ROTOR BOWING NEDİR?

ROTOR BOWING NEDİR?

ROTOR BOWING NEDİR?

Bu yazımızda A320neo uçaklarında kullanılan PW1100G serisi motorla tekrar gündeme gelen ve sık sık sorulan “bowing” (eğilme) mevzundan bahsedeceğiz.

Motor shutdown ından sonra ortaya çıkan bowing (eğilme) olgusu, modern gaz türbinli motorlarda iyi bilinen problemlerdendir. HP sistem şaftında ortaya çıkan eğilme (bowing), yüksek vibrasyon ve türbin kademelerinde oluşan aşınmalara neden olması büyük önem arz eder. Şaftlarda eğilme çeşitli sebepler ile ortaya çıkabilir. Sünme (creep), termal bozulmalar ve dengesiz yükler örnek olarak söylenebilir. Eğilmenin neden olduğu zorlama, konvansiyonel kütle dengesizliğinden kaynaklanan zorlamayla biraz benzerlik gösterir. Daha önce yapılan çalışmalarda, titreşimin kütle dengesizliğinden kaynaklandığı ve rotorların geleneksel balans prosedürleri kullanılarak dengelenmiş olduğu birçok durum olmuştur. Lakin balans işleminden sonra da aşırı vibrasyon çıkması mühendisleri şaşkına çevirmiştir. Eğilme tepkisi (bend response) şaft hızından bağımsızdır ve sıradan kütle vibrasyonu ile karşılaştırıldığında farklı genlik ve faz açısı ilişkilerine neden olur. Eğilmiş bir rotor durumunda, vibrasyon, rotor boyunca eğilmenin (bowing) büyüklüğü ile orantılıdır. Eğilmiş bir rotor, kütle vibrasyonu gibi senkron vibrasyona neden olur ve eğilme ile vibrasyon arasındaki göreceli faz açısı saf vibrasyon durumunda görüleceğinden daha fazla rezonans ile faz açısının farklı değişimlerini korur.

Termal eğilmenin temel sebebi HP rotorunda soğumanın eşit olmaması, rotorun alt ve üst kısımları arasında farklı olmasındandır. Soğumanın alttan üste doğru olması sebebiyle rotor ve hatta motorun kasasında (engine case) da eğilme (bowing) olabilir. Bowing belirli metal parçalardaki uygulamalarında oluşabilecek geçici bir durumdur. Bowing in nedeni, bu parçaların her iki tarafındaki farklı sıcaklıktır. Örneğin, çelik saçtan bir kapı düşünelim. Bu kapının yüzleri arasında sıcaklık farkı yaşadığında, kapının kilitleme kenarının üstü ve alt kısmı pervaza doğru bastırır veya bu pervazdan uzaklaşmaya başlar. Sıcaklık derecesi ne kadar büyük olursa, eğilme o kadar aşırı olur.

Türbin motorlarında bowing (termal eğilme), normalde önceki uçuştan sonra, kapatılan motordaki asimetrik soğumaya bağlıdır. Rotor şaftı boyunca sıcaklık farklılıkları, rotor materyalinin farklı termal deformasyonlarına yol açarak rotor ekseninin bükülmesine neden olur. Bu, eğilmiş rotorun ağırlık merkezi ile yatak ekseni arasında bir kayma meydana getirir ve hafif bir dengesizliğe neden olur ve rotor blade uçları (blade tips) ile kompresör duvarı (case) arasındaki boşluğu (clearance) potansiyel olarak azaltır. Bilindiği gibi bu boşluğu mümkün olduğunca yakın tutmak, motor verimliliği için kritik öneme sahiptir. Bir motoru bowing rotor durumunda çalıştırmak gereksiz yıpranmaya neden olur, motor kasası (engine casing) ile blade lerin uçları arasındaki boşluk (clearance) azalır ve yüksek vibrasyon seviyelerine bağlı olarak ciddi hasarlanmalar olabilir.

 wx=

Bowing olgusunun varlığı, motorun yatak konseptine, rotorun tasarımına (ve muhafazaya) ve ikincil hava sisteminin sızdırmazlık düzenine bağlıdır. Bowing hemen hemen tüm gaz türbinlerini bir dereceye kadar etkilemektedir. Dahası, motorun start ve shutdown öncesi durumu, inişten sonra motorun yeniden çalıştırılabilme yeteneğini önemli ölçüde sınırlayabilen ve termal HP-rotor eğilmesi üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. Daha anlaşılır bir ifade ile belirtirsek özellikle shutdown öncesi motorun belirli bir süre idle devrinde çalıştırılarak, termal stabilitenin sağlanması önemlidir. Bu süre motordan motora fark ettiği gibi aynı motorun çalışırken çıktığı devir de önemlidir. Örneğin B777 GE90 serisi motorda, kapatmadan önce 70% N1 üzerine çıkıldı ise idle da 20 dakika, 70% N1 üzerine çıkılmadı ise idle da 10 dakika çalıştırmak gerekmektedir (süreler daha sonra revize edildi). Adı geçen motorda idle da ilk üç dakika içinde normale dönüyorsa eğer yüksek vibrasyon çıkması normal görülmüş, arıza aramasına gerek olmadığı belirtilmiştir.

 wx=

Benzer durum PW1100G motorunda da vardır. İlk startta start valf modülasyonlu çalışarak motor devrinin 12% N2 üzerine çıkmasına mani olmaktadır. Böylece motorda bowing etkisi minimuma indirilmeye çalışılmaktadır. PW1100 motorlarında bu durum üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Önümüzdeki sayılarda bu motorda uygulanan özel prosedürlerden ve değişikliklerden bahsedeceğiz.

18.4.2018 13:53:00
Cemil AKGÜL     1051