Hidrolik-Pnömatik Sistemler

Hidrolik & Pnömatik Sistemler

İÇİNDEKİLER

Hidroliğin Tanımı, Tarihçesi ve Temel İlkeleri

1

Hidrolik Akışkanlar

21

Enerji Besleme Biriminin Elemanları

25

Hidrolik Valfler

31

Hidrolik Silindirler, Hidrolik Motorlar ve Yardımcı Donanım

50

Pnömatikte Temel Kavramlar

60

Basınçlı Havanın Hazırlanması ve Dağıtılması

71

Yönlendirme Valfleri

87

Valfler

106

Eyleyiciler ve Çıkış Elemanları

119

HİDROLİK PNÖMATİK SİSTEMLER

BÖLÜM 1 Kaya

1. HİDROLİĞİN TANIMI, TARİHÇESİ ve TEMEL İLKELERİ Hidrolik, temel anlamda basınçlı sıvılar ile gücün üretimi, kontrolü ve iletimi ile ilgili teknolojiyi ifade eder. Etimolojik olarak su anlamına gelen Yunanca “hydor” sözcüğünden türeyen hidrolik, tarihin ilk çağlarından itibaren akarsulardan su değirmenleri aracılığı ile güç elde etmek gibi işlemleri ifade emekte idi. İlerleyen bilim ve teknoloji ile birlikte, hidroliğin ifade ettiği anlamda değişikliğe uğramış, daha ziyade yüksek basınçlı ve düşük debili sistemler ile gücün kontrolü ve iletimini konu alan bir teknoloji haline gelmiştir. Tarihsel açıdan, modern hidroliğin temelleri 1650 yılında Pascal’ın kendi adı ile anılan “Pascal yasası”nı keşfi ile başlamıştır. 1750 yılında Bernoulli’nin gene kendi adı ile anılan “Bernoulli denklemi”ni keşfi ile bir boru hattında akan bir akışkanın enerji korunumunu ifade edebilmek mümkün olmuştur. “Akışkanlar Mekaniği” adı altında yürüyen bu temel bilim araştırmaları, 1850 yılında İngiliz Teknoloji Devrimi ile hayat bulmuş ve bir teknolojik atılım olarak 1870 yılında buhar basıncı ile sıkıştırılan suyun vinçlerde, perçinleme makinelerinde kullanımı gerçekleşmiştir. Bu aşamada Akışkanlar Mekaniği “Hidrodinamik” ve “hidrostatik” olarak iki temel ilgi alnına odaklanmıştır. Hidrodinamik, hareket halindeki akışkanların mekaniği ile ilgilenirken, hidrostatik durağan akışkanların mekaniği üzerine yoğunlaşmıştır.

Şekil 1 Hidromekanik

1


Şekil 2 Hidrolik Sistemlerin Uygulama Alanları

2

Kaya


Kaya

1.1. TEMEL FİZİKSEL KAVRAMLAR Atalet: Bir cismin harekete veya hareketi esnasında gerçekleşen bir değişikliğe karşı direnç gösterme özelliğidir. Kütle: Ataletin sayısal bir ölçüsü ve aynı zamanda cismin yoğunluğu ile birlikte hacmini tanımlayan temel fiziksel ölçüdür. İvme: Bir cismin birim zamandaki hızıdır. Cismin hareketindeki hızlanma, yavaşlama, yön değişikliğini ya da durağan halde harekete geçmesini ya da hareket halindeyken durmasını ifade eder. Kuvvet: Bir cismi belli bir ivme değerine ulaştırabilmek için gereken fiziksel büyüklüktür. Yoğunluk: Bir cismin hacminim kütlesine oranıdır ve sıkıştırılamayan cisimlerde, cismi oluşturan maddenin temel değişmez özelliğidir. Basınç: Birim alana düşen kuvvettir. (bar) Debi: Birim zamanda birim alandan geçen akışkan hacmidir. (lt/ dk) 1.2 TEMEL FİZİKSEL KAVRAMLARIN SI BİRİMLERİ Kütle

kilogram

(kg)

Uzunluk

metre

(m)

Zaman

saniye

(sn)

Hız

metre/saniye

(m/sn)

İvme

metre/saniyekare

(m/sn²)

Kuvvet

Newton

(N)

Yoğunluk

Kilogram/metreküp (kg/m³)

Basınç

pascal

(Pa)

Debi

Metreküp/saniye

(m³/sn)

1.3. HİDROSTATİK BASINÇ: Bir sıvı sütununun tabanındaki basınç, sıvının yüksekliğine (h), sıvının yoğunluğuna (ρ) ve yer çekimi ivmesine (g) bağlı olup kabın şeklinden ve hacminden bağımsızdır.

3


Kaya

Şekil 3 Sıvı Basıncı Kule

baraj gölü

h = 300 m

h = 15 m

p = 100 kg/m³

p = 1000 kg/m³

g = 9,81 m/s² ≈ 10 m/s²

g = 9,81 m/s² ≈ 10 m/s²

Ps = h . p . g

Ps= h . p . g

= 300 m . 1000 kg/m³ . 10 m/s²

= 15 m . 1000 kg/m³ . 10 m/s²

=3.000.000 m . kg . m / m³ . s²

=15. 000

m . kg . m/ m³. s²

= 3.000.000 N/m²

=150.000

N/ m²

Ps = 3.000.000 Pa ( 30 bar )

Ps =150. 000 Pa (1,5 bar)

Yüksek kap h = 5m p = 1000 kg/m³ g = 9,81 m/s ≈ 10m/s² Ps = h . p . g = 5m . 1000 kg/m³. 10m/s² = 50.000 N/m² Ps =50.000 Pa ( 0,5 bar)

4


Kaya

1.4. PASCAL YASASI: Akışkanların gücü aktarma prensiplerini ortaya koyar. Bu yasaya göre, sınırlandırılmış bir kaptaki bir akışkanın bir noktasından uygulanan basınç, tüm yön ve yüzeylerde aynı değerde etkir. Bu basınç sınırlama yüzeyindeki bir “A” alanından etkiyen bir “F” kuvveti ile oluşuyorsa, sınırlandırılmış kabın içinde yükseklik farklılıklarından oluşan hidrostatik basınç ihmal edildiğinde, sınırlama yüzeyinin ve akışkanın her noktasında P= F/A basıncı oluşur. Her cisim bulunduğu yere kendi ağırlığından dolayı bir basınç p uygular. Basıncın büyüklüğü ,cisme etkiyen ağırlık kuvvetine F ve bu kuvvetin etki ettiği yüzeyin A büyüklüğüne bağlıdır.

Şekil 4 Resimde (şekil 3) iki cisim farklı etkime yüzeyleri ( A1 ve A2 ) ile gösterilmiştir cisimlerin kütlelerinin aynı olması halinde tabana aynı ağırlık kuvveti F etkiyecektir, fakat etkime yüzeylerinin farklı olması nedeniyle basınçlar farklı büyüklükte olur. Ağırlık kuvveti sabit olmak koşulu ile büyük etkime yüzeyine göre küçük etkime yüzeyinde daha büyük basınç meydana gelir ( kurşun kalem etkisi ) . bu durum aşağıdaki formülle ifade edilir. P= F/A Pascal yasası, bize aynı zamanda hidrolik kuvvet iletimi- kuvvet arttırmaprensibini sunmaktadır. Bu prensip, mekanik sistemlerdeki kaldıraç mantığı ile aynıdır. Hidrolik bir sistemde, Pascal yasası uyarınca hidrolik kuvvet iletimi basit mantıkla aşağıdaki şekilde ifade edilir. Geçerli alan denklem grubu aşağıdaki şekilde üretilir.

5


Kaya

Aı alanına etki eden Fı kuvveti, sıvının Sı kadar yer değişmesine neden olur. Sıvıda Fı kuvvetinin yarattığı basınç Pı, Fı kuvvetinin Aı alanına bölümüne eşittir. Pı = Fı / Aı Pascal yasası uyarınca, bu basınç tüm kapalı kap boyunca aynen etkir. Dolayısı ile A2 etkiyen bu Pı basıncı, A2 alanında , A2 ile Pı basıncı kadar bir F2 kuvvetinin doğmasına neden olur. F2 = Pı x A2 Aynı zamanda, Fı kuvvetinin neden olduğu Sı yer değişikliği Aı alanı ile Sı yer değişikliğinin çarpımına eşit hacimsel değişikliği beraberinde getirir. Maddenin korunumu ve sıvıların sıkıştırılamazlığı prensibinde, aynı hacimsel değişiklik A2 alanında da tecrübe edilecektir. Bu durumda A2 alanının S2 yer değişikliği S2 = Aı x Sı/ A2 dir. Yukarıda denklem grupları bir araya getirildiğinde, Pascal yasasının bize armağan ettiği kuvvet artırımı prensibi aşağıdaki toplam denklem grubu ile ifade edilir.. Sı/S2 = A2 / Aı = F2/ Fı Enerjinin korunumu prensibi de aynı zamanda bize, her iki alanda da yapılan işlerin aynı olması gerektiğini bildirdiğinden W= Fı x Sı = F2 x S2 Aynı mantık bize hidroliğin basınç artırma ilkesini de tanımlamaktadır. İki ucunda iki farklı piston alanı olan bir mili rijit bir yapıda olduğundan her iki alanda da aynı kuvvet etkir. F= Pı x Aı = P2 x A2 Dolayısı ile Pı/ P2 = A2/ Aı Bu sayede bir düşük basınç kaynağı kullanarak yüksek basınç elde etmek mümkün olacaktır. Birim : 1 Pa = N/ m²

1 bar = 100 000 N/ m² = 105 Pa

P = basınç ( Pa )

Pa = pascal ( diğer birim : bar )

F = kuvvet (N)

N = Newton ( 1 N = 1 kg . m / s²

A = yüzey ( m²)

m² = metrekare

)

Değişiklik yapmak suretiyle , kuvvetin (F) ve yüzeyin (A) hesaplamasında kullanılan formüller elde edilebilir.

6


Kaya

örnek: 100 bar basınçla beslenen bir silindirde etkili piston yüzeyi A=7,85 cm² olarak örnek verilmektedir.Buna göre,elde edilebilecek maksimum kuvvet ne kadardır? Verilenler: p = 100 bar = 1000 N/cm² A = 7,85 cm² F=pxA F =1000 N x 7,85 cm²/cm² F = 7850 N Sistem basıncı 75 bar olan bir kaldırma tertibatı ile 15 000 N ağırlığında bir yük kaldırılmak istenmektedir.Buna göre, piston yüzeyinin (A) büyüklüğü ne olmalıdır. Verilenler: F = 15 000 N p = 75 bar =75 . 105 Pa A = F/P = 15000 N / 75 . 105 Pa = 0,002 N . m² / N A = 0,002 m² = 20 cm² Kapalı bir sistemdeki sıvıya, bir A yüzeyi üzerinden bir F kuvveti etki etmesi halinde meydana gelen basınç, sıvının sistem içinde ulaştığı her noktaya sıvı tarafından iletilir (Pascal Kanunu). Kapalı sistemin her yerine etkiyen basıncı değeri aynıdır.

Şekil 5 Hidrostatik Basınç 7


Kaya

h =1m p = 1000 kg/m³ g = 9,81 m/s² ≈ 10 m/s² Ps = h . p g = 1 m. 1000 kg/m³.10 m/s² = 10 000 m . kg . m / m³ . s² = 10 000 N/ m² Ps = 0,1 . 105 Pa Ps = 0,1 bar Hidrolik sistemlerdeki çalışma basıncının oldukça yüksek olması nedeniyle, hidrostatik basıncı ihmal edilebilir.Bu nedenle sıvılarda basıncın hesaplanmasında, sadece dış kuvvetlerin etkisi altında meydana gelen basıncı dikkate alınır. Netice yüzeylerine etkiyen basıncı ile A1 yüzeyine etkiyen basınç olarak A2,A3….. aynidir.Bunu, katı cisimlerde olduğu gibi aşağıdaki formülle hesaplamak mümkündür. Örnek

Verilenler: A1 = 10 cm² = 0,001 m² F = 10 000 N P = F/A =10 000 N / 0,001 m² = 100 . 105 Pa (100 bar)

Örnek

= 10 000 000 N/ m²

Verilenler : p = 100 . 105 Pa A2 = 1 cm² = 0,0001 m² F =pxA = 100 . 105 Pa x 0,0001 m² = 1000 N. m²/ m² F = 1000 N

Kapalı sistemin her yerinde aynı basınç etkimekte olup , sıvının bulunduğu kabın şeklinin basınç dağılımı açısından önemi yoktur.

8


Kaya

Şekil 6 Kuvvet Değiştirme Sıvının bulunduğu kabı resimde olduğu gibi şekillendirmek suretiyle kuvveti değiştirmek mümkündür. Sıvı basıncı aşağıdaki formülle ifade edilir. P1 = F1 / A1

ve P2 = F2 / A2

Sistemin denge durumunda : P1 = P2 Yazılarak her iki eşitlik aşağıdaki gibi birbirine eşitlenir. Bu eşitlikten yararlanarak F1 ve F2 hatta A1 ve A2 büyüklüklerinin hesaplanması için gerekli formüller türetilebilir. F1 / A1 =

F2 / A2

Örneğin : F1 ve A2 için aşağıdaki formüller yazılabilir: F1 = A1 x F2 / A2

A2 = A1 xF2 / F1

Basınç pistonuna uygulanan küçük kuvvetlerle iş pistonunun yüzeyini genişletmek suretiyle büyük kuvvetler elde edilir bu temel prensip en basit taşıt kaldırma tertibatları dahil olmak üzere oldukça ağır yükleri kaldırmada kullanılan hidrolik sistemlere kadar birçok yerde uygulanır. F1 kuvveti bu kuvvetin etkisi ile meydana gelen sıvı basıncının kaldırılması gereken ağırlığın etkisi ile oluşan basıncı yenecek derecede büyük olması gerekir. Örnek: Bir taşıt kaldırma sistemi ile bir otomobilin kaldırılması istenmektedir. Kaldırılması gereken kütle m = 1500 kg olduğuna göre pistona etkiyen F1 kuvveti ne olmalıdır ?

9


Kaya

Şekil 7 Kuvvet Değiştirme

Verilenler Kütle m = 1500 kg Ağırlık kuvveti F2 = m x g F2 = 1500 kg . 10 m S2 F2 = 15 000 N Verilenler A 1 = 40 cm2

= 0,004 m2

A2 = 1200 cm2 = 0,12 m2 F1 = A1 x F2 / A2 = 0,004 m2 x 15 000N / 0,12 m2 F1 = 500 N 500 N değerindeki F1 kuvvetinin el ile uygulanması oldukça güç olduğundan örnek bu kuvvetin 100 N olması için piston yüzeyi A2 ne olmalıdır ? F1= A 1 x F2 / A2 A2 = A 1 x F2 / F1 A2 = 0.04 x 15000 / 100 A2 = 0.6 m2 Yukarıda izah edilen prensibe göre F2 yükünün s2 yüksekliğine kaldırılması için K1 pistonunun etkisi ile K2 pistonunu s2 yüksekliğine kaldıracağı kadar sıvı yer değiştirmelidir.

10


Kaya

Şekil 8 Strok Değiştirme Yer değiştirmesi gereken sıvı sütunlarının hacmi aşağıdaki gibi hesaplanır; V1 = s1 x A1 ve V2 = s2 x A2 Burada hesaplanan hacimler birbirine eşit olduğundan ( V1 = V2 ) ifadelerini söylemek suretiyle aşağıdaki netice elde edilir: s1 x A1 = s2 x A2 A1 yüzeyi A2 yüzeyine göre daha küçük olduğundan s1 yolunun s2 yolundan daha büyük olacağı burada kolayca görülmektedir. Piston yolu ile piston yüzeyi arasındaki ilişki ters orantılıdır. Bu esaslara göre , buradaki büyüklükler s1 ve s2 veya A1 ve A2 için ilgili formüller türetilebilir. s2 ve A1 için formüller, aşağıda örnek olarak verilmiştir

Şekil 9 Strok Değiştirme

11


s2 = s1 x A1 / A2

Kaya

A1 = s2 x A2 / s1

Verilenler:

Verilenler:

A1= 40cm2

A2 = 1200 cm2

A2 = 1200 cm2

s1 = 30cm

s1 = 15cm

s2 = 0,3cm

s2 = s1 x A1 / A2 s2 = 15x40/1200 s2 = 0.5 cm A1 = s2 x A2 / s1 A1 = 0.3 x 1200/ 30 A1 = 12 cm2 Sıvı basıncı p1 in A1 yüzeyine etkimesi ile meydana gelen F1 kuvveti Piston kolu üzerinden küçük pistona iletilir. Böylece A2 yüzeyine etkiyen F1 kuvveti p2 sıvı basıncını meydana getirir. A2 piston yüzeyi A1 piston yüzeyinden daha küçük olduğundan p2 basıncı p1 basıncından daha büyük olması gerekir. Burada da aşağıdaki prensip geçerlidir.

Şekil 10 Basınç Değiştirme P= F/A Böylece F1 ve F2 kuvvetleri için aşağıdaki ifadeler yazılabilir. F1 = P1 x A1

ve

F2 = p2

x

A2

Kuvvetlerin eşit olması (F1 = F2) nedeniyle , ifadeler birbirine eşitlenebilir P1 x A1 = p2 x A2 Çift etkili silindirlerde piston kolu boşluğundan akışkan çıkışının engellenmesi halinde, basınç değişimi nedeniyle müsaade edilmeyen basınçlar meydana gelebilir:

12


Kaya

Şekil 11 Çift Etkili Silindir ile Basınç Yükseltme Verilenler:

Verilenler

P1 = 10 . 105 Pa

P1 = 20 . 105 Pa

A1 = 8 cm2 = 0,0008 m2

P2 = 100 . 105 Pa

A2 = 4,2 cm2 = 0,00042 m2

A1 = 8 cm2 = 0,0008 m2

p2 = P1 x A1 / A2 p2 = 10 . 105

x

0,0008 / 0,00042

p2 = 19 bar A2 = P1 x A1 / P2 A2 = 20 . 105 x 0,0008 / 100 . 105 A2 = 0.0002 m2 = 2 cm2

1.5. AKIŞ YASALARI Hidrolik tanımında hidrostatik iş yapabilme kapasitesinden hidrodinamik iş yapabilme kapasitesinde yüksek olması mantığı yer alsa da, sonuçta farklı hidrolik devre elemanları arasında bir sıvı akışı mevcuttur.. Bu akış hidrodinamik yasaları çerçevesinde gerçekleşir. En temel yasa, Maddenin korunumu yasasıdır. Bu yasa çerçevesinde, madde yaratılamaz ve yok edilemez. Akışkanlar mekaniğinde “süreklilik yasası” olarak anılan maddenin korunumu prensibi, bir boru içindeki akışta şöyle yorumlanır. Bir borunun içindeki akışta, bir kesitten birim zamanda geçen kütle miktarı, boruya yeni akış eklenmediği ya da borudan dışarı akış alınmadığı sürece sabittir. Bunun sonucu olarak boru kesit alanındaki değişiklik birim zamanda geçen akışkan kütle miktarını değiştirmez. Ancak kütle miktarı aynı kalarak kesit alanı değiştiğinden, aynı miktarda kütleyi birim zamanda değişik bir kesit alanından geçişini sağlayabilmek için akışkan hızını değiştirir. Hidrolikte kullanılan sıvıların pratik olarak sıkıştırılamaz oldukları kabul edildiğinde, akış boyunca sıvının yoğunluğu sabittir. Bu durumda süreklilik yasasını temelden ele alırsak: m = ρ x Q = Sabit

13


Kaya

m = Birim zamanda tekabül eden kütle miktarı ρ = Yoğunluk Q = Debi Eğer yukarıda bahsedildiği üzere yoğunluğun da sabit olduğu göz önüne alınırsa, bu hidrolik akışlarda neden olan temel verilerde birisinin debi olduğu ortaya koyar; zira süreklilik yasası, debinin sabit olması gerektiğini söylemektedir. Q = Sabit Akışkanın debisi de akışkanın hızı v ile kesit alanı A nın çarpımına denktir. Q = v*A Bu durumda, süreklilik denklemi Q = vı x Aı = v2 x A2 halini alır. Hacimsel debi formülünden hacim (V) ve Zaman (t) hesabı için gerekli eşitlikler türetilebilir. Buna göre: V=Qxt Verilenler: Q = 4,2 It/dak = 4,2/60

It/s

t = 10 s V = 4,2 x 10/60 It .s/ s V = 0,7 It Sonuç: Q = 4,2 I /dak lık hacimsel debi ile, 10 saniyede 0,7 litre hacminde akışkan iletidir Verilenler: V = 105 It Q = 4,2 It/dak t = V/ Q t = 105 /4,2

It . dak/ lt

t = 25 dak Sonuç: Hacimsel debinin 4,2 I/dak olması halinde 105 litre akışkanın iletilmesi için 25 dakika gerekir. Hacimsel debi formülünde Q = V/ t hacim yerine . yer değiştiren akışkanın hacmi V 14


Kaya

V=Axs Yazılmak suretiyle aşağıdaki eşitlik elde edilir: Q= Axs/t

Şekil 12 Silindir Verilenler: A = 8 cm2 s = 10 cm t = 1 dak Q = A x s/ t = 8 x 10/1

cm2 . cm/ dak

Q = 80 cm3/dak = 0.08 dm3/dak Sonuç: Piston yüzeyi 8 cm2 olan bir silindirde pistonun bir dakikada 10 cm ileri hareket edebilmesi için enerji besleme birimi , 0,08 I/dak lık bir debi ile sistemi beslemesi gerekir Değişik şekillerdeki kesitlerden meydana gelen bir borudan akan akışkanın hacimsel debisi , borunun her kesitinde aynı büyüklüktedir. Debinin sabit kalması koşuluyla bu ifade, akışkanın küçük kesitlerde büyük kesitlere göre daha hızlı aktığı anlamına gelir.

Şekil 13

15

HİDROLİK PNÖMATİK SİSTEMLER Verilenler: V1= 4m/s V2= 100m/s A1= 0,2 cm2 = 0,2 . 10-4m2 A2= 0,0008cm2 = 0,008 . 10-4m2 Q= 0,2 . 10-4m2 x 4m/s = 0,008 . 10-4m2 x 100m/s Q= 0,8 . 10-4m3/s Örnek:

Şekil 14 Silindir Verilenler: Pompa debisi Q Q = 10 It/dak

= 10

= 10 . 103

cm3 /dak

dm3 / dak

= 10 . 103 /60 cm3 / san Giriş kesitinin çapı d1 = 6mm Pistonun çapı

d2 = 32mm

İstenilenler: •

Giriş borusundaki akışkan hızı v1

•

Pistonun dışarı hareket hızı v2

Q = v1 x A1 = v2 x A2 A1= π x d12 /4 = 0,28 cm2

16

Kaya


Kaya

A2= π x d22 /4 = 8.0 cm2 v1 = Q/ A1 = 10.10³/ 60 x 0,28

cm³/ cm². s

= 595 cm/s = 5,95 m/s v2 = Q/ A2 = 10.10³/ 60 x 8 cm³/ cm². s v2 = 20,8 cm/s = 0,21 m/s Basınç ölçümü Hatlar da veya yapı elemanlarının giriş ve çıkışlarında basıncı ölçmek için , hattın ilgili yerlerine basınç göstergesi monte edilir. Mutlak basınç ve bağıl basınç olmak üzere iki ayrı basınçtan söz edilir. Ölçü aletinin sıfır noktasının tanımı mutlak vakum değeri ile belirlenmiş ise, bu aletin gösterdiği değer mutlak basınç değeridir; şayet sıfır noktasının tanımı atmosfer basıncı esas alınarak yapılmışsa, ölçülerin basınç değeri bağıl basınç değeridir. Vakum değeri olarak, mutlak ölçme sisteminde 1 den küçük değerler ve bağıl ölçme sisteminde 0’dan küçük değerler alınır Sıcaklık ölçümü Hidrolik sistemlerde hidrolik akışkanın sıcaklığı, ya basit bir ölçme cihazı yada sinyalleri kontrol bölümüne gönderen bir ölçme sistemi ile ölçülür. Yüksek sıcaklık (>600) hidrolik akışkanın erken yaşlanmasına neden olacağından, sıcaklık ölçümü önemlidir. Ayrıca viskozite de sıcaklığa bağlı olarak değişir. Ölçme cihazları hidrolik sistemin tankına monte edilebilir. Sıcaklığı sabit tutmak için , ihtiyaca göre soğutucuyu veya ısıtıcıyı devreye sokan sıcaklık anahtarı veya termostat kullanılır. 1.6. AKIŞ ŞEKİLLERİ Akış , laminer ve türbülanslı olmak üzere ikiye ayrılır. Laminer akışta sıvı, boru içinde düzenli silindirik tabakalar halinde hareket eder. Borunun iç çeperinden boru eksenine doğru bu tabakaların hızı artar ve eksene en yakın olan tabakanın hızı en yüksektir. Akışkanın hızı artırılınca belli bir hızdan sonra ( kritik hızın ) akışkan parçacıklarının hareketi düzenli tabakalar halinde olmaktan çıkar. Akışkan parçacıkları borunun ortasından yanlara doğru yön değiştirir. Bu şekilde parçacıklar birbirlerine etki ederek karşılıklı birbirlerinin hareketlerini engeller ve girdap şeklinde türbülans denilen düzensiz akış meydana gelir. Bu ise ana akışta enerji kaybına neden olur.

17


Kaya

Şekil 15 Akış Şekilleri Diğer önemli bir yasa ise enerjinin korunumu yasasıdır. Genel bir fizik yasası olarak, enerji yaratılamaz ya da yok edilemez, ancak form değiştirir. Akışkan sistemleri ile mekanik sistemler arasında enerji konusunda büyük benzerlik vardır. Bir tekerleği, yüksekliğinde bir tepeye çıkardığınızda, tekerleğin artık yuvarlanarak kendi başına tekrar aşağı inme “potansiyeli” vardır.Dolayısı ile, tekerlek tepeye çıkarıldığında bir potansiyel enerji kazanmıştır. Bu potansiyel enerji tekerleğin kütlesine ve çıkarıldığı yüksekliğe bağlıdır.tekerlek tepeden aşağı bırakıldığında harekete geçer ve hızlanarak aşağı iner, yani potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür. Tekerleğin kinetik enerjisi kütlesine ve hızının karesine bağlıdır. Akışkan sistemlerde de bir akışkanı basınçlandırmak, tekerleği tepeye çıkartmak ile aynıdır. Bunun yanında, hidrostatik basınç tanımından da hatırlanacağı üzere, akışkanlarda yükseklik farkından kaynaklanan bir basınç farklılaşması vardır. Dolayısı ile akışkan yüzeyleri arasındaki yükseklik farkı da bir potansiyel enerjidir.Aynen mekanik sistemlerde de olduğu gibi, akışkanlarında kinetik enerjileri hızlarının karesi ile ve kütleleri ile orantılıdır.Bu ifade matematiksel olarak yazıldığında: Basınçtan kaynaklanan potansiyel enerji

P

Seviye farkından kaynaklanan potansiyel enerji

ρxgxh

Kinetik enerji

½ x ρ x V²

ρ = Yoğunluk g = Yer çekimi ivmesi h = Seviye farkı V= Hız Eğer enerji korunuyorsa, o halde bu üç enerji toplamları sabit kalacaktır. Enerjinin korunum yasası bu durumda E = P+ ρ x g x h + ½ x ρ x V² = Sabit Bu eşitlik Bernoulli denklemi olarak bilinmektedir.

18


Kaya

Bernoulli denklemi ile süreklilik denklemi bir arada incelendiğinde ilginç bir durum ortaya çıkar. Aı kesit alanında Pı basıncındaki Vı hızı ile akan sıvı daha dar bir A2 kesitine girdiğinde, süreklilik denklemi uyarınca Vı den daha yüksek bir V2 hızına ulaşır. Aı ve A2 boru kesit alanlarının aynı seviyede olduğu varsayılırsa, Bernoulli denklemi çerçevesinde yüksek V2 hızının olduğu dar A2 kesitinde P2 basıncı Pı basıncından düşüktür. Ne var ki gerçek hayatta akışkan sistemleri dahil olmak üzere, hiçbir sistem ideal değildir. Sıvının “Viskozite” değeri ile ifade edilen akışa öz direnci, boru ve bağlantı elemanlarındaki kayıplar gibi bir çok faktör yararlı ve kullanılabilir enerjiyi, kullanılamaz ısı enerjisine dönüştürür. Akışkan sistemler genişletilmiş bernoulli denklemi ile bu kayıpları dahil edecek şekilde matematiksel olarak ifade edilir. Genişletilmiş Bernoulli denklemi Pı + ρ x g x hı + ½ x ρx Vı² = P2 + ρ x g x h2+ ½ x ρx V2²+ƒ ƒ: Sistemdeki enerji kaybı Sabit kesitli bir boru içi akışı için yukarıdaki genişletilmiş bernoulli denklemi ele alındığında, akış hızı süreklilik denkleminden dolayı sabit kalacağından, sürtünmenin etkisinin basınç düşümüne neden olacağı görülür. Bu aşamada, fark edileceği üzere, akış halindeki bir akışkanın yapısından kaynaklanan iki farklı kuvvet vardır. Bunlardan birincisi,akışkanın akış parametrelerini korumaya meyilli ataletsel kuvvetler, diğeri ise akışkanın akış parametrelerini bozmaya çalışan viskoz kuvvetler. Bu iki farklı kuvvetin birbirine oranı akış karakteri ve sürtünme kayıpları için son derece önemli birimsiz bir parametre tanımlarlar. Bu parametre Reynolds sayısı olarak bilinir. Ve bir boru içindeki akışta matematiksel olarak Re= V*D / ν şeklinde ifade edilir. Re: Reynolds sayısı V: Hız D: kesit çapı ν: Kinematik viskozite Eğer boru daire kesitli değilse, hidrolik çap değeri denilen çap değeri kullanılmalıdır. Dh = 4xA / U Dh : Hidrolik çap A: Kesit alanı U: Çevre Hidrolik hattında basınç kaybına neden olan faktörler -

Boru uzunluğu

19


-

Borunun yüzey düzgünlüğü

-

Kıvrım ve dönüş sayısı

-

Akış hızı

-

Yağın kinematik viskozitesidir.

Kaya

Akışkanların doğasından kaynaklanan dört nokta vurgulanmalıdır. 1. Bir akışkan sisteminde direnç yoksa basınç oluşmaz. Direnç arttıkça sistemdeki basınç da akışı sürdürebilmek için artar. 2. Akış daima düşük basınç kaybı ile akabileceği hattı tercih eder. 3. Akışın sürdürülebilmesi, akışın önündeki tüm dirençleri yenebilecek bir basınç oluşturulmasına bağlıdır. 4. İki nokta arasında akış olabilmesi için bu iki nokta arasında bir basınç farkı olmalıdır.

20

HİDROLİK PNOMATİK SİSTEMLER

BÖLÜM 2 Kaya

2. HİDROLİK AKIŞKANLAR Bir hidrolik devrede akışkan, hidrostatiğin temel prensipleri içinde, pompa tarafından mekanik enerji şekline çevrilen gücü bir noktadan başka bir noktaya taşır. Son noktada bu gücü hidrolik enerji şeklinden tekrar mekanik enerjiye çeviren dönüştürücülere teslim eder. Kısaca hidrolik sistemde hidrolik akışkanın temel görevi, kuvvetlerin ve hareketlerin iletilmesidir. İşi biten akışkan ya tanka döner (açık sistem) veya tanka dönmeden tekrar birinci noktadaki pompaya döner (kapalı sistem) Küçücük bir kol ile tonlarca yükü hareket ettiren, boru ve hortumlarla istenilen yerde bu hareketi gerçekleştiren akışkan taşıdığı büyük güçlerin etkisinde çeşitli değişikliğe uğrar. Özelliği bozulur, kirlenir, görevini yapamaz hale gelir. Dünyada fazlası ile bulunan su, yıllarca hidrolik akışkan olarak kullanılmıştır. Daha sonra petrol ürünleri üstün yağlama özelliklerinden ve temasta bulundukları madeni parçaları paslandırmadıklarından hidrolik devrelerce suyun yerini almaya başladı. Ancak petrol ürünlerinin pahalı olması ve çevre kirliliğinin önem kazanması sonucu sulu akışkanların kullanımı tekrar önem kazanmıştır. Yakın bir gelecekte özellikle yer ve ağırlığın büyük sorun olmadığı endüstriyel uygulamalarda sulu akışkanların petrol türevlerinin yerini alması beklenebilir.

2.1-HİDROLİK AKIŞKANLARIN SINIFLANDIRILMASI Hidrolik sistemlerin görevlerini tam olarak yapabilmesi için sistemde kullanılan akışkanların aşağıda belirtilen özelliklere sahip olmaları gerekir. -

Sistemden beklenen bütün çalışma sıcaklıklarında akışkan, basınç ve hız değişimlerine imkan verecek kadar akıcı olmalıdır. Bunun yanında akıcılığı, yüksek sıcaklıklarda sistemde kaçaklara sebep olmayacak sınırlarda kalabilmeli yani istenilenden fazla incelmemelidir.

-

Akışkanın viskozitesi bütün çalışma şartlarında sürtünen parçalar arasında film teşekkülüne imkan vermeli, yani yağlama ve aşınmayı önleyici özelliği yeteri kadar iyi olmalıdır.

-

Yüksek sıcaklıklarda termal dengesi, uzun süreli çalışmalarda kimyasal özellikleri değişmemelidir.

-

Ergimiş havayı dışarı atabilmeli, sistemde köpük oluşumuna engel olmalıdır.

-

Akışkan içinde bulunan ve kirlenmeye neden olan maddelerle reaksiyona girmemeli,yüzey gerilim özellikleri istenilen seviyede olmalıdır.

-

Hidrolik makinelerin çeşitli bölümlerinde, akışkan sık sık makinenin pompalama elemanları (paletler dişliler vs.) tarafından kesilir. Bu kesilmeler sonucunda akışkanın viskozitesi istenilen aralıklarda kalmalı yani yırtılmalara karşı dayanıklı olmalıdır.

21


Kaya

-

Filtreleme (temizlik) kolay olmalı, akışkanın buharlaşma basıncı pompa girişinde kavitasyona sebep olmayacak seviyede olmalıdır.

-

Kolay tutuşmamalı, akışkan veya buharları çevreyi kirletmemeli, zehirsiz olmalıdır.

-

Tortu oluşturmamalı, düşük maliyetli ve sürekli bulunabilir olmalıdır.

-

Diğer hidrolik akışkanlarla uyumlu ve değiştirilebilirlik özelliklerine sahip olmalıdır.

CETOP RP 91 ve RP 86 H standartlarında hidrolik sistem akışkanları aşağıdaki şekilde sınıflandırılmaktadır. 2.1.1 MADENİ YAĞLAR HH: Katıksız madeni yağlar HL: Oksidasyona ve korozyona karşı korunmuş katıklı yağlar HM: HL özelliklerine ek olarak aşınmaya dayanıklılığı artırılmış katıklı yağlar. HV: HM özelliklerine ek olarak viskozitesinin sıcaklıkla değişimini iyileştiren ek katıklı yağlar. 2.1.2 ZOR TUTUŞAN AKIŞKANLAR HFA: Su içinde yağ ve yağlayıcı özelliği olan başka maddeleri ihtiva eden emülsiyonlar %10 a kadar yağ ve benzeri karışımlar su ile karıştırılarak kullanılırlar. Endüstriyel uygulamalarda ve yer altı madenciliğinde gittikçe artan bir oranda kullanılmaktadır. En ucuz akışkan olup yağlama özelliği zayıftır. Genellikle kullanım yerinde hazırlanır. HFB: Yağ içinde su emülsiyonları. Bunların yağlama özellikleri daha iyidir. HFC: Glikol solüsyonları. % 40 civarında su ihtiva ederler. HFD: Su ihtiva etmeyen sentetik akışkanlar. Kimyasal kompozisyonları gereği kolay tutuşmayan bu akışkanlar pahalıdırlar. Daha çok özel maksat için kullanılırlar. Fosfat esterleri, silikonlar bu sınıfa giren önemli sentetik akışkanlardır.

2.2. AKIŞKANLARIN ÖNEMLİ ÖZELLİKLERİ 2.2.1 VİSKOZİTE Akışkanın kalın ya da ince oluşunu başka deyişle akmaya karşı gösterdiği direnci ifade eder.

22


Kaya

2.2.2 KİNEMATİK VİSKOZİTE Belirli basınç ve sıcaklıkta, belirli bir hacimde akışkanın kalibre edilmiş bir memeden boşalma zamanını ölçerek bulunur ve stoke denir. 1 St = 1 cm²/s=100 cSt= 100 mm²/s 2.2.3 MUTLAK VİSKOZİTE (DİNAMİK VİSKOZİTE) Hareket eden yüzeyler arasında kalan film tabakasında iç sürtünmeyi yenmek için gerekli kuvveti bulmaktan hareketle tarif edilen viskozitedir.Birimi Ns/mm² olup kinematik viskozite ile özgül kütlenin çarpımına eşittir. 2.2.4 SIKIŞABİLİRLİK Basınç altında bırakılan akışkanın hacim değişimi sıkışabilirlik olarak tarif edilebilir. Sıkışabilirlik akışkanın sıcaklığına ve basıncına bağlıdır. Madeni yağlarda sıcaklığın etkisi 20-70 ºC arasında azdır. Buna karşılık basıncın etkisi büyük olup 300 bar a kadar yaklaşık her 50 bar için başlangıç hacimlerinin % 0.36 kadar sıkışabilirler. 2.2.5 SICAKLIKTA HACİM DEĞİŞİMİ: Akışkanların hacimleri sıcaklıkla artar. Bu artış madeni yağlar için her 1ºC sıcaklık artışı için % 0.07 dir. Örnek: 10 litrelik bir yağ sıcaklığı 20 ºC den 80 ºC ye yükseltilirse hacim değişmesi ne olur. ∆V= V0 x yx ∆T ∆V= 10x0.0007x(80-20)= 0.42 litre.

2.3. AKIŞKANLARIN DİĞER ÖZELLİKLERİ 2.3.1 OKSİDASYONA DAYANIKLILIK Yağın Kullanım ömrü tayininde en önemli faktördür. Hava içindeki oksijen yağdaki hidrokarbonlarla reaksiyonu neticesi yağ oksidi oluşur.Aşırı sıcaklık, bakır, çinko gibi metalik kalıntılarında yardımı ile bu reaksiyon hızlanır.

23


Kaya

2.3.2 VİSKOZİTE DEĞİŞİMİ Okside olmuş yağların viskozitesi artar. Yanlış seçilen bölgesel ısıtıcılar ve yağdan daha hafif yabancı maddeler viskoziteyi düşürür. Hidrolik sistemlerde viskozite indeksi yüksek, yani sıcaklıkla viskozite değişimi az olan yağlar tercih edilmelidir. 2.3.3 YAĞLAMA ÖZELLİĞİ Aşınmayı en aza indirebilmek ancak ortak çalışan parçalar arasında tam yağ filmini oluşturmakla mümkündür. Zaman zaman makinelerde aşırı yük ve aşırı hız, yağ filminin oluşmasına engel olur. 2.3.4 YAĞ İÇİNDEKİ HAVA VE KÖPÜRME Bir litre yağ, atmosfer basıncında 0.09 litre havayı içinde ergimiş olarak tutabilir. Bu değer 300 bar da 27 lt ye ulaşır. Yani yağ 300 bar da hacminin 27 katı havayı ergimiş halde tutabilir. Kabarcık halde bulunan hava ise sistem için çok tehlikelidir. Aşırı gürültü, sistem elastikiyetinin artması sonucu güç iletimi ve kontrolünde zorluklar kendini gösterir.özellikle pompa girişinde düşük basınçtan dolayı kabarcıklar büyür., pompa içinde ve çıkışında ani sıkışma sonucu kavitasyon hasarlarına benzer yıpranmalara neden olur. Havanın akışkan içerisinde kabarcık halinde bulunması sızdırmazlık elemanlarına da büyük zarar verir.Kabarcığın ani sıkışması noktasal alarak aşırı sıcaklık artışına neden olur ve keçeler bu sıcaklıktan dolayı bölgesel olarak yanar. Hava kabarcığından dolayı köpüren yağın yağlama özelliği kalmaz. Bütün bu zararlı etkileri en aza indirebilmek için yağ deposundan başlayarak, sistem iyi dizayn edilmelidir. Giriş borusu büyük tutulmalı, keskin boru dönüşlerinden kaçınılmalı, pompa girişinde basınç mümkün mertebe pozitif değerde tutulmalı (basınçlı depolar, başka pir pompa ile ana pompa girişine yağ basma gibi) ve mutlaka işletmeye alınmadan önce sistemi teşkil eden elemanların havaları dikkatlice alınmalıdır. Hava cepleri elemanların en yüksek noktalarında meydana geleceğinden buralara bağlanacak hortumların diğer uçları bir kap içerisinde yağa daldırılarak sistemin havası iyice alınmalıdır. 2.3.5 KAVİTASYON Kavitasyon deyince (cativare = aşındırmak), metallerin yüzeylerinden küçücük parçaların kopartılması olayı anlaşılmalıdır. Kavitisyon hidrolik elamanlarını (pompalar ve valflar) kontrol kenarlarında meydana gelir. Bu şekildeki malzeme tahribatı, bölgesel ve ani olarak meydana gelen basınç ve sıcaklık değişimlerinden kaynaklanır

24


BÖLÜM 3 Kaya

3. ENERJİ BESLEME BİRİMİNİN ELEMANLARI Enerji besleme birimi hidrolik sistem için gerekli enerjiyi temin eder. Bu bitimin elemanları aşağıda verilmiştir; -

Tahrik elemanı

-

Pompa

-

Basınç sınırlama valfı

-

Kavrama

-

Tank

-

Filtre

-

Soğutucu

-

Isıtıcı

Ayrıca here hidrolik sistem bakım, kontrol, emniyet cihazlarının yanı sıra hidrolik yapı Elemanlarını birbirine bağlayan hortum ve borular içerir.

3.1 TAHRİK Bir hidrolik sistemin tahriki ( el pompası dışında) motorlar (elektrik motoru, içten yanmalı motorlar) vasıtası ile olur. Pompa için mekanik güç, sabit hidrolik sistemlerde daha ziyade elektrik motorları ve hareketli hidrolik sistemlerde içten yanmalı motorlarla temin edilir.

3.2 POMPA Hidropompa olarak da adlandırılan hidrolik sistemin pompası, tahrik biriminden aldığı mekanik enerjiyi hidrolik enerjiye (basınç) enerjisine çevirir. Pompa hidrolik sıvıyı emer ve iletim hattına basar. Hidrolik akışkanın, akış esnasında ters yönde karşılaştığı dirençlerden dolayı hidrolik sistemde basınç yükselir. Basıncın büyüklüğünü, iç ve dış dirençler ile hacimsel debi belirler. •

Dış dirençler: Bunlar iş kuvvetleri, mekanik sürtünmeler, statik yükler ve ivmelendirme kuvvetlerinden meydana gelir.

•

İç dirençler: Bunlar, hatlarda ve yapı elemanlarında, sıvı sürtünmesi ve debi kayıpları (akış kontrol noktalarında) şeklinde meydana gelen toplam sürtünmeler olarak ifade edilirler.

Bir hidrolik sistemdeki akışkan basıncı, pompa vasıtası ile önceden belirlenemez., aksine dirençlere bağlı olarak oluşur. Ve sınır koşullarda bir yapı elemanının parçalanmasına neden olacak derecede yükselebilir. Pratikte bu durum, pompa için uygun olan maksimum işletme basıncına sabit olarak ayarlanan bir 25


basınç sınırlama valfının, emniyet valfı olarak direk pompa gövdesine entegre edilmesi ile önlenir.

Kaya

pompa çıkışına veya

Hidrolik pompaların yapım şekilleri oldukça değişik olmasına rağmen, bunların hepsi yer değiştirme metoduna göre çalışır.

3.3 KAVRAMA Kavramalar, enerji besleme biriminde motor ile pompa arasında yer alır. Bunlar motorun ürettiği dönme momentini pompaya iletir. Ayrıca motor ve pompa arasındaki titreşim ve darbeleri sönümleme vazifesi de görür. Bu sayede, motorun devir sayısındaki ani değişmelerin pompaya ve pompa tarafından gelen ani basınç değişmelerinin motora geçişi önlenir. Bunun dışında kavramalar, motor ve pompa milinin bağlantısında olabilecek küçük mertebede eksenel ve açısal sapmaları dengeler.

Şekil 16 Sabit Debili Pompalar

26


Kaya

3.4 TANK Bir hidrolik sistemde, tankın bir çok görevi vardır. Bunlardan bazıları aşağıda belirtilmiştir. -

Hidrolik sitem için önemli olan akışkanın depolanması

-

Güç kaybından dolayı meydana gelen ısının dışarı atılması

-

Su, hava ve katı parçacıkların ayırt edilmesi

-

İçerisinde ya da üstüne monte edilen pompayı ve tahrik motorunu, valflar ve biriktiriciler gibi daha başka hidrolik yapı elemanlarını taşımak.

Şekil 17 Tank (Yağ Deposu) Tank büyüklüğünü belirleyen parametreler ise; -

Pompa devri

-

İşletmede müsaade edilen maksimum akışkan sıcaklığı ile bağlantılı olarak meydana gelebilecek ısı

-

Kullanıcıların(Örn:.Silindirler) dolu veya boş olması ile tanımlanabilecek, mümkün olan maksimum sıvı hacmi.

-

Çalışma ortamı

-

Tüm akışkanın dolaşım zamanı

Tank büyüklüğü için pompa tarafından 3 ila 5 dakika içinde emilen sıvı hacminin esas alınması tavsiye edilir. Seviye değişimlerini dengelemek için ilave olarak % 15 nispetinde hava boşluğu ayrılır. Hareketli hidrolik sistemlerde tank, işgal edeceği yer ve ağırlığı nedeni ile küçük tutulduğundan, soğutma görevini üstlenmez.( ayrıca soğutma sistemi gerekir.)

27


Kaya

Tankın şekli: Derin tanklar ısı atmak için ve geniş tanklar hava ayırmak için uygundur. Emme ve dönüş hattı: Bunlar mümkün mertebe birbirinden uzak ve en düşük hidrolik yağ seviyesinin oldukça altında bulunması gerekir. Dinlendirme levhası: Bu delikli levha, tankın emme ve dönüş odalarını birbirinden şekil olarak ayırır. Böylece dönen akışkanın, dönüş odasndan emme odasına delikler vasıtası ile geçişi yavaşlatılmış olacağından, dinlenmesine müsaade edilerek kir, su ve havanın önemli ölçüde hidrolik yağdan ayrılması sağlanır. Taban levhası: Dibe çöken artıkların ve suyun dışarı akmasında kolaylık sağlamak için, bu levhanın boşaltma vidasına doğru bir eğim göstermesi gerekir. Havalandırma(hava filtresi) : Hidrolik yağ seviyesinin değişimi dikkate alınarak, basınç dengesini sağlamak için havalandırma gerekir. Bunun için yağ doldurma yerinin kapağına bir havalandırma filtresi monte edilir.

3.5 FİLTRE Hidrolik sistemlerde filtre kullanımı yapı elemanlarının görevlerini ve ömürlerini korumak açısından büyük önem taşır. Hidrolik sistemlerde meydana gelen arızaların % 70-80 hidrolik akışkan ve yağlama yağı içindeki kirletici partiküllerin yol açtığı aşınma ve hasarlardır. Hidrolik elemanların görevlerini tam olarak yerine getirebilmek için hareketli parçaların arasında toleranslar mevcuttur. Hidrolik yağ bu boşluklara girerek yağlama ve sızdırmazlık görevini yapar. 3.5.1 KİRLETİCİ UNSURLAR Hidrolik yağı, katı partiküller, sıvı ve gazlar kirletir. Katı kirleticiler: Kum kaynak cürufu, fiber, talaş,pas, conta artıkları, boya ( kaçakların artmasına, valf, sürgü ve pistonların sıkışmasına, kontrol karakteristiklerin bozulmasına yol açar.) Sıvı kirleticiler: Su,farklı yağ karışımından oluşan sıvılar. (korozyon, dinamik viskozitenin düşmesine, yağ filminin kopmasına, yağın yaşlanmasına ve yağın çamurlaşmasına neden olur.) Gaz kirleticiler: Hava ( kavitasyon yağda aşırı lokal ısınma, yağın yaşlanması) Kirletici unsurların hidrolik sisteme giriş yolları: -

Harici kirlilik: Dış ortamdan silindir rotları, tank havalandırma kapakları vasıtası ile sisteme kaçan kum, toz, cüruf talaş v.s. benzeri kirleticilerdir.

28


Kaya

-

Montaj: Boru tesisatının hazırlanması esnasında temizliğe çok dikkat etmek gerekir. Aksi halde sisteme kaynak kalıntıları, hortum lastik , oring parçacıkları vs. kaçabilir.

-

Devreye alma anındaki kirlilik: sisteme,imalatı ve montajı sırasında, ilk yağ dolum esnasında giren kirletici partiküller ilk çalışma anında sisteme kaçabilir.

-

Dahili kirlilik: Hidrolik komponent ve sistemlerin imalatı ve montajı sırasında temizliğe dikkat edilmez ise metal talaşı, kum toz vs. sisteme girebilir.

-

Aşınma: Sistem çalıştığı sürece karşılıklı çalışan yüzeylerin aşınması ile kirletici partiküller oluşturarak kendi kendini kirletir.

-

Yeni yağ: Depoya boşaltılan yağdan sisteme giren kirletici partiküller, su ve hava.

-

Tamir işlemleri: tamir ve bakım işlemler sırasında kirleticiler sisteme girebilir.

3.5.2 FİLTRE HASSASİYETİ Kirletici parçacıklar µm olarak ölçülür ve filtre hassasiyeti de benzer şekilde verilir. Bu konuda aşağıdaki farklılıklar mevcuttur. - Mutlak filtre hassasiyeti: Filtreden geçebilecek en büyük parçacık boyutu ifade edilir. -

Anma filtre hassasiyeti: Bir çok kez filtreleme sonucu, filtre tarafından tutulan parçacık boyutu bu değerle ifade edilir.

-

Ortalama gözenek büyüklüğü: Bu değer,filtrenin Gauss dağılımına göre tespit edilen ortalama gözenek büyüklüğünü ifade eder.

-

β değeri: Bu değer, belirli büyüklükteki parçacıkların filtre girişinde, filtre çıkışına göre ne kadar daha çok olduğunu ifade eder.

3.5.3 FİLTRE TİPLERİ Hidrolik komponenetlerin sağlıklı bir şekilde çalışabilmesi için sistemde çeşitli noktalarda filtreler kullanılabilir. Dönüş hattında filtreleme: dönüş hattı filtresi, tanka girmeden önce dönüş hattına veya tankın üstünde( içinde de olabilir.) bir yere olmak üzere iki şekilde sisteme monte edilebilir.İşletme basıncı yapım şekline bağlı olarak maksimum 30 bar a kadardır. Filtre hassasiyeti 10-25 µm dir. Filtre bakımı için sistemin durdurulmasını önlemek için çift filtre sistemi uygulanır.bu sistemde iki filtre paralel bağlı olup, sistemi durdurmaksızın ikinci filtreyi devreye sokmak sureti ile kirlenmiş filtre değiştirilebilir.

29


Kaya

Şekil 18 Filtre Birimi, iki filtreden biri Seçilebilir. Emme hattı filtresi: Hidrolik akışkanın tanktan, filtre üzerinden emilmesi için, filtre emme hattın yerleştirilmiştir. Bu şekilde hidrolik sisteme sadece filtrelenmiş yağ gider. Filtre hassasiyeti 60-100 µm dir. Bu filtreler daha ziyade, hidrolik akışkan için gerekli temizliğin tankta sağlanamadığı hidrolik sistemlerde kullanılır.bunlar sadece pompayı korur.filtreleme etkisi azdır. Bu filtrelerde ayrıca, yüksek derecede basınç düşmesi meydana veya kirlilik derecesinin artması nedeni ile pompanın emmesi zorlaşır. Dolayısı ile bu filtreler hassas yapılamaz.Zira pompa vasıtası ile meydana gelebilecek aiçak basınç kavitasyona neden olacaktır. Bu şekilde emme zorlukları olmaması için, emme hattı filtreleri ile bir baypas valfı ile donatılır.

Şekil 19 Emme Hattı Filtresi Basınç hattı filtresi: Bu filtreler hidrolik sistemin basınç hattında kirliliğe karşı hassas olan cihazların girişine yerleştirilir.örn. pompanın basınç hattı bağlantısına, valfların ve akış ayarlayıcıların girişine. Böyle bir filtre maksimum işletme basıncı altında çalışacağından, işletme koşullarına uygun olması gerekir. Bir baypas devresi gerektirmez, kirlilik göstergesi olması gerekir. İşletme basınçları 420 bar a kadardır. Filtre hassasiyeti 3-5 µm dir. Kirlilik göstergesi: Filtre etkisinin, bir kirlilik göstergesi üzerinden kontrolo edilebilmesi önemlidir. Bir filtrenin kirlilik derecesi basınçtaki düşme ile ölçülür. Kirliliğin artması ile filtre girişinde basınç yükselir. Bu basınç yay kuvveti ile yüklü bir pistone etki eder.Basıncın artması ile, piston yay kuvvetine karşı itilir. Gösterge için çeşitli imkanlar mevcuttur. 30


BÖLÜM 4 Kaya

4. HİDROLİK VALFLAR Hidrolik sistemlerde pompa ile kullanıcı arasındaki enerji iletimi, amaca uygun olarak düzenlenmiş bağlantı ve hatlarla temin edilir. Kullanıcılardan beklenen kuvvet, dönme momenti,hız veya devir sayısı ve hareket yönü gibi büyüklüklerin elde edilmesi ve bunların verilen işletme koşullarına uygun olarak korunması için, hatlara enerji kontrol elemanı olarak valflar yerleştirilir. Bu valflar basınç ve hacimsel debinin kontrolünü veya ayarlanmasını sağlar. Valflar değişik şekillerde sınıflandırılabilir. -Ödevlerine göre -Yapılarına göre -Kumanda şekillerine göre Hidrolik sistemlerdeki ödevlerine göre valflar, aşağıdaki gruplara ayrılır. -Basınç kontrol valfları -Yönlendirme (Yön denetim) valfları -Tek yönlü kapama valfları -Akış kontrol valfları Yapılarına göre valflar, oturmalı ve sürgülü valflar diye ikiye ayrılır.

Şekil 20 Oturmalı Valfın Çalışma prensibi

31


Şekil 21 Sürgülü Valfın Çalışma prensibi

Şekil 22 Oturmalı Valflar

32

Kaya


Kaya

Şekil 23 Döner Sürgülü Valflar

4.1. BASINÇ KONTROL VALFLARI Basınç kontrol valflarının görevi, hidrolik sistemlerde ve sisteme bağlı kısımlarda basınç kontrolünü ve ayarını sağlamaktır. -

Basınç sınırlama valfları: Bu valflarla, sistemin basıncı ayarlanır ve ayarlanan değerle sınırlandırılır. Kontrol basıncı olarak valfın girişindeki basınç(P) esas alınır.

-

Basınç ayarlama valfları: Bu valflar, giriş basıncının değişken yüksek değerler alması halinde, çıkış basıncını azaltır. Kontrol basıncı olarak valfın çıkışındaki basınç esas alınır.

Şekil 24 Basınç Kontrol Valfları

33


Şekil 25 Basınç Sınırlama Valfı (Devre şeması)

Şekil 26 Basınç Sınırlama Valfı (Kesit Görünümü)

34

Kaya


Kaya

4.1.1 BASINÇ KONTROL VALFLARININ GÖREVLERİ -Emniyet valfı olarak. Örneğin pompaya emniyet valfı olarak yerleştirilen basınç kontrol valfı, pompayı aşırı yükten korur. Bu valf, pompanın maksimum basıncına ayarlanmış olup sadece acil durumlarda açılır. -Tutma valfı olarak. Bunlar, çekici ağırlıkların neden olduğu kütlesel kuvvetleri tutmak, bir başka deyişle karşılamak için kullanılır. Böyle bir valf basınç dengeli ve tank kapısı yüklenebilir olmalıdır. -Frenleme valfı olarak. Bunlar, yönlendirme valflarının ani olarak konum değiştirmesi ile meydana gelen kütlesel kuvvetlerin neden olabileceği basınçtaki ani yükselmeleri önler. -Anahtar valf(basınç kumandalı anahtar valf) Bunlar, ayarlanan basıncın aşılması halinde, sırada bulunan kullanıcıya akışkan geçişini temin eder. Bu amaç için içten ve dıştan kumandalı basınç kontrol valfları mevcuttur. Oturmalı veya sürgülü basınç kontrol valflarının, anahtar valf olarak kullanılabilmesi için basınç dengesinin temin edilmiş olması ve tank kapısının yüklenmesi halinde bu yükün valfın açılma karakteristiğine etki etmemesi gerekir.

Şekil 27 Basınç Sınırlama Valfı, İçten kontrollü, Yastıklanmış

35


Şekil 28 Basınç Sınırlama Valfı, Dıştan Kontrollü

Şekil 29 2 Yollu Basınç Ayar Valfı 36

Kaya


Kaya

Şekil 30 3 Yollu Basınç Ayar Valfı

4.2. YÖN DENETİM VALFLARI Hidrolik sistemde meydana getirilen hareket ve kuvvetlerin başlatılması, durdurulması veya yönünün belirlenebilmesinde kullanılan valflara yön denetim valfları denir.

Şekil 31 2/2 Yönlendirme Valfı

37


Kaya

4.2.1.YÖNLENDİRME VALFININ SEMBOLÜ: Yönlendirme valflarının gösterilişini belirleyen hususlar -

Valfın her konumu bir kare ile gösterilir.

-

Akış yönleri veya yolları oklarla işaretlenir.

-

Kapalı bağlantı yerleri yatay çizgi ile gösterilir.

-

Bağlantı yerleri çizgi olarak valfın ilgili konumunda belirtilir.

-

Kaçak yağ için öngörülen bağlantı yerleri kesikli çizgi ile gösterilir ve kontrol için öngörülen bağlantı yerlerinden ayırt etmek için (L) harfi ilave edilir.

-

Valfın konumları, normlaştırılmış olmakla beraber, daha ziyade soldan sağa doğru a, b, .... ve 3-konumlu valflarda sakin konum 0 ile işaretlenir.

Şekil 32 Valf Konumları

Şekil 33 Valf Konumları Yönlendirme valfları, bağlantı yerlerinin ve konumlarının sayısına göre aşağıda olduğu gibi ifade edilir.

38


-

2/2- Yönlendirme valflı

-


-


-


-


Kaya

Kullanım amacına bağlı olarak, pratikte daha bir çok değişik çeşitler vardır.

Şekil 34 Yönlendirme Valfları 39


Sakin konum: P den A ya akış kapalı Kumanda edilmiş konum: P den A ya akış açık Şekil 35 2/2 Yönlendirme Valfı ( sürgü prensibine göre)

Şekil 36 2/2 Yönlendirme Valfı ( Oturma prensibine göre)

40

Kaya


Şekil 37 Sembolik Olarak Oturmalı Valfın Gösterimi

Şekil 38 Tek Etkili Bir Silindirin Tahrik ve Kontrolü (Devre şeması)

41

Kaya


Kaya

Şekil 39 Tek Etkili Bir Silindirin Tahrik ve Kontrolü (Kesit Görünümde)

Şekil 40 3/2 Yönlendirme Valfı

Şekil 41 Üç Kontrol Pistonlu 4/2 Yönlendirme Valfı 42


Kaya

Şekil 42 İki Pistonlu 4/2 Yönlendirme Valfı

Şekil 43 4/3 Yönlendirme Valfı Orta Konumları

4.3. TEK YÖNLÜ KAPAMA VALFLARI Tek yönlü kapama valfları, hacimsel debinin akışını bir yönde kapalı tutup bunun tersi olan diğer yönde serbest bırakır. Buradaki kapama işlemi tamamen sızdırmaz olması gerektiğinden, bunlar daima oturmalı valf prensibine göre yapılır.

43


Şekil 44 Tek Yönlü Kapama Valfları

Şekil 45 Yay Yüklü Tek Yönlü Kapama Valfı

44

Kaya


Kaya

Şekil 46 Açılabilen Tek Yönlü Kapama Valfı (Akış B den A ya kapalı)

Şekil 47 Açılabilen Tek Yönlü Kapama Valfı (Akış A dan B ye açık)

Şekil 48 Açılabilen Tek Yönlü Kapama Valfı (Akış B den A ya açık)

45


Kaya

Şekil 49 Açılabilen Tek Yönlü Kapama Valfı

4.4. AKIŞ KONTROL VALFLARI Akış kontrol valfları bir silindirin hızını veya bir motorun devir sayısını azaltmak için kullanır. Hız ve devir sayısı büyüklük olarak hacimsel debiye bağlı olduğundan, bunları azaltmak için hacimsel debinin azaltılması gerekir. Akış kontrol valfı ile akış kesitinin daraltılması sonucunda, daralan kesitin girişinde basınç yükselmesi meydana gelir. Bu şekilde yükselen basınç, basınç sınırlama valfının açılmasına ve hacimsel debinin bölünmesine neden olur. Böylece hacimsel debiyi bölmek sureti ile hız ve devir sayısı için gerekli miktar iş elemanına gönderilirken artan kısımda basınç sınırlama valfı üzerinden tank a gönderilir. Akış kontrol valfları, kontrol ve ayarlama durumuna göre aşağıda olduğu gibi ayrılır. -

Akış Kontrol valfları

-

Akış Ayar Valfları

Akış kontrol valfı olarak kısıcı ve orifis kullanılır.

46


Kaya

4.4.1. KISICI VE ORİFİS VALFLAR Kısıcı ve Orifis Valflar, akış için bir direnç teşkil eder. Bu direncin büyüklüğü akış kesitinin büyüklüğü ile geometrik şekline ve akışkanın viskozitesine bağlıdır. Akışkan direnç teşkil eden yerlerden geçerken, sürtünmeler ve akış hızındaki yükselmeler nedeni ile basınç düşmesi meydana gelir.

Şekil 50 Orifis ve Kısma Etkisi 4.4.2. TEK YÖNLÜ KISMA VALFI Tek yönlü kısma valfı bir adet kısıcı valf ile bir adet tek yönlü kapama valfının birleştirilmesinden meydana gelmiş bir bileşik valftır. Bu valfta kısma işlemi sadece bir yönde etkili olur. Kısma valfı yüke bağımlı olarak hacimsel debiyi sadece bir yönde kontrol eder. Akış A da B ye doğru kısılır. B dan A ya kapama elemanının oturma yüzeyinden kaldırılması ile kesitin tamamı serbest bırakılacağından kısma etkili olmaz.

Şekil 51 Tek Yönlü Kısma Valfı 47


Kaya

4.4.3. AKIŞ AYAR VALFLARI Kısıcı valfların basınç farkı ∆p ile hacimsel debi Q arasındaki bağıntı ∆p = Q² dir. Yük değişimlerinin söz konusu olduğu durumlarda, kullanıcıya giden hacimsel debinin sabit kalması isteniyorsa kısma valfının giriş ve çıkış arasındaki basınç farkı ∆p sabit tutulmalıdır. Bu nedenle akış ayart valfı, biri istenilen hacimsel debiyi ayarlamak için ayarlanabilen kısma valfı (2) (Ayarlanabilen kısıcı) ve diğeri bu ayarlanabilen kısma valfının giriş ve çıkışında etkili olan basınçlara göre, ayarlanabilen kısma valfının giriş ve çıkışındaki basınç farkını sabit tutacak şekilde kendi direncini otomatik olarak değiştiren bir kısma valfından (1) ( Otomatik kısıcı veya basınç terazisi) meydan gelir. Burada her iki kısıcının toplam direnci, Basınç sınırlama valfı ile birlikte debinin bölünmesine etki eder. Otomatik kısıcı (1) ayarlanabilen kısıcının (2) önünde yada arkasında bulunabilir.

Şekil 52 2-Yollu Akış Ayar Valfı Valf sakin konumda açıktır. Akış başlayınca, ayarlanabilen kısıcının önünde giriş basıncı pı oluşur.Ayarlanabilen valfta basınç düşmesi ∆p meydana gelir. p2 < pı dir. Otomatik kısıcının dengede olması için F2 tarafına bir yaya konulması gerekir. Bu yay, ayarlanabilen kısıcı üzerindeki sabit basınç farkının korunması için etkili olur. Valfın çıkışına kullanıcı tarafından yük etkimesi halinde otomatik kısıcı kendi direncini yükün artması ile meydana gelen dirence eşdeğerde azaltır. Yüksüz durumda otomatik kısıcı yay yardımı ile dengede olup, arzu edilen debinin temini için ayarlanabilen valfın gösterdiği dirence eşdeğerde bir direnç ortaya koyar. Valfın çıkışındaki basıncın yükselmesi halinde p2 basıncı da yükselir. >Bu şekilde ayarlanabilen kısıcı üzerindeki basınç farkı da değişir. Aynı zamanda p2 basıncı AK2 piston yüzeyine etkir. Bu şekilde meydana gelen kuvvet, yay kuvveti ile birlikte otomatik kısıcıya etki eder. Otomatik kısıcı F1 ve F2 kuvvetleri arasında

48


Kaya

tekrar denge kuruluncaya kadar ve ayarlanabilen kısıcıdaki basınç farkı orijinal değerini alıncaya kadar açılmaya devam eder. 2- yollu akış kontrol valfında kullanılmayan akışkan fazlası kısıcı valflarda olduğu gibi BSV (Basınç Sınırlama Valfı) üzerinden tanka gönderilir.

Şekil 53 2-Yollu Akış Ayar Valfı Valfın çıkışındaki basıncın azalması halinde basınç farkı ∆p yükselir. F2 Böylece pistonun AK2 yüzeyine etkiyen basınçta azalır ve F1 kuvveti kuvvetinden daha büyük olur. Otomatik kısıcı, F1 ve F2 kuvvetleri arasındaki denge tekrar kuruluncaya kadar kapanmaya devam eder. Bu şekildeki ayarlama olayı, girişteki basıncın değişmesi halinde de aynı biçimde etkili olur. Bir başka deyişle, girişteki basıncın değişmesi halinde de ayarlanabilen kısıcı üzerindeki basınç farkı ∆p sabit kalarak, kullanıcıya giden debinin değişmemesi sağlanır.

49


BÖLÜM 5 Kaya

HİDROLİK SİLİNDİRLER, HİDROLİK MOTORLAR ve YARDIMCI DONANIM Hidrolik silindirler; büyük güç gerektiren ve mekanik olan maliyeti çok yüksek olan (veya yapılamayan) sistemlerde kullanılırlar. Mekanik sistemlere göre ucuzluk, montaj kolaylığı, bakım kolaylığı, çalışan parçaların az olması sebebiyle daha az arızalı , yüksek kuvvetler elde edebilme gibi üstünlükleri nedeni ile tercih edilmektedir. Hidrolik pompa tarafından üretilen basınç enerjisi hidrolik silindir tarafından doğrusal harekete dönüştürülür. Silindirin çaplarını değiştirmek sureti ile aynı basınç değerinde farklı kuvvetler elde edilir. Silindirlerle elde edebileceğimiz kuvveti şu formül ile bulabiliriz: F=P*A*µ Formülünde F kuvvet verimdir.

(kgf), P basınç (bar) A etkili alandır (cm kare), µ

Sisteminizde gerekli olan kuvveti biliyor isek bu formülde basınçlı veya alanı sabit bir değer olarak kabul ederek değerini bulabiliriz. Hidrolik sistemlerde verim 0.85 – 0.95 arasındadır. Basınç büyüdükçe verim yükselir. Verimi etkileyen ana etkenleri şu şekilde sıralayabiliriz; silindir borusu iç çap yüzey kalitesi, silindir mili yüzey kalitesi ve sızdırmazlık elemanları tipi. Hidrolik silindirleri; 1. Tek Etkili Silindirler 2. Çift Etkili Silindirler 3. Özel Silindirler a) Teleskobik Silindirler b) Tandem Silindirler c) Dubleks Silindirler d) Basınç Yükseltici Silindirler e) Döndürücüler Şeklinde Gruplandırabiliriz

50


Kaya

5.1.TEK ETKİLİ SİLİNDİRLER Silindir ileri giderken veya geri dönerken iş yapar ,diğer yönde ise kendi ağırlığı ile veya bir dış etki sonucu hareket edebilir. Silindire yağı tek yönde verebiliriz. Tek etkili silindir konstrüksiyonu ve devre dizaynları çift etkili silindirlere göre daha düşük maliyettedir. Tek etkili silindirlerde honlanmış boru kullanma zarureti yoktur. Ancak bu durumda pistonda keçe kullanılmayacağı için etkili olan boru alanı değil mil olacaktır. Bu sebepten dolayı mil çapının büyük tutulması etkili alanı arttıracağı için pistondan elde edeceğimiz kuvvet artacaktır.

Şekil 54 Tek Etkili Silindir

Şekil 55 Tek Etkili Silindirler

51


Kaya

5.2.ÇİFT ETKİLİ SİLİNDİRLER Silindir hem ileri giderken hem de geri dönerken iş yapabilir. En yaygın kullanılan silindir tipidir. Mil farkından ötürü piston milinin dışarı çıkış süresi ile geri dönüş süresi aynı olmaz (sistem debisinin aynı olduğu kabul edilirse). Gidiş ve dönüş sürelerinin aynı olması isteniyor ise çift milli (mil çapları eşit olur) silindirler kullanılabilir. Hidrolik silindirin bir tarafına yağ verildiğinde diğer tarafı depoya bağlanır silindirin çalışabileceği maksimum hız ve basınç imalatçı firma tarafından belirtilmiştir (belirtilmelidir). Bu değerlerin aşılmaması gereklidir. Silindirin çalışması esnasında strok başlangıcında ve sonunda çarpmadan dolayı darbeler oluşur (silindirin hızı fazla ise). Bu darbeler sistemimize zarar verebilir. Bunu önlemek için strok başlangıcında ve sonunda yastıklama (hareketin yavaşlaması için yapılan düzenleme) işleminin silindir imalatı aşamasında yapılmış olması gerekmektedir.

Şekil 56 Çift Etkili Silindirler

52


Kaya

5.3. ÖZEL SİLİNDİRLER 5.3.1. TELOSKOPİK SİLİNDİRLER Konstrüksiyonumuz küçük boyutlu ve uzun stroklu silindir gerektiriyor ise teleskopik silindir kullanmamız gerekir. Teleskopik silindir kuvvet hesabı yapılırken en küçük çap dikkate alınmalıdır. Teleskopik silindirler hem çift etkili hem de tek etkili olarak yapılabilirler. Kamyonlarda kasaların yukarı kaldırılmasında, asansörlerde, treylerlerin yana devrilmesinde vs. işlerin yapılmasında teleskopik silindirler kullanılabilir 5.3.2. TANDEM SİLİNDİRLER Sistemimiz küçük boyut ve yüksek kuvvet gerektiriyor ise tandem silindir iki veya daha fazla eşit stroklu silindirlerden oluşmuştur. Silindir, içerdiği silindirlerin her birinin uyguladığı kuvvetlerin toplamı kadar kuvvet uygulanır. 5.3.3. DUBLEKS SİLİNDİRLER Piston silindirleri birbirine bağlı olmayan stokları farklı iki silindirden oluşur. Bu silindirin özelliği üç konum vermesidir. Birinci konum her iki piston geride iken ikinci konum kısa stroklu silindir ilerlediğinde, üçüncü konum uzun stroklu silindir ilerlediğinde elde edilir. 5.3.4. BASINÇ YÜKSELTİCİ SİLİNDİRLER Sistemde sağlanan basıncın yeterli olmadığı durumlarda basınç yükseltici silindir kullanılarak akışkanın basıncı daha yükseğe çıkartılır ve bu akışkan başka bir silindirde kullanılarak sistem basıncı kullanarak elde edebileceğimiz kuvvetten daha büyük kuvvet elde edebiliriz. Sistem basıncı büyük çaplı pistonu iterek küçük çaplı pistonun önünde bulunan yağı sıkıştırarak alan farkı kadar basıncı arttırır. 5.3.5.DÖNDÜRME MEKANİZMALARI (AKTUATÖRLER) Silindir doğrusal hareket verir. Ancak bazı sistemlerde belli dönme aralıkları istenir (90’-180’-240’-360’). Bir vananın açılıp kapanması, taşıt tekerleklerinin yönlendirilmesi vs. uygulama alanı olarak gösterilebilir Hidrolik silindirlerle temin edilebilen hareketlerin başlıca uygulama alanları aşağıda belirtilmiştir 1.Takım Tezgahları 1.1 İlerleme hareketi 1.2 Takım ve iş parçası hareketleri 1.3 Tutma ve sıkma tertibatları için gerekli hareketler 1.4 Planya ve darbeli çalışan talaşlı imalat makinelerinin kesme hareketleri 1.5 Preslerdeki, baskı ve basınçlı döküm makinelerindeki hareketler vb. 53


Kaya

2. Kaldırma Ve İletme makineleri 2.1 Damperler 2.2 İş makineleri ve çatallı yükleyicilerdeki devirme, kaldırma ve salınım gibi hareketler 2.3 İş makinelerinin direksiyon sistemleri 3. Hareketli Cihazlar 3.1 Kepçe,traktör gibi hareketli kaldırma makineleri 3.2 Beton pompaları 3.3 Çöp kamyonları vs. 3.4 Yük kamyonları kapakları 4. Uçaklar 4.1 Hava alanlarında kullanılan taşıtlarda kullanılan taşıtlardaki yükleme, Kaldırma, devirme ve salınım hareketleri 4.2 Uçak kapıları, kapaklar tekerlek sistemleri vs. 5.Gemiler 5.1 Kürek hareketi 5.2 Gemi pervanesinin kontrolü 5.4. HİDROLİK MOTORLAR Hidrolik motorlar tahrik kısmına ait yapı elemanıdır. Bunlar iş elemanı olup, hidrolik enerjiyi mekanik enerjiye çevirmek suretiyle dönme hareketi temin ederler. Dönme hareketi belli bir açı ile oluyor ise bu iş elemanına salınım motoru denir. Hidrolik motorlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmıştır. -

Sabit debili motorlar

-

Değişken debili motorlar.

5.5. YARDIMCI DONANIM Daha önceki kısımlarda ele alınan yönlendirme valfları basınç kontrol valfları hidrolik silindirler v.s. gibi hidrolik yapı elemanlarının yanı sıra, aşağıda belirtilen yardımcı donatım elemanları da hidrolik sistemlerin çalışması için önemlidir. -

Hortumlar

-

Hortum bağlantı elemanları

-

Borular

-

Vidalı bağlantı elemanları

54


-

Bağlantı plakaları

-

Hava tahliye valfı

-

Basınç göstergesi

-

Debi göstergesi

Şekil 57 Hortum Hatları İçin montaj Kuralları

Şekil 58 Basit Bir Hidrolik Sisteminde Başlangıç Konumu

55

Kaya


Şekil 59 Basit Bir Hidrolik Sisteminde İleri Hareket

Şekil 60 Basit Bir Hidrolik Sisteminde Geri Hareket

56

Kaya


Şekil 61 Basınç Birimlerinin Birbirine Çevrimi

57

Kaya


Şekil 62 Büyüklükler, Gösterilişi, Boyutu

58

Kaya


Şekil 63 Enerji İletimi ve Hazırlanması

59

Kaya


BÖLÜM 6 Kaya

PNÖMATİKTE TEMEL KAVRAMLAR Basınçlı hava, insanların kullandığı ilk enerji türlerinden biridir. Bilinen en eski uygulama M.Ö. 2500 yıllarında kullanılan hava körüğüdür. Basınçlı hava yakın dönemlerde madencilik ve metalürji sektöründe kullanılmıştır. Tüm endüstriyel tesisler her hangi bir tip akışkan ihtiva eden bir güç sistemi kullanır.Bu sistemde iş, basınç altında bulunan bir akışkan vasıtasıyla sağlanır.Bir akışkanlı güç sistemi, ısıtma veya soğutma gibi, bir işlemin sürecinin parçası olarak işlev yapabilir, veya basınçlı hava gibi,yardımcı hizmet sistemi olarak kullanılabilir.Bir akışkan, yağ veya su gibi bir sıvı yada bir gaz olabilir.Endüstriyel uygulamalarda en çok kullanılan bir gaz olan basınçlı hava ile birlikte, azot ve karbondioksit de kullanılır.Kuvvet iletimi amacıyla bir sıvının kullanıldığı akışkanlı güç sistemine “Hidrolik Sistem” adı verilir. Kuvvet iletimini bir gaz kullanmak suretiyle sağlayan sisteme ise “Pnömatik Sistem” denir. ”Pnömatik” kelimesi, görünmeyen gaz anlamına gelen Yunanca bir kelimeden türetilmiştir. Önceleri, “Pnömatik” kelimesi yalnızca, hava akışını ifade etmek için kullanılırdı.Günümüzde ise bu kelime, basınçlı bir sistemdeki herhangi bir gazın akışı için kullanılmaktadır. Pnömatik gaz basıncı ile çalışan sistemlerin hareket ve kontrolünü gerçekleştiren uygulama alanıdır. Pratik olarak vakum ve pozitif hava basıncı ile çalışan sistemler ve devre elemanları pnömatiğin kapsamı içerisinde değerlendirilir. Pnömatik sistemlerin iş yapma biçimlerinden bazıları;havalı el aletlerinin,doğrusal hareket cihazlarının,kapı açma sistemlerinin ve döner hareketli cihazların çalıştırılmasını içerir. Pnömatik kaldırma cihazı birçok ağır sanayi tesislerinde bulunabilir;Pnömatik konveyörler ise ham maddelerin işlenmesi için kullanılır.Pnömatik sistemler, kimyasal işlem cihazında ve büyük kapasiteli iklimlendirme (klima)sistemlerinde mevcut akış valflarının kontrolunda da kullanılır.Daha gelişmiş sistemlerde ise, sıralama kontrol valflarını çalıştırmak için pnömatikten, elektrik rölelerinde olduğu biçimde yararlanılır. Pnömatik sistemlerin endüstriyel uygulamalarda sıklıkla kullanılması, pnömatik çalışma ve kontrol elemanlarının karakteristik özellerinin yanı sıra enerji kaynağı olan kullanılan basınçlı havanın olumlu özellikler sahip olması ile de doğru orantılıdır. Basınçlı havanın temel özellikleri şöyle sıralanabilir; -

Hava, etrafımızı saran atmosferde sınırsız bir kaynak olarak bulunur.

-

Hava her yerde bulunduğu için kullanıldıktan sonra tekrar geri kazanılmasına gerek kalmadan atmosfere atılabilir. Dolayısı ile sistemde geri dönüş atına ihtiyaç duyulmaz.

60


Kaya

-

Basınçlı hava sıkıştırılmış olarak depolanabilir ve ihtiyaç duyulduğu zaman kullanılabilir.

-

Genellikle havanın karakteristik özellileri sıcaklıkta çok fazla değişmediği için belirli bir sıcaklık aralığında güvenle kullanılabilir.

-

Yanıcı ve patlayıcı özelliği yoktur. Dolayısı ile bu tür tehlikelerin olduğu yerde güvenle kullanılabilir. Basınçlı hava zehirli değildir. Sistemdeki olası kaçaklar ve tahliye havası çevreyi kirletmez. Ancak sistemde basınçlı havanın yağlanmasının gerekli olduğu durumlarda havanın içinde az da olsa bir miktar yağ bulunur. Bu yağlar genellikle mineral esaslı olduğu için doğrudan atmosfere bırakılması durumunda çevre sağlığı açısından uygun değildir. Bu tip durumlarda sistemlerin kaçakların olmamasını ve tahliye havasının toplanarak yağdan arındırıldıktan sonra atmosfere atılması gerekmektedir. Bu durum ilaç, gıda ve tekstil sektörü uygulamalarında son derece önemlidir.

-

-

Kullanılan havanın basıncı bazı özel uygulamalar haricinde 10 bar değerinin üzerine çıkmadığı için kullanılan elemanların iç yapıları basittir.

-

Yüksek hızlarda çalışmak mümkündür. Standart silindirlerle 2 m/sn , bazı özel silindirlerle 30-40 m/sn hızlara erişmek mümkündür.

-

Pnömatik sistemlerin basınç ve hızın kademesiz olarak ayarlanması mümkündür. Ancak havanın sıkıştırılabilir olma özelliğinden ötürü çok düşük hızlara inilmesi hassas hız ve konum ayarı yapılması gereken durumlarda bazı özel elemanların ve elektrik kontrol sistemlerinin kullanılması gerekmektedir. Standart elemanlarla çok düşük hızlara inilmesi durumunda kesintili ve darbeli hareket gözlemlenebilir.

-

Pnömatik sistemler kendinden korumalıdır. Aşırı yük durumunda elemanlar durur ve ancak yük kaktığında tekrar çalışır.

-

Basınçlı hava içerisinde bir miktar toz ve nem bulundurulur. Bu maddeler hava tesisatında ve çalışma elemanlarında paslanmaya ve tıkanmalara yol açabilir. Dolayısı ile basınçlı hava kullanılmadan önce mutlaka toz ve nemden arındırılmalıdır.

-

Pnömatik sistemlerde kullanılan basıncın düşük olmasına paralel olarak elde edilebilecek kuvvetlerde sınırlıdır. Pratikte 30000-40000 N mertebesinde kuvvetlere kadar pnömatik elemanlar kullanılmaktadır. Daha büyük kuvvetler için gerekli olan elemanların boyutları çok büyük olacağı için sistem ekonomik olmaktan çıkar.

61

HİDROLİK PNÖMATİK SİSTEMLER -

Kaya

Basınçlı havanın üretilmesi için gereken birim enerji maliyeti yüksektir. Ancak kullanılan elemanlar alternatif sistemlere göre daha ucuz olduğu için toplam sistem maliyeti dengelenmektedir.

6.1 TEMEL FİZİKSEL BİLGİLER Hava çeşitli gazların karışımından meydana gelmiştir. Karışımda başlıca aşağıdaki bileşenler bulunur. • •

% 78 Azot % 21 Oksijen

Yukarıdaki temel bileşenlere ek olarak Havanın içerisinde yaklaşık olarak % 1 oranında Karbondioksit, Hidrojen, Azotdioksit, Karbonmonoksit, Helyum, argon, Neon, Kripton bulunmaktadır. Fiziksel yasaların daha iyi anlaşılması için aşağıda temel fiziksel büyüklükler (birimler) gösterilmiştir. Birimler Uluslar arası Birimler Sistemindeki tanımlarıyla verilmiştir. Temel Birimler Büyüklük

Sembol

Birim

Uzunluk Kütle Zaman Sıcaklık

l m t T

Metre (m) Kilogram (kg) Saniye (s) Kelvin (K, 0°C = 273 K)

Türetilmiş Birimler Büyüklük

Sembol

Birim

Kuvvet Alan Hacim Debi Basınç

F A V Q p

Newton (N), 1 N = 1 kg . m/s2 Metrekare (m²) Metrkeküp (m³) (m³/s) Paskal (Pa) 1 Pa = 1 N /m 1 bar = 100 k Pa

62


Kaya

Newton Yasası :

Kuvvet = Kütle x İvme F=mxa a, serbest düşmede yer çekimi İvmesidir, g= 9,81 m /s Yeryüzünü doğrudan etkileyen basınç atmosfer basıncıdır (atm). Bu basınç referans basıncı olarak da isimlendirilir. Bu basınç seviyesinin üstündeki basınç seviyeleri etkin basınç olarak isimlendirilir. Atmosfer basıncının altındaki basınç seviyeleri vakum olarak isimlendirilir. Bu durum aşağıdaki diyagramda daha açık olarak gösterilmiştir.

Şekil 64 Hava Basıncı Atmosfer basıncı sabit değildir. Atmosfer basıncı coğrafik konuma ve hava durumuna göre değişiri. Mutlak basınç, sıfır basınç seviyesinin referans alınmasıyla ölçülen basınçtır. Mutlak basınç, atmosfer basıncıyla etkin basıncın toplamına eşittir. Pratikte genellikle atmosfer basıncı üzerindeki basıncı gösteren manometreler kullanılır. Mutlak basınç değeri bu basıncın yaklaşık olarak 1 bar (100 kPa) üzerindedir.

6.2 HAVANIN ÖZELLİKLERİ Genel olarak bütün gazlarda olduğu gibi havanında belli bir şekli yoktur. Sahip olduğu şeklini çok küçük bir direnç karşısında değiştirir. Bir başka şekilde söylemek gerekirse içinde bulunduğu hacmin şeklini alır. Bu özelleri ile hava sıkıştırılabilen bir akışkandır.

63


Kaya

Şekil 65 Boyle – Mariotte Yasası Havanın sıkıştırılabilmesi ile ilgili fiziksel yasa Boyle – Mariott tarafından aşağıdaki şekilde tanımlanmıştır. Sabit sıcaklıkta kapalı bir hacimdeki ve belli bir kütledeki havanın mutlak basıncıyla, hacmi birbirleriyle ters orantılı olarak değişir. Bir başka değişle belli bir gaz kütlesi için; hacim basıncıyla, hacmin çarpımı sabit kalır. P1 x V1 = P2 x V2 = P3 x V3 = Sabit Mutlak basınç (Pm) ve gösterge basıncı (Pg) arasındaki ilişki: Pm = Pg + 101.3 kPa ve Pg = Pm - 101.3 kPa Yukarıdaki gibi bir sıkıştırma problemi, genellikle şu şekilde karşınıza çıkar:198.7 kPa basınçta ve 0.3 m3 hacimdeki hava 0.15 m3 hacme sıkıştırıldığında gösterge basıncı ne olur? Bu problem şu şekilde çözülür: 198.7 kPa + 101.3 kPa = 300 kPa P2 = P1 x V1 / V2 = 300 x 0.3 / 0.15 = 600 kPa (mutlak basınç) Psig = psia - 101.3 kPa = (600 kPa) – (101.3 kPa) = 498.7 kPa (gösterge basıncı)

64


Kaya

Örnek: Atmosfer basıncında bulunan hava eğer sabit sıcaklıkta hacminin 1/7 sine kadar sıkışırsa hangi basınç seviyesine ulaşır. P1 x V1 = P2 x V2 P2 = P1 x V1 / V2 Not: V2 / V1 = 1/7 P1 = pat = 1 bar = 100 kPa P2 =1 x 7 = 7 bar = 700 kPa (Mutlak basınç) Buradan: pe = pmut – pat ~ (7-1) bar = 6 bar = 600 kPa Pnömatik sistemlerin durumunu kontrol eden ve en fazla bilinen fizik kanunlarından biri Paskal Kanunu’dur.Paskal kanununa göre;bir gaz kapalı bir kap içinde ve basınç altında tutulduğunda,basınç, gaz tarafından her yönde eşit olarak iletilir. Eğer kap esnek bir malzemeden yapılmışsa, küresel (balon biçiminde) bir şekil alır. Basınçlı gaz tanklarının çoğu uzun silindir şeklinde olup, baş tarafları basıncı daha etkili bir biçimde tutabilmek amacıyla, yarım küre şeklindedir. Bu tasarım kullanılarak basınçlı bir kap, iş emniyetinden fedakarlık etmeden, daha ince çelik sac plakalardan imal edilebilir.

Şekil 66 Basınçlı Gaz Tankı Isı ile ilgili diğer bir fizik kanunu da Charles Kanunu’dur.Bu kanuna göre; “Kapalı bir kap içinde bulunan belli miktardaki bir gazın hacmi sabit kaldığı taktirde gaz basıncındaki değişme, gazın mutlak sıcaklığının (T) değişmesi ile doğru orantılıdır.” Bu, aşağıdaki eşitlik kullanılarak hesaplanır: P2 = P1 x T2 / T2

65


Kaya

Charles kanunu, ayrıca, şunu da ifade eder; “Eğer kapalı bir kap içinde bulunan belli miktardaki bir gazın basıncı sabit kalırsa, gazın hacmindeki (V) değişme, gazın sıcaklık değişimi ile doğru orantılıdır.” Bu, aşağıdaki eşitlikte gösterilmiştir: V2 = V1 x T2 / T1 Yukarıdaki eşitliklerin her ikisinde de sıcaklık, mutlak sıcaklık olarak belirtilmiştir. Charles kanunu uygulamasında mutlak sıcaklık değerinin kullanılmasının nedeni, santigrat sıcaklık derecelerinin kullanılmasından dolayı ortaya çıkabilecek karışıklığı önlemektir. Mutlak sıcaklık, mutlak sıfır noktası olan -273.16 oC veya 0 K (sıfır derece Kelvin)’de başlar.Bu esasa göre: 0 oC sıcaklık 273.16 K mutlak sıcaklık değerine 20 oC sıcaklık ise 293.16 K (273.16 + 20) değerine eşittir. Sıcaklığını değiştirmeksizin havanın sıkıştırılması imkansız olduğundan, gerçek bir pnömatik sistemde Boyle ve Charles kanunları birbirinden ayrı olarak uygulanamaz. Bu kanunların her ikisi de, aşağıdaki eşitlikle ifade edilen ideal gaz kanununa uygun olarak, birlikte kullanılabilir: P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2 Bu eşitliğe göre yapılacak hesaplamalarda, mutlak basınç kPa veya bar ve mutlak sıfır (K) değerinin kullanılması gerektiğine dikkat ediniz. Bu, eşitlik bir gazın ikinci haldeki basıncının, hacminin ve sıcaklığının,gazın ilk haldeki basınç,hacim ve sıcaklık değerlerine eşit olduğunu da göstermektedir.Bununla beraber, gerçek uygulamalarda;rutubet,sürtünme ısısı ve verim kayıpları gibi diğer faktörler gazın durumunu etkiler fakat, İdeal gaz kanunu, projelendirme hesaplarında yinede önemli bir eşitlik olarak kullanılmaktadır.

6.3 KUVVET AĞIRLIK VE KÜTLE Kuvvet, bir cismin konumunu veya hareketini değiştirmek amacıyla, o cismin üzerine tatbik edilen bir itme veya bir çekme etkisidir. Bu etki; bir hareketi başlatmayı, durdurmayı yada hareketin hızını veya yönünü değiştirmeyi kapsar. Bir pnömatik sistemin işlevini sürdüre bilmesi için, sistemde devamlı olarak bir kuvvetin mevcut olması gerekir. Bu kuvveti de basınçlı hava sağlar. Bir kompresör havayı atmosfer basıncında emer, sıkıştırır ve bir tankın içinde depolar. Tank içinde bulunan bu basınçlı hava ise, tanktan pnömatik donanıma giden hava borularına akar. Sistem elemanlarının ve kompresör çıkış valflarının direnci nedeniyle basınç meydana gelir. Sistemde cihaz çalışmakta iken, yüksek basınçlı hava kuvvetinin, boru tesisatında oluşan akış direncini yenebilecek ve sistemin işini yapan ekipmanı çalıştırabilecek bir değerde olması gerekir. Sistemin iş yükü ne kadar büyükse, o kadar kuvvete ihtiyaç vardır.

66


Kaya

Bir cismin veya bir maddenin, cisim üzerine etki eden yer çekimi kuvveti veya çekim nedeniyle bir ağırlığı mevcuttur. Bir pnömatik sistemde; kompresörün, hava tankını, boru hatlarının, tüm sistem aksamının ve sistem içindeki havanın bile belli bir ağırlığı vardır. İster hava tankın içinde olsun , ister sistem içinde hareket etsin, bu böyledir. Bütün cisimlerin ve maddelerin bir “kütle”si vardır. Kütle, bir cismin bünyesindeki madde miktarına ve ataletini; yani, hareket etmeye karşı olan direncini belirtir. Bir cismin kütlesi, o cismin yerküre üzerindeki veya başka herhangi bir yerçekimi alanındaki ağırlığını belirler. Bir cismin “ataleti” ise, o cismi kaldırmak yada hareket ettirmek veya hızını yada hareket yönünü değiştirmek için ne kadar kuvvet gerektiğini belirtir. Bir cismin “yoğunluğu”, o cismin özgül hacminin veya birim hacminin ağırlığıdır. 1m3 “ kuru” havanın, atmosfer basıncında ve 15,5 oC sıcaklıktaki yoğunluğu 1,217 kg dır. Bu daha genel olarak, 1,217kg/m3 şeklinde ifade edilir.%100 bağıl nem ihtiva eden havanın, atmosfer basıncında ve 15.5 oC sıcaklıktaki yoğunluğu ise 1.201 kg/m3’tür.Nemli havanın yoğunluğu kuru havanınkinden daha düşüktür; çünkü havanın içinde bulunan su buharı havanın fazla sıkışabilmesine izin vermez.Bunun sonucu olarak nemli havanın ağırlığı daha azdır.Yoğunluğu 1.217 kg/m3 olan havanın 1 kg. ağırlık değerinde olabilmesi için, yaklaşık 0.821 m3 hacminde olması gerekir Bildiğiniz gibi hava; su veya hidrolik akışkana kıyasla çok daha hafiftir.Havanın nispeten düşük yoğunlukta olması havayı, uzun mesafeli ve yüksek hız gerektiren uygulamalar için,elverişli kılar.Ayrıca, havanın ağırlığı ve ataletinin düşük olmasından dolayı,hidrolik sistemlerde bir valfın ani olarak kapanması halinde hidrolik akışkanın meydana getirdiği darbeler,pnömatik sistemde rastlanmaz.

6.4 İŞ VE ENERJİ Bir kuvvet ( “Newton” olarak), belli bir mesafe içinde ( “metre” olarak) hareket ettiğinde, bir “iş” yapılmış olur.Yapılan iş miktarı,aşağıdaki eşitlikte gösterildiği gibi ifade edilir:

Şekil 67 İş

67

HİDROLİK PNÖMATİK SİSTEMLER İş

Kaya

= Kuvvet (N) × Yol (metre) = Joule

Bir pnömatik sistemde kuvvet , bir silindir içinde hareket eden bir piston yüzeyine etki eden hava basıncı vasıtasıyla uygulanır.Bu pnömatik kuvvet, piston hareket ettikçe, strok boyunca etki eder. Aşağıdaki eşitlikleri kullanarak, piston tarafından yapılan işi belirleyebilirsiniz: Kuvvet (F) = Basınç × piston alanı = N ⁄ m 2 × m2 = N İş(W) = Kuvvet × Pistonun kat ettiği mesafe =N×m = Joule Bu birimi kilojoule’ye çevirmek için 1000’e bölünüz J ⁄ 1000 = kJ Güç,verilen zaman süreci içinde (saniye), yapılan iş (Newton X metre ) olup, Newton X metre / saniye, şeklinde tanımlanır.Güç miktarı, aşağıdaki eşitlik vasıtasıyla bulunabilir. Güç,verilen zaman süreci içinde (saniye), yapılan iş (Newton X metre ) olup, Newton X metre / saniye, şeklinde tanımlanır.Güç miktarı, aşağıdaki eşitlik vasıtasıyla bulunabilir. Güç (P) = İş / zaman Joule / saniye = Newton × metre / saniye Hesaplanan güç değerinin bir anlam ifade edebilmesi için, bir ölçü birimiyle karşılaştırılması gerekir.Güç ölçülmesinde kullanılan birim Watt (w) olup, aşağıdaki gibi hesaplanır: Watt = Newton × metre / saniye Veya kW = kN × metre / saniye

68


Kaya

Güç kullanarak iş yapılabilmesi için, enerji sarf etmek şarttır.Enerjinin Korunumu Kanununa göre: “Enerji yoktan var edilemez veya yok edilemez, sadece şekli değiştirilebilir.” Bu bakımdan, biz bir çeşit enerji kullanarak başka çeşit enerji elde ederiz. Bu enerjinin bir kısmı, faydalı iş yapar. Diğer bir kısmı ise, sadece sürtünme kuvvetini yenmek için harcanır. Sürtünmeyi yenen bu enerji kaybolmayıp, ısı enerjisine dönüşür Pnömatik sistemlerde kullanılan enerji tipleri, genellikle aşağıda belirtildiği gibidir: • • • •

Kompresör tarafından meydana getirilen pnömatik enerji Basınçlı hava vasıtasıyla bir cisim kaldırıldığı veya hareket ettirildiği zaman hasıl olan kinetik enerji Kaldırılan veya hareket ettirilen cismin o andaki konumunda sahip olduğu potansiyel enerji Kompresör motorunda, kompresörde, hareket halindeki havada ve hareketli pistonda sürtünme nedeniyle meydana gelen ısı enerjisi

6.5 SIKIŞTIRABİLİRLİK Fiilen sıkıştırılamaz sıvıların aksine, hava kolayca sıkıştırıla bilir ve nispeten küçük hacimli kaplar içinde büyük miktarda depo edilebilir. Hava ne kadar çok sıkıştırılırsa, basıncı da o oranda artar. Bir depolama tankında basınç ne kadar yüksekse, tankın da o nispetten sağlam olması şarttır.

6.6 BORULARDA HAVA AKIŞI Bir pnömatik sistemde düzgün yada laminar akış, hava akımının en ideal şeklidir; çünkü bu tip akışta hava tabakaları hemen hemen birbirine paralel çizgiler halinde hareket ederler.Diğer bütün akışkanlarda olduğu gibi, borunun iç yüzeyine en yakın olan hava tabakası en yavaş hareket eder. Bunun nedeni, akışkan ile boru arasındaki sürtünmedir. Hareket halindeki akışkanın (havanın) bu en dış tabakaya en yakın olan tabakası biraz daha hızlı hareket eder ve bu şekilde, diğer tabakaların hızı akış eksenine doğru, gittikçe artar. Türbülanslı akış şartları, genel olarak akış kesitinin istenilen akış hızı için gereken kesit alanına kıyasla çok küçük olması nedeniyle meydana gelir.Havanın yoğunluğu ve viskozitesi de türbülanslı akış üzerinde etkili olmakla birlikte; bunların etkisi, akış kesiti ve akış hızı kadar fazla değildir.Pürüzlü cidarlı ve düzgün şekilli olmayan boru kesitleri, ani çap genişlemesi veya daralması yapan kesitler ve akış yönünün birden bire değişmesi gibi etkenlerin tümünden kaçınılmalıdır.Havanın daha küçük ebatlı bir kesit içinden geçmesi gerektiğinde çap daralması (redüksiyon), düzgün ve tedrici bir biçimde olmalıdır. Türbülanslı akış havayı ısıtır, daha yüksek hava basıncı gerektirdiği için güç kaybına neden olur, pnömatik ekipmanın hava giriş ve çıkış ağızlarında ve akış kesitlerinde hasar meydana getirebilir.

69


Kaya

6.7 HAVANIN VİSKOZİTESİ Havanın viskozitesi havanın içindeki sürtünmenin bir ölçüsü olduğu için, akışa karşı bir direnç olarak tanımlanabilir.Daha açık bir ifade ile, bir akış kesitinde laminar akım halinde, yani bir biri üzerinde kayarak hareket etmekte olan üst üste iki hava tabakası arasındaki direnç değeridir. Havanın viskozitesi, dinamik viskozite olarak bilinir. Bu, hava moleküllerinin sıcaklık artışı ile birlikte etkinlik durumunu belirten bir ölçüdür.Sıcaklık arttıkça, moleküller hareket halinde iken çok daha sık olarak bir birine çarparlar. Bu durum, moleküllerin daha büyük değerde bir akış direncine ve keza daha yüksek bir dinamik viskoziteye sahip olacağını ifade eder.

6.8 BERNOUİLLİ KANUNU Bir pnömatik sistem içinde basınçlı hava; “kinetik” ve potansiyel enerji olmak üzere iki tip enerjiye sahiptir. Kinetik enerji, hava hareket halinde iken mevcuttur.Potansiyel enerji ise hava basıncının bir sonucu olarak meydana gelir. Bernouilli Kanunu’nun belirttiği üzere; havanın hızı artarsa havanın kinetik enerjisi de artar; fakat havanın sahip olduğu toplam enerji (potansiyel enerji + kinetik enerji) sabit kalır. Toplam enerji sabit kalmakla beraber; kinetik enerji arttığı taktirde, çapı düşürülmüş bir kesit içinden akmakta olan havanın potansiyel enerjisi azalır. Potansiyel enerjinin azalması halinde ise havanın basıncı da düşer. Sanayi tesislerinde çok çeşitli pnömatik sistemler kullanılır. Pnömatik sistem, iş yapmak için gerekli kuvvet iletimini sağlamak amacıyla, içinde kontrollü basınç altında hava kullanılan bir boru tesisatı devresidir. Bu sisteme, atmosfer basıncındaki havayı emmesi ve iş yapıldıktan sonra da havayı tekrar atmosfere atması nedeniyle, açık sistem adı verilir.

70


BÖLÜM 7 Kaya

BASINÇLI HAVANIN HAZIRLANMASI ve DAĞITILMASI Bir pnömatik sistemin güvenli bir şekilde çalışmasını sağlayabilmek için basınçlı havanın gereken iyilikte sisteme gönderilmesi gerekir. Basınçlı havanın istenen kalitede olması için aşağıdaki özelliklerde olması gerekir. • • •

Doğru hava basıncı Kuru hava Temiz hava

Eğer yukarıdaki sözü edilen özellikler yerine getirilmezse artan durma ve işletme maliyetleri gündeme gelir. Basınçlı hava hazırlama sisteminin ilk elemanı kompresördür. Tüketimi yerine kontrol sistemine ulaşmadan önce basınçlı hava bir dizi devre elemanından geçirilir. Kompresörün tipi ve sistemde bulunduğu yeri az yada çok pnömatik kontrol sistemine ulaşan kirletici maddeleri, havanın içerdiği yağ ve su miktarını etkiler. Aşağıdaki devre elemanları genellikle basınçlı hava devrelerinde ve hazırlanmasında kullanılır. • Emme hattı filtresi • Kompresör • Hava kazanı • Kurutucu • Basınç hattı filtresi ve su tutucu • Basınç ayarlayıcı • Yağlayıcı • Yoğuşma suyunu boşaltma muslukları İyi hazırlamamış hava sistem arızalarını artırır. Sistem elemanlarının ömürlerini kısaltır. Bunun dışında bu durum aşağıda sözü edilen sonuçları da doğurur: • • •

Silindir ve valfların hareketli parçalarında ve sızdırmazlık elemanlarında aşırı aşınmalar. Yağlanmış valflar Kirlenmiş susturucular

7.1 BASINÇ SEVİYESİ Kural olarak pnömatik devre elemanları maksimum 8-10 bar işletme basıncı için imal edilirler. Bununla birlikte ekonomik bir çalışma için 6 bar’lık işletme basıncı yeterlidir. Hava iletim hatları ve elemanlardaki kayıplardan ötürü meydana gelen basınç düşümü 0,1-0,5 bar arasında hesaplanmalıdır. Sistemde istenilen basınç düzeyini elde edebilmek için kayıplar da göz önünde bulundurularak kompresör 6,5-7 bar arasında bir basınç sağlamalıdır.

71


Kaya

Basınçlı havadaki basınç salınımlarını mümkün olduğu kadar azaltabilmek için kompresör çıkışına bir hava kazanı konulur. Sistemdeki fazla hava gereksinimde hava kazanı sisteme daha önceden biriktirmiş olduğu havayı geri verir ve basınç salınımlarını önler. Hava kazanındaki basıncın belli bir değerin altına düşmesi durumunda kompresör devreye girer ve basıncı tekrar istenen değere getirir. Hava kazanının diğer bir yararı da kompresörün sürekli değil aralıklarla çalışmasını sağlamasıdır.

7.2 KULLANMA FAKTÖRÜ Kompresörün kullanma faktörünün yaklaşık % 75 olması tavsiye edilir. Bir pnömatik sistemin ortalama ve en fazla hava gereksinimini saptamak ve buna bağlı olarak kompresörü seçmek gerekir. Eğer sistemde daha sonra bir genişletme yapılacaksa, böyle bir olasılığı sistemi ilk başta boyutlandırırken dikkate almak gerekir. Hava hazırlama sisteminde yapılacak daha sonraki genişletmeler önemli ölçüde ek yatırımı gerektirir. Havanın Kurutulması Kompresöre çevreden (atmosferden) alınan havada nem bulunur. Alınan havadaki nem miktarı yüzde bağıl nem oranı ile ifade edilir. Bağıl nem oranı hava sıcaklığına ve basıncına bağımlıdır. Hava sıcaklığı ne kadar yüksekse içerdiği nem miktarı da o ölçüde yüksektir. Eğer hava nemi % 100 bağıl neme ulaşırsa bir başka değişle doyma noktasına ulaşırsa hava içinde bulunan nem, çeperlerde su damlacıklarına dönüşmeye başlar. Eğer nem yoğuşturularak dışarı alınmazsa, sisteme geçerse aşağıdaki sorunlara neden olur: • Boru, valf, silindir ve diğer devre elemanlarında aşınmalar • Hareketli parçalar arasında bulunan yağlayıcı maddelerin bozulması yada yok olması. Bu durumlar devre elemanının işlevinin bozulmasına ve sistemin erken devre dışı kalmasına neden olur. Sızdırmazlık elemanlarından sızarak iş parçalarının üzerine (örneğin: Gıda maddeleri) giderek bozulmalarına neden olabilir.

7.3

KOMPRESÖR

Kompresörün seçimi işletme basıncına ve gerekli hava miktarına göre yapılır. Kompresörler yapı tiplerine göre aşağıdaki gruplara ayrılabilir.

72


Kaya

Şekil 68 Kompresör tipleri 7.3.1 PİSTONLU KOMPRESÖR Pistonlu bir kompresör emme valf inden emdiği havayı sıkıştırma hacminde sıkıştırır. Çıkış valf inden ise sıkıştırılmış havayı sisteme gönderir. Pistonlu kompresörlere çok sık rastlanır. Bunlar geniş bir basınç ve debi aralığı için kullanılabilir. Yüksek basınç seviyelerine ulaşabilmek için kademeler arası havanın soğutulduğu kademeli tipleri vardır. Pistonlu kompresörlerde en uygun basınç aralıkları aşağıda gösterilmiştir. 400kPa a kadar 1500 kPa a kadar 1500 kPa üzeri

(4 bar) (15 bar) (15 bar)

tek kademeli iki kademeli üç veya daha fazla kademeli

Olanaklı olan fakat her zaman ekonomik olmayan basınç aralıkları aşağıda gösterilmiştir. 1200 kPa a kadar 3000 kPa a kadar 22000 kPa üzeri

(12 bar) (30 bar) (220 bar)

tek kademeli iki kademeli üc veya daha fazla kademeli

7.3.2 DİYAFRAMLI KOMPRESÖR Diyaframlı kompresörler de pistonlu kompresörler sınıfına girerler. Bu tür kompresörlerde sıkıştırma hacmi bir diyaframla piston tarafından ayrılmıştır.Bunun getirdiği yarar kompresörden basınçlı havaya herhangi bir yağ karışmasının önlenmesidir. Bu avantajı nedeniyle diyaframlı kompresörler çoğunlukla gıda, ilaç ve kimya endüstrisinde kullanılır.

73


Kaya

Döner pistonlu kompresörlerde havayı sıkıştırmak amacıyla döner pistonlar kullanılır. Pistonun dönmesi süresince hacim sürekli küçültülerek hava istenen basınca kadar sıkıştırılır. Vidalı kompresörlerde ismendin de anlaşılacağı gibi karşılıklı olarak çalışan vida şeklinde iki mil vardır. İç içe dönen bu iki vida yüzeyi aracılığıyla hava sıkıştırılır. 7.3.3 VİDALI KOMPRESÖR Hava kazanı kompresör çıkışından gelen havayı biriktirir. Hava kazanı sistemin değişik zamanlardaki değişik hava gereksinimini dengeler. Basınç salınımlarını en aza indirir. Bağıl olarak büyük bir yüzeye sahip olan hava kazanı sıkıştırılmış dolayısıyla ısınmış havayı soğutma görevini de görür. Havanın soğumasıyla içinde bulunan nemin bir kısmı da yoğuşur. Yoğuşma suyu bir boşaltma musluğundan düzenli aralıklarla boşaltılmalıdır.

7.4 HAVA KAZANI Hava kazanı kompresör çıkışından gelen havayı biriktirir. Hava kazanı sistemin değişik zamanlardaki değişik hava gereksinimini dengeler. Basınç salınımlarını en aza indirir. Bağıl olarak büyük bir yüzeye sahip olan hava kazanı sıkıştırılmış dolayısıyla ısınmış havayı soğutma görevini de görür. Havanın soğumasıyla içinde bulunan nemin bir kısmı da yoğuşur. Yoğuşma suyu bir boşaltma musluğundan düzenli aralıklarla boşaltılmalıdır.

Şekil 69 Hava kazanı Hava kazanının büyüklüğü aşağıdaki seçim etkenlerine bağlıdır. • Kompresörün bastığı hava debisine • Sistemin hava gereksinimine • Dağıtım sisteminin büyüklüğüne • Kompresörün devreye girip çıkma aralığına Sistemde müsaade edilen basınç salınımlarına 74


Kaya

7.5 HAVA KURUTUCU Hava neminin fazla olması pnömatik sistemlerin ömrünü önemli ölçüde azaltır. Hava nemini azaltmak, kabul edilebilir miktara indirebilmek amacıyla aşağıdaki kurutma yöntemleri kullanılır. • Soğutarak kurutma • Fiziksel kurutma • Kimyasal kurutma Havanın kurutulmasıyla elde edilen düşürülmüş bakım maliyetleri, daha kısa süre devre dışı kalma ve yüksek sistem güvenilirliği, kurutucu için yapılan harcamayı kısa sürede geri kandırır, dengeler Soğutarak Kurutma Soğutarak kurutma yöntemi çoğunlukla kullanılan hava kurutma yöntemidir. Bu yöntemde hava çiylenme noktasının altına kadar soğutulur. Havadan alınan nem bir su tutucu kapta biriktirilir. Bu kabın da düzenli olarak boşaltılması gerekir. Soğutularak kurutucuya giren hava kurutulmuş havanın yardımıyla önce bir ön soğutmaya tabi tutulur. Bir ölçüde soğutulmuş bu hava soğutma bölümünde çiylenme noktasının altına kadar tekrar soğutulur.

Şekil 70 Soğutarak Kurutucu Çiğlenme Noktası Havanın içine bulunan nemin yoğuşabilmesi çiğenme noktası sıcaklığına kadar soğutulması gerekir. Kurutucuya giriş havasının sıcaklığı ile çiylenmes noktası sıcaklığı arasındaki fark ne kadar yüksek olursa o kadar fazla nem yoğuşacaktır. Bu tür kurutma yönteminde 2 °C ile 5 °C lik çiğlenme noktasına ulaşılabilir.

75


Kaya

Fiziksel Kurutucu Bu kurutma yönteminde hava içindeki nem, soğutucu maddenin üst yüzeyinde tutulur. Kurutucu madde büyük bir bölümü silisyumdioksit’ten oluşan tanecikli yapıdan oluşur. Fiziksel kurutma yöntemiyle en düşük çiğlenme noktasına (-90 °C ye kadar) ulaşılabilir. Genel olarak iki fiziksel kurutucu birimi kullanılır. Birincisinde doyma noktasına ulaşıldığında ikincisi devreye alınır. İkincisinin devrede olduğu sırada sıcak hava yardımıyla birinci kurutucu içinde toplanmış nem dışarı atılır. Kimyasal Kurutucu Kimyasal kurutucularda isminden de anlaşılacağı gibi kurutma işlemi kimyasal tepkimeyle sağlanır. Yüksek maliyeti nedeniyle bu yöntem seyrek olarak kullanılır. Kimyasal kurutucularda hava nemi ile birlikte yağ tanecikleri veya buharı da tutulabilir. Ancak yağ kurutucusunun verimini düşürür bu nedenle yağın bir ön filtrede tutulmasında yarar vardır. Kurutucunun girişinde havaya dönme hareketi verilir ve kurutucu maddenin bulunduğu hacim içinden havanın dengeli şekilde dağılarak akması sağlanır. Hava içindeki nem kurutucu madde ile bileşime girerek su haline geçer ve tankın alt bölümünde birikir. Kurutucu madde ile su bileşiminden meydana gelen madde düzenli aralıklarla dışarı alınmalı ve kurutucu madde takviyesi de zamanında yapılmalıdır. Kimyasal kurutma yönteminin üstünlükleri aşağıdaki gibidir. • Kurutucu sistemin montajı basittir. • Hareketli parça olmamasından ötürü düşük mekanik aşınma görülür. Dışarıda enerjiye gereksinim duyulmaz

7.6 KOŞULLANDIRMA BİRİMİ Hava, kontrol sistemine gönderilmeden önce bir koşullandırma biriminde istenen koşullara getirilir. Koşullandırma birimi doğrudan kontrol sistemine bağlıdır. Basınçlı Havanın Yağlanması Genel olarak basınçlı hava yağlanmamalıdır. Eğer valf ve silindirlerin hareketli kısımlarının yağlanması gerekiyorsa basınçlı havaya uygun miktarda yağ eklenmesi gerekir. Basınçlı havanın yağlanması sadece yağlamayı gerektiren yerden önce yapılmalıdır. Kompresör tarafından basınçlı havaya verilen yağ pnömatik devre elemanlarının yağlanması için uygun değildir. Yüksek sıcaklığa dayanıklı sızdırmazlık elemanına sahip silindirler yağlanmış hava ile tahrik edilmemelidirler. Çünkü yüksek sıcaklık etkisiyle yağ bozulabilir.

76


Kaya

Yağlanmış havayla tahrik edilen sistemler daha sonra yağlanmamış havayla tahrik edilirse valfların ve silindirlerin orijinal yağlamaları yeniden yapılmalıdır. Zaman içinde bu elemanların orijinal yağlamalarının yok olması veya bozulması ihtimali vardır. Aşağıdaki durumlarda basınçlı havanın yağlanması gerekir. • Elemanların çok hızlı hareket etmesi durumunda • Büyük çaplı silindirlerin kullanılması gerektiğinde (Bu durumlarda yağlayıcının silindire doğrudan bağlanmasında yarar vardır. Aşırı yağlama aşağıdaki sorunlara neden olabilir. • Devre elemanlarının işlevlerinin bozulması • Çevre kirliliği Uzun süreli durmalardan sonra devre elemanlarında kilitlenmeler Basınçlı havanın yağlayıcıdan akışı sırasında bir kesit daralması yardımıyla basınç düşürülür ve yağın yağ kabından yukarı doğru yükselmesi sağlanır.Yağ damlama hacmine kadar yükselir ve havanın içine sis halinde karıştırılır.

Şekil 71 Koşullandırma Birimi

77


Kaya

Şekil 72 Hava Yağlayıcı Yağlayıcının Ayarı: Genel olarak sistemin amacına göre her metre küp hava için 1 ile 10 damla arasında yağın havaya karıştırılması gerekir.Oranlamanın doğru olup olmadığı aşağıdaki şekilde kontrol edilebilir.Sistemde bulunan en uzak valfın basınçlı hava bağlantısının 20cm uzağına bir kağıt parçası tutulur, eğer belli bir süre içinde yağ damlacığı oluşmazsa yağlama iyi demektir.Eğer kısa sürede yağ damlacığı oluşursa yağlama gereğinden fazladır.Yeniden ayar yapılması gerekir. Yağlayıcının Bakımı: Birkaç yıl öncesine kadar kompresörden havaya karışan yağın yağlama için kullanılabileceği düşünülmekteydi.Ancak kompresörde meydana gelen yüksek sıcaklıktan ötürü yağın kömürleşmesi ya da duruma göre buharlaşması söz konusudur.Bu nedenle yağlama maddesi olarak kullanılması uygun değildir.Yağlama yağı olarak kompresörden gelen yağın kullanılması durumunda silindir ve valflarda yağın çökelmesi ve çalışmalarını önemli ölçüde engellemesi muhtemeldir. Yağlanmış havayla çalışan sistemlerdeki bir diğer sorun; hava hatlarında yağın cidarlara yapışmasıdır.Cidarlardaki bu yağ damlacıkları kontrolsüz olarak havaya karışır ve hatların çabuk kirlenmesine nede olur.Bu şekilde kirlenmiş sistemlerin bakımı oldukça güçtür.Temizle için hatların sökülmesi gerekir.

78


Kaya

Diğer yandan yağ damlacıkları devre elemanlarında yapışmalara neden olur.Özellikle uzun süreli durmalardan sonra bu etkiye daha fazla rastlanır.Hafta sonundaki durmalardan sonra dahi bu duruma rastlanabilir.Göründüğü gibi yağlanmış hava sorunlara neden olmaktadır.Bu sorunlardan kaçınmak için basınçlı havanın hazırlanmasında temel bir kuralı şöyle ifade edebiliriz.Basınçlı hava yağsız olarak hazırlanmaktadır. Özetlenirse havanın hazırlanması sırasında aşağıdaki noktalara dikkat edilmesi gerekir: • • •

Kompresör yağı basınçlı hava sistemine karışmamalıdır.( Yağ ayırıcı bulunmalıdır.) Sadece, yağsız havayla da çalışabilen elemanlar kullanılmasında yarar vardır. Bir kez yağlanmış havayla tahrik edilen sistem daha sonra kesinlikle yağlanmış havayla çalıştırılmalıdır.Çünkü yağlanmış havayla tahrik edilen sistemde devre elemanlarındaki orijinal yağ yağlanmış hava tarafından ya dışarı atılmıştır ya da niteliği bozulmuştur.

Basınçlı hava filtresi: Yoğuşma suyu, kirletici maddeler ve çok fazla yağ hareketli devre elemanlarında erken aşınmalara neden olur.Diğer yandan sızdırmazlık sorununun olduğu yerlerde bu maddeler dışarı kaçabilir, sızabilir.Özellikle gıda, ilaç ve tekstil sanayiinde bu sorunun kesinlikle çözülmesi gerekir.Çözüm için basınçlı hava filtrelerinin kullanılması gerekir. İstenen nitelikte havanın elde edilmesi için basınçlı hava filtrelerinin seçimi çok önemli bir rol oynar.Basınçlı hava filtrelerinin tanımlanması gözenek büyüklükleriyle yapılır.Gözenek büyüklüğü filtrede tutulabilecek en küçük parça büyüklüğünü gösterir.

Şekil 73 Basınçlı hava Filtresi

79


Kaya

Basınçlı hava filtrelerinin uygun şekilde tasarlanmasıyla yoğuşma suyu da bu filtrelerde tutulabilir.Yoğuşma suyu seviyesi müsaade edilen en yüksek seviyeye ulaşmadan önce boşaltılmalıdır.Aksi taktirde su tekrar havaya karışır. Eğer çok miktarda yoğuşma suyu söz konusu ise otomatik boşaltıcının kullanılmasında yarar vardır.Otomatik boşaltıcı; yoğuşma suyu müsaade edilen en yüksek seviyeye ulaştığında bir kol mekanizmasıyla basınçlı hava lülesinin açılmasını sağlayan bir şamandıradan meydana gelir.Lüleden akan basınçlı hava bir diyafram aracılığı ile boşaltma musluğunu açar.Şamandıra minimum seviyesine ulaştığında lüle kapanır ve boşaltma işlemi sona erdirilir.Otomatik boşaltmanın yanı sıra yoğuşma suyu elle de boşaltılabilir. Havanın filtreye girmesi sırasında bir saptırma plakası yardımıyla havaya bir dönme hareketi verilir.Merkez kaç kuvvetinin etkisiyle su tanecikleri ve katı kirletici maddeler havadan ayrılırlar.Bu parçacıklar filtre kabının iç cidarına doğru savrulup daha sonra çökerek filtre kabında toplanırlar.Ön temizlemesi yapılmış hava filtre elemanının içinden geçerek diğer kirletici maddelerden de arıtılır.Unutulmamalıdır ki filtrede sadece filtre elemanının gözenek büyüklüğünden daha büyük kirletici maddeler tutulabilir.Normal filtrelerde gözenek büyüklüğü 5 µm ile 40 µm arasında bulunur. Filtrelerdeki önemli bir kavram tutma verimidir.Bu kavram; tutulabilecek belli büyüklükteki kirletici maddelerin hangi yüzdesinin tutulabileceğini belirtir.Örneğin 5 µm gözenek büyüklüğü için bu değer genel olarak % 99.99 değerine ulaşır. Belli bir çalışma süresi sonunda filtre elemanı toplanan kirletici maddelerden ötürü tıkanabilir.Bu nedenle filtre elemanı sistemin çalışmasına ve hassaslığına göre belli aralıklarla değiştirilmelidir.Filtre elemanının kirlenmesi filtreleme etkisini değiştirmez ancak akışa karşı daha fazla direnç göstereceğinden akış kayıplarını arttırır.Filtrede basınç düşümü yükselir. Filtre elemanının değiştirme zamanını saplayabilmek için gözle kontrol veya eleman üzerindeki basınç düşümünü ölçmek gerekir.Filtrede 40 ile 60 kPa (0,4- 0,6 bar) arasında basınç düşümü ölçüldüğünde eleman değiştirilmelidir. Bakım: Filtre elemanının değiştirilmesine yönelik bakım zamanı aralığı basınçlı havanın durumuna, bağlı pnömatik sistemlerin hava gereksinimine ve filtre büyüklüğüne bağımlıdır.Filtrenin bakımı sırasında aşağıdaki noktalara dikkat edilmelidir. • •

Filtre elemanının değiştirilmesi veya temizlenmesi Yoğuşma suyunun boşaltılması

80


Kaya

Temizleme sırasında üretici firmaların temizleme ve temizleme maddeleri ile ilgili talimatlarına uyulmalıdır.Genel olarak orta sıcaklıktaki sabunlu su ile temizlemek ve daha sonra basınçlı hava tutmak yeterlidir. Bundan sonraki filtrelerle ilgili Bölüm, havanın kompresörü terk etmeden önce ve sonra şartlandırılması için kullanılan yöntemleri incelemektedir. Havanın kirli veya kirlenmiş ortamdan alınması nedeniyle,arıtma işleminden geçirilmesinin önemi açıktır.Bununla beraber,havanın temiz bir ortamdan alındığı diğer bazı durumlarda,arıtma işlemine tabii tutulmasını gerektiren sebepler de önemini kaybedebilir.Fakat durum ne olursa olsun,havanın içinde kirliliğe neden olabilecek maddeler daima mevcut olabilir.Ayrıca,hava daima belli bir oranda nem ihtiva eder. Havanın içindeki kirletici maddelerin bertaraf edilmesi için yapılması gereken arıtma işlemi,kompresörle birlikte verilen belli aksesuarlar vasıtasıyla gerçekleştirilir.Bu aksesuarların bazıları hassas ve karmaşık bir nitelik arz etmekle beraber,diğerleri basit bir yapıya sahiptir.Havanın ne ölçüde arıtılması gerektiği hususu,uygulamaya ve tesisin gereklerine bağlıdır.Hava arıtma cihazın işlevini sürdürebilmesini sağlamak,tamamen size bağlı bir husustur. Çevre havası kompresöre girmeden önce,içindeki pislik ve diğer kirletici katı maddelerden temizlenebilmesi için,mutlaka bir filtreden geçirilmelidir.Bu filtreler,kompresör imalatçısına ve uygulamaya bağlı olarak,kuru veya ıslak tip olabilir.Gerek filtreleme işleminden geçirilecek hava miktarı ve gerekse kompresörün tipi,kompresörle birlikte kullanılan filtrenin tipi üzerinde doğrudan etkilidir. “Islak tip filtreler ise,yapı ve çalışma prensibi bakımından,kuru tip filtrelerden ufak tefek farklılıklar gösterir.Filtre mahfazasının üst kısmından içeri giren hava aşağı doğru yönlendirilerek yağ içine akar ve sonra da,emme borusu içinden geçmeden önce filtre ortamından geçerek yukarı doğru hareket eder.Bu akış esnasında hava ile taşınan yağ zerreciklerinin,pislik,toz veya diğer kirletici maddelerle beraber filtre içinde tutulmaları sağlanır. Serbest havanın içinde mevcut olan nem veya su buharı miktarı,sıcaklığı ve hava şartlarına göre değişir.Havanın tamamen doymuş durumda olması halinde ihtiva edeceği su buharı miktarına kıyasla,herhangi bir zamanda hava içinde bulunan su buharı miktarına bağıl nem adı verilir.Su buharı ile tamamen doymuş ve daha fazla nem kabul edemeyecek durumda bulunan havanın bağıl nemi %100’dür.Havanın doymuş durumda iken ihtiva edeceği su buharının sadece yarısına eşit miktarda su buharı ihtiva etmesi halinde ise bağıl nemi %50’dir.Sıcaklık ne kadar daha yüksek olursa,havanın tutabileceği su buharı miktarı da o nispette fazla olur.

81


Kaya

Hava tarafından tutulabilen su buharı miktarını etkileyen diğer bir faktör de, havanın maruz kaldığı basınç değeridir.Hava basıncı arttıkça,ihtiva edebileceği nem miktarı azalır.Tabii bu,ancak hava sıcaklığının sabit kalması şartıyla geçerlidir.Basınç artışı ile birlikte sıcaklık ta yükseldiği taktirde,basınçlı havanın nem tutma kabiliyeti de artar. Kompresör ağır yük şartları altında çalışmakta iken,depolama tankı veya pnömatik sistem hatları içinde bulunan basınçlı hava çiğlenme noktası sıcaklığına kadar soğumaz ve bu nedenle havanın içinde bulunan su buharı, pnömatik ekipmanın içinden geçer.Hava,pnömatik ekipmandan çıkarken ani olarak genleşir ve genellikle çiğlenme noktasının altındaki bir sıcaklığa kadar soğur.Bu esnada,havanın içindeki nem yoğuşur ve pnömatik ekipman içinde su oluşmasına neden olur.Havanın 0 ºC sıcaklığın altına kadar soğuması halinde ise, su donabilir. Basınç Ayarlayıcı: Kompresör tarafından sağlanan havada basınç salınımları vardır.Bu basınç salınımları; valfların anahtarlama özelliklerini, silindirlerin hareket hızlarını ve akış kontrol valfları ile, impuls valflarının davranışlarını olumsuz yönde etkiler. Bir pnömatik sistemin sorunsuz olarak çalışabilmesi için öncelikli koşul; basınç seviyesinin mümkün olduğunca sabit kalması gereğidir.Sabit bir sistem basıncını sağlayabilmek amacıyla basınç ayarlayıcılar kullanılır.Basınç ayarlayıcılar kontrol sisteminde kullanılan hava miktarından bağımsız olarak sisteme sabit seviyeli basınç sağlarlar.Basınç ayarlayıcılar filtreden sonra bulunurlar ve işletme basıncını sabit tutarlar.Ayarlanması gereken basınç seviyesi sistem bölümünün özelliğine göre saptanmalıdır Pratikte basınç ayarlanmaları aşağıdaki şekilde yapılır: • •

Güç veya tahrik bölümünde 6 bar Kontrol bölümünde 4 bar

Yukarıdaki değerler ekonomik ve teknik olarak, basınçlı hava hazırlanmasıyla devre elemanlarından iyi verimin alınması arasında iyi bir uyum getirirler. Koşullandırma Birimi: Koşullandırma birimi içinde aşağıdaki devre elemanları bulunur: - Hava filtresi - Basınç ayarlayıcı - Hava yağlayıcı Koşullandırma birimi için aşağıdaki noktalara dikkat etmek gerekir.

82


Kaya

- Koşullandırma birimini büyüklüğü sisteme gönderilecek hava debisine göre belirlenir. Koşullandırıcıdan gereğinden fazla hava geçirmek eleman üzerinde fazla basınç düşümüne neden olur. Bu nedenle üretici firmanın kullanma talimatlarına kesinlikle uyulmalıdır. - Koşullandırıcı için işletme basıncı eleman üzerinde verilen değeri kesinlikle aşmamalıdır. Ortam sıcaklığı elemanın yapımında kullanılan yapay malzemelerin genel olarak en yüksek çalışma sıcaklığı olan 50 C ‘yi aşmamalıdır. Koşullandırma biriminin bakımı: Koşullandırma birimi için aşağıdaki bakım çalışmaları düzenli olarak yerine getirilmelidir: - Basınçlı hava filtresi: Yoğuşma suyu miktarı sürekli kontrol edilmelidir. Yoğuşma suyu seviyesi işaretlenmiş olan seviyeyi kesinlikle aşmamalıdır. Aşması durumunda su hava tarafından emilerek sisteme girer. Saydam kap içinde biriken yoğuşma suyu bir musluk aracılığıyla dışarı alınır. Uygun aralıklarla filtre elmanı kirlenmeye karşı kontrol edilmeli ve gerekiyorsa temizlenmelidir. - Basınç ayarlayıcı: hiçbir bakım gerektirmez ancak bu elemandan önce bir basınçlı hava filtresi bulunmalıdır. -

Hava yağlayıcı: Burada da saydam yağ kabı içinde bulunan yağ miktarı kontrol edilmeli eğer gerekiyorsa yağ eklenmelidir. Yağ olarak sadece petrol kaynaklı madeni yağlar kullanılmalıdır. Plastik filtre ve yağ kabı kesinlikle trichloroethylen (trikloretilen) ile temizlenmemelidir.

7.7 HAVA DAĞITIMI Sistemde güvenilir ve sorunsuz hava dağıtımı için bir dizi noktaya dikkat etmek gerekir. Özellikle hava dağıtım hatlarının doğru olarak boyutlandırılması ve hava direnci açısından hat malzemesinin de boyutlandırma sırasında dikkate alınması, hatların düzenlenmesi, bakım konuları son derecede önem taşır. Hava Dağıtım hatlarının Boyutlandırılması Yeni sistem kurulması sırasında daha sonra yapılabilecek sistem genişletmeleri dikkate alınmalıdır. Eğer sistem genişletmesi öngörülüyorsa ana iletim hattının uygun ölçüde büyük boyutlandırılmasında yarar vardır. Daha sonra yapılabilecek genişletmeler için sisteme ayrıca gerekli bağlantı noktaları da (vana vb.) eklenmelidir. Akışın var olduğu borularda bir basınç düşümü bir başka deyişle kayıp söz konusudur. Kayıplar özellikle kesit daralmalarında, dirseklerinde, bölünmelerde ve bağlantı noktalarında yüksektir. İletim ve dağıtım hatlarında meydana gelen kayıpların kompresör tarafından karşılanması gerekir. Bütün sistemde meydana 83


Kaya

gelen basınç düşümü 0.1 bar dan daha yüksek olmamalıdır. Hatlar buna göre boyutlandırılmalıdır. Basınç düşümünü hesaplayabilmek için hat boyu ve çapı saplanmış olmalıdır. Boru bağlantı, ayrılma noktalarında ve dirseklerdeki kayıplar da dikkate alınmalıdır. Doğru boru çapının seçilebilmesi için işletme basıncını ve sistem için gerekli hava debisinin de bilinmesi gerekir. Akışa Karşı Direnç Boru içindeki akışta havanın her yön değiştirmesi akış için bozucu bir etkidir ve ek bir kayıp meydana getirir. Bir boru sisteminde kayıpsız çalışmak olanaksızdır ama kayıpları azaltmak olanaklıdır. Kayıplar uygun boru bağlantıları, malzeme ve kurma ile önemli ölçüde azaltılabilir. Boru Malzemesi Günümüzde bir pnömatik sistem için iletim ve dağıtım hatlarının aşağıdaki koşulları yerine getirmesi gerekir. - Düşük yük kaybı - Sızdırmazlık - Kimyasal aşınmalara karşı direnç - Genişletme olanağı Sistem kurulması sırasında sadece malzeme fiyatı değil aynı zamanda kurma maliyeti de dikkate alınmalıdır. Kurma maliyeti plastik hortumlarda oldukça düşüktür. Diğer yandan plastik hortumların yapıştırılması, uzatılması son derecede kolay ve güvenlidir. Bakır ve çelik borular ise ilk satın almada bağıl olarak daha ucuz olmalarına karşın kurma masrafları dikkate alınılırsa daha pahalıya mal oldukları görülür. Bunların lehimle veya kaynakla birleştirilmeleri yada bağlantı için diş açılması gerekir. Bu çalışmalara ek bir mali,yet getirmesi yanında eğer çalışmalar gerekli özenle yapılmaz ise bu işler sırasında ortaya çıkan çapak, toz vb. sisteme kaçar ve istenilmeyen sorunlara neden olur. Küçük ve orta boydaki boru çapları için plastik hortumlar diğer hortum tiplerine göre fiyat, kurma kolaylığı, bakım ve genişletilebilirlik yönlerinden daha iyidir. Hava iletim ve dağıtım sistemlerindeki basınç salınımları nedeniyle hatlar oldukça iyi bir şekilde döşenmelidir. Aksi taktirde kısa sürede sızdırmazlık problemleri ortaya çıkabilir.

84


Kaya

Şekil 74 Basınçlı Hava hazırlama Sistemi Hatların Düzenlenmesi Hava iletim ve dağıtım hatlarının doğru bir şekilde boyutlandırılmasının ve uygun malzeme seçiminin yanı sıra hatların doğru bir şekilde döşenmeleri de ekonomik bir çalışma için önemlidir.kompresör sistemi aralıklarla basınçlı hava verir. Bir başka deyişle sağlanan basınçlı havada basınç dalgalanmaları vardır. Sistemde çalışma sırasında kısa sürede fazla hava gereksinimi doğabilir. Bu durum hava dağıtım sisteminde uygun olmayan koşullara neden olur. Bu sorundan mümkün olduğunca kaçınmak için çapraz bağlantılı halka şeklinde döşenmiş hava iletim hattı kurulur. Böylelikle bağıl olarak daha iyi basınç koşulları elde edilebilir. Sistemdeki bakım, tamir ve genişletme çalışmaları sırasında tüm sistemi devre dışı bırakmamak için sistemi birbirinden bağımsız alt bölümlere ayırmakta yarar vardır. Sistem genişletmelerinde kolaylık olması amacıyla ana hatlardan ayırmalar T parçaları ile gerçekleştirilmeli ve geçmeli bağlantı yapabilen dağıtım blokları kullanılmalıdır. Dağıtım hatları ana hatlardan vanalarla ayrılacak şekilde donatılmalıdır. Kompresör tesislerindeki iyi su tutma derecesine karşı hatlardaki basınç düşümü ve sıcaklık düşümünden ötürü yoğuşma meydana gelebilir. Bu durumlarda yoğuşma suyunun hatlardan dışarı atılması gerekir. Yoğuşma suyunun hatlarda dışarı atılabilmesi için hatların akış yönüne doğru %1-2 eğimle döşenmeleri gerekir. Yoğuşma suyunu dışarı alabilmek için diğer bir yöntem hatların adımlı bir şekilde döşenmesidir. Bu yöntemde en alt adımdan yoğuşma suyu dışarı alınır.

85


Şekil 75 Enerji Kaynağı İçin Semboller

86

Kaya


BÖLÜM 8 Kaya

YÖNLENDİRME VALFLARI Yönlendirme valfları akışın yönünü istenen amaca göre değiştirmeye yada akış yolunu tamamen kapamaya yarayan devre elemanlarıdır. Valf sembolünde valfın yol ve konum sayısı ile kumanda şekli belirtilir. Valf sembolleri üzerinde valfın konstrüksiyonu ile ilgili veriler yer almaz. Sadece valfın işlemini belirtecek veriler yer alır. Valfların normal konumu valfın dışarıdan herhangi bir kumanda almaksızın aldığı konumdur. Valfların başlangıç konumu; valfın ait olduğu kontrol sisteminin çalışmaya başlayabilmesi için valfın alması gereken konumdur. Örneğin bazı valfların çevrime başlamadan önce kumandalı olmaları gerekir. Bu valfların kumandalı olması durumunda ancak sistem çalıştırılmalıdır. Yineleyecek olursak sistemin çalışmaya başlayabilmesi için devre elemanlarının bulunması gereken konuma başlangıç konumu denir.

Şekil 76 Yönlendirme valf Anahtarlama Sembolleri

87


Kaya

Şekil 77 Yönlendirme valfları Bağlantılar ve Anahtarlama Konumları

88


Şekil 78 Yönlendirme valfları Bağlantılarının gösterilişi

89

Kaya


Kaya

8.1 VALF KONSTRÜKSİYONLARI Bir valfın konstrüksiyonu ömür, anahtarlama zamanı, bağlantı şekli kumanda şekli ve büyüklüğü açılarından son derece de önemlidir. Yönlendirme valfı konstrüksiyon şekilleri: Oturmalı valflar - Bilyeli valflar - Disk tabanlı valflar Sürgülü valflar - Uzunlamasına sürgülü valflar - Uzunlamasına yassı sürgülü valflar - Plaka sürgülü valflar Oturmalı valflar Oturmalı valflarda valf yolları bilye,disk,plaka veya konik elemanlarla açılır veya kapanır. Oturmalı valflarda genel olarak elastik sızdırmazlık elemanları kullanılır. Oturmalı valflarda sürtünmeye çalışan ve bundan ötürü aşınmaya açık çok az parça bulunur. Bu nedenle oturmalı valfların ömürleri bağıl olarak uzundur. Bu valflar kirlenmeye karşı duyarsızdırlar. Yenilmesi gereken yay karşı kuvveti ve hava basıncının etkisi nedeniyle kumandaya karşı kuvvet yüksektir. Bu nedenle gerekli kumanda kuvveti bağıl olarak yüksektir. Uygulanan kumanda kuvveti geri getirme görevini gören yay kuvvetini ve basınçlı havanın uyguladığı kuvveti yenmek durumundadır. Sürgülü valflar Sürgülü valflarda valf bağlantı yolları piston, yassı piston veya disk Aracılığıyla birbirine bağlanır ya da kapatılır.

8.2 2/2-YÖNLENDİRME VALFI 2/2-yönlendirme valfı iki konuma (açık,kapalı) ve iki yola sahiptir. Bu valfın kapalı konumunda (3/2-yönlendirme valinden farklı olarak) dışarı hava atılması yoktur. En sık rastlanan yapım şekli bilye kapamalı olanıdır. 2/2- yönlendirme valfı elle veya basınçlı hava ile kumanda edilebilir.

8.3 3/2-YÖNLENDİRME VALFI 3/2- yönlendirme valfı ile bir işaret uygulanabilir veya işaret ortadan kaldırılabilir. Bir başka deyişle havanın yolu ya açılır yada kapatılır. Bu valf 3 bağlantı ve 2 anahtarlama konumuna sahiptir. Üçüncü bağlantı 3(R) aracılığı ile sisteme gönderilen basınçlı hava dışarı atılır. Bir yay aracılığıyla bilye valf kapama yüzeyine doğru itilir ve 1(P) bağlantısında bulunan basınçlı havanın yolu 2(A) yönüne 90


Kaya

geçmeyecek şekilde kapatılır. Bu anahtarlama konumunda 2(A) hattı 3(R) bağlantısı üzerinden atmosfere açılmış durumdadır.

Şekil 79 3/2-Yönlendirme Valfı, Bilye Oturmalı Valfın kumandası ile bilye oturma yüzeyinden ileri doğru itilecektir. Uygulanan kumanda kuvveti yayın geri getirme kuvvetini ve basınçlı havanın bilye üzerine etkilediği kuvveti yenmek durumundadır. Kumandalı konumda 1(P) ve 2(A) bağlantıları birbirine bağlanmış durumdadır. Valf hava akışını müsaade edecek şekilde anahtarlanmış durumdadır. Bu anahtarlanma konumu için valf elle veya basınçlı hava ile kumanda edilebilir. Kumanda kuvveti , işletme basıncına ve valf teki sürtünme kuvvetine bağımlıdır. Bu durum oturmalı valfların ancak belli bir büyüklüğe kadar yapılabilmesini getirir. Belli bir büyüklükten sonra valfların kumandası için büyük kumanda kuvvetlerine gerek duyulur. Bilye oturmalı valfların konstrüksiyonları oldukça basittir. Bu nedenle bağıl olarak ucuzdurlar.

Şekil 80 3/2-Yönlendirme Valfı ile Tek etkili Silindirin Kumandası

91


Kaya

Yukarıdaki devre şemasında tek etkili 1.0 silindiri, 1.1 numaralı 3/2yönlendirme valfı tarafından kumanda edilmektedir. El kumandalı valf normal konumda kapalı, 1(P) bağlantısında bulunan basınçlı havanın yolu kapatılmış durumdadır. Silindire giden hat bağlantısı 2(A), 3(R) bağlantısı üzerinden atmosfere açılmış durumdadır. Valfın elle kumada edilmesi ile 1(P) de bulunan basınçlı havanın yolu 2(A) bağlantısına yönlendirilir. 2(A) Bağlantısından silindire akan basınçlı hava yay geri getirme kuvvetini yenerek silindir pistonu ileri doğru iter. Elle kumanda düğmesi serbest bırakıldığında valf geri getirme yayı aracılığıyla tekrar normal konuma döner. Valfın normal konuma dönmesi ile silindire gönderilen basınçlı havanın yolu kapatılır ve silindire giden hat valf üzerinden atmosfere açılır. Böylelikle silindir pistonu yayın geri getirme etkisiyle geriye döner.

Şekil 81 3/2-Yönlendirme Valfı, Normalde Kapalı, kumandasız Yukarıda gösterilen valf, disk oturmalı valf ilkesine göre yapılmış bir valftır. Sızdırmazlık elemanları basit ve etkilidir. Cevap zamanı kısadır. Küçük bir kumanda hareketinde büyük hava debilerini geçirirler. Bilye oturmalı valflar gibi bunlarda kirlenmeye karşı duyarsızlardır. Çalışma ömürleri uzundur. 3/2- yönlendirme valfları tek etkili silindirlerin kumandasında veya kumanda valflarının anahtarlanmasında kullanılırlar.

92


Kaya

Şekil 82 3/2-Yönlendirme Valfı, Normalde Kapalı, kumandalı Normal konumda açık bir valfta; kumandasız halde 1(P) basınç bağlantısı, 2(A) bağlantısına yönlendirilmiş durumdadır. Normal konumda valf diski 3(R) bağlantısını kapatmıştır. Valfın kumanda edilmesi ile valf diski bulunduğu konumdan itilir ve 1(P) bağlantısı kapatılır. Bu durumda 2(A) bağlantısı 3(R) bağlantısına yönlendirilir ve atmosfere açılır. Valf kumandası kaldırıldığında valf yayın geri getirme etkisiyle tekrar normal konumuna döner. Bu anahtarlama konumunda daha öncede açıklandığı gibi basınçlı hava 1 (P) den 2(A) ya akar. Bu valflar elle mekanik olarak veya elektrikle kumanda edilebilirler. Kumanda şekli gerçekleştirilen kontrol sisteminin gereksinimlerine göre seçilir.

Şekil 83 3/2-Yönlendirme Valfı, Normalde Açık, kumandasız

93


Kaya

Şekil 84 Devre Şeması Yukarıdaki devre şemasında 1.0 numaralı tek etkili bir silindir 1.1 numaralı normal konumda açık, 3/2- yönlendirme valfı tarafından kumanda edilmektedir. Valf normal konumda açık olduğundan kumandasız durumda, bir başka deyişle normal konumda basınçlı havayı silindire doğru yönlendirmiş durumdadır. Silindir pistonu başlangıç konumunda ileri doğru hareket etmiş durumdadır. Valfın kumanda edilmesi ile 1(P) den 2(A) ya giden yol kapatılacak ve silindir hacmine giden hat 2(A) bağlantısı üzerinden 3(R) bağlantısına yönlendirilecektir. Bu durumda silindir piston kolu yayın geri getirme etkisiyle geri getirilecektir. Boşta geri dönüşlü mafsal makaralı valf Boşta geri dönüşlü mafsal makaralı valf sadece belli bir yöndeki hareket sırasında anahtarlanır. Diğer yöndeki hareket sırasında anahtarlanmaz. Bu tür valflar sınır anahtarı olarak silindir piston kolunun ileri ve geri konumunun algılanmasında kullanılırlar. Sınır anahtarı olarak kullanılması durumunda anahtarlama yönüne dikkat edilmesi gerekir. Mafsal makara mekanizması diğer yöndeki hareketleri algılamak için 180 derece döndürülerek de takılabilir. El sürgülü, 3/2- yönlendirme valfı Valfın yapım şekli basittir. Valfın kumandası bir yüksüğün elle ileri geri sürülmesiyle gerçekleştirilir. Bu valflar kapama açma valfları olarak kontrol sistemlerinin girişinde veya sistemin alt bölümlerinin girişinde kullanılırlar.

Şekil 85 El sürgülü, 3/2- yönlendirme valfı

94


Kaya

Pnömatik Kumanda : 3/2- yönlendirme valfı Basınçlı hava kumandalı 3/2- yönlendirme valfının kumandası 12(Z) bağlantısı üzerinden gerçekleştirilir. Aşağıda gösterilen devre şemasında yay geri getirmeli, pnömatik kumandalı normal konumda kapalı bir valf (1.1 numaralı) gösterilmiştir.

Şekil 86 Normalde Kapalı 3/2- Yönlendirme valfı Devre Şeması Pnömatik kumandalı bir valf dolaylı kumandalı bir kontrol sisteminin kumanda elemanı olarak kullanılabilir. Bu devrede 1.0 silindirinin piston kolunu ileri sürecek kumanda işareti elle kumandalı 3/2 – yönlendirme valfı ile dolaylı olarak verilir. Burada 3/2- yönlendirme valfının görevi 1.1 valfının anahtarlanmasına yöneliktir. 12 (Z) bağlantısına işaret, bir başka deyişle basınçlı hava gönderilirse geri getirme görevini gören yay kuvveti yenilerek, valf diğer anahtarlama konumuna geçirilir.

Şekil 87 3/2- Yönlendirme valfı, Yay geri Getirmeli, Kumandasız

95


Kaya

Kumandalı durumda 1 (P) deki basınçlı hava 2 (A) ya yönlendirilmiş durumdadır. 12 (Z) bağlantısında bulunan işaret, kumanda kaldırılırsa valf yayın geri getirme etkisiyle normal konumuna döner. Bu durumda disk 1 (P) ile 2 (A) arasındaki bağlantıyı kaldıracak, yolu kapatacaktır. Silindire giden hat bağlantısı 2(A), 3 (R) bağlantısına yönlendirilecek ve atmosfere açılacaktır. Pnömatik kumandalı, yay geri getirmeli 3/2- yönlendirme valfı normal konumda açık veya normal konumda kapalı olarak kullanılabilir.

Şekil 88 3/2- Yönlendirme valfı, Yay geri Getirmeli, Kumandalı Normal konumda açık valf için 1(P) ve 3(R) bağlantılarının yerleri değiştirilmelidir. 3(R) bağlantısına basınçlı hava 1 (P) bağlantısına da tahliye bağlanmalıdır. Valfın 12 (Z) kumanda işareti girişinin bulunduğu kafa kısmı 180 derece döndürülebilir.

Şekil 89 3/2- Yönlendirme valfı, Normalde Açık, Kumandasız

96


Kaya

Aşağıda devre şemasında görüldüğü gibi eğer normal konumda açık bir valf kullanılması durumunda (1.1 valfı ) başlangıç konumunda silindir pistonu ileri konumunda olacaktır. Valfın kumanda edilmesinden sonra piston kolu geri konumuna geçecektir.

Şekil 90 Normalde Açık, 3/2- Yönlendirme valflı Devre şeması Ön kumandalı 3/2- yönlendirme Valfı: Bu 3/2- yönlendirme valfı ön kumandalıdır ve daha küçük bir kumanda kuvvetine gerek vardır. Ön kumandalı valflarda 1(P) bağlantısından alınan küçük bir kanalla basınçlı hava ön kumanda bölümüne alınır. Mafsal kolu kumanda edildiğinde ön kumanda valfı açılır ve basınçlı hava valf kumanda diskini aşağı doğru iter. Valfın konum değiştirmesi iki aşamada gerçekleşir. Önce 2(A) ile 3 (R) arasında bulunan bağlantı kaldırılır daha sonra 1(P) den 2 (A) ya giden yol açılır. Basınçlı hava 2(A) ya yönlendirilir. Makaralı kolun serbest bırakılması ile ön kumanda valfına gönderilen basınçlı hava yolu kapatılır. Ön kumanda bölümünde bulunan hava tahliye edilir. Ana valf kapama, açma diski yay etkisiyle geri döner, basınçlı hava yolunu kapatır. Bu valfta normal konumda kapalı ve açık olarak kullanılabilir. Normalde açıl valf elde edebilmek için 1(P) ve 3 (R) bağlantılarının yeri değiştirilmeli ve kumanda düzeneği 180 derece döndürülmelidir.

97


Şekil 91 3/2- Makaralı Valf: Ön Kumandalı, Normalde kapalı

Şekil 92 3/2- Makaralı Valf: Ön Kumandalı, Normalde Açık

98

Kaya


Kaya

8.4 4/2-YÖNLENDİRME VALFI 4/2- yönlendirme valfı 4 bağlantıya ve 2 anahtarlama konumuna sahiptir

Şekil 93 4/2- Yönlendirme Valfı, Disk Oturmalı, Kumandasız 4/2- yönlendirme valfı , biri normal konumda açık, diğeri normal konumda kapalı iki 3/2- yönlendirme valfının bir arada olmasıyla yerine getirilebilecek işlevi yerine getirir.

Şekil 94 4/2- Yönlendirme Valfı, Disk Oturmalı, Kumandalı Valfın kumandası: İki valf kumanda çubuğunun aynı anda kumanda edilmesiyle öncelikle 1(P) ile 2 (B) arasındaki bağlantı ve 4(A) ile 3 (R) arasındaki bağlantı kesilir. Daha sonra iki kumanda çubuğuna basmaya devam edersek 1(P), 4 (A) ya 2(3), 3 (R) ye yönlendirilir, bağlantı kurulur. Bu valf çakışmasız hava atık bağlantısına sahiptir ve yay geri getirme etkisiyle normal konuma geri döner. Bu valflar çift etkili silindirlerin kumandasında kullanılır.

99


Kaya

4/2- yönlendirme valfları için diğer kumanda yöntemleri de vardır. Bunlar; düğmeli, tek yönlü ön kumandalı, çift yönlü ön kumandalı, makara kollu kumandalı olabilir. Genel olarak 5/2- yönlendirme valfı ile aynı işlevi görür.

Şekil 95 4/2- Yönlendirme Valflı (yay geri getirmeli) Devre 5/2- yönlendirme valfı genellikle 4/2-yönlendirme valfının yerine kullanılır. 5/2yönlendirme valfın de silindirin ileri ve geri hareketlerinde dönüş havası valfın ayrı kapılarından dışarı atılır.4/2 ve 5/2- yönlendirme valfları kontrol organı olarak temelde aynı görevi görürler.

100


Kaya

Şekil 96 5/2- Yönlendirme Valflı (yay geri getirmeli) Devre

8.5 4/3- YÖNLENDİRME VALFI 4/3- yönlendirme valfı 4 bağlantıya ve 3 anahtarlama konumuna sahiptir. 4/3yönlendirme valfına örnek olarak; döner diskli valfı gösterebiliriz. Bu valf genel olarak sadece elle veya ayakla kumanda edilecek şekilde üretilir. Kumanda edilmesiyle 1 (P) basınç hattı 2 (B) ye veya 4 (A) ya yönlendirilir.

Şekil 97 4/3- Yönlendirme Valfı. Orta konumda Kapalı

101


Kaya

Şekil 98 4/3- Yönlendirme Valfı Kesiti Aşağıda gösterilen devre şemasında orta konumda kapalı bir 4/3- yönlendirme valfı gösterilmiştir. Bu valfle kumanda edilen silindirin piston kolu istenen herhangi bir konumda sabit tutulabilir. Bununla birlikte piston kolunun hassas olarak bulunduğu konumda tutulması olanaksızdır. Havanın sıkıştırılabilir olmasından ötürü silindire etkiyen karşı kuvvetin değişmesiyle piston kolunun konumu da değişir

Şekil 99 4/3- Yönlendirme Valfı Devre Şeması 102


Kaya

8.6 5/2-YÖNLENDİRME VALFI 5/2- yönlendirme valfı 5 bağlantıya ve 2 anahtarlama konumuna sahiptir. Bu valflar genel olarak silindirlerden önce silindiri kumanda eden son eleman olarak kullanılırlar. 5/2- yönlendirme valfına örnek olarak uzunlamasına sürgülü valfı gösterebiliriz. Bu valfın içinde havayı değişik yönlere yönlendirmek amacıyla bir sürgü bulunur. Bu valflarda kumanda kuvveti olarak küçük bir kuvvete gerek vardır. Çünkü basınçlı havanın veya sürtünme kuvvetlerinin uyguladığı karşı kuvvet en düşük seviyededir. Bu tür valflarda hemen bütün kumanda olanakları uygulanabilir. Kumanda şekli; elle, mekanik, elektrik veya pnömatik olarak olabilir. Kumanda şekilleri valfın başlangıç konumuna döndürülmesi için de kullanılabilir. Uzunlamasına sürgülü valflarda kumanda yolu oturmalı valflara göre bağıl olarak daha uzundur. Sürgülü valfların bu tiplerinde sızdırmazlık da önemli bir sorundur.

Şekil 100 5/2-Yönlendirme Valfı, Uzunlamasına Sürgülü Uzunlamasına sürgülü valflarda sızdırmazlık önemli bir sorundur. Metal arasındaki sızdırmazlığı istenen değerde tutabilmek için aradaki boşluk 0.002-0.004 mm. Arasında bulunmalıdır. Aksi takdirde hava kaçakları kabul edilebilecek değerin üzerine çıkar. Sızdırmazlık sorununu daha uygun bir şekilde çözebilmek amacıyla oring’ ler kullanılır.

103


Kaya

Şekil 101 5/2-Yönlendirme Valfı ve Çift Etkili Silindir Diğer bir sızdırmazlık yöntemi bağıl olarak daha kısa anahtarlama yoluna sahip, disk oturmalı sürgülü valflarda kullanılır. Sürgü üzerinde bulunan disk basınçlı hava yolunu verilen kumandaya göre 2(B) veya 4 (A) ya yönlendirir. Valfın her iki tarafında sürgüyü kumanda etmek için elle kumanda düğmeleri vardır.

Şekil 102 5/2-Yönlendirme Valfı ; Disk Kapamalı, Akış 1 den 2 ye

104


Kaya

5/2-impuls valfi verilen kumandayı bellekte tutabilir. Bu valfi kumanda etmek için valfe bir an işaret göndermek yeterlidir. Kumanda işareti kalkmış olsa dahi valf verilmiş olan konumunda kalır. Bu konumunu diğer yöne anahtarlama işareti verilene kadar korur. Anahtarlama işareti 14 (Z) veya 12 (Y) bağlantıları aracılığıyla verilir.

Şekil 103 5/2-Yönlendirme Valfı ; Disk Kapamalı, Akış 1 den 4e

105


BÖLÜM 9 Kaya

VALFLAR 9.1 GERİ DÖNDÜRMEZ VALFLAR Geri döndürmez valflar bir yöndeki akışı müsaade ederler. Diğer yönlerdeki akışı engelleyen valflardır. Geri döndürmez valflarda akış yönünde akışkanın uyguladığı basınç valfın sızdırmazlığını daha etkili hale getirir. Geri döndürmez valflar bir yöndeki akışı tamamen engellerler. Diğer yöndeki akış ise çok küçük bir kayıpla gerçekleşir. Kapama işlevi bilye, konik eleman, disk veya membranla gerçekleştirilir.

Şekil 104 Geri Döndürmez Valf

Şekil 105 Geri Döndürmez Valf ve Değişik Uygulamaları

106


Kaya

Mantık elemanları Geri döndürmez valf ilkesini içeren devre elemanları iki girişin birbirine mantıksal olarak bağlanmasında bağlantı elemanları olarakta kullanılırlar. Bun elemanlar mantık elemanları olarak ta isimlendirilirler. Mantık elemanı olarak VE ile VEYA valflari vardır. Her iki, valfin de iki girişi vardır ve belli bir mantık işlemine göre çıkış işareti verirler. VE elemanı her iki girişinde var olması durumunda VEYA elemanı ise sadece bir girişin var olması durumunda çıkış verir. VE valfi VE valfi X ve Y olarak gösterilen iki girişe ve A ile gösterilen bir çıkışa sahiptir. Çıkış işareti sadece her iki girişte işaretin var olması durumunda vardır. Bir tek giriş işaretinin olması durumunda sürgü üzerinde oluşan kuvvet farkından ötürü valf geçişi engeller ve bir geri döndürmez. Valf gibi davranır. İki girişe farklı zamanlarda işaretin gelmesi durumunda ise son gelen işaretin geçişine müsaade edilir. Bir başka deyişle son gelen işaret çıkışa verilir. Gelen iki işaretin farklı basınçlarda olması durumunda yüksek basınç tarafı kapatılır, düşük basınç işareti çıkışa verilir. VE valfi genel olarak kilitleme kontrolünde güvenlik kontrolünde ve mantık işlemlerinde kullanılır.

Şekil 106 VE Valfı

107


Kaya

Şekil 107 VE Valflı Devre Şeması VE valfine karşılık iki normal konumda kapalı 3/2- yönlendirme valfinin arka arkaya kullanılmasıyla (seri olarak bağlanmasıyla ) oluşturulan devreyi örnek olarak gösterebiliriz. İkinci valften sonra işaret ancak her iki valfin kumandalı olması durumunda elde edilir.

Şekil 108 VE İşlevli (Seri bağlı valflarla sağlanan) Devre Şeması 108


Kaya

VEYA valfi VEYA valfi de X ve Y olmak üzere iki girişe ve A ile gösterilen bir çıkışa sahiptir. X girişine bir işaret gönderildiğinde Y girişi kapanacaktır. X girişindeki hava A çıkışına doğru akacaktır. Havanın Y ‘den A’ya doğru akması durumunda ise X girişi kapanacaktır. Bu elemandan sonraki valf ve silindir içindeki hava tahliye edileceği zaman VEYA valfinin konumu daha önce aldığı konumda kalır. VEYA valfi bir silindir yada bir kumanda valfi birden fazla noktadan kumanda edileceği zaman kullanılır. Bu amaç için bir yada birden fazla VEYA valfi kullanılabilir

Şekil 109 VEYA Valfı Aşağıdaki devre şemasında bir silindirin birbirinden farklı yerlerde olabilecek elle kumandalı iki valf tarafından kumanda edilmesi durumu gösterilmiştir.

109


Kaya

Şekil 110 İki İşaret Elemanı ile Bir Silindirin Kumandası VEYA valflari aşağıdaki devre şemasında gösterildiği gibi ek bir VEYA koşulunu yerine getirmek üzere , aralarında birbirine bağlanabilirler. Üç elle kumandalı valfin her biri silindir pistonunu ileri sürmek amacıyla kullanılabilir.

Şekil 111 Üç İşaret Elemanı ile Bir Silindirin Kumandası

110


Kaya

Çabuk Atık Valfi Çabuk atık valfi silindirlerde piston hızının arttırılması için kullanılır. Piston kolunun uzun geri dönme zemanı özellikle tek etkili silindirlerde çabuk atık valfiyle kısaltılabilir. Havanın geri dönüşü sırasında karşılaşılan akışa karşı olan direnç bu valf aracılığıyla ortadan kaldırılabilir piston geri dönüş hızı arttırılabilir. Atık havası bağıl olarak büyük olan bir çıkıştan dışarı atılır. Valf üzerinde P ile gösterilen bir basınç bağlantısı ve R ile gösterilen atık kapısı ve A ile gösterilen bir çıkış bulunur.

Şekil 112 Çabuk Atık Valfı, Akış P den A ya P bağlantısında basınçlı hava bulunduğu zaman kontrol diski atık kapısı R’ yi kapatacaktır. Böylelikle basınçlı hava P’den A’ya akar. Eğer P bağlantısında basınç ortadan kalkarsa A çıkışından gelen havanın gelmesi durumunda kontrol diski P bağlantısını kapatmış olduğundan hava doğrudan çabuk atık valfi üzerinden dışarı atılır. Çabuk atık valfinin etkisini arttırmak için mümkün olduğunca silindire yakın olarak monte etmek gerekir.

Şekil 113 Çabuk Atık Valfı, Tahliye A dan R ye

111


Kaya

Şekil 114 Çabuk Atık Valfı Devre şeması

9.2 AKIŞ KONTROL VALFLARI Akış kontrol valfları her iki yönde akan basınçlı hava debisini kontrol ederler. Eğer akış kontrol valfına ek olarak, bir geri döndürmez valf akış kontrol valfına paralel olarak konursa akış debi,si sadece bir yönde etkilenir. İki yönlü akış kontrol valfı Akış kontrol valfları genel olarak ayarlanabilir olarak yapılırlar. İstenen ayar seviyesi sabitleştirilebilir. Akış kontrol valfları silindir piston kolu hızının ayarlanmasında kullanılabilir. Burada dikkat edilmesi gereken nokta; akış kontrol valfının hiçbir zaman tam olarak kapatılmayacağıdır. ** DİKKAT.

Şekil 115 Akış Kontrol Valfı 112


Kaya

Şekil 116 Akış Kontrol Valfları Tek yönlü akış kontrol valfları Tek yönlü akış kontrol valfı akış kontrolünü sadece bir yönde gerçekleştirir. Geri döndürmez valf bir yönde akışın müsaade etmez ve hava, akış kontrol valfı üzerinden akmak zorunda kalır. Ters yönde ise hava geri döndürmez valfının akış yolunu açması nedeniyle hava bu valf üzerinden serbestçe akar ve bir kısılmaya tabi tutulmaz. Bu tür valflar pnömatik silindirlerin hız kontrolünde kullanılır. Eğer olanağı varsa doğrudan silindir üzerine takılmalıdırlar.

Şekil 117 Tek Yönlü Akış Kontrol Valfı

113


Kaya

Çift etkili silindirlerin hız kontrolü temel olarak iki şekilde yapılır. • •

Giriş havası kontrolü Atık havası kontrolü

Giriş Havası Kontrolü Giriş havası kontrolünde tek yönlü akış kontrol valfı silindirlere giden basınçlı hava debisini kontrol edecek şekilde kontrol edilir. Atık havası geri döndürmez valf üzerinden serbestçe dışarı atılabilir. Bu tür hız kontrolünde piston kolu üzerinde küçük yük salınımlarında örneğin; piston kolunun hareketi sırasında bir sınır anahtarını anahtarlarken bile hız salınımları meydana gelir. Bu nedenle besleme havası kontrolüyle hız kontrolü sadece tek etkili ve küçük hacimli silindirlerde yapılır

Şekil 118 Giriş Havası Kontrolü Atık Havası Kontrolü Atık havası kontrolünde besleme havası serbestçe silindire gönderilir. Atık havası tarafında ise hava, akış kontrol valfı üzerinden akmak zorunda kalır. Bu kontrol şeklinde silindir pistonu besleme havası ile çıkışı kontrol altına alınan atık

114


Kaya

havası arasında tutulur, sıkıştırılır. Bu şekilde yapılan hız kontrolü ile piston ilerleme hızı önemli ölçüde kararlı hale getirilir. Çift etkili silindirlerin hız kontrolü için her zaman atık havası kontrolü kullanılmalıdır.

Şekil 119 Atık Havası Kontrolü

9.3 BASINÇ KONTROL VALFLARI Basınç kontrol valfları adı üzerinden anlaşılacağı gibi basıncı kontrol etmekte kullanılır. Bu valfları üç ana grupta inceleyebiliriz. Bir pnömatik sistemde,hava basıncını sınırlandırmak için birçok tipte kontrol elemanları kullanılmaktadır.Öncelikle hava tankına yerleştirilmiş basınç kontrol üniteleri,tank ve dağıtım hatları içindeki hava basıncının sınırlandırılması amacıyla kullanılır.Bu tür bir basınç kontrol düzeni,kompresörün devreye girme ve devreden çıkma noktalarını belirler.Sistemdeki hava basıncı alçak basınç noktasına düştüğü anda,kompresör kontrol devresi kompresörü çalıştırarak devreye sokar.hava tankı basıncının maksimum basınç değerine ulaşması halinde ise,kompresör çıkış basıncı düşürülür yada kompresör otomatik olarak durur.

115


Kaya

Basınç ayar valfları,sistemdeki basınçlı havanın basıncını cihazın emniyetli çalışabilmesini sağlayacak bir seviyeye düşürerek kontrol eder.Örneğin;ana hat basıncı 17 bar,hattın beslediği cihaz ise sadece 6 bar basınç için tasarlanmış olduğu taktirde,ana hat basıncının düşürülmesi gerekir.Basınç ayarlayıcıları,genellikle hava istasyonlarına yada pnömatik cihazın müstakil parçaları üzerine yerleştirilir.Bunlar, çıkış noktasındaki hava basıncının yakın tolerans sınırları içinde kontrol edilebilmesini sağlamak için tasarlanmış hassas cihazlardır ve çalışmakta iken,tahliye valflarının yaptığı gibi basınçlı havayı atmosfere atmaz;fakat basıncı kontrol eder veya düşürürler. Herhangi bir ayar tertibatına sahip olmayan bir pnömatik sistemde,kompresör çalıştığı sürece hava sıkıştırılmaya devam eder.Sistemde herhangi bir kontrol mevcut değilse,bu durum boruların ve sistem aksamının patlamasına neden olabilir.Bu tür bir hasarı önlemek için,basınç tahliye ve emniyet valflarına ihtiyaç vardır.Tahliye ve emniyet valfları değişik tasarım ve çalışma yöntemlerine sahip olmalarına rağmen,aynı koruyucu görevi yerine getirirler.Tahliye valflarının sistemi genel hasarlara karşı korumasına karşın,diğer valflar sistemin değişik parçalarındaki basıncı ayar eder.Ayar edilen basınç değeri,daima toplam sistem basıncının altındaki bir seviyededir. • Basınç ayar valfları • Basınç sınırlama valfları • Basınç anahtarlama valfları Valf sistem basıncındaki değişimlere karşın belli sınırlar içinde sabit seviyeli bir sistem basıncı sağlar. Açıktır ki bu valfların çıkış basıncı giriş basıncından daha yüksek olamaz. Basınç sınırlama valfı Bu tür valflar genel olarak emniyet valfı olarak kullanılırlar. Sistemde müsaade edilen en yüksek basınç değeri aşıldığında valf anahtarlanır ve fazla basınç tahliye edilir. Basınç seviyesini istenen seviyeye indirir. Valf üzerinde bulunan bir ayar yayı aracılığıyla istenen basınç seviyesi ayarlanabilir. Basınç anahtarlama valfı Bu valf de basınç sınırlama valfıyla aynı çalışma ilkesine göre çalışır. Valf önceden ayarlanmış basınç seviyesine ulaşıldığında açılır.

116


Kaya

Şekil 120 Basınç Kontrol Valfları

9.4 BİRLEŞİK VALFLAR Çeşitli kontrol şekilleri için kullanılan elemanların karakteristikleriyle, konstrüksiyon özellikleriyle, bir araya getirilmesiyle bu özellikleri bir arada içeren yeni bir valf elde edilir. Valfların birleştirilmesiyle meydana getirilen yeni valfın sembolü kendisini oluşturan valfların sembolleriyle gösterilir Aşağıdaki elemanlar çeşitli elemanların bir araya getirilmesiyle oluşturulur. •

Zaman geciktirme valfı: işaret aktarımın veya anahtarlamanın geciktirilmesinde kullanılır.

•

5/4- yönlendirme valfı: çift etkili silindirlerin istenen herhangi bir konumda tutulabilmeleri için kullanılır. 4 adet 2/2 – yönlendirme valfının bir araya getirilmesi ile yapılır.

•

Hava kumandalı 8-yollu yönlendirme valfı: iki 4/2- yönlendirme valfının birleşiminden meydana gelir.

117


Kaya

•

İticili vakum vantuzu: iş parçalarının yerinden alınması ve bir başka yere iletilmesinde kullanılır.

•

Adımlayıcı modül: sıralama kontrolü için kullanılır.

•

Komut, bellek elemanı: işaret giriş koşullarına göre bir süreci başlatmak için kullanılır.

Zaman geciktirme valfı Zaman geciktirme valfı; pnömatik kumandalı 3/2- yönlendirme valfı, bir tek yönlü akış kontrol valfı ve küçük bir hava tüpünden meydana gelir. Yönlendirme valfı normalde kapalı olabilir. Zaman geciktirmesi normal koşullarda 0-30 saniye arasındadır. Ek bir hava tüpüyle bu süre uzatılabilir. Temiz ve basınç salınımsız havayla çalışması durumunda hassas anahtarlama zamanı elde edilir.

118


BÖLÜM 10

Kaya

EYLEYİCİLER VE ÇIKIŞ ELEMANLARI Eyleyici veya tahrik elemanı; Basınçlı havada bulunan iş yapma yeteneğini işe çeviren elemandır. Eyleyici elemanın hareketlerin düzenleyen sistem; kontrol sistemidir. Bir başka deyişle eyleyici eleman; bir kontrol sisteminin son elemanıdır ve bunun aracılığıyla bir iş gerçekleştirilir. Çıkış elemanlarına örnek olarak da basınçlı hava ile çalışan göstergeleri verebiliriz. Pnomatik eyleyicileri doğrusal ve dönel hareketli olmak üzere iki grupta inceleyebiliriz. • •

Doğrusal hareket o Tek etkili silindir o Çift etkili silindir Dönel hareket o Hava motoru o Salınımlı hava motoru

10.1 TEK ETKİLİ SİLİNDİR Pnömatik silindirler,basınçlı havanın basıncını ve hareketini doğrusal bir mekanik kuvvete ve harekete dönüştüren ünitelerdir.silindirin bir ucundan giren basınçlı hava pistonun hareket etmesine neden olur.bu hareket,piston kolu vasıtasıyla iletilir ve mekanik bir kuvvet ortaya çıkarır.piston üzerinde etki eden basınç ne kadar yüksekse,elde edilen mekanik kuvvette o kadar büyük olur.pistonun hareketi ve kuvveti birleşerek bir iş yapar.akışkanın debisi,pistonun hızını ve keza pnömatik çıkış gücünü belirleyen bir faktördür. Tek etkili silindir sadece bir yönde basınçlı hava ile tahrik edilir. Bu nedenle sadece bir yönde iş yaptırmak olanaklıdır. Silindir piston kolunun geri hareketi bir geri getirme yayı veya bir dış kuvvet aracılığıyla gerçekleştirilir. Geri getirme yayının uygulayacağı kuvvet, yüksüz durumdaki piston yeterli hızda geri dönebilecek şekilde seçilmelidir.

119


Şekil 121 Tek Etkili Silindir Tek etkili silindirler yapıları gereği belli görevlere daha uygundurlar. Örneğin: • İş parçalarının bağlanması • İş parçalarının yönlendirilmesi • İş parçalarının baskısında • İş parçalarının dağıtılmasında • İşlenmiş iş parçalarının yerlerinden alınmasında • Kesme işlemlerinde

Şekil 122 Tek Etkili Silindirin Kumandası

120

Kaya


Kaya

Şekil 123 Doğrusal Eyleyiciler tek etkili bir silindirin kumandası Aşağıda gösterilen örnekte 1.1 numaralı valf kumanda edildiğinde silindir pistonu ileri doğru hareket eder. Kumandanın kaldırılmasıyla silindir piston kolu geri, normal konumuna döner. Bu tür bir kontrol için normal konumda kapalı, 3/2 yönlendirme valfı gerekir. 3/2 yönlendirme valfının kumanda edilmesiyle basınçlı hava 1 (P) bağlantısında 2(A) bağlantısına doğru yönlendirilir. Bu sırada 3 (R) bağlantısı kapalıdır. Piston kolu ileri doğru hareket eder. Eğer valf üzerindeki kumanda kaldırılırsa valf yayın geri getirme etkisiyle normal konumuna döner. Bu anahtarlama konumunda silindire giden hat 2 (A) ve 3 (R) üzerinden atmosfere açılır. Basınçlı hava bağlantısı olan 1(P) kapatılır. Silindir piston kolu geri getirme yayı etkisiyle geri döndürülür.

121


Şekil 124 Doğrudan Kumanda Bir silindirin dolaylı kumandası ile ilgili devre şeması aşağıda görülmektedir.

Şekil 125 Dolaylı Kumanda

122

Kaya


Kaya

Silindirin kumandası için kullanılan 1.1 numaralı, 3/2 yönlendirme valfi yine 3/2 yönlendirme valfi olan ama ön kumanda için kullanılan elle kumandalı bir valf tarafından kumanda edilir. Dolaylı kumanda yönteminde son kumanda elemanı olarak kullanılan yönlendirme valfi silindirin büyüklüğüne bağlı olarak büyük bağlantı ölçülerine sahip olabilir. Elle kumandalı 1.2 numaralı 3/2 yönlendirme valfinin kumanda edilmesiyle 1.1 valfi üzerinde dolaylı olarak 1.0 silindirinin pistonu ileri doğru hareket ettirilir. Olayı biraz daha ayrıntılı açıklamak gerekirse; elle kumandalı valfin kumandasıyla silindiri kumanda eden valfin 12 (Z) girişine işaret gönderilir. Böylelikle valf basınçlı havayı silindire yönlendirir. Silindir pistonu yaya karşı çalışarak ileri doğru hareket eder. Kumanda düğmesi serbest bırakıldığında 12 (Z) deki işaret silinir ve kumanda valfi normal konumuna döner. Silindir piston kolu yayın geri getirme etkisiyle geri döner. Eğer yukarıdaki devrede 1.1 valfi yerine, normal konumda açık, 3/2 yöndendirme valfi kullanılırsa;

Şekil 126 Normalde Açık Kumanda Elemanı Normal konumda basınçlı hava silindire yönlendirilir, bundan ötürüde silindir piston kolu ileri konuma hareket etmiş durumda olur. Elle kumandalı valfin kumandasıyla 1.1 valfinin 10 (Z) girişine işaret gönderilir. 10 (Z) girişinden işaretlenen valf diğer konuma anahtarlanarak 1 (P) basınç girişi kapatılır ve silindire giden hat 3 (R) üzerinden atmosfere açılır. Yayın geri getirme etkisiyle piston kolu geri döner.

123


Kaya

10.2 ÇİFT ETKİLİ SİLİNDİR Konstrüksiyonu tek etkili silindire benzerdir. Ancak farklı olarak geri getirme yayı bulunmaz. Pistonun hareketini sağlamak amacıyla pistonunun her iki tarafından her biri anahtarlama durumuna göre basınçlı havaya veya atmosfere açılır. Çift etkili silindir her iki yönde de iş yapma yeteneğine sahiptir. Bu özelliği ile pek çok alanda kullanma yeri bulur. Ancak çift etkili silindirlerde göz önünde tutulması gereken önemli bir nokta, piston kolunun kapladığı alan nedeniyle ileri strokta elde edilen kuvvetin geri strokta elde edilen kuvvetten daha büyük olduğudur.

Şekil 127 Çift Etkili Silindir

Şekil 128 Çift Etkili Silindirin Kumandası

124


Kaya

Son Konum Yastıklamalı Silindirler Bir silindir tarafından büyük kütlelerin hareket ettirilmesi durumunda piston son konumlarının yastıklanması, darbeli kuvvetin sönümlenmesi gerekir. Böylelikle silindirlerin zarar görmesi de önemli ölçüde önlemiş olur. Piston son konumuna ulaşmadan önce sönümleme pistonu geri dönüş havasının serbestçe atmosfere atılmasını önler. Geri dönüş havasını dışarı atılması çoğunlukla ayarlanabilir olan küçük bir kesit içinden gerçekleştirilir. Pistonun son konuma ulaşmasına yakın hareket hızı giderek azaltılır. Burada dikkat edilmesi gereken nokta; yastıklama ayar vidasının tam olarak kapatılmaması gereğidir. Eğer tam olarak kapatılırsa piston son konumuna varmadan geri döner. Çok büyük kuvvetlerde ve yüksek ivmelenme değerlerinde özel önlemlerin alınması gerekir. Bu durumlarda, yastıklama etkisini daha etkin kılmak için, genellikle dış sönümleme elemanları kullanılır.

Şekil 129 Son Konum Yastıklamalı Çift Etkili Silindir Tandem Silindir Tandem silindir iki çift etkili silindirin özelliklerini bir arada içerir. Bu yapım şekliyle her iki piston yüzeyine de basınç uygulanmasıyla piston kolunda normal silindirde elde edilen kuvvete göre iki misli daha kuvvet elde etmek olanaklıdır. Bu tür silindirler büyük ölçüde kuvvete gerek duyulan fakat silindir çapının da önemli olduğu yerlerde yaygın olarak kullanılırlar. Çift Etkili Bir Silindirin Kumandası 4/2 ve 5/2 yönlendirme valfları çift etkili silindirlerin kumandasında kullanılabilirler. Her iki yönlendirme valfında de basınçlı hava 1(P) bağlantısından 2(B) bağlantısına doğru akar. Bu anahtarlama konumunda 4 (A) bağlantısı atmosfere açılmış durumdadır. Silindir piston kolu uygulanan basınç nedeniyle geri konumda

125


Kaya

bulunur. Valfın kumanda edilmesiyle basınçlı hava 4 (A) ya yönlendirilir ve 2 (B) bağlantısı atmosfere açılır. Bu anahtarlama konumunda piston kolu ileri doğru hareket eder ve valf kumandalı kaldığı sürece ileri konumda kalır. Bir 4/2 yönlendirme valfının kullanılması durumunda her iki anahtarlama konumunda da hava 3 (R) bağlantısı üzerinde atmosfere atılır.

Şekil 130 4/2- Yönlendirme valflı devre Şeması Genel olarak çift etkili bir silindirin kumandasında 5/2 yönlendirme valfı kullanılır. Bu tür valf kullanılması durumunda anahtarlama konumuna göre hava iki ayrı bağlantı üzerinden atmosfere atılır. Bu bağlantılar 3 (S) ve 5 (R) dir.

126


Kaya

Şekil 131 5/2- Yönlendirme valflı devre Şeması Silindir piston kolu hızını ayarlayabilmek için dışarı atılan hava yolunu istendiğinde küçülten 1.01 ve 1.02 numaralı akış kontrol valfları kullanılmıştır. Bu devre şemasında 5/2 impuls valfı kullanılmıştır. 1.2 1.3 numaralı işaret elemanlarının kısa süreli kumanda edilmesiyle 1.1 valfı anahtarlanabilir. Bir diğer yönde anahtarlama işaret gelene kadar valf bu konumunu korur.

Şekil 132 Çift Etkili Bir Silindirde Atık Hava Kontrolü

127


Kaya

10.3 SİLİNDİRLERİN KARAKTERİSTİKLERİ Silindirlerin performans karakteristikleri kuramsal olarak veya üretici firmanın verilerinden hesaplanabilir. Her iki yöntemle hesap yapmak olanaklıdır. Ancak belli bir tasarımla belli bir uygulamaya yönelik olarak yapılmış silindirlerin performans karakteristiklerinin hesabında üretici firma verilerin dikkate almak daha doğru sonuç verir. Piston Kuvveti Bir iş elemanının uyguladığı kuvvet hava basıncına, silindir çapına ve hareketli halde sızdırmazlık elemanlarının sürtünme dirençlerine bağımlıdır. Kuramsal olarak piston kuvveti aşağıdaki şekilde hesaplanabilir. F th

=A*P

F th

= Kuramsal piston kuvveti (N)

A

= Etkin piston yüzeyi alanı (m)

P

= Çalışma basıncı (Pa)

Strok Uzunluğu Normal pnömatik silindirlerde strok uzunluğu 2 m. yi, piston kolsuz pnömatik silindirlerde ise 10 m. yi geçmemelidir. Uzun stroklarda, uzayan strokla birlikte piston kolunda ve kılavuz yataklarda mekanik yüklenmeler de artar. Stroğa göre piston kolu çapı özenle seçilmelidir. Piston Kolu Hızı Pnömatik silindir piston kolunun ilerleme hızı, yenmek zorunda olduğu karşı kuvvete, çalışma basıncına, hava hattı uzunluğuna, kumanda valfının büyüklüğüne ve kumanda valfı ile silindir arasındaki hattın kesit alanına bağımlıdır. Son konuma yakın bölümde ise son konum yastıklaması ayrıca piston hızını etkileyen bir etkendir. Standart silindirlerin piston hızları ortalama olarak 0.1 ile 1.5 m/s arasında bulunur. Özel silindirlerde bu hız yüksek değerlere ulaşabilir. Örneğin darbe silindirlerinde piston hızı 10 m/s ye erişebilir. Piston hızı tek yönlü akış kontrol valfları ile düşürülebilir veya çabuk atık valfları ile yükseltilebilir. Yeterli miktarda havanın hazırlanması ve sistem için gerekli enerji maliyetinin çıkarılması için silindire gerekli hava miktarının hesaplanması gerekir. Hesaplar belli bir çalışma basıncı, belli strok ve belli bir çap aşağıdaki şekilde yapılır.

128


Kaya

10.4 HAVA MOTORLARI Basınçlı hava enerjisini mekanik dönme enerjisine dönüştüren elemana hava motoru adı verilir. Pnömatik motorlar, bir basınçlı hava akımının hareketini (kinetik enerjisini)ve basıncını (potansiyel enerjisini) devamlı bir döndürme kuvvetine veya dönme hareketine dönüştüren ünitelerdir.genel anlamda,bir pnömatik motor,basınç enerjisini doğrudan mekanik enerjiye dönüştürür.daha belirgin bir ifade ile;bir pnömatik motorda,basınçlı havanın kinetik enerjisi dönen bir milin kinetik enerjisine dönüştürülür.çıkış mili,motorun çalıştırılacak makineye veya cihaza bağlandığı noktadır.motora giren basınçlı havanın basıncı,motordan elde edilebilecek kuvveti veya çıkış torkunu tayin eder.havanın debisi ise,motor hızını belirler.basınç ve debinin her ikisi birlikte olarak,motor çıkış gücünü tayin eder. Hava motoru bugün en çok kullanılan iş elemanlarından biridir.Hava motorları yapılarına göre aşağıdaki şekilde alt gruplara ayrılırlar. • Pistonlu Motorlar • Kanatlı Motorlar • Dişli Hava Motorları • Türbin Tipi Motorlar

Şekil 133 Dönel Hareket

129


Kaya

Pistonlu Motorlar Pistonlu motor tipi de kendi arasında, radyal ve eksenel pistonlu motorlar olmak üzere iki alt gruba ayrılır. Pistonlu motorlarda havanın basınç enerjisi piston ve krank mili aracılığıyla mekanik dönme enerjisi haline dönüştürülür. Düzgün bir çalışma için çok sayıda pistona gerek vardır. Motorların gücü giriş basıncına piston sayısına piston yüzeyi alanına ve piston hızına bağımlıdır. Eksenel pistonlu motorların çalışma ilkesi yukarıda açıklanan radyal pistonlu motorların çalışma ilkesine benzerdir. Eksenel olarak düzenlenmiş 5 piston üzerinden kuvvet bir mekanizma yardımıyla mekanik dönme enerjisi olarak tahrik miline iletilir. Motorun düzgün bir şekilde çalışması ve dengeli bir moment dağılımı için iki piston yanı zamanda basınç altına alınır. Bu tip hava motorları sola yada sağa dönecek şekilde ayarlanabilirler. Devir sayıları yaklaşık 5000 d/d dir. Güçleri normal basınçta 1.5 – 19 kW (2-25 PS) arasındadır. Kanatlı hava motorları Basit yapıda olmaları ve daha düşük ağırlıkta olmaları nedeniyle döner pnömatik tahrik elemanı olarak genellikle kayar kanatlı hava motorları kullanılır. Silindir şeklindeki bir hacme döner bir göbek merkezden kaçık olarak yerleştirilmiştir. Döner mil üzerinde bulunan yuvalara kanatlar takılmıştır. Motorun çalışması sırasında kanatlar merkezkaç kuvvetinin etkisiyle silindirik hamin iç iç çeperine doğru itilirler. Bu itme kuvveti nedeniyle kanatlar arasındaki sızdırmazlık sağlanır. Bu tip motorların devir sayısı 3000 ile 8500 d/d arasında değişir. Sağa veya sola dönebilirler. Güçleri 0,1 – 17 kW (0,1 – 24PS) arasındadır. Dişli Hava Motorları Bu tipte döndürme momenti basınçlı havayla tahrik edilen ve karşılıklı olarak çalışan dişli çarklar aracılığı ile elde edilir. Dişli çarklardan biri tahrik mili üzerine takılmıştır. Bu tip hava motoru yüksek güç gereksinimi (44 kW/60 PS) olan yerlerde kullanılır. Türbin Tipi Motorlar Türbin tipi motorlar sadece küçük güçlere gereksinim olan yerlerde kullanılırlar. Devir sayıları oldukça yüksektir. (Dişçilerin kullandıkları matkap makinelerinde yaklaşık : 500.000 d/d). Çalışma ilkesi eksenel kompresörlerin tersine çalışmaları durumundaki çalışma ilkesine benzer. Hava motorlarının özellikleri : • Kademesiz olarak devir sayısı ve döndürme momenti ayarı olanaklıdır. • Çok geniş bir aralıkta devir sayısı elde edilebilir. • Küçüktürler (Daha hafif) • Aşırı yük emniyetlidirler • Toza, suya, sıcağa ve soğuğa karşı dayanıklıdırlar. 130

HİDROLİK PNÖMATİK SİSTEMLER • • •

Patlamaya karşı emniyetlidirler. Bakım gereksinimi çok azdır. Dönme yönleri kolaylıkla değiştirilebilir

Şekil 134 Yardımcı Semboller

131

Kaya


Şekil 135 Pnömatik ve Hidrolik Semboller

132

Kaya


Kaya

KAYNAKÇA 1. 2. 3. 4. 5.

Hidrolik Temel seviye öğretim kitabı FESTO Pnömatik Temel seviye öğretim kitabı FESTO Hidrolik Devre Elemanları ve Uygulama Teknikleri TMMOB Mak. Müh. Odası Pnömatik Devre Elemanları ve Uygulama Teknikleri TMMOB Mak.Müh. Odası Temel Pnömatik M.E.B.

133

Hidrolik-Pnömatik Sistemler

Recommend Documents