KÜÇÜK-ORTA ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ TASARIMI

Transkript

1 KÜÇÜK-ORTA ÖLÇEKLİ RÜZGAR TÜRBİNİ TASARIMI E.Orhun BAŞTEKELİ - Ersan KARAKAŞ 1

2 İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ... 4 ÖZET RÜZGAR ENERJİSİNE GİRİŞ Rüzgar Enerjisinin Tarihçesi Rüzgar Enerjisinin Özellikleri Dünyada ve Türkiye'de Rüzgar Enerjisinin Durumu Dünya'daki Durumu Türkiye'deki Durumu Türkiye Rüzgar Hızı ve Potansiyeli Dağılım Haritaları Türkiye'deki Rüzgar Santralleri Türkiye'deki Rüzgar Ölçümlerine İlişkin Tebliğ Rüzgar Türbini Çeşitleri Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri Kanat Sayısına Göre Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri Tek Kanatlı Rüzgar Türbinleri Çift Kanatlı Rüzgar Türbinleri Üç Kanatlı Rüzgar Türbinleri Çok Kanatlı Rüzgar Türbinleri Dikey Eksenli Rüzgar Türbinleri Rüzgar Türbini Elemanları ARAZİ RÜZGAR POTANSİYELİ HESABI Tasarım Rüzgar Hızı Tespiti Rüzgar Verilerinin Hesabı Anemometre İle Rüzgar Hızı Ölçümü Pürüzlülük Uzunluğu Hesabı Engel Perdeleme Metodu Ölçülmüş Yükseklikteki Rüzgar Hızının İstenilen Yüksekliğe Uyarlanması Pürüzlülük Sayısının Hesabı Rüzgar Kuvveti Hesabı Türbinin Maruz Kalabileceği Maksimum Rüzgar Kuvvetini Tayini Çevresel Yapıların Ortalama Rüzgar Hızı Profiline Etkisi Dinamik Rüzgar Hızı Rüzgar Türbinlerinde Kanat Sayısı Ve Güç, Moment ve Kuvvet Katsayısıyla İlgili Ön Hesaplar RÜZGAR TÜRBİNİ MEKANİK SİSTEM TASARIM HESAPLARI Kanat Tipleri,Formu, Boyutlandırma Ve Kanat Mukavemet Hesapları Kanat Malzemesi Ve Kanat Üretim Yöntemleri Kanat Formu Ve Hesaplamalara Dair Genel Bilgiler Rüzgar Türbini Kanadının Katı Modellemesi Ve Optimizasyonu Kanat Tasarımı Ve Kanat Denklemleri Kanat Tasarımında Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar Kanat Mukavemeti Ve Bağlayıcı Eleman Hesabı Kanat Mukavemet Hesabına Pratik Bir Yaklaşım Rüzgar Türbini Göbek(Hub) Tasarım Ve Hesapları Rüzgar Türbini Hub Sistemleri Haakkında Genel Bilgi Kanat-Flanş-Hub Bağlantıları İle İlgili Hesaplar

3 Mil-Flanş Bağlantısı Redüksiyon Hesabı Genel Redüksiyon Tipleri Ve Ön Hesaplamalar Kademeli Düz Dişli Kutusu Tasarım Örneği Dişli Çarkların Yataklanması Millerde Oluşan Toplam Sehimin Hesaplanması Redüksiyon Milinin Boyutlandırılması Redüksiyon Ve Kafa(Nacelle) Sistemlerinde Rulman Tipi Seçimi Ve Boyutlandırma Hesapları Kayış Kasnak Hesaplarında İzlenbilecek Yol Türbinlerde Uygun Fren İle Kavrama Tipleri Ve Seçimi Rotor Freni Yaw Ve Pitch Frenleri Rüzgar Türbinlerinde Kullanılan Fren Ve Kavrama Tipleri Fren Veya Kavrama Seçimi İçin Gerekli Hesaplamalar Türbin Sistemi Titreşim Hesapları Kule Titreşimi Rüzgar Akımının Kanat Üzerinde Oluşturabileceği Titreşim Kanatların Merkezkaç Kuvvetiyle Zemine Kuvvet İletiminin Olduğu Model Kafa İçindeki Rotor Milinin Eğilme Titreşimi Türbin Direğine Gelen Kuvvet Ve Moment Tespiti Ve Türbin Temeli Boyutlandırma Hesapları Türbin Direğinin Seçimi Türbine Etkiyen Rüzgar Hızının Modellenmesi Ve Mukavemet Hesapları Türbin Burkulma Hesabı Rüzgar Türbini Temelleri Hesap Yaklaşımı Sömel Hesaplarına İlişkin Temel Bilgiler Sömel Boyutlandırmasında Çözüm İçin Kullanılması Planlanan Hesap Tekniği Ana Doğrultuda Eksantrik Yüklü Dikdörtgen Sömeller Dairesel Sömellerde Taban Basıncı Hesabı RÜZGAR TÜRBİNİ ELEKTRİK SİSTEMİ Bilinmesi Gereken Önemli Terimleri Bağlantı Şemasına İlişkin Ön Bilgiler Elektrik Sistemi Cihazlarının Tanıtım Ve Hesapları Elektrik Motorları(Generatörler) Akü Grubu Eviriciler(İnvertör) Sigorta Çift Yönlü Sayaç Mekanik Yük Bağlantı Kabloları RÜZGAR TÜRBİNİNDE KONTROL MEKANİZMALARI Kaynakçalar

4 Önsöz Yaratan Rabbimin adıyla başlarım. Kimisine göre amatör, kimisine göre art niyet içerebilecek ancak bence samimi olan bu cümle ile başlamayı tercih etmekteyim.bu kitap 2 yıllık yogun bir emek, sabır, ve kararlılık ile yazılmıştır.ben de, kişisel olarak bizlere daha öğrenciyken bu kitabı yazmayı kısmet eden Yaradanımıza şükrü bir borç bilmekteyim.elbette diğer yazılan bilimsel içerikli kitaplar gibi bu kitabında eksikleri ve yanlışları olacaktır, ancak okurların eleştirileri ve samimi katkıları ile daha güzel bir çevreye ve ülkeye, insanığa faydalı bir teknolojiye ve güzel işlere,bu kitabın ön ayak olacagı kanaatindeyim. Okurların eleştirilerini [email protected] adresine göndermelerini rica ederim. Kitabın yazımı sırasında,kendisiyle her nekadar yollarımızı ayırdıysakda, Ersan Karakaş'a, maddi manevi destegini benden esirgemeyen aileme ve yakın ortağım Mithatcan Kayrak'a ve fotograf çekimleri sırasında fotografların bu kitapta kullanımını bizlerden esirgemeyen Manisa-Akhisar RES personeline ve İzmir-Alaçatı RES personeline bizzat teşekkür ederim. Not 1 : önsözde yazılan hiçbir cümle ve kelime hiçbir politik çıkar ve kaygı taşımamakta,hiçbirşey dolaylı yoldan da olsa ima edilmemektedir. Not 2 : Kapak resmi - Manisa/Akhisar (RES) Güzel işler yapmak isteyen herkese... E.Orhun Baştekeli 4

5 ÖZET Değerli Okuyucular; Bu kitap içerisinde küçük-orta ölçekli rüzgar türbinin nasıl tasarlanabileceği ve nelere dikkat edilmesi gerektiği anlatılmaya çalışılmıştır. Konu başlıkları itibari ile: Birinci bölümde, rüzgar enerjisinin önemi, İnsanların tarih boyunca rüzgar enerjisinden nasıl faydalandığı günümüzde nasıl faydanılabildiği, değişik rüzgar türbini tipleri tanıtımı ve ülkemizin sahip olduğu rüzgar enerjisi ile ilgili genel bilgilendirmeler yer almaktadır. İkinci bölümde, türbin kurulması planlanan herhangi bir bölgede rüzgar hızı ve dönemlik rüzgar enerjisi ölçüm yöntemleri cihazları ve rüzgar enerjisine ve kullanım amacına bağlı olarak rüzgar türbini tipi seçimi ilgili bilgiler yer almaktadır. Üçüncü bölümde, ölçüm sonucunda elde edilen verilere göre yatay eksenli türbin tasarımında bulunan makine elemanlarının hesapları; kanat profili, bağlantı elemanları, mil mukavemet hesapları, kullanılan fren ve kavrama tipleri ile ilgili bilgiler ve hesaplar özellikle devir arttırma amaçlı kullanılan redüksiyon sistemleri tanıtımı ve hesapları, türbin sisteminin tehlikeli devir sayısı yani titreşim hesapları ve en son olarak da uygun türbin direğine gelen rüzgar kuvveti ve temellendirme hesapları ele alınmıştır. Dördüncü bölümde, rüzgar türbinin evsel elektrik üretimi amacında kullanılması halinde gerekli olan elektriksel cihaz ve makinaların tanıtımı ve üçüncü bölüme nazaran daha yüzeysel olan hesaplamalar ele alınmıştır. Beşinci bölümde, rüzgar türbininde kullanılan kontrol sistemleri ile ilgili bilgilendirmeler yer alıp hesaplamalar mevcut değildir. 5

6 1-RÜZGAR ENERJİSİNE GİRİŞ 1.1- Rüzgar Enerjisinin Tarihçesi Rüzgar enerjisi ilk olarak, Asya Medeniyetlerinden Çin, Tibet, Afganistan ve İran da kullanıldığı bilinmektedir. Rüzgar türbinlerine ait ilk yazılı bilgiler Büyük İskender tarafından M.Ö yıllarında basit yapıdaki yatay eksenli rüzgar türbinleri hakkındadır. Düşey eksenli ilk rüzgar türbinleri, M.Ö yıllarında Farslılar tarafından dizayn edilip, buğday öğütme ve su pompalama amaçlı kullanılmıştır.[1] Rüzgar gücü kullanımı, Asya dan Avrupa ya 10.yüzyıl civarında geçmiştir. Bu geçişin ilk belirtileri olarak 11. ve 12.yüzyılda İngiltere de rüzgar değirmenlerinin kullanıldığı bilinmektedir. Mesela, 1190 lı yıllarda Alman haçlıları rüzgar değirmenlerini Suriye ye getirmiştir. Dolayısıyla Orta Çağ döneminde rüzgar enerjisinin Avrupa da kullanıldığını görmekteyiz. Endüstri Devrimi ile birlikte, 18.yüzyılda buhar makinelerinin ortaya çıkması sonucunda dünya, enerji ihtiyacı temini için termodinamik işlemlere dayanan makinelerden yararlanılmaya başlamıştır. Özellikle kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtların kullanımı ile beraber, bu makineler daha avantajlı bir duruma gelmiştir.istenildiği anda enerji üretimi olanağı sağlamasından dolayı, rüzgar enerjisinden daha popüler hale gelmişlerdir. Bu nedenle 19.yüzyılda ve 20.yüzyılın ortalarına doğru rüzgar enerjisinin önemi azalmıştır. Sadece Amerika, Rusya ve Avustralya gibi nüfusu geniş bir alana yayılmış olan ülkelerde rüzgar enerjisi çiftçiler tarafından su çekmek için kullanılmıştır.[1] 1981 yılında, Paul la Cour ve Danimarka Askov Folk High School bilim adamlarının oluşturduğu bir gurup rüzgardan elektrik enerjisi üreten ilk türbini yaptılar. Danimarka hükümetinin desteğiyle de test amaçlı bir rüzgar santrali kurdular yılına gelindiğinde Danimarka da rüzgardan elektrik enerjisi üretmek amacıyla kurulan 120 adet rüzgar türbini bulunmaktaydı. Güçleri kw arasında değişen bu rüzgar türbinlerinin toplu güçleri 3 MW civarındaydı.ikinci Dünya Savası yıllarında rüzgar enerjisinde büyük gelişmeler oldu. Danimarkalı bir şirket olan F.L Smith 2 ve 3 kanatlı rüzgar türbinleri inşa etmiştir. Bunların en büyüğü 1941 yılında Vermont da inşa edilen 1.25 MW Smith-Putnam makinesidir. Yatay eksenli, 2 kanatlı ve 175-feet rotor çapına sahiptir.[1] 6

7 Resim 2 - Smith-Putnam Rüzgar Türbini Resim 3 - Gedser Türbini Bu zamana kadar inşa edilen türbinler doğru akım üretiyordu yılından sonra doğru akım jeneratörlerinin yerini alternatif enerji üreten 35 kw asenkron makineler almaya başladı lı yılların başında, 200 kw gücünde Gedser türbini SEAS elektrik şirketi için Gedser de yapılmıştır. Bu türbin 3 kanatlı, elektromanyetik yönerge sistemini ve asenkron jeneratör kullanmaktaydı. Gedser türbininde ayrıca aerodinamik uç fren bulunmaktaydı. Bu sistem günümüzde kullanılan türbinlerde de bulunmaktadır.1960 lı yıllardan sonra rüzgar enerjisinden elektrik üretiminde ekonomik nedenlerden dolayı azalma meydana gelmiştir. Daha ucuz olan fosil yakıtlar (kömür, petrol, doğal gaz vb.) kullanılarak yapılan termik santraller popüler olmaya başlamıştı dünya petrol krizi, alternatif ve yenilenebilir enerji kaynaklarına gösterilen ilginin artmasına sebep olmuştur. Dünya enerji ihtiyacının önemli bir bölümünü karşılayan fosil yakıtların kısıtlı kullanım surelerinin olması, enerjinin elde edilmesi sırasında çevreye yapılan tahribat ve gelecek nesillerin de enerji ihtiyacı dikkate alındığında, yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi daha iyi anlaşılmaktadır.[1] Rüzgar Enerjisi; özellikle 1990 lı yıllardan itibaren önemli bir gelişme göstermiş, Amerika ve Avrupa da yaygın olarak kullanılmaya başlamıştır. Yapılan araştırmalara göre; şu an 7

8 yürütülmekte olan politikaların devam etmesi durumunda dünya üzerindeki elektrik enerjisi üretimindeki payının hızla artacağı tahmin edilmektedir. 1.2-Rüzgar Enerjisinin Özellikleri Temiz ve ucuz yenilenebilir enerji kaynakları arasında önemli bir yer tutan rüzgar enerjisi genel olarak aşağıdaki amaçlarla kullanılabilir: Düşük güç gerektiren yerlerde yani aydınlatmalarda, Yüksek kurulu güçlü santraller ile yüksek güç gerektiren yerlerde, Küçük işyerleri ve küçük işlemelerde, çiftlikler, evler ve büyük ölçekli sulamalarda. Rüzgar enerjisi kullanımının avantajları şunlardır; Sera gazı etkisi yaratmaz, Temiz bir enerji kaynağıdır, Güvenirliği ve ucuzluğu gittikçe artmaktadır, Rüzgar türbini kurulan bir arazi ikili kullanım imkanına sahiptir, Dışa bağımlı değildir, Rüzgar enerjisinin bazı dezavantajları da bulunmaktadır. Bunlar ise; Gürültü kirliliği, Kuşların yaralanma ve ölümlerine sebep olması, TV görüntüleri ve iletişim sistemlerine etkisi. Çevresel üstünlükleri tanındıkça, bir çok ülkenin hükümetleri, destekli girişimler ile rüzgar enerjisinin gelişimini desteklemeye başlamışlardır.[2] Dünyada ve Türkiye'de rüzgar enerjisinin durumu Dünyadaki Durumu Rüzgar enerjisi, temiz enerji kaynaklarındandır ve yaşadığımız çevre üzerinde olumlu etkileri gözlemlenmektedir. Şöyle ki; Bir ev için, ortalama 2 kw lık bir rüzgar türbini, 228 ağacın yapacağı CO 2 temizleme işine eşdeğer iş yapar. Dünya elektriğinin % 10 unun rüzgar enerjisinden elde edilmesinin yıllık yatırım gereksinimleri 1999 da 3 milyar dolar olmuş ve 2020 yılında 78 milyar dolara ulaşacaktır. Bu değerler 1990 lı yıllarda ortalama yıl basına milyar dolar olan toplam küresel enerji yatırımlarının bir dilimidir. Tabi ki bu dilim rüzgar gücü elektrik sektörünün önemli bir kısmını oluşturduğunda göreceli olarak artacaktır.[3] 8

9 Amerika Birleşik Devletleri nde rüzgar çiftliklerinin toplam kurulu gücü 1700MW dolaylarındadır. Yıllık üretim miktarı ise 3 milyar kwh kadardır.[4] Rüzgar gücü ekonomisi ağırlığını koymaktadır. Rüzgar türbinlerinin inşaat ve işletme maliyetleri daha şimdiden önemli ölçüde azalmıştır. Danimarka da rüzgar enerjisi maliyetleri 1981 ile 1995 yılları arasında 2/3 oranında düşmüştür. Bu durum rüzgar enerjisini, büyük ölçekli hidrolik dahil olmak üzere, günümüzün tüm yeni üretim teknolojileri ile rekabet edebilir hale getirecektir.[5] Grubb ve Meyer tarafından yapılan ve IEA tarafından yayınlanmış çalışmada, 5 m/sn üzerinde rüzgar kapasitesine sahip bölgelerin, uygulamaya dönük ve toplumsal kısıtlar nedeni ile %4 ün kullanılacağı esasına dayalı çalışmada, dünya potansiyeli TWh/yıl olarak hesaplanmıştır.[6] Bu değerin dünyadaki dağılımı, Şekilde verilmektedir. Resim 4 Dünyanın teknik rüzgar potansiyel dağılımı Bu çalışmalarda, dikkate alınmayan 4-5 m/sn hızlı bölgelerde ayrıca ciddi bir potansiyeldir. Sadece Almanya da bu değerin 90 TWh / yıl olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, bu hesaplamalar sadece karasal bölgeler için yapılmıştır, dikkate alınmayan denizsel bölgelerinde ihmal edilemeyecek ciddi bir potansiyeli mevcuttur. Matthies ve Garrad ın AB için yaptığı çalışmada, bu değerin sadece Avrupa için 2500 TWh / yıl olacağı hesap edilmiştir.[8] 9

10 Resim 5 Dünya rüzgar enerjisi kurulu güç hedefi Dünyada rüzgar enerjisi konusunda asıl büyüme oranının, Kuzey Avrupa, ABD ve Japonya da denizsel kapasitelerde olacağı tahmin edilmektedir. Bu potansiyelin, özellikle ABD ve Japonya da oluşmakta olan elektrik enerjisi talebinin, iki katına yakın (% 180) potansiyel içerdiği hesap edilmektedir.[9] 2009 yılında çeşitli ülkelerin rüzgar türbini üretiminde yaptıkları yatırımları Tabloda megawatt cinsinden verilmektedir. 10

11 Resim 6 Ülkeler bazında rüzgar türbini yatırımları Avrupa ülkeleri için potansiyel ölçümleri Tabloda görüldüğü gibi ülkemiz ilk sırayı almaktadır. Resim 7- Avrupa ülkelerinde rüzgar enerjisi potansiyeli Türkiye deki Durumu Türkiye'deki rüzgar enerjisi kaynakları teorik olarak Türkiye'nin elektriğinin tamamını karşılayabilecek yeterliliktedir. Fakat rüzgar enerjisinin sisteme girişinin tutarlı bir biçiminde gerçekleşmesini kolaylaştırmak üzere gerekli altyapı tasarımlanmalıdır. Türkiye'nin teknik potansiyeli MW tır. Bu, Türkiye'nin bir an önce kullanması gereken önemli bir rüzgar enerjisi potansiyeli olduğunu göstermektedir.[10] 11

12 Türkiye de 1995 yılında yayınlanan enerji raporundaki istatistiksel veriler ile 2010 yılına dek geleceğe ilişkin üretim tahminlerinde rüzgar enerjisine yer verilmemiştir. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı ve TEAŞ, kaynak olarak rüzgar enerjisini göz önüne almamaktadır. Bu görmezliğe karşın, Türkiye için rüzgar enerjisi yabancı sayılmaz.1960/61 döneminde rüzgar türbinleri ile ilgili bir araştırma için Tarım Bakanlığı kanalından Türkiye çapında yaptırılan bir anket çalışmasında, 718 tanesi su çıkartmada ve 41 tanesi elektrik üretiminde kullanılan 749 rüzgar kuvvet makinesi saptanmıştır.[11] Ancak ucuz petrol döneminde bu makinelerin varlıklarını sürdürmeleri ve sayılarının artması söz konusu olamamıştır.türkiye de rüzgar enerjisi üzerindeki bilimsel çalışmalar 1950 lerin sonlarında üniversitelerimizde başlatılmıştır. Bakanlık düzeyinde el atılması ise yapay petrol bunalımından sonra olmuştur. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı na bağlı EİE bünyesinde 1981 yılından bu yana rüzgar enerjisi çalışmaları yapılmaktadır yılında Rüzgar Enerjisi Şube Müdürlüğü diye ayrı bir birim de oluşturulmuştur. Bu çalışmalar Türkiye de rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesi, enerji amaçlı ve bilgisayar destekli gözlem istasyonları kurulması üzerine toplanmış, çeşitli rüzgar türbinleri üzerinde demontrasyon amaçlı uygulamalara girilmiştir sonrasında TUBİTAK Marmara Araştırma Merkezi (MAM) bünyesinde bazı çalışmalar yapılmıştır. MAM da eksikler ve hataları bulunan ilk rüzgar atlası çalışması başlatılmış, Gebze Özbek tepede çeşitli pompa çalıştırma ve elektrik üretim amaçlı rüzgar türbinleri kurularak denenmiştir. Ancak pompa çalıştırmak için seçilen makine büyük elektrik üretimi için seçilen makine küçüktür. Türkiye rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesi ve rüzgar atlası ile ısıl haritalarının oluşturulması için Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü (DMİ) tarafından sürdürülen ve kullanılabilir ilk sonuçları alınmış bir çalışmada vardır. EİE nin girişimleri ilk 1992 yılında Bakanlar Kurulu kararına dayanarak, Avrupa Rüzgar Enerjisi Birliği Türkiye Şubesi ( AREB TŞ ) kurulmuştur. Bugün Türkiye de gücü 1 kw üzerinde ve çalışır durumda olan elektrik üretim amaçlı çok sayıda rüzgar türbini vardır. Bunlardan biri 1985 yılında Danimarka dan alınan 55 kw güçlü Çeşme Altın Yunus Turistik Tesisleri rüzgar türbinidir. Son olarak dört özel sektör kuruluşu yap-işlet-devret modeli kapsamında rüzgar çiftliği kurmak için Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı na başvuruda bulunmuşlardır. WASP (Wind Atlas Analysis and Application Programme) 12

13 programına uygun olarak hazırlanan bir çalışmada 10 yıllık bir periyot için kesintisiz rüzgar datasının temini söz konusu olmuştur.[11] DMİ tarafından 1993 yılında başlatılan rüzgar atlası çalışmasında 43 meteoroloji istasyonunun verileri WASP bilgisayar programı ile değerlendirilmiştir. 10 metre ölçüm yüksekliğinde ortalama yıllık hızı olan yörelerimiz Afyon, Antalya, Isparta, Samsun, Sarıyer, Akhisar, Malatya, Anamur ve hızı m/s olan yörelerimiz Bergama, Bodrum, Çanakkale, Çorlu, Gökçeada, İnebolu, Sinop ve son olarak hızı 4 6 m/s olan yöreleriz ise Antakya, Bandırma ve Mardin olup, en yüksek hız 6.2 m/s ile Bozcaada da saptanmıştır.[11] Türkiye Rüzgar Hızı ve Potansiyeli Dağılım Haritaları Resim 8 Rüzgar hızı dağılım haritası 13

14 Resim 9 Rüzgar potansiyeli dağılım haritası Türkiye deki Rüzgar Santralleri Karasal (on-shore) rüzgar açısından zengin sayılabilecek bir konumda olan Türkiye'de özellikle Balıkesir, Çanakkale, İzmir, Manisa, Hatay illeri rüzgar potansiyeli acısından başı çekiyor. Rüzgar enerjisine dayalı üretim yapmak isteyen şirketlerin, teknik açıdan şu hususlara dikkat etmesi gerekiyor: -Seçilen bölgedeki rüzgar verilerinin uluslararası normlarda toplanmış olması, -Yatırıma karar verilen bölgede şebekeye bağlantının mümkün olduğunun veya şebeke genişlemesinin veya yenilemesinin TEİAŞ veya bölgedeki dağıtım şirketinden teyit edilmesi, -Seçilen bölgenin SİT alanı gibi izin, onay ve ruhsat gibi işlemler açısından problemsiz olduğunun tespit edilmesi.[12] Bu arada 2010 itibariyle Türkiye'de tamamlanmış toplam 44 rüzgar santrali bulunurken, toplan kapasitesi 644,45 MW olacak 17 tesisin yapımı ise devam ediyor. 14

15 Türkiye deki Rüzgar Ölçümlerine İlişkin Tebliğ Rüzgar enerji santralının projelendirilmesi ve ekonomisi temel olarak seçilen santral sahasından üretilebilecek enerji miktarına bağlı olmaktadır. Bu enerji miktarının tespiti için seçilen proje sahasına ait arazinin topoğrafı yapısı da göz önüne alınarak uygun nokta veya noktalara rüzgar gözlem istasyonu (RGİ) kurulmalıdır. RGİ lerindeki bir ölçüm direği üzerine yerleştirilmiş ölçüm aletleri ile standartlara uygun olarak yapılan rüzgar hızı, rüzgar yönü gibi ölçümler rüzgar enerji santralı projesinin daha sonraki aşamaları olan verilerin değerlendirilmesi, enerji üretim miktarının belirlenmesi ve rüzgar türbini seçiminde yol gösterici olacaktır.rgi lerinin yerlerinin belirlenmesi hayati öneme sahiptir. RGİ nin kurulacağı nokta veya noktalar her şeyden önce o alanı temsil edebilecek bir yer olmalıdır. WMO (Dunya Meteoroloji Örgütü) standartlarına göre temsil mesafesi arazinin topografik yapısına bağlı olarak 500 m ile 100 km arasında değişmektedir. Ayrıca seçim yapılan nokta, topografik açıdan son derece uygun olmakla birlikte, bu alanda engel yüksekliğinin 10 katı mesafeden daha yakında başka yüksek engeller bulunabilir. Bu şekilde seçilmiş yerler amaca uygun olmamaktadır. Tepe arkalarında yer seçimi tercih edilmemelidir. Bu durumda rüzgar hızı gerçek değerinden türbülanslar nedeniyle çok fazla uzaklaşabilir. Ayrıca RGİ nin kurulacağı noktadaki rüzgar akışları daima birbirine paralel (laminer) olmalı, bozulmuş rüzgar akışları ve türbülanslar bulunmamalıdır. Özellikle enerji amaçlı rüzgar hız ve yön ölçümlerinde hassasiyetin çok yüksek olması istenmektedir. Zira, ölçümlerde yapılabilecek küçük bir hata enerji üretimine önemli oranda hata ve belirsizlik olarak yansır. Bu yüzden yer seçimi mutlaka bu konularda son derece deneyimli uzman personel tarafından yapılmalıdır. RGİ deki ölçüm aletleri tamamen doğal atmosferik şartlarda çalıştığından kapalı yerlerde çalışan diğer aletlere göre ekonomik ömürleri daha kısadır. Paslanma, korozyon, çürüme, aşınma, buzlanma gibi etkenler yüzünden rüzgar aletlerinin ölçüm değerleri normalden hızla uzaklaşır. Bu yüzden rüzgar ölçüm aletleri ve kayıt sistemleri ile elektrik devreleri sık sık kontrol edilmeli, bakımları ve kalibrasyonları standartlarda ve aletlerin teknik el kitaplarında öngörülen zamanlarda mutlaka yapılmalıdır.[13] 15

16 1.4 - Rüzgar Türbinleri ve Sınıflandırılması Rüzgar türbinine bağlı elektrik üretici, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir. Rüzgar enerjisi dönüştürme sistemleri 50W ile 2-3 MW arasında mekanik veya elektrik gücü sağlayabilmektedir. Havanın özgül kütlesi az olduğundan, rüzgardan sağlanacak enerji rüzgar hızına bağlıdır. Rüzgar hızı yükseklikle, gücü ise hızının küpü ile orantılı biçimde artar. Rüzgarın sağlayacağı enerji, gücüne ve esme saati sayısına bağlıdır. Özgül rüzgar gücü, hava debisine dik birim yüzeye düşen güçtür. Topografik koşullara göre yerden 50 m yükseklikte özgül güç, hız 3.5 m/s den küçük iken 50W/m² den az olabileceği gibi hız 11.5 m/s den büyük iken 1800W/m² den çok olabilir. Ortalama rüzgar hızı yıldan yıla değişebilir. Rüzgar hızının değişkenliğinden dolayı, rüzgar enerjisi potansiyelinden elde edilecek enerji, yıllık ortalama hız değerinden hesaplanan enerjiden daha fazla olmaktadır. Bu yüzden belli bir bölgede rüzgar türbinleri ile üretilebilecek elektrik enerjisi üretim miktarının hesabında, yıllık ortalama rüzgar hızından çok, gözlemlenen dağılım veya Weibull dağılımı ile hesap edilmiş rüzgar hızı sıklık dağılımı kullanılmaktadır. Türbin tarafından üretilen enerjinin miktarı, rüzgar hızı dağılımına bağlıdır. Rüzgar hızları, frekans dağılımına bağlı olarak aynı ortalama rüzgar hızına sahip farklı yerlerde, iki kata varabilecek güç yoğunluluğu farklılıkları olabilir. Bu durum küp çarpanından kaynaklanmaktadır.[14] Rüzgar Türbini Çeşitleri Tarih boyunca çeşitli evrimler geçiren rüzgar makinelerinde kullanılan türbinler farklı tiplerdedir. Türbinler dönüş eksenlerinin doğrultusuna göre, yatay eksenli ve düşey eksenli türbinler olarak ikiye ayrılmalarına rağmen, şu anda kullanımda olan ve üretimde olan türbinlerin büyük çoğunluğunu yatay eksenli türbinler teşkil etmektedir. Dikey eksenli türbinler, rüzgarın esiş yönünden bağımsız çalışabilme avantajına rağmen henüz yüksek güçlerde üretilememektedir. 1) Yatay eksenli rüzgar türbinleri 2) Dikey eksenli rüzgar türbinleri Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri Bu tür türbinler, dönme eksenleri rüzgar yönüne paralel, kanatları ise rüzgar yönüne dik olarak çalışırlar. Bu tür türbinler bu konuma, rotor kule üzerinde döndürülerek getirilir. Bu türbinlerde rotor kanatların sayısı azaldıkça rotor daha hızlı dönmektedir. Rüzgar enerjisi 16

17 sistemlerinden en çok kullanılanıdır. Genellikle 3 kanatlıdırlar. Aslında kanat sayısı türbinin ne amaçla kullanılacağına bağlıdır. Elektrik üretmek için kullanılan sistemlerde 3 kanatlılar kullanılırken, su pompalama sistemlerinde yüksek bir moment sağlamak amacıyla çok kanatlı türbinler kullanılır. Resim 10 İzmir/Alaçatı RES Yatay eksenli türbinlerin çoğu rüzgarı önden alacak şekilde (upwind) tasarlanmıştır. Rüzgarı arkadan alan (downwind) türbinlerin ise, yaygın bir kullanım alanı yoktur. Rotor palleri, uçak kanadına benzer kesit profiline sahiptir. Pal malzemesi olarak cam elyafı ile desteklenen polyester ve epoksi, ince tabakalara ayrılmış ağaç, alüminyum veya çelik kullanılmaktadır. Hafif ancak güçlü kompozit malzemelerden yapılan paller, çalkantılı rüzgara dayanım gösterebilmekte ve daha az rotor aşınmasına neden olmaktadır. Artık çok az kullanılan çelik ise imalat kolaylığı, dayanıklılık ve düşük maliyet sebebiyle tercih edilebilmektedir. Ağaç tabakalarının ise mükemmel bir yorulma dirençleri vardır. Rotor göbeğinin esnek veya 17

18 hareketli yapılması sayesinde rotor verimi artar, yapısal yüklerle şaftın uğrayacağı zarar en aza indirgenmiş olur. Yatay eksenli türbinlerin verimi yaklaşık %45 dir. Bu türbinler genel olarak yerden m yüksekte ve çevredeki engellerden 10 m yüksekte olacak şekilde yerleştirilmelidir. Rüzgar hızının, rotor kanadı uç hızına bölünmesi ile elde edilen orana kanat uç hız oranı (λ) denir. Eğer λ = 1 ise, pervanenin dönüş hızının rüzgar hızına eşit olduğu görülür.[15] λ = 1 5 Çok kanatlı rotor, λ = 6 8 Üç kanatlı rotor, λ = 9 15 İki kanatlı rotor, λ > 15 Tek kanatlı rotor kullanılır Kanat Sayısına Göre Yatay Eksenli Rüzgar Türbinleri Rüzgar türbinlerinde kanat sayısı arttıkça, dönüş hızı azalır. Bu nedenle enerji üretiminde üçten fazla kanatlı sistemler kullanılmamaktadır. Kanat sayısının fazla olduğu sistemler çoğunlukla su pompalama amaçlı kullanılmaktadır. Resim 16 Değişik kanat sayılı rüzgar türbinleri Tek Kanatlı Rüzgar Türbinleri Tek kanatlı rüzgar türbinin yapılmasının sebebi, kanatlara etkiyen dönme hızının yüksek olması ve makine kütlesini ve rotorun döndürme momentini azaltmaktır. Ek olarak rotor kanadı, kanat üzerindeki yapısal yükleri azaltacak mekanizma ve kanat mekanizma 18

19 hareketinin pürüzsüz olabilmesi için, tek menteşe ile sabitleştirilip, 2 karşı ağırlıkla dengelenmelidir. Diğer taraftan tek kanatlı rotorlarda, ilave yüklerden ortaya çıkan aerodinamik dengesizlik ve mekanizma hareketinin kontrol altında tutulması için bağlantı çok iyi yapılmalıdır. En önemli ticari dezavantajı, yüksek hızlarda kanat uç hızının sebep olduğu rotorun aerodinamik gürültü seviyesidir.[15] Çift Kanatlı Rüzgar Türbinleri Üç kanatlı türbinlere göre rotor maliyetinin azaltılmak istenmesi bu türbin fikrini doğurmuştur. Birçok ülkede 10 ila 100 m rotor çaplı ölçülerde rüzgar türbinleri tasarlanıp Avrupa ve ABD de çalışmaya başlamıştır. Bu ticari rüzgar türbinlerinden sadece birkaç tanesi prototip durumundan, seri üretime geçebilmiştir. İki kanatlı rotorun balansı, bir kanatlı rotora göre daha düzgündür. Fakat maalesef iki kanatlı rotorun sebep olduğu dinamik hareketleri önlemek için ilave teknik güç, maliyetin daha fazla artışına sebep olmaktadır. Üç kanatlı rotorla karşılaştırıldığında en büyük avantajı; kanat uç hızlarının yüksek olmasıdır. Bu rüzgar türbinin gürültü seviyesinin yüksek olması ve düşük rüzgar hızlarında çalıştırılması dezavantajıdır.[15] Üç Kanatlı Rüzgar Türbinleri Üç kanatlı modern türbinler, dünyanın her tarafında kullanılmaktadır. Üç kanat kullanımının asıl sebebi, dönme momentinin daha düzgün olmasıdır. Bu türbinde, türbinin yapısı üzerinde depolanan yüklerden dolayı salınım yapan atalet momenti olmadığından, türbin içinde titreşimi önleyici pahalı parçalara gerek yoktur. Kanat uç hızı 70m/sn altında olduğundan gürültünün düşüklüğü, sarsıntısız döndükleri için göz estetiğini bozmamaları önemli bir avantaj olup halk tarafından kabulünü sağlamıştır. Küçük güçlü rüzgar türbinlerinde, üç kanatlı rotor kullanıldığında güç problemleri ortaya çıkar. Bu problemin çözümü için düşük devirde dönen rotorun devir sayısını 1/n oranında arttıran dişliler kullanılır ve türbin belli bir hız değerine ulaşıncaya kadar, jeneratör boşta çalıştırılır.[15] Çok Kanatlı Rüzgar Türbinleri Çok Kanatlı rüzgar türbinleri (rüzgar gülleri) türbinlerin gelişmemiş ilk örnekleridir. Yıllarca sadece su pompalamasında kullanılan bu türbinler, bu işlemdeki moment gereksiniminin 19

20 karşılanabilmesi amacıyla çok kanatlı olarak üretilmiştir. Çok kanatlı rüzgar türbinleri düşük hızda çalışırlar. Türbin kanatlarının genişlikleri, pervane göbeğinden uçlara gidildikçe artım gösterir. Pervane mili, dişli kutusuna bağlanarak jeneratör mili devir sayısı artırılır ve otomobillerde uygulama alanı bulan jeneratörler kullanılır. Rüzgar gülleri, rüzgar gülü pervane düzleminin rüzgar hız vektörünü, her zaman dik olarak alabilmesi için de rüzgar gülü yönlendiricisi taşımaktadırlar.[15] Dikey Eksenli Rüzgar Türbinleri Dönme eksenleri rüzgar yönüne dik ve düşey olan bu türbinlerin kanatları da düşeydir. Dikey eksenli rüzgar türbinleri rüzgarı her yönden alabilme üstünlüğüne sahiptir. Bu türbinler rüzgarı sürükler veya kaldırır. İlk harekete geçişleri güvenilir değildir. Bu türbinlerin verimi yaklaşık %35 dir. Türbinlerin üreteç ve vites kutusu toprak seviyesinde kurulabildiğinden kuleye gerek duymazlar. Bu yüzden düşük rüzgar hızlarında çalışmak zorunda kalırlar ve rüzgarı her yönden alabildiğinden, türbini rüzgar yönüne doğru çeviren mekanizmalara ihtiyaçları yoktur. Düşük rüzgar hızları ve az miktarda su pompalamak için tasarlanmışlardır. Kanat sayısının artması malzeme ağırlığını da beraberinde getirdiğinden, yüksek rüzgar hızlarında verimsiz çalışırlar. Bu türbinleri yer yüzeyine bağlayabilmek için çelik halatlara gereksinim duyulmaktadır. Savonius tipi, Darrieus tipi gibi çeşitleri vardır. Daha çok deney amaçlı üretilmiştir. Düşey eksenli türbinlerde, kanatların içbükey ve dışbükey yüzeyleri arasındaki çekme kuvveti farkı nedeniyle dönme hareketi oluşur. Aynı ilke Savonius rotorlarda daha özel bir şekilde kullanılır. Bu türbinlerin dönme eksenleri düşey ve rüzgara diktir. Kanat kirişleri dönme eksenine dik olacak şekilde yerleştirilmiştir. Yüksek verimleri nedeni ile Darious tipi türbinlere son yıllarda olan ilgi artmıştır. Düşey eksenli rüzgar türbinleri, yatay eksenli rüzgar türbinler kadar ticari yaygınlaşma kazanmamıştır. 3 MW deneysel güçlerde üretilenleri mevcut olmakla birlikte, 400 kw civarında ticari uygulamaları vardır. Performans ve güç faktör oranları yatay eksenli rüzgar türbinlerin biraz altındadır. Bu türbinlerin üstünlükleri şöyle sıralanabilir: a) Jeneratör ve dişli kutusu yere yerleştirildiği için, türbini kule üzerine yerleştirmek gerekmez, böylece kule masrafı olmaz. b) Türbini rüzgar yönüne çevirmeye, dolayısıyla dümen sistemine ihtiyaç yoktur. c) Türbin mili hariç diğer parçaların bakım ve onarımı kolaydır. 20

21 d) Elde edilen güç toprak seviyesinde çıktığından, nakledilmesi daha kolaydır. Sakıncaları ise şöyledir: a) Yere yakın oldukları için alt noktalardaki rüzgar hızları düşüktür. b) Verimi düşüktür. c) Çalışmaya başlaması için bir motor tarafından ilk hareketin verilmesi gerekir, bu yüzden ilk hareket motoruna ihtiyacı vardır. d) Ayakta durabilmesi için tellerle yere sabitlenmesi gerekir, bu da pek pratik değildir. e) Türbin mili yataklarının değişmesi gerektiğinde, makinenin tamamının yere yatırılması gerekir.[15] Darrieus Tipi Rüzgar Türbini 1931 yılında Fransız mühendis George J.M. Darrieus tarafından icat edilmiştir ve 1980 lerde Amerika ve Kanada da Darrieus türbinlerinin kanat dizaynları üzerine geniş çalışmalar yapılmıştır. Kanatları geometrik formlu aerodinamik profile sahip olduğundan yüksek performanslıdır. Kanatlardaki hafif eğim sayesinde kanatlardaki çekme gerilimleri minimuma iner. Yüksek hızlarda çalışabilirler ve türbin; 2 veya 3 kanatlı olur. İlk hareket için Savonius rüzgar türbini ile birleşik yapılır veya bunun yerine bir tahrik motoru bağlanır.[16] Darrieus tipi düşey eksenli rüzgâr türbininde, düşey şekilde yerleştirilmiş iki tane kanat vardır. Kanatlar, yaklaşık olarak türbin mili uzun eksenli olan bir elips oluşturacak biçimde yerleştirilmiştir. Kanatların içbükey ve dışbükey yüzeyleri arasındaki çekme kuvveti farkı nedeniyle dönme hareketi oluşur. Yapısı gereği Darrieus tipi rüzgâr türbinlerinde, devir başına iki kere en yüksek tork elde edilir. Rüzgârın tek yönden estiği düşünülürse; türbinin verdiği güç, sinüs şeklinde bir eğri oluşturur.[17] 21

22 Resim 17 Darrieus Tipi Rüzgar Türbini Savonius Tipi Rüzgar Türbini Düşey eksenli bir rüzgar çarkı olan, Savonius rüzgar çarkı 1925 yılında Finlandiya'lı bir mühendis olan Sigurd Savonius tarafından keşfedilmiştir. İki yatay disk arasına yerleştirilmiş ve merkezleri birbirine göre simetrik olarak kaydırılmış kanat adı verilen iki yarım silindirden oluşur. Savonius rüzgar çarkının çalışma prensibine göre; belirli bir hızla gelen rüzgarın etkisiyle, çarkı oluşturan silindirin iç kısmında pozitif ve dış kısmında ü negatif bir moment oluşmaktadır. İç kısımda oluşan pozitif moment, dış kısımda oluşan negatif momentten daha büyük olduğundan, dönme hareketi pozitif moment yönünde sağlanır[18] Resmi 17 Savonius tipi türbin[17] 22

23 1.5 - Rüzgar Türbini Elemanları Rüzgar türbinleri rüzgardaki kinetik enerjiyi önce mekanik enerjiye daha sonra da elektrik enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Bir rüzgar türbini genel olarak; kule, elektrik jeneratörü, hız dönüştürücüleri (dişli kutusu), elektrik-elektronik elemanlar ve rüzgar pervanesinden oluşur. Bir rüzgar türbini, çevredeki engellerin rüzgarı kesemeyeceği yükseklikte bir kule ve bunu üzerine yerleştirilmiş bir gövde ve rotordan oluşmaktadır. Kulenin yüksek olması, ayrıca yeryüzüne yakın rüzgar profilinin yüksek hızdaki kısmını kullanmaya da yarar. Rüzgarın kinetik enerjisi rotorda mekanik enerjiye çevrilir. Rotor milinin devir hareketi hızlandırılarak, gövdedeki jeneratöre aktarılır. Jeneratörden elde edilen elektrik enerjisi aküler vasıtasıyla depolanarak veya direkt olarak alıcılara ulaştırılarak kullanılır.[19] Resim 19 - Bir rüzgar türbininin elemanları[19] 23

24 2. ARAZİ RÜZGAR POTANSİYELİ HESABI 2.1-TASARIM RÜZGAR HIZI TESPİTİ Sistemin, sürekli çalışma şartları altında mukavemet değerlerini belirleyebilmek ve doğru malzemeyi seçebilmek için öncelikle sisteme gelen kuvvetlerin doğru tespit edilmesi gerekmektedir. Rüzgar türbini sistemlerinde kuvvet tespiti, rüzgar hızının ortalama olarak gerçeğe en yakın ölçümü ile mümkün olur. Ortalama olarak diyoruz; çünkü rüzgar, aslında anlık olarak yön ve sürat değiştiren ve düzenli bir rejimi olmayan bir akım türüdür. Dolayısıyla rüzgar enerji/güç sistemi kurulması planlanan yerde en azından bir senelik rüzgar hızı ve yönü ölçümü yapılmalı, bunun sonucunda elde edilen veriler birleştirilerek senelik ortalama rüzgar hızına bağlı olarak güç ve anlık şiddetli olarak esen rüzgarlara göre tasarım hesapları yapılmalıdır. Rüzgar türbini kurulumu için gerekli (Ekonomik olabilmesi açısından)fizibilite rüzgar hızı(vrüzgar) 6.5 m/s den büyük olmalıdır.bu verinin tespiti için öncelikle Devlet Meteoroloji İşlerinin(DMİ) hazırladığı ( m yükseklikler için) ülke genelinde bulunan ortalama rüzgar hızları haritasına bakılır. Bu haritadan istenen yüksekliğe bağlı olarak 6.5 m/s den büyük hızlara sahip yerler,fikir vermesi açısından önemlidir. Fakat ülke haritası üzerindeki veriler çok genel olduğu, en ufak bir topografik farklılığın rüzgar gücünde ciddi bir azalmaya(kübüyle) sebebiyet verebileceği düşünülrse, rüzgar türbininin dikilmesi planlanan yerde, o yere özgü olarak bir takım hesap ve ölçümlerin yapılması daha doğru olur. Buna göre, yerinde yapılması planlanan hesaplar; 1-Anemometre aracılığı ile (En az 30 m de) rüzgar ölçümü yapılması,[2] 2-Arazi üzerindeki Pürüzlülük uzunluğu (Arazi üzerinde bulunabilecek ve rüzgar akışını kesebilecek ağaç, taş toprak, yapı gibi fiziki etmenlerin rüzgar hızını ne ölçüde kestiğinin bir ölçüsü) hesabı, 24

25 3-Arazi üzerinde Engel Perdeleme Modelinin çıkarılması (Pürüzlülük uzunluğunun benzeri), 4-Anemometre aracılığıyla yapılan rüzgar ölçümünün türbinin dikilmesi planlanan yükseklikteki rüzgar hızına uyarlanması. 2.2 RÜZGAR VERİLERİNİN HESABI ANEMOMETRE İLE RÜZGAR HIZI ÖLÇÜMÜ Türbinin dikilmesi düşünülen yere, 20m ile 50m yükseklik arasına (Genelde 30m), anemometre yerleştirilir. Belirli zaman aralıklarıyla (Bu aralıkları biz belirliyoruz örn:10 sn aralıkla) arazide değişen rüzgar hızları gün boyu ya da belirli bir zaman dilimi için (örn:15 dk için) ölçülür.[1] Bu ölçümler sonucunda, rüzgarın hangi hızda, toplam ölçüm sayısı içinde kaç defa estiği (Frekansı) tespit edilir. Ve bu veriler Rüzgar hızı / Rüzgar frekansı tablosunda yerine yerleştirilir. Resim 20 - Örnek Rüzgar hızı /Rüzgar frekans tablosu 25

26 Bu grafikten yola çıkarak, Weibull dağılımı yöntemi aracılığıyla o yöreye ait ortalama rüzgar hızını tespit edebiliriz. Weibull Dağılımı olup k = boyutsuz şekil sabiti c = ölçek sabiti dir. Bu denkleme 2 parametreli Weibull dağılım fonksiyonu denir. f(v), olasılık yoğunluk fonksiyonu olup bize rüzgarın v hızında veya daha düşük bir hızda esme olasılığını verir. Rüzgar tahminlerinde kullanılan Weibull dağılımı, k=2 için pratikte faydalı sonuçlar vermekte olup k nın 2 olması durumu literatürde Rayleigh dağılımı olarak da bilinir.[2] Ayrıca daha hassas çözümler için Weibull şekil katsayılarının belirlenmesinde kullanılan metodlar; 1-Grafik metodu (GM) 2-En yüksek olabilirlik metodu (EYOM) 3-Basitleştirilmiş en yüksek olabilirlik metodu (BEYOM) 4-Moment metodu (MM) Moment metodu en yüksek hassasiyette sonuç verdiği için çözüm olarak incelenecektir. Moment Metodu c = Vort / Γ( 1+ (1/k) ) Vort = ortalama rüzgar hızı(m/s) Γ (x) = Gamma fonksiyonu ve; k = (σ /Vort)^( ) σ = rüzgar hızının standart sapmasıdır. Gamma fonksiyonu matematikte bilinen özel bir fonksiyon olup açılımı her türlü literatür ve kaynakta bulunabileceği için uzun olarak anlatılmaya gerek görülmemiştir[3] 26

27 PÜRÜZLÜLÜK UZUNLUĞU HESABI ( ) Genellikle hesaplamak yerine pürüzlülük uzunluğu tablolarından faydalanılır. Ancak ampirik olarak ; olup; H = pürüzlülük elemanının yüksekliği S = pürüzlülüğe neden olan cismin dikey kesit alanı Ah = pürüzlülüge neden olan elemanın yatay kesit alanıdır. Ah>>S olduğu durumlarda daha doğru sonuçları elde edilebilmekte olup Aşağıda değerlerinin ve pürüzlülük sınıflarının belirtildiği tablo verilmiştir. [4] 27

28 Resim 21 Örnek Pürüzlülük uzunluğu tablosu 28

29 ENGEL PERDELEME METODU Parametreler; 1-Hesaplama noktasının engelden olan uzaklığı (x) 2-Engelin yüksekliği (h) 3-Hesaplama noktasının yüksekliği (H) 4-Engelin uzunluğu (L) 5-Engelin geçirgenliği (p) Geçirgenlik genel kural olarak binalar için = 0 Ağaçlar için = 0.5 alınır. Arada kendi uzunluklarının üçte biri aralık olan bir engel olması halinde geçirgenlik 0.33 alınabilir. Resim 22- Engel Perdeleme Etkisiyle ilgili Tablo 29

30 Resim 23 - Engel Geçirgenlikleri Perdeleme etkisi ile rüzgar hızında oluşabilecek azalma hesabı; U' ve U = Sırasıyla, düzeltilmiş ortalama rüzgar hızı ve ort rüzgar hızı (haritadan) ise olur.[5] ÖLÇÜLMÜŞ YÜKSEKLİKTEKİ RÜZGAR HIZININ İSTENİLEN YÜKSEKLİĞE (TÜRBİN YÜKSEKLİĞİNE) UYARLANMASI U = İstediğimiz yükseklikteki (fizibilite için gerekli olan) rüzgar hızı (m/s) Uref = Ölçüm yaptığımız yükseklikteki ortalama rüzgar hızı (m/s) H = Türbini dikmek istediğimiz yükseklik (m) Href = Ölçüm yaptığımız referans yükseklik (m) = Pürüzlülük sayısı (Hesaplama gerektirip pürüzlülük uzunluğu ile karıştırımamalıdır.) olmak üzere; olarak hesaplanır.[6] 30

31 PÜRÜZLÜLÜK SAYISININ HESABI ( PÜRÜZLÜLÜK UZUNLUĞU CİNSİNDEN YAPILMASI) ya da şekillerinde hesaplanabilir.[7] Ortalama rüzgar hızını tespit ettikten sonra, rüzgar aracılığıyla bölgeden elde edebileceğimiz elektriksel yada mekanik teorik rüzgar gücü (Pteo); (Watt) olur. Rüzgar türbinleri genellikle, teorik gücün belirli bir kısmını kullanabilirler ki biz buna ''Kapasite Fakötü '' diyoruz. Ve literatürde Cp ile tarif ediyoruz. Matematiksel olarak Cp,%60 mertebesinde olsa da (Betz limiti) gerçek uygulamalarda %25-40 arasında alınıyor. Ve rüzgardan gerçekte elde edilebilecek gücün hesabı ise (Pger); = (Watt) olarak tarif edilir.[1] RÜZGAR KUVVETİ HESABI TÜRBİNİN MARUZ KALABİLECEĞİ MAKSİMUM RÜZGAR KUVVETİ TAYİNİ Yöre içinde son 50 yılda aşılmamış ya da en az 1 defa aşılma riski olan rüzgar hızı, temel rüzgar hızı seçilerek konstüksiyon hesaplarına başlanır. Bu hesaplar sırasında belediyelerce hazırlanmış olan yüksek yapılar yönetmeliğinden faydalanılabilir.[8] Bu yönetmeliğe bakarak yapımızın maruz kalabileceği rüzgar hızı ve yükünü hesaplamak istersek; olmak üzere 31

32 Yükseklikle değişen yüzey pürüzlülük katsayısı Topografya katsayısı (yaklaşık 1 alınabilir) Temel rüzgar hızı (m/s) ÇEVRESEL YAPILARIN ORTALAMA RÜZGAR HIZI PROFİLİNE ETKİSİ (Şehir merkezi ve benzeri, ortalama yüksekliği 15 m üzerinde binaların ortalama olarak %15 oranında kaplı alanlarda geçerli olmak üzere) Bu arazide rüzgar profilinin yapılar tarafından bloke edilmesi, zemin seviyesini sanal olarak yükseltmek biçimiyle göz önüne alınır. Yüksek yapının rüzgar hesabı normal koşullarda yapıya etkiyen rüzgar profili ve yüklerini düşey yönde hy kadar öteleyerek yapılır.[8] Ho = Ortalama bina yüksekliği (m) H = Yüksek yapı yüksekliği (türbin direği) (m) Hy = Küçük üçgen dik kenarı (m) olmak üzere; 32

33 Detaylı bilginin olmadığı durumlarda Ho = 15 m alınır. X 2Ho ise Hy = min[0.8ho, 0.6H] 2Ho < X < 6Ho ise Hy = min[(1,2ho - 0.2x), 0.6H] X 6Ho ise Hy = 0 olur DİNAMİK RÜZGAR HIZI σ(w) = Türbülanslı rüzgar hızının standart sapması olmak üzere; Binalara etkisi açısından türbülanslı rüzgar hızı (Wmax); alınır. Buradan dizayn için gerekli toplam rüzgar hızı olur.[8] 2.4- RÜZGAR TÜRBİNLERİNDE KANAT SAYISI VE GÜÇ, MOMENT VE KUVVET KATSAYISIYLA İLGİLİ ÖN HESAPLAR Rüzgar türbinine gelen kuvvetler ve rüzgar hızı kadar türbin tipinin seçimi de önemlidir. Kullanılmak istenen türbin tipine göre türbinin sahip olduğu güç, moment ve kuvvet katsayısı da değişir. Tıpkı kapasite faktöründe olduğu gibi (güç katsayısı) moment ve kuvvet katsayıları da sırasıyla arazide esen rüzgar enerjisini türbinin değerlendirme oranına moment katsayısı (Cm), arazide esen rüzgarın, türbinin kaldırma kuvveti olarak kanatlarda değerlendirilme oranına kuvvet katsayısı (Cf) denir.[1] Ayrıca türbin kanadının çizgisel hızının, rüzgar hızına oranına ''uç hız oranı'' (tip speed ratio) denir ve literatürde sembolü (λ ) dır. Genel uygulamalarda; 4 kanatlı türbinlerde λ =4 33

34 3 kanatlı türbinlerde λ =5 2 kanatlı türbinlerde λ= 6 alınabilir.[1] Genel kabul, türbin tasarımında 2 ve 3 kanatlı türbinler devir sayısı fazla olduğu için elektrik üretiminde, 4 kanatlı ve daha fazla kanada sahip türbinler ise genellikle düşük devir yüksek tork gerektiren uygulamalarda (örneğin su pompalama ) kullanılır. Tasarım sırasında türbininizin tahmini devir sayısını kanat sayısına bağlı olarak buradan tespit edilebilir.[1] 3. RÜZGAR TÜRBİNİ MEKANİK SİSTEM TASARIM HESAPLARI 3.1- KANAT TİPLERİ,FORMU, BOYUTLANDIRMA VE KANAT MUKAVEMET HESAPLARI KANAT MALZEMESİ VE ÜRETİM YÖNTEMLERİ Tarihten günümüze rüzgar türbinlerinin pervaneleri; alüminyum, titanyum, çelik, elyaf ile güçlendirilmiş plastik (cam elyafı, karbon elyafı, vs.) ve ağaçtan imal edilmiştir. Modern rüzgar türbinlerinin kanatlarının hemen hemen tamamı ise, cam elyafı ile güçlendirilmiş polyester veya epoksi gibi, cam elyafıyla plastikten üretilirler. Çelikten üretilen kanatların eğilmeye dayanımı çok iyidir. Fakat yorulma dayanımları ve korozyon sorunu yaratmaktadır. Bu tip kanatlar genelde daha küçük rüzgar türbinlerinde kullanılırlar. Alüminyum kanatlar, çeliğe göre daha hafiftir, yorulma dayanımları daha iyidir ve korozyona daha dayanıklıdır. Alüminyum malzemenin zayıf noktaları; kabuk şeklindeki malzemenin burkulması, imalat tekniğinin zorluğu ve pahalı olmasıdır.[1] Ahşap çok uzun zamandan bu yana kullanılan bir malzemedir. Ucuz ve hafif olmasına karşın, neme karsı hassas olması ve işlem maliyetleri dezavantajıdır. Soğuk kalıp olarak adlandırılan bir teknikle bu problemin üstesinden gelinmiştir. Ahşap kaplama tahtaları bir vakum torbasında epoksi reçine ile haddelenerek, kanat kalıbı şeklinde preslenir. Bu biçimde elde edilen kanatlar, özellikle büyük rüzgar türbinlerinde dayanıklılık ve hafiflik bakımından diğerlerine göre oldukça büyük bir üstünlük sağlamaktadır. Bunlar üzerine çalışmalar devam etmektedir.[1] 34

35 KANAT FORMU VE HESAPLAMALARA DAİR GENEL BİLGİLER Resim 24 - Kanat Kesidi c=kanat kiriş uzunluğu (veter hattı) t=kanadın max. kalınlığı α=hücum açısı y=kamburluk olarak genel literatürde tarif edilir.[3] Kanada etkiyen kuvvetler: olup ve sırasıyla kaldırma ve sürükleme katsayısı olarak tarif edilir.[5] Kanat kiriş ekseni ile kanadın simetri ekseni çakışık ise bu tip kanatlara ''simetrik kanatlar'' denir.[5] Literatür ve pratikte değişik tip ve isimlerde kanatlar bulunmakta isede(risoe tipi,delft tipi,naca tipi..) bu kitapta NACA serisi kanatlar,literatüre hızlı erişim açısından incelenmiştir. 35

36 NACA kanat profilleri 4, 5, 6 hatta 7 haneli olarak tarif edilebilmektedirler. 4 haneli kanat profillerinde ilk iki basamak yüzdece kamburluğu kiriş uzunluğu cinsinden gösterir. ( ) olur.[4] Simetrik kanatlarda kamburluk 0 (Sıfır) olduğundan kanat profillerinin ilk iki basamağı 00 olarak başlar. Örn:0012 NACA kanat profili simetrik olmasıyla birlikte helikopterlerde en çok kullanılan kanat profilidir.[6] 5 basamaklı kanat profillerine örnek olarak NACA kanat profilini verebiliriz. Bu kanadın özelliği teorik hesaplamaların ve deneysel verilerin en çok örtüştüğü kanatlardan biri olmasıdır.[6] Kanat kalınlığı (Airfoil thickness) kanat kiriş uzunluğunun belirli bir yüzdesi olarak ifade ediliyor gibi..[4] Kanat ön ucuna verilen radyüs ise, kanat kalınlığının %2 si ile %8 i arasında değişir. NACA (Amerikan Havacılık Komitesi), II. Dünya Savaşı ndan sonra bugünkü adıyla NASA olmuşur. NASA nın kurulmasıyla birlikte uzay havacılık çalışmalarının artmasıyla ekstrem kanat profilleri üzerinde çalışılmış olup yeni ve kaldırma katsayısı yüksek, sürüklenme katsayısı düşük kanatların keşfi gerçekleşmiştir. Düşük hızlarda (Ses hızından düşük) kanat etrafından geçen akışın laminarlığının bozmamak amacıyla LS (Low Speed) serisi kanatlar keşfedilmiş olup aynı ebatlar ve aynı hucum açısında ve daha yüksek reynolds sayılarında normal NACA kanadına göre %30 daha fazla kaldırma katsayısına sahiptir.[6] Örnek vermek gerekirse ; 1)NACA 2412 (Havacılıkta en çok kullanılan kanat profillerinden) 2)NASA LS(1)-0417 (Düşük hız kanadı) derece için 1) Re=5,7* için =0.6 2) Re=6,3* için =1 dir. 36

37 RÜZGAR TÜRBİNİ KANADININ KATI MODELLENMESİ VE OPTİMİZASYONU R yarıçapında bir rüzgar türbini rotoru kanadının katı modelini oluşturmak için öncelikle profil boyunu her bir parametrik r uzunluğu için hesaplamak gerekir. Optimum kiriş uzunluğu = Kanat sayısı = Kaldırma kuvveti katsayısı = Dizayn uç hız oranı ise; Kanatların modellenmesi sırasında kanadın türbin hub ına bağlantı açısı da seçilir. Mikro ve küçük türbinlerde kanat bağlama açısı sabit alınabilirken orta ve büyük ölçekli türbinlerde kanat bağlama açısı parametrik r değerine göre değişir. α (opt-bağ.) = Optimum hücum açısı = Relatif hız vektörü ile profil kiriş uzunluğu arasındaki açı ise = Dizayn bağlama açısı r ye bağlı olan denklemlerle kanat şeklini elde edebilmek için R yarıçapındaki rotor uzunluğuna kadar her bir iteratif Δr uzunluğu, R değerini elde edinceye kadar denklemlerde n defa yerine konur ve sonuçta n adet kanat kiriş uzunluğu ve n adet kanat bağlama açısı, n adet kesit için bulunur.[7] 37

38 KANAT TASARIMI VE KANAT DENKLEMLERİ Kanat tasarımında 4 ve 5 haneli NACA profilleri baz alınırsa; Örnek 4 haneli NACA profili tasarımı 1. hanedeki 2 sayısı toplam kiriş uzunluğunun yüzdece değeri=c* hanedeki 4, maksimum kamber noktasının başlangıç noktasından kiriş uzunluğunun ondaca uzaklığı x=c* ve 4. hanelerdeki 15 ise kanadın sahip olduğu maksimum kalınlığın kiriş uzunluğu cinsinden yüzdece ifadesidir. t=c*0,15 olur. Ve 4 haneli simetrik olmayan(2415 gibi) bir NACA profili için ve denklemleri belirlenen iteratif x aralıkları için kullanılır. Bulunan ve noktaları önce bu denklemdeki açıyı bulmada, ardından kanadımızın kiriş ekseni üzerindeki üst ve alt noktaları (, yi bulmada) 38

39 kullanılır., değerleri kiriş ekseninin üstünde, ve değerleri kiriş ekseninin altında işaretlenir ve kanat kesidinin grafiği çıkartılır.[3,4] Örnek 5 haneli NACA kanadı tasarımı 1.hanedeki sayı 2, 0.15 ile çarpıldığında tasarlanan Kaldırma katsayısını (Cl) veriyor = 2*0.15 = ve 3. hanedeki sayılar 2 ile bölündüğünde maksimum kamber noktasının kanat ön ucundan olan uzaklığı kiriş uzunluğunun ondalığı olarak veriyor. 0.30/2 = 0.15*c = p olarak tarif edilir. 4. ve 5. hanedeki sayılar kanat kalınlığını,kanat kiriş uzunluğunun yüzdesi olarak tarif ediyor t = 0.12*c denklemi için; tablosunu kullanıp (örn için m= ve k1=15.957) kamber eksenindeki y noktalarını (yc) buluyoruz. Ardından yaptığımız iş ise 4 haneli NACA serisinde yaptığımız ile aynı, yc değerinden sonra yt ve theta değerlerini bulup 4 hanelilerin denklemlerinde yerine koyuyoruz. Xu,Yu ve Xl,Yl değerlerini buluyoruz. Kanat tasarımında, büyük ve gelişmiş rüzgar türbini sistemlerinde kanatların burulma açısı da işin içine girse de burada değinilmeyecektir. 39

40 KANAT TASARIMINDA DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR 1) Kanatlarda akış ayrılmasının aniden gerçekleştiği açı (Kaldırmaya vesile olan max. hucum açısı) çok önemlidir. Zira ani akış ayrılması yaşanırsa kaldırma düşer, sürükleme kuvveti artar ki bu da yatay eksenli türbinlerde güç kaybı demektir. 2)Kanat üzerine gelen rüzgar sürükleme kuvveti vesilesiyle kesme gerilmeseine maruz kalır. Sürükleme sabiti Cd, kanatlar için belirli hucum açılarında tablolarda kaldırma katsayılı Cl ile birlikte de veriliyor. Ancak bu sabitin verilmediği ya da daha hassas hesaplanmak istendiği durumlarda kanadın maruz kaldığı sürüklenme kuvvetini (Kesme kuvvetini) ve bu kesme gerilmesini tespit edebilmek için kanat sürtünme sabitini (Cf) iyi tespit etmek gereklidir. = Kesme gerilmesi = Belirli yükseklikteki hava basıncı için kanat üzerine gelen akış karakteristiğini (Reynolds sayısı üzerinden) iyi tespit etmek gereklidir. Re (c) kanadın kiriş uzunluğu boyunca akan rüzgarın etkin reynolds sayısı olmak üzere; Akış laminar kabul edilirse (Re < 5* ise) Cf=1,328/( ) olur Akış Türbülanslı ise; Cf=0,074 /(Re(c)²) kabul edilir. Akışın geçişli (Yani kanat kiriş uzunluğunun bir kısmında laminar devamında ise türbülanslı ise) olması halinde; 40

41 Cftoplam = Kanat kirişi boyunca etkin olan sürtünme katsayısı, Cf1 = Laminar kısımda ki sürtünme katsayısı, Cf2 = Türbülanslı kısımdaki sürtünme katsayısı, Cf(c)turbulans = Kanadın sanki bütün kiriş uzunluğu boyunca akışın türbülanslı olması halindeki sürtünme katsayısı, Cf1türbülans = Kanadın sanki 1. kısmının türbülanslı olması sonucu oluşabilecek sürtünme katsayısı olmak üzere, Kanat üzerinde kanat kiriş başlangıcından herhangi bir x mesafesine kadar olan reynolds sayısı Re(x) olmak üzere; Kanat kaldırma performansını artırmak için kanadın arkası kıvrılır. Buna ilaveten kıvrık uçlu kanatlar negatif hucum açılarında bile kaldırma etkisine sahip olur KANAT MUKAVEMETİ VE BAĞLAYICI ELEMAN HESABI 41

42 3.2.1-KANAT MUKAVEMETİ HESABINA PRATİK BİR YAKLAŞIM Kanatları kabaca dikdörtgenler prizması olarak düşünürsek; Kanada kaldırma etkisiyle gelen eğilme moment değeri Kanat kökünde gerçekleşen tehlikeli gerilme değeri Zmax=a/2 ise 42

43 Kanada sürükleme etkisinden dolayı gelen eğilme moment değeri (Md) Md=Fd*D/2 Kanat kökünde gerçekleşen tehlikeli gerilme değeri ( ), * ise = (b/2)* Iz = (ab^3/12) = ise olur. = ( 6*M1/(b*a²) ) + - (6*Md/ (a*b²) ) olur. Kullanılması planlanan kanat malzemesinin bası ve çekiye göre emniyetli eğilme değerleri bu değere göre kontrol edilmelidir. Kanada etkiyen tehlikeli gerilme değerinin tespiti Buradan Eğer =dikdörtgen kanadın y ekseni etrafındaki polar atalet momenti buradan kanada etikiyen eşdeğer tehlikeli gerilme maksimum şekil değiştirme hipotezine göre ifade edilmek istenirse; 43

44 [5,8] RÜZGAR TÜRBİNİ GÖBEK (HUB) TASARIMI VE HESAPLARI RÜZGAR TÜRBİNİ HUB SİSTEMLERİ HAKKINDA GENEL BİLGİ Rüzgar türbini sistemlerinde kullanılan Hub un görevi, kanatları yeterli rijitlikte bir arada tutup hareketi türbin miline bağlamaktır. Orta ölçekli ve büyük sistemlerde hub, küçük ve mikro sistemlerde ise kanatları bağlamak amacıyla flanş kullanılır. Flanş mümkün olduğunca hafif ve özellikle atalet yarıçapı küçük olmalı, bunun yanısıra kanatları tutabilecek kadar mukavim olmalıdır. Aksi takdirde dönme enerjisinin büyük bir kısmı sadece flanşı döndürmeye gidecek, dolayısıyla devir istenen sistemlerde büyük olasılıkla devir kaybına sebep olacaktır. Bu durum da üretilen elektrik miktarının azalması anlamına gelir. 44

45 Resim 25 - Küçük ve mikro sistemler için flanşlar Resim 26 - Orta ve büyük sistemler için Hublar.(Şekilde 3 adet kanadı tutuyor) 45

46 KANAT-FLANŞ- HUB BAĞLANTILARI İÇİN HESAPLAR Bağlantı türü (küçük ve mikro sistemlerde) yapıştırmalı bağlantı olursa; Resim 27- Taslak Kanat - Hub Bağlantı Şeması A= Kanat kökünün yapışkana maruz kaldığı tüm yüzey alanı ( ) τ = Yapışkan-parça gurubunun emniyetli kesme gerilim değeri (N/ -Mpa) S= Emniyet katsayısı Ftop = Kanadın maruz kaldığı max. toplam kuvvet (N) ise olmalıdır. 46

47 e = Kanat ağırlık merkezinin rotor merkezinden olan uzaklığı w = Kanadın açısal hızı =2*π*n/60 n=devir sayısı g=9,81 olmak üzere dolayısıyla emniyetli ve gerekli olan yapıştırma yüzey alanı olur. Bağlantı türü (Orta büyüklükte olan) mekanik çözülebilir-civata somun olursa; Resim 28- Taslak Civatalı Bağlantı şeması -Ön yükleme altında somunun sıkılması- Fö yükünden doğan çeki gerilmesi 47

48 Sıkma momentinden doğan burulma gerilmesi= τ = Cıvataya çekirdek kesitine gelen eşdeğer gerilme olmalıdır. Maksimum Gerilme İşletmedeki toplam max kuvvet tespiti=fmax normalde deformasyon üçgeni (Yani sıkılan parçadaki uzama ve kısalmaya bağlı olarak çizilen diyagram aracılığıyla çözülebilse de mikro ve küçük ölçekli türbinlerde Fmax = Fön + Fiş şeklinde almak yararlı ve zaman kazandırıcı olur.) Vida dişi yüzey basıncı-ezilme kontrolü Vida dişinin kesilmesi =Çekridek çapı h=vida hatvesi [9,10] 48

49 MİL - FLANŞ BAĞLANTISI Mil ile flanşın birbirine paralel yüzlü kama (Feder) ile bağlandığını düşünürsek, kama yataklandığı yüzey boyunca kesme kuvvetine maruz kalır. Resim 29- Taslak Mil - Kama bağlantısı ve Kama resmi n=dakikadaki devir sayısı P=Türbin iletilen max. gücü kw Md=Türbinin döndürme momenti =Kamanın mil dışına taşan yüksekliği 49

50 =Kamanın mil içinde kalan kısmı b=kama genişliği l=kama boyu h= + Md=9550*P/n = /(D/2) ise Kamanın kesilmeme kontrolü Kamanın ezilmeme şartı Olmalıdır. Standart boy belirlendikten sonra TS 147/1 den kama seçilebilir.[9,10] REDÜKSİYON HESABI GENEL REDÜKSİYON TİPLERİ VE ÖN HESAPLAMALAR Rüzgar türbinlerinde (özellikle elektrik eldesi amaçlı) kullanılan devir ayarlayıcı (arttıran - azaltan) mekanizmaya redüktör denir. Rüzgar sistemlerinde kullanılan redüktör bu görevi: 1 - Dişli çarklar, 2 - Kayış kasnak mekanizması, 50

51 Aracılığıyla yerine getirebilir. Büyük ve orta ölçekli türbin sistemlerinde kayış kasnak sistemine nazaran dişli kutuları tercih edilse de küçük ve mikro sistemlerde kayış kasnağın kullanıldığı örnekler mevcuttur. Rüzgar türbini sistemlerinde redüksiyon eğer dişli çarklardan oluşuyorsa, içindeki dişliler vasıtasıyla devir ayarlama görevini yerine getirir. Çok çeşitte dişli çark tipi bulunduğu için (düz dişli, helisel dişli, sonsuz dişli gibi) farklı çeşit ve sayıda çarkları bir araya getirerek bir dişli kutusu tasarlamak mümkün olsa da firmalarca üretilen ve standartlarca kabul edilen dişli kutuları ve ebatları bellidir. Büyük ve orta ölçekli sistemlerde genellikle ''planet redüktör'' adı verilen dişli sistemi kullanılır. Bu sistem sayesinde tek kademede çok yüksek çıkış devir kat sayısını yakalamak mümkündür. Bu sistemin alternatifi olarak orta ve küçük sistemlerde ise kademeli redüktör tasarımı yapmak elbetteki mümkündür. Düz dişlili kademeli redüktör mekanik tasarımı esasları planet redüktörler ile aynı olmakla birlikte kapladığı yer, kademe sayısı ve geometrik şekil farklılıkları sistemler arasında mevcuttur. Resim 30 - RÜZGAR TÜRBİNİ KESİTİ 51

52 Resim 31-İzmir Alaçatı RES de bulunan bir Rüzgar Türbininin kapalı devre resmi Gerekli çevrim (tahvil) oranı hesabı; Türbinimizin uç hız oranını (λ) kanat sayısına göre daha önceden seçmiştik. λ =( ω *D/2) / Vrüzgar idi Buradan yalnız bırakıp sonucu devir sayısını veren formüle eşitlersek; 2λ* Vrüzgar / D =2 * π * n/60 buradan sahip olduğumuz devir sayısı-giriş mili için 60* λ * Vrüzgar / (π * D) = ng olur. Türbinin çıkış mili jeneratör giriş mili olduğu için jeneratörün istenen güç için kaç devirde dönmesi gerektiği üretici tarafından belirlenmiştir. Dolayısıyla nç de belirlidir. Buradan çevrim oranı ng/nç=i tespit edilebilir. Buradaki çevrim sayısına göre planet dişli kutuları seçilir ya da kayış kasnaklar boyutlandırılabilir. Eğer uygulama çok küçük güçler için geçerli ise (1-1,5 kw gibi) redüktörlü DC motor da seçilerek redüksyon işlemi halledilebilir ve boyutlandırma hesabına gerek kalmaz KADEMELİ DÜZ DİŞLİ KUTUSU (REDÜKTÖR) TASARIM ÖRNEĞİ 1 - Dişli kutusu kademe sayısı ve redüktör kutusu tipi seçilir. (Örneğin iki kademeli ve H tipi kutu.) Dişli kutusu tipi seçilirken modüle bağlı eksenler arası uzaklık tayini de 52

53 yapılmış olur.örnek dişli kutusu şekline ve dişlilerin pozisyonuna dair fikir edinilmesi amacıyla aşağıda değişik tipte dişli kutusu resimleri verilmiştir. Resim 32/Tablo Örnek Dişli Kutusu Tip ve Ebatları (Şefik Okday-Makine Elemanları Cilt 3) 53

54 2 - Toplam çevrim oranı (iç / ig = İtoplam) tayini yapılır. Kademe sayısına göre maksimum çevrim oranı ve kademelere karşı gelen teker teker her bir dişlinin çevrim oranları tablolarca belirtilen şekilde hesaplanır. Tablo 1.2 Seçilecek çevrim oranları V çevre hızına göre seçilecek i çevrim oranları V(m/s) i...0,8 8/1...12/ /1...7/ /1...6/1 yüksek 4/1 den küçük Redüktörlerde uygulanan maksimum çevrim oranları Kademe sayısı İmaks(toplam)

55 Tablo 1.3 Büyük çevrim oranlı redüktörlerde çevrim oranlarının kademelere dağılışı X: Toplam çevrim oranı (İtop - İmaks) Y: 1. kademenin ve 2. kademenin çevrim oranları İ1(2K) = 2 kademeli redüktörde 1. kademenin çevrim oranı bandı İ1(3K) = 3 kademeli redüktörde 1. kademenin çevrim oranı bandı İ2(3K) = 3 kademeli redüktörde 2. kademenin çevrim oranı bandı 3 - Eksenler arası mesafe (yani çark çapları toplamı - Dişli kutusu ebatlarını başta seçerken belirlemiştik.) ve çevrim oranları belirli olduğuna göre iki bilinmeyenli iki denklemden bilinmeyenler çözülür çark çapları tayin edilir. 4 - : Yuvarlanma dairesi çapı π * m : Diş adımı b = φ * = φ * π * m : Diş genişliği olmak üzere ; 55

56 çark çapları (yuvarlanma dairesi çapları) belirlendikten sonra dişli kutusundaki her bir dişli çarkın (devir sayıları ve çapları belirli olduğundan) çevresel hızı belirlenir. Ardından dişli kutusundaki her bir kademe için tablo 1.4 ten ufak dişli çarkın en küçük diş sayısı belirlenir. İşletme cinsi Çevre hızı V m/s Ufak dişli çarkın en küçük diş sayısı (Zmin) Büyük hızlarda önemli kuvvetler ileten dişliler Orta hızlarda dönen dişliler V > 4 16 (ε > 1,5) V = 0, Orta hızlarda dönen ikinci derece görevi olan dişliler: düşük kuvvetler ileten çarklar V 0,8 10 Alın dişlilerde minimum toplam diş sayısı = Zmin1+Zmin2 24 İç dişlilerdeki en küçük diş sayısı Zmin2 = Z1+10 Tablo Diş sayısı ve yuvarlanma dairesi çapı belli olduktan sonra 4 numaradaki formülden her bir dişli çarkın modülü tespit edilir ve tablo 1.5 ten bulunan modül sayısına en yakın standart modül alınır. Modül belli olduktan sonra diş adımı belirlenir. Modülü belli olan dişlilerde tablo 1.6 dan (m modülüne göre b dişli genişliğinin seçilmesi tablosu) diş genişliği belirlenir. Tablo Kolon 1 1,25 1,5 2 2,

57 2. Kolon 1,125 1,375 1,75 2,25 2,75 3,5 4,5 5, ,25 3,75 6,5 3.Kolon Not: 1. kolondakiler öncelikle kullanılmalı 3. kolondaki modülleri kullanmaktan kaçınılmalıdır. Tablo 1.6 modüle (m) göre diş genişliği (b) Alın dişlileri (Dişler kesilerek açılmış.) Yataklandırma Rulmanlı yataklar veya mükemmel kaymalı yataklarla yataklandırmada Rijit desteklere oturan eğilmeyen millere oturan dişli çarklarda Bir dişli çiftindeki dar dişlinin genişliği b = m Redüktör kutularında iyi yataklandırmada ve benzer durumlarda çalışan dişli çarklarda..25m ye kadar Demir konstrüksiyonlar, putreller ve benzeri yerlerde yataklandırılmış dişli çarklarda.. 15m ye kadar Yatağın dışında yataklandırmada ve düzgün dolarak dökülmüş (işlenmemiş) dişli çarklar..10m ye kadar Aşağıdaki b/m oranları konstrüksiyonda yol göstericidir : b/m Dişli çark hakkında bilgi İşlenmemiş fakat dikkatli dökülmüş Freze ile açılmış : yataklandırma çelik konstürksiyon üzerinde 57

58 Dişler dikkatli olarak işlenmiş : döküm dişli kutularında yataklandırılmış n d/dak ya kadar : çok düzgün işlenmiş ve döküm dişli kutularında yataklandırılmış n1 > 3000 d/dak ya kadar :çok düzgün işlenmiş ve döküm dişli kutularında yataklandırımlış Taşlanmamış sertleştirilmiş dişliler Not: n1 ufak dişlinin dakikadaki devir sayısıdır. 6 - Dişlilerin çevre hızları (V) belirli olduğuna göre tablo 1.7 ve tablo 1.8 den sırasıyla dişlilerin yağlanma biçimine ve yağlama yağının viskozitesine karar verebiliriz. Tablo 1.7 V çevre hızına göre dişli çarkların yağlanışı Çevre hızı m/s Yağlama şekli V =..0,8 V = 0,8..4 V = V > 12 Gres sürmek yeterdir Alçak hızlarda gres, yükseklerde daldırmalı yağlama Daldırmalı yağlama Püskürtmeli yağlama En çok kullanılan yağlama sistemi olan daldırmalı yağlamalarda seçilebilecek yağ viskoziteleri ise Tablo 1.8 (Yağ viskoziteleri - 50 deki Engler (E50 ) ölçüsüne göre) Çevre hızı V m/s Dişli çarkların yüklenişleri Hafif(C < 40) Orta (C = ) Ağır (c > 100) 58

59 ..0,5 20 E 34 E 60 E 0, E 20 E 30 E E 12 E 20 E E 8 E 12 E Bu tablodaki C = Fu / (b * t0) olup kgf / cm² cinsinden yükleme katsayısıdır. Basınçlı yani pompa ile yapılan yağlamada : Çevre hızı V = m/s için (E50 ) V> 20 m/s için (E50 ) viskozitesinde olan yağ kullanılır. 7 - Dişlilerin yağlama biçimini de belirledikten sonra dişlilerin imalat kalitesini, dişlilerin çevre hızlarına ya da kullanıldıkları alanlara göre tablo 1.9 ve 1.10 dan tespit edebiliriz. Şeklinde tarif edilen DIN dişli çark imalat - kalite norm tablosunu baz alırsak; Tablo 1.9 dişli çarkların çevre hızlarına göre olması gereken imalat hassasiyetleri 59

60 V (m/s) İmal şekli Dişlilerdeki düzgünlük derecesi Birbirini kavrayan iki diş ayrılıp yeni iki diş tesire geçtikleri zaman izin verilen toplam maksimum hata μ (0.001 mm) 0..0,8 Döküm dişler -- 0, Kaba talaş alındıktan sonra bir defa ince talaş alınmış Dikkatle tesviye edilmiş ya da taşlanmış En hassas işlem ile imal edilmiş (helisel dişler) Tablo 1.10 dişli kalitelerinin uygulandıkları endüstri kolları Kalite 60

61 Genel makine İmalatı Türbinler Patlamalı kuvvet makineleri Gemi inşaatı Buhar makineleri Tekstil makineleri Kimya endüstrisi Matbaa makineleri Aparatlar Demiryolu ve sinyal imali İnce mekanik Diğer Motorlu taşıtlar Kaldırma ve transport makineleri Hesap ve büro makineleri Saat ve ince mekanik aletler İnce mekanik makineleri Takım tezgâhları Ölçme aletleri Uçak imalatı Otomobiller Otobüs ve kamyonlar Traktör ve benzerleri Lokomotif ve raylı araçlar Diğer ziraat makineleri ve fazla V (m/s) Yukarıdaki tablo aşağıdaki yerlere uygulanmaz: a-) v = 70..m/s lik 5 ve 6 kaliteli türbin dişlilerinde, b-) Büyük düzgünlük gerektiren ölçü aletlerinin dişlilerinde, c-) Son derece düzgün çalışması gereken özel dişlilerde. 61

62 8 - Dişlilerin kinematik özellikleri belli olduktan sonra her bir dişli çarkın malzemesini tayin etmemiz gerekir. Malzeme tayini için ise her bir çarka gelen yüzey basıncı, diş mukavemet (eğilmeye göre) kontrolü ve diş ömrü (aşınma) hesapları yapılır ve müsaade edilen minimum gerilme değerine göre çark malzemeleri tayin edilir. İşletme (Sür şarj) katsayısının seçim kriteri : (mil ve diğer makine elemanları için) Statik yüklerde : Parçalarda yorularak kırılma ve ya kopma meydana gelmiyor dolayısıyla müsaade edilen gerilme sınırı (σ müs ed.) hayli yüksek ve ϕ emniyet katsayısı 3 ile 4 arası alınır. Dalgalı Yüklerde: Müsaade edilen gerilim sınırı daha küçük ve emniyet katsayısı daha büyük alınır. ϕ 5 ile 6 arası alınır. Alternatif yüklerde: En uygunsuz bir yükleme şekliyle karşı karşıya bulunduğundan müsaade edilen gerilim sınırı çok daha küçük ve emniyet katsayısı çok daha büyük alınır. ϕ 8 ile 12 arası alınır. İşletme katsayısının hesabı: Birbiri ile senkron çalışan sistemlerde (örn: dişli çarklar ve kavrama düzenekleri gibi.) makine parçalarının hız düzgünsüzlüğüne, durarak çalışmasına ve çalışma saatine bağlı olarak parçaların daha yorulabileceği tahmin edilerek makine parçalarına gelen momentin belirli bir katsayısı ile çarpılarak daha fazlasının etkidiği düşünülmüş ve hesaplamalarda yeni moment dikkate alınmıştır. Mişletme = Md x F(itop) ϕtop = ϕ1 x ϕ2 x ϕ3 şeklinde tanımlanır ϕ1 : Kuvvet ve iş makinesinin cinsine, ilk hareket momentine ve işletme şekline bağlıdır. Bütün bu hususlar dikkate alındığında; ϕ1 =1 ile 3.3 arasında değerler alıyor (Bazen daha da büyük değer alabiliyor.) ϕ2: Çalışma saatine bağlıdır. Günde 1-2 saat çalışan bir makinede küçük tüm gün çalışan bir makine de ise daha büyük değerler alır. ϕ2= 0.1 ile 1.25 arasında seçilir. 62

63 A) Kuvvet makinesi cinsi ve işletme katsayısı ϕ3: İlk hareket katsayısıdır. Sürekli olarak çalışan bir makinede küçük, sık sık durup tekrar harekete geçen bir makine de ise büyük seçilir ve ; ϕ3 = 1.06 ile 2 arasında alınır. 63

64 İşletme Cinsi İş makinesinin cinsi Kuvvet makinesinin cinsi Elektrik motorları ve buhar türbinleri İlk hareket momenti İşletmenin şekli Küçük Düzgün Sentrifüj pompalar, ışık jeneratörleri, vantilatörler ( P/n <= 0,005), transmisyonlar ve küçük ağaç tezgâhları Küçük Düzgün Saç bükme tezgâhları, elevatörler,aspiratörler ve vantilatörler (P/n = 0,005 ilâ 0,1),yığma yük için transportör şeritleri, sıvı karıştırıcıları, hafif takstil makineleri, turbovantilatör ve kompresörleri, dönen hareketli takım tezgâhları Orta Düzgünsüz Kalınlık tezgâhları, büyükçe iş tezgâhları, döner pistonlu havan basan tezgâhları, parça yük için transportör şeritleri, mal sevk eden tamburlar, jeneratörler, halat makaraları, ağaç işleyen tezgâhlar, yarı sıvı için santrifüj pompalar, soğutma tamburları, karıştırıcılar, paçavra parçalayıcıları, ringspiniplik makineleri, yarı-sıvı karıştırıcılar, zımpara ve taşlama tezgâhları, titreşimli elekler, yem makineleri, kurutucu ocaklar ve tamburları, inşaat vinçleri, vantilatörler (P/n> 0,1) 4 ilâ 6 silindirli patlamalı motorlar; su türbinleri. Düzgünsüzlük katsayısı= Delta: 1/199 ilâ 1/200 Fi1 1 1,2 1,4 1,4 1,7 2,0 1,4 1,7 2,0 1 ilâ 3 silindirli patlamalı motorlar. Düzgünsüzlük katsayısı= Delta: 1/80 ilâ 1/100 64

65 Orta Büyük Çok büyük Düzgünsüz: vuruntulu Düzgünsüz; kuvvetli vuruntular Düzgünsüz; çok kuvvetli vuruntular Beton karıştırıcıları, harman makineleri, denize kazık çakan çekiçler, maden vantilatörleri, asma raylı transportörler vargel planyaları, kâğıt baskı, valsları, zincirli transmisyonlar, toprak vs. hamur makineleri, pitonlu tulumbalar, 1:100 ilâ 1:200 düzgünsüzlük katsayılı kompresörler, vinçler, bilyalı ve sair değirmenler,pres pompaları, insan asansörleri, makaralı hafif transportörler, gemi milleri tel halat makaraları, sokak tesviye silindirleri,çamaşır makineleri, dokuma tezgâhları, santrifüjler. Ekskavatör, kurşun hadde tezgâhları, tel çekme makineleri, lâstik haddeleri, çekiçli değirmenler, şahmerdanlar, ağaç taşlayan tezgâhlar, kalenderler, hafif volanlı pistonlu pompalar, öğütücüler, presler, sondaj matkapları, titreşimli elekler ve benzerleri, makaslar, demirhane presleri, zımbalar, şeker kamışı kırıcıları Yatay ve normal hizarlar, volansız pistonlu pompa ve kompresörler, makaralı ağır transportörler, kaynak jeneratörleri, taş kırıcıları, maden hadde tesisleri, tuğla presleri Kâğıt makine tahrikleri için (f)deki değerlerin yerine göre %30 kadar fazlası seçilir. 1,7 2,0 2,4 2,0 2,4 2,8 2,4 2,8 3,3 B) Çalışma saati katsayısı Fi2: 0,9 1,0 1,12 1,25 1 gündeki çalışma saati h: C) İlk hareket katsayısı Fi3 65

66 1 saatteki ilk hareket sayısı adet Yukarıdaki tabloda yazılı ilk hareket momenti ve işletme şekline göre A B C D E F ,2 1,09 1,08 1,07 1,07 1,06 1,3 1,18 1,17 1,15 1,12 1,08 1,5 1,37 1,25 1,23 1,18 1,1 1,6 1,46 1,33 1,23 1,18 1,1 2 1,8 1,65 1,55 1,32 1,1 Dişin mukavemet kontrolü: Dişli çarklar belirli bir kavrama açısı dahilinde çalıştıkları için çevresel kuvvetin bir radyal birde normal bileşeni olur. Bunun sonucunda da dişler hem eğilmeye hem de basıya zorlanır. Sonuçta elde edilen iki gerilme tipini süperpozisyon ilkesine göre toplarsak ve formülleri düzenlersek toplam gerilim (σ toplam); Fu = Dişlerin birbirine uyguladığı çevresel kuvvet q = Standart 20 dişliler için diş form kat sayısı (Tablo 1.11 den okunur.) m = Modül e = Özel katsayı (tablo 1.12) b = Diş genişliği olmak üzere; = Fu * q / (b * m * e) olur. = 20 kavrama açılı dişli çarklarda q ''diş form'' katsayısı (tablo 1.11) Dişli cinsi Z1 q Normal alın dişlisi ,2 4,9 4,6 4,35 4,1 3,9 3,75 3,6 3,5 66

67 (Devam) İç dişli Sonsuz Sonsuz ,3 3,2 3,1 3,0 2,9 2,8 2,7 2,6 2,6 2,45 2,45 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 Tablo 1.12 e ''özel'' dişli katsayıları Diş sayısı Karşı dişlinin diş sayısı : 12 1,25 1,25 1,25 1,35 1,45 1, ,30 1,30 1,30 1,45 1,50 1, ,30 1,35 1,35 1,50 1,60 1, ,30 1,35 1,40 1,55 1,65 1,70 Sonsuz 1,30 1,35 1,45 1,60 1,70 1,75 Tablodaki ve küçük ve büyük dişli anlamına gelmez. Dişlilerde yüzey basıncı kontrolü: Sistemde birbirine göre küçük ve büyük diş sayılı çarklar bulunduğu zaman her bir kademedeki dişli çark için (özelliklede küçük dişli çarklarda yüzey basıncı daha fazla olduğundan) ayrı ayrı yüzey basınç hesapları yapılmalıdır. Her kademe için; 1. Dişli çarka gelen yüzey basıncı - : Fu / (b * * ) 2. Dişli çarka gelen yüzey basıncı - : Fu / (b * * ) olur. Birimi ise kg/cm² dir. Buradaki : Yuvarlanma dairesi çapı (her zaman küçük çark için) (cm) 67

68 b: Diş genişliği (cm) Küçük dişlinin diş sayısı Z dişli çark ( ) 2. dişli çark ( ) İ=1 İ=2 İ=5 İ=sonsuz İ=1 İ=2 İ=5 İ=sonsuz - 0,098 0,142 0,150 0,155 0,159 0,160 0,162 0,122 0,146 0,165 0,180 0,189 0,201 0,207 0,213 0,135 0,167 0,190 0,212 0,225 0,246 0,256 0,265 0,148 0,187 0,216 0,243 0,260 0,289 0,304 0,318-0,098 0,142 0,150 0,155 0,159 0,160 0,162 Tablo 1.14 ye1 ve ye2 katsayıları 0,240 0,236 0,233 0,229 0,226 0,221 0,217 0,215 0,311 0,301 0,294 0,287 0,282 0,275 0,272 0,265 0,329 0,327 0,327 0,326 0,325 0,324 0,323 0,322 ve çevrim oranına göre katsayılar olup tablo 1.14 te verilmiştir. ve den büyük olan seçilir ve ke(max) - verilen olmalıdır. Diş ömrü(aşınma) hesabı: Ömür tespiti için tam olarak bir formül olmamakla birlikte dişli çark çalışma durumuna, yağlama durumuna göre diş yüzeylerinde ufak çukurcuklar meydana gelmeyecek şekilde kaldırabilecekleri en yüksek yüzey basınçlarını hesaplayabilmek için şu formül kullanılıyor: verilen = * j' * j'' / Sf = Malzemenin sınır olarak tabloda izin verilen yüzey basınç değeri (tablo1.15) Sf = Diş kenar emniyet katsayısı j' = Malzeme katsayısı (tablo 1.16) j'' = Yağın viskozite katsayısı (tablo 1.16) Ayrı ayrı iki malzemeden yapılmış iki dişli çark karşılıklı çalıştırılırsa g kadar bir değer j' katsayısını etkiler ve j' = (1 + g)² şeklinde yazılır. 68

69 g değerleri de tablo 1.16 dan okunur. Cinsi Malzeme DIN işareti Çeki kopma gerilmesi σb (Kg/mm2) Sürekli eğilme gerilmesi σbw (kg/mm2) Sürekli mukavemette müsaade edilen sınır değerler Diş yüzeyi Diş tab. k(kg/mm2) σb kg/mm2 (Müsaade edilen) Eğilme yüzey Ger. bas. kg/mm2 Dökme Demir Küresel Grafitli Döküm GG20 GG25 GG30 ferritik perlitik , ,14 4,5 0,25 6,0 0,33 7,5 0, , ,5 32 4,8 42 6,0 52 Çelik Döküm GS-45 GS-52 GS , ,25 17, Genel St 42 İmalat St50 Çeliği St60 (Sertleştirilmemiş)St70 ıslah çeliği 4 37MnSi5 42CrMo4 35NiCr18 C22 C45 C60 34Cr Sementasyonla C10 Sertleştirilmiş C15 Çelikler 10MnCr , , , , , , , , , , , , , , , , , ,0 32 9, ,0 47 9, , , , , ,

70 16MnCr5 20MnCr5 15CrNi6 13NiCr Ni6 18CrNi Endüksiyon veya Alevle sertleştirilmiş Çelikler C60 Ck45 37MnSi5 53MnSi4 41Cr , ,9 32 3,4 34 4,0 35 3,7 35 4,0 32 3, , , , , , ,0-22, , , Siyanür banyosunda Sertleştirilmiş 41Cr4 Çelikler 37MnSi5 Fosfor Bronzu (Savurma döküm) (Kum dökümü) Bakalitler-suni reçineler 15 16, , , , ,0 8,0 3,5 70

71 Notlar : 1- Alaşımsız karbon çelikleri ancak önemsiz işler içindir 2- Sementasyon derinliği = m ortalama 1,5 mm Taşlama payı = her diş yüzü için 0,15-0,20 mm 3- Sertleştirme derinliği 0,15-0,25m ortalama 0,25 mm Taşlama payı: Her diş yüzü için 0,05-0,08 mm. Sertleşmeden ötürü çok daha az çekme olur. Sf= Tablo 1.16 dişli ömürlerinde kullanılan katsayılar 1..1,25 sürekli olarak çalışmayan dişli çarklar 1,25..2 sürekli olarak çalışan dişli çarklar (Türbin redüksiyonu için de geçerli.) Viskozite E = 1, , J'' = 0,7 0,9 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,35 J'= Karşı dişli çelik veya eş sertlikte çelik döküm ise = 1 Karşı dişli dökme demir ise = 1,5 %5 Yumuşak çelik (HB yaklaşık=200)/çelik döküm(hb yaklaşık=135) üzerinde %10 Yumuşak çelik(hb yaklaşık=200)/yumuşak çelik(hb yaklaşık=150) üzerinde g= %10 Yumuşak çelik (HB yaklaşık=200)/ Yumuşak çelik (HB yaklaşık=200) üzerinde %15 Yumuşak çelik (HB yaklaşık=200)/ Yumuşak çelik (HB yaklaşık=300) üzerinde %25 Sertleştirilmiş çelik(hb yaklaşık=600)/çelik döküm (HB yaklaşık =135) üzerinde %25 Sertleştirilmiş çelik(hb yaklaşık=600)/yumuşak çelik(hb= ) üzerinde %15 Sertleştirilmiş çelik(hb yaklaşık=600)/dökme demir(hb=180) üzerinde %10 Sertleştirilmiş çelik(hb yaklaşık=600)/bronz(hb=100)üzerinde 71

72 Üç mukavemet kontrolünün ardından en büyük gerilme değerine göre ve emniyet katsayısı göz önüne alınarak, çark malzemelerinin seçimi yapılır DİŞLİ ÇARKLARIN YATAKLANMASI Dişli çarklar için uygun yatak mil uzunluğunun tespiti : (Ampririk deneylere dayanarak.) 1- Yatakların dışına tutturulmuş dişli için minimum yatak aralığı = lmin=2,5*d0 2,5* l1 olur. 2- Eğer dişli yatakların içinde kalıyorsa; =0,25* olur 72

73 Çark yataklandırmasında rulmanlı yataklama tercih edildi. Rulman tipini seçerken kısmen rijit olması fakat eksenel oynamalara kısmen müsaade etmesi kabul edilebilir. Eksenel hassasiyet, sessiz çalışma ve ucuzluk gibi kriterleri göz önünde bulundurursak ''sabit bilyalı rulman'' seçimi bizim işimizi görecektir. Milin bir ucundaki rulmanı sıkı diğerini tatlı geçme olarak yataklayalım. Böylece bir ucu oynar diğeri eksenel yönde oynamaz kabul edilebilir. Ayrıca sabit bilyalı rulmanı seçmekle rulmanlardan birinin eksenel yükü taşıdığını diğerinin radyal yükü ise her ikisinin paylaştığını varsayarak işleme başlayalım. Bu kabullerden sonra redüktör mekanizmasının kabaca resmini çizersek ve her bir mil ve üzerindeki elemanları toplamda üç gruba ayırırsak; 73

74 şeklinde yatakları modelleyelim. Denge şartlarından Σ Fx = 0 Σ Fy = 0 Σ Mx = 0 olmalıdır. Früzgar = Rotor süpürme alanı boyunca etkiyen rüzgar sürükleme kuvveti = (½ * ρ * A * * ) n = Kanat sayısı = Her bir kanadın kütlesi = Flanş - civata bağlantılarının toplam kütlesi 74

75 g = Yerçekimi ivmesi Fn = Dişli çarkların işlemesi sırasında dişlerin birbiri üzerine uyguladığı normal kuvvet) = 1. mildeki dişlinin kütlesi ise; = (n * + ) * g + Fn = *g Denge denklemlerinin çözersek = - = + * a / (b + c) + * c / (b + c) = * b / (b + c) - * a / (b + c) olur. y-x eksenindeki tahmini kuvvet ve moment diyagramlarından; 75

76 y-x düzleminde oluşması muhtemel 2 tane maksimum eğilme momenti vardır. = * a = * (b + c) - * a olur. z-x ekseninde oluşan kuvvet ve momenti incelersek; Denge şartlarından, = 0 = 0 olmalıdır. Ayrıca = / ( / 2) * * tan 20 olmalıdır verir. = * * gibi diğer şartların çarpımı olup toplam işletme (sürşarj) katsayısını =1...3,5 arası değer alır. 76

77 tan20 = Standart alın dişlilerdeki dişlilerin, birbirini kavrama sırasındaki birbirlerine uyguladıkları yüzey normali kuvvetini kavrama açısını, (20 ) tanjantı ile çarparak radyal kuvvete dönüştürür. Buradan; = (c / (b + c)) * = (b / (b + c)) * olur. Kesme kuvvet - moment diyagramı çizilirse Buradan 1. mile etkiyen toplam eğilme momenti; 77

78 1. mile etkiyen toplam moment olur. d e f g' Gdişli2 Gmil2 Gdişli3 Fy3 Fy4 78

79 Bu ifadeleri kesme kuvvet - moment diyagramlarında çizersek; Fy L d d+e d+e+f d+e+f+g' My Memax(x-y) L d d+e d+e+f d+e+f+g' 79

80 Fn2 Fn3 Fz3 Fz4 Denge denklemlerinden; olur. Bu ifadeleri kesme kuvvet - moment diyagramlarında çizersek; d d+e+f d+e+f+g' L Fz d d+e+f d+e+f+g' L Mz 80

81 Bu grafiğe göre 2. milde oluşan x-z eksenindeki maksimum eğilme momenti; 2. milde oluşan toplam eğilme momenti; 2. milde oluşan döndürme momenti ise; 2. milde oluşan toplam moment olur. 3. milin yataklanması ve üzerine gelen kuvvetler; Gdişli4 Gmil3 Md3 Fy5 Fy6 x-y ekseni için denge denklemlerini yazarsak; Σ Fx = 0 Σ Fy = 0 Σ M(x-y) = 0 ise; 81

82 Memax3(x-y) = Fy5 * h + (Fy5 - Gdişli4) * i' x-z ekseni için; Fr4 Fz5 Fz6 82

83 denge denklemlerinden 3. milde oluşan toplam eğilme momenti; 3. milde oluşan toplam moment [11] 83

84 MİLLERDE OLUŞAN TOPLAM SEHİMİN (ÇÖKME) HESAPLANMASI Millerde oluşan sehim hesabında elastik eğri denklemi bize lazım olmadığından (sadece noktasal maksimum sehimler istendiğinden) ve pratik olması açısından moment - alan metodu kullanılabilir. 1. Teoreme göre, moment - alan metodu ile sehim hesabı yaparken, her bir milin moment grafiğinin (Zaten çizilmişti.) altında kalan alan ile bu alanın ağırlık merkezinin orjine olan x uzaklığının çarpımının, eğilme rijitliğine bölümü (EI), bize maksimum sehim miktarını veriyor. 2. Teoreme göre, eğer kiriş (mil) üzerinde fatura, kavşak vb. çapsal değişim varsa (kısaca atalet momenti (I) değişiyorsa) moment alan grafiği çapsal değişimlerin olduğu yerlerde parçalanıp ayrı ayrı toplanır. Örnek grafik için uygulamak istersek; Alan = (Mmax * L / 2) = A A * L / 2 = Alanın ağırlık merkezi ile çarpılması [A * L / 2] / EI = Sonucun eğilme rijitliğine bölünmesi (1.Teorem) 84

85 Σmax sehim = Σ 1 den n ye kadar (An * Ln / EI(n) A1 * L1 / EI +A2 * (L2 / 2EI) (Teorem 2) 1. Mil için (x- y) sehim hesabı Tanıma göre toplam çökme L = Moment alanının orjine olan uzaklık merkezi olmak üzere δ = A * L / EI 1. milin moment grafiği incelenirse; ise 1. milde x-y ekseninde oluşan toplam çökme 85

86 (grafiğin bir kısmı negatif tarafta olduğundan) 1. mil için (x-z) sehim hesabı 1. milin x-z ekseni için moment grafiği incelenirse; ise çökme miktarı ; A * (2(b + c) / 3) / EI olur. 1. mil için toplam sehim = + olur. 1. mil için emniyetli sehim değer i 0,005 * modül (mm) olmalıdır. Aynı hesaplama metodu kullanılarak 2. ve 3. mil için de eğilme ve burulma deformasyonu hesabı yapılmalı ve 0,005 *diş modülü ya da L(mil boyu)/3000, değerlerinden küçük olana göre kontrol yapılmalıdır REDÜKSİYON MİLİNİN BOYUTLANDIRILMASI Boyutlandırma işlemi her nekadar ciddi bir makine elemanları problemi olsa da burada genel hatlarıyla bir mili,özellikle de redüksiyon milini boyutlandırmayı anlatmayı uygun gördük. Boyutlandırma için takip edilmesi gereken yöntemler ise şunlardır; 1- mil malzemesi seçilir.ardından Me(top) = mile gelen toplam eğilme momenti miktarı Dmil=mil çapı I=mil kesidinin atalet momenti ( π* (D^4/64) ) =eğilme direnç momenti [ki I/( /2) şeklinde bulunur] S=emniyet katsayısı olmak üzere(dinamik-dalgalı yüklerde tavsiye edilen S=4-5 civarıdır) 86

87 ( D ) = uygun malzeme dayanım değerleri tablosundan okunan max. dinamik eğilme gerilmesi değeri / = [ ( D )]*S değerine eşitlenir. Bu ifadeden W(e) değeri ve birinci emniyetli çap değeri olan ifadesi tespit edilir. 2-Ardından benzer hesap Burulma momentine göre yapılır. =burulma momenti =burulma direnç momenti( * /16 dır) S=emniyet katsayısı(burulma yükü statik kabul edilse de S=4-5 alındı) *S= / = denklemine eşitlenir. Buradan Wb ifadesi ve buna bağlı olan ikinci çap değeri bulunur. yapılan hesaplarda hangi mil çapı büyük ise o referans alınır ve ardından seçilen çapın emniyetli olup olmadığını kontrol etmek için kontrol hesaplarına geçilir. Kontrol Hesapları 1-Herhangi seçilen bir milde,fatura verilip verilmediğine,kama deliği olup olmadığına yada herhangi bir çentik yada çatlak olup olmadığına bakılır.ve uygun makine elemaları tablolarından çentik etkisine sebebiyet verebilecek çentik yada çatlağın ebatlarına göre çentik katsayısı (Kç) tespit edilir.aynı işlem milin pürüzlülük derecesinin tayini olan pürüzlülük katsayısı (Ky) ve mil çapına bağlı olarak değişen boyut katsayısı ( tablolardan tekrarlanır. ) için de ilgili 87

88 2-milin daha evvelden çizilmiş olan moment alan diyagramındaki moment değerlerinden de faydalanılarak,milde tehlikeli kesidin tayini yapılır. Bu kesit genellikle çentik etkisinin olduğu kama yuvaları ve yataklamanın yapılmış olduğu yerlerdeki faturanın bulunduğu kesitlerde görülür. tam sonuç vermemekle birlikte, yaklaşım olarak, her bir tehlikeli olduğu düşünülen kesidin üzerine gelen boyutsuz gerilme miktarını; Kç=tehlikeli olduğu düşünülen yerin çentik katsayısı =tehlikeli olduğu düşünülen kesidin üzerine gelen eğilme moment miktarı d=tehlikeli olduğu düşünülen kesidin çapı olmak üzere Fd=Kç* / formülü ile de hesaplayabiliriz. Bu yaklaşıma göre aldığımız değişik kesit örneklerinden hangisi A sayısını en büyük veriyorsa o nokta tehlikeli kesit kabul ediliyor. 3-Redüksiyon milinin dinamik etkilere maruz kaldığı varsayılarak yorulma mukavemetinin hesaplanması gereklidir. Bu da; (statik)= statik eşdeğer gerilme (dinamik) = dinamik eşdeğer gerilme Ve = (statik)+ (dinamik) = (statik ) - (dinamik) olmak üzere gerilme genliğinin alt ve üst noktaları ve =( (statik ) + (dinamik))/2 ortalama gerilme değerleri tespit edilir. 88

89 4-)Milin uygun dayanım aralığının tespiti için Sürekli Şekil Mukavemet Diyagramı çizmek gereklidir. Bu diyagram içinse,seçilen milin dinamik olarak dayanabileceği üst ve alt akma gerilmesi ile üst ve alt dinamik eğilme gerilmesi hesaplanmalıdır. (D)= (D)* * / şekil eğilme muakavemet değeri(üst) (Ak) (Ak)* * / şekil akma mukavemet değeri (üst) değerleri tespit edilir. Alt değerler üst değerlerin mutlak değerce eksilisi olarak diyagrama yerleştirilir. Sürekli Şekil Mukavemet Diyagramı çizilirken; * grafiğin(0,0) noktasından itibaren 45 derecelik açıortay doğrusu sonsuza götürülür. *grafik üzerinde (D) ile (Ak) noktaları ordinat üzerinde işaretlenir. * (D) noktasından sonsuza doğru,apsis ile pozitif 40 derecelik açı yapan doğru çizilir.ve bu doğrunun (Ak) doğrusunu kestiği yer işaretlenir ve bir harf verilir(örn:b harfi). (Ak) doğrusu apsis ile sıfır derecelik açı yapan ve sonsuza giden bir doğrudur. İşaretlenen B noktasından aşağı dikme inilir. *sonsuza giden açıortay doğrusu(45 derece) ile işaretlenir ve (örn: A) harfi verilir. (Ak) doğrusunun kesiştiği yerdeki nokta *B noktasından inilen dikme ile açıortay doğrusunun kesiştiği yer işaretlenir ve harf verilir (C noktası). ve oluşan ABC üçgeninde BC arası mesafe ölçülüp,aynı ölçüyü açıortay doğrusunun altına alırız.ve açıortayın altında bulunan bu ölçünün bitimine de bir harf veririz (örn:d noktası).d noktasından A noktasına bir doğru çizeriz. 89

90 *Ardından (D) nin negatif işaretlisini ordinat ekseninin negatif tarafında işaretleriz ve bu işaretlenen noktadan D noktasına bir doğru çizeriz. *son olarak da sigma-üst değerini ortalama gerilmeye böleriz. çıkan sayı X doğrusu adını verdiğimiz açının tanjant değeridir. X doğrusunun sahip olduğu açı değerini bulup,sürekli Şekil Mukavemet Değeri diyagramında doğrunun başlangıç noktasını 0,0 kabul edip sahip olduğu açı değeriyle sonsuza doğru, doğruyu uzatırız. En sonunda X doğrusunun (D) doğrusu ile kesiştiği noktanın gerilim değerini ordinattan okuruz ve bu bizim milimizin müsaade edilen max dinamik yükleme gerilmesi değeridir.( (üst))) Elimizdeki izin verilen dinamik üst gerilim değerini, milimize etkiyen üst gerilme değerine( ) böleriz. Ve emniyet katsayısını tespit ederiz.eğer bu sayı 1 den küçük ise milimizi tekrar boyutlandırma işlemi yaparız. 90

91 REDÜKSİYON MİLİNİN KRİTİK DEVİR SAYISI HESPLANMASI Mil üzerinde bulunan dişli çarkların ağırlığından ve milin kendi ağırlığından kaynaklanan çökme miktarları,mil üzerinde kritik bir frekansın oluşumuna sebebiyet verebilir.bu yüzden bir redüksiyon milinin üzerinde bulunan ağırlıkların etkilemiş olduğu kritik devir sayısı- ''dunkerley metodu'' olarak bilinen bir çözüm yöntemine göre hesaplanır. Örnek Dunkerley Metodunun hesabı ise; Elimizde G1 ağırlığından oluşan bir milve bu mile bağlanmış G2 ve G3 ağırlıklarını içeren dişli çarklar olsun.eğer bu durumu süperpozisyon ilkesine göre bileşenlerine ayırırsak; şekline dönüşür. Ardınan her bir sanal mil sistemi için tek tek oluşan sehim miktarlarını uygun mukavemet yöntemlerini kullanarak tayin ediyoruz(eiy''= -M) Yg(n)= n. parça aracılığıyla oluşan sehim miktarı 91

92 wk=bileşke sistemin kritik açısal hızı(rad/s) olmak üzere g=yerçekimi sabiti (9,81 m/s2) wk= ) şeklinde bulunur. Ayrıca mil sisteminin devir sayısı, milin kritik devir sayısından daha büyük devir aralıklarında dolaşıyrsa,mil sisteminin devir sayısının -kritik devir sayısının üst harmoniklerine isabet etmemesi gerekir. n. kritik devir sayısı -n. harmonik olarak adlandırılır ve nk(n) n. harmoniği temsil ederse nk(1)= rezonans devri(1. harmonik)=n nk(2)=2. harmonik=4*nk(1) nk(3)=3. harmonik=9*nk(1).... nk(n)=n. harmonik = *(nk(1)) olur.[12] REDÜKSİYON ve KAFA(NACELLE) SİSTEMLERİNDE RULMAN TİPİ SEÇİMİ VE BOYUTLANDIRMA HESAPLARI Rulman tipinin boyutlandırması esasında standartlarca belirlenmiş olduğundan, hesaplamalar sırasında ilgili firmaların kataloglarından faydalanılmalıdır. Ancak genel boyutlandırma için bir yol haritası oluşturmaya çalışırsak; 1-Rulmanların statik mi yoksa dinamik mi yüklendiğine karar verilir. Burada statik yüklemeden kasıt, duran(bileziklerin birbirine göre hareketsiz olduğu) yada n<10 d/dak devriyle dönen rulman bilezikleridir.statik halde hareket yollarının ve yuvarlanma elemanlarının bulunduğu bölgede oluşturabileceği deformasyonlar hesaplanır. 92

93 Statik yüklenen rulmanlar için statik eşdeğer yük hesabı (Po) yapılır.po,radyal rulmanlarda radyal yönde,eksenel rulmanlarda eksenel ve merkezi olarak etkiyen bir yük olup hesaplama sonucu bulunur. =radyal yük katsayısı =eksenel yük katsayısı Fr=radyal yük miktarı [kn] Fa=eksenel yük miktarı [kn] olmak üzere = *Fr+ *Fa [kn] olur.( ve değerleri firma kataloglarında belirtilmiştir) ayrıca bu yükün tespitinden sonra rulmanın nasıl bir emniyet ve sessizlik şartlarında çalışmasını istiyorsak ona göre bir statik yüklenme endeksi fs belirlemeliyiz.rulmandan yüksek çalışma kalitesi ve düşük gürültü seviyesi isteniyorsa yüksek bir fs değeri seçilmelidir.genel olarak fs değerleri fs=1,5...2,5 yüksek sessizlik fs=1,0...1,5 normal sessizlik fs=0,7...1,0 düşük sessizlik seviyeleri şeklinde belirtilmiş olup tavsiye edilen değerler yine ilgili firmaların kataloglarından bulunabilir.ardından fs=statik yüklenme endeksi Co=statik yük sayısı Po=statik eşdeğer yük olmak üzere fs=co/po formülünden faydalanılarak uygun Co-statik yük sayısı (kn) tespit edilerek,belirlenen rulman tipi,uygun mil çapı ve yük sayısına göre kataloglardan uygun rulmanın katalog değeri bulunur. Eğer rüzgar türbin kafasının yaptığı yaw hareketini karşılamak ve gelen yükleri yataklamak istiyorsak rulman tipi olarak ''salınımlı rulman'' olarak seçip statik eşdeğer yük modeline göre tasarım yapabiliriz. 93

94 2-Eğer rulmanın işletme şartları bunların dışındaysa(çoğu durum) rulman dinamik kabul edilir.ve dinamik şartlarda ise yuvarlanma elemanlarının ve hareket yollarının yorulma mukavemetleri kontrol edilir. Dinamik yüklenen rulmanlar için öncelikle dinamik eşdeğer yükü(p) ve tasarım sonrası yataklanmış rulmanın ömrünü(devir sayısı yada işletme saati cinsinden) tespit etmeliyiz.öncelikle rulman üzerine etkiyen eşdeğer dinamik yükü bulmak istersek(p); X=radyal yük katsayısı Y=eksenel yük katsayısı Fr=radyal yük [kn] Fa=eksenel yük [kn] olmak üzere P=X*Fr +Y*Fa olur [kn] Ardından rulmanların tipine göre ''ömür üssü'' adı verilen bir p katsayısı seçmeliyiz ki bu üs rulman firmalarınca kataloglarda belirtilmiş olup makaralı rulmanlarda p=10/3 bilyalı rulmanlarda p=3 alınır. Ardından rulmanın ömrünü(lh) işletme saati cinsinden tayin edelim.rulmanların kullanışlı olabilmesi için en az saatlik işletme saatine sahip rulmanlar tercih edilmelidir. Rulmanın daikada yaptığı devri biliyorsak(n) bunu önce saatte yaptığı devre çevirip ardından, bütün işletme saati boyunca kaç milyon devir yapabileceğini veren ömre(l10) çevirmeliyiz =n*60*lh ( devir) olur. en sonuda uygun rulmanı seçebilmek için dinamik yük sayısını(c) yi tespit etmeliyiz ki bunun için P=dinamik eşdeğer yük [kn] C=dinamik yük sayısı [kn] p=ömür üssü olmak üzere 94

95 =( gibi bir formülden yararlanırız. Ve buradan elde ettiğimiz C değeri ile birlikte sahip olduğumuz mil çapı ve rulman tipi verilerinide biraraya getirerek,bu değerlere uygun rulman kodunu ilgili katalogdan bulabiliriz.[9,13] KAYIŞ KASNAK BOYUTLANDIRMASINDA İZLENEBİLECEK YOL (Atilla bozacı mak el.) Elektrik motoru gurubunda yüksek devir, elektrik üretimi olarak geri döner.yüksek devir elde etmek için sisteme kayış- kasnak grubu eklenebilir. Fakat kayış- kasnak gurubunda, tek kademeli sistemlerde elde edilebilecek max hız(çevrim) oranı standart oldugu için kayışkasnak grubunu en az 2 kademeli yapmak yüksek devir elde etmek için daha uygundur. Tek kademeli kayış kasnak grubunu boyutlandırmak için yapılan tasarım aynen tekrarlanırsa iki kademeli sistem elde edilebilir. Dolayısıyla tek kademeli bir sistem için izlenmesi gereken yol, adımlar olarak anlatılırsa; 1-Kasnağın çalışma gücü hesabı, 2-Kasnak çapı kontrolü, 3-Kayışın eğilme frekansı, 4-Kayış genişliği tayini, 5-İletilecek moment ve çevresel kuvvetin hesabı ile kayış kesidi ve genişliği boyutlandırılması, 6- Türbin ve kayış kasnak millerinin boyutlandırılması ve sehim hesabı, 7- Rulman hesabı 3.4-TÜRBİNLERDE UYGUN FREN İLE KAVRAMA TİPLERİ VE SEÇİMİ *Rüzgar türbinlerinde herhangi bir arıza, bakım ya da ani rüzgar şiddetlenmeleri sebebiyle türbinin tamamen durdurulması ya da rotor devrinin belli bir devir sayısı aralığında tutulması istenir ki bu işlemde frenler ve kavramalar aracılığıyla yapılır. *Türbinlerde (100 kw uygulamaya kadar olanlarda) rotor freni kullanılırken, daha büyük uygulamalarda pitch ve yaw frenleme tertibatı da bulunur. 95

96 3.4.1-ROTOR FRENİ Acil durumlar esnasında türbin sistemini durdurmaya yarar. Bu tip frenleri seçerken veya tasarlarken; 1- Frenleme momenti, türbinin bulunduğu mahaldeki, hali hazırdaki işletme şartlarına (Normal şartlarda) göre kanatların döndürme etkisinin neden olduğu moment değerine göre hesaplanır. Fakat büyük ölçekli türbinlerde ise frenleme momenti genellikle izin verilen maksimum diş yüküne göre hesaplanır. 2- Fren ebatları, türbin kafası (nacelle) alanı sabit olduğundan, belirli bir büyüklük ve hacimde olmalıdır. 3- Ayrıca frende oluşan ısının, türbinden dışarıya tahliye edilmesine izin verilecek kadar yüzey boşlukları bulundurmalıdır YAW VE PİTCH FRENLERİ Yaw, türbin kafasının sağa - sola yapmış olduğu hareket, Pitch ise kafanın yukarı ve aşağı doğrultuda yapmış olduğu harekettir. Yaw freni aslında tam olarak harici bir fren mekanizması barındırmamakla birlikte, kanatların rüzgara göre göreli açısını değiştirip rüzgarın sürükleme kuvvetine bağlı olarak bir rüzgar direnç kuvveti oluşmasıyla meydana gelen hız kesme mekanizmasının adıdır. Ani çıkan şiddetli rüzgarlarda motor çıkış akımının artmasıyla motora entegre olan sensör, kafaya bağlı olan motora sinyal gönderir. Kafa ise bu sinyali aldıktan sonra bağlı bulunduğu anemometreden, değişmiş olan rüzgar hız ve yönüne göre kafayı çevirir. Kafanın sağa ya da sola yapmış olduğu göreceli hız rüzgarın değişim hız ve yönüne eşitlendiğinde türbin eski devrine dönmüş olur. 96

97 RÜZGAR TÜRBİNLERİNDE KULLANILAN FREN VE KAVRAMA TİPLERİ Rüzgar türbinlerinde genellikle mekanik tip frenler veya sürtünmeli kavramalar kullanılır. Kullanılan tipler ise; 1-Disk frenler: Bu fren tipini hidrolik tahrikli disk frenler ve yay tahrikli disk frenler olarak iki alt grupta toplamak mümkündür. 2-Pnömatik tahrikli sürtünmeli kavramalar: En çok bilinen ve kullanılanı ''Airflex'' isimli kavramadır. 3-Elektromanyetik tahrikli sürtünmeli kavrama ve frenler olarak sınıflandırabiliriz. Mekanik tip frenlere alternatif olarak elektromanyetik frenler ve hidrodinamik kavrama tipleri (Verim düşüklüğünden ötürü pek kullanılmasa da) de türbin sistemleri için üretilmeye başlanmıştır.[15-25] FREN VEYA KAVRAMA SEÇİMİ İÇİN GEREKLİ HESAPLAMALAR A-Fren (Disk) için: Ms = Sürtünme veya frenleme momenti μ = Baskı balataları ve disk arasındaki sürtünme katsayısı p = Balatanın diske uyguladığı ortalama basınç Ab = Balata (Frenleme esnasında) oturma alanı Rs = Disk sürtünme yarıçapı olmak üzere Ms = 2 * μ * p * Ab * Rs olur. 97

98 B-Sürtünmeli kavramalar için; Kavrama (Sürtünme) esnasında ''Değme yüzeyi boyunca aşınma düzgün olmaktadır.'' varsayımını kullanarak ; Mk = Kavrama momenti μ = Sürtünme katsayısı Fb = Baskı kuvveti Rm = Ortalama sürtünme yarıçapı (Kayma noktasının disk merkezine olan ortalama uzaklığı) şeklinde tanımlarsak; Düz yüzeylerde Ms = μ * Fb * (Ra + Ri) / 2 = μ * Fb * Rm olur. Konik yüzeylerde Ms = μ * Fb * Rm / sin( ) α arası alınır. Çok lamelli kavramalarda i = Sürtünen lamel yüzey sayısıdır. (Ara lamellerin iki yüzünün sürtündüğü dikkate alınmalıdır.) Fo = (0,6-0,7) * Fb = Ortalama baskı kuvveti Mk = i * μ * Fo * Rm olur. 98

99 Kavramanın yük altında yada yüksüz devreye girmesi Kavrama yüksüz olarak devreye girecekse; Devreye girme süresi = * / = Transmisyon mili üzerindeki kütlelerin atalet momenti = İş milinnin açısal hızı = Kavrama momenti = S * olur. S = İşletme tipine (iş ve kuvvet makinelerinin cinsine) bağlı olan emniyet katsayısı Yük altında devreye girecekse δ (ω) * * / ( * ( + ) - ( * + * )) olur. Frenleme esnasındaki kayıp enerji (Isı miktarı) Ws = Sürtünme işi ise; Ws = * ( ²) / 2 Kayıp enerjinin ısı karşılığı = / 427 (kcal) ve bir saatte N defa devreye girmişse = N * (kcal / saat) olur.[9] 99

100 3.5-TÜRBİN SİSTEMİ TİTREŞİM HESAPLARI KULE TİTREŞİMİ A) Türbinin Sönümsüz Titreşim Modeli 1) Direğin kütlesi ve ankastre direğin yay sabiti ihmal edilirse; (kablo için) ve ise katsayısı sistemin hal kararlılık sayısıdır. Buna göre; 1) için (Sistemin kararlı olduğu hal) 100

101 (hareket denklemi) 2) için olur. Buradan iki defa integral alınırsa, hareket denklemimiz; Başlangıç şartları (t=0) diyoruz. diyoruz. Yerine koyarsak; + Hareket denklemi bu hale gelir. Yani sistem statik denge halindedir. İvme Çünkü başlangıçta kabulü yaptık. Olması durumunda; Sistem için (-) olursa. olur. Buradan sistemin hareket denklemi; olur. Başlangıç şartları; t=0 hareket denklemimiz. 101

102 Sistemin Fiziksel Açıklaması: Sistem kararsız; Çünkü yayların geri çağırma momenti ağırlık vesilesiyle oluşan momentten küçüktür, yani sistem devrilirse geri gelmiyor. B) Türbin kafası küresel kabul edildi (atalet momentinde) Türbin direği ihmal değil ağırlığı ihmal değil n tane halat (n tane yaya göre) Sistemin ağırlık merkezi (G) Sistemin toplam atalet momenti Sistemin toplam ağırlık merkezine göre atalet momenti Sistemin mafsallandığı noktaya göre atalet momenti 102

103 için 103

104 3 şekilde incelememiz gerekiyor. (örneğin A daki gibi) fakat biz (stabil hal) için inceliyoruz. Buradan hareket denklemi;, başlangıç koşullarına göre belirleniyor. C) Türbin direğinin yay katsayısı dahil edilirse ( Halat yay katsayısı ( Kabul edilirse. ankastre mafsal kabul edilirse; Ve rüzgarın yayılı yük geldiği varsayılarak oluşabilecek max çökme ise Son formül; 104

105 Hareket denklemi D Toprağın yay ve sönüm elemanları baz alındığında ve dirseğe bağlı n adet halat toprağa paralel yay kabul edildi. Sönümlü zorlanmış titreşim modeline göre; (homojen çözüm) (özel çözüm) Toplam cevap; 105

106 Ve; W; rüzgar kuvvetinin açısal frekansı RÜZGAR AKIMININ KANAT ÜZERİNDE OLUŞTURABİLECEĞİ TİTREŞİM Kanat civatalar üzerinden ankastre mafsallanmış kabul edilirse; (Sönümsüz zorlanmış titreşim) Titreşim sönümsüz kabul edilirse (rüzgar hızı) 106

107 Hareket denklemi için; Özel çözüm; Buradan denkleminde yerine yazarsak. Buradan; Genel çözüm (homojen) 107

108 Buradan hareket denklemimiz olursa (rezonans) olur. Biz 0 1 ya da olsun istiyoruz KANATLARIN MERKEZKAÇ KUVVETİYLE ZEMİNE KUVVET İLETİMİNİN OLDUĞU MODEL (Beton blok kütle olarak hesaplara dahil edilmemişken) Türbin titreşim modelinin zorlanmış sönümsüz titreşim modeli olduğu varsayılırsa 108

109 n: kanat sayısı Hareket vektörü Başlangıç şartları ise buradan yeni hareket denklemi (Xyeni(t)) = 109

110 Eğer sisteme beton eklenirse; olur KAFA İÇİNDEKİ ROTOR MİLİNİN EĞİLME TİTREŞİMİ 110

111 Milin ağırlığı vesilesiyle milde δ kadar sehim. Serbest sönümsüz titreşim modeli kabul edilirse. Buradan DIN standartlarınca belirli bir (mm cinsinden) değerdedir. [26] 3.6-TÜRBİN DİREĞİNE GELEN KUVVET VE MOMENT TESPİTİ VE TÜRBİN TEMELİ BOYUTLANDIRMA HESAPLARI 111

112 3.6.1-TÜRBİN DİREĞİNİN SEÇİMİ Kule, rüzgar türbinlerinde jeneratör ve rotoru taşır. Kuleler genellikle tüp şeklinde çelik, kafes yapılı veya betonarme olarak inşa edilir. Halat destekli direk tipi kuleler genellikle küçük türbin uygulamalarında kullanılır. Tüp şeklindeki kule en çok tercih edilen kule şeklidir. Genellikle m yükseklikte olurlar. Kafes yapılı kuleler çelik profillerin kaynaklanarak birleştirilmesiyle oluşturulur. En temel avantajları maliyetlerinin düşük olmasıdır. Benzer boyutlarda bir tüp kulenin hemen hemen yarısı kadar malzeme ve yapım maliyeti vardır. Birçok küçük türbin halat destekli direk tipi kule kullanılarak inşa edilir. En büyük avantajı ağırlığının çok az ve maliyetlerinin çok düşük olmasıdır. Dezavantajları ise araziye kurulum zorluğu ve tarım alanlarının kullanımını engellemesidir.[5] Kafes sistemi Boru sistemi 112

113 Resim 33- Boru Şekilli Rüzgar Türbin Direği 113

114 3.6.2-TÜRBİNE ETKİYEN RÜZGAR HIZININ MODELLENMESİ VE MUKAVEMET HESAPLARI = Türbin kulesinin ucuna etkiyen (maksimum) kuvvet (N) p = Hava yoğunluğu (kg/m³) ve ve ρ =1.23 kg/m3 ise A = Rotor süpürme alanı (m²) olur. H yüksekliğine kadar olan yükü lineer yayılı yük olarak ( q(x) ) modellersek ; ß = Fmax/h olmak üzere ; q(x)=(fmax/h)*x olur. Türbin direği yere ya da çatıya, kafes yada boru gövde ayırtetmeksizin biz bu yapıyı ankastrelenmiş mesnet olarak ifade edebiliriz. 114

115 Ftop=(Fmax*h)/2 olmak üzere, bu verileri kesme kuvveti moment diyagramında ifade edip türbinde oluşabilecek max. sehimi hesaplayalım; =( *h)/2 bağıntısını doğrulamak, maksimum momenti bulmak ve x parametresini başlangıçtan itibaren seçtiğimiz herhangi bir yükseklik kodu kabul etmek üzere, bu verileri kesme kuvveti moment diyagramında ifade edip türbinde oluşabilecek max. sehimi hesaplayalım; q(x)= *x/h idi F(x) = q(x) dx F(x)= * x²/2h = F(h)- F(0) = *h/2 M(x) = F(x) dx M(x) = *x³/6h M(top) = M(h) - M(0) = *h²/6 115

116 Sehim denklemlerinde EIy''= -M(x) idi.bu ifadenin 2 defa integralini alırsak; (Yani sehimin 2. türevi moment ifadesini veriyordu.) EIy' = * /24*h + (1) EIy = * /120h+ *x + (2) bulunur. ankastrelenmiş mesnetler için; 1)x=0 2) x=0 y'=0 y=0 Buradan 1 ve 2 şartlarını denklemlerde yerine koyarsak =0 ve =0 olur. Sonuçta oluşan sehim denklemimiz; EIy= * /120h olur. x=h yüksekliğinde oluşan sehim miktarı yani azami sehim miktarı ise; y=( *h^4/120)/ei olur.[ 8, 27 ] 116

117 3.6.3-TÜRBİN BURKULMA HESABI Türbin direğinin karşılayabileceği emniyetli burkulma yükünün tespiti(türbin direğinin, türbin kafasına göre olan izafi ağırlığı, türbinin direğinin konumlandırılması gibi) farklı parametreler göz önünde bulundurularak 3 farklı yaklaşım ve 1 tam çözüm yöntemi ile yapılmıştır. 1.DURUM- G1 (kafa ağırlığı),türbin direği ekseni ile neredeyse eş merkezli seçilir.(eksantriklik ihmal edilir)burkulma ''euler şartlarına'' göre incelenirse ; G2 ağırlığı ihmal,türbin direk kesidi değişmiyor ve türbin direğini bir ucu ankastre bir ucu boşta çubuk olarak kabul etmemiz hali çin; E= Direk malzemesinin elastiklik modülü(n/mm²) I = Direk kesidi atalet momenti(mm4) L= direk boyu(m) = direğin taşıyabileceği kritik yük(n) olmak üzere. =п²*e*i/(4l²) olur. 117

118 Bu durum ev veya binaların tepesine dikilebilecek yada alçak irtifada yüksek esen rüzgarları toplamak için(direğin en fazla 1-3 arası olduğu durumlarda) fakat türbin direk ağırlığının türbin kafası ağırlığına göre çok çok küçük olduğu durmlarda göz önünde bulundurulması durumuna örnektir. 2.DURUM- G1 türbin direği ile eş eksenli,g2 ihmal değil,tekil yük ve türbin direk kesidi değişmiyor kabulü yapılırsa; Eksantrik G1 yükünü direk eksenine taşınıp burkulmada ''indirgeme metodunu'' kullanılırsa; H a Gerçek hal Yaptığımız kabul *(a/h) ² + = п* EI/4H² a=h/2 (direğin ağırlık merkezinin yüksekliği ise) + ( /4) п *EI/4H² olur. Bu durum ise türbin direğinin ağırlığının ve yüksekliğinin ihmal edilmediği,fakat türbin direğine küçük ölçekli bir türbin kafası yerleştirildiği ve kafanın ağırlık merkezinin,direk ağırlık merkezi ekseniyle arasında bulunan ''e'' eksantrikliğinin türbin direk ebatlarına göre ihmal edildiği(e<<h), çiftlik tipi uygulamalar için örnek teşkil eder. 118

119 3.DURUM- G1 (kafa) ağırlığını türbin direk ağırlığına göre çok küçük olduğunu düşünerek ihmal edilip,türbin direği sadece kendi ağırlığına maruz kaldığı varsayılırsa * (x/l) = Q(x), türbin direği üzerinde herhangi bir x yüksekliğinde direğe etkiyen toplam yük miktarı olur ve kritik yük; =7,850 *E*I/H² şeklinde kabul edilir. **(problemin tam çözümü için kaynakça mehmet bakioğlu cisimlerin mukavemeti cilt 2 ye bakınız) 119

120 4.DURUM- ve kuvvetlerinin bileşkesi R, kuvvetinin türbin direk ekseninden eksantrikliği e ve x bileşke R kuvvetinin kuvvet merkezi olmak üzere; bileşke kuvvetin direk ekseninden olan eksantrikliği ise / *(e-x) = *x x = *e/( + ) olur. Bu sistem için ''Dış merkezli Normal kuvvet altında kalan kolon hesabı ''yapılırsa; = (P/F)*[1 + e*(h/i) *sec( (L/2i) * (Pf / (E*F))½)] olmak üzere SEKANT FORMÜLÜ olarak bilinir ve; σ f = çubuğun akma gerilmesi(n/mm²) P = çubuğa gelen net yük (G1+G2) (N) e = P nin G2 ekseninden olan eksantrikliği = x (mm) 120

121 h = I/W = kesit atalet momenti/kesit mukavemet momenti F =direk kesit alanı(mm²) i = atalet yarıçapı = (I/F) ½ L = direk boyu(mm) olmak üzere, Pf yani çubuğun taşıyabileceği kritik yük(n) tespit edilir.bu durum bütün hesaplamaların dahil edildiği durumdur.bundan önce anlatılan durumlara örnek teşkil edebileceği gibi sistemin esas çözümlemesi bu denklem aracılığı ile çıkarılabilir.[8] 121

122 3.6.4-RÜZGAR TÜRBİNİ TEMELLERİ VE HESAP YAKLAŞIMI Resim 34 - Betonarme temele civata bağlantısıyla tutturulmuş RES.(Manisa/Akhisar) Kabuller: SÖMEL (TEKİL TEMEL) HESAPLARINA İLİŞKİN TEMEL BİLGİLER Gevşek yerleşmiş bağlantısız zeminde kalınlığı h 25 olan donatısız sömeller rijit sömel kaya üzerine oturmuş ince betonarmeli sömeller ise bükülebilir sömel olarak bakılır. Uygulamada tekil kolon sömellerinde rijitlik oranı ne olursa olsun, hesaplar doğrusal düzgün yayılı taban basıncı hesabı ile yapılıyor. Sömel tasarımına etki eden eksantrik V yükü, tabanın her yerinde basınç gerilmesi oluşturacak şekilde bulunursa (V yükü çekirdek içinde kalırsa), gelişigüzel düzenlenen herhangi bir formdaki taban yüzeyinin, G ağırlık merkezinden geçen x,y eksen takımına göre herhangi bir (x,y) noktasındaki taban basıncı; 122

123 A = Sömel alanı = Taban yüzeyi çarpım atalet momenti V = Sömele etki eden toplam yükün düşey bileşeni ise; =V/A + şeklinde hesaplanır. Taban yüzeyinin ağırlık merkezinden geçen x,y eksenleri taban yüzeyinin ana eksenleri ile çakışıyorsa formül; =V/A + V*( / )*x +V*( / )*y olur. *Bileşke yükün önemli derecede eksantrik olması durumunda taban basıncının en büyük değeri o derece büyük olur. Bunun sonucu olarak yapının stabilite güvenliği eğikliğin büyük olması ya da zeminin kırılma değerine ulaşması nedeniyle tehlikeye girer. Dolayısıyla DIN 1054 gibi standartlar güvenlik için toplam yük durumunda, aralıklı derzin (Yük iletimi olmayan bölge) en fazla taban yüzeyinin ağırlık merkezine kadar genişlemesine izin verilmelidir. Sabit yüklerden oluşan bileşkenin daima çekirdek içinde kalması istenir SÖMEL BOYUTLANDIRMASINDA ÇÖZÜM İÇİN KULLANILMASI PLANLANAN HESAP TEKNİĞİ ANA DOĞRULTUDA EKSANTRİK YÜKLÜ DİKDÖRTGEN SÖMELLER Üst yapı sistemi kendi deformasyonlarına oranla oldukça küçük dönmelere sahip sömellere oturduğunda, sömel N kolon (Direk + türbin) yükü ile birlikte önemli büyüklükte M kolon momentine (Rüzgâr momentine) ve H itkisine (Kolon kesme kuvvetine) etkisinde bulunur. Bu kuvvetlerin etki noktası, genellikle kolonun sömele bağlandığı kesit olarak alınır. Taban basıncı hesaplarında sömel tabanındaki normal kuvvet ve moment esas alındığı için N, M, H kolon etkilerinin sömel tabanının ağırlık merkezine indirgenmesi gerekir. Sömel tabanının ağırlık merkezine indirgenmiş kuvvetler 123

124 Toplam düşey yük = V = N + G = Türbin ve direk ağırlığı + toprak yükü (Toprağın yoğunluğu) γ = 2,2 ton/m³ Toprak yükü = γ *Sömel kesit alanı Toplam moment = = M + h * H - e' * N Toplam yükün eksantrikliği e = / V = (M + h * H - e' * N) / (N + G) Toplam yük eksantrikliğin sömel tabanın eğilme yönündeki aşağıdaki durumlar ayırt edilir. genişliğine bağlı olarak 1-) e /6 ise; Bu durumda V yükü çekirdek içinde bulunur. Taban yüzeyinin tümünde basınç gerilmesi oluşur. Buna göre; navier lineer kuralından yararlanarak; 124

125 = V / A + / W = (V / ( * ) * (1 ± 6e / ) V = Sömelin toplam yükü A = * sömel taban alanı = V * e sömel tabanındaki toplam moment W = ( * ) / 6 sömel tabanının mukavemet momentini temsil eder. 2-) e bx / 6 ise Bu durumda V toplam yükü çekirdek dışında bulunur ve taban yüzeyinin minimum gerilme tarafında denge denklemi sonucunda gerilmesiz bölge oluşur. ''Aralıklı derz'' olarak adlandırılan bu bölgenin uzunluğu e eksantrikliğine bağlı olarak artar. Denge denklemlerinden basınç bölgesinin uzunluğu, V bileşke yükünün en büyük basınç kenarına uzaklığının 3 katı olacağı açıktır. (Basınç üçgeninin ağırlık merkezi yüksekliğin 1/3 ünde bulunur.) Basınç bölgesi uzunluğu ' = 3 * ( / 2 - e) En büyük basınç gerilmesi denge denklemlerinin sonucunda; = 2 * V / ( * ) = (4 / 3) * V / ( * ( 2 * e)) DIN 1054 e göre V toplam yükünün basınç kenarlarından en az ilkesine dayanarak e / 3 koşulu verilmiştir. / 6 uzaklığında olması 125

126 DAİRESEL SÖMELLERDE TABAN BASINCI HESABI 1-EKSANTRİK YÜKLEME ETKİSİNDEKİ DAİRESEL SÖMELLER Sömel tabanına indirgenmiş moment ve bileşke yük V = N + G ise; Yük eksantrikliği e = / V dir. 1a-)Dolu daire sömellerde taban basıncı hesabı : 126

127 Dolu daire tabanı yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi üç bölgeye ayrılır. V bileşkesinin bu bölgelerden her birinden etkimesi durumunda taban basıncı biçimi ve en büyük taban basıncı aşağıdaki gibi hesaplanır. 127

128 1-) e = 0.25 * r durumunda; En büyük taban basıncı; V / (π * r²) * (1 + (4 * e / r)) 2-) < e = ve yaklaşık 0,59 * r ise π * r²) * 8 * (e / r) * (1-0,7 * (4 * (e / r) - 1) * (1-1,7 * e)) 3-) e > = 0,59r ise; yönetmeliklerde bu duruma izin verilmez dolayısıyla = 0,59 r olmalıdır. 2-DAİRE HALKASI SÖMELLERDE TABAN BASINCI = İç halka yarıçapı = Dış halka yarıçapı = Halka et kalınlığını tanımlar ise; Birinci çekirdek genişliği (ρ = / ) = 0,25 * (1 + ρ²) * İkinci çekirdek genişliği 128

129 Re2 = (3π / 16 ) * ((1 ρ^4) / (1 ρ ³)) *Rdış delta çok küçük olması halinde = 0,25 * π * Taban alanı yükün çekirdeklere göre etkime durumu irdelenirse; 1-) e < 2-) < e < interpolasyon denkleminden çıkarılır. 3-) e > ise Yönetmelikler bu duruma müsaade etmediğinden emax Re2 olmalıdır.[28,29] 129

130 4- RÜZGAR TÜRBİNİ ELEKTRİK SİSTEMİ Resim 35 - RES yanına yerleştirilmiş örnek elektrik tesisatı (Manisa/Akhisar) 4.1-BİLİNMESİ GEREKEN ÖNEMLİ TERİMLER KORUYUCU YALITIM:Normalde herhangi bir gerilim altında bulunmayan, ancak herhangi bir şekilde elektrik işleri ile uğraşılırken iletken özellik gösterebilecek alet ve edevatların (karga burun, pense,tornavida,yağdanlık,süpürge ve fırçaların ) üzerlerine yapılan yalıtım işlemleridir. ÜZERİNDE DURULAN YERİN YALITILMASI: Yerleri değiştirilmeyen elektrik makineleri,cihazlar ve elektrik panolarının altına tahta ızgara,lastik paspas gibi yalıtkan eşyaların konularak yalıtımın sağlanmasıdır.bu korunma yöntemiyle,herhangi bir elektrik kaçağında bu yalıtım insaını toprağa karşı yalıttığı için çarpılma gerçekleşmiyor. KÜÇÜK GERİLİM KULLANMA:Bir yalıtım hatasında elektrik çarpılmasının etkin olmaması için 42 Volt luk gerilimle çalıştırılmasıdır.kazan içinde veya buna benzer dar keside sahip olabilecek yerlerle,ıslak yerlerde bulunan lamba gibi elektriksel cihazlar da küçük gerilimle çalıştırılmalıdır.bu devredeki fişler aynı yerlerde bulunabilecek daha yüksek gerilimde çalışan fişlere uymayacak türden seçilmelidir. 130

131 TOPRAKLAMA:Elektrik enerjisiyle çalışan cihazların akım taşıyabilecek madeni kısımlarının toprağa bir hat ile olan bağlantısına denir.elektrik akımı,en düşük dirençle karşılaşabileceği yolu izler,elektriksel cihazlarda kullanılan madeni aparatların direnci insan vucuduna oranlara epey fazla olduğundan,topraklama bağlantısı olmayan elektrik cihazlarına korunmadan temas etmeniz sonucunda elektrik akımı sizin üzerinizden toprağa geçmek isteyecektir.kısacası elektrik akımına kapılıp çarpılırsınız. Eğer evinizdeki toprak bağlantısı tam ise,cihazlar bir sigortaya bağlıdır.ve herhangi bir elektrik kaçağı halinde akım sigorta yolunu izler ve sigorta kutusundaki şalterler atar. SIFIRLAMA:Toprak bağlantısının yapılmadığı durumlarda,elektrik kaynağının/cihazın gövdesinin(şasinin) nötr hattına bağlanmasıdır.nötr hattına doğrudan yapılması istenen bağlantılar en az 10 mm2 lik keside sahip bakır kablo ile bağlanmasıdır. KAÇAK AKIM RÖLESİ:Elektrik akımı çeken cihazın,kendisine gelen ve giden akımların eşit olmaması halinde elektrik akımını kesen emniyet tertibatıdır. Elektrik işlerine başlamadan evvel dikkat edilmesi gereken hususlar şunlardır: 1-Islak yada nemli elle hiçbir elektrik işine kalkışmayın.elinize yalıtkan materyal olarak eldiven,ayağınıza da kalın lastik tabanlı bot giymeniz elektrik akımına kapılmamanız açısından sizin lehinizedir. Eğer nemli veya ıslak bir zeminde çalışma zorunluluğu doğarsa giydiğiniz ayakkabının yalıtkan olduğundan emin olun veya kuru tahtalar ya da bir paspas üzerinde çalışın 2-Sigortaları kapatmadan hiçbir işe başlamayın,eskimiş sigortaları tel sararak yenilemeyin,yenisini temin etmeye bakın 3-Çalışmaya başlamadan evvel,uğraşacağınız elektrik malzemelerine gelen güç kaynaklarının kapalı veya bağlantısız olmasına dikkat edin. 4-Herhangi bir yangın çıkması halinde, yangını su ile değil, yangın söndürücü yada halı gibi materyaller ile müdahale etmelisiniz. 131

132 5-Herhangi bir fiş yada priz bağlantısı olan elektrik cihazlarının topraklamasının tam olduğuna emin olun. 6-Elektrik ile uğraşırken saat,kolye,künye,küpe gibi metal olan eşyaları üzerinizde bulunurmamaya özen gösterin.elektrik metale atlayıp ölümcül olabilir. 7- Elektrik devresi çalışırken duman, yanık kokusu gibi anormal bir değişiklik hissederseniz derhal enerjiyi kesiniz. 8- Büyük değerli kondansatörler uzun süre yük tutabilirler cihaza besleme gerilimi uygulanmış değilken bile bu tür kondansatörlerin üzerindeki gerilim tehlike oluşturabilir. ( Motor sürücüleri, doğrultucular, kesintisiz güç kaynakları ) 9-Elektrik ile uğraşırken kesnilikle acele etmeyin,aşırı derecede yorgun yada halsiz iseniz uğraşmayı bırakın.dikkatsizlik anında yapabileceğiniz hata hastanelik olmanıza/ölümünüze kadar sonuçlanabilir.bu yüzden bırakın bu iş bir kaç gün daha beklesin. 10-Hangi işle uğraşırsanız uğraşın çalışma ortamınızın düzgün ve kullanıdğınız aletlerin çabuk ulaşılabilir olmasına dikkat edin.bu sizi gereksiz yere birşeyler aramanıza ve vakit kaybetmenize engel olur. İş Güvenliği Yönetmeliği Madde 7'ye göre gerilim altındaki bir hatta yanaşılabilecek limit uzaklıkları (Akımın atlama mesafesi) ise aşağıdaki şekilde kabul edilmiştir: Gerilim Aralığı Ve Azami Yaklaşma Mesafesi V 30 cm V 60 cm V 90 cm V 1,5 m 132

133 V 3 m V 4,5m Akım Şiddeti Fizyolojik belirtileri 0,01 ma Akımın hissedilme sınırı, elde gıdıklanma olur ma Elde uyuşma hissi, elin ve kolun hareketi zorlaşır ma Tutulan cisim kendiliğinden bırakılabilir, elde ve kolda kramp başlar, tansiyon yükselir ma Tutulan cismin kendiliğinden bırakılması mümkün değildir, kalbin çalışması etkilenmez ma Tahammül edilebilen akım şiddeti. Tansiyon yükselir, kalp düzensiz çalışmaya başlar, nefes alıp verme zorlaşır, şok baş gösterir, genel olarak şuur yerindedir, bazı kimselerde 50 ma' den sonra bayılma meydana gelir ma Akım tesir süresine bağlı olarak kalpte spazm baş gösterir, şuur kaybolur. 3-8 A'den büyük Tansiyon yükselir, kalp durur, akciğer şişer, şuur kaybolur. **ELEKTRİK TERTİBATI İLE UĞRAŞIRKEN CİHAZIN BÜYÜK YADA KÜÇÜK OLMASI ÖNEMLİ DEĞİLDİR.ŞUNU UNUTMAYIN Kİ BİR İNSANI ÖLDÜREBİLECEK TEHLİKELİ AKIM DEĞERİ KÜÇÜK BİR MASA LAMBASININ SAHİP OLDUĞU AKIM DEĞERİ KADARDIR[1] 133

134 ELEKTRİK KAZALARINDA İLKYARDIM 1- Elektrik kazalarında ilk iş olarak enerji kesilmelidir. Çünkü bu aynı zamanda kurtarıcının güvenliği için şarttır. Daha sonra ilk yardıma geçilmelidir. Bir elektrik çarpması durumunda aşağıdaki ilk yardım tedbirleri vakit kaybetmeden uygulanmalıdır. 2-Kazazedenin elektrik çarpmasına maruz kaldığı hatalı akım devresi derhal kesilir; bunun için duruma göre fiş prizden çekilir, anahtar açılır veya sigorta çıkarılır. 3- Eğer akımın derhal kesilmesi mümkün olmazsa, kuru bir tahta parçası, bir baston veya benzeri, kolayca tedarik edilebilecek yalıtkan bir cismin aracılığı ile kazazedenin elektrikle ilişkisi kesilir. Elbisenin kuru olan kısımlarından çekerek veya kazazedeyi kuru bir bez veya elbise parçası ile tutmakta mümkündür Bu esnada yardım eden kimselerin de aynı zamanda elektrik çarpmasına maruz kalmamaları için, kazazedenin el, kol, ayak veya bacak gibi çıplak vücut kısımlarından tutarken aynı zamanda topraklanmış madeni kısımlara temas etmemeye ve iletken zemine basmamaya dikkat etmeleri gerekir. 5- Eğer kazazede komaya girmiş ise, elbiselerini çıkartmak için zaman kaybetmeyip, derhal suni teneffüs uygulanır ve olumlu sonuç alınıncaya kadar uzun zaman bu işe devam edilir. Kazazedenin öldüğüne kesin olarak kanaat getirilmeden, mesela ölüm morluğu baş göstermeden veya ışık tutulduğunda göz bebeklerinde daralma olduğu sürece suni teneffüse son verilmemelidir. 6- Bir taraftan suni teneffüs yaptırılırken diğer taraftan da hastaneye veya en yakın ilk yardım merkezine telefon ederek sıhhi yardım istenmeli ve ambulans çağrılmalıdır. Yanık yaraları sadece mikropsuz ve temiz örtülerle örtülür ve mütehassıs hekimlere tedavi için götürülür.[1] 134

135 4.2-BAĞLANTI ŞEMASINA İLİŞKİN ÖN BİLGİLER Türbin elektrik sistemi kullanım amacına göre farklılık gösterir ; 1-Eğer sistem şehir elektrik şebekesine bağlıysa (On grid) a- Sistem sırasıyla ; türbin-elektrik motoru (d.c), akü grubu, sigorta, inverter, çift yönlü sayaç şeklinde ya da b- Türbin, elektrik motoru (a.c), konrol sistemi, sigorta, çift yönlü sayaç şeklinde olabilir. 2- Sistem şebekeden bağımsız ise (Off grid) a- Sistem sırasıyla ; türbin, elektrik motoru (d.c), akü grubu, sigorta, off grid inverter şeklinde ya da b- Türbin, mekanik yük(su pompalama ya da dizel motor çalıştırma gibi farklı yükler altında çalıştırılabilir.) şeklinde olabilir. 4.3-ELEKTRİK SİSTEMİ CİHAZLARININ TANITIM VE HESAPLARI ELEKTRİK MOTORLARI (GENERATÖRLER) Elektrik enerjisini harekete çeviren makinelere elektrik motoru, aldığı hareketi ise elektrik enerjisine çeviren makinelere ise generatör denir. Motor ve generatörler çift yönlü çalışabildikleri için elektrik motorunun tersten çalıştırılmasıyla bir generatör elde edilebilir. Terside geçerlidir. Genel olarak generatörler iki grupta incelenir: 1-D.C Generatörler/Motorlar (Dinamolar) Aldığı hareket enerjisini (Belirli devir sayısında) belirli bir voltaj ve amper cinsinden elektrik enerjisi ve doğru akım olarak veren makinelerdir. Bu makineler, bizim uygulamalarımızda uygulamanın gücü ve büyüklüğüne bağlı olarak; 135

136 1-Şönt gneratörler, 2-Seri generatörler, 3-Kompund generatörler, 4-DC servo motorlar, 5-Fırçalı ya da fırçasız DC motorlar, 6-Redüktörlü DC motorlar olarak kullanılabilir. 2-A.C Generatörler (Alternatörler) Aldığı hareket enerjisini üç fazlı standart şehir şebeke elektriğine (Türkiye ve Avrupa için 220 volt-50 Hz) çeviren makinelerdir. Üretilen akım, alternatif akım olarak üretildiğinden bu akım depolanamamaktadır, dolayısıyla bu sistemlerde akü kullanılmaz, -Bu sistemlerde üretilen akımın frekansı sabit olduğundan (50Hz-3000d/dak ya da 1450d/dak)- türbin sisteminin devrini sabitleyici kontrol düzenekleri bulunur. Bu sistemlerde kullanılarn motor yada generatör tipleri ise; 1-Senkron generatör, 2-Asenkron generatör, 3-Daimi mıknatıslı generatör (Permanent magnet generator (P.M.G.) küçük ve genellikle evsel kullanımlarda ön plana çıkar. Özünde bu genaratör de senkron generatörlerin bir kolu olmakla birlikte evsel türbin uygulamalarında sıklıkla kullanıldığı için ayrıca bahsedilmesine gerek duyulmuştur.) Evsel ve çiftlik tipi kullanımlarda D.C motorlar ve P.M.G, orta ve büyük ölçekli uygulamalarda senkron ve asenkron tip generatörler tercih edilir. Motor imalatı inşallah daha sonraki uygulamalarda bahsedilecek olup şimdilik sadece uygun motorun seçimi ile ilgili kriterler anlatılacaktır. 136

137 Uygun generatörün veya motorun seçiminde bilinmesi ya da hesaplanması gerekli olan parametreler: 1- Generatörün ne kadarlık tork ile kaç volt gerilim ürettiği veya motor devri ile motorun nominal gücü, Mmotor = Motor momenti (Fl*D/2=Mmotor) Pmotor = Motor gücü (Nominal devirde) nmotor = Motor devri ise Pmotorkayıpsız (Pmk) = Motorun teorik (kayıpsız) gücü Mmotor = 9550 * Pmotorkayıpsız / nmotor ifadesinden iki bilinen parametreden bir diğeri çıkarılabilir. ardından Pmk*ηmotor (O devirdeki verimi) = Pmotor (Kayıplı ve elde ettiğimiz gerçek gücü verir.) 2- Eğer motor gerilimi (V) ve gücü (Pmotor) biliniyorsa; Pmotor = V*I ifadesinden akım şiddeti bulunur. Motorun veya generatörün belirli devirde ürettiği akım miktarı çok önemlidir. Eğer akım depolanacaksa (Aküye bağlanacaksa), motor voltajı, standart akü voltajları ile aynı olmalıdır. ( Volt gibi) 3- Generatörde üretilen akım şiddeti miktarı önemlidir. Akü ile motoru bağlamak için uygun kesitli kablolardan (Uygun akımı taşıyabilecek) faydalanmak gereklidir ki bu da akım şiddetini bilmeyi gerektirir.[2-10] 137

138 AKÜ GRUBU Akü grubu ile anlatılmak istenen elektriği depolamak için gerekli Ah(Ampersaat) ve voltaj kapasitesine sahip akü ya da aküler ile aküye bağlanması gerekli olan şarj kontrol devresidir (Charge controller). Bu devre aracılığıyla akünün doluluk oranı kontrol edilebilmekte ve motorun generatör olarak kullanıldığı uygulamalarda motorun ters yönde çalışmasını, motorun elektrik akımı depolamak yerine kendisine akım çekerek kayıplara sebep olmasını, engellemektedir. Ayrıca bu gurupta bir adet sigorta kutusu bulunmakta olup fazla miktarda akımın geçmesi halinde sigorta devresi emniyet görevi görerek cihazların fazla akımdan dolayı zarar görmesini engelleyerek sistemi kapatmaktadır. Akü grubu seçilirken ya da tasarlanırken: 1- Generatörün çıkış voltajına göre aküler seçilmelidir, eğer generatör voltajı akü voltajına yüksek ve akü voltajının tam katları ise aküleri birbirne seri bağlayarak voltajı arttırabiliriz. Eğer aküleri birbirine paralel bağlarsak sistemin Ah cinsinden depolama kapasitesini artımış oluruz. Akülerin seri bağlantısı: Bir akünün pozitif kutbunu diğer akünün negatif kutbuna, bağlarız. Açıkta kalan uçları ise sistemde güç çeken kaynaklara (Örn: İnverter ) bağlarız. Resim 36 - Küçük ve Mikro sistemler için elektrik depolama /Seri akü bağlantı şeması 138

139 Akülerin paralel bağlantısı: Bir akünün pozitif kutbunu diğer akünün pozitif kutbuna, negatif kutbunu negatif kutbuna bağlayarak elde edilen batarya sistemidir. Resim 37- Akü bağlantı şeması / paralel bağlantı Seri bağlantıya örnek olarak: Elimizde 100V, 1350 wattlık generator olsun. Sahip olduğumuz aküler 12V 7Ah ise; 1350 watt/100 Volt = 13,5 Amper bu generatörün istenen şartlarda çalışması halinde generatorden çıkan akım şiddeti 100/12 = 8.3 adet akü olması lazım yani 9 adet 12 V luk aküyü seri bağlamalıyız. Bu akülerin seri bağlanması halinde 100 Volt 7Ah lık batarya kapasitemiz olur. Generatörün gönderdiği akım şiddeti 13,5 Amper, depo kapasitemiz 7 Ah ise buradan 7Ah/13,5 amp 0,5 saatte aküler tam şarj olur. 139

140 Paralel bağlantıya örnek olarak: Elimizde 24V 600 wattlık generator olsun. Sahip olduğumuz aküler yine 24V 7Ah ve şarj süresini, verimli çalışmada 1 saat olarak tutmak istiyoruz; 600 watt/24v = 25 amper 25 amp*1 sa = 25Ah lık bir depoya ihtiyacımız var. 25/7=3,5 akü olamayacağından 4 akü bize gereklidir. Yaklaşık olarak 7Ah*4/25 Ah=0,9 saatte aküler şarj olmuş olur.[11-13] NOT: Akülerin şarjı ile ilgili bu hesap bir ön hesap şeklinde olup tam şarj süresi ile ilgili hesaplar akü üreticilerinin belirlemiş oldukları tablolarda şarj verimliliği değerleri ile birlikte verilir ve bu değerler akü tipine göre değişir. Örnek bir akü üreticisinin katalog değerinden bahsedersek; 12 V luk bir aküyü şarj etmek için ideal gerilim 14.1 volt şarj verimliliği %80 (Ya da şarj kayıpları %20) dir. Dolayısıyla bu verimlilik değeri ile 25 A lik bir aküyü ancak 30 A ile 1 saatte şarj edebiliriz.[12] NOT: Akü seçiminde aslında her akü depolama işlevini görse de bu tarz enerji bağlantılarında gerek uzun ömrü, gerek daha az tehlikeli oluşu ve bakım gerektirmeyişinden ötürü Stasyoner Tip Kuru Aküler (Bakımsız aküler) uygulamalarda tercih edilir.[12] 140

141 EVİRİCİLER(İNVERTÖR) Akü aracılığıyla depoladığımız DC elektrik enerjisini şehir şebekesine gönderebilmemiz için AC ye çeviren güç elektroniği aygıtıdır.[19,20] NOT: Off grid invertör normal invertörle aynı olup farkı şehir şebeke sistemine bağlanmak yerine, cihaz çıkışındaki priz ile herhangi bir elektrik yüküne (Bilgisayar, tv, buzdolabı gibi) bağlanmasıdır. Seçiminde ve kullanımında; 1- Elektrik motorumuzun gücüne (Watt) göre seçim yapmalıyız, yani generatörümüz kaç watt ise invertörümüz o kadarlık watta sahip olmalıdır.[16] İster on grid ister off grid sistem kullanıyor olalım invertörümüzün tipinin PWM tam sinüs invertör olması bağlantı cihazlarında bozulmayı azaltır.[18] 2- İnvertör verimliliği %95 in altında olan cihazlar tercih edilmemelidir.[17] 3- İnvertörleri aküler gibi seri ya da paralel bağlayabiliriz. Bağlantı hesapları akülerle aynı şekildedir.[16] 141

142 SİGORTA Sistemin aşırı yüklenmesi halinde sistemi devre dışı bırakan elektrik elemanıdır. Sigorta tertibatı mutlaka bağlanmalıdır, aksi takdirde olası durumlarda sistemde bulunan cihazlar ya aşırı ısınmaktan (Elektrik generatörü) ya da fazla çekilen akım şiddeti nedeniyle (İnvertör) bozulabilir. Sistemimizin; generatör, (Gerekliyse) redresör, akü, invertör, çift yönlü sayaç (Ya da herhangi bir yük) şeklinde olduğunu düşünürsek; generatör ile akü arasına sigorta tesisatı yerleştirilmelidir.[21] SİGORTA SEÇİMİ VE HESAPLARI 1-Genel elektrik devresinde, hangi iki elektriksel bağlantı cihazı arasında (burada generatörakü) kablo kesidi değişiyorsa, sigorta yerleştirilmelidir. 2- Sigorta tipi seçimi. Farklı elektriksel yük karakteristiklerine ve taleplere göre değişik tip sigortalar piyasada mevcuttur. Sigorta hesabından önce uygun cihaz için uygun sigortanın seçilmesi gerekir ki sigortaları genel olarak üç grupta inceliyoruz. Bunlar: a- Buşonlu tip sigortalar : Akımın belirli bir değeri aşması sonucunda sigorta içindeki tel eriyerek devreyi açar. Gövde, gövde kapağı, buşon ve buşon kapağından oluşur. Buşonlar her devreyi özelliğine göre koruyabilmek için anma akım değerleri standartlaştırılmıştır. Akım zaman karekteristiğine göre sigortalar; Normal Karakterli Buşonlar: Geçici rejime maruz kalmayan, aydınlatma tesislerinde, omik dirençli ısıtma devrelerinde kullanılırlar. Geçikmeli Karekterli Buşonlar: Kuvetli akım tesislerinde özellikle asenkron makinelerin korunmasında kullanılırlar. Asenkron motorlar ilk kalkışlarında nominal akımlarının 5 ile 6 katı kadar akım çekerler. Tembel karakteristikli sigorta kullanıldığında motorun yol alma süresi içinde bu sigortalar devreyi açmaz. Çabuk Karakterli Buşonlar: Güç elektroniği elemanlarının kısa devreye karşı korunmalarında kullanılırlar. 142

143 b-nh- Bıçaklı tip sigortalar: Kablo, şalter ve pano gibi tesisatın kısa devre ve aşırı yüklenmeye karşı korurlar. Çok yüksek kısa devre akımlarında devreyi sellektif olarak açarlar. Aşırı yüklenme akımlarında tembel karakterlidirler. Resim 37- NH- Bıçaklı sigorta ve atlığı (Ekai elec) NH tipi sigortaların yük akımına bağlı açma zamanları Şekil 6 da verilmiştir. Resim 38- Bıçaklı sigortaların kısa devre akımlarını kesme süreleri 143

144 Bu özelliklerinden dolayı asenkron makinelerin ilk kalkışlarında devreyi açmazlar. Buna karşılık kısa devreyi beklemeksizin açarlar. 120 (KA) kısa devre akımlarında devreyi açabilirler. Sigorta altlığı, buşonu ve ellikten oluşur. c-otomatik anahtarlı sigortalar : Işık sorti ve linyeleri ile motorları kısa devre aşırı yüklenmeye karşı korurlar. Anahtarları sayesinde bağlı bulundukları devrelerin açılıp kapanmasını temin ederler. Anahtarlı sigortalarda, aşırı akımlarda birbirinden bağımsız iki açtırıcı bulunmaktadır. Aşırı yüklenmelerde bimetal akım değerine bağlı olarak zaman gecikmeli olarak devreyi açarlar. Kısa devre durumunda belli eşik değeri aşıldığında bir elektromanyetik açtırıcı gecikmesiz olarak devreyi açar. B ve C tipleri mevcuttur. B tipi nominal akımın 3 ile 5 katında, C tipi nominal akımın 5 ile 10 katında devreyi açarlar. Resim 39- Anahtarlı otomatik sigorta (Gold) Tablo 2 de 70 o C dereceye kadar kabloların yüklenebileceği nominal akım değerleri verilmiştir. Anahtarlı otomatik sigortalar kullanma yerlerine göre; H tipi: Ev aletleri ve konut tesisatında L tipi : Dagıtım panoları ve kumanda devrelerinde G tipi : Ölçme aletlerinde, endüktif yüklerin korunmasında kullanılmaktadırlar. 144

145 Sonuç olarak: Işık hatlarında normal, asenkron motor (Kullandığımız generatör tipi asenkron da olabilir.) linyelerinde gecikmeli tip sigorta, güç elektroniği elemanlarının (İnverter gibi) korunmasında hızlı karakterli sigorta seçilmelidir. NOT: Küçük güçlü motorlar şebekeye direkt olarak bağlanabilir. Ancak 5 kw tan büyük güçlü motorların şebekeye bağlanmasında özel yolvericiler ile aşırı akım (Gecikmeli tip otomatik sigorta) ve gerilim röleleri kullanılmalıdır. NOT: Gecikmeli tip otomatiklerin kullanılması sırasında, generatörün üzerindeki çalışma akımı sigortanın alt akım değeri, generatörün kalkış akımı ise (Çalışma akımının 5 ile 6 katı) sigortanın üst akım değeri olarak seçilir. NOT: 5 kw tan daha büyük asenkron motor veya generatörlerin şebekeye bağlanışı sırasında kullanılan yol verme sistemine göre (yıldız/üçgen) ve çıkış voltajına göre hattın taşıyabileceği maksimum akım ve seçilmesi gereken sigorta akımları tablolarca belirtilmiştir. 3-Sigorta hesapları: Daha önceden sistemleri birbirine bağlayacağımız kabloların, seçilmiş olan kesit miktarlarına göre, taşıyabilecekleri maksimum akım miktarı ve kablo üzerinde duran maksimum sigorta akımı tabloda verilmiştir. Yalıtılmış Bakır İletkenlerin Aşırı Yükleme Sınırları Ve Sigortaların Secimi (VDE 0100) Grup 1: Boru içinde üç veya dört hatta kadar Grup 2: Nemli yer hatları seyyar alıcılara irtibatlanan ve açıkta döşenen yuvarlak çok telli çok damarlı Grup 3: Açıkta döşenen tek damarlı hatlar, dağıtım kutuları ve panolarda kullanılan tek damarlı hatlar Kesit Grup 1 Grup 2 Grup 3 Taşıdıgı Sigorta Taşıdıgı Sigorta Taşıdıgı Sigorta (mm ) Akım Akımı(A) Akım Akımı(A) Akım Akımı(A) (A) (A) (A)

146 Resim 40- Sigorta Bağlantısı için kablo kesidi seçim tablosu Hangi hatta sigorta bağlayacaksak hattan geçen akım miktarını bulmalı (Alternatif akımda etkin akım değeri alınıyor.), ardından hatta göre tekrar kablo kesidini kontrol edip onun bir üst seviyesindeki kablo kesidini ve sigorta akımını seçmeliyiz. Not: Elektrik makinelerine bağlanması planlanan sigortaların kablo kesidi elektrik iç tesisleri yönetmeliğine göre 2.5 mm² den küçük olamaz. Taşınan nominal akım değerine göre hesap yapmak istersek; Hattımızdan geçen etkin akım değerimiz 15 A olsun. Eğer kablo kesidimiz de 2,5 mm² ise tablodan 2,5 mm² için kablonun taşıyabileceği maksimum akım 20 A, sigorta akımı ise 16 A olduğundan 1. numaralı guruptaki sigorta tipini seçeriz ve sigorta akımını 16 A olarak belirleriz. Eğer hattan geçen akım belirli fakat kablo kesitlendirmesi yapmak istiyorsak; Hattan geçmesi planlanan akım değeri örneğin 30 A olsun Seçim: Kablo kesidi 30 A için en düşük 6 mm² kesitli kabloyu sağlasa da sigorta akımı değeri olan 25 A, hat akımından küçük olduğu için devre aktif hale geldiği zaman sigorta atar. Dolayısıyla bir üst gruptaki10 mm² lik kesit değerini seçersek hem taşınabilen maksimum akım değeri açısından hem de sigorta akımının büyük olması açısından bir sıkıntı olmaz. 146

147 Günümüzde harmonik kaynakların artışı göz önünde bulundurularak, kompanzasyon tesislerinde kullanılan sigortalar nominal akımın 1.7 katı kadar seçilmelidir. Yine sigortalar atıyorsa tesiste kuvvetli dereceden harmonikler bulunmaktadır. Harmonikleri yok edecek filtre devreler mutlaka kullanılmalıdır.[22] ÇİFT YÖNLÜ SAYAÇ Sistemi şehir şebeke sisteminin elektriğine bağlayan cihazdır. Şehir şebekesinden elektrik çekilmesine ya da sisteme elektrik verilemsine izin verir. Bu işlemlerin kaç kwh lik elektrik tüketimine karşılık geldiğini hesaplar MEKANİK YÜK Türbin sisteminin elektriksel amaçlı kullanılmadığı yerlerde görülür. Türbinden elde edilen hareket enerjisi bir dizel motoru çalıştırmak, bir evi ısıtmak (Isı pompası), su çıkarmak (Mekanik pistonu pompa ile) gibi amaçlar için kullanılabilir BAĞLANTI KABLOLARI Sistemdeki cihaz, motor ya da generatörün çalışması için gerekli elektrik akımını taşıyan ve ileten elemanlardır. BAĞLANTI KABLOLARININ SEÇİMİ Generatör çıkış voltajı 12 ile 24 V gibi (50 V altı) sistemlerde alçak gerilim akü bağlantı kabloları (TS1435 e göre), eğer çıkış gerilimi 50 V üstü ise alçak gerilim kabloları kullanılabilir. [23] Kablo tipinin seçiminde ; 1- Kablonun gerilim düşüm değeri, 2- Kablonun taşıyabileceği akım miktarı ve kablo kesiti hesapları yapılmalıdır. 147

148 *Kablo kesitinden önce sistemde izin verilen gerilim düşüm değerleri hesaplanmalıdır. Elektrik İç Tesisleri Yönetmeliği nden uygulama tipine göre müsaade edilen yüzdece gerilim düşüm değerleri tablolardan seçilir. Ardından; S = Kablo kesiti = Kablonun boyu V = Gerilim u = Yüzdece kablo gerilim düşümü x = İletkenlik ya da geçirgenlik (Bakır için 56 alınabilir.) = Taşınan akım miktarı ise mm² cinsinden kablo kesitini verir. Kablo kesitleri de standartlarca belirlenmiş olduğundan hesaplanan kablo kesiti alanı standartlarda bulunmuyor ise, standartlardan bulunan kesit alanının bir üst değerindeki kesit alanı seçilip hesaplar yapılır. İzin verilen gerilim düşüm değeri tekrardan kontrol edilir.[24,25] 5 - RÜZGAR TÜRBİNİNDE KONTROL MEKANİZMALARI 148

149 Resim 41 - Rüzgar türbinin kontrol devresine gerekli hız değerlerini gönderen anemometre tesisatı.bu bağlantı vasıtasıyla nacelle(kafa) uygun rüzgar hızının oldugu yöne döndürülebilir, elektrik motorunun devri uygun değerler aralıgında tutulabilir, hub(göbek) a bağlı kanatların açıları değiştirilebilir. (İzmir - Alaçatı RES) Bir rüzgar türbininde rüzgardan alınan verimi artırmak için çeşitli konrol mekanizmaları geliştirilmişir. Bunları kabaca; 1-Pasif konrol sistemi 2-Aktif konrol sistemleri olarak sınıflandırabiliriz. Pasif kontol sistemlerini kabaca mekanik kontrol sistemi olarak tanımlayabiliriz.yelkovan (ya da ingilizce adıyla wind vane ) olarak bilinen ve türbinin arkasına eklenen rüzgar yönünün değişimine göre türbinin dönmesine neden olan makine parçasıdır. 149

150 Resim 42-Küçük ve Mikro Sistemler için taslak Yelkovan bağlantısı 2-Aktif kontol sistemleri: Uzaktan elektrik bağlantısı ve elektronik düzeneklerle yapılan kontrol mekanizmasıdır. Genellikle orta ve büyük ölçekli türbin tiplerinde kullanılmakta olup; A-Rotor ve (generator) devir konrolü B-Yaw konrolü C-Pitch(active stall) konrolü şeklinde uygulanır. Rotor devir konrolü : Üretilmesi planlanan elektrik miktarı, generatörden çıkışına izin verilen maksimum akım miktarı (Sargı emniyetleri için) ya da şaftın taşıyabileceği emniyetli moment miktarına göre rotor devri ya fren mekanizmasıyla (Elektrik ya da mekanik fren tertibatlarıyla) kontrol edilebilir. Yaw kontrolü: Frenleme konusunda detaylıca bahsedilmiştir. Pitch (Active stall kontrolü): Kafanın (Nacelle) içerisinde kanatlara bağlı servo motorlar aracılığıyla, rüzgar hızındaki ve yönündeki değişimlere göre ana bilgisayardan aldığı sinyallerle, kanatların kafaya bağlanma açılarını böylece kanatlara gelen sürükleme ve kaldırma kuvvet miktarlarını değiştirmeye yarar. 150

151 BÖLÜM 1- GENEL BİLGİLER Hasan Hüseyin ÖZCAN,Rüzgar Enerjisi Yatırımları ve Isparta iline kurulabilecek Rüzgar Enerjisi santralinin ekonomik analizi, Süleyman Demirel Üniversitesi,Sosyal Bilimler Enstitüsü,İşletme anabilim dalı,s C.Arıkan, M.Ermiş, "Reaktif Güç Kompanzasyonunda Modern Yöntemler", Elektrik Mühendisliği, Sayı 377, Cilt 35, 1991, sayfa D%FCnyadaki-Durumu 6-Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic Cilt:13 Sayı: 4 s , 2010 Vol: 13 No: 4 pp , Türkiye nin Rüzgar Enerji Potansiyeli ve AB Ülkeleri İçindeki Yeri Mutlu Tarık ÇAKIR Walker J. F. ve Jeckins N., Wind Energy Technology, Tümerdem O., Rüzgar Enerjisi Teknolojisi ve Türkiye nin Rüzgar Enerjisi Potansiyeli, YTÜ Yüksek Lisans Tezi, Tez Danışmanı Yrd. Doç. Dr. Burhan Sungu, İstanbul, trdocs.org docs/index html?page=9 10-dersindir.net ruzgar-enerjisi/?download enerjisi

152 15-Solarpraxis, wind power plant BöLÜM 2 KAYNAKÇA 1-Solarpraxis, wind power plant 2-RÜZGAR ÖLÇÜMLERİNDE DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR Murat DURAK Meteoroloji Mühendisi TMMOB Meteoroloji Mühendisleri Odası Enerji ve Yenilenebilir Enerji Komisyonu Üyesi sf.2 3-VII.Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu,UTES 2008,17-19 Aralık İstanbul,Weibull dagılım parametrelerini belirleme metodlarının karşılaştırılması, Seyit Ahmet Akdağ,Önder Güler sf Cihan Dündar,Bandırma,Bodrum,Bozcaada ve Çeşme bölgeleri için rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesi Hacettepe Üniversitesi,Fen bilimleri Enstitüsü,Çevre Müh. Anabilim dalı,yüksek lisans tezi,1997,sf. 7 5-Cihan Dündar,Bandırma,Bodrum,Bozcaada ve Çeşme bölgeleri için rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesi Hacettepe Üniversitesi,Fen bilimleri Enstitüsü,Çevre Müh. Anabilim dalı,yüksek lisans tezi,1997,sf Seyfullah Uğuz,Rüzgar Enerjisi ile elektrik üretimi,gazi Üniversitesi,Elektrik Elektronik mühendisliği, Yüksek Lisans Tezi sf.14 7-NASA,friction lenght for wind turbine calculation, topic!!!! 8-İstanbul Büyükşehir Belediyesi İmar Müdürlüğü,İstanbul Yüksek binalar rüzgar yönetmeliği, Deprem Mühendisliği Anabilim Dalı Kandilli Rasathanesi ve Deprem Araştırma Enstitüsü Boğaziçi Üniversitesi Çengelköy, İstanbul Versiyon-4 152

153 Agustos 2008 s.5-6 BÖLÜM 2 - İleri okumalar / Detay bilgi *-Aliye Aybilge Boztepe,Risk Yönetimi temelli rüzgar enerjisi ekonomisi,yıldız Teknik Üniversitesi,Fen Bilimleri Enstitüsü, *-Elektrik mühendisligi anabilim dalı elektrik tesisleri programı,yüksek Lisans tezi,istanbul- 2010,s *-BOZTEPE, s18 rayleigh değişimi *-BOZTEPE, s.19 rüzgar hızının yüksekliğe uyarlanması *-BOZTEPE, s.24 cp sayısının çağdaş degeri *-BOZTEPE, s.27 türbin çeşiteri ve cp sayısı *-Akın Akınsal,Rüzgar enerjisi ve Türkiye rüzgar potansiyeli,rüzgar enerjisinde değişken ve sabit fiyat tarifeleri ve enerji depolama teknikleri,i.t.ü Fen Bilimleri Enstitüsü,Elektrik Müh. anabilim dalı Şubat s.42 rüzgar hızlarının kategorilendirilmesi *-7.Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu,UTES 2008,17-19 Aralık İstanbul,Weibull dagılım parametrelerini belirleme metodlarının karşılaştırılması, Seyit Ahmet Akdağ,Önder Güler sf.710 *-Rayleigh dagılımının ardaşık oran testi,eskisehir Osmangazi Üniversitesi Müh.Mim.Fak.Dergisi C.XX, S.1, 2007 Sevil Bacanlı,Uygur Köse *-Wind Velocity Vertical Extrapolation by Extended Power Law Zekai S en, Abd usselam Altunkaynak, and Tarkan Erdik Hydraulics Division, Civil Engineering Faculty, Istanbul Technical University, Maslak, Istanbul, Turkey BÖLÜM solarpraxis, wind power plant 153

154 cisimlerin mukavemeti,mehmet Bakioğlu,Beta yayınevi,cilt-i,ii, 9-Makine Elemanları,Atilla Bozacı,Beyoğlu yayınevi,cilt I-II 10-Makine Elemanları I, Ders Notları,Ferhat Dikmen,Yıldız Teknik Üniversitesi 11-Makine Elemanları,Şefik Okday,Cilt-I,II,III,IV 12-Turbo Makine Konstrüksiyonu,Recep Öztürk,Yıldız Teknik Üniversitesi Matbaası 13-FAG-INA-SCHAFER rulman kataloğu ClutchesBrakes/index.htm Altra -electric clutches and brakes for wind turbines 25-zeromax V-47 composite disc couplings 26-Makine dinamiği -Y.T.Ü yayınları Necati Tahralı,Faris Kaya,İsmail Yüksek,Rahmi Güçlü 27-cisimlerin mukavemeti,paşa Yayla,Çağlayan Kitabevi 154

155 28-istanbul büyükşehir beledyiesi yüksek binalar rüzgar yönetmeliği 29-Temeller statiği ve konstrüksiyonu II yüzeysel temeller / Sadık Köseoğlu BÖLÜM milli eğitim bakanlığı elektrik-elektronik teknolojisi -enerji üretimi 522EE milli eğitim bakanlığı elektrik makinaları cilt 1 5-milli eğitim bakanlığı elektrik elektronik teknolojisi elektrikli ev aletlerinde d.c motorlar çevre ve orman bakanlığı- atık pil ve akümülatörlerin yönetimi 12-mutlu akü sabit tesis vrla akü katalogu güneş pili ile beslenen şebeke etkileşimli eviriciler-genel bir bakış-gazi üniv. müh. mim. fak. dergisi cilt 29,2009 ibrahim sefa,necmi altın,sf

156 BÖLÜM 5- Kontrol Mekanizmaları 1-Solarpraxis,wind power plant 156