Oğuzhan Yılmaz, Nabil Gindy, Tolga Bozdana
School of 4M, Manufacturing Engineering
The University of Nottingham, İngiltere

Bu çalışma MakinaTek Dergisi Mart 2004
sayısında da yayınlananmıştır.

Giriş

Günümüzde güç elde etmek, havacılık sanayisinde kullanmak veya endüstride elektrik elde etmek amacıyla kullanılan türbinler; temel olarak birçok türbin kanadından, pervaneden, fan kanadından ve diğer parçalardan oluşmaktadır.

Türbin kanatları genelde karmaşık bir geometriye sahiptirler ve Nikel-Titanyum gibi işlenmesi zor malzemelerden çok hassas şekilde imal edilirler. Ayrıca türbin içerisinde değişik kademelerde farklı geometrik yapıya sahip kanatlar kullanılmaktadır. Türbin kanatlarının geomertilerinin karmaşık olması ve değişik geometrilerde olmasının yanısıra malzeme yapısından dolayı ana imalat yöntemleri olan döküm, dövme ve frezeleme yöntemleri kullanarak yeni kanatlar imal edilmesi hem imalat maliyetini ve hem de onarım maliyetini arttırmaktadır. Kanatlar doğal olarak türbin içerisinde yüksek ısıya ve basınca maruz kalmakta; ayrıca kanatların içerisinde bulunduğu dış hazneye sürtünmesi durumları oluşmaktadır.

Tüm bu sebepler, kanatların kaçınılmaz olarak yıpranmasına, yüzeylerinin aşınmasına ve değişik geometrik bozukluklar meydana gelmesine sebep olmaktadır. Hem yeni bir parçanın imalat maliyeti ve hem de değişken geomerik yapı göz önüne alındığında bu kanatların bakım ve onarımı kaçınılmaz hale gelmektedir. Bu nedenlerden dolayı türbin kanatlarının ve pervanelerinin restorasyonu daha çok önem kazanmaktadır.

Gelişen teknolojiyle birlikte, özellikle havacılık ve savunma sektöründe türbin kanatlarının bakım ve onarım süreci şu üç temel aşamadan oluşmaktadır:

• Aşınan ve deformasyona uğramış kanatların öncelikle onarıma alınıp alınmayacağına ön bir kalite denetimi ile karar vermek; daha sonra aşınma tipini ve aşınan bölgeleri tersine mühendislik yöntemiyle tespit etmek.
• Aşınan bölgelerin dolgu malzemesi kullanılarak kaynak, lazer veya lehimleme yöntemleriyle doldurulması.
• Doldurulan bölgelerin 5-eksenli takım tezgahlarında hassas bir şekilde işlenerek tekrar eski yüzey hassasiyetlerine ve geometri normlarına getirilmesi
  

Türbin Kanadının Temel Restorasyon Aşamaları

• Türbin kanadı üzerindeki aşınan bölgelerin tespiti (Pre-Inspection)
• Aşınan bölgelerin kaynaklanarak doldurulması (Metal Deposition)
• Doldurulan bölgelerin yüksek esnekliğe sahip işlem metodları ile uyarlamalı olarak işlenmesi (Adaptive Multi-axis machining)
• Son kontrol (Post-Inspection)

Türbin kanatların restorasyon aşamasında atılacak olan ilk adım, kanadın tamir edilebilirliğini saptamaktır. Aşınan kanadın taranması ve 3B modelinin oluşturulmasından sonra kanat tipine bağlı olarak belirli bölgelerin kiriş kalınlıkları ve uzunlukları (Chordal Lenght and widht) ölçülür ve sapma büyüklüğüne göre restorasyon işlemine alınıp alınmayacağına karar verilir. Aşağıda, aşırı çalışma şartlarından dolayı bazı türbin kanatlarının uç (tip), hücum kenarı (leading edge) ve fırar kenarı (trailing edge) hasarları ile diğer tip hasarlar gösterilmektedir;

Türbin Kanatlarında Genel Hasar Formları (Common Damaged Blade Forms)

Türbin Kanadı Yüzeyindeki Hasarlı Bölgelerin Belirlenme Aşamaları

• Türbin kanadının taranması (Scanning of Blade)
• Taranmış türbin kanadı yüzeyinin modellenmesi (Surface modelling)
• Yüzey tolerans farklılıkları ve geometrik değişiklikler referans alınarak aşınan bölgelerin büyüklüğünün ve posizyonun
  belirlenmesi (Determination of position and amount of deposited areas on the blade)

Kullanılan Tarama Metodları (Scanning Methods)

• Tetikleyici Sayılaştırıcı (Trigger Touch digitizing probe)
• Tarayıcı Sayılaştırıcı (Scanner Probe)
• Nokta Lazer tarayıcı (Laser Scanner)
• Çizgi lazer tarayıcı (Line laser Scanner)
• CCD Kamera (Optical scanner)

Türbin kanatlarının tersine mühendisliğinde farklı ölçme metodları kullanılmaktadır. Bu metodlar arasında yer alan tetikleyici dokunmatik prob (trigger touch probe) pahalı ve ölçme işlemi çok yavaştır. Devamlı temas eden sayılaştırıcı (tactile digitising) prob ise atölye şartları için en uygun olanıdır ve kısa tarama zamanı ile optimal hassasiyet sağlar. Ayrıca devamlı temas eden ve optik sayılaştırıcılar için 3, 4 ve 5 eksenli sayılaştırıcı kontrolörler mevcuttur.

Bunlara ek olarak nokta lazer sensörler (point laser sensors) hassas malzemelerin taranmasında alternatif olarak kullanılabilecek ileri seviyede teknolojik yeniliğe sahip bir yöntemdir. Çizgi tarayıcılar (line scanner) ve CCD kameralar (CCD cameras), kısa zamanda geometriyi yakalayabilme özelliğine sahiptirler ancak maliyetleri çok yüksektir ve atölye şartları için teknolojileri çok karmaşıktır.

Bir diğer yöntem ise optik sistemlerin (optical systems) kullanılmasıdır. Bu sistemler yüzey pürüzlüğüne karşı çok hassastırlar ancak tarama verileri genelde devamlı temas eden sayılaştırıcı prob'daki gibi doğruluk oranında elde edilemez;

Değişik Tarama Metodlarının Değişik Tarama Metodlarının Karşılaştırılması