Dört zamanlı bir dizel jeneratörün matematik modellemesi


Öğrenci: DİDEM GÜLŞEN KAYIŞOĞLU

Danışman: Aykut Safa

Sanayileşme süreci, geçmişten günümüze kadar ekonomik kalkınmanın en önemli
parametrelerinden biri olmakla birlikte, bilgi ve teknolojinin sürekli gelişmesine olanak
veren en temel parametrelerden biridir. Dünya geçmişten günümüze kadar geçen
yıllarda sanayileşme sürecinde gerçekleşen köklü değişimlerden ötürü teknolojik
gelişimlerin de artışı ivme kazanmıştır. Dolayısı ile sanayi yönünden gelişmiş ülkelerin
ekonomik mukayeselerinin üstünlüğünün ölçümü artık teknolojik yapıların gelişmine
bakılarak yapılmaktadır.
Bu tezde incelemesi yapılan içten yanmalı motorlar; geçmişten günümüze icat edilmiş
en önemli buluşların arasında sayılmaktadır. İçten yanmalı motorlar günümüzde deniz,
kara ve demiryolu taşımacılığında ve sanayi sektöründe sıklıkla kullanılmakta olup
mühendislik yönünden de oldukça karmaşık parametreler içermektedir.
Örneğin; geminin sevki sırasında ana makine, jeneratör veya makine dairesinde
meydana gelebilecek önemli bir arıza sonucu operasyonun aksaması veya durması ile
sonuçlanabilecek arızaların azaltılabilmesi için ilk olarak makine dairesi içerisindeki en
önemli elemanlar olan ana makine ve jeneratörlerin uygun koşullarda çalıştırılması ve
korunması gerekir. Operasyon sırasında ana makine ve jeneratör ile birlikte çalışan; T/C
türbin, T/C kompresör, yağlama ve soğutma sistemleri gibi sistem bileşenleri,
mevcuttur. Bu sistemlerde veya bileşenlerinde oluşabilecek problemler geminin
sevkine direk olarak etki etmektedir.

Bu tez çalışması dört zamanlı bir dizel motorun matematik modellemesi; T/C
kompresörün oluşturduğu hava dolgusu ile hava girişinden itibaren, T/C türbine egzoz
gazlarının türbin çarkları arasından çıkışına kadar olan sürecin modellenmesini
kapsamaktadır. Hesaplamarın yapılabilmesi için silindir gazlarının ideal gaz kanunlarına
uyduğu, kaçakların veya geri akışların olmadığı gibi kabuller yapılmıştır. Kütle ve
enerjinin korunumu ilkesine dayanarak hava silindir içerisine alındıktan sonra
püskürtülen yakıtın barındırdığı kimyasal enerjinin silindir gazları (hava, yakıt, yanmış
gaz) üzerindeki sıcaklık ve basınç değişimleri tek bölgeli termodinamik model ve Wiebe
Yanma Oranları Fonksiyonu kullanılarak modelleme kurgusu oluşturulmuştur. T/C
kompresör, skavenç manifoldu, emme valfi, silindir içi prosesleri (sıkıştırma,
püskürtme, tutuşma gecikmesi, yanma, genleşme egzoz, dolgu değişimi), egzoz
manifoldu, T/C türbini ayrı birer alt sistem olarak düşünülerek modellenmiştir. Tüm bu
sistemlerin ve bileşenlerinin birlikte çalışması krank açısı değişimine bağlı olarak
dinamik bir şekilde modellenmiştir.
Modelleme, excel üzerinde oluşturulmuş ve kontrol edilmiştir. Durum belirleyici olarak
krank açısı referans alınmış, krank açısının değişimi durumlar arasında geçişi sağlayarak
içerisinde bulunan modellerin birbirilerine veri aktarması ile tüm sistemin ve alt
sistemlerin birlikte çalışması sağlanmıştır.
Modellemeyi oluşturulan dizel motor; YANMAR 6EY22ALW Tipi 6 silindirli dört zamanlı
bir dizel motordur. Silindir çapı, strok uzunluğu, emme valflerinin açılma zamanı, biyel
kolu uzunluğu gibi sabit parametreler makine teknik kataloğundan alınmıştır. Değişken
durumlardaki T/C kompresör ve skavenç manifoldu basınç değerleri, maksimum basınç
oluşma zamanı, T/C türbin bilgileri, devir sayısı ve yakıt tüketimi gibi değerler ise
makinenin değişken durumlardaki test verileri alınarak elde edilmiştir. Oluşturulan
modelin farklı yüklerde çalıştırılması ile silindir içerisindeki basınç ve sıcaklık
değerlerinin değişimi, egzoz manifoldu basınç ve sıcaklık değerleri, T/C Türbini
tarafından üretilen güç, skavenç manifoldu basıncı ve krankşafta aktarılan güç miktarı
hesaplanmıştır. Makine operasyonu sırasında makineye verilen yakıt miktarının
değiştirilmesi ile ana makinede meydana gelen değişimlerin izlenebileceği bir çalışma
gerçekleştirilmiştir.