirilen montaj platformu olup,rotor,dişli kutusu,şaftlar,jeneratör,kontrolör ve frenleme düzeninin yuvalandığı ana rotor gövdeye monte edilmiş olup,kapasitesine bir teknisyenin içine tamirat yapabileceği kadar serbest alana sahiptir

High-speed shaft: Jeneratörü süren şafttır.

Low-speed shaft: Kanatların bağlandığı mil olup dakikada 30-60 devirle dönmektedir.

.

Pitch: Kanatları,aşırı yüksek veya düşük hızlarda dönüşünü kontrol eden döndürme mekanizmasıdır.

Rotor: Kanatlar ve dişli kutusunun yuvalandığı kapalı mekana rotor adı verilir.

Rüzgar Vanası

Rüzgar yönünü ölçerek değişimlere göre yaw(kuyruk) motoru ile haberleşmeyi sağlayan türbini rüzgar yönüne taşıyan mekanizmadır.

Yaw (kuyruk) Tahrik: Üç kanatlı türbinlerin rotorları,rüzgara doğru konuşlanır. Rüzgarın hız değişimine göre,rotor kafasını,rüzgara dik tutacak tarzda ayarlayan mekanizmalardır. İki kanatlı rotorlar,kafalarını rüzgar doğrultusuna ters konuşlandırdıklarından,kuyruk kontrol mekanizmasına ihtiyaç duymazlar.

Dişli kutusuişli kutuları,düşük ve yüksek hız şaftlarının yataklandığı mekanizmalardır. Jeneratörlerin elektrik üretebilmeleri için dakikada,1200-1550 devirlik bir döndürme yükü almaları gerekmektedir. Dişli kutularu,rotorun bağlandığı düşük dönüşlü şafttan gelen dakikada 30-60’lık dönme yükünü,yüksek hız şaftına 1200-1500 devirlik bir hıza yükselten mekanizmadır. Dişli kutularının ağır olması kule ömrünü olumsuz etkilemektedir. Günümüzde araştırmaların büyük bir bölümü,dişli kutuların eliminasyonuna yöneltmiştir. Dişli kutuların elimine edilmesi ile rotor doğrudan jeneratörlere bağlanabilecektir.

Genellikle rüzgar,rotoru bir dişli kutusu üzerinden elektrik jeneratörünü sürer. Dişli yapımında ortaya çıkan gelişmeler ve çok düşük hızlı elektrik jeneratörlerin maliyetinin yüksek olması,küçük sistemler dışında rotorun jeneratör tarafından doğrudan sürülmemesi eğilimine yol açmaktadır. Rotorun göbeği rüzgar türbininin düşük hız şaftına bağlıdır. Rüzgar türbininin düşük hız şaftı da rotor göbeğini dişli kutusuna bağlar. Modern 600 kw’lik rüzgar türbinlerinde rotor düşük hızla yaklaşık olarak dakikada 19-30 devir (RPM) arasında döner. Şaft hidrolik sistemin borularını içerir. Bunlar aerodinamik frenlerin çalışmasını sağlar. Dişli kutu ;düşük hız şaftı vasıtasıyla aldığı torku,yüksek hız şaftına ileterek,düşük hız şaftından 50 kat daha hızlı olarak sağa doğru döndürür. Rüzgar türbinlerindeki dişli kutuları değişen kutular değildir. Kutular güç aktarma organları olup,yaklaşık 1/50’lik diş oranları ile tasarlanırlar. Türbinlerin en yoğun bakım gerektiren birimleridir.

Jeneratör: Elektrik üreten makinelerdir. Rüzgar türbinlerinden;Senkron (alternatör),indüksiyon (Asenkron) ve DC(şönt) tip 3 değişik jeneratör kullanılmaktadır. Küçük güç sistemlerinde eskiden çok fazla kullanılan doğru akım jeneratörleri şimdi genellikle senkron veya indüksiyon jeneratörlerle değiştirilmektedir. Bu jeneratörler çok pahalı olmayan doğrultucular yardımıyla kolayca doğru akıma dönüştürülebilen alternatif akım üretmektedir. Senkron ve asenkron jeneratörleri orta ve büyük güçlü sistemlerde yaygın olarak kullanılırlar.

Rüzgar türbini jeneratörü mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren makinalardır . jeneratörler mekanik gücü çok fazla düzensizleştiren güç kaynaklarıdır. Gelişi güzel bir jeneratör 3 fazlı şebekeye 50 Hz’lik alternatif akım ve iki,üç veya altı kutup ile direkt olarak bağlanır. Dakikadaki 1000-3000 arasındaki devir ile aşırı yüksek hızla çalışan türbinlere yerleştirilen dişli kutuların dönme milleri jeneratörü çevirmektedir. Türbinler için özel olarak tasarlanmış jeneratörler vardır. Bu jeneratörler çok kutuplu olup daha yavaş yavaş bir tempoda çalışmaktadırlar. Çok kutuplu bir jeneratör olarak,şebeke direkt bağlanılması durumunda,30 RPMD dönen 200 kutuplu bir bağlantı sistemine sahip olmalıdır.

Kule: Yuvarlak ve kafes şeklinde tasarlanan çelikten yapılmış,tepe düzlemine türbün gövdesinin yerleştirilmesini sağlayan direklerdir. Kuleler,silindirik konik yapılardır. Kule tasarımına uygun olarak sıcak çekilmiş çelik saç,2 veya 3 metrelik merdanelerle,koniklik profiline uygun olarak bükülür. Konik bükme tekniği oldukça zordur.

Türbinin her bileşeni özel testlerden geçirilmektedir. Kulelerde tip testleri ve onayı gerektirirler. Bu itibar ile kulelerin her türlü yapısal,dinamik ve aerodinamik testleri yapılır. Kulelerde kaynak dikişleri de özel yöntemlerle kontrol edilerek sertifikalandırılır.

Rotor Kanatları :Pervane

Elektrik enerjisi elde etmek için kullanılan rüzgar türbinleri,bir,iki veya üç kanadı olan yüksek hızda çalışan makinalardır. Türbin kanatları sabit veya değişken açılı olabilir. Bazı tasarımlarda rotor frenlendiğinde açıyı arttıran özel bir regülatör kullanılarak başlatma kolaylaştırılır. Sabit kanat açılı yüksek hızlı rüzgar türbinlerinde jeneratör başlama esnasında motor gibi davranır ve dönme hızı nominal hıza ulaştığında jeneratöre dönüşür.

Kanat tasarımında önemli başarılar elde edilmiştir. Yüksek performanslı malzemelerle gerçekleştirilen kanat düzeyleri aerofolyo tasarımları,kanatlardaki sis perdesini tamamen kaldırmıştır. Kanatları kontrol mekanizmaları türbin verimini doğrudan etkilemektedir.

3.4.1. Pervane Kanat Teknolojisi

Megawatlık rüzgâr türbinleri için şimdi 66 m çapına kadar büyük türbin pervaneleri ticari üretime girmiş ve 100 m çapına kadar pervaneler (Growian, MOD 5B) çalıştırılmış olarak, rüzgâr endüstrisine özgü bir pervane kanat teknolojisi gelişmiştir. Evrimi ve durumu şimdi ele alınmaktadır.

3.4.2. Kanat Malzemeleri ve İmalât

Çelik (çok fazla öz ağırlık) ve alüminyum (yorulma direnci açısından çok belirsiz) ile ilk denemelerden sonra, dünya rüzgâr türbini pazarı şimdi tamamen kompozit konstrüksiyona dayalıdır. Çeşitli netliklerde cam elyafı ve polyester reçinesi içeren cam takviyeli plastik (GRP) büyük farkla en yaygın sistemdir. GRP kullanımı tekne imâl tecrübesinden türemiş olup, yaygın surette ucuz ancak yüksek otomasyon potansiyeli kısıtlı ıslak döşeme ve elle laminasyon teknikleri içerir. Dünyanın öncü kanat imalâtçısı LM Glasfiber 1995 yılında dünya çapında kurulu türbin kapasitesinin %50’sine kanat temin etmiştir. Şimdi lider imalâtçı Aerpac (Hollanda) gibi görünmektedir. Diğer başlıca imalâtçılar Rotorline (Hollanda), Polymarin (Hollanda), Abeking ve Rasmussen (Almanya)’dır, tümü çoğunlukla cam elyafı esaslı kanat tasarım ve imâli ile uğraşmaktadır.

Tahta, ana elyafların tek yönde hizalanmasını sağlayan mantıklı bir malzemedir. Yaygın olarak bükülmede rüzgâr yüklerine direnecek surette tasarlanan tahta, mükemmel yorulma direnci ve sertlik özelliklerine sahiptir. Modern rüzgâr türbini kanatlarında tahta kullanımında kritik faktör tasarım ömrü sırasında önemli nem değişiminin önleyici tahta yapraklarını yapıştıracak (laminasyon için uygun düşük yapışkanlıkta) bir epoksi reçine sisteminin evrimiydi.

Reçine sistemini ilk olarak Michigan’daki Gugeon Brothers geliştirdi. Gugeon Brothers California’da ABD rüzgâr türbini pazarına çok sayıda kanat temin etmiştir. Son birkaç yılda, 1980’li yılların başındaki İngiliz gelişmeleri ile teknik bağlantılı Taywood Aerolaminates (TAL) uluslararası pazara tahta epoksi kanat satışları yapmıştır.

Karbon Elyafı Takviyeli Plastik (CPRP) kanatlar çok yeni bir gelişmedir. Bu malzeme sisteminin kesinlikle roket uygulamaları için olduğu ve rüzgâr türbinleri için çok pahalı olduğu varsayılmıştı. Ancak akıllı üretim teknikleri kullanarak Fransız şirketi ATV Enterprise düşük maliyetli rüzgâr türbin kanatlarında üretmiştir.

Kanat malzemelerinde kilit sözcük kompozittir. TAL’ın tahta kanatlarında arka kenarda mesafenin %40’ında köpüklü cam konstrüksiyonu ve köpüklü cam kesme örgüleri bulunur. Kanatların neredeyse tümü ayrılma direnci için yüzeyde 450’dir. Bazı imalâtçılar (LM-Aeroconstruct) yüksek kaliteli cam içeren epoksi reçine kullanır. Bazen belirli alanlarda (genellikle karbon olmayan) kanatların direncini artırmak üzere karbon elyaflar eklenir.

3.4.3. Kanat Tasarımı Ölçek Arttırımı

En yeni olarak en büyük kanatların üretilmesi ve imalâtçının öğrenme eğrisinin zirvesinde olarak özgül kütle ve maliyet azaltıcı son gelişmelerden en çok yararlanması yaygın durumdur. Sadece 40 m çapından büyük pervanelere ait kanatlar dikkate alınır, yani daha küçük kanatlar hariç tutulursa trend çizgisi katsayısı 2,6’dan 2,8’e çıkar. Çok tutarlı üretilen kanatlar (örn. ATV kanatları) yaklaşık küp katsayısında kütle ve maliyete sahiptir.

3.4.4. Mevcut Teknolojide Ölçek Eğilimlerinin Değerlendirilmesi

Beklendiği gibi, küçük makineler yeryüzünün sınır tabakasının en kötü etkilerinden kaçınmak üzere nispeten yüksek kule yüksekliklerine sahiptir. Yaklaşık 30 m çapından büyük türbinlerde ortalama olarak kule yüksekliğinin pervane çapına orantılı ve yaklaşık olduğu açıktır. Bu seçenek hem teknik hem de görsel değerlendirmelerin bir sonucudur.

İmalâtçıların değişik kule yükseklikleri sunduğu çoğu durumda nispeten tutarlı çizelge orta değerde kule yüksekliği seçilerek elde edilir. Zemin yukarısında rüzgâr hızının değişkenliğini genellikle üs a içeren bir güç yasası temsil eder ve şekil olarak benzer rüzgâr türbinlerinin güç çıkışının çapa (D), D(2+3a) olarak bağlı olacağı hemen anlaşılır. Üs a en tipik olarak 1/7 alınır, yani D2,43 olur. Tasarım uygulaması, trend çizgisi katsayısı olarak 2,42 üstel sayısını vererek buna uyduğu ölçüde bu açıktır. Pervane çapı arttıkça motor yeri kütlesinin küp oranının altına indiği açıktır. Ancak daha

Deneyin Amacı

Salı, 06 Kasım 2007

1. DENEYİN AMACI

Mekanik titreşimler deneyi öğrenciye mekanik titreşimler dersinde verilmiş olan titreşim teorisi bilgilerinin daha iyi kavranmasına yardımcı olmak ve deneysel beceri kazandırmak amacıyla hazırlanmıştır.

2. DENEY DÜZENEĞİNİN TANITILMASI

Şekil : 1 Titreşim deneyi sistemi

Deney düzeneği şekil : 1 de görüldüğü gibi bir ucundan taşıyıcı gövde çerçeveye rulmanlı bir yatak yardımıyla mafsallı bulunan ve diğer ucundan ise helisel bir yay yardımıyla gövde çerçeveye asılı bulunan dikdörtgen kesitli bir çubuktan meydana gelmiştir. Çubuk üzerine bir motor ünitesi tespit edilmiş bulunmaktadır. Zorlayıcı kuvveti sağlamak amacıyla motor tarafından kayışla tahrik edilen iki adet dengesizliğe sahip disk sistemi motor ünitesine bağlanmıştır. Ayrıca ünite üzerine ilave kütleler bağlana bilecek şekilde bir bağlama elemanı takılmıştır. Zorlayıcı kuvvetlerin frekansı bir hız kontrol ünitesi yardımıyla ayarlanabilmektedir. Çubuğun ucunun titreşim hareketini kaydetmek amacıyla gövde çerçeveye bir kayıt ünitesi tespit edilmiş bulunmaktadır. Kayıt ünitesi üzerine kayıt kağıdı takılı bulunan ve yavaşça döndürülen silindir ile çubuğun ucuna bağlı bulunan ve kağıt ile temasta tutulan bir yazıcı kalemden oluşmuştur. Silindirin dönme hareketini veren motoru yine hız kontrol ünitesi yardımıyla işletilmektedir. Kayıt kağıdının serbest ucuna küçük bir ağırlık takılarak düşey doğrultuda ilerlemesi gerçekleştirilmiştir. Sisteme ilave sönüm katmak amacıyla ayrıca bir damper ünitesi (somun elemanı ) sağlanmıştır. Damper ünitesi içi yağ dolu bir silindir ve silindir içinde hareket eden bir pistondan meydana gelmiştir. Pistonun üzerindeki yağ geçiş deliklerinin ayarlanabilir alanlı olup böylece sönüm miktarının ayarlanmasına olanak sağlanmıştır. Ayrıca damper ünitesinin çubuk sistemi üzerindeki tespit yerinin konumunun ( mafsal noktasından uzaklığının ) değiştirilmesiyle efektif sönüm miktarının değiştirilmesinin olanağı da vardır.

Sistem elemanlarını açık olarak tanımlayacak olursak :

a) A noktasında mafsal boyu l , kütlesi m olan ve rijit kabul edilen çubuk elemanı.

b) Çubuğun C noktasından asılı bulunduğu ve yay katsayısı k olan yay elemanı.

c) Çubuğa D noktasında tespit edilmiş bulunan ve dengelenmemiş diskler taşıyan ve toplam kütlesi M olan motor elemanı.

d) Çubuğa E noktasında bağlı bulunan ve sönüm katsayısı C olan sönüm elemanı

( damper).

Sonuç olarak sistem , ideal titreşim elemanları cinsinden bir kütle-yay ve sönüm elemanı sistemi olmaktadır. Bu sistemin bir harmonik zorlayıcı kuvvet etkisi altında yapacağı titreşim hareketi sönümlü zorlanmış titreşim hareketi olacaktır.

3. HAREKET DENKLEMİ

Hareket denklemi Newton ’ un 2. Hareket Kanunu uygulanarak elde edilebilir. Bunun için küçük genlikli titreşimler ( açısal yer değiştirmeler ) kabul ederek A mafsal noktasına göre moment alınırsa :

Deneyde çubuğun B uç noktasının yer değiştirmesi ölçüleceğinden hareket denklemini de buna göre düzenlemek uygun olacaktır. Bunun için koordinat dönüşümü yapılırsa :

elde edilir. Bu denklem eşdeğer elemanlar cinsinden aşağıdaki şekilde yazılabilir :

Burada :

Çubuk+Motor ünitesi + disk sisteminin kütlesi ( kg )

Aynı sistemin kütlesel atalet momenti( kg )

eşdeğer sönüm katsayısı ( Ns/m )

eşdeğer yay katsayısı ( N/m )

Eşdeğer kuvvet genişliği ( N )

Disklerin dengesizliği ( kgm )

w : Disklerin açısal hızı ( rad/s ) olarak tanımlanmıştır.

4. HAREKET DENKLEMLERİNİN ÇÖZÜMÜ

Mekanik titreşimler dersinden bilindiği üzere hareket denkleminin genel çözücü tamamlayıcı çözüm ile özel çözüm toplamından elde edilir. Bu çözümler sırasıyla sistemin geçici titreşim ve sürekli titreşim durumlarını verirler. Yapılacak olan deneylerde sistemin sürekli titreşim hareketinin genliği ölçüleceğinden burada sürekli titreşim cevabı verilecektir.

Sistemin hareketini tanımlayan diferansiyel denklem (1) göz önüne alınırsa , harmonik zorlama durumunda sistemin sürekli titreşim cevabında harmonik olacağı kabul edilerek aşağıdaki ifadeyle verilir :

Bu çözüm hareket denkleminde yerine konarak x genliği için aşağıdaki ifadenin elde edilebileceği gösterilebilir:

( 2 )

Burada :

frekans oranı

w : Zorlayıcı kuvvetin frekansı ( rad/s )

sistemin doğal frekansı ( rad/s )

sistemin sönüm faktörü

R : Dinamik büyütme faktörü

olarak tanımlanmıştır.

(2) eşitliği , ve in tanımlanmış olan ifadeleri kullanılarak aşağıdaki şekilde de yazılabilir :

Sonuç olarak : teorik hesaplamalar için (2) ve / veya (3) eşitlikleri kullanılarak istenilen (R-r) ve/veya değişim grafikleri verilen (veya seçilen) bir sönüm faktörü değeri için çizilebilir.

5. DENEYLER

5.1.GEOMETRİK BÜYÜKLÜKLER

Çubuk elemanının boyu L=0,73m

Damper elemanının konumu =0,2m

Motor ünitesinin konumu 0,3m

Yay elemanının konumu 0,63m

5.2 KÜTLESEL BÜYÜKLÜKLER

Motor disk sisteminin kütlesi M=5.58kg

Çubuğun kütlesi m=1.7kg

İlave kütle =11.400gr =4400gr =4,4kg.

Buna göre :

M =5.58+4.4=9.98kg. alınır.

Kütlesel atalet momenti

Sistemin eşdeğer kütlesi

5.3 DÖNME DENGESİZLİĞİ

Motor tarafından ve kütle dengesizliğine sahip olan alüminyum diske ait geometrik boyutlar aşağıda verilmiştir.

Buna göre diskten çıkarılmış olan ve dengesizliği doğuran delik kütlesi :

2 adet disk mevcut olduğundan :

olarak bulunur. Buna göre ilgili zorlayıcı kuvvet genliği :

bağıntısından hesaplanır.

5.4. YAY KATSAYISININ TAYİNİ

Deneyde kullanılacak olan helisel yay elemanının yay katsayısını belirlemek amacıyla yay elemanı düzenek çerçevesindeki tespit yerine bağlanır. Yayın diğer serbest ucu ise üzerine kütlenin bağlanabileceği bir çubuğa bağlanır. Çubuk çerçevenin alt kısmı içerisinde kayar şekilde yataklanmış bulunmaktadır. Bu düzenleme yayın uzama doğrultusunun koruması ve hassas uzama ölçümü yapılabilmesi için bir verniyer ölçeği mevcuttur.

Yay katsayısını belirlemek için mevcut kütleler kullanılarak yay yüklenir ve her bir yükleme durumunda karşılık gelen uzama miktarı ölçülerek kaydedilir. Bu sonuçlar kullanılarak yay için kuvvet-zaman grafiği çizilir. Bu değişim grafiği elastik sınır içerisinde kaldığından bir doğru olacaktır. Bu doğrunun eğiminden ilgili yay katsayısı elde edilir.

Kütle

M(kg) Kuvvet

F=mg(N) Uzama

X(mm)

0,8 7,848 2

1,6 15,696 4

2,4 23,544 6

3,2 31,392 8

4,0 39,240 10

Kuvvet-zaman grafiğinden yay katsayısı :

olarak bulunur. Eşdeğer yay katsayısı için :

elde edilir.

5.5. DOĞAL FREKANS TAYİNİ

Sistem çubuğun ucundan 10-15 mm lik bir başlangıç yer değiştirmesi verilerek , yani çubuk çekilerek veya darbeyle serbest titreşime bırakılır. Sistem hareketine devam ederken belirli sayıda tam salınım için geçen zamanı kronometre ile ölçeriz. Buradan bu hareketin periyodu :

ifadesiyle bulur.

T = 9,25sn.

Tam salınım sayısı = 47

Doğal frekansı üç şekilde tayin edebiliriz. Bunlar :

yada rezonans olayının görüldüğü devir sayısına bağlı olarak n=1010d/dk.

5.6.SÖNÜM FAKTÖRÜNÜN TAYİNİ ( )

Sistem eğer sönümlü ise şekildeki gibi bir durum söz konusu olur. Bu titreşim hareketinden logaritmik azalmayı hesaplarız ve sönüm faktörünün hesabını yapabiliriz.

Başlangıç yer değiştirmesi

n.salınım sonundaki titreşim

genişliği (mm)

Logaritmik azalma

Buna göre sönüm faktörü değeri “logaritmik azalma”bağıntısı kullanılarak hesaplanır.

Sönüm faktörü :

bağıntısından logaritmik azalma bulunduktan sonra çekilerek hesaplanır.

5.7.SÜREKLİ TİTREŞİM GENLİĞİNİN ÖLÇÜMÜ

Sistemin sönümlü zorlanmış titreşim durumu için motor ünitesi çalıştırılarak dengesizliğe sahip diskler yardımıyla sistem harmonik olarak harekete geçer.

Devir sayısının n=900d/dk dan n=1500d/dk ya kadar olan aralıklarında değişik genlikler kaydedilir.

Bu kaydedilen genlik değerlerinin yarısı genliğe karşılık gelen değer olarak alınır.

Frekans

Oranı ( r )

r².R

r².R

0,902 5,244 4,266 5,365 4,365

0,952 9,72 8,809 10,672 9,672

1,002 22,28 22,369 249,75 250,75

1,052 8,58 9,495 9,371 10,371

1,072 5,99 6,948 6,253 7,253

1,102 4,54 5,513 4,664 5,664

1,202 2,22 3,213 2,236 3,236

1,503 0,79 1,784 0,794 1,793

0,7 1,957 0,959 1,961 0,961

0,6 1,561 0,562 1,563 0,563

0,5 1,333 0,333 1,333 0,333

0,4 1,19 0,19 1,19 0,19

0,3 1,099 0,099 1,099 0,099

0,2 1,04 0,042 1,04 0,042

0,1 1,01 0,01 1,01 0,01

6. İRDELEME

Deneyde 31,92 rad/s bulundu. Bu frekans gerçek doğal frekanstır. Teorik doğal frekans 35,76 rad/s olarak hesaplandı. Görüldüğü gibi teorik doğal frekans daha büyüktür. Bunun nedeni deney sırasında sisteme etki eden hava sürtünmesi ve mafsalların etkisidir.

Devir sayısı n = 1010 d/dk da sistem rezonans durumuna ( darbeli titreşim ) geçmektedir. Buradaki frekans, rezonans frekansıdır ve w = 32.32 rad/s dir.

Rezonans hali için:

R = 1 ; X = 5 mm ; olarak hesaplandı. bulundu.

Ayrıca teorik olarak hesaplanan sönüm faktörü de deneysel olarak hesaplanan sönüm faktöründen büyüktür. Teorik sönüm faktörü aşağıdaki gibidir:

Bunun nedeni de yine hava sürtünmesi ve mafsalların etkisidir.

Makinanın emniyetli bir şekilde çalışabilmesi için rezonans devir sayısından daha küçük veya gerektiği zaman daha büyük değerlerde çalıştırılmalıdır. Büyük değerler için rezonans bölgesinden geçiş ne kadar hızlı olursa etkilenme o kadar az olur.

Fren Sistemi

Salı, 06 Kasım 2007

FREN SİSTEMİ

1. GİRİŞ:

Fren sistemi aracınızdaki en önemli sistemdir. Unutmayın problem giden arabayı durduramazsanız başlar, duran araba nasıl olsa çalışır yada alternatif bir taşıt bulabilirsiniz. Eğer frenleriniz çalışmazsa sonuç korkunç olabilir.

Fren sistemi aracın yavaşlamasını,durmasını veya eğimli bir yerde park edebilmesini sağlar. Bu nedenle fren sistemi aracın güvenli bir şekilde kullanılması için gerekli en önemli donanımdır.

Frenler enerji değişim araçlarıdır, kinetik enerjiyi (momentum), termal enerjiye (ısı) çevirir. Fren pedalına basınca, arabanızı harekete geçiren güçten on misli daha fazla olan bir durdurma kuvvetine hükmediyorsunuz. Fren sistemi her bir frene tonlarca basınç yapar. Modern sistemlerde, fren merkez silindirine motor tarafından ilave güç verilir.

Fren sistemi şu ana parçalardan oluşur:

Fren merkez silindiri, hemen ön tarafta direksiyon hizasında kalır, direk olarak fren pedalına bağlantılıdır ve ayağınızın mekanik basıncını hidrolik basınca dönüştürür. Çelik "fren boruları" ve "esnek fren hortumları" merkez silindiri her bir tekerlekte bulunan "fren silindirlerine" bağlantılandırır. "Fren hidroliği" ise çok zor şartlarda çalışmak üzere tasarlanmış olup sistemi tümüyle doldurur. "Ön balatalar" ve "arka pabuç balatalar" ise fren silindirleri tarafından itilip, "ön fren disklerine" yada "arka kampanalara" sürtülülerek meydana gelen sürtünme kuvvetiyle aracın yavaşlaması sağlanır.

Son yıllarda frenlerin tasarımı büyük değişikliğe uğramıştır. Yıllardır ön frenlerde kullanılan diskler, modern araçlarda arka kampanaların yerini almaya başlamıştır. Bundaki önemli

etken basit tasarımları, hafiflikleri ve daha iyi performans sağlamaları olmuştur.

Aşağıdaki şekilde bir fren sistemi görülmektedir.

Bunun sebebi ise tasarımları gereği kampanalara göre daha çabuk soğumaları ve böylece aşırı ısınma ortaya çıkaran zor fren şartlarında çok başarılı olmalarıdır. Çabuk soğumalarının sebebi ise havalandırma kanallarının olmasıdır. Kampanalarda ise havalandırma kanalları yoktur, eğer olsaydı içlerinde su toplanarak daha başka problemlere meydan verirdiler. Disk frenler ise tasarımları gereği suyu hemen savurup atarak daha iyi havalandırma sağlarlar. Motorlu taşıtlar üzerinde oldukça farklı yapılarda değişik özelliklerde frenler kullanılmaktadır. Bunlar:

a-Hidrolik fren sistemleri

b-Mekanik fren sistemleri

c-Havalı fren sistemleri

d-Elektrikli fren sistemleri

1

Sürtünmeli frenler:

2. HİDROLİK FREN SİSTEMİ

Hidrolik frenlerde aracın frenleme organlarını çalıştırmak için hidrolik yağ basıncından yararlanılır. Fren sistemi Pascal’ın bir kabın içine konulmuş bulunan sıvının üzerine bir kuvvet uygulandığında sıvı bunu kabın çeperlerine aynı şiddette iletir prensibine göre çalışır.

Hidrolik fren sistemleri daha çok binek araçlarda kullanılır.Diğer sistemlere göre tepki süresi daha kısadır.İmalatı daha kolay ve sistem olarak daha ucuzdur.

2.1-FREN MERKEZ SİLİNDİRİ

Fren merkez silindiri hidrolik basıncını fren sistemine uygulayan parçadır. Merkez silindiri, aracınızdaki en önemli sıvı olan fren hidroliğini saklar. Gerçekte bir pedal tarafından harekete geçirilen iki alt-sistemi kontrol eder. Böyle olmasının sebebi, sistemlerden birinde herhangi bir hidrolik kaçağı olursa öbürünün iş görebilmesidir.

Her iki sistemde ayrı ayrı beslenebildiği gibi, aynı kaptaki hidroliğide kullanabilirler. Fren pedalında basınca, pedala bağlı bir itici çubuk merkez silindirin içindeki "birinci pistonu" ileri iter. Birinci piston iki alt sistemden birini harekete geçirir, ve birinci piston yayının kuvveti, ikinci pistonu hareketlendirir. Böylece meydana gelen hidrolik basıncı artar ve tekerlek silindirlerine aktarılır.

Merkez silindirindeki elektronik uyarıcılar depodaki hidrolik seviyesini kontrol edip, iki alt-sistemde bir basınc dengesizliği oluştuğunda sürücüyü uyarırlar. Eğer fren ikaz ışığı yanmışsa, mutlaka hidrolik seviyesi kontrol edilmelidir. Sıvı azalmışsa gerekli ekleme yapılıp kaçak araştırılmalıdır. AMAN DİKKAT, ARACINIZ İÇİN DOĞRU OLAN HİDROLİĞİ KULLANIN. Eğer yanlış hidrolik cinsi kullanırsanız, buda sistemdeki bütün lastik conta ve keçeleri bozup epeyi masraf açabilir.

2.2-FREN UYARI SİSTEMİ

Fren uyarı sistemi 1970′lerden beri standart ekipman olmuştur. Fren borularındaki farklılıkları kontrol eder ve dengesizlik anında bir ışık ile sürücüyü ikaz eder.

2.3-KUVVETLENDİRİLMİŞ FRENLER

2

Motorun kuvvetini yada aküyü kullanarak aracın fren kabiliyetini arttıran frenlere kuvvetlendirilmiş fren denir. Dört yaygın tipi: havalı frenler, vakumlu, hidrolik ve elektro-hidrolik frenlerdir. Bir çok otoda vakumlu tip kullanılır. Vakum ile kuvvetlendirilmiş bir gereç ayağınızla uyguladığınız kuvveti arttırıcı bir etki sağlar.

Vakumlu frenlerde merkez silindiri harekete geçiren itici çubuk aynı zamanda bir vakum kontrol valfini de açarak sistemi harekete geçirmiş olur. Sonra motor vakum borusu alçak basınç vakum odası yaratır. Kontrol odasındaki atmosferik basınç diyaframı iter. Diyafram üzerindeki basınç ile ileri itilip, ana merkez pistonlarına basınç uygular.

Hidrolik ile kuvvetlendirilmiş sistemler hidrolik direksiyon pompasındaki basıncı kullanır ve bu kuvveti kullanarak merkez silindirine basınç uygularlar. Bu motor stop etsede kuvvetlendirilmiş fren imkanı sağlar.

Eğer dilerseniz aradaki farkı görmek için trafiğe kapalı bir yolda kontak anahtarını kapatıp (aman dikkat, sakın ha direksiyonuda kilitleyeceğiniz pozisyona getirmeyin) fren yapın. Frene sadece sizin bacağınızın kuvveti hükmediyor olduğundan yavaşladığınıda zorlukla hissedeceksiniz.

2.4- FREN HİDROLİĞİ

Fren hidroliği, hidrolik fren sistemlerinde kullanılan özel bir sıvıdır. Çalışma şartlarında oluşacak geniş ısı aralıklarına dayanıklıdır. Aşırı fren ısınmalarında ise kaynamayacak şekilde tasarlanmıştır.

Değişik sistemlerde değişik hidrolikler kullanılır ve bunlar kesinlikle birbiriyle karıştırılmamalıdır. Bir çok otomobil "DOT3" ve "DOT4" fren hidroliği kullanmaktadır. Bazı yeni araçlar ise siliconlu hidrolikler kullanmaktadır. Bunlar kesinlikle birbiriyle karıştırılıp kullanılmamalıdır çünkü fren sistemlerinin kauçuk kısımları sadece alışkın oldukları tip sıvıyla çalışabilir.

Başınıza gelebilecek en kötü şeylerden biriside fren hidroliğinin karıştığı için bozulmasıdır. Bu bozulma sonucunda bütün piston keçe ve lastikleri, sistemdeki bütün lastik contalar ve hortumlar değiştirmek ister. BÜYÜK MASRAF gerektiren bu durumdan etkilenmemek için fren hidroliği olarak ne konulduğuna ÇOK DİKKAT etmelisiniz.

Ayrıca fren hidroliği boyayı bozduğundan, aracınızın üzerine dökülmemesine dikkat ediniz.

Şekil 2.1 de hidrolik fren mekanızması görülmektedir.

şekil 2.1 hidrolik fren sistemi

2.5 FREN BORU VE REKORLARI:

3

Fren merkez silindiri ile tekerlek silindirleri arasındaki hidrolik basıncının iletilmesi fren boruları ile olur.Fren boruları fren sistemi elemanlarına rekorlar ile bağlanır.Fren boruları çift katlı ve korozyona ve pası önlemek için bakır ile kaplanmış kurşun ile sıvanmıştır.Fren boru ve rekorları yüksek basınca ve titreşimlerden etkilenmezler.

2.6-DİSK FRENLER

Disk frenler suspansiyon elemanlarına tutturulmuş "kaliperlere" yerleştirilmiş fren balatalarının diskleri bir kıskaç yada mengene gibi sıkıştırması ile bir sürtünme sağlar. Kaliperlerin içinde ise pistonlar merkez silindirinden aldıkları kuvvet ile balatalara basınç sağlarlar, balatalarda fren diskine sürtünüp aracı yavaşlatırlar. Disk frenler ile bisiklet frenleri aynı prensiplerle çalışırlar.

Disk frenler, diğer birçok otomotiv buluşları gibi, oto yarışları için geliştirilmişlerdir, fakat şimdilerde bütün araçlarda standart parça haline gelmiştir. Bir çok araçta ön frenler disk tipi olup, arkalar ise kampana tipi frenlerdir. Kampana tipi frenler iki tane yarım daire şekilde pabuç balata kullanır ve bu pabuçlarda dışarı doğru açılıp, kampanaların iç yüzeylerine basınç uygularlar. Eski araçların dört tekerinde de kampana tipi fren varken şimdilerde birçok otomobillerde dört tekerde disk fren uygulanmaktadır.

Disk frenler suları kampana tipi frenlere göre daha kolay savurduğundan ıslak şartlarda daha iyi bir performans gösterirler. Ama bu sudan etkilenmedikleri anlamına gelmemelidir. Eğer bir su birikintisine hızla girip ve de fren yapmaya kalkarsanız, ilk birkaç saniye frenleriniz çalışmayabilir! Disk frenler daha iyi hava soğutması sağladıklarından performansları daha iyidir. Bazı disklerde ise performansı daha da arttırmak için hava kanalları da bulunabilir.

2. 6.1-FREN KALİPERLERİ

Kaliper balataları diskin üzerine çimdikler gibi sıkıştıracak şekilde çalışır. Hidroliği "fren silindirinin" pistonlarına taşır. Kaliperlerin herbiri tekerleğin suspansiyon elemanlarının üzerine monte edilmiştir. Genelde dingile monte edilmiş kaliper, tekerin bükülme kuvvetini kontrol kolları ile şasiye iletir. Fren hortumları ise kaliperi merkez silindirine bağlayan fren borularına birleştirir. Her kaliperin üzerinde ise sistemdeki havayı almak üzere "hava tahliye rekoru" bulunur.

2.7-FREN KAMPANALARI

Fren kampanası üstü düz olan bir silindir şeklindedir.Bu sistemde, fren pabuçları fren tablası üzerine yerleştirilmiştir. Fren silindirlerine etki eden hidrolik basınçla fren pabuçları(balatalar) kampana yüzeyine sıkıştırılarak frenleme yapılır. Fren yapıldığında pabuç balatalar kampananın iç yüzeyine sürtünerek tekerleklerin dönüşünü yavaşlatırlar. Frenlemeden sonra geri getirme yaylarının etkisiyle pabuçlar eski konumuna getirilerek frenleme sona erdirilir.

Fren pedalına basıldıktan sonra fren merkez silindirinde oluşan basınçlı hidrolik fren tekerlek silindirine gelir.Basınçlı hidrolik fren silindirinin içindeki pistonu dışa doğru iterek fren pabuçlarının dışa doğru açılmasını ve kampanaya temas etmesini sağlar.Pabuçlara çakılmış olan balatalar kampana iç yüzeyi arasında bir sürtünme meydana gelir ve frenleme sağlanmış olur.Frenleme esnasında aracın hareketli oluşundan dolayı meydana gelen kinetik enerji ısı enerjisine dönüşür.Bu ısı kampananın hava ile temasta olan dış yüzeyi tarafından havaya iletilir ve bir kısmı fren pabuçları üzerinde kalır.

2.7.1-LİMİTÖR VEYA KOMPANSATÖR:

Frenleme anında arcın arka tarafından ön tarafına doğru bir yük transferi gerçekleşir ve aracın ağırlık merkezi öne doğru kayar.Dolayısıyla ön tekerleklere gelen yük arka

4

tekerleklere gelen yükten fazla olur.Buda ön tekerleğin frenleme ihtiyacının fazla olduğunu gösterir.Eğer herhangi bir düzenleme yapılmaz ise ön ve arka tekerleklere aynı fren basıncı gönderildiğinde arka tekerlekler kilitlenir ve araç kaymaya başlar.Araç kaymaya başladığın da arka taraf savrulma eğilimi gösterir. Bunu önlemek için arka taraflara giden hidroliğin azaltılması gerekir.Bu işlevi yerine getirmek için klasik tip dağılımlı fren sistemlerinde limitör,çapraz dağılımlı fren sistemlerinde kompansatör kullanılır

2.8-TEKERLEK SİLİNDİRLERİ

Teker silindirleri, yada "fren silindirleri", içlerindeki hareket halindeki pistonlarla hidrolik fren basıncını mekanik kuvvete çevirirler. Ortaya çıkan hidrolik basıncı ise balataların veya pabuçların disk yada kampanalara sürtünmesini sağlar.

Kampana fren silindirleri, silindir şeklindeki döküm gövdenin içinde iki piston, bir basınç yayı, iki lastik kapak, iki tane yuvarlak lastik pabucdan oluşur. İki lastik kapak silindirin içine su, çamur gibi dış etkenlerin girmesini engeller. Bu tip fren silindiri herbir pistonun dışında bulunan lastik pabuçlara değen itici çubuklar ile pabuç balataları iterler. Disk frenlerde ise fren silindiri kaliperin içine monte edilmiştir. Bütün fren silindirlerinin sistemin havasını almaya yarayan "hava tahliye rekorları" vardır.

Fren pedalına basınca, ana merkezdeki pistonlar itilir ve fren hidroliği borulara doğru gönderilir. Bu hidrolik basıncı fren silindiri pistonlarını harekete geçirir buda fren balatalarını ve pabuçları fren disklerine ve fren kampanalarına sürtünmeye zorlar. Kampanalar pistonları geri çekmek için yaylar kullanırlar. Kaliperlerde ise piston keçeleri frenin yavaşça bırakılmasını sağlar.

2.9-PARK VEYA EL FRENİ

El freni, bir çelik kablo ile frenlerin belli bir sıkışlıkta tutulmasını sağlarlar. El freni aracınızın arka frenlerini harekete geçirirler. Burada hidrolik basınç yerine, bir kablo (mekanik) bağlantı ile frenleme yapılır.

El freni çekildiğinde çelik bir kablo, fren balata yada pabuçlarının disk yada kampanalara sıkıca yapışıp tutunmalarını sağlar. El freni kendinden ayarlamalıdır. Pabuçlarınız aşındıkça otomatik ayarlayıcı aradaki farkı karşılar ve gene aynı kuvvetle tutunmayı gerçekleştirir. Sadece pabuçlar değiştiğinde el fren ayarının servis tarafından manuel yapılması gerekir.

El freni yokuş çıkarken çok faydalıdır. Eğer bir yokuşta durmak zorunda kalırsanız, aracınızı tekrar harekete geçirirken, yerinden kalkma işlemini el frenini yavaş yavaş bırakırken araca gaz vererek debriyajdan ayağınızı kaldırarak yapabilirsiniz. Böylece el freninin sağladığı güvenceyle otonuzu geri kaydırmamış olursunuz. Biraz alıştırma ile bunu kolayca gerçekleştirebilirsiniz. Aman unutmayın, tepeyi çıkarken bir aracın arkasında durmak zorunda kalırsanız, aracın biraz geri kayabileceğini düşünerek arada mesafe bırakın (özellikle önünüzdeki araç kamyon ise).

ÖNEMLİ :Ara sıra el frenini kontrol ettirmeyi UNUTMAYIN, çünkü bir gün olur frenleriniz tutmazsa bakımlı bir el freni hayatınızı kurtarabilir

3- DENEYLERİN YAPILIŞI

Deney yapılırken kullanılan fren test cihazı tertibatinda; bir tahrik motoru, fren dinamometre tertibatlı frenleme simülatörü, tandım ana fren silindirli, fren takımlı bir levha, pedal dinamometresi ,fren sistemi basınç göstergesi,sıcaklık göstergesi,kampana ve disk ile takma aparatları bulunmaktadır.

Bu deney düzeneğinde fren sistemindeki pedal kuvveti değişimlerine göre kampanalarda ve disklerde oluşan torkların ölçülmesi için kullanılmaktadır.

5

NOT: Yapılan 6 deneyde de pedal kuvvetleri 25,50,75,100,125,150 (N) uygulanmıştır.

3.1-FREN TEST CİHAZINDA YAPILAN DENEYLER

1. Kampanalı vakumlu 1. pabuç devre dışı,

2. Kampanalı vakumlu 2. pabuç devre dışı,

3. Kampanalı vakumlu ve her iki pabuç devrede,

4. Diskli vakumsuz 1. yönünde,

5. Diskli vakumlu 1 yönünde,

6. Diskli vakumlu 2 yönünde,

Deneyler yapılmıştır. Kampanalı fren tertibatı test cihazına uygun şekilde monte edilir.

DENEY 1 Kampanalı vakumlu 1. pabuç devre dışı

1. Test cihazının fişi takılır.

2. sabitleme pimi ile 1. pabuç devre dışı bırakılır.

3. cihazın şalteri 1 konumuna getirilir.

4. pedal kuvveti sırasıyla tablodaki değerlere getirilir.

5. göstergelerden okunan basınç, frenleme kuvveti ve sıcaklık değerleri tabloya yazılır.

DENEY -2 Kampanalı vakumlu 2. pabuç devre dışı:

1. Sabitleme pimi kampananın 2. pabucunu (sağdaki) devre dışı bırakılır.

2. pedal kuvveti verilen değerler sırasıyla uygulanır.

3. Göstergelerden okunan frenleme kuvveti, basınç ve sıcaklık değerleri okunarak tabloya aktarıldı.

DENEY -3 Kampanalı vakumlu her iki pabuç devrede

1. Sabitleme pimi çıkarılır.

2. Pedal kuvveti sırasıyla verilen değerlere getirilir.

3. Göstergelerden okunan frenleme kuvveti, basınç ve sıcaklık değerleri okunarak tabloya yazılır.

DENEY -4 Diskli vakumsuz 1 yönünde

1. Kampanalı fren tertibatı sökülerek diskli fren tertibatı uygun şekilde yerine takılır.

2. Vakum borusu vakum pompası tarafından sökülür.

3. Test cihazı şalteri 1 konumuna getirilir.

4. Pedal kuvveti sırasıyla verilen değerlere getirilir.

5. Göstergelerden okuma frenleme kuvveti, basınç ve sıcaklık değerleri okunarak tabloya yazılır.

DENEY-5 Diskli vakumlu 1 yönünde

1. Vakum borusu vakum pompasına tekrar takılır.

2. Test cihazı şalteri 1 konumuna getirilir.

3. Pedal kuvveti verilen değerlere getirilir.

4. Göstergelerden okunan frenleme kuvveti, basınç ve sıcaklık değerleri okunarak tabloya yazılır.

DENEY -6 Diskli vakumlu 2 yönünde

1. Test cihazı şalteri 2 konumuna getirilir.

2. Pedal kuvveti sırasıyla verilen değerlere getirilir.

3. Göstergelerden okunan frenleme kuvveti, basınç ve sıcaklık değerleri okunarak tabloya yazılır.

6

3.2-KAMPANALI DENEY SONUÇ TABLOSU

Pedal kuvveti (N) Fren kuvveti (KN) Sistem basıncı (BAR) Sıcaklık (˚C)

25 0,31 6 15

50 0,50 21 16,5

75 0,63 30 18,5

100 0,81 40 23

125 0,87 48 28

150 0,94 55 32

3.2.1–1.PABUÇ DEVRE DIŞI:

Bu deneyde kampanalı fren sisteminde tek pabucun devrede iken oluşan frenleme kuvveti tespit edilmiştir.Frenleme kuvvetinin max 940 N kadar yükseldiği gözlenmiştir.

3.2.2–2. PABUÇ DEVRE DIŞI:

Pedal kuvveti (N) Fren kuvveti (KN) Sistem basıncı (BAR) Sıcaklık (˚C)

25 0,23 6 23

50 0,53 18 27

75 0,77 25 31,5

100 1,06 35 35

125 1,32 49 41

150 1,57 55 49

7

7

Bu deneyde frenleme kuvvetinin biraz daha arttığı görülmüştür.Frenleme kuvveti max 1570 N kadar yükselmiştir.

3.2.3-İKİ PABUÇ DEVREDE İKEN

Pedal kuvveti (N) Fren kuvveti (KN) Sistem basıncı (BAR) Sıcaklık (˚C)

25 0,38 5 22

50 0,66 18 25

75 1,05 27 29

100 1,36 37 35

125 1,71 40 44

150 1,94 55 60

Bu deneyde her iki pabucunda devrede olduğu konumdaki frenleme kuvveti incelenmiştir.Frenleme kuvveti her iki pabucunda birlikte çalışması ile birlikte max 1940 N kadar yükseldiği görülmüştür

3.3-DİSK ÜZERİNDE YAPILAN DENEY SONUÇLARI

3.3.1-VAKUMSUZ

8

Pedal kuvveti (N) Fren kuvveti (KN) Sistem basıncı (BAR) Sıcaklık (˚C)

25 0,22 0 13,5

50 0,22 2 14

75 0,29 4 14,2

100 0,40 6 15,3

125 048 8 17

150 0,66 11 18,1

Bu deney sonucunda pedal kuvvetinin attırılması ile fren kuvvetinin vakumsuz test olduğu için çok küçük bir eğimle dalgalı bir şekilde artmaktadır.Yani sistem basıncı aracı güvenli bir şekilde durduracak kadar yükselememektedir

3.3.2-VAKUMLU 1 YÖNÜNDE

Pedal kuvveti (N) Fren kuvveti (KN) Sistem basıncı (BAR) Sıcaklık (˚C)

25 0,60 7 17

50 0,82 18 20

75 1,25 28 25

100 1,88 42 30

125 1,92 44 50

150 2,40 55 62

9

Bu deneyde sistem basıncının ve fren kuvvetinin vakum etkisinden dolayı aracı durduracak kadar yükseldiği görülmektedir.Ayrıca vakumun yapılan deneyde sistem basıncını ortalama beş katına çıkardığı görülmektedir.

3.3.3- VAKUMLU 2 YÖNÜNDE

Pedal kuvveti (N) Fren kuvveti (KN) Sistem basıncı (BAR) Sıcaklık (˚C)

25 -0,06 8 25

50 -0,42 13 35

75 -0,93 31 40

100 -1,42 38 50

125 -1,76 48 55

150 -2,18 55 77

10

Bu deneyde dönüş yönünün ters seçildiği ve negatif yani ters yönde bir frenleme kuvvetinin oluştuğu görülmektedir.

3.4-DENEY SONUÇLARININ DEĞERLENDİRİLMESİ:

A)-Diskli Fren Sistemi Deneyleri:

Diskli fren sisteminde hem güç ünitesi devredeyken hem de güç ünitesi devre dışı iken testler yapılmış ve bazı sonuçlar elde edilmiştir. Diskli fren sisteminde güç ünitesi oluşturmak için gerekli olan fren kuvveti belli değerdeyken güç ünitesinin vakum borusunu sökerek devre dışı bıraktığımızda aynı fren kuvvetini oluşturabilmek için gerekli olan fren kuvveti vakum yardımındaki değerden çok daha fazla olmuş ve frenleme zorlaşmıştır. Buradanda çıkan sonuç güç ünitesinin oldukça yüksek bir oranda frenleme kuvvetinin yeteri kadar yükselmesine yardımcı olmaktadır.

B)-Kampanalı Fren Sistemi Deneyleri:

Kampanalı fren sisteminin diğer deneylerinde ise dönüş yönüne göre balatalardaki self enerjinin etkisi görülmektedir. Bu self enerji tekerleğin dönüş yönündeki balatada oluşmaktadır. Bu saptama tekerleğin dönüş yönüne göre sırası ile ön ve arka balataları kilitlemek suretiyle fren kuvvetinde meydana gelen değişimler ışığında varılmıştır.

Kampanalı ve diskli sistemlere ait veriler toplandığında ikisi arasında bir karşılaşma yapılabilmektedir. Sonuçlara göre aynı pedal kuvveti her iki sisteme de uygulandığında diskli fren sisteminde çok daha büyük değerde fren kuvveti oluşmaktadır. Yani diskli fren sistemi kampanalı fren sistemine oranla çok daha verimli ve etkili bir sistem olduğu ortaya çıkmıştır.

Deneyler esnasında dikkat edilen bir faktör ise sıcaklık artışına bağlı olarak değişen değerlerdir. Sıcaklık artıkça sürtünme yüzeylerinde kayma oranı da artığından fren etkinliği azalmaktadır.

4- SONUÇLAR:

Yapılan deneyler sonucunda diskli fen sistemlerinin daha yüksek frenleme kuvvetine sahip olduğu görülmüştür.Bundan dolayı günümüz taşıtlarında frenleme kuvvetinin yüksek olmasını istediğimiz ön tekerleklerde diskli fren sistemi arka tekerleklerde de kampanalı fren sistemi kullanılmaktadır. Ayrıca oluşan sıcaklık diskli sistemde daha çabuk dışarı atılmaktadır. Ve su ile temasında da balataların ıslanmasını önleyerek suyu kolayca dışarı atabilmektedir. Buna karşın diskli sistemler daha çabuk ısınmaktadır.

Ayrıca bazı lüks araçlarında arka tekerleklerinde diskli fren sisteminin kullanılması yaygınlaşmaktadır.

11

Ferrarı Cnc 500 / Elexa 520 )

Salı, 06 Kasım 2007

N0070 ( FERRARI CNC 500 / ELEXA 520 )

N0110 ( PROGRAM-NAME = 10102 )

N0170 ( DATE = 24-MONDAY-2003 09:33:40.00 )

N0190 G341

N0210 G99 M10

N0230 M11 {XYZ}

N0250 ( )

N0270 G45 T15 (PINDFR 35R5)

N0290 G99 PA1 S2000 M3

N0310 G0 X0. Y-95.

N0330 Z50. M7

N0350 Z-1.5 M8

N0370 G94 F2400

N0390 G41 D0

N0410 G1 X11.8655 Y-86.567 F2400

N0430 X11.6084 Y-85.6006

N0450 G3 X.0337 Y-76.6851 I.0116 J-88.6851

N0470 G1 X-.0003

N0490 X-7.7836 Y-76.699

N0510 X-13.4298 Y-76.6935

N0530 G2 X-21.0476 Y-76.6172 I-10.4472 J601.4127

N0550 G1 X-21.2018 Y-76.6144

N0570 X-24.8944 Y-76.5327

N0590 X-28.3296 Y-76.4193

N0610 X-31.7831 Y-76.2602

N0630 X-33.81 Y-76.1429

N0650 X-35.9056 Y-75.9997

N0670 X-37.8686 Y-75.825

N0690 X-39.8822 Y-75.5897

N0710 X-41.588 Y-75.3406

N0730 X-43.8852 Y-74.9284

N0750 X-45.6323 Y-74.5568

N0770 X-47.9355 Y-73.9908

N0780 T010101

N0770 M06

N0790 X-49.681 Y-73.5038

N0810 X-52.0286 Y-72.7727

N0830 X-54.3529 Y-71.9607

N0850 X-57.8169 Y-70.5772

N0870 X-61.2827 Y-68.9593

N0890 X-63.246 Y-67.9323

N0910 X-64.6056 Y-67.1737

N0930 X-66.38 Y-66.1188

N0950 X-68.3324 Y-64.8598

N0970 X-69.6905 Y-63.9181

N0990 X-70.4773 Y-63.3493

N1010 X-71.8279 Y-62.3331

N1030 X-73.4933 Y-61.0087

N1050 X-74.5961 Y-60.0888

N1070 X-76.2067 Y-58.6718

N1090 X-77.3577 Y-57.5992

N1110 X-78.8343 Y-56.1451

N1130 X-80.4882 Y-54.3934

N1150 X-82.0716 Y-52.5778

N1170 X-83.2143 Y-51.1788

N1190 X-84.6114 Y-49.3647

N1210 X-85.9478 Y-47.537

N1230 X-86.975 Y-46.071

N1250 X-87.7336 Y-44.9323

N1270 X-88.8871 Y-43.0766

N1290 X-89.7029 Y-41.6521

N1310 X-90.1558 Y-40.8221

N1330 X-90.7717 Y-39.6444

N1350 G2 X-93.358 Y-34.0941 I-9.3988 J1.651

N1370 G1 X-94.0774 Y-32.3069

N1390 X-94.6565 Y-30.727

N1410 X-95.2994 Y-28.7889

N1430 X-95.894 Y-26.8272

N1450 X-96.3992 Y-24.9918

N1470 X-96.7613 Y-23.4929

N1490 G2 X-97.4977 Y-19.779 I-16.2686 J-5.6027

N1510 G1 X-97.7783 Y-18.0577

N1530 X-97.9856 Y-16.4983

N1550 X-98.1279 Y-15.1686

N1570 G2 X-98.445 Y-11.2014 I54.6179 J-.9633

N1590 G2 X-98.5627 Y-7.8942 I-.571 J-6.0625

N1610 G2 X-98.6503 Y-2.2394 I500.7675 J4.2183

N1630 G1 X-98.6603 Y.0145

N1650 X-98.6422 Y3.1038

N1670 X-98.5799 Y6.9906

N1690 X-98.5777 Y7.1048

N1710 X-98.535 Y9.0678

N1730 X-98.4849 Y10.4322

N1750 X-98.3547 Y12.5378

N1770 X-98.1732 Y14.6844

N1790 X-97.9981 Y16.3976

N1810 X-97.7896 Y17.9793

N1830 X-97.545 Y19.5091

N1850 X-97.1771 Y21.5183

N1870 X-96.8159 Y23.2568

N1890 X-96.4463 Y24.8066

N1910 X-96.0204 Y26.3865

N1930 X-95.5744 Y27.8966

N1950 X-95.0349 Y29.6089

N1970 X-94.6146 Y30.8436

N1990 X-94.101 Y32.2418

N2010 X-93.7337 Y33.1797

N2030 X-92.8796 Y35.2096

N2050 X-91.4261 Y38.3381

N2070 X-90.5359 Y40.1031

N2090 X-89.9044 Y41.2881

N2110 X-89.0268 Y42.8386

N2130 X-88.2339 Y44.1448

N2150 X-87.7576 Y44.8921

N2170 G2 X-85.5218 Y48.1253 I-24.647 J3.6399

N2190 G1 X-84.3766 Y49.6762

N2210 X-83.4661 Y50.8611

N2230 X-81.3776 Y53.3991

N2250 X-78.8562 Y56.1273

N2270 X-77.0032 Y57.9376

N2290 X-75.2019 Y59.5675

N2310 X-73.8922 Y60.6794

N2330 X-73.1411 Y61.2939

N2350 X-72.0757 Y62.14

N2370 X-70.5973 Y63.2617

N2390 X-69.3501 Y64.1619

N2410 X-66.3943 Y66.1137

N2430 X-64.158 Y67.4302

N2450 X-61.8486 Y68.6738

N2470 X-58.3161 Y70.3569

N2490 X-55.93 Y71.353

N2510 X-54.1427 Y72.0367

N2530 X-50.5843 Y73.2354

N2550 X-48.2552 Y73.9054

N2570 X-46.167 Y74.4334

N2590 X-44.0163 Y74.902

N2610 X-42.4525 Y75.1958

N2630 X-40.2367 Y75.5412

N2650 X-39.2688 Y75.6663

N2670 X-38.3114 Y75.7774

N2690 X-36.0909 Y75.9849

N2710 G2 X-28.494 Y76.4123 I-19.8375 J-145.1834

N2730 G1 X-27.0835 Y76.4647

N2750 X-26.8907 Y76.4709

N2770 X-22.8251 Y76.5826

N2790 X-22.6283 Y76.587

N2810 X-19.7075 Y76.6384

N2830 X-19.5435 Y76.6407

N2850 X-14.4256 Y76.6888

N2870 G2 X-5.8191 Y76.6958 I-9.144 J-1126.1822

N2890 G1 X.0003 Y76.6851

N2910 X7.6677 Y76.6989

N2930 X13.3411 Y76.6938

N2950 X13.4714 Y76.6933

N2970 X18.1005 Y76.659

N2990 G2 X24.8333 Y76.5344 I12.2661 J-420.5722

N3010 G1 X28.2793 Y76.4213

N3030 X31.9748 Y76.2499

N3050 X33.9469 Y76.1344

N3070 X36.0177 Y75.991

N3090 X38.0902 Y75.8037

N3110 X41.3964 Y75.374

N3130 X43.8418 Y74.937

N3150 X45.589 Y74.5666

N3170 X47.8923 Y74.0022

N3190 X49.6381 Y73.5164

N3210 X51.9869 Y72.7865

N3230 X54.312 Y71.9758

N3250 X57.7771 Y70.5944

N3270 X61.2442 Y68.9785

N3290 X63.2087 Y67.9525

N3310 X64.5692 Y67.1945

N3330 X66.3444 Y66.1408

N3350 X68.2968 Y64.8837

N3370 X69.6547 Y63.9436

N3390 X70.4415 Y63.3756

N3410 X71.7916 Y62.3611

N3430 X73.4601 Y61.0359

N3450 X74.5638 Y60.1162

N3470 X76.1749 Y58.7006

N3490 X77.3361 Y57.62

N3510 X78.905 Y56.0732

N3530 X80.5188 Y54.3578

N3550 X81.6047 Y53.1247

N3570 X82.2287 Y52.3874

N3590 X83.2899 Y51.0836

N3610 X84.6966 Y49.2503

N3630 X86.0185 Y47.4384

N3650 X87.0434 Y45.9705

N3670 X87.8013 Y44.8276

N3690 X88.9543 Y42.9631

N3710 X89.7684 Y41.534

N3730 X90.2214 Y40.6993

N3750 X90.8397 Y39.5108

N3770 G2 X93.4061 Y33.9795 I9.7735 J-1.4631

N3790 G1 X94.1238 Y32.1855

N3810 X94.6812 Y30.654

N3830 X95.1117 Y29.3717

N3850 X95.3817 Y28.5227

N3870 X95.9294 Y26.7049

N3890 X96.4008 Y24.9846

N3910 X96.7602 Y23.4977

N3930 G2 X97.4955 Y19.7911 I16.5413 J5.658

N3950 G1 X97.7763 Y18.0705

N3970 X97.984 Y16.5122

N3990 X98.1264 Y15.1841

N4010 G2 X98.4452 Y11.1985 I-54.0722 J1.0045

N4030 G2 X98.5627 Y7.8919 I.3777 J6.0583

N4050 G2 X98.6503 Y2.2391 I-498.4231 J-4.1865

N4070 G2 X98.6425 Y-3.032 I-202.8758 J.0497

N4090 G2 X98.5454 Y-8.6647 I-529.9614 J4.9871

N4110 G1 X98.5279 Y-9.2935

N4130 X98.4769 Y-10.5999

N4150 X98.3519 Y-12.5713

N4170 X98.1905 Y-14.4875

N4190 X98.0234 Y-16.1773

N4210 X97.8257 Y-17.7276

N4230 X97.6206 Y-19.0566

N4250 X97.4662 Y-19.9549

N4270 X97.1241 Y-21.7892

N4290 X96.7537 Y-23.5329

N4310 X96.3783 Y-25.0701

N4330 X96.0227 Y-26.3756

N4350 X95.7709 Y-27.2413

N4370 X95.3837 Y-28.5173

N4390 X94.8354 Y-30.2065

N4410 X94.353 Y-31.5712

N4430 X93.8002 Y-33.0127

N4450 X93.42 Y-33.9452

N4470 X92.5655 Y-35.9119

N4490 X91.1292 Y-38.9401

N4510 X90.245 Y-40.6562

N4530 X89.595 Y-41.8473

N4550 X88.6338 Y-43.4982

N4570 X87.7343 Y-44.9323

N4590 X86.549 Y-46.6894

N4610 G2 X83.9823 Y-50.1945 I-18.5238 J27.5605

N4630 G1 X83.0574 Y-51.3763

N4650 X81.0324 Y-53.7885

N4670 X79.3849 Y-55.5764

N4690 X78.142 Y-56.8388

N4710 X76.3943 Y-58.5027

N4730 X74.5564 Y-60.1235

N4750 X73.2184 Y-61.2314

N4770 X72.5979 Y-61.7285

N4790 X71.477 Y-62.6028

N4810 X69.0472 Y-64.3749

N4830 X67.0373 Y-65.7063

N4850 X65.5304 Y-66.6337

N4870 X63.4266 Y-67.8358

N4890 X61.1042 Y-69.0495

N4910 X57.5443 Y-70.6918

N4930 X55.1414 Y-71.6609

N4950 X53.3464 Y-72.3229

N4970 X49.7956 Y-73.4725

N4990 X47.5952 Y-74.08

N5010 X45.3924 Y-74.6112

N5030 X43.3586 Y-75.0304

N5050 X41.7291 Y-75.3172

N5070 G2 X37.4887 Y-75.8613 I30.4319 J-4.069

N5090 G2 X33.9844 Y-76.1314 I27.0578 J36.6022

N5110 G2 X26.8848 Y-76.4711 I18.758 J167.7344

N5130 G1 X22.818 Y-76.5827

N5150 X22.6212 Y-76.5871

N5170 X19.6998 Y-76.6386

N5190 X19.5358 Y-76.6408

N5210 X14.4159 Y-76.6889

N5230 G2 X5.8169 Y-76.6957 I9.1663 J1124.8187

N5250 G1 X.0337 Y-76.6851

N5270 G3 X-8.4581 Y-80.1842 I.0116 J-88.6851

N5290 G40

N5310 G1 X-9.1665 Y-80.89

N5330 X0. Y-95.

N5350 G0 Z-3.

N5370 G41 D0

N5390 G1 X11.8655 Y-86.567

N5410 X11.6084 Y-85.6006

N5430 G3 X.0337 Y-76.6851 I.0116 J-88.6851

N5450 G1 X-.0003

N5470 X-7.7836 Y-76.699

N5490 X-13.4298 Y-76.6935

N5510 G2 X-21.0476 Y-76.6172 I-10.4472 J601.4127

N5530 G1 X-21.2018 Y-76.6144

N5550 X-24.8944 Y-76.5327

N5570 X-28.3296 Y-76.4193

N5590 X-31.7831 Y-76.2602

N5610 X-33.81 Y-76.1429

N5630 X-35.9056 Y-75.9997

N5650 X-37.8686 Y-75.825

N5670 X-39.8822 Y-75.5897

N5690 X-41.588 Y-75.3406

N5710 X-43.8852 Y-74.9284

N5730 X-45.6323 Y-74.5568

N5750 X-47.9355 Y-73.9908

N5770 X-49.681 Y-73.5038

N5790 X-52.0286 Y-72.7727

N5810 X-54.3529 Y-71.9607

N5830 X-57.8169 Y-70.5772

N5850 X-61.2827 Y-68.9593

N5870 X-63.246 Y-67.9323

N5890 X-64.6056 Y-67.1737

N5910 X-66.38 Y-66.1188

N5930 X-68.3324 Y-64.8598

N5950 X-69.6905 Y-63.9181

N5970 X-70.4773 Y-63.3493

N5990 X-71.8279 Y-62.3331

N6010 X-73.4933 Y-61.0087

N6030 X-74.5961 Y-60.0888

N6050 X-76.2067 Y-58.6718

N6070 X-77.3577 Y-57.5992

Çene Hesabı

Salı, 06 Kasım 2007

Çene Hesabı

F =9000 N Ơem = Ơak/S

Malzeme Dökme Çelik 60 Ơem = 300/2= 150 N/mm2

Ơak =300 N/mm2

L =26mm (seçildi) M = F.L = 9000.26 = 234000 Nmm2

S=2 (seçildi)

Ơçene = M.y/I = 9000.26.h/2 = 9000.26 = 1404000

b.h3 /12 b.h2 b.h2

Ơçene < Ơem 150 = 1404000 b.h2 = 1404000/150 =9360 mm3

b.h2

Ơçene = 1404000/b.h2 =1404000/12.30 =130 n/mm2

b=12 mm alınırsa h2 = 9360/12 olur.Buradan h=27,9 mm elde edilir.Konstrüksiyon gereği h=30 mm alınır.Burada b çenenin et kalınlığı h ise çenenin genişliğidir.

Çeneye Etkiyen Kesme Kuvveti

T= V.Q/I.b = [9000.(h/2).(h/4).b] / [b.h3/12] = 9000.15.7,5.12 /12.303

T= 37,5 N/mm2 (emniyetli)

Max. Şekil Değiştirme Hipotezine Göre

Ơçene = 130 N/mm2 Ơ2 =Ơ2çene+3.T2 = 1302 + 3.(37,5)2

T = 37,5 N/mm2

Ơ =145,32 N/mm2

Ơ<Ơem olduğundan emniyet sağlanmış olur.

Çene Başı Hesabı

Seçilen Malzeme St33 Ơem = Ơak /S =180 / 2,5

Ơak =180 N/mm2

S =2,5 (Seçildi) Ơem = 72 N/mm2

Ơ = F/A = F / b.h = 9000 / 30.12

Ơ = 25 N/mm2

Ơ < Ơem olduğundan seçilen uygundur.

Vida Milinin Hesabı

F =9000 N Ơem = Ơak/S

Seçilen Malzeme St50 Ơem = 300/2,5 = 116 N/mm2

Ơak =290 N/mm2

S=2,5 (seçildi)

A= 4/3.F / Ơem = 4/3. 9000 / 116 = 103,44 mm2

A = п.d12/4 d12 = 4A/п = 4.(103,44) / п d1 = 11,47 mm

İleride yapılacak pim hesabı göz önüne alınırsa konstrüksiyon gereği M24 vida kullanmamız uygundur.

Tablodan;

d1 = 20,319 tan α = h / п.d2 = 3 / п. 22,051 = 0,043

d2 = 22,051 α = tan-1(0,043)

h = 3 α = 2,48˚

d = 24

μ = 0,13 (Seçildi) tan β = μ = 0,13

t1 = 1,84 β = tan-1(0,13)

t2 = 1,624 β = 7,4˚

Ms = F.(d2/2).tan(α +β)

Ms = 9000.(22,051 / 2).tan(2,48 + 7,4)

Ms =17282 N.mm

Tb = Ms / Wb

Tb = Ms / (п.d13 / 16) = 17282 / (п. 20,3193 / 16 )

Tb = 10,5 N/mm2

As ( Gerilmeye maruz kalan kesit alanı) tablodan bulunur.

As = 352 mm2

Ơb = F / As = 9000 / 352 =25,56 N/mm2

Ơeş2 = Ơb2 + 3.T2

Ơeş2 = (25,56)2 + 3.(10,5)2

Ơeş =31,36 N/mm2

Ơeş< Ơem olduğundan emniyet sağlanır.

Verim Hesabı

n = tan α / tan(α +β) = tan (2,48) / tan(2,48 + 7,4 ) = 24 % 24 verim sağlanır.

Otoblokaj Şartı

tan α = tan (2,48) = 0,043 tan β> tan α olduğundan otoblokaj sağlanır.

tan β = tan (7,4) = 0,13

Somun Hesabı Kontrolü

Seçilen Malzeme Fosfor Bronzu

F = 9000 N z = F / п. d2. t2. Pem Ơak = 120 N/mm2 z = 9000/ п.(22,051).(1,083).20 Pem = 20 N/mm2 (seçildi) z = 5,99

d1 = 20,319 mm

d2 = 22,051 mm Konstrüksiyon gereği z = 10 alındı.

t2 = 1,083 mm

Somun yüksekliği m = z.h = 10.3 = 30 mm bulunur.

P = F / A = 9000 / п. d1. t2. z = 9000 / п.(20,319).(1,083).10

P = 13,01 N/mm2

P<Pem olduğundan emniyet sağlanmış olur.

Konstrüksiyon gereği:

D0 = 1,3.d = 1,3.(24) = 31,2 mm

DG = 1,35.D0 = 1,35.(31,2) = 42,12 mm

e = m/3 = 30/3 = 10 mm

Somun Dişlerinde Eğilme Hesabı

F = 9000 N Ơeğ = 3.F.t1 / z.п.d.h2 = 3.9000.(1,84) / 12.п.24.3

z = 10 mm Ơeğ = 18,3 N/mm2

h = 3 mm

d = 24 mm Ơem = Ơak/S

S = 2,5 (seçildi) Ơem = 290 / 2,5 = 116 N/mm2

t1 = 1,84

Ơeğ< Ơem olduğundan eğilmeye karşı emniyet sağlanır.

Somun Dişlerindeki Kesilmenin Hesabı

F = 9000 N Tem = 116 / 2 = 58 N/mm2

z = 10 mm

h = 3 mm T = F / п.d.h.z = 9000 /п.24.3.12

d = 24 mm T = 3,331 N/mm2

T<Tem olduğundan emniyet sağlanır.

Pim Ve Göbek Hesabı

Pim Malzemesi St70 seçildi. Ơem = Ơak / k

Ơak = 360 N/mm2 Ơem = 360 / 1,8 = 200 N/mm2

k = 1,8 seçildi

Tem = Ơem / S = 200 / 2,5 = 80 N/mm2

Pime Etkiyen Kuvvetin Oluşturduğu Kesme Kuvveti

T = (F/2) / Apim

dpim2 = (9000/2).4 / 80.п dpim = 8,46 mm

Konstrüksiyon gereği dpim = 10 mm alındı.

Pim İle Mil Arasındaki Basıncın Kontrolü

d = 24 mm P = 6.Ms / d2.dpim

dpim = 10 mm P = 6.17282 / 242.10

Pem =20 N/mm2 P = 18 N/mm2

P<Pem olduğundan emniyet sağlanır.

Pim İle Göbek Arasındaki Basıncın Kontrolü

DG = 42,12 mm P = 4.M / (DG2 – d2 ).dpim

d = 24 mm

dpim = 10 mm P = 4.(17282) / [(42,12)2 – (24)].10

P = 5,76 N/mm2

P<Pem olduğundan emniyet sağlanır.

Teğetsel Kuvvetin Oluşturduğu KaymaGerilmesi

Ms = 17282 N.mm T = Ms / п.d.dpim2

d = 24 mm

dpim =10 mm T = 17282 / п.24.102

T = 2,29 N/mm

T<Tem olduğundan emniyet sağlanır.

Sıkı Geçme Hesabı

Somun Kır Dökme Demir Gövde Dökme Çelik

Es = 105 N/mm2 EG = 2.105 N/mm2

νs = 0,24 νG = 0,26

μ = 0,1 seçildi.

Ms = 17282 N.mm Pmin = 2.Ms / п.d2.L. μ

d = 24 mm

Pmin = 2.(17282) / п.242.24.0,1

L = m-e = 36-12 Pmin = 7,95 N/mm2

L = 24 mm

Qs = 31,2 / 42,12 = 0,74 QG = 24 / 42,12 = 0,56

Pmax = (Ơem / 2).(1- QG2) = (116 / 2).[1- (0,56)2]

Pmax = 39,81 N/mm2

Umin = (Pmin .d) . (1+ QG2) + νG + (Pmin .d) . (1+ Qs2) – νs

EG (1- QG2) Es (1- Qs2)

Umin = 0,00269 + 0,0085 = 0,1127 = 11,2 μm

Umax = (Pmax.d) . (1+ QG2) + νG + (Pmax .d) . (1+ Qs2) – νs

EG (1- QG2) Es (1- Qs2)

Umax = 0,0134 + 0,0395 = 0,0529 = 52,9 μm

Gövde ince tornolama, RtG = 6 μm

Somun hassas tornolama, RtS = 3 μm

δ = 1,2.( RtG + RtS) = 1,2.(6+3) = 10,8 μm

δTmin = δUmin + δ = 11,2 + 10,8 = 22 μm

δTmax = δUmax + δ = 52,9 + 10,8 = 63,7 μm

Bu değerlere göre seçilen tölerans değeri:

H6 / S5 Umin = 22 μm

Umax = 44 μm

Çevirme Kolunun Hesabı

Kol Malzemesi St70 seçildi. Ơem = Ơak/S

S = 2 alındı Ơem = 360 / 2 = 180 N/mm2

Ơak = 360 N/mm2

Fel = 200 N alındı. Ms = Fel .L

17282 = 200. L

L = 86,41 bulunur.

Konstrüksiyon gereği L=200 mm alındı.

Kol Çapı d= 10 mm alındı.

Ms = Fel .L

17282 = F.(157.88 + 21,06)

F =96,5 N

Ơeğ = F.L / [п.d3/32]

Ơeğ = 96,5.(178,94) / [п.103/32]

Ơeğ =175,88 N/mm2

Ơeğ < Ơem olduğundan kol eğilmeye karşı emniyetlidir.