F'). Sürtünme kuvveti, kinetik sürtünme kuvvetine eşittir (F'=F'k). Böylece, değeri F'=l"kN kullanılarak hesaplanır. Şekil.l(a) da N tepki kuvveti ile F1 sürtünme kuvvetinin bileşkesi R, bu bileşke ile N tepki kuvveti arasındaki açı da (> j olsun. F kuvvetinin değeri arttıkça, 6 açısı 9S değerine ulaşana kadar hareket olmaz. 6S ye statik sürtünme açısı adı verilir ve kuvvet üçgeninden t g
^ = i k = fcN = f s N
N
bağlantısı kullanılarak hesaplanabilir. Haıeket başladıktan sonra sürtünme kuvvetinin değeri azalıp F'k olur. <> | açısı da azalıp <> | k (kinetik sürtünme açısı) değerini alu\ Bu durumda da yine kuvvet üçgeninden yararlanarak
N
N
yazılabilir. Örnek. 1- Şekil.2(a) da gösterilen 20 kg kütlesindeki sandık 20° eğimli düzlemde yukarıya doğru çekilecektir. Sandık ile eğik düzlem arasındaki sürtünme katsayıları i's=0.45, fk=0.27 olduğuna güre (a) sandığı harekete geçirecek (b) sandığın yukarı doğru hareketini sabit hızla sürdürecek F kuvvetini bulunuz. 4-24
II Mi
n
SÜRTÎTNME
R
Şekil.2- Örnek.l Sandığın serbest cisim diyagramı Şekil.2(b) de gösterilmektedir. Denge konumunda düzleme paralel ve dik doğrultularda denge denklemleri yazılırsa N-Pcos20 + Fsinl5 = 0 Fcosl5-Psin20-F = 0 ekle edilir. Sandık hareket başlangıcında iken sürtünme kuvveti F = F's + fsN = 0.45N dir. Böylece elde edilen üç denklem birlikte çözülürse bulunur (a).
F= 138.65 N
Sandık harekete başladıktan sonra eğik düzleme paralel doğrultuda denge bozulabilir. Ancak, sabit hız söz konusu olunca ivme sıfırdır ve denge denklemi bu durumda da geçerlidir. Bununla birlikte, sürtünme kuvveti şimdi F s F ^ f u N ^ ^ Î N olmuştur. Bu bağıntı ile baştaki iki dengi- denklemi birlikte çözülürse F=112.85N bulunur (b). 2. YUVARLANMA SÜRTÜNMESİ Tekerleğin icadı uygarlık tarihinin en önemli dönüm noktalarından biridir. Taşınacak yükün doğrudan doğruya kaydırılması yerine yuvarlanan tekerlekler üzerinde taşınması çok daha kolaydır. Çünkü kaymaya karşı oluşan sürtünme kuvveti, aynı yük için, yuvarlanmaya karşı oluşan dirençten çok daha fazladır. Bir yükün tekerlekler üzerinde taşınması sırasında önemli iki türlü direnç vardır: dingil sürtünmesi ve yuvarlanma direnci. Şekil.3 de bir P yükünü taşıyarak sağa doğru hareket etmekte olan bir tekerlek gösterilmektedir.
4-25
SÜRTÜNME
(b) Şekil.3(a)- Dingil sürtünmesi, (b) Yuvarlanma direnci. Tekerlek sağa doğru hareket ederken P yükü. N tepki kuvveti ve yatak direncini temsil eden saat yönüne ters bir M momentinin etkisindedir. Bu momente karşı bir kuvvet çifti oluşturulması için aynı değerde ve ters doğrultularda yerin tekerleğin sağa kaymasına karşı gelen bir F' sürtünme kuvveti ile tekerleğin sağa doğru sabit hızla yuvarlanmasını sağlayan bir F kuvveti eklenmelidir. Yerle tekerlek arasında sürtünme olmasaydı, F' ve F, bunlara bağlı olarak M de sıfır olacak ve tekerlek sağa doğru (yuvarlanmadan) kayacaktı. Oysa yatak sürtünmesi hiçbir zaman sıfır olamaz ve mutlaka yerin tekerleğe uyguladığı R bileşke tepki kuvvetinin yatay bileşeni de vardır. P yükü ve sağa doğru hareket nedeniyle yer ve tekerlek biraz şekil değiştirir (Şekil.3b). Tekerlekle yer birbirine bir çizgi üzerinde değil de daha geniş bir alan üzerinde değer. Gözlemler R bileşke tepki kuvvetinin tekerleğin merkezinden daha önde bir A noktasına etkidiğini göstermektedir. Bu durumda, yükün A noktasına göre momentine karşı moment yaratmak ve tekerleğin sağa doğru sabit hızla yuvarlanmasını sağlamak için tekerleğin merkezine yatay bir F kuvveti uygulanmalıdır. A noktasına göre moment denkleminden Pt=Pbyadab=Fr/P
•C A
elde edilir, b uzaklığına yuvarlanma direnci katsayısı adı verilir ve genellikle cm cinsinden ifade edilir. Daha öncekilere benzer bir sürtünme katsayısı tanımlanmak istenirse
yuvarlanma sürtünme katsayısı adını alır. Bu katsayı tekerlek ve yer yüzeylerine, malzemelere ve ayrıca tekerlek yarıçapına da bağlıdır. 3. MAKİNA ELEMANLARININ SÜRTÜNMESİ Verim Dünyada üretilen tüm enerjinin yaklaşık üçte biri sürtünme nedeniyle kaybolmaktadır. Makinalarda birbirine göre hareket eden çok sayıda eleman bulunduğu için, sürtünme, üzerinde önemle durulması gereken bir husustur. Bir makinanın verimi, makinadan elde edilen faydalı işin harcanan toplam ise oranıdır. Makinayı çalıştırmak için harcanan toplam işin (W,) bir bölümü sürtünmeyi yenmek için harcanmaktadır (Wf). Böylece verim, _W,-W f olarak hesaplanır. e=
w,
4-26
I,"- •
SÜRTÜNME Kamalar Kamalar iki geniş yüzü paralel olmayıp birbiriyle küçük bir açı yapan basit elemanlardır. Çoklukla ağır yük ve makinalan kaldırmak ve konumlarını düzeltmekte kullanılır. Kamayı makinanın altına itmek için gerekli kuvvet, makinayı doğrudan doğruya kaldırmak için gereken kuvvetten daha azdır. Kare Dişli Vidalar Kare dişli vidalar, mengene, kriko ve pres gibi mekanizmalarda sıklıkla kullanılır. Şekil.4(a) da gösterilen vida kriko ;ımacıyla kullanılıyor olsun. Bu kriko P ağırlığında bir yükü kaldırmak için kullanılmaktadır. Vida veya somun döndükçe vida yukan (veya aşağı) doğru hareket eder. Vidanın ortalama çapı dm, bir tur döndüğünde düşey ilerlemesi h ise, bir Hır dönme sırasında somunun kaydığı bölüm açılırsa Şekil.4(b) de gösterilen eğik düzlem elde edilir.
(b) Şekil.4- Kare dişli vida. Yatay ve düşey doğrultudaki denge denklemleri; F - Nşina - fsNcosa = 0, N cosa - P - f, N sina = 0 birlikte çözülürse, yükü kaldırmak için gerekli yatay kuvvet F
_
p
fs + t g a 1 - fstg a
burulma momenti de 2
1 - fstg a
olarak bulunur. Benzer şekilde yükü indirmek için gerekli burulma momenti T
_Pdm fs-tga 2 U + fstg a
olur. bu burulma momentinin değeri sıfırdan büyük olduğunda, yükü indirmek için (vidayı aşağı doğru hareket ettirmek için) burulma momenti uygulamak gerekir. Yani vida kendi kendini kilitleyen türdendir, serbest bırakıldığında, yükü kendiliğinden aşağı indirmez. Öte yandan fs
SÜRTÜNME Söz konusu vidanın verimi yükü kaldırmak için gerekli burulma momentinin sürtünmesiz (fs=0) ve sürtünmeli değerlerinin oranıdır: c
_T(fs = 0 ) _ 1-f.tga 1 + f8 cg a
Vida dişlerinin kare kesitli olmayıp, dış yüzleri arasında 28 gibi bir açı olması halinde yükü yukarı kaldırmak için gerekli burulma momenti T
_Pdm 2
f s + tg a c o s 6 cos 9 - f s t g a
vidanın verimi de _ cos 8 - fs + tg a cos G - fs ctg olur. MU Yatakları Mil yatakları, yatay eksen etrafında dönen millere destek olarak kullanılır ve düşey yük taşırlar. Metal yüzeylerin sürtünmesi hem elemanların aşınması, hem de enerji kaybıyla ısınma nedeniyle pek istenmediğinden genellikle aralarına başka bir madde (örneğin, yağ) konur. O zaman yataklardaki sürtünme direnci dönme hızı, yatakla mil arasındaki boşluk, yağın akışkanlığı gibi etkenlere önemli ölçüde bağlıdır. Ancak, yeterli yağlanma olmadığı veya sürtünme katsayısının yüzeyler yağlanmış durum gözönüne alınarak hesaba katılmasıyla yeterli doğruluk sağlanacağı durumlarda sanki arada bir başka madde yokmuş gibi hesap yapılabilir. Böyle bir durumdaki bir yatak ile içinde sabit hızla dönen bir milin kesiti ve mil eksenine dik kuvvetler Şekil.5 de gösterilmektedir. Mil, yatağa P değerimle bir düşey yük aktarmaktadır. Ayrıca sürtünme direncini yenmek için mile T değerinde bir burulma momenti uygulanması gerekir.
Şekil.5- Mil yatağı. Yatağın P yüküne tepkisi yine fltlşpy yönde ve değeri P ye eşit bir R kuvvetidir; R=P. Ancak, bu düşey kuvvet 0 merkeziyle aynı düşey çizgi (i/ı-rimle olmayıp P ile oluşturduğu kuvvet çifti T momentini dengeleyecek şekilde milin dönme yönü tarafındadır. Yani mil ile yatak arasındaki değme yatağın en alt noktasında değil, A noktasında olur. Mil dönmeye başladıktan sonra, yatak içinde biraz geriye kayarak tırmanır ve R ile N normali arasındaki açı kinetik sürtünme açısı (j^ ya eşit olacak konumda durur. Bu durumda sürtünme direncini yenmek için gerekli T momenti, r milin yarıçapı olmak üzere T = Rrsin (j^ - Rtg <)>k=Prfk olur. fk mil ile yatak arasındaki gerçek koşullara uygun olarak seçilecek kinetik sürtünme katsayısıdır. 4-28
SÜRTÜNME Basınç Yatakları (Dip Yatakları) Basınç yatakları, eksenleri etrafında dönen millere eksen doğrultusunda destek olarak kullanılır. Uç yatakları ve bilezik yatakları olmak üzere iki türleri vardır (Şekil.6).
D
(b)
(a)
Şekil.6- Basınç yatakları, (a) Uç yatağı (b) Bilezik yatağı Böylece mil ile yatak arasında dairesel veya halka biçiminde düzlemsel yüzeyler birbirine sürtünme kuvveti "ygular. Dairesel yüzeyler aıasında dömne haıeketinden doğan sürtünmeye disk sürtünmesi adı verilir. Bir P ek. enel yükü altında yatakla mil arasındaki sürtünmeyi yenmek için uygulanacak burulma momenti, D dış, d iç çap olmak üzere, halka biçiminde sürtünme alanı için
D 2 -d 2 daireıel sürtünme alanı için de = J-f k PD 3 olarak hesaplanabilir. Düşük dönme hızlarında kinetik sürtünme katsayısı için 0.08 ile 0.15 arasında değerler alınabilir. Yüksek hızlarda fk, 0.04 e kadar düşünülebilir. Yeterli yağlanma sağlandığında daha da düşerek 0.0010 0025 değerlerini a ! j . Bir disk kavrama tarafından kayma olmadan aktarılabilecek maksimum burulma momenti hesaplanırken de yukarıdaki bağıntılar kullanılabilir. Sadece kinetik sürtünme katsayısı fk yerine statik sürtünme katsayısı fs kullanılmalıdır. Kayış Sürtünmesi Sabit bir silindirin üzerinden geçen ve Şekil.7 de gösterilen kayışı düşünelim. Kayış silindire merkezden a • çısı ile görülen bölümde değmektedir. Kayışın iki tarafındaki çekme kuvvetleri T| ve T2 olarak adlandırılmıştır, ayışın sağa doğru kaymak üzere olduğu anda, kayışın küçük bir parçasının denge durumu göz önüne alınıp elde ı lilen diferansiyel denklem, - f, T = 0 çözüldüğünde T2 = T, ef»« 4-29
SÜRTÜNME
Şekil.7- Kayışta sürtünme bağıntısı elde edilir. Bu bağıntı, sabit bir silindire sanlı kayış veya ip problemlerinde kayış ya da ip kaymak üzere iken ya da kayış sabit olup silindir dönmek üzere iken kullanılabilir, a açısı rad cinsinden ifade edilmelidir. Hem kayışın, hem de silindirin hareketli olduğu problemlerde kayışın kayıp kaymayacağının belirlenmesi gerekir. Kayışın silindirin üzerinde kaydığı durumlarda T 2 = Ti bağıntısı kullanılmalıdır. İki kenan arasında 2f) açısı olan bir V-kayışı kesitine uygun oyuklu bir kasnak üzerinden geçiyorsa (Şekil.8) yukarıdaki bağıntılar yerine, kayma başlangıcında T2 = Ti e f s a / s i n P kayma sırasında da bağıntısı kullanılmalıdır.
T 2 = Ti
Şekil.8- V-kayışı.
4-30
SÜRTÜNME KAYNAKÇA (1) ŞUHUBİ, E.S., Rijid Cisimler Dinamiği, Fatih Yayınevi Matbaası, İstanbul, 1981. (2) BEER F.P. ve JOHNSTON, E.R., Vector Mechanics for Engineers, Statics and Dynamics, McGrawHill, 1977. (3) SHlGLEY, J.E., Mechanical Engineering Dcsigıı, McGraw-Hill, 1986. 1 (4) BAUMElSTER T., (Ed), Marks Standard Haııdbook for Mechanical Engineers, McGraw-Hill, 1978. İLGİLİ TSE STANDARTLARI TS 293-98 TS
1574
TS TS
2439 2908
Türk Birimler Sistemi (Uluslararası Birimler Sistemi SI) Temel Büyüklükler ve Birimleri (Mekanik, fizik ve teknik birimler) Türk Birimler Sistemi (Uluslararası Bilimler - SI) ve Çarpanları ile Diğer Bazı Birimlerin Kullanılması) Boyutsuz Parametreler Türk Birimler Sistemi - Katı Hal Fiziğinin Büyüklük ve Birimleri
1965-1985 Mart 1974 (Tadil - Ocak 1985) Kasım 1976 Aralık 1977 (Tadil-Ocak 1985)
4-31
İt
•
I
MAKINA MÜHENDİSLİĞİ
E L KİTABI Ciltl
ÜRETİM VE TASARIM Baskıya Hazırlayan A. Münir CERİT ( Makina Yük. Mühendisi) 2. Baskı
TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Ekim 1994
Yayın no: 169
tmmob makina mühendisleri odası
Sümer Sokak 36/1-A 06440 Dcmirlepc / ANKARA Tel : (0-312) 231 31 59 - 231 80 23 Fax : (0-312) 231 31 65
Yayın no : 169
ISBN : 975-395-124-8 (Tk. No) ISBN : 975-395-125-6 (1. Cilt)
Bu Yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO'nın izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alınlı yapılabilir. Ekim 1994 - Ankara
Dizgi: Ali Rıza Falcıoğlu (Makina Mühendisleri Odası) Baskı: MF Ltd. Şti. Tel: (0-312) 425 37 68
BÖLÜM 5 SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Hazırlayanlar Halil AKGÜL, Mak. Yük. Mühendisi, B. PLAST - Bursa Ali Münir CERÎT, Mak. Yük. Mühendisi, Danışman
Sayfa
Sayfa
1. Genel Bilgiler ve Tanımlar
02
6.
Körükler
59
2. Döner Miller için Sızdırmazlık Elemanları
7. Mekanik Keçeler
60
05.
8. Çelik Keçeler
72
3. Hidrolik ve Havalı (Phömatik) Sistemlerde Sızdırmazlık Elemanları
17
9. Labirent Keçeler ve Kesin Sızdırmazlık Elemanları
74
4. Statik Sızdırmazlık Elemanları (Contalar)
42
5. Salmastralar
54
10. Sızdırmazlık Elemanlarında Kullanılan Gereçler ve Elastomerler
76
KAYNAKÇA
94
ÎI.CÎLÎ TSE STANDARTLARI
94
5-01
SIZDIRMAZLIK
ELEMANLARI
1. GENEL BİLGİLER VE TANIMLAR Sızdırmadık elemanları, önemiyle ters orantılı bir düzeyde eğitimi verilen bir konudur. Makina tasarımı (makina elemanları) derslerinde ya hiç sözü edilmez ya da şöyle bir dokunulup geçilir. Oysa gelişen teknoloji, makina ve araçların daha zor koşullarda (daha hah, daha güçlü, daha sıcak, vb.) çalışmasını gerektirmekte ve buna paralel olarak bütün elemanlar gibi sızdırmazlık elemanlarının da tasanmı ve seçimi önem kazanmaktadır. Sınıflandırma Sızdırmazlık elemanlarının ana grupları aşağıda gösterilmiştir : 1. Contalar: Rijit bağlantılarda kullanılan sızdırmazlık elemanlarıdır. Çeşitli türleri Şekil.1 de gösterilmiştir:
Tüm alından temas eden contalar
Alından çizgisele yakın te eden contalar
V,
0
/ \ \
-M.
a
Flanş contalar
Kaynaklı flanş contaları
Ş. kil 1-Conta türleri 2. Salmastralar : Hareketli bağlantılarda (Özellikle muylu-yatak bağlantısı) sızdırmazlığı sağlayan, ancak bir sıvı sürtünmesi ortamını da önlemeyen elemanlardır. Bunlara ilişkin örnekler Şekil.2 de verilmiştir. 3. Keçeler: Salmastranın değişik bir türü olan bu sızdırmazlık elemanları da salmastrayla aynı görevi görürler. Ancak, daha yüksek verim, duyarlılık ve hız isteyen sınırlı yere sahip uygulamalarda bu elemanlar kullanılır (Şekil.3).
5-02
A
SIZDTRMAZLIK ELEMANLARI
Eksenel kuvvetle çapsal sızdırmazlık
Metal+YumuşaK salmastra
Yumuşak salmastralar
Yumuşak metal salmastra
Dolgulu salmastra
Şekil.2- Salmastra türleri
'////////z.
Şekil J- Keçe türleri
5-03
SIZDIRMAZLIK
ELEMANLARI
Temassız Sızdırmadık Elemanlan Yalnızca muyluya ya da yatağa (ya da ikisine birden) özel profil vererek sızdırmazhğın sağlanması durumudur (Şekil.4).
€3
Y//////A
Kaymalı yatak
Kaymalı labirent keçeler
Labirent keçe
Şekil.4- Temassız sızdırmazlık elemanları Körük ve diyaframlar: Bir düzeneği toz ve dış etkilerden korumak ya da hir hareket sağlamak için kullanılan esnek (elastik) elemanlardır (Şekil.S).
Diyafram Körük
Şekil.5- Körük ve diyafram
5-04
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI 2. DÖNEN MİLLER İÇİN SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Yağ Keçeleri (Oil Seals) Bir yağ keçesinin belli başlı bölümleri Şekil.6 da gösterilmiştir.
Keçe diş yüzeyi Ün pah Tepe yüzeyi
Yay yj\ Yay tutucu dudak Yay düzlemi Kesne yüzeyi
Keçe dudağ t Sı zdırmaz kenar
Sızdırmaz kenar düz!em!
Şekil.6- Yağ keçesinin bölümleri Olağan koşullarda keçede iç basınç en fazla 0,5 bar olmalıdır. Basınç ne denli fazla olursa, keçenin hizmet ömrü de o oranda azalır. Üst ve yan yüzlerde sağlam bir yapı sağlamak için metal bilezik kullanılır. Kesit şekli ile ilgili belli bir Standard yoktur. Temas çizgisinin, keçe dudağının keskin kenarlı ve kesilin açık kalan bölümünde oldukça geniş yüzey açısı (a) ile sızdırmaz kenarın yay baskısı altında olması istenir. Öbür yanda ise daha küçük açı (P) ile yağ filmi oluşması için yeterli açıklık sağlanır (Şekil.7). Doğal olarak açık taraf ya da yayın olduğu taraf basıncın fazla olduğu bölüme bakacak biçimde monte edilir. Keçe dudağının mil üzerinde gerekli olan basıncı sürekli sağlaması, uygun yay baskısına bağlıdır. Yaysız durumda sızdırmazlık yalnızca ön yükleme ile sağlanır, mil üzerinde sıkı geçme miktarına bağlıdır. Garter yayı kullanıldığında çapsal yük (radyal yük) nedeniyle keçe dudağını açan basınç artar ve sızdırmazlık koşulu sıkı geçme miktarıyla daha az etkilenir. Mil çapı, dönme hızı, keçe malzemesi, ortanı gibi çeşitli etmenlere bağlı olarak çapsal yük her keçe için belli sınırlar içinde olmalıdır. Yağ keçesinin çalışması sırasında doğan kuvvetler Şekil.7 de şematik olarak gösterilmiştir.
Şekil.7- Yağ keçesinin çalışması 5-05
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI ilk montaj sırasında, sıkı geçme nedeniyle, keçe dudağının ilk biçimi bozulacaktır. Milin dönmesiyle keçe dudağı belli genişlikte şerit biçiminde temas edinceye dek aşınır. Aynı zamanda dudak altında üzerine dudağın bindiği yağ filmi oluşur. Keçe dudağının üzerine bindiği hidrodinamik yağ filminin kalınlığı 0,0025 mm kadardır. Bu yağ filminin pozitif sızdırmazlık sağladığı kesin olmasa da, yüzey gerilimi ile keçeye tutunan yağ filmi, dışarıya akışı önlemektedir. Yağ filminin varlığı keçe dudağını sürekli yağladığından sürtünme ısısını ve aşınmayı azaltır. Sızdırmazlığın sürmesi için yağ filminin kalınlığının sabit kalıp kırılmaması gerekir (Şekil.7). Yağ filminin kırılmamasını sağlamak için mil yüzey kalitesi istenen değerlerde olmalıdır. Çizikler ya da yüzey hataları yerel olarak yağ filminin kalınlaşmasına ve sonuçta kuılarak yağ sızmasına yol açar. Yüzey pürüzlülüğü ise mil yüzeyindeki tepe noktalarının yağ filmini yırtaıak keçe dudağı ile kuru temas yapmasına ve sonuçta ısınma ve aşınmaya yol açar. Ra = 0,2 |im yüzey pürüzlülüğünde nitril keçede ortalama aşınma 25xl0"6m3 saat/mm dolayında sürer. Keçe ömrü, yüksek aşınma oluşturan koşullar dışında, büyük ölçüde keçe dudağının çalışma sıcaklığına bağlıdır. Keçe malzemesi öncelikle çalıştığı yağ ortamının sıcaklığına bağlı olarak seçilmelidir. Keçe dudağının sürtünmesiyle oluşan ısı mekanik bir etmendir ve milin çevresel hızına bağlıdır. Çevresel hıza göre uygun gereç seçimi için Şekil.8 e bakınız.
İV ir / d a k ik a 150 OC> 1ocXX
0 30 0
1
f
I
35
\
/
n 3C
1-
1
Î5
20
t
j
/
t
/ 1 j/ i
77
j 1 h1i H/ \ \1 b V
'7?
/
I
_ •J 7 6 S 4 3 2 1
n
O
1 \
10
20
30
00
a30o :
i t t7 i
y
t
s
FK X vr
3000
^(
7500
s
<
I
22000
"?
ACM
-
--*
s
1
-
s'
, . 1000
NBR-
*
—
—
7_ — r
40
7
s
*
7*
F
3500
<7
' •
s
enOf >
7
L
/
sn0
on
/
i
>
s0
X)
i
7 7 7 7 \d 4. / 7 7 7 7 t. 7 7
=1ti- I i 1ı i ı ı 1/1 I
15
t y/ 7
L
ıVI
-
II\I\M\
-»
40
—-
:
-
--*
—
(
•s K
nır
nr :^
^-
H
500
_J
50
60 70
60
90 W0 1K> 120 130 KO 150 160 170 130 190 200
M İ ' ç a p ı mm
Şekil.8- DİN 3760 a göre atmosfer basıncı, uygun yağlama ve ısı dağılımı koşullarında, çeşitli keçe gereçleri için mil dönme sınırları Çevresel Hız: Alt sıradaki nıil çapı değeri ile üst ve sağ tarafta bulunan iııil dev/dak değerlerinin kesiştiği nokta nı/s biriminden çevresel hızı verir. Örnek : Mil çapı 50 mm, mil devri 1500 d/dak olan mil için çevresel luz 4 m/s dir. Sızdırmazlık ortamı ve çalışına sıcaklığı uygun ise nitril (NBR) keçe dudak malzemesi olarak seçilmelidir. 5-06
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Isı etkisinden elastomerler sertleşir ve kırılganladır. Isı etkisinde kaldığı süre ne denli uzar ise yaşlanma o denli fazlalaşır. En son noktada, titreşim nedeniyle malzeme çatlar ve esnekliğni yitirerek sızdırmazlık görevini yerine getiremez. Keçe sabit durumda iken çatlama olmayabilir, ancak titreşim gibi mekanik şok etkisi ile ya da yerinden oynatılırsa çatlar. Yaşlanmadan kuşkulanılırsa gözle denetim güvenilir sonuç vermez. Temel kural olarak, bütün elastomer malzemelerde çalışma sıcaklığı ne denli düşük olursa keçe dudağının ömrü o denli uzar. Düşük sıcaklıkta çalışan keçe dudağında ısınma çok fazlaysa bu, genellikle çapsal yükün fazla olmasındandır. Bu da kötü keçe tasarımı, yanlış Gaıter yayı ya da yanlış boyutta keçe seçimi sonucu ön yüklemenin fazla olmasına bağlıdır. Sızdumazlık sağlayan en küçük çapsal yük ideal uygulamadır. Çok fazla yük daha iyi sızdırmazlık sağlamaz, fazla sürtünme ısısına ve sonuçta keçenin bozulmasına yol açar.
M N.m
(
Keçe
= 30x42x7 NBR
Ortam
= Hidrolik yağ
Mil dönüşü= 3000devir/dak.
T
°
60 0,5
50
0,4
40
0,3
30
0,2
20
0,1
10
0
1 Saat
Şekil.9- Zamana göre sürtünme momenti ortam sıcaklığı ve keçe dudağı sıcaklığındaki değişine Gereç, çalışma sıcaklığının sütünde sıcaklığa dayanıklı olmalıdır. Çünkü keçe dudağı sıcaklığı, ortamdan daha fazladır. Daha yüksek sıcaklıklarda elastomer gerecin dışında yay gereci seçimi de önem kazanır (Şekil.9). Keçe dudağı hiçbir zaman kuru çalışmamalıdu\ Milin ilk dönüşünde yağlamayı sağlamak için keçe ve mile montajdan önce gres ya da yağ sürülînelidir. Sızdırmazlık sağlanan bölge yalnızca yağlama görevi yapmaz aynı zamanda keçe dudağının soğutulmasına da yardım eder. Toz dudaklı keçelerde toz dudağı ile keçe dudağı arasındaki boşluk, yağlama eksikliği sırasında ilk yağlamayı sağlayan depo görevi de yapar. Bu boşluğu gres ile doldurmak önerilen önlemlerdendir. Keçe dudağından çok az sızıntı, kuru çalışmasından daha iyidir. Çünkü kuru çalışırsa sürtünme ısısı nedeniyle keçe dudağı sertleşir ve tümden bozulur. Sulu ortamda çalışan keçelerde, su kauçuk için çok iyi yağlama görevi yapan bir maddedir. Kirli ve tozlu ortamda çalışan keçelerde keçe dudağını korumak ve temas bölgesinde aşınmayı önlemek için toz dudaklı keçe kullanmak gereklidir. Ancak toz dudağı keçeyi tozlu ortamdan tam olarak koruyamamaktadır. Tozlu oltamda bütün gereçlerin ömrü, toz dudağına karşın kısalır, en az etkilenen malzeme fluorelastomer, en fazla etkilenen ise poliakrilik dir. Arazide ya da madende çok ağır koşullarda çalışan makinalarda mekanik keçe kullanılmalıdır. Mekanik keçeler, radyal yağ keçelerine göre bütün koşullarda 10 m/s çevresel hıza dek daha iyi sonuçlar sağlarlar. Ortamın etkisi: Çalışma sıcaklığı arttıkça ortamdaki maddenin kimyasal etkisi de artar. Keçe dudağı ortama bağlı olarak sertleşir ya da yumuşar. Sertleşme, yüksek sıcaklıkta yaşlanma sonucu oluşur. Yumuşamanın nedeni ise kimyasal etkidir. Hipoid yağ : Hipoid yağlarda, yağdaki katkı meddeleri keçe dudağında birikebilir. Bu gibi durumlarda birikimleri dağıtmak için helis tipte tırtıllı keçe kullanmak gerekir. Katkı maddeleri ııitıil kauçukta sertleşme oluşturduğundan özel karışımlı kauçuk kullanmak gerekir. Sıcaklık X()°C nin üzerine çıkmamalıdır. Daha yüksek sıcaklıkard;. helis tırtıllı poliakrilik ve fluoro - kauçuk önerilir.
5-07
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Gres : Gresli ortamda, sürtünmeden oluşan ısının ortam tarafından dağıtılması daha zordur. Nitril kauçuk, grese karşı en dirençli keçe malzemesidir. Ancak, mil yüzey hızı gres kullanılabilirlik bölgesini (Şekil.8) aşıyorsa yağlama gerekir. Bu sınırlama, toz dudaklı keçelerde toz dudağı ile keçe dudağı arasındaki boşluğa gres konulduğu durumlarda geçerli değildir Sıcaklık : Sızdırmazlık ortamı için izin verilen sıcaklık değerleri için çizelgeler hazırlanmıştır. Ortam sıcaklığı, keçe ömrünü doğrudan etkiler ve keçe dudağı temas bölgesinde ısının dağılabilirle özelliğine bağlıdır. Mil hızı arttıkça keçe dudağının ısınması da fazlalaşır.
Yağ
Perde
• Perde k a l d ı n İmiş
Gider kana I t Şekil.10- Yağ birikiminin giderilmesi Yağ düzeyi: Milin içinde döndüğü yağ düzeyi ısının dağılabilme koşulunu belirler. Mil en üst noktasına dek yağ içindeyse ısının dağılabilmesi güçtür ve ortam sıcaklığı yükselir. Isının en iyi şekilde dağıldığı ve belirli mil hızında en düşük sıcaklık, milin %25 kısmı yağ içinde iken gözlenmiştir. Yağ Keçelerinde Eksenden Kaçıklığın Etkisi : Mil ya da yuva kaçıklığı keçe sızdırmazlığına etki eden etmenlerdir. Milin salgılı dönmesi dinamik yük oluşturur ve bunun giderilmesi keçe malzemesi ve kesitinin esnekliğine bağlıdır. Kabul edilebilir salgı miktarı keçe tasaiunı, keçe malzemesi ve mil dönüş hızı ile ilgilidir. İdeal durumda milde salgı olmamalıdır. Mil ekseni ile yuva ekseni arasındaki uzaklık milin yuvaya göre kaçıklığını gösterir. Mil üzerine bir komparatör bağlanıp, mil döndürülerek yuva ekseninden kaçıklığı ölçülür. Kaçıklık keçe dudağının düzgün aşınmamasına ve ömrünün kısalmasına yol açar. Yuva yerleşiminde yapılacak yanlışlık, yatak ile mil arasındaki tolerans yanlışlığı ve milin tam yuvarlak olmaması eksen kaçıklığına yol açar. Milde esneme, titreşim ve diğer yapun yanlışlıkları nedeniyle milin doğru ekseninde dönmemesi dinamik kaçıklık olarak adlandırıılır. Komparatör ucunu mile değdirir ve mili yavaşça döndürerek mildeki salgıyı ölçeriz. Dinamik kaçıklık mil ekseninin yuvadan kaçıklığından daha önemlidir. Çünkü ikincisinde çapsal yönde statik yük söz konusudur ve daha sıkı keçe dudağı ile bu aksaklık giderilebilir. Dinamik kaçıklık keçe dudağının bütün çevresini aşındırır, özellikle yüksek deviılerde atalet nedeniyle önem kazanır. Dinamik kaçıklık kabul edilir sınırı geçerse, keçenin sızdırdığı miktar çok fazlalaşır. Titreşim ve esnemeyi, dolayısıyla dinamik kaçıklığı en aza indirmek için keçe sutını yatağa dayamalı ve yatak oynamamahdır. Eksenden kaçıklık değerleri belirtilen sınırlar içinde kalmışsa yay yükü ve uygun esneklikteki gereç ile başarılı sonuç alınır (Şekil.ll).
5-08
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Vu»a
ffurfctzi
mm
cnm 3 0.*-
Q
A
c
O.Ur
1
0J5
a 0.3-
s
1 0.3*
! « •
0J5
\
02-
| aıs \ o.ı-
lo..-
r °" i <)
2O
40
1D
* 1ir uo 80 120 loO 203 Mil
çapı
nm.
o 2<0
005
280 leSOO
)
>,
%>, M *.
=1
.F (M —.
1000 2000 3000 4000 5000 6000 1000 Mil donu» laa df«r /d«faU
Şekil. 11- Milde kabul edilir eksenden kaçıklık değerleri Yağ Keçesinin Basınca Karşı Kullanılması : Normal olarak bir yağ keçesi basınca karşı kullanılan sızdırmazlık elemanı değildir. Buna karşın 0,5 bar basınç farkına dek kullanılırlar. DİN 3760 normuna uygun olarak çalışma koşullarına göre kabul edilebilir basınç farkları Çizelge. 1 de gösterilmiştir. Daha yüksek basınçlarda keçe dudağının bükülme olasılığı vardır, bunu önlemek için daha az esnek keçe ya da destek bileziği kullanmak gerekir (Şekil. 12). Destek bileziği kullanıldığında en iyi desteği sağlamak için destek bileziği profili keçe dudağının iç tarafına uygun, keçenin mil açıklığından fışkırmaması için destek bileziği - mil arası boşluk, olabilecek en küçük değerde olmalıdır. Destek bileziği, keçe ve mil arasında eşmerkezliği sağlayacak şekilde yerleştirilir ise keçe 7 bar basınca dek kullanılabilir. Ancak, sürtünme kuvvetlerinde artma gözlenir ve kesin sızdırmazlık sağlanması güçleşir. Keçe ömrü de bir miktar azalacaktır. Mil yüzey kalitesi olağan uygulamalara göre daha fazla önem kazanır. Destek bileziği çelik, alüminyum, pirinç, teflon gibi herhangi uygun bir malzemeden yapılabilir. Çizelge. 1- Çalışma Koşullarına Göre Kabul Edilir Basınç Farkları Mil Dönüş Hızı Devir/dakika
Yüzey Hızı m/s
0,5
1000 e kadar
2,8
0,35
2000 e kadar
3,15
0,2
3000 e kadar
5,6
Max. Basınç Farkı Bar
5-09
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Şekil.12- Basınca karşı yağ keçesi uygulaması Keçe Kullanımında Mil Tasarımı Mil gereci: Makina yapımında kullanılan çelikler (SAE 1035,1045) mil için uygundur. Isıl işlem ve nitrürleme yapılmalıdır. Çok iyi grafit dağılımlı gözeneksiz dökme demir de başarılı sonuç verir. Keçe temas bölgesinde gözenek genişliği 0,05 mm den küçük olmalıdır. Sulu ortamda düşük hızlar için pirinç alaşımı gibi demirsiz metaller kullanılır. Fakat paslanmaz çelik en uygun malzemedir. Ancak, paslanmaz çelikte nikel bulunması ısı iletimini azalttığından, yüksek hızlarda dudak sıcaklığı fazlalaşır. Plastik malzemelerin ısı iletkenliği çok azdır. Bu yüzden uygun değildirler. Isının yetersiz iletilmesi nedeniyle keçe temas bölgesinde yüksek sıcaklık oluşur ve mile zarar verir. Seramik burçlar aşınmaya çok dayanıklıdır ve özel uygulamalarda çok iyi sonuç verirler. Yumuşak metaller (bakır, kurşun, bronz, alüminyum) sızdırmazlık açısından başlangıçta olumlu sonuç verebilir, fakat keçe dudağının aşındırması sonucu çok çabuk kaçırmalara yol açarlar. Özel durumlarda, düşük yüzey hızında (1-2 m/s) ve keçe dudağındaki sıkılık azaltılarak kullanılabilirler. Yüksek hızlarda kesinlikle sert malzeme kullanmak gerekir. Mil yüzey sertliği: Keçe dudağının temas ettiği bölgede mil yüzey sertliği, aşınma direnci gözönüne alınırsa, Rockwell C30 yeterlidir. Ancak taşıma ve montaj sırasında, zayıf yağlama ve aşındırıcı ortamda yüzeyin zedelenmemesi için Rocwell C45 önerilen değerdir. Tozlu ve kirli ortamda ya da mil yüzey hızının 4 m/s yi geçtiği durumlarda mil sertliği enaz Rockwell C55 olmalıdır ve 0,3 mm içeri işlemelidir. Mil yüzeyini seıtleştirirken çok ani soğutma yapılmamalıdır. Ani soğutma yüzeyde kristal tabaka oluşturacağından, sürtünme nedeniyle oluşacak yüksek frekanstaki titreşimler kristallerin ayrışmasına ve aşındırıcı parçacık durumuna gelmesine yol açar. Mil yüzey kalitesi: Keçe dudağının temas ettiği bölgede torna kalemi, taşlama izi kesinlikle olmamalıdır. Taşlama işlerinde yüzeyden tamamen talaş kaldırmak gerekir. Nitrürlemeden sonra da polisaj gereklidir. Eğer mil üzerinde helis çizikler varsa yönü, yağı içeri pompalayacak biçimde olmalıdır. Şekil. 13 de belirtilen temas alanlarında sağlanması gereken mil yüzeyi pürüzlülük değerleri aşağıdaki gibi olmalıdır. Ra = 0,2 ile 0,8 |im
Rt = 0,8 ile 3,15 um
Yüzey hızı arttıkça istenen yüzey kalitesi de artar. Mil yüzeyinde pürüzlülük hiç yok ya da yağ filminin tutunmasını zorlaştıracak şekilde ise olumsuz etkisi olur. Mil ucu köşeleri için çentik ve pürüzden arınmış koniklik ya da yuvarlatma önerilir. DİN 3760 normuna göre pah ölçüleri Çizelge.2 de belirtilmiştir.
5-10
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Çizelge.2- Mil Ucuna Kırılması Gereken Pah Ölçüleri d3 (DİN 3760) Mil çapı di h l l 6 7 8 9 10
11 12 14 15 16
17 18 20 22 24 25 26 28 30 32
d,
Mil çapı di h l l
d3
Mil çapı di h l l
d3
Mil çapı di h l l
35 36 38 40 42 45
32 33 34.9 36.8 38.7 41.6 44.5 46.4 48.3 51.3 52.3 54.2 56.1 58.1 59.1 61 63.9 65.8 67.7 70.7
78
73.6 75.5 80.4 85.3 90.1 95 99.9 104.7 109.6 114.5 119.4 124.3 129.2
200 210 220 230 240 250
4.8 5.7 6.6 7.5 8.4 9.3 10.2 12.1 13.1 14 14.9 15.8 17.7 19.6 21.5 22.5 23.4 25.3 27.3 29.2
48
50 52 55 56 58 60 62 63 65 68 70
72 75
80 85 90 95 100 105 110
115 120
125 130 135 140
260 280
300 320 340
260 380 400
133 138
145 150 160 170 180 190
420 440
143 153 163 173 183
460
480 500
Temas yüzt bölgesi
dj
193 203 213 223 233 243 249 269 289 309
329 349 369 389 409
429 449 469 489
Temas yUzeyi bölgesi
Temas yUzeyi bölgeleri 12 (b- as) Norma 1 keçe T.Dudaklı k.
b
t1 (065 b) mm
< 2 mln
(3
7
5.95
7.3
3.5
6,1
1.5
S
S.8
6,3
3,5
6.6
1,5
« J
10
85
10,3
45
8,5
7
'0,5
1î
10. 3
'Î.3
S
10
2
12 15 19.5
mtv
c1
15
17,75
15.3
6
1?
3
20
17
20.3
9
16.5
3
e£ min
7.6
Şekil. 13- Keçe dudağı temas bölgeleri 5-11
SIZDIRMAZLIK
ELEMANLARI
Keçe Yuvası Tasarımı Keçenin yuvaya montajı pres geçine olmalıdır. Keçe dış çapma göre uygun yuva ölçüleri DİN 3760 normuna göre Çizelge.3 de belirtilmiştir. Bu değerler demirli metaller içindir. Yuva malzemesi seçiminde malzemenin ısıl genleşme miktarı önemli etmendir. Hafif metaller, plastik ve benzeri malzemeler kullanılırsa, yuva ısuıdığmda yuva çapı ile keçe dış çapı arasındaki sıkılık azalacağından, keçe yuvasından yağ sızmasına yol açar. Dışı kauçuk kaplı keçeler, dışı metal keçelerden daha fazla güven sağlar. Çünkü dışı kauçuk kaplı keçelerde geçme toleransı daha sıkıdır ve kauçuk malzemenin genleşme katsayısı daha fazla olduğundan, yuvanın genleşmesini kolayca dengeler. Yuva ölçüsü için H8 toleransı uygulanır. Yuvanın et kalınlığı azsa keçeyi çakarken çatlama ya da kırılma olabilir. Bu gibi durumlarda dışı kauçuk kaplı keçe kullanmak ya da H8 toleransı yerine F8 toleransı kullanmak gerekir. Yuva sertliği için istenen belli bir değer olmayıp, yeterli dirençte olmalıdır. Yuva yüzeyinde uzunlamasına çizgiler sızma kaynağı olabilir. Bu nedenle yuvanın temiz işlenmiş olması gerekir. Çezilge J- Yağ Keçesi Dış Çapı Pres Geçme Sıkılık Toleransları (DİN 3760) Keçe DışÇapı cİ2 HUM
Dışı Kauçuk kaplı
Dışı Metal
Dışı Tırtıllı Kauçuk Kaplı
Ovallik toleransı Dışı Kauçuk
Dışı Metal
16-15
+0.30 +0.15
+0.20 +0.10
+0.40 -0.20
0.25
0.18
50-80
+0.35 +0.20
+0.23 +0.13
+0.45 +0.25
0.35
0.25
80-120
+0.35 +0.20
+0.25 +0.15
+0.50 +0.30
0.50
0.30
120-180
+0.45 +0.25
+0.28 +0.20
+0.65 +0.40
0.65 0.65
0.40 0.40
180 - 300
+0.45 +0.25
+0.30 +0.20
+0.65 +0.40
0.80
300-500
+0.55 +0.30
+0.35 +0.23
+0.75 +0.45
1.00
0,0025 x d2
Keçe Kontrolü Keçe dudağı: Keçe dudağında kopukluk, yırtılma, hava kabarcığı ve yabancı madde gibi özürler olmamalıdır. Dış kısım : Dış kısımda sızmaya yol açmayacak biçimde malzeme eksikliğine izin verilir. Metal yüzeylerd» pas, 0.13 mm den geniş çizikler olmamalıdır. Yay yuvası: Yay yuvasında kopukluk, yırtılma olmamalıdır. Yay yuvssının tepe kısmında çok az malzeme eksikliğine izin verilir-. Kauçuğun yapışması : Keçe iç çapı yaylı olarak yapımcı firmanın belirttiği toleranslar içinde olmalıdır. Geçer-geçmez mastar ile ya da konik malafa ile ölçülür. TS 868 de yağ keçesi iç çap toleransları: d < 100 ; ± 0.50 mm 10O£d<15O;±0.65mm 1 5 0 £ d < 2 5 0 ; ± 0 . 7 5 mm Keçe dış çapı : Keçe boyutuna ve tipine bağlı olarak belirtilen sıkılık toleransı içinde olmalıdır. Elastomer malzeme yük altında esnediğinden dışı kauçuk kaplı keçelerde, dış çapı ölçerken sabit baskı uygulanmalıdır. (Genelde 1 N luk baskı kuvveti kullanılır). Keçe her defasında 45° döndürülerek alınan 4 ölçünün ortalaması keçe dış çapını verir. Belirtilmiş bir değer yoksa onaylanan en fazla ovallik (ölçülen en büyük dış çap ile en küçük çap arasındaki fark) 0,004 d2 olmalıdır. 5-12
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Keçe kalınlığı: DİN 3760 normuna göre keçe kalınlığı b için kabul edilir toleranslar : b <, 10 mm ±0,2 mm b > 10 mm ±0,3 mm Yay : Yay gereci ortam koşullarına uygun olmalıdır. Tel çapı. sarım çapı ve serbest uzunluğu sızdırmazlık ve keçe ömrü için gerekli çapsal yük değerlerini sağlamalıdır. Yay uçları kauçuğu yırtacak sekide birleştirilmiş olmamalıdır. Çizelge.4 de yağ keçelerindeki hataların önem sırası gösterilmiştir. Çizeige.4- Yağ Keçesindeki Hataların DrfVm Sırası
Orta derecede önemli
Önemsiz
Gres Sızdırmazlığı « «
Orta derecede önemli
Toz kirden koruma
Önemsiz
Çok Önemli
HATALAR
..Çok Önemli
Yağ Sızdırmazlığı
Orta derecede önemli
Önemsiz
Tava kabarcığı
A
BCDE
FG
A
BCD
EFG
-
AB
CDEFG
Pürüz
A
BC
DEFG
A
BC
DEFG
-
AB
CDEFG
Malzeme dol maması
A
BCDE
FG
A
BCDE
FCİ
ABCD
KF<;
Kalıplama hatası
A
BD
CEFG
A
B
CDEFG
-
AB
CDİİFG
Erken pişme hatası
-
ABCDE
FG
-
ABCD
EFG
-
ABC
D I •:!*<;
Yabancı mailde
A
BCD
EFG
A
BCD
EFG
-
AB
CDİİFG
Yüzey kirlenmesi
A
BCDEF
G
A
BCDEF
G
ABCEF
DG
Yırtık
A
BCDE
FG
A
BCDE
FG
-
ABCDE
FG
Boşluk
A
BCDE
FG
A
BCDE
FG
-
AB
CDEFG
-
ABD
CEFG
-
AB
CDEFG
Çizik
-
ABD
CEFG
Şekil bozukluğu
-
ABC'DE
FG
-
ABCDE
FG
-
ABCD
EFGG
Kesik ya ila çal lak
A
BCDE
FG
A
BCDE
FG
-
ABC
DEFG
Çapak
-
ABCDE
FG
-
ABCDE
FG
-
A
BCDEFG
Yapışmamış çapak
-
ABCDEF'
G
ABCDEF
G
ABCDEF
G
Kötü yapışma
C
DE
FG
DE
FG
C
DE
FG
Bükey kesme
-
AB
-
AB
-
-
-
AB
Eksik kesme
-
AB
-
AB
-
-
A
B
Spiral kesme
-
AB
-
AB
-
-
-
AB
Kaba kesme
-
AB
-
AB
-
-
-
AB
Kesmede çıkıntı
-
AB
-
AB
-
A
B
C
-
Yağ Keçesi Türleri 1. Dışı kauçuk kaplı DİN 3760 A tipi: Yüzeyi pürüzlü, gözenekli ya da ısıl genleşmesi yüksek gereçten yuvalar için genel amaçlı keçe tipidir. Bilezik paslanmaya karşı korunmuştur. 2. Dışı melal DİN 3760 B tipi : Dış çaptan sızdırmaması için daha iyi yuva yüzey kalitesi gerektirir. Isıl genleşmesi yüksek metaJ yuvalar için uygun değildir. Pahalı kauvıık malzemeler için yeğlenen keçe tipidir. 3. Çitf bilezikli keçe DİN 3760 C tipi: Büyük çaplarda çakma kolaylığı için yeğlenir. Dudak taraftan mile takılırken ve yağ çarpmalarına karşı avantaj sağlar. Montaj hatalarına daha az duyarlıdır. 5-13
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI 4. Toz dudaklı keçeler : DİN 3760 ASrBS-CS tipi. Dış etkenlere açık uygulamalarda ve toza karşı toz dudaklı keçe kullanılmalıdır. 5. Çift dudaklı keçeler: İki ayrı ortamı birbirinden ayırmak amacıyla kullanılırlar 6. Yaysız keçeler: Gres sızdırmazlığı gibi daha az önemli uygulamalar için ucuz tip keçedir. Mil sıyıncı olarak ta kullanılır. 7. Dışı tırtıllı keçe : Dış çapta sızdırmazlık önem kazandığı durumlarda, sıcak ortamda yeğlenen keçe tipidir. 8. Basınçlı ortam keçesi: 5 bara dek basınçlarda kullanılan dudağı kalın etli ve destekli keçe tipidir. 9. Büyük çaplarda ve yüksek devirlerde düşük moment istenildiği zaman kullanılan basınçlı ortam keçesi. 10. Deri keçe : Yüzey kalitesi iyi olmayan millerde gres sızdırmazlığı için kullanılan aşınmaya dirençli keçe tipidir. 11. Toz koruyucu deri keçeler: Tozlu ortama karşı deri dudağını korumak amacıyla deri ya da yün keçeden koruyucu dudak eklenmiştir. 12. Aşırı tozlu ve kirli ortamda yağ sızdırmazlığı içi kauçuk esaslı sızdırmazlık dudağı yün keçe ya da deri ile korunmuştur. Yağ Keçeleri İle İlgili Deneyler Yağ keçelerinin çalışma koşullarında ömrünü belirlemek, kalite kontrolünü yapmak ve daha uzun ömürlü keçe tasarımı için araştırma yapmak amacıyla geliştirilmiş pek çok deney vardır. Bunları iki ana bölümde toplayabiliriz; 1. Yeni ve daha zor koşullar için keçe deneyleri, 2. Kalitede sürekliliğin kontrolü için keçe deneyleri. Yeni ve daha zor koşullar için keçe deneyleri yapılırken karşılaşılan en büyük güçlük, gerçek çalışma koşullarının tam olarak bilinememesi ve laboratuvar aletlerine uygulanamamasıdır. Bir keçenin performansını ölçülmesi için en ideal deney aracın üzerine takılarak izlenmesidir. Ancak, bu deney zaman alıcı ya da pahalı olabilir. Kalitenin kontrolü için yapılan deneylerde amaç kullanıcının hizmet ömrü açısından güvenli olmasıdır. Boyutsal ve göz kontrolü bu amaç için yeterli olmayabilir. Parti teslimatlarında, örnek alınan keçelerde çapsal yük, ömür, malzeme direnci gibi deneyler yapılabilir. Ömür deneyi: Keçe ömrünü belirlemek için yapılan deneyler ömür deneyi ya da fonksiyon deneyi diye adlandırılır. Çalışma koşullarına yakın ortamda keçe çalıştırılarak sızma, keçe ve mil yüzeyinde aşınma, malzeme özelliğinde değişmeler gibi özellikler incelenir. Çalışma koşullarına ne denli yakın bir ortamda çalıştırılırsa deney o denli anlamlı olur. Bu nedenle çok çeşitli deney makinalan geliştirilmiştir. En gelişmiş makinalarda istenilen özellikler şunlardır : Hızın değişken olması, çalışma süreci içinde hız değiştirme, bekleme, ters dönme gibi koşulları bir programa bağlı olarak yerine getirebilme, milin eksenel ve açısal olarak hareket edebilmesi, milde ve yuvadaki kaçıklığın ayarlanabilmesi, sıcaklık kontrolü. Şekil.14-15 de değişik tipte ömür deney makinalan gösterilmiştir.
Mi I s a l g ı a y o i
Şekil.14- Yağ keçesi ömür deney aleti
Şekil. 15- TS 868 yağ keçesi ömür deneyi
5-14
ırra»
SIZDIRMAZLK ELEMANLARI Kullanıcı için önemli olan sızdırmazlığı sağlamak ve görev süresinin uzun olmasıdır. S17.d1rma7.hk etkisini belirlemek kolaydır, çünkü 100 saatte izin verilen sızma miktarı belirlenir. 22 saatlik bir deney bunun için yeterlidir. Ancak, görev süresini belirlemek için daha uzun süreli deneyler gerekir. Deney sıcaklığı, mil devir hızı keçe malzemesine göre seçilmelidir. Örnek : Nitril kauçuk için en fazla 90°C sıcaklık ve mil devir hi7.ı Şekil.8 e göre seçilmelidir. Montaj Önerileri Yağ sızıntısında, keçenin ve mil yüzeyinin bozulmasına yol açan arızaların büyük bölümü dikkatsiz montajdan doğar. İyi sonuç alabilmek için aşağıdaki kurallara tam olarak uymak gerekir. Keçeyi kontrol ediniz : Montajdan önce keçede bir bozukluk olup olmadığına bakınız. Dönük, kesil ya da başka şekilde berelenmiş keçe dudağı sızmaya yol açar. Yuvasından çıkarılan keçe kesinlikle bir daha kullanılmalıdır. Keçe elemanını önceden yağlayınız : Keçeyi takmadan önce sızdırmazlığı sağlayacak yağ ile yağlayınız. Toz keçeleri gresle birlikte yerleştirilmelidir. Çift dudaklı keçelerin dudak araları iyi gresle doldurulmalıdır. Ölçüleri kontrol ediniz •' Mil ve yuva çapının keçe ölçülerine göre uygunluğuna bakınız. Değilse uygun keçeyi seçiniz. Mil ucunda kemiklik ya da yuvarlatma olmadığında Şekil. 16 da gösterilen özel bir yüksük kullanılmalıdır. Mil ucunda kanal ya da kama yuvası olursa keçe dudağının berelenmemesi için yardımcı konik yüksük ve kovan kullanılmalıdır. Yukarıda sayılan yardımcı aparatlar bulunmadığında kanal ve kama yuvalarını koyu lifli yağ ile doldurunuz. Keçe yönünü kontrol ediniz : Yeni keçelerin eski keçeler ile aynı yönde takılıp takılmadığıni kontrol ediniz. Genel olarak dudak (yaylı keçelerde yay) sızdırmazlığı sağlanacak yağa dönük olmalıdır. Doğru aparat kullanınız. : Yuva şekline, keçe türüne, keçenin çalışma yönüne göre uygun aparat seçiniz. Şekil.17-19 tiplerinde aparat çapının yuva çapına göre 0,25 mm küçük olması önerilir. Keçe yalnızca şekillerde gösterildiği gibi alınlarından çevrede homojen kuvvet uygulanarak yerine çakılmalıdır. Çakma sırasında şekil bozulmasına yol açmamak için, aparatların merkezleri serbest olmalıdır. Sistemin tipine göre ya önceden keçe yuvaya yerleştirilir, mil sonradan takılır ya da keçe mil takılı iken milin üzerinden geçirilerek yuvaya yerleştirilir. Keçenin önce mile geçirilerek dudaklarının gözden geçirilmesi önerilir. Keçe mü üzerinden geçiriliken hafifçe çevresel hareket, işlemi kolaylaştırır. Keçe yerine takıldıktan sonra sürtünmeye, aşınmaya ve bu nedenle keçenin bozulmasına yol açabilecek diğer makina parçalarına dokunmamasına özen gösterilmelidir.
Şekil. 16- Keçe montajında konik yüksük kullanılması
Şekil.17- Keçe montajında çakma kovanı kullanılması
5-15
SIZD1RMA7.LIK ELEMANLARI
Şekil. 18- Faturalı yuvaya uygun aparut ile montaj
Şekil.19- Faturasız yuvaya göre uygun aparat ile montaj (işlenmiş yuva yüzeyinden diplcnnıiş)
Şekil.20- Dayama flaıışlı ya da segmanlı yuva tipine uygun aparat ile montaj
Çalışma koşullarına en uygun keçe malzemesi stokta bulunmaz ve acil gereksinim keçe ömründen daha önemliyse yerine aynı ölçüde fakat değişik malzemeden keçe kullanmak mümkündür. Örnek olarak nitril kauçuk, poliakrilik yerine kullanıldığında 110°C den sonra sertleşeceğinden ömrü az olur. Silikon ise ısıya daha dayanıklı olmasına karşın bazı yağlara dirençli değildir. Fluoıoelastomer uygun gereçtir fakat pahalıdır. Çizelge.5 de acil durumda orijinal keçe malzemesinin yerine kullanılabilecek en uygun keçe malzemesi sırası gösterilmiştir. Çizelge.5- Orijinal Keçe Malzemesi Yerine Kullanılabilecek en yakın malzeme karşılıkları Orijinal yağ keçesi gereci YÜN
1-Nitril 2- Deri 3- Poliakrilik
DERİ
1-Poliakrilik 2- Nitril
NİTRIL
5-16
Acil durumda yerine kullanılabilecek gereç sırası
1- Değişik formülde nitril 2- Poliakrilik 3- Silikon
POLİAKRÎLÎK
1 - Fluoıoelastomer 2- Nitril 3- Silikon
SİLİKON
1 - Fluoıoelastomer 2- Poliakrilik 3- Nitril
W I*
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI V-Keçeler (V-Seals) V keçeler mil ve yataklarda kullanılmak amacıyla tasarlanmışlardır. Çapsal tip yağ keçelerinden farklı olarak eksenel yönde baskı yaparak toz, kir, gres, yağ sıçraması gibi etkenlere karşı koruyucudur. Aparat ile sıkı geçirilerek, mil üzerinde kaymadan mil ile birlikte dönmesi sağlanır. Dudak dik bir yüzeye sürtünerek dinamik sızdırmazlık sağlar. Özel durumlarda sabit parça üzerine geçirilerek dönen bir yüzeye karşıda çalışır. Yüzey hızı çok fazla ise bu uygulma özellikle önerilir, dudak basıncı çok az olduğundan sürtünme kuvveti ve güç kaybı çok azdır. Malzemenin elastik olması nedeniyle montaj çok kolaydır. Gerdirilerek mile geçirilir, sürtünme yüzeyi üzerine belli bir baskı yapaak kadar yaklaştırılır. Yüzey hızı 8 m/s yi geçiyorsa eksenel ve çapsal olarak sabilleştirilmelidir. Malzeme olarak aşınmaya çok dirençli nitril kauçuktan yapılırlar. 100°C nin üzerinde sıcaklıklarda fluoroelastomer kauçuk kullanılmalıdır. V keçeler metal parça olmadığından basit, montajı kolay, ucuz tip keçelerdir. Milde aşınma yaratmazlar, çalıştıkları yüzeyin çok düzgün olması koşulu yoktur. Milde salgı ve eksen kaçıklığına, eksenel harekete duyarlı değillerdir. Özellikle büyük çaplarda pahalı keçelerin yerine yeğlenirler. Büyük çaplardaki uygulamalarda, mil dönüş hızı fazla ise çapsal yağ keçelerinde aşın sürtünme ısısı oluşur, V keçeler ise 40 m/s yüzey hızına dek başarılı sonuç vermiştir. İşleme kolaylığı ve V keçelerde daha iyi çalışma koşulu sağlamak için özel karşı yüzey contaları kullanılır.
!jekil.21- V keçe tipleri ve ölçülendirilmcsi 3. HİDROLİK YE HAVALI (PNOMATIK) SİSTEMLERDE SI/DIKMA/LIK ELEMANLARI Hidrolik ve hav.ılı MsU-mlorde başarılı sonuç büyük ölçüde sı/dırmu/lık elemanının kalitesine ve uygun türün seçimine bağlıdır. Özellikle dinamik çalıdan elemanlar, sistemin duyarlılığı, verimliliği, güvenilirliği açısından büyük önem t:işiı "li.ı koşullan saklamak için çok çeşitli sıztlırmazlık elemanı tipleri geliştirilmiştir. Şekil.22 de tipik biı pisimi silindir tasarımında sizdırmazlık elemanı kullanma yerleri gösterilmiştir. Sistemin pnömatik ya da hidrolik basınç ile çalışma biçimi, basınç ve hız gözönünc alınarak uygun eleman seçimi yapılır. Yeni tasarımlarda piston ve silindiri ölçülendiıüken standard çapların seçilmesi sızdırmazlık elemanının seçimini de kolaylaştırır. Avrupa Hidrolik ve Pnömatik İletim Komitesi (CETOP) tarafından standard kabul edilen silindir ve piston (piston kolu) çaplan Çizelge.5 de gösterilmiştir.
5-17
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Çizelge.5- CETOP Standard Silindir ve Piston Çapları Standard silindir çapları (mm) 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100
125 140 160 180 220 250 280 320 360 400
Standard piston (piston kolu) çapları (mm) 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28
32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100
110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360
Ku11anaa
Sızdınuzl ık
yeri
Elmanı
A
B
C
U-rlng V-rlng Takım halka Flanş halkası Destek bileziği U-rlng V-rlng 0-rlng Takım halka Piston başı lastiği Komple piston başı lastiği Aşınma bîlezîğl Destek bileziği 0-rlng Destek bileziği
D
Saçlı hidrolik halka
E
Mil sıyırıcı
Şekil.22- Hidrolik sistemlerde sizdırmazlık elemanı kullanma yerleri 5-18
.İmi,-.
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI O-Halkasr(O-Ring) tik O-halkası kullanımı 19. yüzyıl ortalarında buhar pistonlarında sızdırmazlık malzemesi olarak döküm demir seçilmesi ile başlar. Bu denli katı ve sert bir malzeme ile sızdırmazlık sağlamada büyük sorunlarla karşılaşıldığı açıktır. Bu sorunu çözmek ve piston ile silindirin hareketine uyum sağlaması için uzun yuva içine kayan döküm O-halkası uygulanmıştır. Bütün çalışmalar sızdırmazlık sorununu çözmek için esnek hir malzemenin gerektiğini ortaya çıkarmıştır. Zamanla kauçuk mühendislikte kullanılmış ve O-halkası gelişmesine temel olmuştur. Hidrolik sızdırmazlık elemanı olarak en geniş biçimde uçak endüstrisinde yaygınlaşmış ve diğer endüstri kollarında da montaj kolaylığı, basit şekli nedeniyle O-halkası kullanımı benimsenmiştir. Başarılı sonuç elde etmek için yuva ölçüsü, malzeme özelliği ve O-halkasının şekil ve ölçü olarak tolerans içinde olması önemlidir. O-Halkası Kullanma Üstünlükleri - Ucuzdur. - Yerden tasarruf sağlar. Aynı etkinlikteki bütün sızdırmazlık elemanlarından daha az hacim gerektirir. - Her iki yönde de sızdırmazlık sağlar. - Montaj sırasında ters yönde monte edilme tehlikesi yoktur. Deniyimsiz kişi de montajını yapabilir. - O-halkası yuvası işlenmesi kolaydır. - Statik uygulamada contalara göre daha kaba yüzeyde kullanmak olanağı vardır.
d x b
d = iç çap
b = Kesit çapı
Şekil.23- O-Halkası ölçülendirilmesi O-Halkasının çalışması : O-halkası ile statik durumda sızdırmazlık ilk sıkıştırma ile sağlanır. Sıkıştırma oranı yuva derinliğine bağlıdır. Basınç arttıkça o-halkası şekli bozulur, basıncı sızdırmazlık istenen yüzeye iletir. Temas yüzeyine yaptığı basınç, ortam basıncından, ilk sıkıştırma basıncı kadar fazladır. O-halkası çalışma boşluğu arasından akmayacak denli akışmazlığı yüksek bir akışkan gibi davranır. Bu nedenle çalışma boşluğu arasından akmaya çalışacaktır (Şekil.23). O-Halkasının statik durumda yüzeye yaptığı basınç yağ filmini kırar ve kuru temas oluşur. Dinamik uygulamada hareket başladığında O-halkası hafifçe yuvarlanır ve o-halkası ile metal yüeyler arasında yeniden yağ filmi oluşur. Bundan sonra kayma hareketi başlar. Eğer o-halkası ilk andaki yuvarlanmaya izin vermeyecek şekilde aşırı sıkıştırıldıysa başlangıç sürtünmesi çok fazlalaşır ve o-halkası ömrü kısalır. Değişken basınçta çalışan o-halkası statik durumda da olsa aşınmaya uğrar. Aşınmayı azaltmak için o-halkası yağlanmalı ve yuva yüzey kalitesi arttırılmalıdır. O-Halkasının basınçta akması ve destek bileziği : Basınç altındaki elastomer malzeme, metal parçalar arasındaki boşluktan akma eğilimi gösterir. Düşük basınçta bu eğilim azdır, fakat basınç yüksekse akmaya karşı önlem almak gerekir. O-halkasının çalışabileceği maksimum basınç, çalışma boşluğu ve o-halkasının sertliğine bağlıdır. Her durumda çalışma boşluğunun varolabilen en küçük değerde olması istenir. Statik koşullarda akma için açıklık olmadığından basınç sının yoktur. Bağlantı elemanlarının yeterli kuvvette olmasına özen göstermeli, uzayıp açıklık oluşturmamalıdır. Dinamik uygulamalarda basınç sınırı aşılırsa destek bileziği kullanmak gereklidir. Destek bileziği PTFR ya da sert başka bir malzemeden yapılabilir. Destek bileziği dış çapı o-halkası yuvasına tatlı girmeli ve o-halkası yuva genişliği hem o-halkası hem de destek bileziğini içine alacak genişlikte olmalıdır. Düşük basınçta çalışma boşluğu fazla ve sınır sıcaklıkta çalışıyorsa yine destek bileziği kullanmak gerekir. Destek bileziği sürekli ohalkasımn düşük basınçlı tarafına konulmalıdır. Eğer basınç her iki yöndeyse, o-halkasının her iki yanına destek bileziği koymak gerekir. Çalışma boşluğu gerekenden fazla ise statik basınçta da akma olabilir (Şekil.24).
5-19
SIZDIRMAZLIK ET'HM ANLARI
Basınç yok
Basınç ve çalışma boşluğu- kabul e d i l i r sınırlar içerisinde
Basınç ya da çalışma boşluğu kabul edilir sınırlar dışında(akma
Basınç ya da çalışma boşluğu kabul ediI İr sınırI ar dışında i se akmayı önlemek için destek" bl I ez iği k u l I anı İması
Şekil.24- Basınçta O-halkasının çalışması Dinamik uygulamada ise akma eğilimi o-halkasının bölgesel olarak aşınmasına ve özelliğini erken yitirmesine yol açar. PTFE malzemeden yapılan destek bileziği özellikje küçük boyutlarda ve sürtünme katsayısı çok düşük olduğundan dinamik uygulamalarda uygundur. Genellikle destek bilezikleri düz şekillidir, bir yanı o-halkası şekline uygun profilde olanları da vardır. Destek bileziğinde dikkat edilecek nokta yanlamasına kesitler ya da yerel zayıflamaya yol açacak yapım özürü olmamasıdır. Eğer yüzey kalitesi düzgün değilse o-halkası pürüzlere yapııştığında berelenir, zamanla zayıflar. Yüksek basınçlarda profilli destek bilezikleri daha güvenlidir (Şekil.25). Destek bileziğine gelecek yük çok fazla ise dolgulu PTFF ya da poliklorotrifluoro etilen (PCTFE) yeğlenir. Destek bileziği malzemesi olarak basma direnci fazla olan bütün plastikler (POM poliasetal, PA poliamid, HDPE) ve sert elastomerler (NBR 90 ŞorA, Polyester elastomer) kullanılır.
b.
Şekil.25- Destek bileziği tipleri ve uygulama örneği a- Rondela b- Kesik halka c- Spiral halka
5-20
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Şekil.26- Çalışma basıncı -kesit çapı bağlantısı O-Hatka Kesit Çapı Seçimi Örnek 1 Yanıt Örnek 2 Yanıt
Çalışma basıncı 30 bar olan hidrolik silindirde 70 şor sertliğinde 4 mm kesit çapında o-halkası kullanılıyor. Mak simum çalışma boşluğu ne olmalıdır ? 0,135 mm (Şekil.26). : Çalışma basıncı 30 bar olan bir hidrolik silindirde çalışma boşluğu 0,135 mm, seçilecek ohalkasının kesit çapı ve setliği ne olmalıdır ? : 70 şor sertlikteki 4 mm kesit çaplı ya da 80 şor sertlikte 3,1 mm kesit çaplı ya da 90 şor sertlikte 2,9 mm kesit çaplı o-halkası seçilmelidir (Şekil.26)
O halkasının kesit çapı varolan en yakın Standard ölçüde seçilmelidir. Basınç ve çalışma boşluğunun fazla olduğu koşullarda destek bileziği gerekir. O-Halkası Yuvası O halkası yuvasının ölçülendirilmesi kolaydır. Ana ölçüler o-halkası ölçüsüne ve uygulama tipine bağlıdır. Dörtgen şekil yeğlenir, işleme kolaylığı için 5° ye dek koniklik verilebilir, bundan daha fazlasına kesinlikle izin verilmez. Yuva dibinin yuvarlatılması (R 0,5-0,8 mm) ya da 45° pah kırılması önerilir. Yuva kenan keskin olmamalıdır. Yuvarlatma ölçüsü 0,25 mm den fazla ise akma tehlikesi yaratır. Sızdırmazlığı o-halkası basma oranı belirler, bu nedenle yuva derinliği en önemli ölçüdür (Şekil.27). Statik ve dinamik uygulamalarda yuva çapı değişiktir. Dinamik çalışan bir o-halkası için statik çalışan o-halkasına göre daha büyük yuva derinliği gerekir, çünkü islenen sıkışma oranı daha azdır. Yuva düzeyinin temiz olması o-halkasını aşınmaya karşı korur. Çok iyi polişleme gerekli değildir, fakat çizikler, kalem izleri olmamalıdır.
> 3 < 3
0,25 0.5
Şekil.27- O-halkası yuvası -Yuvanın T derinliği ve B genişliği uygulama yerine göre Çizelge.6 da gösterilmiştir.
5-21
m
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Basınç bar
Dik kenar yuva + *
D i k kenar yuva
V - Yuva
:,•??';'•' r'••&}•&
iPüüi HIM
iHHIü
100
Şekil.28- O-Halkasının akma eğilimi gösterdiği basınçlarda destek halkası gerekir Dinamik O-Halkası Yuvası (Hidrolik) : Çb.elge.6 daki değerler o-halkası kesit çapının %10 ile %15 arasında sıkıştırıldığı varsayımına göre belirlenmiştir. İşleme ve o-halkası çapı toleransını gözönüne aldığımızda sıkıştırma oranının %6 dan küçük olması gerekir. Z değeri pah için minimum değerdir. Çizelge-6 Dinamik O-Halkası Yuvası (Hidrolik)
r //
ıw b
T
1,5 1.3 1 7S l.S 2 1.7 2.4 2.1 2.5 2.2 2.62 23 3 2.6 3.5 3 05 3.53 3.1 4 3.5 4.5 4 5 4.45 5.33 4,7
'
^
B
Z
b
1.9 ?.3 24 2,1 3 3,1 36 42 4,2 4.8 5.4 6 6.4
1 1,1 1,2 1.4 1.4 1.5 1.6 1.8 1.8 2 ?3 2.5 2.7
5.5 5.7 6 6,5 6.99 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
4,95 5.1 5.4 5.8 6.3 6.3 6,7 7.2 7.7 8,2 8.6 9.1
B
Z
6.6 6,9 7,2 7.8 8.4 8,4 9 9.6 10,2 10,8 11.4 12
2.8 3 3.1 3.3 3.6 3.6 3,8 4 4^ 4,3 4.4 4.5
5-22
II P1B
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Dinamik o-halkası yuvası (Pnömaıik): Zayıf yağlama ve sürtünme nedeniyle kayıpları azaltmak için pnömatik uygulamalarda o-halkası sıkıştırma oranı %2 ile %6 arasında olmalıdır. Eğer sürtünme ve aşınmanın enaz düzeyde olması isteniyor ve az miktarda hava kaçağına izin veriliyorsa o-halkası yuvası Çizelge.7 de küçük çizelgedeki değerlerde olmalıdır. Çizelge.7- Dinamik O-Halikası Yuvası (Pnömatik)
(-
«t
—|
)
<» S « t *
y////A\
t
İİÜ(_
b
T
B
Z
i;5 1J8 2
1.35 1.55 1.8 2.15 2.25 2.35 2.75 3.25 3.25 3.7 4.2 4.65 4.95
1.9 2.3 2.4 2.9 3 3.1 3.6 4.2 4.2 4.8 5.4 6 6.4
,1 .2 .4 .4 .5 .6 8 .8 2 2,3 Î.5
2.4 2.5
2,62 3 3.5 3.53 4 4.5 5 5.33
Y/% Sfl i-Liîi t'
f"LÎ -Y/w b 5.5 5,7 6 6,5 6.99 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
\
T
a
Z
5.15 5.35 5.65 6.1 88 6,8 7.1 7.6 8 8.5 9 9,5
66 6.9 7.2 7.8 8.4 8.4 9 9,8 10.2 10.8 11.4 12
2.8 3 3.1 3.3 3» 36 3B 4,2 4 3
4.4 45
I
®
b 1.78 24 262
3 53
T
1.» 255
2 75 3.15
5J3
3.7 5.5
57 6.93
7.2
50 ,
a 3 2.7 29 34 4 G r , 4 7.9
005 0 05 0 05 0 05 0 1 0.1 0,1 0.1
Üçgen yuva (köşe o-halkası yuvası) : Üçgen şekilde yuva statik flanş ve kapak sızdırmazlığında kullanılır. Pahın tolerans içinde işlenmesi güç olduğundan dikdörtgen kesitli yuva yeğlenir (Şekil.29).
Şekil.29- Köşe O-halkası yuvası (üçgen yuva) Trapez yuva : O-halkasının yuvasında sabitleştirilmesi için trapez yuva kullanılır. Eksenel sıkıştırma için uygundur, işleme zorluğu nedeniyle 3 mm nin altında o-halkası çapları için toleranslar daha geniş tutulmalıdır. O-halkasının iç çapı, yuvanm ortalama çapını, o-halkası kesit çapından çıkartılarak bulunur.
5-23
SIZDIRMAZLK ELEMANLARI
İL' • ' '
-
M ±0,05
-.
h- n\±O,OS
Şekil 30- Trapez o-halkası yuvası Yüzey Kalitesi O-halkası ile temas eden yüzeylerin kalitesi, çalışma şekline göre seçilir. Dinamik çalışan yüzeylerin kalitesi statik duruma göre çok daha iyi olmalıdır. Değişken basınçta çalışıldığında statik o-halkası da aşınır, bu nedenle yuva yüzey kalitesi arttırılmalıdır. Olağan statik koşullarda ise kaba yüzey kalitesi bile yeterli olmaktadır. Bu özellik o-halkasını contalara göre üstün kılmaktadır. Çizelge.8- O-Halkasının Temas Ettiği Yüzey Kaliteleri UYGULAMA
DİNAMİK Hidrolik ve Pnömatik
YÜZEY Silindir
<4nm
Piston kolu
<2|im
Yuva tabanı
<6-12 um <25nm
Yuva yan yüzeyi
STATİK
5-24
YÜZEY KALİTESİ
Temas yüzeyi ve tabanı
< 10 (im
Yuva yan yüzeyi
<26 |im
SIZDIRMAZLK ELEMANLARI O-halkası sertliği: Yumuşak malzemeler (60 şor A) düşük basınçta daha iyi sızdırmazlık sağlar, sert malzemeler ise (90 Şor A) yüksek basınç için uygundur. O-halkası mal/eme sertliği 60 ile 90 şor A arasında değişir. Genel amaçlı o-halkası 70 şor A sertliğindedir. Bu sertlik aşınmaya karşı direnci sağlar. Kullanma sınırındaki sıcaklık sertliği etkiler. O-halkası sertliğinin belirlenmesinde en önemli etken basınç ve çalışma boşluğudur. Çalışma boşluğu ve basınç fazlalaştıkça daha sert o-halkası malzemesi seçilmelidir. Çalışma şekline göre de dönme hareketleri ve değişken basınçta statik uygulamalar için en az 80 şor A sertlik önerilir. Sert malzemelerde kalıcı şekil değiştirme (sürekli kalıcılık) değeri daha fazla olduğundan düşük basınçta sızdırmazlık sağlama özelliğini yitirebilir. Malzeme sertliğini seçerken düşük basınçta da sızdırmazlığın sağlandığına güven duyulmalıdır. Çalışma Sıcaklığı Elastomer parçaların ısı genleşmeleri metallerden çok fazla olduğu için sıcaklık farkları sıkışma oranını etkiler. Düşük sıcaklıktaki ortamda yuva derinliğini daraltarak ısıl çekme miktarını karşılamak, yüksek sıcaklıkta ise genleşmeye karşı o-halkası yuva derinliğini olağandan fazla yaparak sıkışma oranını sabit tutmak gerekir. Düşük çalışma sıcaklığı özellikle eksenel hareketlerde sorun yaratabilir, çünkü o-halkası çekmesi fazla ise metal temas edebilir. Bu nedenle çok düşük çalışma sıcaklığı olan ortamda o-halka^ı malzemesinin çekme oranı az olmalı ya da sıkıştırma oranını fazlalaştırmalıdır. Yay yüklü o-halkası kullanmak ta uygun çözümdür. Yüksek sıcaklıkta o-halkası seçimi malzeme özelliği ile ilgilidir. Sıcaklık çalışma ömrünü etkileyen en önemli etkendir. Elastomer malzemelerin çalışma sınırının dışında sıcakljHarda ve ortamda metal o-halkası kullanma olanağı vardır, ancak statik uygulamalarda başarılı sonuç elde edilir. Spiral bozulma genellikle yukarıda belirtilen hatalardan birden fazlasının aynı anda bulunmasından kaynaklanır. 35 bar dan fazla basınç o-halkası burulmasını engeller. O-halkası aşınmasını çalışma hızı ve kursu etkiler. Genel olarak 60 dev/dak. ya da 0,2 m/s hız sınırı aşılmamalıdır. Çok yavaş hızda çalışan eksenel hareketlerde de, sürtünme fazlalaşacağından o-halkası kullanımı uygun olmayabilir. Şekil.31 basınç farkına göre o-halkası çalışma hız sının hakkında bilgi verir, iç çapı 10 mm den küçük ohalkası için geçerli değildir.
O-Ring serti İği
.90 ŞorA
03 Max.
0i p i ston
hızı
Şekil J l - Basınç ve hıza göre o-halkası seçimi 5-25
SIZDIRMAZLK ELEMANLARI O-balkası uygulamasında kısa kurslar istenir, çünkü kısa kursta eksen kaçıklığı, yan yükler ve eğilme en az düzeydedir. Şekil.32 de görülen uygulama eksen kaçıklığını karşılamak için oldukça basit ve ucuz bir çözümdür. Metalin, metale teması ve yüksek taşıma yükleri önlenir.
'i! » i İ&i
1
..m
legman E/2 akmayı Bnleyeek şekilde seç 11 mel
x boşluğu= 0,08-0,15 mm
D e s t e k p u l u mil ü z e r i n d e sıkı o l m a l ı d ı r
Şekil J2- Eksenden kaçıklığı önleme yöntemi Ağır koşullarda yüksek basınçta PTFE malzemeden taşıyıcı kullanmak önerilir (Şekil.33).
Destek b i l e z i ğ i
Metal yadaPTFE taşıyıcılar Şekil.33- Yüksek basınç ve ağır koşullarda piston yataklanması Dinamik o-halkalarında az miktarda yağ sızmasının o-halkası yağlı ortamda çalıştığını kanıtladığından sür»Jfc j tünme ve aşınmayı en aza indirmek için gerekli olduğu unutulmamalıdır. Yüksek basınçta akmaya karşı çalış§ ||j ma boşluğunun önerilen biçimde seçilmesi, o-halkası malzeme ve setliğinin çalışma koşullarına uygun olması (ov'*-' '' gerekir. Aşınma direnci zayıf malzemeler (örnek : silikon) dinamik uygulamalar için uygun değildir. '• <
5-26
K<
SIZDIRMAZLK ELEMANLARI Çizelge.9- O-Halkalarında Etkinlik Önlemleri
O-HALKASI SÜRTÜNMKSİNİ AZALTMAK İÇİN
Sışıştırma oranını O-Halkası sertliğini O-Halkası kesit çapını Çalışma basıncını Piston kolu çapını Yağlamayı Çalışma hızını Metal yüzey kalitesini O-halkası yüzey kalitesini Sıcaklığını O-Halkası yuva genişliğini
AZALT
FAZLALAŞTIR
Statik o-halkası : O-halkalan en iyi sızdırmazlık görevini statik konumda sağlarlar. Uygun malzeme seçimi ve montaj tipine bağlı olarak 1000 bar a değin basınçta sızdırmazlık sağlayabilirler. Statik durumda çok iyi yuva yüzey kalitesi gerektirmediğinden, contalara göre daha üstündürler. Ancak değişken basınçta yüzey kalitesinin arttırılması ve 80 şor A ya da daha sert malzeme seçilmesi gerekir. Değişken basınçta o-halkası aşınma etkisinde olduğundan yağlama gerekir. Statik uygulamada büyük çapta o-halkası gerekiyor ve standart kalıp ölçülerinde bulunamıyorsa miktar olarak kalıp yapılması ekonomik değilse ya da çapı pres tablasını aşıyorsa, o-halkası kesit çapında fitil ya da hortum kullanılır. Uçları vulkanizasyon ya da yapıştırıcı ile birleştirilir. Daha fazla yapışma alanı için uçların açılı kesilip üst üste bindirilmesi gerekir. Fitil o-halkası, büyük çapta kapaklarda, flanşlarda ve yalnız statik uygulamalarda 100 mm den daha büyük çaplarda kullanılır ve daha geniş tolerranslarda kullanım olanağı vardır. Dönme hareketlerinde o-halkası : Dönen miller için çapsal etkili dudaklı sızdırmazlık elemanları daha uygundur. Ancak, yer darlığı ya da kritik olmayan koşullarda ucuz çözüm olarak o-halkası kullanılmalıdır. Başarılı sonuç alınması için yuva tasarımı ve o-halkası seçimi önemlidir. O-halkası yuvasına yaklaşık %5 sıkıştırılmış şekilde monte edilmelidir. Serbest durumda o-halkası iç çapı, mil çapından daha büyük olabilir. Ohalkasımn yuva içinde dönmesini önlemek için yuva genişliği o-halkası kesit çapından çok az büyük olmalıdır. Dönen hareketlerde o-halkası kullanımı için yuva tasarımı Şekil.34 de gösterilmiştir. Diğer dikkat edilmesi gereken konular şunlardır : - O-halkası sertliği 80 şor A ya da daha fazla seçilmelidir. - Mil yüzeyi 60 Rockwell C sertliğinde olmalı, yüzey kalitesi Rt < 2 \ım olacak şekilde dalma taşlama ile taşlanmalıdır. - Mil yüzey hızı 4 m/s yi aşmamalı ve yüksek hızlarda çok iyi yağlama sağlanmalıdır. - Yuva dönen mil üzerinde açılmamalıdır, eğer mil üzerine yuva açılırsa merkezkaç etkisiyle o-halkası genişler ve yuva içinde kayarak çok fazla sürtme oluşturur. O-halkası yuvası sabit parça üzerine açılmalıdır (Şeki.34). - Yuva ya da o-halkası tutma yöntemi, o-halkası üzerinde gerilim yaratmamalıdır. Taşıma yükü ayrı yüzeylere aktarılmalıdır. Bu o-halkasının gerekli en ufak sıkışma sının içinde çalışmasını sağlar. Milin eksenden kaçıklığı çalışmayı büyük ölçüde etkiler. O-halkalan kesit çapı mil çapına göre en küçük değerde seçilmelidir. - Taşıyıcı yüzeylerde biriken ısının o-halkası etkilememesi için ısı dağılınının sağlanmasına özen gösterilmeli, taşıyıcı yüzeyler o-halkasına uzak yerleştirilmelidir. Salınımlı hareketlerde hareketli eleman önce bir yöne, sonra ters yöne yay çizer. Ortalama yüzey hızı 1 m/s nin altında ise yuva tasarımı eksenel hareketlerdeki gibi seçilir. Daha yüksek hızlarda ve salınım sürekliyse dönen hareket gibi düşünmek gerekir. 5-27
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
ii| al s
b 1,78
2.4 2,62
3 3.53 5 33
5.7 6.99
T 1.7 225 2,5 2,85
3,4 5
54
6.7
Pi B
2
2,6 2,8 3.2 3.7 58 6.1 7.5
, t c
i
R 0,5 0,5 0,5 0.5 1 1 1 1,5
»
d
û
t>
9
1.78
24 veya 2.62
18 - 40
3
•• 3.53
37- 13C
5.33
- 5.7
110- 150
6 99
Dönme hareketlerinde o-ring kesit çapı seçimi' Sıyırıcı yün keçe kullanıldığında sürekli yağlama gerekir. Amın=Bmax+2Lmın L= Yuva derini iği
rağ kanalı Basınç
0-ringi olanaklar ölçüsünde yağ haznesine yakın yerleştirin
\W
8 - 19
Dönme hareketleri için yuva ölçüleri
Ra max=0,4
.
Sıyırıcı o-ring alternatif olarak kul lanı I ab i I ir. Basınç b i r i k i m i n i O-Ring
-Dmin=Bmax+Lmin B=0-ring çapt+0,05mm önlemek
için
ikiye kesilmelidir.
Şekil J4- Dönme hareketinde O-Halkası Uygulamaları O-halkasının gerdirilerek kullanılması : Statik uygulamada istenilen çapta o-halkası bulunamaz ise ona yakın çapta bir o-halkasını gerdirerek ya da büzdürerek kullanım olasıdır. Bu durumda yuva ölçülerini belirlerken o-halkası kesit çapının değiştiğini gözönüne almak gerekir. İstenen çaptan %6 küçük ya da %3 daha büyük kullanılması önerilmez. Guldin kuralına göre iç çap d nin %1 genişlemesi karşılığında kesit çapı b %0,5 küçülür. Guldin kuralı: O-halkası kesit çapındaki değişme ortalama çapın genleşme ya da büzülme oranına bağlıdır. Ortalama çap dm = b+d
5-28
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Örnek : 50 x 5 ölçüsünde bir o-halkası %10 gerdirilerek kullanılmak isteniyor. Kesit çapı b. ne olur ? Ortalama çap dm = 50+5 = 55 mm Geliştirilmiş ortalama çap d m g
= dmx (gerdirme oranı) = 55x1. 1 =60,5 = bxk = 5x0.957 = 4,785 = 60.5 - 4.785 = 55.715 = 55,72 mm olacaktır
Gerdirilmiş durumda kesit çapı: bg Tablodan k = 0,95783 => bg Gerdirildikten sonra d çapı
Çizelge.10- GULDİN Kuralı Tablosu
% D m olarak dmg
125 120
115
E L. •—
•o it
114 113 112 111 110 109 108 107 106 105
104 a
E :3 N
SS
103 102 101
100 99 98
97 96
95 90 85 80
% b olarak
K
89,443 91,287 93,251 93,659 94,072 94,491 94,916 95,346 95,783 96,225 96,674 97,129 97.590 98,058 98,533 99,015 99,504 100 100,503 101,015 101,535 102,062 102,598 105,409 108,465 111,803
O-hcûkasınm montajı: Kullanılmadan önce o-halkası dikkatli şekilde temizlenmelidir. Keskin köşelerden geçirilirken berelenmemeleri için montaj aygıtı kullanılmalı ve köşelere pah kınlmalıdır. Pah boyunun uzun olması, o-halkasını yavaş yavaş sıkıştıracağı için önerilir. Eğer montaj aygıtı kullanılmıyorsa çok dikkatli gerdirme yapılmalıdır. Genel kural olarak gerdirme oranı %10 u geçmemelidir. Eğer o-halkası çapı 10 mm den azsa gerdirme oranı kritik olabileceğinden kesinlikle özel önlem almak gerekir (Şekil.35).
5-29
SIZDIRMAZLIK
ELEMANLARI
Çizelge.ll-DIN 377 O-Halkası Toleransları
J• I.
İç çsp
d
( mm )
Tolerans
3 Dahil 6 10 " 18 " 50
± 0,1 ± 0,16 ±0,2 ± 0,25 i- 0,4
50 80 100 120 180
80 100 120 180 250
" " " " "
±0,63 ± 0,8 ±1 ± 1,25 ± 1,6
250 315 400 500 630
315 400 500 630 800
" " " " "
±2 ± 2,5 ±3,15 ±4 ± 6,3
3 6 10 18
L t I
d
b Kesit çap ( mm ) 1,6 2 2,5 3 4 5 7 8 10
Tolerans
1,6 Dahil 2 2,5 " 3 4
± 0,07 ±0,06 ± 0,09 ±0,1 ± 0,11
5 7 8 10 15
±0,12 ± 0,14 ±0,16 ± 0,18 ±0,22
"
* Yukarıdaki çizelge 70 şor A sertliğinde nilril kauçuk o-halkuları için geçerlidir. Değişik sertlikte ya da kalitedeki malzemelerde kalıp çeknıelerindekı farklılıklar nedeniyle tolerans değerlerinde küçük değişmeler olabilir Ancak sızdırnıa/lık açısından önemi yoktur. Çizel S e.l2-AS 568 O-Halkası Toleransları d İç çap
Tolerans *
2.90 - 18.77
±0.13
2C.35 - 34.65
±0.15
9.13 - 18.72
±0.13
20.24 - 37.77 39.34 - 64.77
b Kesit çapı Tolerans 1.78
2.62
±0.08 ±0.08
±0.25 ±0.38
71.12 18.64 - 37.69
±0.15
39.69 - 65.09
±0.25
66.68 - 126.59
±0.38
132.94 - 177.39
±0.58
183.74 - 253.59
±0.76
3.53
±0.10
d İç çap
Tolerans
37.47 - 66.04
±0.25
69.22 - 123.80
±0.38
127.00 - 149.20
±0.58
113.7 - 126.4
±0.38
129.5 - 177.2
±0.58
181.0 - 393.1
±0.76
b Kesit çapı Tolerans 5.34
±0.13
6.99
±0.15
iç çap toleransları NBR kauçuk için geçerlidir. Floroelastomer, silikon poliakrilik gibi postkür gerektiren ve çekme oranı normalden fazla malzemelerde farklı tolerans sınıfı kullanılır.
5-30
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
*> d
j
4 b
1.5
O-Ring m o n t a j ı
için silindir
ve m i l ağzına pah k ı r ı İması
1.78 2 2.4 2.5 2.S2 3
3.5 3.53 U 4.5
5
Z mın.
1
1] 1.2 1.4
14 1,5 1.6 1,8
1.8 2 2,3 2.5
'I t • 4i b
5.33 5.5 5,7 6 6.5 6.99 7
7,5 8 8,5 9
9.5 10
Z min.
2.7 2.8 3 3.1
3.3 3.6
36 3.8 4 4.2 43 LU
4.5
O-Ring montaj a y g ı t ı
Doğru
Yani iş
Şekil.35- ()-halkasının montajı Diğer Halkalar X-halkası: Kesiti X e benzeyen ve bazı uygulamalarda o-halkalannın yerine kullanılan sızdırmazlık halkası tipidir. Eksenel hareketlerde o-halkasının yuva içinde hareket etme eğilimi vardır. Bu hareket sipiral burulma yaratabilir ve sonuçta iç gerilmeler nedeniyle o-halkası ömrü kısalır. O-halkasının diğer sakıncası çapak yerinin sızdırmazlık yüzeyinde bulunmasıdır. Üretim sırasında çapak temizlenmesine karşın sızdırmazlığı etkileyen yüzeyde hata olina olasılığı f;ızladır. X-halkalannda çapak yeri sızdırmazlık yüzeyinden uzaktır. Diktörtgen kesitli halkalarda sipiral burulma ve çapak olmasına karşın temas yüzeyinin fazlalağı aşırı sürlünme direnci yaratır. Oluşan ısı, halkanın bozulmasına yol açar. Bazı hidrolik sistemlerde geri dönüşte düşük basınç uygulanıyorsa yüksek sürtünme kuvvetleri istenmez. X-halkalarda spiral burulma olmadığı gibi. temas alanının az olması, yüksek sürtünme kuvvetlerinin oluşmasını engeller. 5-31
SIZDIRMAZLIK El TİM ANLARI
•yy//7 Hidrolik piston ve silindir
V i t e s kolu sızdırmaz l ı ğ ı
Yakıt vanası piston sızdırmaz I ı ğ ı
Şekil J 6 - X-halka uygulama örnekleri V-halkası: Basit sızdırmazlık elemanlarının (o-halkası) yarar sağlamadığı eksenel hareketli hidrolik ve pnömatik uygulamalarda basınca karşı U-halkası (U-cup), V-halkası (V-cup) ya da takım halkalar kullanılır. Düşük hızda dönen millerde kullanılırsa da yüksek basınçtaki eksenel hareketler için uygundurlar. Bu tür sızdırmazlık elemanları ilk kez deri malzemeden yapılmıştır. Deri malzemenin zor şekillendirilmesi, yüksek basınçta iyi sonuç vermemesi ve bazı kimyasal maddelere dayanıksız olması kauçuk ve bezli kauçuktan çeşitli kesitte halkaların geliştirilmesine yol açmıştır. Deri malzemelerde büyük güçlük, taban kısmı keskin köşeli olduğunda yüksek basınçta kopma olmaktadır. U-halkası ve V-halkalannda en kiriıik bölge taban bölümüdür, çünkü en fazla gerilme burada oluşur. Tabanda sürtünen kısım, aşınmanın da en fa/la olduğu yerdir. Malzemeler gerilim altındaysa kesilmeye ve aşınmaya karşı çok daha fazla duyarlıdırlar. Yuvasından çıkarılan bir Uhalkasında bu bölgenin aşırı aşınmış olduğu görülür. Gerilim birikimini gidermek için parçanın kesit şeklini değiştirmek ya da sağlam yapıda malzeme kullanmak gerekir (örnek; bezli kauçuk). Daha başarılı sızdırmazlık sağlamak için firmalar çeşitli kesitte halka geliştirmişlerdir. Bunların en önemli ve yaygın olanı U-halkası ve Vhalkasıdır. Temel çalışma ilkeleri aynıdır ve O-halkasına benzer. Bütün sızdırmazlık malzemeleri çok yüksek akışmazlıklı sıvı gibi davranırlar ve basıncı kendi üzerlerinden temas ettikleri silindir ya da pistona iletirler. Bu nedenle temas basıncı her zaman çalışma basıncından ilk andaki sıkılık ölçüsünde fa/.ladır. Û ve V-halkalannın dudakları sıkı geçme olarak tasarlanır. Ön yükleme ile düşük basınçlarda da sızdırmazlık sağlanır. Sızdırmaz dudağın çok sıkı olması istenmez, çünkü basınç değiştikçe serbest hareket edebilmelidir, tik sıkılık çok fazla ise aşınma ve şekil bozulması kendini erken gösterecektir. Basınç arttıkça sıkılık ve sürtünme kuvveti de artar. Kabaca 70 bardan düşük basınçlarda sürtünme kuvveti basınçla doğrudan orantılıdır, bu noktadan sonra sürtünme kuvvetinde artış hızı azalır ve sabitleşir. Basıncın fazla olduğu ve darbeli çalışmalarda dudak boyunun kısa 'tutulması önerilir. Sürtünme kuvveti eksenel hıza da bağlıdır. Hız arttıkça sürtünme kuvveti azalır. Yüzey hızı normal olarak 0,35 m/s ya da dakikada 60 deviri asmamalıdır. Çok yüksek hızlarda (1 m/s) birden fazla halka kullanılmamalıdır, çünkü ısınma fazlalaşır.
5-32
Milî
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
I"
ti
<*l.nd» capmı
Î4P
küçük)
_L ipayı
F>«lon cap p
Silindir
BOA
Dış dudaklı U-Ring
iç dudakl ı U-Ring
Şokil.37- İçten ve dıştan dudaklı U-halkası montajı U-halkalar özellikle düşük ve orta basınçta sızdırmazhk için uygundurlar. O-halkalar daha çok statik sızdırmazlık elemanı olarak kullanılırlar. Dinamik çalıştıklarında kesit alanlarının küçük olması, ölçüsel değişmelere uyum göstermelerini güçleştirir ve o-halkası daha güç çalışma koşullarında bile daha geniş tolaranslar içinde sızdırmaya, aşınmaya karşı daha dirençlidirler. Takat daha büyük ve işlenmesi daha masraflı yuva, merkezleme bileziği gerekir. U-halkası kesitlerinde belli başlı ayrılıklar tabanları yuvarlatılmış ya da düz, dudakları uzun ya da kısa çift dudaklı ve çalışma şekline göre içlen ya da dıştan olabilir. Çalışma boşluğunda akmayı önlemek için uygun kenarına akmaya dirençli malzemeden (örnek : naylon, P'IT'E) destek parçası eklenir. Çalışan kısımdaki dudak statik taraftakinden daha kısa tasarlanırsa iç taraftaki boşluğa ve statik dudağa yağ gelmesi kolaylaşır ve daha iyi yağlama sağlanır. Statik taraftaki dudak geniş olursa yuva içinde dönme engellenir ve merkezleme bileziği gerekmeyebilir. Bu tip U-halkalarında sıkılık daha fazladu'. Dıştan çalışanlar takılırken gerdirme şuasında berelenmemeleri için daha yumuşak malzemeden yapılmalıdırlar (75 şor A). İçten çalışanlar ise 90 şor A sertliğine değin olabilirler. Tek dudaklı U-halkaları, yuvalarına o-halkası gibi takıldıklarından montaj kolaylığı nedeniyle ekonomiktirler. Bezli kauçuktan üretilenler 100 bar basınçta kolayca çalışırlar (Şekil.37). Poliüretan 400 bara dek kullanılır.
5-33
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Meidi o . , e z i k d e s t e k halkası
Şekilli
lastik
d e s t e k halkası
O-Ring destek halkası
d+D 2
S 4 5 6 7.5 8 10 12 12.5 15 17.4 20
H 4 5 6 7.5 8 10 12 12.5 15 17.5 20
b 1.8 2.2 2.7 3.4 3.6 4.5 5,4 5.6 6,8 7,9 9
I 0.3 0.3 0.3 0.5 0,5 0.5 0.5 0.5 1 1 1
L 6.6 7,5 9 10,4 12.1 17 17,9 18.1 23,3 26.4 29,5
«.* ' 4,5 0,5 5 0.6 6 0.8 6.5 .05 8 .2 12 1 .4 12 1 .6 12 1 ,75 15.5 S 17.5 2,45 19.5 2.8
t 2 2.5 3 3,5 3.5 6 6 6 8 10 12
w 1.5 1.5 2 2 3 4 4 4 5 5 5
Metal b i l e z i k d e s t e k h a l k a s ı ö l ç ü l e n d i r i l m e s i Şekil JK- U-halkalarda destek halkası tipleri ve ölçülendirilmesi Hidrodinamik basınç : Y;ıl;ık teknolojisinde ortam sıcaklığı, hız ve akışkan viskozitesi etkisiyle, dönme hareketlerinde ve keskin kenarlı yağlama boşluklannda hidrodinamik basınç birikimi sözkonusudur. Bu basınç yalnız dönme hareketlerinde olunmaz, eksenel hareketlerde de çalışma boşluğunda basınç birikimi oluşur. Basınç birikimi aşağıdaki formülle belirtilir. 5-34
SIZDIRMAZLIK
ELEMANLARI
AP= k = Sabit katsayı n = Akışkan viskozitesi v = Eksenel hız
1 = Çalışma uzunluğu $ = Çalışma boşluğu
Basınç birikimini azaltmak için çalışma uzunluğu, hız, viskozite azaltılmalı ya da çalışma boşluğu H/e den daha dar olmamalıdır. Aksi halde sızdırmazlık bölgesindeki basınç, sistem basıncını aşar ve tehlike yaratır. Şekil.39 da görüldüğü gibi boydan boya gider kanalı ya da helis oyuklar ile basınç birikimi önlenir.
Basınç Ş-:1.'>.±
Heli:
'-r-ı-j1 _,-:.: ^ —.-i
g i de"-m«3 kana I ;
Şekil.39- Hidrodinamik basınç giderme yöntemleri Çalışma boşluğu : Silindir ile piston arasındaki boşluk malzemenin buradan akmasına neden olabilir. Özellikle yüksek basınçlarda bu hoşluğu daraltmak ya da sert malzemeden destek bileziği kullanmak gerekir. Homojen kauçuk ringlerde hu boşluk 0.12 mm yi aşmamalıdır. Bezli kauçukta ise 0,30 mm ye dek boşluk bırakılabilir. Bazı uygulamalarda metal kısmın çizilme sakıncasını azaltmak için olağandan daha geniş çalışma boşluğu tasarlanır. Bu durumda dişi destek bileziğine bağlı naylon ya da başka uygun malzemeden aşınma bileziği kullanılmalıdır. Yüzey kalitesi : U-halkası ve V-halkası kayarak çalıştıklarından yüzey kalitesi ölçüsel duyarlığa göre çok daha önemlidir. Silindirler honlanarak, pistonlar ise polişlenerek istenen yüzey kalitesi elde edilmelidir. Örnek : Dikişsiz çelik çekme boruların yüzey pürüzlülüğü Ra = 1 um dolaylarındadır. Bu şekilde kullanıldıklarında yağ sızmasına ve çabuk aşınmaya yol açarlar, honlamak gerekir. Sert krom kaplamalarda da çok iyi yüzey polişlenmesi gereklidir. Yüzey kalitesi ile ölçüsel duyarlık arasındaki ilişki çok önemlidir. Yüzey kalitesi ne denli iyi olursa ölçüsel toleranslar da o denli iyi sağlanır. Çizelge. 13- U-Halkası ve V-Halkası Kullanımında İstenen Yüzey Kalitesi ve Ölçüsel Toleranslar Çalışma Şekli
Rt
Ra
Tolerans
Statik Yüzeyler
6,3 um
1,6 Hm
hll ya da Hll
Piston
1,6 (im
0,4 (im
e9
Hidrolik silindir
1,6 (im
0,4 (im
Hll
Pnömatik silindir
4 (im
1 |im
Dinamik Yüzeyler
5-35
SIZDIRMAZLK ELEMANLARI Takım Halkalar U ve V-halkalar tek başlarına kullanıldığı gibi takım olarak ta kullanılırlar. Tek başına kullanıldıklarında merkezleme bileziği gerekir. Bu bilezik tabana basmamalıdır, yoksa kesit şeklinin bozulmasına, önemli sürtünme ve aşınmaya yol açar. Bilezik her iki yana yağ geçirebilecek şekilde delikli olmalıdır. Takım halinde kullanıldıklarında aynı amaçla başlık ya da erkek destek bileziği kullanılır. Halka sayısını arttırdıkça çalışma basıncı sınırı artar ve düşük basınçta sızdırma önlenir. Fakat sürtünme kuvveti de artacaktır. Homojen kauçuktan halkalar daha iyi sızdırmazlık sağlar. Fakat maksimum çalışma basıncı düşüktür ve takım halinde kullanmak için uygun değillerdir. Takım halinde en uygunu bezli kauçuk malzemeden yapılanlardır. Pamuklu, terilen, asbest bez üzerine baskı yapılan kauçuk, birlikte kalıplandığında hem kauçuğun esneklik özelliği, hem de bezin sağladığı-ve deride bulunan mekanik sağlamlık bir arada olur. Bir çok uygulamada bezli kauçuktan halkalar bir ya da birkaç homojen kauçuktan halka ile birlikte kullanılır. Böylece her iki tipin üstünlüklerinden yararlanılır. Bezli kauçuk basınçta akmaya dirençli, homojen kauçuk ise basınç değişmelerine daha iyi uyum gösterir. Takım halkalarda erkek ve dişi destek bilezikleri daha sert malzemeden yapılmalı, çalışma boşluğu arasından akmaya karşı dirençli olmalıdır. Bu bilezikler metal olarakta yapılır. İşlenişleri takımdaki halka profiline uyum gösterecek biçimde duyarlı olmalıdır. 250 bardan fazla basınçlarda metal dişi bilezik önerilmez, çünkü bu tür bileziklerin keskin kenarlarının eğilmesi ve kırılması durumunda makinanın diğer parçalan da zarar görür. Takım halkalara, yerlerine takıldığında kesinlikle kapak tarafından basınç uyglunmamalıdır, çünkü kapağın tek görevi basınçta destek sağlamaktır. Takım halka yuvası derinliği istenen ölçülerde olmalı ya da ayarlanabilmelidir. Ayarlı olursa değiştirme işlemi kolaydır (Şekil.40).
Erkek ve a l t bileztğl İlk önce monte adiniz Dudak stirekl i basınç) tarafta olmalıdır
ŞekiUO- Takım V-halka montaj şekli Çixelgel4- Çalışma Basıncına (Bar) Göre Takım V-Halka Seçimi V-Halka sayısı
5-36
Homojen kauçuk
Bezli kauçuk
Deri
PTFR
3
35
35
35
35
4
100
2000
150
70
5
200
350
400
200
6
350
700
1400
350
uf
A
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Çift etkili pistonlarda ters yönlerde iki ayrı takım halka kullanılır. Eğer geri dönüş basıncı düşükse ve geri dönüşte düşük verime izin verilirse tek takım halka kullanmak mümkündür. PTFE V-Halkalar PTFF. çok iyi kimyasal ve ısıl direnci, çok düşük sürtünme katsayısı ve kayma özelliği nedeniyle eksenel hareketlerde ve düşük devirli millerde sızdırmazlık elemanı malzemesi olarak kullanılır. Özellikle asitli ve çözücü ortamlarda kullanılması yeğlenir. Sürtünmenin çok düşük olması, halka ömrünü uzun süreli kılar. Takım halka şeklinde kullanıldığında erkek ve dişi başlıklar metal ya da PTFE den olabilir. 315 bar basınca, -260°C'den +260°O sıcaklığa değin uygulama koşullarında başarılıdır. Eksenel ve sürekli hareketlerde 0,5 m/s. kesintili hareketlerde 1,5 m/s yüzey hızına dek kullanılır. Dönen ve sürekli harketlerde 0,5 m/s, kesintili hareketlerde 0,4 m/s yüzey hızına dek kullanılır. Değişken sıcaklıklarda ya da dönme hareketlerinde sızdırmazlık sağlanması için takım halkaya enaz 75 N değerinde yay baskısı uygulamak gerekir. Yay yükü değeri ortalama çevre uzunluğuna göre cm'de 20 N seçilmelidir. Yükleme yönü basınçlı ortam ile aynı yönde olmalıdır (Şekil.41A). Eğer yay karşı tarafa yerleştirilmek istenirse (Şekil.41B) ön yükleme, maksimum basınca uygun seçilmelidir.
30 ^ 100 <
P P P
< 30 bar : 3 takım halka ^ 100 bar : 4 takım halka ^ 350 bar : 5 takım halka
Yalnız V HalkalarPTFE
Şekil.41- PTFE takım halka montajı Piston Keçeleri Eksenel hareketlerde sızdırmazlık sağlayan bütün elemanlar piston sızdırmazlığı için uygun olabilir. Yalnız pistonlarda kullanılan piston başı lastiği bu iş için amaçlanmış özel bir keçe türüdür, tik kez hidrolik endüstrisinde deri malzemeden yapılmıştır. Deri bugü'ı de kaba yüzeyler için kullanılmaktadır. Piston başı lastiği diğer bezli sızdırmazlık elemanlarına göre ucuzdur Yatay çalışmada, piston -silindir boşluğunun fazla olduğu ya da geniş toleranslı silindirlerde başarılı sonuç verir. Piston başı lastiği basınçta sızdırma/.lık için tasarlanmıştır, ince kesitine karşın dudaktaki esneklik silindirle sürekli sıkı temasta bulunmasını ve böylece çok düşük basınçlarda sızdırmazlığı sağlar. Tek yönlü sızdirmaz5-37
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI lık elemanıdır. Ancak iki tanesinin taban tabana monte edilmesi ile ortadaki bölgenin havalandırılmasına gerek kalmadan her iki yönde de sızdırmazlık sağlar. Uygulamadaki basan montajdaki dikkat, piston tasarımı, keçe malzemesi ve profili ile yakından ilgilidir. 0,05 m/s hıza dek 40 bar, 0,3 m/s hıza dek 10 bar basınçlarda kullanılır.
Yuvarlak taban Iı
Dik kenar 1ubanl ı
Garter yay I ı
Şekü.42- Piston keçesi tipleri İki tane piston plakasının arasına sıkıştırılarak monte edilir. Büyük çaplarda vida ile bağlantı güçlendirilir. Plakaların tam bir dayanak sağlaması sıkıştırma basıncının kontrolü açısından çok önemlidir. Aşın sıkıştırma keçe tabanını bozar. Yetersiz sıkıştırma ise yana doğru harekete izin vereceğinden sakıncalıdır. Plaka üzerine açılan kanallar piston başı lastiğinin plaka üzerinde kaymasına engel olur. Keçenin pistonu taşıyarak yan yüklerin etkisi altında kalması önlenmeli, taşıma mekanik yoldan sağlanmalıdır. Piston başı lastiği ile sızdırmazlığı sağlanan pistonlarda tasarım sırasında dikkat edilecek noktalar şunlardır (Şekil.43): A- Taşıma plakası : Silindir ile arasındaki boşluk olanaklar ölçüsünde dar olmalıdır. Özellikle basınçlı hidrolik sistemlerde bu çok önemlidir. B- Taban boşluğu : Piston başı lastiğinin basınçta uyum gösterebilmesi için yeterli boşluk sağlanmalıdır. C- Bağlantı seldi : Piston başı lastiği sıkı şekilde monte edilmeli, ancak tabanın sıkıştırma oranı %10 u geçmemelidir. Bağlantı şekli yeterli sağlamlığı sağlamalı ve çalışma sırasında gevşemeyi önlemek için kontra somun ile kilitlenmelidir. Yüksek basınçta piston palakalan metal metale dayanacak şekilde sıkıştınlmalı, basınç altında lastik tabanı aşınmamalıdır. D- Oyuklar: Plaka üzerine lastik ile temas edecek şekilde açılacak oyuklar, piston başı lastiğinin yerinden kaymasını engeller. E- Silindir ucunun lastiğe zarar vermemesi için 15°pah kırılmalıdır. Pah çapı serbest durumda dudak dış çapından büyük olmalıdır. Başarılı montaij ve sızdırmazlık için piston başı ölçülendirilmesinde piston başı lastiği yapımcısının önerilerine uyulmalıdır.
Şekil.43- Piston keçesi tasarımı 5-38
SIZDIRMAZI.IK ELEMANLARI Mil Sıyırıcıları ve Kazıyıcılar Mil sıyıncılan, sıyıncı ya da kazıyıcı etkileri nedeniyle eksenel hareketli millerde kullanılırlar. Mil üzerindeki toz, kir ve benzeri maddeleri süpürerek makinanın iç kısımlarını korurlar. En fa/la bilinen uygulama havalı ve hidrolik silindirlerde pistonla birlikte içeriye yabancı maddelerin girmesini önlemek amacıyla kullanılmasıdır. Bu uygulamada mil sıyıncı tümüyle koruyucu elemandır. Sızdırmazlığı sağlamak için aynca sızdırın azlık elemanı kullanmak gerekir. Mil sıyıncı (wiper) ve mil kazıyıcı (scraper) sık sık aynı anlamda kullanılmasına karşın arada önemli ayrılık vardır, sıyırıma olayı nazik hareket anlamındadır, sıyıncı ince ve esnek dudak gerektirir. Kazıma olayı ise daha sert bir harekettir. Daha sert ve katı dudak gerektirir. Bir başka aynlık ise sıyıncı sızdırmazlık elemanı gibi davranabilir. Oysa kazıyıcının sızdırmazlık etkisi yoktur. Yalnız yüzey kirlenmesinin önüne geçerek yardımcı olur. Her iki eleman da şekil olarak dudak altına yabancı maddelerin birikmesine yol açmamalıdır ve sızdırmazlık için kesinlikle ayrı keçe kullanılmalıdır.
Çor»
Şekil.44- Mil sıyıncı türleri Mil Sıyıncı Türleri - Dikdörtgen kesitli sıyıncılar - Açılı kesitli sıyıncılar - Özel kesitli sıyıncılar
5-39
SI/DIRMAZLIK ELEMANLARI
fjı-kil.45- Özel kesitli sıyırıcılar (esnek dudak) Metal Kazıyıcılar (Metal-Scrapers) Elastomer sıyuıcılar ya da kazıyıcılar aşındırıcı ortamdan kolayca etkilendiklerinden daha ağır koşullarda metal al kazıyıcı kullanılması önerilir. Şekil.46 daki metal kazıyıcı piıiuç ve nitıil kauçuk malzemeden iki ayrı elemandan ıdan oluşmuştur. Bunlar metal bilezik içine kapatılarak yerleştirilir. Pirinç elemanın eksenel kaçıklıklara uyum sağlaması için dış çapının bilezik çapından 0,5 mm küçük olması ve mile dik yönde hareket etmesi gerekir. Çalışma şuasında önce pirinç kazıyıcı yabancı ve aşındırıcı parçacıkları mil yüzeyinden kazır. Arla kalan daha küçük parçacıkları ise toz, su damlası gibi kauçuk eleman sıyırır. 1 m/s mil hızına dek kullanılır. Kazıyıcı bütününün montajı yuvaya sıkı çakılarak yapılır.
R. S 0.5 pm
Şekil.-16- Metal ka/.ıyıcı montajı PFTE Yataklar Özellikle yüksek hızda çalışan pııömatik pistonlarda kendi kendine yağlama ve sürtünmenin çok az olması istendiğinde PTFE yataklar gelişmiş tasarım biçimidir. Dolgulu FİTE yan yüklere karşı da dirençli olduğundan eksen kaçıklıklarında silindir çizilmesine karşı koruyucudur. Yapış-kay özelliğinin PETE de olmaması başlangıç çalışmalarında da kolay haıcket özelliği sağlar. PİTE yatak kullanıldığında piston malzemesinin özel döküm ya da bronzdan üretilmesi gerekmez. PFTE malzemeden kesik halkalar dönen ve eksenel hareketlerde yataklama görevi yanında kauçuk malzemenin kullanma sınırının üzerinde sızdırma/.lık elemanı olarak ta kullanılırlar. Halkanın birleşme yerinde sızmanın en az düzeyde olması için kesme biçimi önem kazanır (Şekil.47). PTFE halkalar ile statik durumda da sızdumazlık için kauçuk o-halkası ile temas yüzeyine sürekli baskı yapması sağlanır. 5-40
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Açı Iı kesim açı Iımı
Kademeli kesim DUz kesim Açılı kesim ( özel ( Döneri h a r e k e t H E k r e n e l h a r e k e t ) Uygu I arca I a<~da )
Şekil.47- PTFE yataklarda kesim biçimleri Çalışma Koşulları - Standart elemanlar ile 400 bara değin, özel tasarım ile 1000 bar basınca değin ve 5 m/s hıza değin kullanılırlar. - Karşı yüzeyin en az 45 HRC sertliğinde ve 0,2 ile 0,4 jım yüzey pürüzlülüğünde olması istenir. - Kullanma sıcaklığı o-halkası malzemesine bağlıdır. Kauçuk o-halkası kullanılmaz ise PFTE yataklar 260°C sıcaklığa dek uygundurlar. - Sürtünme katsayısı Ra = 0,4 |im çelik yüzeyde ve orta yükte yağsız 0.10 ile 0,15 arasındadır, yağlandığında bu değer 0,04 ile 0,07 arasındadır. PFTE yataklarda aşınmanın sabit ve kontrollü olması isteniyorsa PV değerini (PV = basınç x hız) sıcaklığa göre sımrlamak gerekir. Şekil.48 de PV sının belirlenmiştir.
5-41
SIZDIRMAZLK ELEMANLARI
90 •0 70
\
«0
N
R-
S
l_
s Ss s s
\
s
.JL
s \
T
daN cm
|
i[r s
%
W hk
yük
Pîffi
=--il
İH . ı-ul
ğ1 ama 3 8 mm s ı * y ı .•!,,•.
s H.
Z
\ K. r
-4- -i
Ozg Ul
^1
|
L
=1
—I
41
sV
w«;i5ie»
M;
i:
ı
1
^b
\ 120
90
60
_
t" -----
«0 -60 l
H ı z V : m . mi n
-1
Şekil.48- PTFE yataklarda maksimum PV sınırı 4. STATİK SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI (CONTALAR) Flanş yüzeyleri kapatıldıklarında alınlan yüzde yüz temas edebilse yüzeyler arasında sızdırmazlık sağlamak için conta kullanmaya gerek yoktur. Nitekim leplenen yüzeylerde bu durum bir ölçüde sağlanabilmektedir. An..:ak pahalı yöntem olmasına karşın güvenilir değildir. Pratikte flanş yüzeylerindeki pürüzlülüklerin, atıklıklaıııı neden olduğu sızmayı önlemek için esneme ve sıkışabilme özelliği olan malzemeler kullanılır. Basınç çok az bile olsa belli bir minimum değerde sıkıştırümalıdırlar. Statik sızdırmazlık elemanlarını çalışma şekline göre iki gnıba ayırabiliriz : 1- Basınç karşısında otomatik olarak davranan elemanlar. Bunlar basınç arttıkça yüzeye daha fazla baskı yaparlar. U-halkası, o-halkası gibi. 2- Sızdırmazlık etkisi sıkıştırma oranına bağlı olan elemanlar ya da contalar. Conta üzerine etki eden kuvvetler şunlardır (Şekil.49): 1- Sıkıştırma kuvveti 2- Hidrolik kuvvet 3- Akışkan kuvveti
: Montaj sırasında contayı sıkıştırmak için uygulanan kuvvet. : Çalışma sırasında sıkıştırma kuvvetine ters yönde etki eden ve kapağı açmaya çalışan kuvvet. : İç basınç nedeniyle kapak aralığından contayı akmaya zorlayan kuvvet.
5-42
JÜVİ
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Şekil.49- Conta üzerine etki eden kuvvetler Conta malzemesinin akmasını önlemek ve çalışma sırasında conta konumunu korumak için net sıkıştırma kuvveti (sıkıştırma kuvveti - hidrostatik kuvvet) basıncın yaratacağı yan kuvvetten daha fazla olmalı ve güvenlik katsayısı olarak en az 2 seçilmelidir. Malzemenin sıkışma kuvveti zamanla azalacağı için sürekli kalıcılık değeri yüksek malzeme kullanıldığında güvenlik katsayısı daha da arttırılmalıdır. Contalarda statik sürtünme katsayısını azaltmamak için montajdan önce yüzeylerine gres, yağ sürülmemelidir. Conta çalışma sıcaklığına ulaştıktan 1 saat sonra flanş civataları montaj momenti ile yeniden sıkılmalıdır.
Şekil.50- Flanş civataları sıkıştırma sırası
5-43
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Flanş yüzeylerinin kalitesi conta kalınlığını, sıkışabilirliğini ve malzeme tipini belirtmek açısından önemlidir. Düşük sertlikteki malzemeler, kaba yüzeylere daha iyi uyum gösterirler. Akma dirençleri azdır ya da ortama dirençli olmayabilirler. Sert malzeme seçildiğinde flanş yüzey kalitesini de arttırmak gerekir. Çok iyi yüzey kalitesinin getireceği maliyet gereksiz olabilir. Çünkü conta malzemesinin özelliği ile yüzey kalitesi arasındaki ilişki değerlendirildiğinde daha iyi çözüm bulunabilir. Çok iyi yüzey kalitesi sert malzemenin tutunmasına engel olacağından akmayı kolaylaştırıcı etkisi olur. Flanş yüzeyinde akış yönüne dik kalem izlerinin olması, contanın tutunmasına yardımcı olduğundan özellikle istenir. Örnek : BS1560 numaralı ingiliz standardında. 1- 304.8 mm'den küçük nominal çapta flanşlarda 0,12 mm çapta vııvarlak uçlu kalemle 0,03 mm spiral izler 2- 304.8 mm'den büyük nominal çapta flanşlarda 0,25 mm çapta yuvarlak uçlu kalemle 0.0> mm spiral izler önerilir. nır.
Ancak, spiral izler özellikle gazlı ortamda sızma jolu olabileceğinden eşmerkez i/ler ile daha iyi sonuç alı-
Flanş yüzeylerinin, basınçta şekil bozukluğuna uğramaması için civataların yerleri ve sayısı belirlenirken taşıma direncinin yanında, flanş yüzeyinde düzgün gerilim dağılımı sağladığına dikkat edilmelidir. Standart flanş tasarımlarında hu etkenler dikkate alınmıştır. Conta kalınlığı flanş yüzeyinin kalitesi (pürüzlülük ve çarpıklık) ve conta malzemesi özelliği (esneklik ve maksimum yüzey gerilmesi) ile ilgilidir. Genellikle conta malzemesinin kalınlığı arttıkça esneklik direnci azalmaktadır. Aynı zamanda kalın contalarda kapak aralığı fazla olacağından ortamın etkilediği alan ve çalışma basıncının conta yan yüzeyinde oluşturacağı kuvvet fazlalaşır. Akma ve parçalanma olasılığı artır. Bu nedenle eğer flanşların yüzey kalitesi uygun ise, oldukça ince conta malzemesi kullanılmalıdır. .... , i, ı i 2 x Maksimum yüzey pürüzlülüğü (R,) x 100 Minimum conta kalınlığı = '- 1-*2——% 100 sıkıştırma oranı Conta genişliği conta kalınlığının iki katından daha az olmamalıdır. Eğer contada yüzey gerilimi çok fazla ise sızma nedeni olabilir. Çünkü conta esnekliğini yitirir ve flanş yüzeyine baskı yapamaz. Bu nedenle sıkıştırma kuvveti malzeme tipine göre sınırlandırılmalıdır. Belli bir malzeme için izin verilen maksimum yüzey gerilimi ortam sıcaklığı ve kalınlığa bağlıdır. Aynı şekilde soğuk koşullarda sıcak ortama göre daha fazla yüzey gerilimine izin verilir. Contanın kapladığı alan fazla ise orta basınçlarda da hidrostatik kuvvet çok fazla olabilir. Bu durumda cıvataların oluşturduğu sıkıştırma kuvveti, conta kalınlığı için belirtilen maksimum yüzey gerilimini aşabilir. Minimum montaj geriliminin (toplam cıvata kuvveti / conta alanı) contanın taşıyacağı maksimum yüzey gerilimini aştığı durumlarda aşağıdaki yollara başvurulur : 1- Daha geniş conta kullanmak gerekir. Bu ancak conta boyutlarının daha önceden belirlenmediği durumlarda yapılır. 2- Daha ince conta kullanmak gerekir. Bu durumda flanş yüzey kalitesi de arttırılmalıdır. 3- Daha fazla yüzey gerilimini taşıyabilen malzeme seçilmelidir. Tel destekli ya da sipiral sarımlı conta malzemeleri daha fazla yüzey gerilimine dirençlidir. Isıl genleşme sonucu ortaya çıkan kuvvetler aşırı yüzey gerilimi yaratarak contayı çatlatabilir. Soğuma nedeniyle olaşan büzülme ise sızdırmazlık için gerekli minimum yüzey gerilimini azaltabilir. Her iki durumda da en uygun çözüm, boyutsal ayrılıkları karşılayacak körük ya da benzeri eleman kullanımıdır. Contalar şekil ölçüleri açısından iki gruba ayrılabilir. 1- Tam flanş yüzeyine yerleştirilen contalar : Dış çapı flanş dış çapına eşittir, iç çapı da flanş iç çapma yakındır. Bağlantı cıvataları conta üzerine açılan deliklerden geçer. Cıvatalar contayı yan yüklere karşı sahitleştirdiğinden contanın yerinde oynama ve sıkıştırma sırasında flanşın deforme olma olasılığı azdır. Ancak geniş yüzey olduğu için sakıncası olabilir. 2- Contalar ile flanş iç çapı arasına yerleştirilen contalar : Daha küçük yüzey kapladıklarından daha az sıkıştırma kuvveti ile daha fazla iç basınca dirençlidirler. Çok çeşitli conta şekilleri olduğu için montaj şekli ile ilgili genel kurallar sakıncalı olabilir. Ancak, contalar yerlerine takılmadan önce flanş ve conta yüzeyleri temizlenmeli, çatlak ve paslı yüzeylere bakım yapılmalı, eski conta artıkları temizlenmelidir. 5-44
li
İli
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Genelde contalar kuru olarak yerleştirilir. Ancak, montaj tasarımı sızdırmazlık için yeterli sıkıştırma kuvvetine izin vermiyorsa, özellikle gaz sızdırmazlığında, araya tampon sıvı konulması önerilir. Yüksek basınçlarda özel dikkat gösterilmeli, conta üreticisinin önerilerine uyulmalıdır. Contalık Levha Gereçleri ile İlgili Tanımlar Ve Deneyler Contalık levha : Birbiriyle karşılıklı bağlanan ve sıkıştırılan iki parçanın yüzeyleri arasında sızdırmazlık sağlayan contaların yapımında kullanılan asıl madde ve bağlayıcı kalışımdan yapılmış levha halinde malzemedir. Sıkışabilme oranı (sıkışabiliılik) : Contalık levhaların ön yüklemeden sonraki kalınlığı ile deney yükü yüklenmesinden sonra oluşan kalınlığı arasındaki farkın ön yüklemeden sonraki kalınlığına oranıdır (% olarak belirtilir). Özgül esneklik oram (elastik dönüşüm) : Deney yükü kaldırıldıktan sonraki kalınlık ile ön yük ve deney yükü altındaki kalınlık arasındaki farkın, ön yük altındaki kalınlık ile ön yük ve deney yükü altındaki kalınlığa oranıdır. Deney yöntemi : Şartnamede belirtilen şekilde hazulanan deney parçalarına önce 15 saniye süreyle ön yük uygulanır ve kalınlık So ölçülür, hemen sonra deney yükü uygulanır ve 1 dakika süre ile sabit tutulur. Bu durumda kalınlık yeniden ölçülür Sı. Deney yükü ön yükleme değerine düşürüldükten 1 dakika sonra kalınlık S2 yeniden ölçülür. Bu değerlerden sıkışabilme oranı ve özgül esneklik aşağıdaki formüllerle hesaplanır. Sıkışabilme oranı (%) = S" * Sı . 100 So Özgül esneklik (%) =
S,, - S,
. 100
Basınç göstergesi
Termokup yuvas1
Ayak
Şekil.51- Conta sızdırmazlık deneyi 5-45
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI En az üç kez malzemenin değişik noktalarında uygulanaıak elde edilen değerlerin ortalaması alınır. Contalık levhalarla ilgili özellikler ve deney yöntemleri TS 2241 (Asbest esaslı), TS 2355 (Kauçuk esaslı), TS 2647 (Mantar esaslı), TS 2648 (Organik lif esaslı) no.lu Türk Standartlarında geniş şekilde belirtilmiştir.
Şekil.52- Flanşlurda sızdırma/İlk elemanı kullanma biçimleri Amyanttı contalar : îlk kez 1895 yılında Richar Klinger tarafından amyant liflerinin az miktarda kauçuk ile bağlanmasından elde edilmiştir. Klinger kelimesinin sonuna Almanca kauçuk "Gummi" kelimesinin son harfi ve amyant "Asbest" kelimesinin son harfi eklenerek "Kligerit" ticari ismi ile tanıtılmıştır. Günümüzde Amyantlı conta, Asbestli conta ya da Klingerit aynı anlamda kullanılmaktadır. Değişik uygulamalar için geliştirilmiş tipleri vardır. Genel Özellikleri - Esnek olduğu için taşıma ve montaj kolaylığı vardır. - Yüksek baskı kuvvetlerine dirençlidir.
i
•>C A 11
Yüksek sıcaklıklarda bağlayıcı kauçuğun sertleşmesine ve esnekliğini kaybetmesine karşın, amyant esnekliğini korur.
5-46
•
'"ite î jJHfjt
m:
SIZDIRM AZLIK ET.FMANLARI Çizelge.15- Conta Tasarım Hataları ve Çözümleri
HATA Kenara yakın cıvata delikleri
N F. P E N t Montaj sırasında delikler kopabilir.
COZÜM Delik yerine yarık ya da kulak
2- Çok küçük delikler ya da dairesel olmayan delikler.
Montaj güçfüğü yaratır
2,5 mm'den küçük delikten kaçının. Çok gerekirse yarık kullanın.
3- Kopartma yeri için dikdörtgen delikler
Dikdörtgen biçim pahalı kalıp gerektirir.
Basit yarıklar.
Toplam boyuta oranla çok ince kcn.ırlar
Depolama ve montajda Tasarım sırasında conta fire oranı fazla olur, şeklini de düşünün kopma direnci fazla malzeme gerektirir.
5- Conta ölçülerine metal -Kullanılabilecek parçatoleranslarının verilmesi lar red edilir. -Gerçek toleransların kabul isteği için görüşmeler ve zaman gerektirit. -Teslimatları geciktirir. -Kalıp ve parça maliyetlerini arttırır.
Genelde conta malzemeleri sıkışabilir tiptedir. Bir çoğu nemden etkilenir.Standard ve ticari toleransları uygu-* lamaya çalışın.
6- Köşelerde radyüs
Parçalar kalıplanmıyorsa Genelde contalar yerine radyüsler ek işlem ve uyum gösterirler. Fonksiyoyüksek maliyet demektir nel olmadıkça metal parçalardan kopya biçimler kullanmayın
7- Kesik üzerine bindirilmiş' conta eklemeleri
Keısme ve yapıştırma için Kalıpta kesilmiş kırlangıç ek masraf. Düzgün ek- kuyruğu eklemeler. lem -. ağlanamaz.
t_t
Amyant anorganik doğal madenin parçalanması ile elde edildiğinden iğne şeklindedir. Lif uzunluğu malzemenin mekanik direncini, bağlayıcı malzeme tipi ise kimyasal direncini etkiler. Ortama uygun olmayan bağlaycı malzeme contanın toplam mekanik direncini de azaltır. Sıkıştırılmış amyant conta üretiminde bağlayıcı polimer, çözücü ile inceltilerek amyant lifleri ile iyice karıştırılır. Her lif polimer ile kaplanacak ve homojen karışım elde edilecek şekilde karıştırma yapılmalıdır. Daha sonra karışım sıcak merdaneden geçirilerek istenilen kalınlığa getirilir. Çö/iicüden hiçbir iz kalmamalıdır. 5-47
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Amyant en fazla 540°C sıcaklığa dirençlidir, ancak sıcaklık arttıkça kopma direnci azalır. 130 bar basınca dek kullanılır. Amyant liflerinin dokunmasıyla elde edilen amyant bezi, kauçuk ile duyurulduğunda esnek ve çok bozuk yüzeylerde kullanılan bir conta malzemesi elde edilir. 230°C buhar sıcaklığına dek kazan kapaklarında kullanılır. Baca gazı, dizel motor egzostu gibi düşük basınçlı sistemlerde 500°C sıcaklığa dek kullanılır. Aşın basınçta esnekliğini yitirir. En fazla 20 bar basınca uygundur. Amyantın kanserojen madde sayılması sağlık açısından kullanma alanlarını kısıtlamaktadır. Çizelgc.16- Amyanttı Contalarda Yüzey Gerilimi ve Flanş Yüzey Kalitesine Göre Kullanılacak En Az Conta Kalınlığı (T) F L A N Ş
Yüzey Gerilimi daN / cm 2
Y Ü Z E Y
Torna, Vreze V
K A L İ T E S İ Taslama
Torna, Taslama W
t mm
vvv
t mm
t mm
100
5(2)
1,5(1)
0,5
200
4(2)
1 (0,75)
0,5
500
3(1,5)
0,75 (0,75)
0,3
(1.5)
0,75 (0,5)
0,3
(D
0,5 (0,5)
0,3
750 1000
Çizelge. 17- Amyant Conta Kalınlığına Göre İzin Verilen Maksimum Yüzey Gerilimleri Conta kalınlığı t mm
300°C P daN /cm 2
Soğuk
0,5
1400
2000
0,75
1100
1600
1
960
1400
1,5
750
1100
2
600
900
3
400
600
i*.--
•'
Mantarlı contalar : Mantar bir cins meşe ağacından elde edilen esnek ve organik bir madde olup, en basit conta malzemelerinden biridir. Şişe kapaklarında sızdırmazhk elemanı olaıak kullanılması çok eskilere dayanır. Doğal mantarın mekanik direncinin az olması, kolayca parçalanması, mantarın değişik malzemelerle karışım halinde kullanılmasına yol açmıştır. Mantar kullanılmasını avantajlı kılan etkenler : 1 - Mantar hafif malzemedir ve birçok sıvıya, iklim koşullarına dirençlidir. 2- Çok yüksek sürtünme katsayısı vardır, yüzeyi kaygan değildir. 3- Sıkışürıldığı zaman yan yüzeylerde taşma yapmaz. Elastomer malzemeler sıkıştırıldığı zaman hacimleri sabit kalır. Bu nedenle diğer boyutlarda büyüme oluşur. Mantar ise hacimsel olarak küçülebilir. 4- Sıcaklık ve nem gibi atmosfer koşullarındaki değişmelerde, ölçüsel kararlılığını korur. 5- Isı iletkenliği çok azdır. Çok iyi izolasyon özelliği vardır. 5-48
fcwöû-"
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Mantarın mekanik özelliklerini geliştirmek için kauçuk ile birlikte karışım yapılması en yaygın yöntemdir. Kauçuk mekanik direnç ve sıkıştınlabilme özelliğini arttırır, mantar ise boyutsal kararlılık sağlar. Mantar-kauçuk karışımlarında fiziksel özellikleri belirleyen en önemli etken kauçuk-mantar oranlarıdır. Mantar oranı arttıkça contayı sıkıştırmak için daha az güç gerekir, kauçuk oranı arttıkça karışımın sürekli kalıcılık direnci artar. Uygulamada başarı sağlamak için uygun karışım oranının belirlenmesi önemlidir. Uygun yuva ve yüzeylerde %30 sıkıştırma oranı ile statik sızdırmazlık önerilir. Kauçuğun mantarla karıştırılmasıyla elde edilen diğer üstün özellikleri :
-
Daha az sıkıştırma basıncı ile sızdırmazlık sağlanır. Çünkü elastomer dolgu sızdırmazlık yüzeyinde daha iyi uyum sağlar, yüzey pürüzlerini doldurur. Maksimum sıcaklık sınırı, kullanılan kauçuk tipine bağlı olarak, saf mantara göre daha fazladır. Kauçukmantar kaıışımı malzemeden yapılan çeşitli şekildeki contalar özellikle otomotiv sanayiinde motor kapaklarında statik sızdırmazlık elemanı olarak kullanılırlar. Nitril en çok kullanılan katkı kauçuğudur. 120°C nin üzerinde sıcaklıklarda poliakrilik kauçuk kullanılır. Saf mantar 150°C sıcaklığa kadar kullanılır, ancak 70°C nin üzerinde kalıcılık değeri çok kötüdür. Mantar yağ ve çözücülere karşı dirençlidir, ancak asit ve alkali ortamda, suyla devamlı temasta dirençli değildir. Sentetik kauçuk ile karıştırıldığında kimyasal dilenci artar. Kauçuklu mantar kesme kalıplarında karmaşık biçimlerde ve hassas ölçülerde biçimlendirilir.
Kauçuklu mantar dışında, protein ve reçine katkılı mantar da conta malzemesi olarak kullanılır. Protein (kasein) katkılı contalar antifrizlere dayanıklıdır ancak suya dayanıksızdır. Reçine (fenolformaldehit) katıklı contalar bakterilere ve antifrizlere dayanıklı, suya dayanıksızdır. Bunlar tekstil, kağıt, alüminyum takviyeli olabilirler. Mantarlı contalık malzemeler genellikle levha şekillide üretilip zunba ile istenen biçimde kesilirler. Genel görünüşleri : Yüzeyleri pürüzsüz, beresiz ve çatlaksız, yapısı homojen olmalı, destekler ayrılmamalıdır. Kesilerek biçimlendirilen contaların kenarları düzgün ve teiniz kesilmiş olmalıdır. Kalınlık toleransları ± 0,1 x nominal kalınlık içinde olmalıdır (çoğu kez eksi yönde toleransa izin verilmez). Kağıt contalar : Kağıt malzemeden yapılan contalar kesilerek elde edilir. Olduğu gibi ya da uygun bir ortamda doyurulmuş şekilde kullanılırlar. Sıvı sızdırmazlığında pek kullanılmazlar, daha çok toza karşı uygundurlar. Nem karşısında ölçüsel kararlılıklarını koruyamamalarına rağmen, benzin, petrol ve organik çözücülere karşı direnci arttırılmış tipleri özellikle otomotiv karbüralör kapaklarında ya da işlenmiş düküm parçalar arasında statik sızdırmazlık sağlarlar. Sıcaklık dirençleri 120°C ye kadardır. En çok kullanılan türü Maline kenevirinden yapılanıdır. Kauçuk contalar : Kauçuk conta denildiğinde ilk akla gelen dik kenar kesitli halkalardır. Borudan kesilerek yapıldıklarından çapak temizleme işlemi yoktur. En ucuz sızdırmazlık elemanlarından sayılırlar. Conta malzemesi olarak kullanıldığında dikkat edilmesi gereken en önemli nokta sıkıştırıldığında hacimsel olarak küçülmemesi, yan yüzeylere doğru büyümesidir. Bu elastomerlerin sıkıştırılamaz olma özelliğinden kaynaklanır. Kuvvet uygulandıkça yan yüzeylere taşma eğilimini azaltmak için kauçuk karışunındaki dolgu maddelerinin seçimine dikkat edilir ya da bezli kauçuk, tel örgü kauçuk gibi birleşik malzemelerden conta yapılır. Dik kenar kesitli contalar o-halkalarınm yerine ucuz çözüm olması için düşünülmüştür. Standart tipleri ohalkası yuvalarına uygun ölçülendirilmiştir. Kalıptan ya da borudan kesilerek elde edildikleri gibi, tabakadan preste kesilerek te çok duyarlı ölçüde, az miktardaki siparişler için elde edilirler. Dinamik sızdırmazlık elemanı olarak kullanıldıklarında sürtünme alanları çok fazla olduğundan uygun değillerdir. Bazı uygulamalarda ohalkalarına karşı tek avantajları yuva içini daha fazla doldurduklarından basınç değişmelerinde hareketleri daha azdır. Conta olarak kullanıldıklarında tasarım ilkeleri (Şckil.53) : Maksimum conta kesit alanı, mimiınum yuva kesit alanının %95 inden fazla olmamalıdır. Montajda burulmayı önlemek için D ölçüsü E nin en az iki katı olmalıdır. Sıkıştırma oranı malzeminin tipine ve sertliğine bağlı olarak %10 ile %30 arasında değişir. 30 bar basınca değin dinamik sızdırmazlık elemanı olarak ta kullanılırlar. Dinamik sızdırmazlık elemanı olarak kullanıldıklarında tasarım ilkeleri : Halka kesit alam, piston yuvası kesit alanından yaklaşık %20 küçük olmalıdır. 5-49
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Şekil.53- Kare kesitli kauçuk contaların statik sızdırmazlık elemanı olarak kullanılması Çapsal kalınlık (D), yuva derinliğinden (D') yaklaşık %10 fazla olmalıdır. Sürtünmenin azaltılmak istendiği durumlarda bu oran azaltılabilir. -
Halka kalınlığı E piston ile silindir arasındaki boşluğun en az 4 katı olmalıdır. D en az 2E denli olmalıdır. Halka piston yuvasına yerleştirildiğinde yaklaşık %4 oranında gerdirilmelidir.
Saçlı hidrolik contalar: Kaplin, flanş ve civata bağlantılarında sızdırmazlığın sağlanması için düz meta] bileziğe dayiresel ya da trapez kesitli elastomer bağlı conta kullanımı kolay ve uzun ömürlü çözümdür. Bu tip contalar içten ya da dıştan elastomer kaplı olup, çalışma ortamına göre sac ve elastomer malzeme seçimi önemlidir. Sızdırmazlık elastomer kısmın sıkıştınlmasıyla sağlanır. Metal bilezik sıkıştırma miktarını denetler ve basınç altında elastomer malzemenin akmasını önler. Sıkıştırmadan sonra elastomerin ısıl genleşmesine ya da şişmesine izin verecek boşluk sağlanmalıdır. Saçlı hidrolik conta seçerken iç çap monte edildiği delik çapından daha büyük olmalıdır. Montajda dikkat edilecek noktalar : -
Conta bir kilitleme pulu olmayıp sıkıştırma ve merkezleme özenle yapılmalıdır. İçten dudaklı contalar dudağın delik içine girmesini önlemek için conta dış çaptan merkezlenmelidir (Şekil.54).
Yuva içine yerleştirildiğinde : p £ 1000 bar Yuva yok ise : d S 40 mm p S 400 bar d > 40 p £ 250 bar Sıkıştırma basıncı bağlama elemanı için belirtilen maksimum sıkıştırma kuvvetine, ortam ve çalışma sıcaklığı ise elastomer malzemeye bağlıdır. Kimyasal etkiye karşı sac kısımının pirinç ya da çinko kaplı olması gerekir.
5-50
II
Tll
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
C H13 Doğru
Sı ki şt in İmadan 3nce
Sıkıştırıldıktan sonra
SsçlI hi drolîk conta kullanımında İç çap » d"nln vida deliğinden belli miktarda büyllk olması gerekir. Örnek : 10 H14 delİk için uygun conta iç çapı 10 H14 = 10,36 mm d min. = 10,36+0,5 = 10,86 mm
Vida
deliği(b) •d» • İn <
6
6 -- 10 10 -• 2 0
+0 ,4 tO ,5
20 -- 40
•0 ,7 •0 ,9
40 '
*1 ,1
Şekil.54- Sadi hidrolik conta montajı Metal halkalar : Metal halkalar masif, içi boş ve içi boş çevresi yarık olmak üzere üç tiptirler. Uygulama alanları kısıtlıdır. Elastomer o-halkalarına karşı avantajları, daha yüksek ve daha düşük sıcaklıklarda kullanılabilmeleridir. Kaplama yapılarak ortama dirençleri arttırılır. Bakır, kadmium. nikel, gümüş, altın, PTFF. kaplama malzemesi olarak kullanılır. Özellikle gaz sızdırmazlığında kaplama kesinlikle gereklidir. Sızdırmadık macunları ve sıvı contalar : Daha kolay bakım ve onanm için kendiliğinden sertleşip contalaşabilen sıvı macunlar, kağı, fiber mantar contaların yerine kullanılmaktadır. Bu tip contahk macunlar aşağıdaki uygulamalarda yaygın kullanılır. Dinamik sızdırmazlıkta kullanılmaz. 1. Dişli boru bağlantılarında sızdırmazbk. 2. Flanşlarda sızdırmazlık. 3. Gözenekli döküm ve toz metal parçalarda sızdırmazlık. Boru bağlantılarında sızdırmazlık : Boru bağlantılarındaki sızdrmazlık nedenleri şunlardır : - Metal ile metalin %100 teması sağlanamaz. - Dişler özürlü olabilir. - Zayıf sıkıştırma momenti. - Sıcaklık değişimleri. - Yetersiz sızdırmazlık önlemi. - Titreşim, darbe. - Yanlış montaj. - Aşırı basınç. - Zayıf boru taşımaları. - Uygun olmayan malzeme. 5-51
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Boru bağlantılarında uygun malzeme ve montaj koşullan sağlandığında sızdırmazlık sağlanması için dört çözüm vardır: 1. Vernik : Kuruyan ya da kurumayan vernikler en eski sızdumazlık çarelerinden biridir. Zayıf bağ yaptıklarından ve uçucu maddeler kaybolduğunda çekme olacağından emin çözüm değildir. 2. Malzemenin akması : Sızdumazlık bölgesi sınırlı bir alandır, kuvvet ise sınu'sızdır. Temas bölgesinde metalin akmasını sağlayacak kuvvette sıkıldığında sızma yollan kapanır, %98 etkilidir. 3. Elastomer contalar: O-halkaları ve saçlı hidrolik contalar çok etkili çözümdürler. Ancak montaj ek işçiliği gerektirir. Yüksek basınçlı sistemlerde boru bağlantıları için en iyi çözüm sayılır. - PTFE bant düşük sürtünme ve yağlayıcı özelliği nedeniyle boru dişlerine sanlarak kullanılan bir elemandır. Nemlenince şişen keten, kenevir pamuk ipliği de aynı amaçla kullanılır. Ancak PTFE nin üstünlüğü daha çok diş sıkılmasına engel yaratmaz. Kopan parçacıklar akışkana karışableceğindcn sakıncalı yanı vardır. - Akrilik lateks esaslı maddeler boru bağlantılarının erkek dişine uygulanır. Hava, su ve orta basınçta hidrolik sistemlerde kullanılır. Sıkışabildi özellikleri olmadığından yayılma için belli bir hacim gerektirirler ve tam kilitleme yapılamaz. 4. Anaerobik akrilik reçineler: Anaerobik havasız ortamda pişen, sertleşen anlamındadır. Teknolojide yeni sayılan bu tip macunların özellikleri şunlardır : - Havasız ortamda sertleştiklerinden, montajdan önce sertleşmez, ömrü azalmaz. - PTFE dolgulu olanların yağlama özelliği vardır, montajı kolaylaşürır. - Yüksek ısıtma özelliğinden dolayı diş aralarını, çatlakları, çizikleri doldurarak sızma yollarını tıkar. - Monte edilen sistemde, dişlerdeki sızdırmazlık elkisi bozulmadan tekrar ayar yapılabilir. - Bağlantıların titreşim ile gevşemesini önler. - Bağlantılar sökülüp tekrar takılabilir. - Hat ve vanalarda kirletme yapmaz. - Dayanıklı bir film tabakası halinde .Netleştiklerinden, bağlantıların yapısal dirençlerini de arttırır. Oluşum bu film tabakası kendiliğinden parçalanmaz, kuruyup dökülemez, büzülmez. - içeride ve dışarıda kalan artıklar bulaşmaya, tıkanmaya meydan vermeden silinebilir ya da içerden dışarıya akan sıvıyla atılır. Flanslarda sızdırmazlık : Flanş sızdırmazlığında klasik conta elemanlarına seçenek olarak anaerobik reçineler ya da sıvı contalar kullanılmaktadır Oda sıcaklığında vulkanize olan sıvı silikon sertleştiğinde elastik ve sıvıya dayanıklı contadır. Katalizöre gereksinme duymadan atmosfer ile temasta sertleştiğinden montajdan önce bir süre bekletmek gerekir. Vulkanize olan kısım, yerinde şekil alan conta olarak adlandırılır (Formed in place gasket FPG). Havada vulkanize olan kısmı daha kalındır ve dans hareketlerine daha uyumludur. İlk sızdumazlık için daha fazla civala basıncı gerekir ve contanın bir tarafı dansa yapışmaz. Montajdan önce tamamen vulkanizasyon elde edilirse danslar contayı bozmadan defalarca sökülüp takılabilir. Genellikle sıvı silikon contalar toz keçesi ya da düşük basınç keçesi olarak kullanılır, çünkü bir yüzeyinde yapışma olmadığından, dansta şişme sızmaya yol açar. Sıvı silikon uygulanan danslarda yüzey yağlardan temizlenmiş olmalıdır. Anaerobik sızdırmazlık macunları, dimetakrilat eslerin özel maddeler ile karışımından elde edilir. Hava ile temasta sıvı durumdadırlar, oksijen ile temasları kesilince otomatik olarak polimerize olurlar ve montajdan sonra sertleşirler. Sertleştikten sonra esnektirler, ancak silikondan daha az esnektirler. Metal ile metalin temasını sağlarlar. Bu nedenle makiııa yapıştırıcısı olarak adlandırılırlar. Sıvı silikon ve anaerobik contalık macunlar arasında seçim yapılmak istendiğinde, Sertleşme : Sıvı silikon 6.5 mm kalınlığa kadar anaerobik 0,75 mm kalınlığa kadar sertleşir. Sıcaklık : Sıvı silikon 250°C sıcaklığa kadar anaerobik 150°C sıcaklığa kadar kullanılır. Üretim : Sıvı silikon serigrafi baskı yapılmaz, anaerobik yapılabilir. Flanş : Sıvı silikon sac danslarda da uygulanabilir, anaerobik daha sağlam yapıda dans gerektirir. Esneklik : Sıvı silikonun kopma uzaması %50 anaeıobiklerin %20-30 dolayındadır. Flanslarda yerinde şekil alan sıvı conta malzemeleri kullanılmasının üstünlükleri : - Daha fazla sıkıştırma kuvveti uygulanabilir. - Melal ile metal temas ettiğinden conta gevşemesi sorunu yoktur. - Bazı contalara göre daha ucuzdur. - Karmaşık şekillere kolayca uygulanır, pahalı kalıplar gerektirmez. - Akma meydana gelmez. - Kimyasal maddelere dirençlidir. - Robot kullanmak sürülebilirle olanağı vardır. - Conta stoklama sorunu yoktur.
5-52
ıı u I m
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Aşınmış rulman ve burç yataklarının sıkı geçme ve kenetlenmesinde
H i dro I i-k-pnömat i k sistemlerdeki sızdırmalar için
0,5 mm'ye dek contaların yerine
Genel Doru ve bağlantı sistemlerindeki sızdırmazlık sağlanması için
Şekil.55- Sıvı sızdırmazlık malzemelerinin uygulama örnekleri Gözenekli döküm ve toz metal parçalarda sızdırmadık : Döküm ve toz metalürjisi ile elde edilen parçalarda da gözenekler arasında sızma önemli sorunlar yaratabilir. Gözenek döküm teknolojisinde fiziksel bir olayın doğal sonucudur. Karmaşık şekillerde kristal oluşumu ve büzülme birbirine uygun olmadığından gözenek kaçınılmazdır. Makro gözeneklerin, parçayı tekrar dökmekten başka çaresi yoktur. Mikro gözeneklerin ise bazı durumlarda üstünlükleri olduğundan paıça tasarımlarında istenen özellik olabilir. Toz metaluıjisi ya da sinter metal tekniği ile elde edilen parçalar doğal olaıak gözeneklidirler. Bu parçaların basınçlı sıvı sistemlerinde kullanılması sıvı sızdırmazlık maddelerinin gözeneklere emdirilmesi ile mümkündür. Bu amaçla kulanılan bazı emdirme malzemeleri şunlardır : •
Sodyum silikat : 240°C ile 550°C arasında yüksek sıcaklıklarda kullanılan parçalarda sızmaya karşı ugundur. Akma direnci zayıftır, içindeki su baharlaştıkça büzülür. • Polyester reçine : 0.2 mm ye kadar delikleri tıkayabilir, kimyasal direnci iyidir, 240°C ye kadar kullanılır. 135°C de 1 ile 2 saat pişme süresi vardır. Zehirli ortam yaratabileceğinden uygulama sırasında havalandırma gerekir. Akışmazlığı yüksektir. • Düşük akışmazhkta ısı ile pişen reçineler : 240°C nin altında sıcaklıklarda kullanılır. Buharlaşma nedeni ile sızdırmazlık etkisini zamanla kaybeder. • Anaerobik reçineler : 200°C sıcaklığa kadar kullanılan, değişken akışmazlıklaıda, büzülme yapmayan, anaerobik özellikte emdirme malzemesidir. Emdirme döküm parçalarda işlendikten sonra, fakat kaplama, boyama gibi yüzey işlemlerinden önce yapılmalıdır. İşleme ile gözenekler açığa kavuşur, kaplama sızdırmazlık etkisini daha da arttırır. Toz metalürjisinde ise emdirme işlemeden önce yapılmalıdır, çünkü reçine işleme kolaylığını ve takım ömrünü arttırır. Emdirme aşağıdaki tekniklerle yapılır : •
Islak vakum : Parçalar vakum tankı içine konur. 10 dakikalık vakum süresi şuasında tank içindeki ve gözeneklerdeki hava boşaltılır. Daha sonra reçine gözeneklere püskürtülür. İkinci tankta yıkama ile artık reçine temizlenir. Gözenek yüzeyindeki reçineleri pişirmek için üçüncü tankta hızlandırıcı içine daldırılır. Böylece dış yüzeyde de sertleşme olur. Dördüncü lankta son temizleme yapılır. 5-53
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI •
Basınçlı ıslak vakum : Islak vakum tekniğine benzer, ancak vakum sonunda tank içine basınç uygulanarak reçinenin gözenekleri daha iyi doldurması sağlanır. • Kuru vakum : Bilinci tankta kuru vakum oluşturulur. 10 dakika sonrada ikinci tanktaki reçine vanadan geçerek birinci tanka dolar. Tanka basınç uygulanır. Reçine gözeneklere dolar, artık kısmı ikinci tanka geri döner. Üçüncü tankta merkezkaç kuvvet etkisiyle parça yüzeylerindeki reçineler temizlenir. Daha sonra hızlandırıcı ve temizleme işlemi uygulanır. • Basınçlı enjeksiyon : Tam otomatik ya da el ile yapılan emprenye tekniklerindendir. Parça aparata bağlanır, boşluk reçine ile doldurulur, reçineye basınç uygulanır, artık reçine geriye toplanır ve parça temizlenir. Hızlandırıcı ve temizleme işlemi uygulanıl'. • Püskürtme : Gözenek yeri belli olan parçalara püskürtme (spray) tekniği uygulanır. Püskürtme işleminden önce parçalar temizlenir, püskürtme işlemi yapılır, pişme tamamlanması için bekletilir. Kaynaktaki kılcal çatlaklar ve kaynak terleme noktalan da bu tekinik ile onanlır. Tahta, seramik, fiberglas ve diğer doğal gözenekli malzemelerde sızdırmazlık etkisini arttırmak. Neme karşı korumak amacı ile reçine emdirme teknikleri uygulanır. 5. SALMASTRALAR Salmastarlar sızdırmazlık elemanlarının en eski biçimlerinden bilidir. Keçe gibi genel analamda sızdırmazlık elemanı yerine kullanılan bir sözcük olmasına karşın, özellikleri bakımından diğer elemanlardan çok ayrıdır. En ilkel tipi salmastra kutusu ya da yuva içine dilinmiş yağlı bez malzemeyi sıkıştırarak sızdırmazlık sağlamaktır. Daha gelişmiş şekilleri, dayiresel ya da dikdörtgen kesitli salmastra malzemesini spiral şeklide sararak ya da kalıplanmış kesitleri kullanarak elde edilen sızdırmazlık elemanlarıdır. Ortak yönleri; dışardan sıkıştırma kuvveti uygulanmak salmastranın sızdırmazlık yüzeyine baskı yapması sağlanır. Bu baskı ya da çapsal yükün, çalışma basıncından daha fazla basınç oluşturması gerekir. Bazı salmastralar sıcaklık nedeniyle genleşerek sıkılık meydana getirdiklerinden ilk sıkıştırmanın çok az yapılması yeterli olabilir. Aşınma ve gevşemeyi karşılamak için düzenli malıklarla sıkıştırma oranı arttırılmalıdır.
h '
Salmastralar ile sızdırmazlık sağlanması için kapak tarafından sıkıştırma yapmak gereklidir. Ancak salmastraların etkisi tamamen buna bağlı değildir. Çalışma basıncı sonucunda bir miktar yayılma gösterererek çapsal yükünü arttırır. İdeal bir salmastra :
-
Basınç, hız, sıcaklık, akışkan gibi kullanılacağı ortam koşullarına uygun olmalıdır. Değişik koşullarda kulalnılabilmeli, böylece stok çeşitlerini en aza indirebilmelidir. Mil salgısını hareket durumunda karşılayacak denli elastik olmalıdır. Fazla sürtünme ve ısı oluşturmamalıdır. Mili aşındırmamak, korozif etkisi olmamalıdır. Istanilecek çapta bükülebilecek denli esnek olmalı, büküldüğünde kesitinde şekil bozukluğu olmamalıdır.
Salmastra Malzemeleri Bitkisel malzemeler : Pamuk, jüt, keten, kenevir gibi lifler sıkıştırılarak ya da bükülerek kullanılır. Sıcaklık sınırları 95°C yi aşmaz. Su hidroliğinde, geniş kullanma alanı vardır. Sürtünmesi düşük metaller kuvvetlendirici katkı olarak kullanılabilir. Hayvansal malzemeler : Deri, yün, kıl (keçe) gibi malzemelerdir. Deri malzeme, aşınma, ve yüzeyi bozulmuş millerde yeğlenen bir malzemedir. Mineral malzemeler (amyant) : Beyaz amyant, iplik örgülü salmastralar düşük ve yüksek sıcaklıklara zayıf alkali ve asit çözeltilerine dayanıklıda'. Mavi amyant (kıosidolit) asit direnci gerektiren yerlerde daha uygundur. Ancak, dünya amyant üretiminin %95 i beyaz amyanttır (krisolit). Saf amyant 500°C ye dek, metal ile desteklendiğinde 800°C ye dek dirençlidir. Sıkıştırılmış amyant yüksek hız ve yüksek sıcaklık koşullarında çalışan santrifüj pompaların temel sızdırmazlık elemanı malzemelerindendir. 20 m/s yüzey hıza dek ve 315°C normal çalışma sıcaklığında kullanılır. Örgülü amyant vana salmastrası olarak, bükümlü amyant ise küçük çapta vana salmastrası olarak yüksek sıcaklıkta kullanılır. Sentetik malzemeler (Rayon, naylon, PTFE) : PTFE, kusursuz kimyasal dayanımı, düşük sürtünme katsayısı ve yapışmazlık özelliği ile salmastra malzemesi olarak geniş kullanım alanına sahiptir. Bilinen bütün asitler, al5-54
•i •
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI kaliler, solventler ve diğer kimyasal maddelere tam dayanıklıdır. Malzeme ile ilgili bölümde PTFE nin özellikleri geniş şekilde anlatılmıştır. Salmastra yapısını kuvvetlendirmek için metal destek kullanılır. Metal aynı zamanda salmastranın kimyasal ve sıcaklık direncini de arttırır. Kurşun ve alüminyum en fazla kullanılan metallerdir. Metalden yapılan salmastralar ayrı bir tür oluştururlar. Bunlar prensip olarak yaprak metalden yapılırlar ve şu şekilde sınıflandırılırlar : 1. Amyant esaslı çekirdeğe sarılı metal yaprak. 2. Kendi üzerine sanlı ve katlı metal yaprak. 3. Eşmerkez sarılı kıvrımlı metal yaprak. Metal salmastraların çok uzun ömürleri olmalarına karşın esneklikleri azdır. Bu nedenle uygun şekilde sıkıştırma ve yeterli mekanik koşulların sağlanması önemlidir. Aşındırıcı yağlar, kötü yüzey kalitesi miller ve yumuşak metalden miller için metal salmastra kullanılmaz. Örgülü salmastralar istenilen uzunlukta elde edilir, mil çevresi uzunluğunda kesilerek yerleştirilir, istenen çapta preslenmiş halkalar şeklinde üretilenleri de vardır. Standard halkaların avantajları çabuk ve kolay montaj olanağı sağlarlar, stokları azaltırlar ve malzeme artıklarını en aza indirirler.
Şekil.56- Salmastra yapıları Salmastra Yapıları Kafes örgü (Şekil.56a): Daha uzun ömür ve dayanıklılık için çapraz örgü kullanılır. Her örgü kolu salmastranın gövdesinden 45°C açı ile geçer ve bütün salmastranın dayanıklılığına katkıda bulunur. Sıkı örgü yapısına ve düzgün bir yüzeye sahiptir. Düz örgülerin aksine yüzeydeki iplikler aşındığında ya da kesildiğinde dağılma oluşmayıp bütün kesitte örgü süreklidir. Kafes örgü salmastranın esnekliğini de arttırdığından en küçük kullanma çapına rahatlıkla bükülebilir. • Düz örgü (Şekil.56b) : Kesiti karedir. Özellikle yüksek hızda dönen miller ve düşük basınçta uygundur. • Yuvarlak örgü (Şekil.56c): Homojen ya da örgülü malzemeden çekirdek üzerine örülür ya da homojen malzeme ile kaplanır. Düşük hızda ve yüksek basınçtaki uygulamalarda, valf ve genleşme elemanlarında önerilir. Kare kesitin istenmediği valfler için özellikle uygundur. • Bükümlü örgü (Şekil.56d): Elyaf ya da metal teller birbiri üzerine bükülerek istenilen boyut elde edilir. Bir salmastrayı değişik ölçülerdeki yuvalarda kullanmak olasıdır. Çünkü ipler kolayca çözülüp, gerekli sayıda kullanarak istenilen çap elde edilir. Salmasüa hacmi küçükse önerilen tiptir. 5-55
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
jtr-
• Haddelenmiş yapı (Şekil.56e) : Keten ve kauçuk ya da amyant ve kauçuk birlikte haddelenerek elde edilen tabakadan üretilir. • Sarılı yapı (Şekil.56f) : Bezli kauçuk kendi çevresinde ya da özel kauçuk çekirdek üzerine sarılarak elde edilir. Yan hareketlerin fazla olduğu uygulamalarda kauçuk çekirdekli salmastialar gerekli esnekliği verdiği için önerilir. Yağlayıcılar Salmastra temas yüzeyinde birim basınç çok fazla olduğundan dinamik uygulamalaıda hareket kolaylığı ve aşınmayı azaltmak için düşük sürtünme istenir. Eğer dışarıdan yüzeyi yağlama olanağı yok ise salmastranın kendi içine yağ eklenir. Grafit kendi kendini çok iyi yağladığından kuru çalışmalarda, yağlama özelliği olmayan sıvılarda en fazla kullanılan yağlayıcıdır. Buhar, su, tuzlu su gibi ortamlarda özellikle uygundur. Ancak bu uygulamalarda ortama grafit karışması istenmeyebilir. Paslanmaz çelik mil üzerinde çalıştığı zaman, elektrolitik etki nedeniyle mil üzerinde kanncalaşma oluşturabilir. Bu durumda alternatif yağlayıcı malzeme mikadır. Yağlayıcı oranı hizmet şekline göre değişir. Yüksek hızlarda çalışıldığında esnekliği uzun süre korumak için fazla miktarda yamuşatıcı yağlayıcı gerekir. Yalnız statik olarak çalışan salmastralarda yağlayıcı gerekmez. ileri geri hareket eden millerde ise sürtünmeye karşı metal tel yağlayıcı yerine kullanılabilir. Yağlayıcı kullanıldığında sistem ne olursa olsun, amaç yağlayıcının maksimum derecede tutulmasıdır. Yağlayıcı kaybı, hacim küçülmesi demektir ve ilk ayar özelliklerini kaybettirir. Kullanılan diğer yağlayıcılar : Islak : Don yağı, hint yağı, mineral yağlar, parafin mumu, sabun, silikon, PTFE parçacıkları. Kuru : Grafit, mika, talk, molibdcnyum disülfit. Yağlayıcılara karıştırılan başka maddelerle korozyon gibi etkilere karşı direnç sağlanır. Salmastra Yuvası Salmastralar baskı oranı ayarlanabilen yuva içinde kullanılırlar. Gerekli baskı kuvveti civatalı kapak ya da vidalı kapak ile sağlanır. Yay ile ön yük yaratmak basit bir yöntemdir. Ancak el ile ayarlamanın yapılamadığı yerlerde uygulanır. Birden fazla salmastra halkası kullanıldığı için sıkışma oranı her halka için değişiktir. Örneğin, beş tane halkadan oluşan bir salmastia takımında kapaktan en uzak halkanın sıkışma oranı birincisinin %25 ine denktir. Bu eğilimi gidermek için çeşitli salmastialar geliştirilmiştir. Amaç eksenel sıkışma yerine çapsal sıkışma sağlamaktır. Yuva tasanmıııda dikkat edilecek noktalar takım halkalardaki gibidir. Montaj kolaylığı için yuva ağzına pah kırılmalı, yuva yüzey pürüzlülüğü Ra 1,6 |im olabilir. Ancak dinamik çalışan millerde Ra 0,4 |im yüzey pürüzlülük sınırıdır. Kapak ile yuva arasında ve mil ile silindir arasındaki boşluklar akma yaratacak şekilde olmamalıdır (Şekil 57).
İt. Sv
ıminimum
\lÖ3xL
Şukil.57- Salmastra yuvasının ülçülcndirilınesi 5-56
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Salmastra montajı ve uygulamaları Montajı uygun yapılmamış bir salmastra ne denli sıkıştuılırsa sıkıştırılsın sızmayı önleyemez. Fazla sıkıldıkça aşın ısınır, ezilir ve akar, mil aşınmasına neden olur. Bu nedenle aşağıdaki noktalara dikkat edilmelidir : 1. Eski salmastralar çıkarıldıktan sonra, salmastra kutusu iyice temizlenmelidir. Salmastra çıkarmak için salmastra çıkarıcı kullanılması önerilir (Şekil.58). 2. Mil çok aşınmış ya da karıncalanmış ise temizlenmeli ya da değiştirilmeli, yatak boşlukları alınmalıdır. Mil yüzey pürüzlülüğünün en az Ra 0,4 \xm olması önerilir. Bu da taşlama ile elde edilir. Mil yüzey sertliği 50 HRC den fazla ise aşınma daha az olur. 3. Mil-salmastra yuvası arasındaki boşluk en fazla 0,3 mm, mil ile kapak arasındaki boşluk en fazla 0,4 mm, kapak ile salmastra arasındaki boşluk en fazla 0,25 mm olmasına dikkat edilmelidir. Daha büyük boşluklarda, salmastra basınç altında ezilerek akabilir. Yumuşak malzemelerde bu boşluk değerleri daha da küçültülmelidir. 4. Salmastra spiral şekilde yerleş tirilmemel i, kesinlikle mil çapına uygun halkalar şeklinde olmalıdır. Bunun için salmastra ortalama mil çevresi ölçüsünde uzunluklarda kesilip kullanılmalıdır. Bir malafa üzerine gerekli halka sayısında spiral şeklinde sarılarak 45°-90° lik açı ile kesilir, halkalar kapatıldığında uçlar birbirine paralel olmalıdır. Kesilen uçların dağılmaması gerekir. Kaliteli örgülerde iplikler çok sıkı olduğundan dağılmaz, gerekirse dağılmanın en azda tutulması için kesilen uçlara bant sarılabilir. 5. Salmastralar fazla kuvvet uygulamadan tek tek salmastra yuvasına itilmeli, üstüste gelen halka ağızlarını, bir alttaki halkadan 90° farklı olmasına dikkat edilmelidir. Yerleştirme şuasında ucu sivri aletler kullanılmamalıdır. 6. Önceden şekillendirilmiş salmastra halkaları kullanılıyorsa mile geçirmek için halka uçlarının ters yönlerde hafifçe bükülerek açılması gerekir. Bu yapılmazsa halkalar deforme olabilir. 7. Vanalarda genellikle kesin sızdırmazlık istenir. Bunu sağlamak için sistem basıncı etkisi altında kalmadan önce kapak ortam basıncına göre yavaş yavaş sıkılır. Eğer işletme basıncında kaçaklar oluyorsa biraz daha sıkılarak kaçakların tümü önlenir. 8. Pompalarda ise genellikle salmastranın kaçakları sınırlandırması fakat tümden önleinemesi istenir. Bu miktar akışkan sızıntısı mil aşınmasını minimumda tutacak ve sürtünme nedeniyle oluşan ısıyı dağıtmaya yardımcı olup yağlayıcı ödevi görecektir. Bu nedenle pompa çalıştırılmadan önce kapak, elle hafifçe sıkılmalı, çalıştığı zaman bir miktar sızmaya izin verilmelidir. Akışkanın akışmazlığına bağlı olarak 50 ~ 200 damla/dak sızma normaldir. Yaklaşık 15 dakikalık bir işletmeden sonra, kapak vidaları her defasında 1/6 devir yapacak şekilde kademeli olarak ve eşit sıkılmalıdır. Bu arada salmastra yuvasının çok fazla ısınmamasına dikkat edilmelidir. Eğer sıcaklıkta birden artış ya da sızmada çok fazla azalma varsa kapak hemen gevşetilmeli ve işlem yeniden başlatılmalıdır. Gerekli dikkat gösterilmezse yüksek hızlarda salmsüa bozulabilir. İlk alıştırma dönemi bitiminde izin verilecek minimum kaçak miktarı, akışkan, ortam basıncı, sıcaklık ve hıza bağlı olarak 10-120 damla/dak arasında değişir. Aşırı sıkma, kaçakları tamamen önler. Fakat bu durumda salmastra kuru mil üzerinde dönerek sürtünme ısısının artmasına, bu ısı ise salmastra içindeki yağlayıcının bozulmasına ve akmasına neden olabilir. Giderek salmastra hacmi küçülür, sonunda salmastra tamamen kuruyurak yanar ve mil aşınır. Bu nedenle özellikle yüksek hız ve sıcaklıklarda salmastranın bir miktar kaçak yapmasına izin verilmesi önerilir.
5-57
.*!•*
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
— T
OOÛRU
Salmastra çıkarıcısı: adet
kullanılırsa
karşılıklı
daha
iyi
iki sonuç
alınır.
Kesik salmastralar kapatıldığında uçlar birbirlerine paralel o l m a I 1 d 1r.
«ne» keşlimi5 uçlar İtilir
Salmastralar fazla dan
tek
tek
kuvvet uygulanma-
yuvalarına
ilk ö n c e k e s i k u ç l a r da
iç
çapların
itilmelidir.
itilir. M o n t a j -
yağlanması
uygundur.
K e s i k u ç l a r üst ü s t e g e l m e l i d i r .
YANLIŞ Önceden tra önce
halkalarını uçlarının
mile ters
salmas-
geçirmeden
yönlerde
fifçe bükülerek açılması
Şekil.58- Salmastra montajı 5-58
DOĞRU
d
şekillendirilmiş
ha-
gerekir.
SIZDIRMAZLIK ELEM ANT. ARI 6. KOK I'Kİ.KR
Körükler eksenel hareketli milleri ya da vites kolu gibi eksene paralel ve dik hareket eden milleri toz, kir, su gibi dış etkenlerden korumak amacıyla kullanılırlar. Esnek körük ve bağlantı için gerekli uç kısımlardan oluşurlar. Körük kısmı silindirik, konik ya da daha değişik biçimde, uç kısımları ise segman ile bağlantı ya da sıkı geçme için uygun biçimlerde olabilirler. Körükler genellikle özel uygulamalar için tasarlandıklarından biçimlerinde belli bir standardlaşma yoktur. Boyutları belirlenirken mimumum boy (sıkıştırılmış boy) ve maksimum boy (uzatılmış boy) belirtilmelidir. Çalışma sırasında bu sınırlar aşılırsa körükte şekil bozukluğu ya da yırtılma olabilir. Körükler atmosfer basıncının üzerinde ya da altındaki basınçlarda uyum gösteremeyip aşın şekil bozuklukları oluştururlar. Bunu önlemek için et kalınlığı arttırılırsa, körüğün direnci artar. Ancak hareket özelliği azalır. Çevreyi kuvvetlendirmek için metal halka ile çevreden sarmak her zaman iyi sonuç vermeyip, körüğün kesilip yırtılmasına neden olabilir. Eksenel hareket nedeniyle körük içinde basınç birikimini önlemek için dil şekillide yarık ya da uygun yerinde delik açılarak havalandırma sağlanır. Körüklerin Montajı Körüklerin koruyucu olarak takıldıkları makina parçalarına bağlantıları sağlam olmalıdır. Bağlama şekli parçanın biçimine bağlıdır. Silindirik bir parçaya takılacakla körük iç çapı parça çapından 1-2 mm küçük olmalıdır. Mümkünse uç kısımlar uygun bir yuva içine yerleştirilmelidir. Körük uzadıkça oluşan çekme kuvvetlerini karşılamak için hortum kelepçesi gibi de k kullanılır. Körüğün esnek kısmı keskin kenara değmemelidir. Çalışma sırasında körüğün ters dönmesi, hareketli parçalar arasında sıkışması ya da hareketli parça üzerinde kalma olasılıkları düşünülerek körük ve çalış.ın parçalar tasarlanmalıdır. Özellikle uzun ve yatay kurslu körükler ortadan esneyerek makina parçalarına değmenıeleri için askıya alınmalıdırlar. PTFe Körükler Politetrafluoroetilen (PFTE) malzemeden üretilen körükler kimya sanayiinde yaygındırlar. Çok etken koşullarda bile kimyasal ve ısıl dirençleri nedeniyle başarılı sonuç verirler. Özellikle kimyasal boru hatlarında genleşme, darbe, titreşim gibi olaylarda karşılayıcı olarak kullanılırlar. Ön şekillendirilmiş malzemeden işlenerek elde edilirler. Körük çevresi biçimine göre PFTK körükleri ikiye ayırabiliriz : 1. Keskin kenarlı körükler (Şekil.59a): Vakum uygulamaları için ve boyutlarına ve sıcaklığa bağlı olarak 150°C de en fazla 5 bar basınca dek uygundurlar. 2. Yuvarlak kenarlı körükler (Şekil.59b) : Boyutlarına ve et kalınlığına bağlı olanık 1 ^0°C de en fazla 5 bar basınca dek uygundurlar. Keskin kenarlı körükler ile karşılıştırıldıklannda esneklikleri daha azdır ve daha kısa kurs olanağı verirler.
b)
HL
Şekil.59- Körük biçimleri
5-59
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Şckil.60- Körüklerde uç şekilleri PFTE Körüklerin Montajı PTFE körükler kullanıldığında çelik flanşlar ile bağlantıları sağlanır. Bağlama civatalarının flanş standardında belirtilenlerden daha küçük çapta (zayıf) olması, çalışma sırasında körüğün güvenliği için önerilir. Küçük çapta PTFE körükler için iki parçalı flanş kullanılması montaj kolaylığı sağlar. Büyük çaplarda esneme payı da fazla olduğu için parçalı flanş gerekmeyebilir. Flanşta daha güvenilir sızdırmazlık sağlamak için elastomer conta ortam ile temas etmeyecek tarafta kullanılır. Özel körük siparişi verirken; bağlantı yerleri, çalışma sıcaklığı, basıncı, frekansı, kurs boyu, eksenden kaçıklık belirtilmelidir.
y//
Küresel r
3»I da t o z s ı z d ı r m a z I ı ğ ı
M
ÎLJIÜJM
Eksenel h a r e k e t l i m i l körük
MİTyETJSSCHP-Tat
Boru bağlantısında körük
Arka aks b a ğ l a n t ı körüğü
Şekil.61- Körüklerle ilgili uygulamalar 7. MEKANİK KEÇELER (ALIN KEÇELERİ) Mekanik keçeler dönen mil ile milin içinden geçtiği yuva arasında sızdumazlığı sağlayan makina elemanıdır. Dudaklı sızdırmazlık elemanlarının düşük basınç ya da düşük devirlerde sınırlı kullanım alanı vardır. Mekanik keçe kullanım üstünlükleri şunlardır : 1. Ağır çalışma koşullarında güvenilir sızdırmazlık sağlar. 2. Montajı kolaydır ve daha az bakım ister. 3. Maksimum tasarun hızına dek uzun ömürlüdür. 4. Eksenel boyu kısadır. 5. Sürtünme kaybı azdır. 6. Milde aşınma yaratmaz. 7. Sıvı ve gaz sızdırmazlığı, çok değişik çalışma koşulları için tasarlanabilir. 8. Keçe çalışması mil yüzey kalitesine bağlı değildir. 9. Milde eksen kaçıklığı, eksenel hareket, titreşim ve aşınma koşullarına uyum sağlar. 5-60
H
SIZDIRMAZL1K ELEMANLARİ Mekanik keçede başarılı sızdırmazlık sıcaklık, yağlama, katı parçacık miktarı, ortamın kimyasal yapısı, soğutma, hidrolik yük, titreşim, basınç değişimi, çalışma aralığı, karşı yüzey kalitesi, eksen kaçıklığı, malzeme gibi etkenlere bağlıdır. Ancak keçe ömrünü etkileyen en önemli etmen aşın mekanik zorlama değil, ısıl zorlamadır. Bu nedenle sızdırmazlık halkasının ve statik sızdırmazlık sağlayan elemanların ısı direnci, tasarlanan çalışma sıcaklığının üzerinde olmalı, kuru çalışmadan etkileıımemelidir. Mekanik Keçenin Çalışması Mekanik keçelerde sızdırmazlık düzlemi, dönüş eksenine dik. biri sabit, diğeri hareketli iki sızdırmazlık elemanının temasından oluşur. Bu elemanlardan, sızdırmuzlık halkası diye adlandırılan eksenel hareket edebilirv e karşı yüzeye yay kuvveti ile basar. Bir mekanik keçe genel olarak aşağıdaki elemanlardan ya da bunların bir bölümünden oluşur. 1. Sızdırmazlık halkası 2. Sızdırmazlık halkasına baskı uygulayan yay. 3. Sızdırmazlık halkası tabanı ve mil arasında statik sızdırmazlık sağlayan kauçuk, metal ya da plastikten körük ya da başka uygun şekilde parça, 4. Yaya yataklık sağlayan ve diğer keçe elamanlarını içeren metal ya da uygun malzemeden bilezik, 5. Yuva ve keçe arasında statik sızdırmazlık sağlayan kauçuk ya da plastik halka, 6. Karşı yüzey. Çalışma koşullarına bağlı olarak mekanik keçeler çok değişik şekillerde tasarlanabilir. Uygulama alanlarına göre iki şekilde inceleyebiliriz : Hafif koşullar için : Otomotiv sanayiinde su soğutma pompası, çamaşır makinası, bulaşık makinası gibi. Ağır koşullar için : Ağır vasıta, kirli su pompası, kimyasal süreç ve rafinerilerde sanayi pompası. Mekanik sızdırmazlık yüzeyi dudaklı keçelere göre daha geniş olduğundan tozlu ve kirli ortamdan daha az etkilenir. Yay baskısı nedeniyle, aşınmayı otomatik olarak karşılar. Aşınma yüzeye gelen baskı ve malzemeye bağlıdır. Uygun malzeme seçerek ve yay baskısını gerekli en küçük değerde tutarak en az aşınma sağlanır. Sürekli sürtünme etkisiyle yüzeylerdeki lepleine kalitesi korunur. Çalışan yüzeyler arasında eksen kaçıklığını karşılamak için, halkalardan biri esnek manşetle bağlanır, her iki yüzey o-halkalaıı gibi esnek parça üzerine oturtutulur ya da iki halkadan birinin yüzeyi konik tasarlanır. Mekanik Keçe Tasarımında Temel İlkeler Alın yüzeylerinden sızdırmazlık sağlayan bütün mekanik keçelerin tasarımında uygulanan ilkeler benzerdir : a- İçinde dönen mil geçen kapalı bir haznedeki akışkan malzemenin (sıvı ya da gaz) dışarıya sızması engellenmek istenmiştir. Çalışma koşulunu anlamak için en basit uygulama örneği olarak mildeki faturanın alnı, sabit yuvaya temas ederek dinamik sızdırmazlık sağlanmak isteniyor, fakat uygulamada başarılı olunamayacaktır. b- Malzeme değiştirmede kolaylık ve çalışma üstünlükleri sağlamak için, mildeki fatura yerine ayrı bir parça, çalışan karşı yüzey içinde sabit yuvaya ayrı bir parça yerleştirilmiştir. Bu iki parça sızdırmazlık halkası ve karşı yüzey halkası, mekanik keçenin kalbidir. Sızdırmazlık halkasının dönmesi önlenmeli, aşınmaya ve koıozyona dirençli, sürtünme katsayısı düşük malzeme seçilmelidir. c- Halkalar arasındaki sızma yollan o-halkası, kauçuk tampon ya da kauçuk manşet ile tıkanmalıdır. d- Hassas şekilde leplenmiş çalışan yüzeyler yay baskısı ile temas eder. Bir ya da birçok yay kullanılır.
5-61
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
bızma yo I u
b)
a)
SızdırmazIık Atmosfer
halkası Sızma yolu karşı vüzey halkası
SızdırmazIık yüzeyi Kauçuk
c)
7
Tampon
Kauçuk manşet
' O-ring
d)
n Şekil.62- Mekanik keçe tasarımı Sabit be Iüm
Donen bölüm
Karsı vüzey h a l k a s ı I 0-Rİng
SızdırmazIık ha i kas Rondela 0-Rİng
Baskı ayar dişi Sızd t rmazIık yüzey i
Şekü.63- Mekanik keçenin tümü 5-62
1
A
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Mekanik keçe dengesi: Mekanik keçelerde sızdırmaz halkanın karşı yüzeye yaptığı basınç statik durumda yay yükü ile sağlanır. Bu basınç ve buna bağlı olarak sürtünme ve aşınma akışkan basıncına b;ığlı olarak artır. Böylece temas basıncı ısızdırmazlığı sağlanan ortam basıncından daha fazladır. Ancak temas basıncını belli değerler arasında tutmak gerekir. Tersi durumda aşın mekanik kuvvetler sızdırmazlığı etkiler ya da çalışan yüzeyler arasında yağ filmi oluşmasını engeller. Dengeli keçede amaç, temas yüzeyinde ortam basıncından daha az basınç yaratarak keçenin sızdırmazlık için yeterli mimimum basınçta çalışmasını sağlamaktır, tstenen basınç dengesi, sızdırmazlık halkasının çapını değiştirerek ve mili kademeli yaparak elde edilir. Düşük basınçta sızdırmazlık için, temas yüzeyinde daha fazla basınç yaratmak amacıyla dengesizlik durumu istenebilir. Sızdırmazlık halkasının basınçlı ortama açık yüzeyini azaltarak dengesiz durum yaratılır.. Şekil. 64 ve 65 de çeşitli mekanik keçe tasarımlarında dengesiz ve dengeli durumlar gösterilmiştir.
a)
P -»
Y6W/. '
=
Şekil.64- Dengesiz mekanik keçeler a) Dengesiz keçe : Temas basıncı ortam basıncına eşittir (Şekil.64a). Dengesizlik oranı = k = 1 b) Dengesiz keçe : Hidrolik piston alanı A, B alanından daha büyüktür (Şekil.64b). k =A->l B
a)
1/
b)
»İM / r' S
PTtEİ
S / / /
/
/ /
S
X
/
Şekil.65- Dengeli mekanik keçeler c) Dengeli keçe : Sızdırmazlık yüzeyi B nin bir kısmı Bl ortam basıncı etkisinde bu nedenle yay basıncına ek olarak ortam basıncından daha az temas basıncı oluşmaktadır (Şekil.65a). Dengesizlik oranı 1 den küçüktür. : k=A= B| <1 B Bı+B2 5-63
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Örnek : P = 10 bar, fakat temas basıncının 4 bar olması isteniyor. k=
— = 0,4 olacak şekilde keçe tasarlanır B,+B2
d) Dengeli keçe : Şekil.65 de temas basıncının ortam basıncına bağlı olmadığı durum gösterilmektedir. Temas basıncı tümden yay yüküne bağlıdır. Uygulamada bu tip tasarım uygun değildir, çünkü ortamda akışkan basıncında büyük değişmeler olur ve zaman zaman eksenel kuvvetler sızdırmazlık halkasını karşı yüzeylerden ayırabilir. Mekanik keçelerde istenen denge artı ve eksi yönde etki eden kuvvetlerin toplanması ve buna göre gerekli sızdırmazlık halkası ölçülerinin belirlenmesi ile sağlanır. Sızdırmazlık halkasının temas eden yüzey genişliği 12 mm den fazla olmamalıdır. Yoksa temas yüzeyinin sürekli yağlanması zorlaşır. Genelde dengesiz keçelerde k faktörü 1 ile 1,2 arasında, dengeli keçelerde ise 0,7 ile 0,9 arasında tasarlanır. Dengeli ya da dengesiz keçe seçimi ortam akışkanına, sıcıakhğa, basınca, çevre hızına, keçe malzemesine bağlıdır. Örnek : Hidrokarbonlar ya da sıvı gaz gibi kaynama derecesi düşük sıvılarda mekanik keçenin çalışan yüzeyleri arasında yağlama filmi oluşturmak çok zordur. Düşük basınçta bile dengeli keçe tipi seçilmelidir. Mekanik Keçe Kullanma Sınırı Mekanik keçelerde kullanma sınırını belirleyen en önemli etmen PV değeridir. (PV = basınç x hız) P ençok çalışma basıncı, V ise sızdırmaz halkanın merkezi ile dış kenarı arasındaki orta noktanın en çok yüzey hızıdır. PV sınırı sızdırmaz halka ve karşı yüzey malzemesine bağlı olarak değişir. Şekil.66 daki diyagram dengesiz ve sızdırmaz halkanın döndüğü mekanik keçeler için geçerlidir.
30 2E 26 24 22 20 ıa 16 !4 \2 10 8
u - 44; 4
~rt"
iI ii 1 t
i
i
"
-f-
4?
vr , el Krım
4
i
2
! -
0
1
0
-t-
r —
aroür/ arbür
î
\
-1 j L'İI,
L_L L_ ermop 1 sst w en ı t j ~
6
X
•
ı I-
1
2 4
ı-
ı
i 1 h i -
-
h
k/
n
-I
%••
-
i p i11 ii 1 İ 1 i-
ii i 1 T f ıL
1
«ü•
Tİ
(i 8 W 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Şekil.66- Mekanik keçede kullanma sınırları Sürtünme momenti: Mekanik keçede oluşan sürtünme momenti T, basınç farkı, yay baskısı, temas alanı ve sürtünme katsayısına bağlıdır (Şekil.67). Şu biçimde tanımlanır : T = ^SL
u (FH + FY + FO)
5-64
ıi \nwm
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI dm = Ortalama sızdırmaz yüzey çapı (cm) |i = Sürtünme katsayısı (yan yağlı sürtünme) FH = Hidrolik kuvvet (N) FY = Yağ baskısı (N) FO = Statik keçe baskısı (N)
Şekil.67- Mekanik keçede kuvvet dağılımları Malzeme bileşimi
Yarı-yağlı sürtünme katsayısı
MReçine esaslı malzeme / Dökme demir Reçine esaslı malzeme / Çelik Reçine esaslı malzeme / Seramik Preslenmiş karbon / Çelik Sert karbon / Krom çeliği
0.03 0.06 0.05 0.04 0.05
Sızdırmazlık Halkası Malzemeleri Sızdırmazlık bölgesinde birkaç mikron kalınlığında yağ filmi oluşması, mekanik keçede iyi sonuç elde etmı-k için gereklidir. Bu nedenle sızdırmazlık halkası ve karşı yüzey malzemesi seçilirken malzemelerin yağ filmi oluşmasına olanak verecek ve film tabakası kınldığında fiziksel temasa dayanabilecek türde olması önemlidir. Malzeme seçiminde diğer etmenler yük, yüzey hızı, akışkan cinsi, soğutma düzeni, maliyet ve ömürdür. Karbon esaslı malzemeler : Ham madde olarak kullanılan sentetik karbon birçok kaynaktan elde edilir. Bunlar kok. kok katranı, grafit, is, antrasit gibi maddelerdir. Bu maddeler öğütülerek boyutlanna göre derecelendirilir ve kullanıma hazır edilirler. Kalıplaşmış parçanın mekanik. ısıl ve elektriksel ö/ellikleri malzeme seçimine, elde edeliş şekline ve parçacık boyutlanna göre değişir. Kok ve is esaslı olanlar sert, grafit yumuşak ve kendi kendine yağlayıcı özelliktedir. Karbon cinslerini karıştırarak değişik özellikte malzemeler elde etmek olanağı vardır. Cıenel olarak karbon çalışma koşulları ağır olmayan genel amaçlı keçelerde kullanılır ve aşağıdaki özellikleri taşır : -
Sürtünme katsayısı düşüktür ve kendi kendini yağlama özelliği vardır. Ağırlığına oranla mekanik direnci yüksektir. Esneklik modülü düşüktür. Isıl iletimi yüksektir. Ani sıcaklık değişmelerine dirençlidir. - 4 00°C ye dek oksitlenme ve kimyasal direnci iyidir. Ölçüsel kararlılığı vardır. - Kalıplanabilir. Fenolik reçine esaslı termoset malzemeler: Keçe teknolojisinde kalıplanabilir termoset fenolik reçineler duromer diye de adlandınlırlar. Fenol formaldehit bağlayıcı eleman ile organik ya da inorganik dolgu maddelerinin homojen karışımı sızdırmazlık halkası malzemesi olarak kullanılır. Toz, granül ya da fiber görünümündedirler, sıcaklık ve basınç altında şekillendirilirler. 5-65
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI • Organik dolgular : Ağaç talaşı, tekstil fiber, cam fiber, sellüloz. • İnorganik dolgular : Toz, taş,, grafit, mika, toz ya da fiber asbest, PTFE Balmumu, yağ, metal stearat gibi katkı maddeleri yağlayıcı özellikleri nedeniyle kalıplanmış parça ile kalıp arasında yağ filmi oluşmasını sağlar. Fenol formaldehit reçineden yapılan sızdırmazlık halkaları, sulu asit, sulu alkalin, alkol, ester, keton, eter, klorine hidrokarbon, benzin, petrol, mineral, hayvansal ve bitkisel yağlara dirençlidir. Kullanma sıcaklığı 110°C dolayındadır. Cam katkılı FTFE : Çok kuvvetli asit ve kimyasal madde etkisinde çalışan keçeler için ugundur. Ancak, sıcaklık sının 200°C dolayında ve pahalı malzemedir. Özel karşı yüzey gerektirirler. Reçine bağlı asbest: Fenolik tipte reçine ile bağlı asbest fiberlerinden oluşur. Ağaç talaşı, pamuk katkı maddesi olarak etkilenir. Keçenin fiziksel boyutu, diğer tipte keçelerden fazla olduğu durumlarda, orta PV değerinde kullanılır. Sürtünme katsayısı yüksektir. Sızdırmazlığı sağlayan sıvı ile ya da ek yağlama sistemi ile yağlanmalıdır. Çok büyük çaplı keçelerde ve keçeyi döndürmek için yeterli güçte sistemlerde (örnek : gemi şaftı) kullanılır. Fosfor bronzu : Soğutma sistemleri, yağ pompalan gibi uygulamalarda sızdırmazlık halkası malzemesi olarak kullanılır. Sızdırmazlıkta başarı için yüzeyin yağlanması gerekir. Bir çok kimyasal maddeye uygun değildir. Sinterlcnmiş Malzemeler Sert metaller : Genellikle karbür tanelerinin, metal matıiks ile toz metalürjisi tekniği ile sinterlenmesinden elde edilirler. Karbür sertlik ve aşınma direnci, metal matıiks ise izlenebilirlik özelliği sağlar. Tungsten, titan, tantal, krom karbür kullanılır. Sızdırmazlık halkası ve karşı yüzey için en çok kullanılan tungsten karbür ve bağlayıcı metal olarak kobalttır. Aşındırıcı taşıyan sıvıların sızdırmadığında sert metal yüzey kullanılır. Pres geçme ya da lehimle monte edilir. İdeal aşınma direnci, korozyon diıenci ve ısıl geçirgenlik için karbUr-karbür bileşimi gerekir. Metal-metal bileşimlerinde ek yağlama gerekmesine karşın, karbürde yağlama gerekli değildir. Ortamın yağlayıcı özelliği, temas yüzeylerinin çizilmemesi için yeterlidir. Seramik oksit: Mekanik aşınma ve yüksek korozyon direnci nedeniyle seramik oksitler karşı yüzey halkası olarak önemli malzemelerdir. Seramik oksitler %100 oksitten oluşurlar. Sinterleme sıcaklığında sıvılaşabilen katkı maddelerini az oranda içerebilir. Sinterleme sırasında şekillendirme, sıvı durum almadan katı durumda olur. Çok sert ve kimyasal dirençlerinin fazla olması nedeniyle metallerin başarı sağlamadığı yerlerde kullanılırlar. En iyi sürtünme ve aşınma özelliği alüminyum oksit-sentetik karbon birleşiminde elde edilir. Eğer yük fazla değilse alüminyum oksitfenolik reçine de çok iyi sonuç verir. Leplenmiş yüzey ve sinterlenmiş malzemelere özgü yüzey yağ haznesi oluşturacağından, çalışan yüzeylerde yağ filminin tutulması için çok iyi ortam yaratır. Karşı Yüzey Sızdırmazlığın sağlanmasında mekanik keçenin kendisi kadar karşı yüzeyin de etkisi vardır. Karşı yüzey tasarımında aşağıdaki özellikler dikkate alınmalıdır : 1- Karşı yüzey iç çapı, sızdırmazlık halkası iç çapından küçük, dış çapı sızdırmazlık halkası dış çapından büyük olmalıdır. 2- Yüzey düzgünlüğü, sızdırmazlık halkası yüzeyi ile aynı düzgünlükte olmalıdır. 3- Yüzey kalitesi uygun pürüzlülükte olmalıdır. Çok az pürüzlülükte ilk çalışma sırasında yüzeylerin uyum sağlaması uzun sürecek, pürüzlü yüzeyde ise keçe ömrü kısalacaktır. Ra = 1,6 - 2 fim olağan uygulama için gereklidir. Seramik yüzeylerde Ra = 0,8 - 1,25 (im yüzey kalitesi gerekil'. 4- Karşı yüzey malzemesi seçerken ısıl iletkenlik özelliği önemlidir. Sürtünme ısısının kolay geçişi, keçe ömrünü uzatır. Organik şeker ve çözücü ortamda ek soğutma gerekil', şekerin yüzeyde karbonlaşma olasılığı vardır. Çözücülerde ise buharlaşma kuru çalışma ortamı yaratır. Karşı yüzey montajı : Gövdeye pres geçme ya da epoksi reçine yapıştırıcı ya da başka sızdırmaz elemanlarla monte edilir. Kauçuk gömlek içinde sıkı geçme monte edilir. - Statik karşı yüzey ise dıştan o-halkası ile, mil ile birlikte dönüyorsa içten o-halkası ile monte edilir. 5-66
SIZDIRMAZL1K ELEMANLARI Keçe çalışması : Sızdırmazlık açısından karşı yüzeyin ya da sızdınnazlık halkasının hangisinin döndüğü önemli değildir. Ancak dönen elemanın pozitif olarak inilden hareket alması gerekir. Eğer kayma oluşursa statik parçanın bozulmasına yol açar. Karşı yüzey malzemesi ve sızdırmazlık halkası seçilirken ortama uygun olmalarına özen gösterilmelidir. Orta elektrolit olarak sınıflandırılan solüsyonlarda karşı yüzey ve sızdırmazlık halkası elektrolitik ikili oluşturmamalıdır. Karşı Yüzey Gereçleri 1- Dökme demir : En az 220 Brinel sertliğinde ve ortamda sürekli çalışmaya uygun olmalıdır. Motor ya da otomotiv su pompalarında kullanılır. 2- Nikel alaşımlı döküm : Sulu ortamlarda, paslanmaya dirençlidir. 3- Paslanmaz çelik : Besin maddeleri üretimi, çamaşır makinası gibi uygulamalarda, en az 420 Brinel sertliğinde ve martensitik yapıda paslanmaz çelik önerilir. 4- Karbon, karbon-seramik : Karbon karşı yüzey malzemesi olarak kullanıldığında, sızdırmazlık halkasından daha sert olmalıdır. Çünkü değişmesi kolay olan sızdırmaz halkanın aşınması daha uygundur. 5- Kurşun-bakır alaşımlı bronz : Isıl geçirgenliği yüksektir. 6- Plazma püskürtülmüş krom oksit : Yüksek PV değeri ve kimyasal direnç gerektiren uygulamalarda kullanılır. 7- %96 ~ 97 alüıııina esaslı sırlı seramik : Aşınma ve kimyasal direnci yüksektir. DİN 24960 a Göre Mekanik Keçelerde Kullanılan Malzeme Kodları ELASTOMER OLMAYANLAR
1. Ahi ı malzemeleri KÖMÜRLER (Karbon)
T. Politetrafluoroetilen (PTFE) G. CrNiMo çeliği H. CrNİ K. CrNiMo M. NiMo 28 çeliği (2.4617) Mı. Ni Mo 16 Cr 16 Ti çeliği (2.4610) N. Bronz P. Döküm demiri R. Ni S. Cf döküm çelik T. Diğer malzemeler
A. Karbon-metal (antimon) B. Karbon-reçine C. Diğer karbonlu malzemeler Cı. Elektrografit-reçine PLASTİKLER
Y. Dolgulu PTFE Z. Diğer plastik malzemeler METALLER
D. Karbon çeliği E. Cr çeliği F. Cr Ni çeliği
METAL KARBÜRLER Uı. Tungsten karbür (Co-bağlayıcı)
METAL OKSİTLER V. Al-oksit (seramik) %99,7 Vı. Al-oksit (seramik) %96 W. Cr 2 O 3 /1.4401 (A1S1316)
2. Manşet malzemeleri ELASTOMERLER P.
E. V. S. N. B. K.
M. X.
Nitril kauçuk (NBR) Etilen propilen kauçuk (EPDM) Fluorokarbon kauçuk (FKM) Silikon kauçuk (VMQ) Kloropren kauçuk (CR) Butil kauçuk (IIR) Perfluoroelastomer (Kalrez) PFTE ya da FEP kaplı elastomerler Özel elastomerler
Ü4. Silikon karbür Yi. Poliviniliden fluorid Y>. Saf grafit 3.
Yay ve gövde malzemeleri D. Karbon çeliği (S+) E. Krom çeliği (1.4122) F. Krom-nikel çeliği (1.4501, 1.413) G. CrNiMo çeliği (1.4401, 1.4460) M. NiMo 28 çeliği (2.4617) Mı. Ni Mo 16 Cr 16 T çeliği (2.4610) N. Bronz T. Diğer malzemeler Ti. Prinç 5-67
SIZDIRMAZLIK ELEMANI.ARI
,*?
,»".
3.
* Şekil.68- Yukarıda gösterilen biçimdeki mekanik keçeleri yerine takmadan önce mil dönü'; yönü dikkate alınmalıdır, çünkü yayın sarılma yönü önemlidir. Mil dönüş yönündeki kısa süreli derişmelerde 3 no.lu yay tipi tercih edilmelidir. 5-68
ur
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Otomotiv Su Soğutma Pompası Keçeleri Otto ve di/el motorlarında su soğutma pompası için bakım gerektirmeyen mekanik keçe ya da alın keçesi (körüklü keçe) kullanımı en uygun çözümdür- Bu tip keçelerin çoğu basit yapıda olup, çalışına koşullan 2 bar basınç, 0,5 m/saniye yüzey hızı ile sınırlanmıştır. Sızdırmaz halka sabittir. Isı ve yağa dayanıklı sentetik kauçuğa tutturulmuştur. Kauçuk manşet yayı çevreler aynı zamanda sızdırmaz halka ile pompa gövdesi arasımla statik sızdırma7İık sağlar. Karşı yüzey mil ile birlikte döner ve pervenin tabanı karşı yüzey görevi görohiliı\ Daha gelişmiş tiplerde korozyona ve aşınmaya dayanıklı malzemeden özel karşı yüzey halkası monte edilir. K ırşı yüzey halkası çevresinde sızdırmazlığı sağlamak ve mile göre göreceli dönmesini önlemek için o-halkası kullanılır. Karşı yüzeyin tabanının pervanenin metal tabanına dayalı olması ısı taransaferini kolaylaştırır. Kauçuk manşet pirinç yuva içine yerleştirilirse sızdırmaz halka çevresinde kanallar ve pirinç yuva içindeki çentikler aracılığıyla halkanın dönmek için manşeti zorlaması önlenmiş olur. Otomobil su soğutma pompalanndaki mekanik keçelerde çalışma zorluğu sürekli devir ve sıcaklık değişmelerinden kaynaklanır. Değişken vknoioji ile daha küçük soğutma sistemleri, daha yüksek devir, sıcaklık ve basınç gerekmekte, grafit, amyant ile katkılandırılmış reçine esaslı malzemelerin sızdırmazlık halkası olarak kullanılmasını uygun kılmamaktadır. Çünkü bu malzemeler aşınma ve ısıya karşı yeterli dirençte değildir. Günümüzde daha gelişmiş mekanik keçeler, preslenmiş karbondan yapılmaktadır. Elastomer malzeme ise antifriz ve arttipas katkı maddelerine dirençli olmalıdır. Otomotiv koşullanna uygun deney koşullan şunlardır : Devir Basınç Sıcaklık Ortam Test süresi
800 devir /dakika 2 bar 115°C- 120°C Su/Antifriz = 1 : 1 500 saat
Bu koşullardaki deney sonunda sızdırmazlık halka yüzyindeki aşınma 0,3 (im/saat ten fazla olmamalıdır.
Şekil.69- Otomotiv su pompası keçesi çeşitleri Ev Aletlerinde Kullanılan Mekanik Keçeler Otomatik çamaşır makinası. bulaşık makinası gibi gittikçe teknolojik gelişme içinde olan aletlerde, daha güvenilir sızdırmazlık elemanlanna gereksinme duyulmaktadır. Özellikle bulaşık makinalannın dolaşım pompalannda daha fazla problem ortaya çıkmaktadır. Çünkü keçe yüzeyinin yağlanması yalnızca sızdırmazlığı sağlanan sıvı ile olmaktadır. Oysa çamaşır makinasında keçe çamaşır suyuna dayanıklı olmalıdır (Etilen-nropilen çamaşır suyuna nitrilden çok daha fazla dayanıklıdır). Sızdırmazlık halkası reçine esaslı malzeme, karşı yüzey metal 5-6ı>
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI oksit (örnek : AI2O3) ise alkalin esaslı deterjanlar ile asitli kirlerden oluşan ortamda daha iyi sonuç alınır. Malzemeler tuza karşı da dayanıklı olmalıdır. Çünkü bulaşık makinalannda su yumuşatıcılarını rejenere etmek için sık sık kaynatılmış tuzlu su kullanılır. Malzemeler uzun süre sızdırmazhklarını yitirmeden kuru çalışabilmelidirler. Sızdırmazlık halkasının yüzeyi leplenmiş ve ortama kaşı tümden kapalı olmalı, temizlik tozu ve yemek artıkları keçenin eksenel hareketine engel olmamalıdır. Keçenin dış yüzeyinde gözenek ve pürüz olmamalıdır, çünkü bunlar bakterilerin birikmesine (özellikle içki sanayiinde) uygun ortam sağlar. Şekerli madde üretiminde kullanılan makinalarda ise, şekerin keçe yüzeyinde birikerek kristalsızdırmazlık halkası ve karşı yüzeyin her ikisi de sinterli malzemeden (Tungsten - Karbit) olmalıdır. Süreç Pompalan için Keçeler Bu tip uygulamalarda mekanik keçeler genellikle komple bir birim şeklinde sızdırmazlığı sağlanan ortam içine monte edilirler ve mil ile birlikte dönerler. Şekil.70 deki keçe su, yağ ve yakıt pompalarında kullanılır. Parça sayısı azdır. O-halkası mil ile keçe arasındaki sızdırmazlığı sağlar. Karşı yüzeyde sızdırmazlığı sağlamak için ikinci bir o-halkası kullanılmıştır. Bu ohalkası aynı /.amanda karşı yüzey halkasının yuvaya göre dönmesini engeller. Normal uygulamalarda sızdırmazlık halkası fenolik reçine, grafit karışımlı malzemeden yapılır. Konik yay eksenel baskıyı ve az sayıda dolaşan mil ile sızdırmazlık halka arasında tork iletimini sağlar. Bu tip keçelerde yaydaki helis yönü, mil dönüş yönüne bağldır. Sızdırmazlık halkasının yüzeyine bakıldığında, saat yönünde dönen millerde sol helis yay kullanmak gerekir. Karşı yüzey halkası malzemesi ise ortam koşullarına göre, seramik, sertleştirilmiş krom çelik, krom çelik döküm ve başka uygun malzeme olabilir. Başlangıçta kuru çalışmaya izin verilir. Ancak bu süre uzun olmamalıdır. Çalışma sınırları PV diyagramına göre belirlenebilir. Ancak hidrostatik basınç bu keçelerde tümden sızdırmazlık halkasını etkilediğinden 10 bar basınca dek kullanılır. Basıncın fazla olduğu ortamlarda (maksimum 50 bar) Şekil.71 deki dengeli keçe tipi uygundur. Bu tasarımda mile yüksük (bağa) geçirmek ya da fatura işlemek gerekir.
2
5
*
3
1. Karşı yüzey halkası 2. Sızdırmazlık halkası 3. Yay 4. Pul 5. O-halkası 6. O-halkası
Şekil.70- Su, yağ, yakıt pompaları için genel amaçlı mekanik keçe
1. Karşı yüzey halkası 2. Sızdırmazlık halkası 3. Yay 4. Pul 5. O-halkası 6. Baskı halkası 7. O-halkası 8. Yüksük (haga)
Şekil.71- Dengeli mekanik keçe
5-70 '! *
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Gaz, buhar, yanıcı ve zehirli sıvılar, katı madde içeren sıvıların sızdırmazlığında çift keçe kullanılması önerilir. Çift keçe yüz yüze kullanıldığında ayırma sınırını soğutmak ve yüzeyleri yağlı tutmak gerekir. Bunun için sürekli devir yapan yağlayıcı sıvının ortam basıncından 1-2 bar daha fazla basınçta olması gerekir. Eğer çalışma basıncı 10 bardan fazla ise keçenin ortam tarafı her iki basınç nedeniyle fazla yükleneceğinden özel önlem almak gerekir (Şekil.72).
2
Parça no
3
5
O
8
4
I
»
Malzeme
Parça ismi
1
Karşı yüzey halkası
Krom çelik, sert krom çelik sert metal, seramik
2
Sızdırmazlık halkası
karbon, sert metal
3
Mahfaza
Krom nikel çelik, bronz, çelik
4
Tutucu halka
Krom-nikel çelik, bronz, çelik
5
O-halkası
Nitril, fluoroelastomer. silikon
6
Tutucu pim
Krom-nikel çelik
7
Tutucu vida
Krom-nikel çelik
8
Yay
Krom-nikel çelik
9
O-halkası
Nitril, fluoroelastomer, silikon
10
Pul
Krom-nikel çelik, bronz, çelik
11
O-halkası
Nitril, fluoroelastomer. silikon
12
Ayırıcı pim
Çelik
Şekil.72- 50 bar basıncına dek, mil dönüş yönüne bağlı olmadan kullanılabilen mekanik keçe tipi
5-71
SIZDIRM AZLIK ELEM ANÎ .ARİ 8. ÇKLİK KEÇELER Kazı makinalan ve paletli taşıyıcıların çalıştırma mekanizmaları, sürekli olarak toz.kum, taş. toprak, çamur gibi çok aşındırıcı koşullarda çalışmaktadırlar. Bu tür araçlarda yalnızca hareket rulmanları değil, dönen bütün rulmanlar, tekerlek göbeği bu konşullann etkisindedir. Bu parçaların korunması çok özen gerektirrir. F.n küçük arıza bile çok pahalı makinaların gerekli olduğu anda kullanılmamasına yol açar. Bu tür uygulamalar için geliştirilmiş mekanik keçeler en ağır koşullarda bile bakım gerektirmeden uzun ömürlü olmalı, hareket rulmanlarını kesin korumalı, aynı zamanda yatakların yağlanması ve soğutulması için gerekli yağ ya da gresi sızdırmamalıdır. Şekil.73 de gösterilen çelik keçe tipi eşit ölçüde iki sızdırmazlık halkası ve bunları saran geniş kesitli iki ohalkadan oluşmuştur. Sızdırmazlık halkalarından biri sabit, diğeri ise yerleştirildiği yuva ile birlikte dönmektedir. Bu o-halkalarının üç işlevi vardır. Bunlar : 1 - Sızdırmazlık halkaları kenarından sızdırmazlığı sağlamak, 2- Dönen yuvadaki momenti sızdırmazlık halkasına iletmek, 3- F.ksenel basıncı sağlamak. O-halkası boyutları ve malzemesi çalışma sırasında yay karakteristiğini sabit tutacak şekilde seçilmelidir. O-halkası toleransı seçilirken yuva toleransı da gözönüne alınmalıdır. Yuva ve sızdırmazlık halkası, montajı kolaylaştıracak şekilde tasarlanmıştır. Sızdırmazlık yüzeyleri birbirinden açıyla ayrılırlar. Bu açı yağlamanın dış yüzeylere ulaşmasını sağlar. • Aşınmayla birlikte temas noktası içeriye doğru ilerler. Tasanmın özelliği nedeniyle temas alanı değişmemektedir. O-halkalarının esnekliği, dönen sızdırmazhk halkasının sızdırmazlığı etkilemeden merkezine göre 4°C oynamasını sağlar. Sızdırmazlık halkalarında 1 mm'ye dek eksen kaçıklığına izin verilir. Yukarıda belirtilen zor koşullarda sızdırmazlık halka]an için aşınma direnci yüksek, sürtünme özelliği çok iyi, korozyona dirençli ve 57 ~ 64 HRC sertliğinde nikel oranı yüksek alaşımlı döküm malzeme kullanılır. Yüzey pürüzlülüğü değeri Rz < 1 um (Rt < 1,25 fim) olmalıdır. Onanm nedeniyle keçeler açıldığında, aşınma sınınna ulaşılmasa bile yeni çelik keçe takımı takılmalıdır. Kısa bir çalışma süresinden sonra, temas yüzeyleri birbirine alışacağından, yeniden monte edildiklerimle aynı durumlarını korumak için güvence verilemez ve rodaj süresi içerisinde sızdırmazlık sağlanamaz. Keçe ömrünü çelik yüzeylerin aşınması dışında etkileyen en önemli etmen elastomer malzemelerin eksenel baskısını koruma süresidir. Elastomer malzemenin sürekli kalıcılık değeri düşük olmalıdır. Düşük sürekli kalıcılık (Compression set) çalışma ömrü boyunca sabit sayılabilecek bir eksenel baskı elde edilmesinde çok önemlidir. -50°C ile 100°C arasında çalışma sıcaklığında nitril kauçuk, -40°C ile 180°C çalışma sıcaklığında fluorokarbon kauçuk o-halkası kullanılır. Yüzey hızının sürekli olarak 5 ile lOm/s arasında olduğu durumlarda yüzey baskısının azaltılmasında yarar vardır. Yüksek hız ve basınç yağın aşın ısınmasına yol açar. Yüzey baskısını azaltmak için montaj ölçüsü A'yı fazl al aştırmak gerekir. Yüzey hızına ve o-halkası kesit çapına bağlı olarak A ölçüsü Şekil.74 de belirtilmiştir.
10Montaj ölçUaU
b« 0-ri
i
8
|
»o
7
1
Jjtkil.73- Çelik keçe 5-72
çapı
i o
8
İ 2
3
00
)
4
3
6
7
8
0
1 0
Şekil.74- Montaj ölçüsü A nın belirlenmesi
\
•
w-
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Keçe temas yüzeyi yaklaşık 2,5 mm genişliğinde leplenınişlir. Sürtünen yüzeylerin keçe iç çapından uzaklığı oranında keçenin ömrü artar. Keçenin sorunsuz çalışması için yağlama gereklidir. Çalışma koşullarına bağlı olarak ince yağ ya da gres ile yağlama yapılır. Sızdırmazlık yüzeyi hızı gresli yağlamada 3 m/s, ince yağ ile yağlamada ise lOm/s yi geçmemelidir. ince yağ her zaman yeğlenir. SAE 80 ve SAC 90 tipte yağlar uygundur, gerektiğinde 20W20 motor yağı gibi daha ince yağlar da kullanılır. Yağ düzeyi keçe ekseni ile dış çapın üçte ikisi alasında olmalıdır. Yağ olağan düzeyde dolduruldu ise bundan sonra yağ değişimi ya da yağ eklenmesi ya da keçe bölgesi bakımı gerekmez. Gres ile yağlamadan olanaklar ölçüsünde kaçınılmalıdır. Çünkü gres ile hidrodinamik yağlama koşulu sağlanamaz ve aşınma çok fazla olur. Gres kullanıldığında da bakım gerekmez, hele gresörlükle ek gres doldurmak çok tehlikelidir. Gres basıncı o-halkasını yerinden oynatarak şeklinin bozulmasına neden olur. Gresin sürtünme yüzeylerine ulaşması olanağı da yoktur. Çünkü içte oluşan basınç çelik keçeleri kapanma yönünde zorlar ve temas basıncı daha da artar, ince yağ ile yağlamada ise yağ kapiler etki ve merkezkaç etkisiyle temas bölgesine süzülür. Bu yeterli yağlamayı, soğutmayı sağlar ve keçelerin soğuk kaynamasını engeller. Olağan koşullarda yağ filmi dış yüzeyden görülmelidir. Bu olay sızma olarak nitelendirilmemeli, en uygun tasarım ve çalışma koşulunu belirttiği anlaşılmalıdır. Keçe ömrünü arttırmak için ince yağ her zaman yeğlenınelidir. Çalışma sınırı l'V diyagramından bulunur. Çalışma basıncı, olağan çelik keçe uygulamalarında 3 bar ile sınırlandırılmıştır. Daha yüksek basınçlarda yapımcıya danışmalı ve özel keçe isteminde bulunulmalıdır. Yuva işlemesinde zorlukla karşılaşılırsa silindirik yuvaya çakılan, NBR kauçuk kaplı adaptör kullanılır. Adaptörün ünce keçeyle birlikte monte edilmesi kullanıcıya kalmıştır. Statik sızdırmazlık ve moment iletimini sağlamak için adaptör dış çapının tırtıllı olması gerekir. Montaj yerine göre A ya da B tipi kullanılır (Şekil .75). Çelik Keçe Uygulama Alanları - Dökümhanelerde kum karıştırma ve hazırlama makinalurı, - Beton ve çimento karıştırıcıları, - Yükleyiciler, - inşaatlarda kreyn ve vinçler, - Seramik sanayiinde karıştırıcı ve öğütücüler, - Yeraltı makinaları, - Tarım makinaları. biçerdöğer, harmanlama, gübreleme makinaları, - Pis su pompalan.
fe v////
-20
/ S / s y
«
•
•
• O a•
a
Şekil.75- A ve B tipi çelik keçe adaptörleri Çelik Keçe Montajı Şekil.76 daki çelik keçe sert döküm demirden duyarlı olarak yapıldığında taşınması ve montajı sırasında çok iyi korunmalı, darbe görmemelidir. Sürtünme yüzeyi (a) çok iyi leplendiğinde temiz tutulmalıdır. Keçenin yuvası (b) işlem artıklarından ve tozdan temizlenmeli, köşeler yuvaıiatılmalıdır. Keçe montaj aparatı (c) ile yerine takılmalıdır. Bu aparat, keçe çevresini saran iki yarım çemberden oluşur. Sızdırmazlık halkası yuvadaki yerine itilerek yerleştirilir. Kuvvet doğrudan o-halkasını bastırdığı için montajda kolaylık ve güvenlik sağlanmış olur. Yerleştirmeden önce sürtünme yüzeyinin ince yağ ya da gres sürülmüş deri ile silinmesi gerekil'. Keçe yuvası ve (b) parçası arasındaki eksenel açıklığın korunmasına özen gösterilmelidir. Yuva yüzeyi A ile keçe yüzeyi B'nin paralel olmasına dikkat edilmeli, o-halkası yuvasına düzgün yerleştirilmelidir. 5-73
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
TTİffftf)
Şekil.76- Çelik keçe ınuntuj biçimleri 9. LABİRENT KEÇELER VE KESİN SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Labirent Keçeler Statik sızdırmazlık elemanları, uygun kullanıldığı zaman kesin sızdırmazlık sağlarlar. Eğer malzeme ortam sıvısını ya da gazını geçirgense kesin sızdırmazlık sağlanamaz. Dinamik sızdırmazlık elemanlarının büyük çoğunluğu sızdırmazlık yüzeyinde ince bir yağ filmi tabakası ile temasta olduklarından, çalışma biçimleri kontrollü sızdırma esasına dayanır. Vağ filminin olmayışı keçe ömrünü azaltır. Özel keçe biçimleri, yüzde yüz sızdırmazlık sağlaması ya da sızma miktarım en az düzeyde tutması için geliştirilmiştir.' Mil ile geçtiği delik arasındaki boşluk dar yapıldığında basınç düşmesi yaratacağından sızdırmazlık görevi görür. Şekil.77 de burç ile mil arasında Pı basıncı P2 ye düşmektedir. Dar geçit üzerinde sürtünme nedeniyle R2 basıncı P3 e düşer. Akışkan birden geniş bir alana açıldığında P3 basıncı P4 e düşer. Pı basıncının P4 e düşmesi ilkesi pompa sızdırmazlık düzenlerinde kullanılılr. Sızdırmazlık etkisi boşluk miktarına ve akış yolunun uzunluğuna bağlıdır. Akış yolu üzerinde engelleri aıttırırsak dirsek, genleşme alanı gibi daha fazla basınç düşmesi
•v/
Şekil.77- Mil ile yuva arasındaki basınç düşmesi yaratırız. Şekil.78 de bununla ilgili örnekler gösterilmiştir. İki parça arasında sürtünme ve aşınmayı ortadan kaldıracağı için boşluk olması istenir, ancak boşluk sızma yolu olup boşluğu ne denli aıttırırsak sızdırmazhk etkisini o denli arttırınrz. Labirent keçeler mekanik keçelerin yarattığı sürtünmenin istenmediği durumlarda uygulanır. Kesin sızdırmazlık sağlamaz, ancak kontrollü sızma ile sürtünmeyi ortadan kaldırır.
5-74
S1ZDIRMA7.1.IK ELEMANLARI
Şekil.78- Sızma yolu boyunca engeller basınç düşmesini sağlar Labiıent keçelerin içice geçen ya da tek tarafta engel yaratan biçimleri vardır (Şekil.79). Gerçekte tek taraflı olanlara labirent dememek gerekir. Daha ucuz çözüm olduğu için kullanılır. Kesitler halkalar, yuvalar ya da ince dişler ile oluşturulur. Dişler açılı ya da düz olur. Açılı olanlarında sızdırmazlık etkisi daha fazla olup özellikle gaz sızdırmazhğında yeğlenir.
Şekil.79- İki taraflı labirent keçe Kömür Labirentler Metal yerine kömür labiıent keçe malzemesi olarak kullanıldığında çok daha küçük çapsal boşlukta, yüksek basınçta ve kısa eksenel boyda sızdumazlık sağlanır. Uçak gaz türbinlerinde, buhar türbinlerinde, kompresörlerde kullanılan sızdırmazhk clcmanlarındandır. Metal labirentlerden farklı olarak, kanatlar mile sıkı geçen bir bileziğe işlenmiştir. Montajı kolaylaşUnnak için kömür halkalara yuvada yay ile baskı yapılır ve dönmeyi önlemek için pim kullanılır. Gerekirse sızıntı hattı eklenerek sızan akışkan kontrol altına alınır. Labirent kanatları ile kömür halkalar arasındaki en küçük temas kömür üzerinde ince oyuklar oluşturur. Kanatların yan tarafındaki boşluk çok az olacağından, oyuklar sızma miktarını önemli biçimde etkilemez. 7 bar basınca dek gaz sızdumazlığı 25 mm eksenel uzaklıktaki bir kömür labiıent ile sağlanır. 100 mm ye dek olan küçük çaplardaki millerde Şekil.80 deki kömür labirent uygulanır. Mil ile yuva aynı malzemeden yapıldıysa genleşmeleri de aynı olacağından kömür yüzük yüksek sıcaklığa da uyum sağlar.
Kömür halkalar
(a)
Sı::ınt!
hattı
(b)
Şekil.SÜ- Kömür labirent sı/.dırma/.lık düzenleri 5-75
k*
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Bu tipteki elemanlar hava basıncı yardımıyla kesin yağ sızdırmazlığında kullanılır. Hava basıncı bir tarafa yağ sızmasını önler. Diğer tarafta ise labirent gerekli hava miktarını kısıtlar. Kömür malzemesi seçilirken 500°C sıcaklıktaki havada oksitlenmeye ve yüksek basınca dirençli olmasına dikkat edilmelidir. Kömürün gevrek olması ve içinde yabancı madde bulunduımaması, süıtünnıe sırasında kanatlara zarar vermemesi açısından önemlidir. 10. SIZDIRMAZLIK ELEMANLARINDA KULLANILAN GEREÇLER VE ELASTOMERLER Sızdınnazlık Elemanı Gereçleri Sızdınnazlık elemanı olarak en fazla kullanılan gereç elastomerlerdir. Elastomerler zayıf bir yük uygulandıktan sonra hemen ilk biçim ve ölçüsüne dönen makromoleküler yapılı malzemelerin genel adıdır. Elastomeıier kopmadan önce %100 uzayabilen malzemeler olarak ta tanınırlar. Tabii ve sentetik kauçuklar elastomer malzemelerdendir. Çoğu kez elaslomerlerle aynı anlamda kullanılır. Sentetik malzemelerin endüstride kullanılmasıyla her geçen gün değişik gereç geliştirilmektedir. Bunların uygulama alanına girmesi çok hızlanmıştır. Bu gereçlerin genel özelliklerini, ortama dirençlerini, bunlarla ilgili deneylerin tanımını, amacı, üretim yöntemlerini bilmek sızdırmazlıkta karşılaşılan sorunların çözümü ya da uygun gereç seçimi için gereklidir. Uygulama alanları ve genel özellikleri özetlenen açıklamalardan sonra çizelgedeki değerler daha detaylı bilgi vermekte, seçim kolaylığı getirmektedir. Sızdırmazlık elemanı ya da başka amaçlı gereç seçimi yaparken karar vermeden önce uzman üretici firmalara danışılması son derece yaraılıdır. Doğal Kauçuk (NR): Sızdınnazlık elemanı malzemesi olarak yalnız kastor esaslı hidrolik akışkanlarda (otomotiv hidrolik fren sistemi, bazı uçak hidrolik sistemleri) ve düşük sıcıklık direnci gerektiren yerlerde kullanılır. Dünya tüketimi %70 tekerlek lastiği, %15 teknik kauçuk parça, %5 ayakkabı endüstrisi, %10 diğer şeklindedir. Avantajları : Fîlastiklik, aşınma, izolasyon özelliklen iyidir. Düşük sıcaklıkta ancak pahalı ve kopması zayıf malzeme olan silikon aynı özelliği gösterir. Kastor esaslı hidrolik sıvılarda dirençlidir. Fiyatı sentetiklerden (SBR ve BR hariç) ucuzdur. Çiğ halde çok yapışkan olması ve dolgu maddesi zurunluğu olmamsı bazı uygulamalarda avantajdır. Dezavantajları: Sıcaklık.yağ ve ozona direnci yoktur. Butadien Kauçuk (BR): Doğal kauçuk yerine kullanılır. Ancak özellikleri daha kötüdür. Sızdırmazlık elemanı olarak kullanılamaz. Sitiren Butadien Kauçuk (SBR) : İkinci Dünya Savaşı sırasında doğal kauçuk yerine kullanılması için üretildi. Sızdırmazlık gereci olarak yalnız kastor esaslı hidrolik akışkanlarda kullanılır. Süren oranı arttıkça sertliği, butadien oranı arttıkça esnekliği artar. Avantajları : Elastiktik özelliği ve aşınma direnci iyidir. Geniş vulkanizasyon platosuna sahip olması üretim kolaylığı sağlar. Dezavantajları : Dinamik yorulma direnci azdır, pnömatik uygulamalarda ısınma oluşur. Nitril Butadien Kauçuk (NBR) : Genel amaçlı, yağa dirençli en fazla kullanılan sızdırmazlık malzemesidir. Nitril oranı ve viskozitesi özelliklerini önemli oranda etkiler. Nitril oranı %18 den 45 e dek arttıkça : - Yağ, çözücü ve sıcaklık direnci artar, - Sertlik,modül, sürekli kalıcılık artar, - Soğuk diıenci azalır. Avantajları : Yağa direnci çok iyidir. Özelliklerine göre ucuzdur. Katkı maddeleri ile ozon ve açıkhava direnci arttırılır. Dezavantajları : Bazı kimyasallara dirençli değildir. Yüksek sıcaklıkta sertleşme gösterir, soğukta dirençli değildir. Klorobutadien Kauçuk (Kloropren) CR : Alev almadığından gruzi kablolarında, buji başlarında, aşınma direnci iyi olduğundan götürücü bantlarda, V kayışlarda, ayrıca körük, takoz, dalgıç elbisesi malzemesi olarak kullanılır. Soğutucu gazlarıyla temasta,fren sistemlerinde ve orta asitlerde sızdırmazlık elemanı olarak kullanılır. 5-76
IİTOTBI
û.
SIZDIRMAZLK
ELEMANLARI
Avantajları: Ozon ve açıkhavaya. asitlere, suya karşı dirençlidir. Esneme, aşınma, alev alma, gaz geçirgenliği direnci çok iyidir. Dezavantajları: Yağa, düşük sıcaklığa direnci azdır. Elektrik izolasyonu kötüdür. Göreceli olarak pahalıdır. Butil Kauçuk (IIR) : Gaz geçirgenliğinin çok az olması nedeniyle vakum sistemlerinde sızdırmazlık elemanı olarak kullandır. EPDM gerecin kullanılmasından önce fosfat, ester tipte hidrolik akışkanlarda yeğlenen ilk malzemeydi. Avantajları: Bitkisel yağlara, fosfat-estere ve suya direnci çok iyidir. Gaz geçirgenliği çok azdır. Dezavantajları: Mineral esaslı yağ ve aromatik çözücülere dirençli değildir. Etilen Propilen Kauçuk (EPDM): Fosfat-ester esaslı alev almaz hidrolik sıvılarda, silikonlu sıvılarda, sıcak su ve buhar ortamında sızdırmazlık malzemesi olarak, yüksek voltaj kablolarında yalıtkan malzemesi olarak kullanılır. Avantajları: Ozon ve açıkhava direnci, sürekli kalıcılık ve ısıda yaşlanma direnci, organik çözücülere direnci, yalıtkanlık özelliği, düşük sıcaklıkta esneklik özelliği iyidir. Yüksek katkı oranında fiziksel özelliklerinin iyi olması, özgül ağırlığının az olması ve hızlı karışma, ekstrüzyon ve vulkanizasyon özelliği üretim avantajlanndandır. Dezavantajları : Kesinlikle dolgu gerektirir, diğer kauçuklarla uyuşmaz, aromatiklere, mineral ve petrol iirünlerine uygun değildir. PolisUlfid Kauçuk (T) : Boya endüstrisinde kullanılan çözücülere dirençli tek malzeme olarak bilinir. Başka alternatifi olmadığı durumda sızdırmazlık elemanı olarak kullanılır. Avantajları: Çözücülere, yakıtlara, ozon ve havaya dirençlidir. Dezavantajları: Üretim ve mekanik özellikleri, kokusu kötüdür. Sürekli kalıcılık direnci, ısı direnci, kopma direnci iyi değildir. Poliakrilik Kauçuk : Nitril ile fluoroelastomer arası özellikere sahiptir. Sızdırmazlık elemanı olarak mineral yağ, hipoid yağ ve greslerde kullanılır. Çatlama ve yaşlanma direnci çok iyi olduğu için yağ keçesi malzemelerindendir. Supap keçelerinde fluorokarhon kauçuğa alternatiftir. Avantajları : Mineral yağ, hipoid yağ, EP katkılara ve greslere karşı çok dirençlidir. Yaşlanma ve yağda şişme özelliği iyidir. Dezavantajları: Kuru çalışma özelliği kötüdür, düşük sıcaklık ve suda uygun değildir. Silikon Kauçuk (VMQ) : Soğuk ve sıcak direncinin ve izolasyon özelliğinin çok iyi olması ve diğer üstün özellikleri nedeni ile geniş kullanma alanı vardır. Sızdırmazlık elemanı olarak krank keçeleri, soba ve fırın contaları, buzluk ve buzdolabı sızdırmazlığı, ozon üniteleri sızdırmazlığında kullanılır. Avantajları: -80°C ile 300°C arasında çalışma olanağı yaratır. Ozon, hava ve neme karşı direnci çok iyidir. Zehirli olmaması nedeniyle tıpta kullanılır. Çok iyi yalıtkandır. Yandıktan sonra külü de yalıtkan özelliği gösterir. Yaşlanma direnci çok iyidir. Toprak altında bile yaşlanmaz. Şeffaf olabilir. Dezavantajları : Mekanik özellikleri kötüdür.kolay yırtılabilir, aşınmaya dirençcli değildir. EP katkılarına ve yağlara direnci azdır. Pahalı malzemedir. Flurokarbon (FKM) : Yüksek sıcaklık ve kimyasal direnci çok iyidir. Asit, petrol yağlan, hidrokarbonlar, aromatikler gibi çok çeşitli kimyasal ortamdan etkilenmez. Yağ keçesi malzemesi olarak otomotiv sanayiinde gittikçe fazla kullanılmaktadır. Sürekli olarak 205°C ye dek dayanıklıdır. Avantajları: Yüksek sıcaklık ve kimyasal direnci, düşük şişme özelliği, gaz geçirgenliği direnci azdır. Dezavantajları : Pahalı malzemedir. Düşük sıcaklık özelliği iyi değildir. Besin maddeleri ile teması uygun değildir. Polinorbomen Kauçuk (PNR): Çok yumuşak malzeme gerektiren yerlerde ve köpük yerine titreşim önleyici, sızdırmazlık profili olarak kullanılır. Avantajları: 15 ile 80 Şor arasında sertlikte karışım yapılabilir. Dezavantajları: Petrol, yağ ve yüksek sıcaklığa dirençli değildir.
5-77
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Fosfonitril Fluoroelastomer (PNF) : Fluorosilikona benzer fakat mekanik özellikleri daha iyi olduğu için dinamik uygulamalarda da kullanılır. Havacılık ve petrol sanayiinde uygulama alanı vardır. Avantajları: -65°C ile 180°C arasında petrol akışkanlarına karşı direnci çok iyidir. Dezavantajları: Fren yağı, fosfat ester, keton ve buhara uygun değildir. Fluorosilikon (FVMQ) : Fluorokarbon ve silikonun özelliklerini taşıyan, havacılık ve uzay çalışmalarında yağ keçesi ve diğer sızdınnazlık elemanlarında kullanılan gelişmiş bir malzemedir. Avantajları: Çok iyi sıcaklık ve sürekli kalıcılık direnci vardır. Dezavantajları: Bazı kimyasallara dirençli değildir. Pahalı bir malzemedir. Perfluore Elastomer (FFKM) : Kalrez ticari ismi ile tanınan ve üretici firma DUPONT un özel sipariş üzerine parça ürettiği, sıcaklık ve kimyasaldirenci en fazla olan elastomerdir. 'Avantajları: Fluorokarbonun elastik özelliğine, PTFB nin kimyasal ve ısı direncine sahiptir. Dezavantajları: Çok pahalıdır. Poliüretan (AU, EU) : Yüksek aşınma ve kopma direnci nedeniyle mil sıyıncı ve yüksek basınçlarda sızdırmazhk elemanı gereci olarak kullanılır. Avantajları: Kopma, aşınma, düşük sıcaklıkta elastikliğini koruma özellikleri iyidir. Petrol ürünlerine, hidrokarbonlara, ozon ve havaya direnci çok iyidir. Dezavantajları : Sıcaklık arttıkça sürekli kalıcılık değeri artar. Asit ve bazlara, hidrokarbon klorinelere, ketonlara, sıcak su ve buhara uygun değildir. Etilen Akrilik (AEM) : Düşük sürekli kalıcılık, sıcaklık, yağ ve hava direnci gerektiren yerlerde kullanılır. Sızdırmazlık elemanı malzemesi olarak dişli sistemlerde poliakriliğin yerine kullanılmaktadır. Düşük sıcaklık ve aşınma direnci poliakrilikten daha iyidir. Diğer uygulama alanları : Yalıtım ve anti-titreşim elemanları, vakum ve basınçlı hortumlar. Avantajları: Ozon ve açık hava, su, yırtılma ve kopma direnci iyidir. -30°C ye kadar esnektir, yüksek sıcaklıklarda direnci iyidir. Sürekli kalıcılık ve sönümleme özellikleri iyidir. Dezavantajları: Ester, keton, yüksek aromatik akışkanlarda ve yüksek basınçlı buharda uygun değildir. Epikloridrin Kauçuk (ECO) : Nitril, poliakrilik, polisülfid ve kloropren özelliklerini taşır. Avantajları: Gaz geçirgenliği butikten üç kez daha azdır. Dinamik özelliği doğal kauçuğa benzer. Düşük sıcaklık direnci çok iyidir, geniş sıcaklık aralığında uygundur. Ozon ve yakıtlara dirençlidir. Dezavantajları: Yalıtım özelliği kötüdür. Deri: Sızdırmazlık elemanı malzemelerinin en eskisidir. Profil olarak şekillendirilmesi güç olmasına karşın halen bu amaçla kullanılır. Deri malzemenin iki ana avantajı şunlardır : 1- Yüzeyi düzgün olmayan düzeylerde aşınma direnci çok iydir. 2- Yağ emme ve tutma özelliği çok iyidir. Aşınan millerde ve yüzeylerde çok bozulmuş yüzeylerde mili yeniden işlemek yerine deri keçe kullanılır. Eğer yağlama koşullan kötü ise derinin yağ tutma özelliği bu malzemeyi kullanmayı avantajlı kılabilir, tik yağlama ile sürekli kullanım sağlanır. Deriye uygulanan işlem kullanma ortamını belirler : - Trigliserit ve stearin : Su direncini arttırır, esneklik sağlar. - Parafin mum : Daha katı ve çok iyi su direnci sağlar. - Akrilik emülsiyonu : Esneklik ve yağ direnci sağlar, fakat su geçirir. - Poliüretan : Besin maddesine, yağ ve suya direnç ve esneklik sağlar. Derinin asit, baz, gaz ve organik kimyasallarla kullanılması uygun değildir. Genelde 95°C ye dek sıcaklık direnci olmasına karşın, özel işlemlerle 150 - 160°C ye dek kullanılır. Politetrafluoroetilen (PFTE): PFTE, bütün endüstriyel plastikler içinde en geniş çalışma sıcaklığı aralığına (-260°C 270°C) sahip oluşu, kimyasal maddelere dayanımı, bütün katılar içinde en düşük statik ve dinamik sürtünme katsayısına sahip oluşu, yapış-kay özelliği ve mekanik özelliklerinin yeterli oluşu nedeniyle sızdırmazlık eleman lan dahil çok geniş kullanım alanı vardır. En büyük dezavantajı aşındırıcı ortam içinde aşınma direncinin az olmasıdır. Aşınma PV (Basınç x hız) sının, zaman ve yüzey temizliğine bağlıdır. Aşınma direncinin yüksek olması gereken yerlerde alaşımlı PFTE yeğlenmelidir. Bronz, grafit, M 5 2 , cam elyafı katkılı PTFE nin 5-78
\\\nm
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI mekanik özellikleri daha iyidir. Sızdırmazuk elemanı olarak yağlamasız çalışan ve yapış-kay istenmeyen ortamlarda, aktif kimyasal ortamda, O-halkası, U-cup, takım halka olarak ve özellikle piston yatağı olarak uygun malzemedir. Saf PFTE parçalar kullanıldığında aşağıdaki noktalara dikkat edilmelidir : -
Belli bir yükten sonra malzemede soğuk akma oluşur, Aşınma direnci iyi değildir, Isıl genleşme katsayısı, birçok plastikte olduğu gibi metallerden 10 kat daha fazladır. Kauçuklarda bulunan elastiklikten yoksundur, polietilene benzer şekilde yarı sert bir malzemedir. Bu nedenle elastomer keçeler için geçerli tasarım yöntemleri PFTE için uygun olmayabilir. PFTE keçelerde dudak baskısı sürekli garter yaylar ya da benzeri yöntemlerle sağlanmalıdır. Yüksek sıcaklıklarda mekanik direnci azalır.
Bronz, grafit, karbon PFTE nin ısıl genleşmesini azaltıp, aşarıma ve soğuk akma direncini arttırır. Bronz katkısıyla kimyasal direncinde azalma olabilir. PFTE nin fluor esaslı elastomerlerle karışımı sürtünme katsayısının azalması, kimyasal direncinin artması ve daha pahalı malzemelerde kaliteyi koruyarak maliyet azalması konusunda avantaj sağlamıştır. Polyester Elastomer (YBPO) : Sertlik ve güçlülük yönünden plastik, esneklik yönünden elastomer özelliği gösteren bir termoplastiktir. Yağlara, çözücülere, asit ve bazlara , çeşitli sıvılara dayanımı bir çok elastomerden üstündür. -70°C ile 110°C arasında sürekli kullanılabüinir. Pnömatik ve hidrolik hortumlar, V kayışlar, körükler, diyaframlar, esnek kaplinler, destek halkaları ve çeşitli sızdırmazlık elemanları polyester elastomerin tercih edildiği ürünlerdir. t
Gerecin Esneklik Özelliği Metaller yük altında Hook kanununa göre davranırlar. Yani esneklik sınırına dek yük kalkınca eski şeklini alırlar (Şekil.81).
Şekil..81a) Metallerin Hook Kanununa göre davranımı
b) Kauçuk malzemenin
esnek ve plastik davranışı
c) Sabit uzatmada /amana göre gerilimin azalması
Kauçuk malzemeler ise hem esnek hem plastik davranırlar. Yük kalkınca eski durumlarına dönmeden kalıcı uzama oluşur ve geri dönüş zamanı daha uzundur. Esnek şekil değiştirmeden sonra bu şekli korumak için gerekli yük zamanla azalır ve bu özelliğe malzemenin gevşeme özelliği denir. Gevşeme zamana ve sıcaklığa bığlıdır. Fazla zaman ve sıcaklık malzeme içindeki bağlara yeni durum alması için yeterli süre tanıyacağından esnek uzama yerini kalıcı uzamaya bırakır. Malzemenin bu özelliğinden dolayı yağ keçelerinin ilk andaki çapsal yükleri zamanla azalır. Yüksek sıcaklıkta bu zaman daha kısadır ve keçenin ömrünü belirler. İdeal bir keçede baskı yükü kalktığında keçe dudağı eski halini almalıdır. Yük birden uygulandığında malzemedeki bağlar yeni duruma uyum sağlama süresi bulamadığından malzeme direnç gösterir. Aynı yük yavaş yavaş uygulandığında malzeme şekil değiştirmeye uyum göstereceğinden bağlarda kopma olmaz ve daha az direnç gösterir. Genel kural olarak elastomer malzemeler %5 ten daha fazla kalıcı uzama etkisinde kalmamalıdır, çünkü ucrılim birikimi malzemenin özelliğinin erken yok olmasına yol açar.
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Şekil.81 h de yükleme ve yükü kaldırma eğrisi arasında kalan alan kaybolan mekanik enerjiyi belirler. (Bu eğri histerezis dönüşümü diye adlandırılır). Bu enerji ısıya dönüşür. Yağ keçesi uygulamasında mil dönüşündeki salgı keçe dudağında belli aralıklarla yük değişimi oluşturacak ve keçe dudağı her dönmede bir miktar kalıcı uzamaya uğrayacaktır. Sonuçta bu enerji ısıya dönüşeceğinden, keçe dudağında olağandışı sıcaklık oluşur. MU dönüşü hızı arttıkça yükleme aralıktan kısalacağından ısınma daha fazla olur. Yüksek sıcaklık daha çabuk kimyasal değişime ve daha fazla gevşemeye yol açar. Bütün bu etkiler keçe ömrünün kısalması demektir. Malzemenin esneklik özelliğine göre kabul edilir, dinamik kaçıklık miktarı da değişir. Dinamik kaçıklığa en iyi uyum gösteren malzeme silikondur. Bu özelliği nedeniyle yüksek devirde çalışan millerde de uygun malzemedir. Poliakrilik ve nitril kauçuğun esneklik özelliği üstün değildir. Gereç Sertliğinin Etkisi Elastomer malzemelerin özelliğinin belirtilmesinde sertlik önemli bir değerdir. Karışım sırasında katkı maddeleri ile her elastomer malzemenin sertliği j>eniş aralıklarda değiştirilebilir. Standart sertlik birimi olarak IRIID ya da Şor A (ShA) durometre sertliği kullanılır Sertlik değeri 5 birim tolerans içinde kabul edilir. Bu nedenle sertlik değerindeki bir kaç birimlik değişmelerin önemi yoktur. Sızdırmazlık elemanlırının sertlikleri yumuşak malezemeler için 40-45 den başlayıp sert malzemelerde 90-95 ShA arasında değişir. En fazla kullanılanı 70 ShA sertlik dolaylarındadır. Yumuşak malzemeler aşınmaya ve basınca daha az direnç gösterirlerse de pürüzlü yüzeylerde daha iyi çalışırlar. Genel olarak dinamik keçelerde sertlik arttıkça sıkılık ve çapsal yük değeri azaltılır. Böyleçce. sürtünme kuvvetleri de azalmış olur. Sıkılık miktarını sabit tutarsak sertlik arttıkça çalışma sırasındaki sürtünme kuvvetleri de artacaktır. Sertlik, malzemenin yağ içinde şişmesiyle azalır ve sıkılık miktarı artar. Belli oran içinde şişme kabul edilir, dinamik keçelerde bu değer en fazla %15 ile %20 arasında olmalıdır. Yağ uçucu türden değilse bu şişme sabit kalır. Fakat yağ uçucu ise ve keçe bir süre kuru çalışmışsa bu kez tersi olur. Keçe kurur ve ölçüsel olarak çeker. Dinamik keçelerde çekme oranı %3 ile %4 ten fazla ise yağ kaçağı oluşabilir. Malzeme deney plakalarıyla yapılan deneyler, keçenin gerçek çalışma koşullarında şişmesi ile ilgili kesin bilgi vermez. Çünkü kesit alan şişme hızını belirler ve keçe dudağının yalnız bir tarafı yağ ile temastadır. Eğer şişme çok fazla ise yağın keçe malzemesini kimyasal olarak etkilemesi ve uygun malzemenin seçilmediği anlaşılır. Gerecin Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri Herhangi bir uygulama için elastomer malzeme seçiminde ortam, sıcaklık ve çalışma koşullan önem kaza nır. Malzeme içine katılan katkılarda, bitmiş parçanın özelliklerini önemli derecede etkileyip gereçlerin özelliklerini belirtir. Çizelgelerin amacı yalnzca seçimde yardımcı olmak, özellikleri göreceli olarak karşılaştırmaktır. Bu çizelgeler kesin doğru kabul edilmemelidir. Son seçim kararını vermeden önce, çalışma koşullan tam olarak bilinmeli ve malzeme üreticilerine danışılmalıdır. Özellikle aktif ortamlarda daha fazla özen gösterilmelidir. Çizelge. 18 ve 19 da kullanılan ticari markalar ve tabii kauçuk esas al in ırak göreceli fiyat karşılaştırılması gösterilmiştir. Bilgi sağlanamayan özellikler ise boş bırakılmıştır.
5-80
BR
AA
AA-BA
Sertlik sınırı ŞorA özgül ağırlık g / c m ' Maksimum sıcaklık Minimum sıcaklık
<
İ 5
I
U
U
C
C
AA
BF-BGBK-CH
CA
AK-6K
so-ao
30-<»
45-85
40-90
40-95
40-90
20-80
40-80
0,93
0,93
0,94
1,0
1,23
0,92
0,86
,
HM, FK
55-95
40-90
0,98
1,85-2
1,35-1,65
12C
95
120
145
85
160
200
205
20C
-50
-60
-40
-40
-40
-40
-40
-50
-20
-60
-30,
7
7
21
10
7
5
< 7
< 10
> 12
< 6
9
> 14
> 10
< 14
> 6
100
185
150
0,6-1,1
0,5
7
21
20
14
14
21
14
21
130
130
130
115
135
95
165
1,7
0,7-1,2
0,9
Dinamik sürtünme katsayısı C-B
C-B
C-B
C-B
1,25-1,34 1,05-1,15
0,9
0,8
D-E
D
C
E
c
B
B
B-A
D
0
B-A
D
E
A
D-C
Elastik özelliği
A
A
C
C
B
D
Düşük ısıda elastik Özelliği
A
B
C
C
C
C
c c
A
izolasyon özelliği
A
A
B
D
D
B
B-A
E
Alev direnci
40-90
10-9(i
^KM
Ll.
90
21
Sürekli kalıcılık
m FC-FE FK-flE
c
120
Dolgulu malzeme MPa 10*°mm/mm°C
W! DF-DH
|
85
Kopma direnci saf malzeme MPa İsıl genleşme:
T
Fluoroelastomer {Fluorokarbon)
EKM
Silikon
1IR AA-BA
Polisülfid
CR BC-BE
Poliakrilik
Nitril Butadien Kauçuk
SBR
Etilen Propilen Kauçuk
m
ASTM D 2O00-SAEJ2O0
Butil Kauçuk
ASTM D 1418-72 A
Sitren Butadien 1 Kauçuk 1
D : Orta E : Zayıf
Butadien Kauçuk
A : Mükemmel B : Çok iyi C : İyi
Tabii Kauçuk
Çizelge. 18- Gereçlerin Fiziksel Özellikleri
B
'
-60
0,5-0,8 C-B B-A 3"
'
E
E
E
E
B
E
D-C
D
E
D
C
Ozon ve açık hava direnci
E-D
D
E-D
E-D
B
B
A
A
A
B
A
Caz geçirgenliği direnci
D-C
D-C
D-C
D-C
B
A
D
B
D
E
A
C
C
C
E
D-C
E
D
E
D-C
E-D
D-'. D-:
Yırtılma
direnci
C-B
D-C
D-C
D
B
A
A
CB
B
A
Metallere yapışma
c
B-A
B-A
B-A
B-A
B-A
D
D-C
B
C
D
'D-C
Tekstile yapışma
B-A
B-A
C-B
C
B-A
D
D-C
B-A
C
D
D-C
1
1
0,85
1,5
2
1.7
1,5
4,7
8,4
30
BuıaS
H>car
Neopren
Bucar
ftonfel
Pertifıan
Baypraı
"Pblysar Butyl
Eldprim S
M ™ C
Aşınma direnci
Fiyat indeksi Ticarî •t
M ..
..
isimler
SMR
Buta CS Solpraı
Carin» ER lnura Eurocrene Solp
Bire Hjls Cjrifl» S Mprene Eurapraıe
BuUcler Kr/nac
EnjayB Butyl Butyl
VJten
H*«r
Silastic
VıstalOT
Cjanacry
SLlcpren
Outral
Elaprım m
Blereı I
Flunrel
HMacrıl
Sı lastarer
voltalef
toyals* Etreyn
Thidcol
Krynac
TOTrflm
Oaı-El
u
7ü • s
m
Sertlik sınırı ŞorA
65-95
60-flOD
özgül ağırlık ;/cm"
2,01
1,06
40-95
40-90
Polyester Elastomer
Politetrafluoro Etilen
PECCPE
Polinorbornen Kauçuk
ECO CH
Etilen Vinil Asetat
ABİ EE-EF-EG
. olietilen Klorosulfine
EU-AU
Polietilen Klore
FTKM
ASTM D 2OOO-SAEJ2OO
Epikloridrin
ASTM D 1418-72 A
Etilenakrilik
Orta Zayıf
Poliüretan
A : Mükemmel B : "ok iyi C : !yi
Perfluore elastomer
Çizelge.18- (Devamı)
Ol
EVAC
PTO
YBPO
PTFE
BC-BE-CE
CE
60-90
40-95
60-86
1,18
1.2
1,08-1,12 1,27-1,36 1,16-1,32
10-80
4C0-9ÜD
55D
1,17-1,25
2,20
Maksimum sıcaklık °C
290
85
165
135
120
135
120
80
110
270
Minimum sıcaklık °C
-35
-20
-40
-40
-40
-50
-40
-45
-70
- 270
< 7
10
17
23
40
17
10
21
Kopma direnci saf malzeme MPa Dolgulu malzeme MPaa Isıl genleşme: 10"°mm/mm°C
>28 >14
> 17
230
Dinamik sürtünme katsayısı
130
150 190
18
125
190 0,05
0,5
SüreklT kalıcılık
D
D-C
A
C
C
D
A
Elastik özelliği
C
C
B
A
C
C
C
C
c-e
E
Düşük ısıda elastik özelliği
C
E
C
A
D
D-C
B
C
C-B
E
İzolasyon özelliği
A
D-C
D-C
C
C
BA
C
B
D-C
A
Alev direnci
A
C
D-C
D
C
C
D
D-C
c
A
Ozon ve acık hava direnci
A
A
A
8
A
C
A
D
A
A
Gaz geçirgenliği direnci
D
B
0-C
A
B
A
C
D
D
A
Yırtılma direnci
D
D
D-C
D
D
E
E
A
B-A
Aşınma direnci
C
B-A A
D-C
C
C
A
C
C
A
D
Metallere yapışma
D
A
C
C
D-C
A
B-A
B-A
C
E
Tekstile yapışma
C
A
C
C
D
C
A
B-A
C
E
2.5
4
Fiyat indeksi Ticari isimler
400
6
Kalrez
Mıproe
4 »aı»c
1
3 Hftrn
tUMn
Hürler
«
Tutkal lan
Epkftlaraıer
„
Vibratthene Estant
2,8 Of
>*J»I(J1
Levapren
D
ftrsare*
D
A
15 Tefim
El»*
\n Ultrathene
f!
Vynatnene
:«loı
-
-
-
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
Yakıl
Hidrolik yağlar
Gazlar
Çözücüler
di
lorganik sıvılar
CD
D : Orta E : Zayıf
Su (80 u C'nin altında)
m
Mükemmel Çok iyi İyi
Su (80°C'nin üzerinde)
Hidroklorik asit
D
1
Seyreltik asitler
Sülfirik asit
N i t r i k asit
i
A l k a l i kanşımlar (baz)
5
Asetik asit
Amonyak
Aromatik sınıfı
Ketonlar
K l o r l u çözücüler Alkol
Ester
V ü k s e k o k t a n l ı benzin
Benzın/Kerozin
Mazot/Fucl oil
M i n e r a l esaslı
Ester esaslı (Alev almaz)
Silikon esaslı
Klorlu
Su esaslı
Fren yağları
Freon 12
Hava/Oksijen
Bütan gazı
>
Vatın Kauçuk N'R
00
Butadien Kauçuk BK
(X-
Sitren Butadien Kauçuk SBR
1 m
m
OT
r-,
CD
en
ro
m
O
OD
î>
m
m
CD
u:
3>
o
O
ı
m
• ~ ^
OT
m
m
\ i t r i l Butadien Kauçuk NBR
m
Ki .t..«cn
o
la
: -,
-
m
o
m
•T,
o
^
c~>
CD
J>
t»
en
c~>
m
O
CD
m
m
m
o
m
-
m
m
Pnli^ülf- 1 .
CD
r
Miıkrilik
. y
m
\ı'M
Silikon
m
m
'~~n
m
OJ
v\ıo
U-'lııı-rı-k.ırK>n)
m
i*
->•
.:,
. -
_i
-i
Klv>vc--iilikon m
-
t-
3
Ftitnn Propüen Kaııçı k FPPM
i
m
I
P.ıtil Kauçuk ÜR 03
u,
?
<^
O
n,
3>
m
CD
m
I»
o
o
•T,
*
CD
•o
J
j—
m
-
1
h
IVıfluore clıstomer !••!•••<
M
S -83
-^ 1^*^*4
iu (80°C'nin altında)
D
A
B
A
A
A
Su (80°C'nin üzerinde)
E
A
D
C
A
B
Seyreltik asitler
D
c
D
B
A
D
Hİdroklorik asit
E
E
E
C
C
Jd
Sülfirik asit
E
E
E
r
Nitrik asit
E E
E
E
E
Asetik asit
E
E
E
C
C
nor
5
Ü
o
•3
C/3
ce
E
c
Amonyak
C
A
Mifatik sınıfı
C
\romatik sınıfı
B C
Ketonlar
E
Klorlu çözücüler
1
1 1
3J
il
Deri
Polyester elastomer
a; c
E
E
B
A
E
E
C
0
A
£
A
E
E
E
A
F
D
E
E
E
A
£
£
C
E
E
E
A
£
E
B
D
E
C
A
E
£
C
C
A
E
E
B
£
3
B
D
E
B
A
B
C
D
0
A
A
A
D
B C
D r
0
D
E
C
A
£
A
E
E
c
E
E
E
D-C
A
t
A
E
E
D
D
E
E
E
A
t
A
Alkol
D
C
C
B
A
D
A
£
A
Ester
D
E
E
A
iî
A
Benzin/Kerozin Yüksek oktanh benzin
C
D
B
B
D
E
E
A
A
E
B
D
B
C
E
E
E
B
A
E
Mazot/Fuel oil Mineral esaslı
f
D
B
A
D
E
E
A
A
E
A
B
A
A
A
„ B
E
E
A
E
A
Ester esaslı (Alev almaz) Silikon esaslı
E
D
E
E
A
E
A
D
E
E
A
E
A
E
A
t
A
E
A
E
A
A
£
A
E
E
A
D D
E
E
I
Fren yağları
E
E
E
Freon 12
A
C
A
Bütan gazı
B B
C
A
A
A
A
A
A
A
Hava/Oksijen
^
A
Su esaslı Klorlu
0
o
A
dro lik
a
Alkali karışımlar (baz)
Polinorbornen kauçuk
î £
— 0
Etilen Vinil Asetat
c
Polictilen Klorosulfine
a c
Fpikloridrin ECO
D : Orta E : Zayıf
SIVI
\ : Mükemmel B : Çok iyi C : İyi
Poliüretan
1
1 1
Çizelge. 19- Gereçlerin Kimyasal Dirençleri
B D
E
A
A
C A
E A
E C
A
A
A
A
A
A
1
Â"
A A
B
A
I
:
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Kauçuk Malzeme Seçimi Örneği Malzeme özelliklerini gösteren çizelgeler yardımıyla sızdırmazlık elemanı dahil herhangi bir parça için uygun malzeme seçimi yapılabilir. Sızdumazlık elamanları ile ilgili bölümlerde malzeme seçimi hakkında daha ayrıntılı bilgi verildiği için daha değişik amaçlı bir kauçuk parça için örnek seçilmiştir. Otombil yedek tekerleği motorun olduğu bölüme yerleştirilmek isteniyor ve yerine sabitleştirilmesi kauçuk bantlar ile yapılacak kauçuk bantlar için en uygun malzeme hangsidir ? Motor bölümende hava akımı devamlı olduğundan ve elektrik sisteminden dolayı ozon ortaya çıkacağından malzemede ozon ve hava direnci gerekir. Motor ısınmasından dolayı bu bölümde hava sıcaklığı en fazla 130°C olabilir. Sıcaklık direnci gereklidir. Otomobil dışarıda park edilebileceği için parça soğukta çatlayıp, kırılınamahdır. -40°C ye kadar soğuk direnci gereklidir. Parça sürekli gerili olacağından elastik ve sürekli kalıcılık özelliği iyi olmalıdır. Motordan yağ damlayabilir ancak yağ damlacıkltkluı malzeme için iyi yağ direnci gerektirmez. Yağ direnci ikinci derecede önemli özelliktir. İstenen özellikler saptandıktan sonra malzeme seçimi yapılır. Birinci derecede önemli ozon ve hava dilencine göre : Kloropren, Butil, EPDM, polisülifid. Silikon, Fluorokarbon, Flurosilikon, Perfluore Elastomer, Poliüretan, Etilen Akrilik, Epikloridrin uygundur. -40°C ile 130°C arasında çalışma sıcaklığı için El'DM, silikon, Fluorosilikon, Etilen Akrilik, Epikloridrin arasında seçim yapılmalıdır. Fiyatlarını karşılaştırdığımızda en uygun EPDM dir. EPDM in elastik ve sürekli kalıcılık özellikleri de uygundur. Eğer ikinci derecede önemli gereksinmeler birinci derecede önemli saptansaydı daha pahalı malzeme, ya da kötü sonuçlar doğuracak başka bir malzeme seçilebilirdi. Elastomer Malzemelerle İlgili Deneyler Elastomer malzemeler üzerinde yapılan deneyler bu malzemeleri hazulayan ve kalite kontrolünü yapanların çalışmalarının önemli bir kısmını kapsar. Deneyler malzeme kalitesinin ve kalitede sürekliliğin göstergesidir. Deney amaçları; kontrol, özellik belirlenmesi, araştırma ve geliştirme gibi çeşitlidir. Kontrol deneyleri üretimin birçok aşamasında ve parçanın onayında yapılır. Özellikle kauçuk karışımlarının kontrolü için yapılan deneyler çok önemlidir. Çünkü hazırlanan her karışımın uygunluğu deneylerle doğrulanır, karışım hazulanırken hata yapma olasılığı çok fazladır. Sızdumazlık elemanı gibi kritik parçalarda malzeme kontrol lan ölçüsel kontrol bazı durumlarda daha da önemlidir.
P»E ,EP
»ZAM.,, ,„,, {B2)
\ SKORÇ 7 AMAN
WLKANI7A<,YON PİŞME
7AMANI
1 i
AMANI
Şekil.82- Kopma direnci - pişim1 /umanıcj>risi 5-85
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Elastomer Malzemelerle İlgili Deneyler Elastomer malzemelerle ilgili deneyleri amaçlarına göre üç ana grupta toplayabiliriz : A- Gerecin temel fiziksel özelliklerinin kontrolü için yapılan deneyler. Genellikle deney parçaları hazırlanarak yapılır. 1. Sertlik Ölçümü 2. Çekme, kopma, uzama deneyi 3. Yırtılma deneyi 4. Baskı altında sürekli kalıcılık 5. Çekme altında sürekli kalıcılık 6. Yaşlandırma deneyleri 7. Ozon deneyi B- Örnek parçalarda ya da teslimatlarda malzeme bileşimlerinin ve üretim koşullarının aynı olup olmadığını belirlemek için yapılan deneyler. Genellikle parça üzerinden alınan örneklerle yapılır. 1. Yoğunluk ölçümü 2. Kül miktarı belirlenmesi 3. Mikro sertlik ölçümü 4. Gravimetrik analiz 5. İR spektrofotometrik analiz C- Araştırma - geliştirme deneyleri. Malzeme özelliklerinin kullanma amacına göre geliştirilmesini ya da en uygun malzemenin belirlenmesini amaçlar. 1. Elastiklik deneyi 2. Esneklik deneyi 3. Leke direnci 4. Gaz geçirgenliği 5. Yanma direnci 6. Yapışma direnci Bütün deneylerde sonuçların karşılaştırılması ve güvenilirliği için belirlenen deney koşullarına uyulması esastır. Aşağıda özetlenen deney biçimlerinde genel bir yaklaşım yapılmıştır. Deney ayrıntıları için ilgili standardlara başvurulmalıdır. ISO S 471 ve ASTM D 1349 özel deneylerde deney sıcaklığı belirlenirken aşağıdaki değerlerden seçim yapılmasını ister. -75, -55, -40, -25, -10, 0, 23, 40, 55, 70, 85, 100, 150, 175, 200, 225, 250 (±2°C) Başka türlü belirtilmediyse Standard atmosfer sıcaklığı 23 ±2°C ve %50 ±5 nemde olmalıdır. Gerecin Fiziksel Özelliklerini Kontrol İçin Yapılan Deneyler Sertlik Ölçümü Tamım : Belirli şekildeki bir parçanın, belirli bir yük altında batmasına karşı gösterdiği direnç sertlik olarak tanımlanır. Elastomer parçalarda en fazla kullanılan sertlik bilimleri Shore A, Shore D ve IRDH (International Rubber Hardness Degree - Uluslararası Lastik Sertlik Derecesi) dir. Shore A ve IRDH birbirine çok yakındır. 90 Shore A dan sert parçalara Shore D ile ölçüm yapmak uygun olur. Uluslararası Lastik Sertlik Derecesinde Young modülü sıfır olan maddelerin sertliği 100 olarak alınmıştır. Amacı : Sertlik elastomer malzemelerin özelliklerini belirtmekte en önemli faktörlerdendir. Küçük baskı altında Young modülü doğrudan sertlik değeri ile belirlenir. İyi vulkanize edilmiş doğal kauçuk gibi her yönde eşit esneklik gösteren (elastik izotropik) maddeler için Uluslararası Lastik derecesi cinsinden bulunan sertlik ve Young modülü arasında bir bağlantı vardır. Bu bağlantı oldukça plastik ya da değişik doğrultuda farklı esneklik gösteren lastikler için daha az duyarlıdır. Deney biçimi: Sertlik deneyi için hazırlanan deney parçaları en az 30 mm çapında 6 mm kalınlığında, yüzeyleri düz ve pürüzsüz olmalıdır. 6 mm den ince parçalar, 2 mm den ince ve üç taneden fazla olmamak koşuluyla üst üste konulup ölçüm yapılır. Deneyden önce parçalar en az bir saat oda sıcaklığında (23 ±2°C) bekletilmelidir Eğer nem oranından etkilenen örneklerde ölçüm yapılacaksa %50 nemli ortamda parça kalınlığına göre daha uzun süre bekletmek gerekir. Deney, parçaların vulkanizasyonundan en erken 16 saat sonra yapılmalıdır. Her örnekte en az 3 değişik noktadan ölçme yapılmalıdır. Ölçüm noktaları kenarlardan en az 13 mm, birbirlerinden 6 mm uzaklıkta olmalıdır. Ölçüm sırasında sertlik ölçme aletinin yüzeyi, çarpmadan alet yüzeyine tam olarak yaslanıncaya dek bastırılmalıdır. Baskı kuvveti Shore A da 12.5N, Shore D de ise 50N dur. Sertlik değerinin okunması, baskıdan 3 saniye soma yapılmalıdır. 5-86
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Gelişmiş sertlik ölçme aletlerinde baskı kuvveti ve okuma zamanı otomatik olarak belirlenir. Sertlik ölçme amacıyla hazırlanan standart deney parçalannda en fazla kullanılan boyutlar 29,5 mm çap ve 6,5 mm kalınlıktır. Deney sonuçlan karşılaştırılmak istenirse aynı kalınlıkta deney parçaları kullanılmalıdır. Deney standardlart: TS 1324 Lastiklerde Sertlik Tayini, ASTM D 1415, DİN 53505, ISO; S 48. Çekme Kopma Uzama Deneyi Tanımı : Çekme deneyinde malzemenin çekme direnci ve kopma uzaması belirlenir. Çekme direnci, çekme deneyi sırasında ölçülen en yüksek kuvvetin deney parçasının başlangıçtaki kesit alanına bölünmesiyle bulunur. Kopma uzaması, çekme anında ölçülen uzunluk değişiminin, deney parçasının ilk ölçü uzunluğuna bölünmesiyle bulunur. Amacı : Çekme deneyi malzemenin mekanik direncini ölçmek için yapılır. Dolaylı olarak malzemenin gerilim altında dayanıklılığını gösterir. Yırtılma direnci, aşınma direnci gibi mekanik özelliklerinin çekme direnci ile doğrudan ilişkisi yoktur. Ancak yüksek çekme ve yırtılma direnci çoğunlukla yüksek aşınma direncinin göstergesidir. Elastomer malzemelerin genelde çekme direnci düşük olup sıcaklığa bağlı olarak değişiklik gösterir. Sızdırmazlık elamanlarında çok yüksek basınç ve dinamik ortamda 70 daN/cm2 den düşük çekme direnci uygun değildir. Kopma uzaması malzemenin elastikliğini belirler. Elastomer malzemenin tanımlanması için de uzama değeri esas alınmıştır (Elastomer = en az % 100 uzayabilen malzeme). Kopma uzaması ile birlikte modülüs malzeme özelliğini belirtmek için kullanılan bir terimdir. Başka türlü belirtilmediyse %300 uzama için gerekli kuvvet anlaşılır. Kalite kontrol ölçülerinde modiilUs değerlerinden yararlanılır. Deney biçimi : Elastomer parçaların çekme deneyinde kullanılan alet %±2 duyarlılıkta kuvvet uygulayabilmeli ve çeneler birbirinden 500 ±5 mm/dakika hızla uzaklaşabilmelidir. Deney parçası olarak çekme deney plakası ya da halka kullanılır. Halka şeklindeki deney parçalan plakalara göre daha düşük çekme direnci değerleri verirler. Bunun nedeni, halka şeklindeki deney parçalarından kesit alanını etkileyen gerilimlerin düzgün bir dağılımda olmamasıdır. Plakalardan kesilen deney parçaları ile elde edilen değerler malzemenin gerçek gerilmesine çok daha yakındır. Plakalarda yapılan ölçümlerde kesme yönüne göre değişik sonuçlar elde edilebilir. Deney vulkanizasyondan en az 16 saat sonra oda sıcaklığında (23 ±2°C) en az üç saat bırakılan parçalar üzerinde yapılmalıdır. Gerilimin bütün kesitte aynı olması için deney aletinin çeneleri arasına simetrik yerleştirilmeli ve çenelerin aynı düzlemde olması sağlanmalıdır. Kopma uzamasının ölçülmesine yarayan çizgiler eksene dik olarak çizilmeli ve çekme kuvveti uygulamasına başlandıktan sonra örnek üzerindeki işaret çizgilerinin paralelliği sürekli olarak kontrol edilmelidir. Çekme direnci ve kopma uzaması aşağıdakidenklemlerle hesaplanır : Çekme direnci = "*" hxe Burada : Fm» = Kopma anındaki kuvvet (N) h = Deney parçasının deneyden önceki ort. kalınlığı (mm) e = Deney parçasının deneyden önceki genişliği (mm) Yırtılma Direnci Deneyi : Tanımı: înce yerinde çentik olan deney parçası gerdirilerek yırtılmanın sürmesi için gerekli yük, parça kopana dek not edilir. En yüksek kuvvet yırtılma direncini belirler. Amacı : Çekme direnci, kopma uzaması, modül yırtılma direncini etkiler. Yüksek çekme direnci, düşük modül ve yüksek kopma uzaması, yırtılma direncini arttırır. Aşınma direncinin yırtılma direnci ile yakın ilişkisi olduğu sanılıyordu. Ancak SBR nin düşük yırtılma direncine karşın, yüksek yırtılma direnci olan taban kauçuk gibi aşınma direnci olması bu ilişki üzerindeki savlan zayıflatmıştır. Yırtılma direnci düşük malzemelerin montaj ve ambalaj sırasında beneklenme olasılığı fazla olduğu için özel dikkat gerektirir. Deney biçimi: Standardlarda belirtilen şekil ve ölçüde hazırlanan deney parçalan, çekme deney aletine bağlanarak, kopana dek çekme işlemi yapılır. 1 mm parça kalınlığı başına düşen en yüksek kuvvet yırtılma direnci olarak belirlenir. Çentik derinliği ve çekme yönüne dikliği çekme direncini etkilediğinden, kalıptan dik kenar açılı çıkartılan ve çentik gerektirmeyen deney parçası şekli, deneylerde daha güvenilir sonuç verdiğinden yeğlenir. Çekme aleti olmadığı durumlarda elle yapılan yırtılma deneylerinden deneyimli kişiler sonuç çıkartabilirler. Yırtılma doğru çizgi boyunca ya da yön değiştirerek olabilir. Yön değiştirmesi yırtılma direnci açısından avantajlıdır. 5-87
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Deney satandardları: ASTM D 624, DİN 53507, DİN 53515 Bunların Dışında, Baskı Altında Sürekli Kalıcılık (Compression Set); Çekme Altında Sürekli Kalıcılık (Tension Set); Yaşlandınna ve Ozon Direnci deneyleri vardır. Üretim Kontrolü Deneyleri Sızdırmazlık elemanının üretiminin uygun biçimde gerçekleştirilip gerçekleştirilmediğini kontrol için de bir dizi deney yapılır. Bunların başlıcalan Yoğunluk Ölçümü; Kül Miktarı Belirlenmesi (Ash Content); Mikro Sertlik Ölçümü; Gravimetrik (Ağırlıkça) Analiz; İR Spektrofotometrik Analiz deneyleridir. Araştırma - Geliştirme Deneyleri Elastomer gerecin özelliklerinin geliştirilmesi amacıyla araştırma - geliştirme birimlerinde birçok deney yapılır, bunlardan başlıcalan aşağıda gösterilmiştir : Elastiktik Deneyi (Resilience) : Malzemenin elastikliği, uygulanan yük kalktığında yeniden eski şeklini alma özelliği olarak tanımlanır. Elastikliği ölçmek için en kolay yöntem sıçrama deneyidir. Esneme Özelliği (Flexibility): Sürekli esneyerek çalışan parçalar yorularak çatlar. Malzemenin dinamik yorulma direnci esneme özelliğini belirtil'. Lekeleme Derecesi: Vulkanize kauçuklar organik madde ile bitirilmiş yüzeylerde ısı, basınç ve güneş etkisiyle leke yaratır. Leke kauçuk parçanın temas ettiği yüzeyde temas lekesi, civarında ise akma lekesi olarak adlandırılır. Gaz Geçirgenliği: Elastomerlerin gaz geçirgenliği, gözeneksiz malzemeden bir kenarı birim uzunlukta olan bir küp alındığında, belirli ortam, basınç ve sıcaklıkta, bu kübün karşılıklı iki yüzeyinden birim basınç farkında difüzyon yoluyla geçen gaz akış hızıdır. Yanma Direnci: Malzemenin yanma hızı, ya da alev alma sıcaklığının belirlenmesi yoluyla yanma özelliği gösterilir. Yapışma Deneyi: Kauçuk malzemenin metale ya da tekstile yapışma direncinin standart koşullar altında ölçülmesi yapışma deneyleri ile yapılu\ En basit yapışına deneyi, bir taraftan metal ya da tekstil, diğer taraftan kauçuk tutturulmak sıyırma yapılmaya çalışılır. Eğer kauçuk yüzeylerde yapışmış malzeme bırakarak koparsa yapışma uygun olur. Aşınma Deneyi: Malzemenin belli basınç, hız, karşı yüzey cinsi ve pürüzlülüğü gibi satanart koşullar altında aşınma miktarının boyutsal ya da hacimsel olarak belirlenmesi için aşınma deneyleri yapılır. Elastomer Malzemelerin Sınıflandırılması (ASTM D 2000 SAE J.200 Sistemine Göre) Elastomer malzemeler ile çalışan ve bunları kullananlar çok çeşitli kalitedeki malzemeler arasında seçim yapabilmek ve kalitedeki sürekliliği sağlayabilmek için özelliklerinin belirlenmesinde standardlaşma gereksinimi duymuşlardır. Özellikle otomotiv endüstrisinde aynı araç üzerinde çeşitli görevleri yerine getiren ve farklı yerlerde kullanılan çok çeşitli eleastomer esaslı malzemeler vardır. Standardlaşma çalışmaları sonucunda Amerikan Otomotiv Derneği SAE tarafından geliştirilen sınıflandırma sistemi en çok kulanılanıdır. Malzemenin kimyasal yapısıyla uğraşmayanların bile en azından malzemenin cinsi, sertliği, kopma diıenci gibi tasarım değerlerini çabuk okumaları açısından pratik bir sistemdir. 1- Elastomer malzemelerin tip (ısı diıenci) ve sınıfları (yağ diıenci) harfler ile belirtilir. İlk harf tipini, ikincisi sınıfını belliler. Tip belirlenmesi malzeminin belli bir sıcaklıkta 70 saat bekletilmesinden sonra çekme direnci + %3() dan fazla, uzama -%50 ve sertlik ±15°C değişme göstermemesine dayanır. Tip belirlenmesinde uygulanan deney sıcaklığı Çizelge.20 de gösterilmiştir. Sınıf belirlenmesi malzemenin ASTM yağ No.3 içinde Çizelge 21 de belirtilmiştir. 2- Harflerden sonra sürekli 3 sayı gelir. İlk sayı malzeminin duromeire sertliğini gösteril' (ŞorA sertliği). Sonraki iki sayı minimum çekme direncini gösterir. Başında M harfi varsa birimi MPa, yoksa l'St dir. Örnek: BC615 6 : 60+5 durometre serlilği için, 15 : 1500 psi nün. çekme direnci. 3- Derece numarası, alt harf ve numaralar. 5-88
Ilı Kil
S1ZD1RMAZLIK ELEMANLARI Başlıca özelliklerin dışında ek özellikler istenirse derece numarası, alt harf ve numaralar ile belirtilir. Derece numarası ilk belitilen sayıdır. Eğer 1 ise malzemenin ana özellekleri yeterlidir. 1 den farklı ise ana özelliklerinden sapmalar istenmektedir. Alt harfler Çizelge.22 deki anlamları ile kullanılır. Harf alt harfi iki sayı izler. ilk sayı deney biçimini belirtir, deney zamanı deney biçiminin bir parçasıdır ve Çizelge. 23 den bulunur. Eğer 3 sayı kullanılırsa bir çizgi ile ayrılırlar. Örnek: A l - 1 0 SI
TİP
SINIFI
ALT REHBER
\—T7"
X \/— M2
BC
515
A14
Derece Sertlik Miıı. çekme direnci Derece no
: 2
Tip
:
E034
Ek özellikler
B (Çizelge.20 ısı dilencine göre tipi 100cC)
Sınıf
:
C (Çizelge.21 hacim şişme %120 yağ direncine göre sınıfı)
Sertlik
:
5(50±5)ŞorA
Çekme direnci
:
15 15 MPa (ilk başta M yok ise 15000 psi anlamında)
Alt harf
:
A (Çizelge.22 A : ısı direnci)
Alt sayı
:
1 (Çizelge.23 Deney D 573, 70 saat)
Alt sayı
:
4 (Çizelge.24 deney sıcaklığı 100°C)
Alt harf
:
EO (Çizelge.22 EO. yağ direnci)
Alt sayı
:
3 (Çizelge.23 deney D 471, ASTM yağ no. 3 70 saat)
Alt sayı
:
4 (Çizelge.24 deney sıcaklığı 100°C)
Çizelge.20 Tip belirlemek için ısı dirençleri TİP A B C D E F G H J
Test sıcaklığı °C 70 100 125 150 175 200 225 250 275
Çizelge.21 Sınıf belirlemek için hacim şişmeleri Sınıf A B C D E F G H J K
Max. hacim şişme % Belirtilmiyor 140 120 100 80 60 40 30 20 10 5-89
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Çizelge.22- Alt Harflerin Anlamları Alt harf A B C D EA EF EO F G H J K L(EA) M N P R Z
İstenen deney Isı direnci Sürekli kalıcılık Ozon ve hava direnci Basma ve esneme direnci Akışkan direnci (su) Akışkan direnci (yakıt) Akışkan direnci (yağ) Düşük sıcaklık direnci Yırtılma direnci Esneklik direnci Aşınma direnci Yapışma Su direnci Yanma direnci Darbe direnci Leke direnci Elastiktik Diğer belirtilen
(Heat Resistance) (Compression Set) (Ozone or Weather Resistance) (Compression Deflection Resistance) _ Fluid Resistance (Aquueous) Fluid Resistance (Fuels) Fluid Resistance (Oils and lubncants) Low Temperature Resistance Tear Resistance Flex Resistance Abrasion Resistance Adhesion Water Resistance Flamabilityl Resistance Impact Resistance Staining Resistance Resilience
Çizclge.24- Deney Sıcaklığını Belirlemek İçin Alt Sayılar Uygulanan özellikler A, B, C, EA, EF, EO, G, K
F
a : Deney sıcaklıkları ASTM Dİ 349 uygulamasına göredir b : Açık hava deneyinde çevre sıcaklığı
5-90
2. Alt sayı
Deney sıcaklığı °C
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
275 250 225 200 175 150 125 100 70 38 23 b
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
23 0 -10 -18 -25 -35 -40 -50 -55 -65 -75 -80
Çizelge.23- Deney Zamanı ve Deney Biçiminin Belirlenmesi
Alt harf A
'
tik alt sayı i__^^'
Deney
1
2
3
Isı direnci
D 573 70 h
D865 70h
0 865 70 h
B
SüreMi kalıcılık
0 395 22 h B Katlı
D395 70h B Katı
D395 22h B Karı
C
Ozon ve hava direnci
D 1171.A Ozon
D 1171 Hava
D 1171_B Ozon
D
Basma ve esneme direnci
D 575.A
D575.B
D 471 70 h Yağ no.1
D 471 70 h Yağ no. 2
D 471 70 h Yağ no. 3 D 471 70 h Yakıt C
EO
Yağ
EF
Yakıt direnci
D 471 70 h Yakıt A
D 47.1 70 h Yakıt B
EA
Su direnci
D 471 70 h Arı Su
D 471 70 h Su-Etilen-Glikol
F
Dü^ük sıcaklık direnci
D 2137.A 3 dak.
D 1053 5 dak.
G
Yırtılma
D 624.B
D.624.C
H
fcsrıeme direnci
D430.A
D430.B
J
A^ınrna direnci
özel
K
Yapışma
L
Su direnci Bak.EA
M
Yanrna direnci
Özel
N
Darbe direnci
Özel
P
Leke direnci
R
Esneklik
Z
özel deneyler
direnci
direnci
direnci
D 429.A
D 925.A D945
D429.B
D 925.B
D 2137.A 22 h
D430.C
5
6
0 471 168 h Yağ' no. 1
D 471 168 h Yağ no. 2
D-471 168 h Yağ no. 3
D 1329 »10 çekme
D 1329 »0 çekme
4
7
8
D 395 70 h B Katlı
D 471 70 h Setvis yağ 101
D 471 70 h özel
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI
rip 30fi
j
275
H
250
KALRF.Z
VI TON
s ı d i rencı
G 225
• Si I i kon
F
200
-
E
175
-
NORDEL
D
150
-
• EVA
C
125
B, 100
A
Si I i k o n (HS
70
•
.VAMAC
PoliakriIik Po ON • HYPAL.ON
O l e f i n i k TPE
•
Neoprene
•
• EPDM
ALCRYN
Nitri I •
I
«SBR ve NR 1
Polisülf id I
140 120 A B C Yağ direnci
I 100 D
80 E
60 F
I ı I
40 30 ?0 10 G H J K
ASTM No3 ydğda % tle 'ji'j
Şckil.83- Elastomerlerin sınıflandırılması : Karşılaştırma amacıyla Hytrel ve Alcryn gibi terınoplastiklcr eklenmiştir. Kaynak : Dupoııt Elastonıers Notcbook No. 144 5-92
,HYTRFL
EKO1 Mitr i I •
«Butji
I Sınıf
FIuoros i I i kon
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI Kauçuk Parçaların Depolanması Buradaki bilgiler doğal ve sentetik kauçuktan vulkanizasyon ile üretilen bütün parçaların depolanması için geçerlidir. Kauçuk parçaların bekleme ömrü, oksijen, ozon, ısı, nem, çözücü gibi etkenlerden kısalır. Uygun koullarda korunurlarsa çok uzun süre özelliklerini sürdürürler. 1. Depo serin, kuıu, tozsuz ve iyi havalandırılmış olmalıdır. 2. Sıcaklık +20°C nin üzerinde ve -10°C nin altında olmamalıdır. Yapıştırıcı ve kauçuk solüsyonları 0°C nin altında, neopeıen +12°C nin altında bekletilmemelidir. Ani sıcaklık değişmeleri kauçuk parça üzerinde olumsuz etki yapır. Donmuş parçalar hemen kullanılmamalıdır. Radyatörler kafes içine alınmalı ve stoklardan en az 1 metre uzakta olmalıdır. 3. Eğer parçaıar uygun koşullarda korunmadıysa ve kauçuk sertleştiyse kullanmadan önce ılık yağ banyosu (50°C ile 100°C), genellikle ortam yağında önerilir. Sabunlu su poliüretan ve bezli malzeme dışında keçeler için kullanılabilir. Benzin kesinlikle kullanılmamalıdır. 4. Havadaki nem miktarı yaklaşık %65 olmalıdır. Çok kuıu ve çok nemli ortam zararlıdır. 5. Işıklandırma azaltılmalıdır. Pencereler kırmızı, sarı ya da kavuniçi renkle boyanmalıdır (kesinlikle mavi renkte boyanmamalıdır). Ultra viole ışın ve ozon kauçuğu etkiler. Ozon kaynağı olan elektrik motorları ve yüksek voltajlı aletler, civalı lambalar depo içinde bulunmamalıdır. 6. Çözücü, yakıt, yağ, kimyasal maddeler, asit, dezenfektan ve benzen malzemeler depoda bulundurulmamalıdır. Kauçuk solüsyonları ayrı yerde saklanmalıdır. 7. Keçe, kauçuklu metal parça, takoz gibi parçalar kullanma sıklığına göre ve ölçüsel sırayla şekilleri bozulmayacak şekilde depolanmalıdır. Hava geçirmez ambalajlarda saklanmalı, yağ keçeleri tel ya da iplere kesinlikle geçirilmemelidir. Ambalaj malzemesi olarak polietilen, karton, mumlu kağıt ve selofan kullanalmalı, PVC kullanılmamalıdır. 8. Uygun depo koşullarında elastomeılerin rafta yaşlanma ömürleri çok uzun olmasına karşın MİL IIDBK695 çeşitli elastomerler için yaşlanma dilencini aşağıdaki gibi belirlemiştir. 2 ile 5 yıl arası: NBR, SBR, Urctan (Au) 5 ile 10 yıl arası: Butil, Kloıopteıı, EPDM, Epikloridrin Uıetan (Eu) 20 yıla dek : Silikon, Pluorosilikon, Fluorokaıbon. l'oliakrilik Polisülfit
5-93
SIZDIRMAZLIK ELEMANLARI KAYNAKÇA (1) U) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) "(14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28)
AKGÜL Halil, Sızdırnıazlık Elemanları, MMO Yayını, 1988. WARRING, R. H., Seals and Packing, Trade and Technical Press Ltd. Morden, 1967. MORSE, W., Seals Handbook., Morgen - Grampion Ltd. Morden, 1967. MAYER, E., Mechanical Seals, Buttervvorth Scientifie, London, 1982. DİN 3760 Radial Shaft Seals, 1972. Application Guide to Radial Lip Seals. SAE J 946 d, 1979. RMA Handbook. Rubber Manufacturers Association. Pennsylvania, 1980. Dicht - Elemente Für Hydraulik und Pneumatik SIMRIT Katalog Nr.500, 1981. HOOP, Helmut. Dichtungcıı Für Die Hydraulik Merkel, Hamburg, 1967. Standard Metlıods of Testing Rubber O-Rings. ASTM Standards Section 9, 1983. SKT Yağ Keçeleri Katalogu, 1984. Klinger Jointing Materials Handbook. Gumpoldskirchen, 1972. Fluid Sealing Handbook. Radial Lip Seals HS 31417. Seals, Recent Devclopıııcnts. SAE Publication, Warrendale, 1984. Handbook Seals - VVarrendale, 1984. Handbook Seals-VVear Rings. Bıısak Luiyken, Stuttgart, 1985. Prazisions-dichtungen Für Die Hydraulik, Pradifa-Bessingen, 1984. O-Ring Handbook, Preeision Rubber Products Corporation. Tennessee, 1984. O-Ring Design Manual-Angus, Wallsend, 1976. Hydraulic and Preunıatic Scals-Designcrs Reference Guide. Martin Merkel KG. Hamburg, 1980. OTTO V., The Radial Force of Rotary Shaft Seals. Goetzeweıke-Burscheid, 1981. Elastomers Notcbook. Dupont de Nemours International, 1985. IIORVE., L., The Effcct of Operating Parameters Upon Radial Lip Seals Performanse, CR Industries Elgin. İL. 1984. Seals and Sealing Handbook, The Trade And Technical Press Surrey, 1985. Warring R.H., Seals and Sealing. Brookfield Pub. Co. 1981. Austik, R. N. et al.. Seals Users Handbook. Bhre Engineering UK. 1979. VIVILERIB. F., Makina ve Konstrüksiyon Elemanları Mühendisleri için. Arı Kitabevi, istanbul, 1971. HAVILAND G.S and BARNESS D. Stopping Leaks. Loctite Corporation, 1984.
İLGİLİ TSE STANDARTLARI TS 868 Yağ Keçeleri Sentetik Kauçuk Manşetli TS 2241 Asbest Esaslı Contalık Levhalar TS 2355 Kauçuk Esaslı Contalık Levhalar TS 2647 Mantar Esaslı Contalık Levhalar TS 2648 Organik Lif Esaslı Contalık Levhalar TS 1947 Vulkanize Kauçuklar - Çekme, Gerilme, Uzama Özelliklerinin Tayini TS 1749 Vulkanize Kauçuk Depolama Kuralları TS 2859 Vulkanize Kauçuk Esneklik Modülünün Tayini TS 1324 Vulkanize Kauçuk Sertlik Tayini TS 2641 Vulkanize Kauçuk Ezilme Miktarının Tayini TS 3872 Vulkanize Kauçuk Lekeleme Derecesinin Tayini TS 1968 Vulkanize Kauçuk Metale Yapışma Niteliğinin Tayini TS 2680 Vulkanize Kauçuk Ozon ile Çatlamaya Karşı Dayanım Tayini TS 1773 Vulkanize Kauçuk Ozon ile Hızlandırılmış, Çatlama Deneyi TS 3563 Vulkanize Kauçuk Sıvılara Karşı Dayanımı TS 1969 Vulkanize Kauçuk Yaşlanma ve Sıcaklığa Dayanım Tayini TS 3151 Vulkanize Kauçuk Yırtılma Dayanımının Tayini TS 2827 Vulkanize Kauçuk Yoğunluk Deneyi TS 1053 Vulkanize Kauçuk Gaz Geçirgenlikleri Tayini
TS3377 O-halkaları
TS 268 Pompalar ve Donanımları
5-94
II!'II! Mü!1"
ti
•
•
MAKINA MÜHENDİSLİĞİ
E L KİTABI Cilt 1
ÜRETİM VE TASARIM Baskıya Hazırlayan A. Münir CERIT ( Makina Yük. Mühendisi) 2. Baskı
TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Ekim 1994
Yayın no: 169
tmmob makina mühendisleri odası
Sümer Sokak 36/1-A 06440 Demirlepe / ANKARA Tel : (0-312) 231 31 59 - 231 80 23 Fax : (0-312) 231 31 65
Yayın no : 169
ISBN : 975-395-124-8 (Tk. No) ISBN : 975-395-125-6 (1. Cilt)
Bu Yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO'nın izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. Ekim 1994 - Ankara
Dizgi: Ali Rıza Falcıoğlu (Makina Mühendisleri Odası) Baskı: MF Ltd. Şti. Tel: (0-312) 425 37 68
BOLUM 6 MEKANİK TİTREŞİMLER VE GÜRÜLTÜ KONTROLÜ
Hazırlayanlar Prof. Dr. Erkan DOKUMACI, 9 E.Ü. Makina Mühendisliği Bölümü Prof. Dr. H. Nevzat ERGÜVEN, ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ
MEKANİK TİTREŞİMLER Sayfa 1. Genel Bilgiler ve Tanımlar 2. Doğal Frekansın Hesaplanması 3. Millerin Kritik Hızlarının Hesaplanması 4. Sürekli Sistemlerin Doğal Frekansları 5. Titreşimin Ölçülmesi 6. Titreşimin Denetlenmesi 7. Dengeleme 8. Titreşimin Sönümlenmesi 9. Bakım ve Arıza Bulma
02 11 13 16 20 23 27 30 32
Sayfa 1. Genel Bilgiler ve Tanımlar 2. Sesin Algılanması ve 3. Değerlendirilmesi 4. Sesin Ölçülmesi 5. Gürültünün Denetlenmesi 6. Gürültü Denetim Yöntemleri KAYNAKÇA İLGİLİ TSE STANDARTLARI
36 38 40 43 45 47 47
6-01
MEKANİK TİTREŞİMLER 1. GENEL BİLGİLER ve TANIMLAR Mekanik Titreşim Elastik bir maddesel sistemin bir referans konumu etrafında yaptığı hareketlere mekanik titreşim denir. Sistemin bir noktasının yaptığı yerdeğişimleri, x=x(t) şeklinde, zaman t ye bağlı bir fonksiyonla tanımlanır. Titreşimin 2 2 hızı (v) ve ivmesi (a), yerdeğişminin zamana göre türevlerini almak suretiyle elde edilir : v = dx/dt; a = d x/dt . Titreşen bir mekanik sistemde gerilmeler ve iç kuvvetler de, ortalama değerleri etrafında, zamana bağlı olarak değişen fonksiyonlardır. Ortalama Değer : Bir titreşimin verilen bir T < t < T + T zaman arahğındaki ortalama değeridir. Ortalama değer x ort aşağıdaki integral ile hesaplanır : X (t) dt
Xort = -
(1)
Titreşimin referans V->numu genHIikJe x ort=0 olacakşekilde seçilir. Efektif Değer: Bir titreşimin verilen bir l< t < T + T, zaman aralığında aldığı değerlerin karelerinin ortalamasın.' ^ueköküdür. mm değeri veya karesel ortalama değer de denilir. Bir x =• x (t) titreşiminin eiekuı değeri genellikte x rms ile gösterilir ve aşağıdaki integral ile hesaplanır :
V
L
^
»t + T
[[x(t)-x o f l ] 2 dt
(2)
Zaman, Genlik ve Frekans Bağıntıları Mekanik titreşimler, peryodik ve peryodik olmayan titreşimler olmak üzere iki grupta, peryodik olmayan titreşimler ise, hemen-hemen peryodik. süreksiz ve gelişigüzel (random) titreşimler olmak üzere Üç grupta toplanırlar.
Şekil.l- Peryodik bir titreşim
6-02
MEKANİK TİTREŞİMLER Peryodik Titreşim : Bir x=x(t) titreşimi peryodik ise, x(t)=x(t+T) eşitliği her zaman sağlanır. Bu eşitliği sağlayan en küçük (T) değerine peıyot, peryodun tersine/h'Jt
Şekil.2- Basit harmunik titreşim Peryodik Titreşimin Harmonikleri: Frekanslarının oranlan rasyonel sayılar olan basit harmonik titreşimlerin toplamı, basit harmonik olmayan peryodik bir titreşimdir. Toplam titreşimin frekansı, harmoniklerinin frekanslarının en büyük ortak bölenine eşittir. Şekil.3 de, bir peryodik titreşimi meydana getiıen iki hai'inonik görülmektedir. Fourier Serisi: Peryodik bir titreşimi meydana getiren basit harmonik titreşimlerin oluşturduğu seridir. Serideki eleman sayısı titreşime bağlıdır ve teorik olarak sonsuz olabilir. Bir Fourier selisinin hesaplanması problemine harmonik analizi denir. Harmonik analizi sayısal olarak veya ölçümle yapılabilir.
6-03
MEKANİK TİTREŞİMLER
Şekil3- Şekil. 1- deki peryodik titreşimi oluşturan iki hartnonik.
,
<
İl/ J
Hemen-hemen Peryodik Titreşim : Frekanslarının oranları rasyonel sayılar olmayan basit harmonık titreşimle- İ Ş M rin toplamından meydana gelen, peryodik olmayan titreşimdir. Frekansları birbirine yakın olan iki basit harmonık r | " titreşimden meydana gelen hemen-hemen peryodik titreşim vuru olarak bilinir. Şekil .4 de bir vuru gösterilmiştir. %V imj ''
Şekll.4- Vuru
MEKANİK TİTREŞİMLER Süreksiz Titreşim : Az süren, sürüp gitmeyen, belli bir süre sonra sona eren titreşimdir. Fourier Dönüşümü : Bir x=x(t) titreşiminin Fourier dönüşümü X=X (CÛ) aşağıdaki integraldir: X(co)
-T x (t) e"""
1
dt
(3)
Burada (i) birim sanal sayıyı göstermektedir. Fouıier dönüşümü bilinen bir titreşim, aşağıdaki ters Fourier dönüşümü ile tekrar zamanın fonksiyonu olarak elde edilir : x(t) =271.
X (co) e-İM dt
(4)
Peryodik bir titreşimin Fourier dönüşümü, o titreşimin Fourier serisini verir. Genlik Spektrumu (Yelpazesi): Fourier dönüşümünün mutlak değerinin, frekansın fonksiyonu olarak gösterilmesidir. Genlik spektrumunun saptanması genellikle frekans analizi olarak bilinir. Genlik spektrumuna/refajm spektrumu da denir. Frekans analizi, bir titreşimin, kendisini oluşturan basit harmonik titreşimlere ayrıştırılarak, her frekanstaki harmoniğin katkısının saptanması olarak yorumlanabilir. Faz Spektrumu : Fourier dönüşümünün faz açısının fonksiyonu olarak gösterilmesidir. Gelişigüzel Titreşim : Herhangi bir (t) anındaki değeri önceden bilinmeyen titreşimdir. Gelişigüzel titreşimle ilgili bilgiler istatistik yöntemleriyle ifade edilebilir. Bir (t) anında alması olası olan değerlerin ortalaması (kısaca, t anındaki beklenen değeri) (t) ye bağlı olmayan gelişigüzel titreşime stasyoner gelişigüzel titreşim denir. Genellikle, stasyoner gelişigüzel titreşimlerin ergodik oldukları kabul edilir. Ergodik bir gelişigüzel titreşimin bir (t) anındaki beklenen değeri, her (t) için aldığı veya alacağı değerlerin ortalamasına eşittir. Şekil.5 te gelişigüzel bir titreşim görülmektedir.
Şekil.5- Gelişigüzel bir titreşim Özilişki Fonksiyonu : Ergodik bir x=x(t) titreşiminin özilişki fonksiyonu, x (t) . x (t + T) çarpımının beklenen değeridir. Burada x herhangi bir zaman aralığını göstermektedir. Oto-Spektral Yoğunluk : Özilişki fonksiyonun Fourier dönüşümüdür. Oto-spektral yoğunluk fonksiyonu altındaki alan, titreşimin kare değerlerinin ortalamasına eşittir. Matematik Model Parametreleri Titreşen mekanik sistemlerin 3 temel fiziksel özelliği, kütle, elastiklik ve sönümdür. Sistem, kütle ve elastikliği nedeniyle enerji depolar, sönümü nedeniyle de mekanik enerji kaybeder. Sürekli Sistem Modeli (Dağılmış Parametreli Model) : Mekanik bir sistemin kütlesini, elastikliğini ve sönümünü gerçekte olduğu gibi, yani bir arada bulunan ve sistem içinde sürekli bir biçimde dağılmış olan fiziksel özellikler olarak ele alan matematik modelidir. Toplanmış Parametreli Model: Mekanik bir sistemin kütlesini saf kütlelerle, elastikliğini saf yaylarla ve sönümünü saf sönüm elemanları ile temsil etmek suretiyle kurulan matematik modelidir. Doğrusal Sistemler : Kütlesi Newton yasasına, elastikliği Ilooke yasasına uyan ve sönümü viskoz (viscous) 6-05
MEKANİK TİTREŞİMLER sürtünme kuvvetlerinden ileri gelen mekanik sistemlerdir. Doğrusal sistemler için süperpozisyon prensibi geçerlidir. Serbestlik Derecesi : Mekanik bir sistemin titreşimlerini il'ade etmek için değer verilmesi gerekli olan bağımsız değişkenlerin sayısıdır. En basit toplanmış parametreli titreşim modeli tek serbestlik derecelidir. Sürekli sistem modelleri sonsuz serbestlik derecelidirler. Zorlama : Mekanik titreşimleri yaptıran etkidir. Zorlama, bir kuvvet veya hareket girdisi şeklinde olabilir. Kısa süreli, ani zorlamalara şok denir. Mekanik sistemlerde genellikle rastlanılan zorlamalar şunlardır : Atalet kuvvetleri, çarpma kuvvetleri, sürtünme kuvvetleri, manyetik kuvvetler, aerodinamik kuvvetler, eşleşen makina elemanlarında profil hatalarından ileri gelen hareket zorlamaları, mesnet zorlamaları, vb. Serbest ve Zorlanmış Titreşimler Bir zorlamanın etkisi altında oluşan titreşimlere zorlanmış titreşimler, bir zorlama olmadığı halde var olan titreşimlere ise serbest titreşimler denir. Serbest titreşimler ilk hareket şartlarına bağlı olarak oluşabilir. Zorlanmış bir titreşim, eğer zorlama yok olursa, serbest titreşime dönüşür. Sürekli Rejim Titreşimi: ilk hareket şartlarına bağlı olmayan zorlanmış titreşimdir. Geçiş Titreşimi: ilk hareket şartlarına bağlı olan zorlanmış titreşimdir. Doğal Frekanslar : Sönümsüz bir doğrusal sistemin serbest titreşimleri, serbestlik derecesine eşit sayıda, farklı frekanslı basit harmonik titreşimlerin toplamından meydana gelir. Bu harmoniklerin frekansları sistemin yalnızca kütle ve elastiklik parametrelerine bağlıdırlar ve sistemin doğal frekansları olarak bilinirler. Doğal frekansların sayısı sistemin serbestlik derecesi kadardır. Bunların hesaplanması 2. bölümde gösterilmiştir. Doğal Titreşim Şekilleri: Doğal frekanslara karşılık gelen titreşim şekilleridir. Rezonans ve Rezonans Frekansları : Basit harmonik bir zorlama ile titreştirilen doğrusal bir sistemde, belli zorlama frekanslarında, frekanstaki küçük bir artış veya azalış, sürekli rejim titreşimlerinin genliğinde azalmaya neden olabilir. Bu olayın meydana geldiği frekanslara rezonans frekansları, rezonans frekanslarmdaki titreşimlere de kısaca rezonans denir. Rezonans halinde, yani, zorlama frekansının bir rezonans frekansına eşit olması halinde, titreşim düzeyi maksimum olur. Eğer sistemin sönümü küçük ise, rezonans frekansları yaklaşık olarak sistemin doğal frekanslarına eşit olurlar.
Şekil.6- Yay-kiitle sistemi Serbest Titreşimlerin Sönmesi : Mekanik sistemlerin serbest ve zorlanmış titreşimlerinin temel özellikleri tek sebestlik dereceli sistemler üzerinde gösterilebilir. Mekanik sistemlerin tek serbestlik dereceli toplanmış parametreli modelleri, Şekil.6 da görülen, x- ekseni doğrultusunda titreşen bir yay-kütle sistemi ile temsil edilebilir. Bu sitemde kütle, eğer bir ilk hareket verildikten soma serbest bırakılırsa, serbest titreşimler yapar. Bu titreşimlerin hareket denklemi, sistemin doğrusal olması hali için, aşağıdaki gibidir. (5) dt2
dt
Burada; (m) titreşen kütle (kg), (c) sönüm katsayısı (Ns/m) ve (k) yayın direngenlik katsayısı (N/m) dir, x=0 konumu, kütlenin statik denge konumudur. Aşağıdaki ifade ile tanımlanan boyutsuz Ç sayısına sistemin sönüm faktörü denil' :
2Vkm~ 6-06
(6)
MEKANİK TİTREŞİMLER Hareket denkleminin çözümü, sönüm faktörünün değerine bağlıdır : Eğer Ç <1 ise, 1
x(t) = Ae"^ siı
2
ç - 1 t + BJ
(7)
Eğer Ç = l ise,
(8) Eğer Ç >1 ise, x (t) = Ae"Çffld' sin h [ad V ç 2 - 1
t + BJ
(9)
Burada, Cûa =271 ldA/ —
Vm
(10)
Sistemin doğal frekansı fd dir. (üj ye doğal açısal frekans elenir. İntegral sabitleri A ve B, hareketin başlama şartları, yani t=0 anındaki x ve dx/dt değerleri kullanılarak bulunurlar.
Şekil.7- Tek serbestlik dereceli I)ir sitemin serbest titreşimlerinin sönmesi Ç=l durumuna kritik sönüm denir. Kritik sönümlü veya y kritikten büyük y sönümlü (Ç>1) bir sistemde kütle stad k t f d titreşmez, i h k bağlatıldıktan b l d tik denge konumu etrafında hareket sonra, yavaşça denge konumuna geri gelir ve orada kalır. Buna karşılık, kritikden küçük sönümlü bir sistemde kütle, Şekil.7 de görüldüğü gibi, zamanla sönen bir titreşim yaparak denge konumuna döner. Bu titreşimlerin bir t anındaki değerinin t+Ts anındaki değerine oranın tabii logaritması 5=Ç(ûdTs olup, zaman t ye bağlı değildir. S ya logarihnik azalma (dekreman), aşağıdaki eşitlikle tanımlanan fs ye ise sönümlü doğal frekans denir : (11) Sürekli Rejim Titreşimle linin Genlikleri ve Faz Gecikmesi: Eğer Şekil.6 daki kütle üzerinde, x ekseni yönünde etkiyen Fsincot veya Fcoscût şeklinde, genliği F, frekans f=«/27l olan bir basit harmonik kuvvet zorlaması varsa, kütle x-ekseni doğrultusunda zorlanmış titreşim yapar. Bu titreşimlerin hareket denklemi aşağıdaki gibidir m = Û-X- + c ü*- + kx = Fsin cot ya da F cos Cût dr dt
(12) 6-07
MEKANİK TİTREŞİMLER Sistemin geçiş titreşimleri, bu denklemin genel çözümü ile bulunur. Genel çözüm, denklemin homojen şeklinin çözümü ile özel çözümünün toplamından meydana gelir. Homojen çözüm, sistemin serbest titreşimlerinde olduğu gibi, sönümden ötürü, belli bir süre içinde kaybolur ve sistem, hareket denkleminin özel çözümünün verdiği şekilde sürekli rejim titreşimleri yapar. Hareket denkleminin özel çözümü aşağıdaki gibidir : x (t) = X (co) | ya d
sin [
(13)
[(üt + <)> (©)]
Burada F X(w)=V(k-mû) 2 ) 2
10
-r-
(14)
«g
iN
4-
--av 0.11 Q2
i
1 1Ti /
«S —i
.
—
S
C'0.5
1.02"
\
\ \
0.1
0.01 0.1
-
J
\ı
..
10
100
FREKANS ORANI Cu/« d )
Şekil.8- Tek serbestlik dereceli, basit harmonik kuvvet zorlamalı bir sistemin sürekli rejim titreşimi genliklerinin zorlama frekansı ile değişimi. (15) «d
k-m(o2/
1--
6-08
L'ETHI
MEKANİK TİTREŞİMLER Genlik X(a>) ve faz açısı ((> (CÛ), suasıyla, Şekil.8 ve 9 da zorlama frekansının fonksiyonu olarak gösterilmişlerdir. Rezonans frekansı f,= (û,/ 2n, dX(a>) /dû) = 0 şartından hesaplanır : (16) Rezonans genliği Xr = X(Cûr) şöyledir. F_ k
(17)
Eğer sönüm faktörü küçük ise, örneğin, Ç < 0,2 gibi, bu bağlantılar yaklaşık olarak Cûr = cûd ve Xr = F / 2 kÇ şeklinde ifade edilebilir.
180
£=o.<1i Ilı/ s i / ! " ? • •İI77/ TU? / 11///• •
Ql
150 120
3 90
-
m
;»//
-—
! K> t. V / 7â 1 m %~
I 60
s
p • • ••= :1
•• • •
-ç 10 5 1
—
n\
30 -; s*
S
2
-jf
-
0 0.1
10
100
FREKANS ORANI Şekil.9- Tek serbestlik dereeeli, basit hurnıoııik kuvvet zorlamalı bir sistemin sürekli rejim titreşiminin faz gecikmesi Genliği Frekansın Karesiyle Orantılı Olan Zorlama : Makiııalarda görülen zorlamaların en önemlisi dengelenmemiş döner parçalar üzerindeki merkezkaç kuvvetlerdir. Cû açısal hızıyla dönen bir parçanın kütlesi M, kütle merkezinin dönme eksenine uzaklığı e ise, merkezkaç kuvvet nedeniyle oluşan zorlamanın açısal frekansı CÛ, genliği ise F=Meco2 olur. Böyle bir zorlamanın etkisi altında titreşen tek serbestlik dereceli bir sistemin sürekli rejim genlikleri ve faz gecikmesi eşitlik (14) ve (15) ile hesaplanabilir. Ancak, zorlama genliği şimdi frekansının karesi ile orantılı olduğundan, sürekli rejim genliklerinin zorlama frekansıyla değişimleri Şekil. 10 da görüldüğü gibi olur. Bu durumda, rezonans frekansı ur ve rezonans genliği Xr aşağıdaki ifadelerle tayin olunurlar :
ü>d
1-2C
Xr = -
Me m
(18)
2ÇV1-2Ç*
Burada m sistemin toplam kütlesini, M ise yalnızca dönen dengesiz kütleyi göstermektedir. Titreşimin Etkileri Titreşimin insan üzerindeki etkileri arasında en çok incelenmiş olanı, elle tutulan titreşimli aletleri uzun süreler kullananlarda beyaz parmak denilen, parmaklardaki dokunma duyumunun kaybolması şeklinde ortaya çıkan hastalıktır. Ayrıca, zirai tıaktör kullananlarda zamanla meydana gelen bel ve omurga rahatsızlıkarınm da etkisinde kalınılan titreşimlerden ileri geldikleri bilinmektedir. Uzun sürelerle titreşim etkisinde kalınması, denge bozulması, göz kararması ve yorgunluk gibi etkilerinin yanısıra, eklem, adale ve iç organ rahatsızlıklarına da sebep olabilir, insan vücudunun bazı kısımlarının rezonans 6-09
MEKANİK TİTREŞİMLER frekansları şöyledir: Göğüs-karın, 3-6 Hz; baş-boyun-omuz, 20-30 Hz; göz, 60-90 Hz; alt-çene 100 Hz.
10 =Q05 -
ıMTV \/
l\
aı
ı
I
9 g • • •• ! •
.- i İ l l i !
• — .
-.
1
1/
i- -, . 4 . . .
\ff\,'«\ J
r
0.1
I
0.2
fA
••Q!
\\a
'f
V
|
1— -
/ 0.0
/ 0.
1
10
100
FREKANS ORANI
ŞekiI.lO- Tek serbestlik dereceli, genliği frekansının karesiyle orantılı basit harmonik kuvvet zorlamalı bir sistemin sürekli rejim titreşimi genliğinin zorlama frekansı ile değişimi
100
04 0.63 10 1.6 2.5 4 0 6.3 100 160 250 400 63 0 0 3 0 5 08 125 20 30 50 60 12 5 200 300 500 800 1^3 OKTAV MERKEZ FREKANSLARI CHz)
Şekil.11- Baş-ayak doğrultusundaki titreşimler için verimli çalışma sınırları (ISO 2<»31) 6-10
MEKANİK TİTREŞİMLER İnsanın titreşimin etkisinde kalma süreleri ISO 2631 standardında verilmiştir. Bu standaıtdaki titreşim ölçütleri, konfor, verimli çalışma ve sağlık için zararlı sınırlar olmak üzere üç grupta belirtilmişlerdir. Bu sınırlar titreşimin doğrultusuna, frekansına, efektif ivmesine ve süresine bağlıdırlar. Şekil. 11 de, baş-ayak doğrultusundaki titreşimler için önerilen verimli çalışma sınuları görülmektedir. Bu doğrultudaki titreşimler için konfor sınırlan, ivme ölçeğini 3.15 ile bölerek; sağlık için zararlı sınırlar ise ivme ölçeğini 2 ile çarparak elde edilebilir. Titreşimin diğer etkileri metallerin yorulması ve gürültüsüdür. Bu konular lü Kitabı'nın diğer bölümlerinde ayrıca kapsanmış bulunmaktadırlar. 2. DOĞAL FREKANSLARIN HESAPLANMASI Tek Serbestlik Dereceli Sistemler Şekil. 12 de görüldüğü gibi tek bir kütle (m), sistemin direngenliğini simgeleyen bir yay (k) ve sistem sönümünü gösteren bir viskoz sönüm elemanından (c) oluşan tek serbestlik dereceli bir sistemin serbest titreşimleri Ayrım.1 de incelenmişti. Böyle bir sistemin diferansiyel denklemi eşitlik (5) te verilmiştir. Sistemin sönümsüz olması durumunda (c = 0) denklemin çözümü, û)d frekansında harmonik bir fonksiyondur. Sistemin doğal frekansı olan Cûa (19)
.
eşitliğinden hesaplanır. Direngenlik N/m ve kütle kg olarak alınırsa, cûd rad/s cinsinden bulunur. Burulma titreşimleri yapan tek serbestlik dereceli bir sistemin (Şekil.12) burulma titreşimlerinin doğal frekansı; eşitlik (19) da k yerine burulma direngenliği ki, m yerine dönme eksenine göre kütle eylemsizlik momenti id kullanılarak hesaplanabilir :
-fer
(20)
Şekil.12- Burulma titreşimleri yapan tek serbestlik dereceli sistem 6-11
MEKANİK TİTREŞİMLER Doğal Frekansın Eşdeğer Direngenlikten Bulunması Yaylı elastik özellikleri bulunan elemanları içeren tek serbestlik dereceli bir sistem, önce Şekil.6 da gösterildiği gibi bir kütle-yay sistemiyle modellenirse, sistemin doğal frekansı eşitlik (19) dan hesaplanabilir. Elastik bir eleman, bir yay elemanı olarak modellendiğinde, elemanın eşdeğer direngenliği (k) kuvvet-yer değiştirme bağıntısından bulunabilir: k = F / x8
(21)
Burada F, eleman üzerine sistem kütlesinin bulunduğu noktada ve sistemin titreşim doğrultusunda etkiyen statik kuvvet, xs ise bu kuvvet altında oluşan, aynı yöndeki statik yer değiştirmedir. Çeşitli elemanlar için eşdeğer direngenlik Çizelge. 1 de verilmiştir. Tek serbestlik dereceli bir sistemde birden çok yay elemanı ya da yay elemanı olarak modellenebilecek elastik eleman varsa, eşitlik (19) un uygulanabilmesi için sistemdeki tüm yay elemanlarının direngenliklerinin, bu elemanların paralel ya da seri olarak bağlanmış olmalarına göre birleştirilerek tek bir eşdeğer yay elemanına indirgenmeleri gerekir. Paralel ve seri bağlanmış yaylar için eşdeğer direngenliğin nasıl hesaplanacağı da Çizelge.1 de gösterilmiştir. Elastik bir elemanın burulma direngenliği ise burulan elemana kütlenin bağlandığı noktada uygulanan T statik momenti ile bu momentin aynı noktada yarattığı statik burulma açısı 0s arasındaki ilişkiden yararlanılarak ve eşitlik (21) e benzer şekilde yazılan ki = M / 6S
(22)
tanımı kullanılarak bulunabilir. Karmaşık görünümlü tek serbestlik dereceli sistemlerde ise, önce sistemin hareketini tanımlayan diferansiyel denklem elde edilir. Bu diferansiyel denklemde x in katsayısını k,., dx / dt nin katsayısını ce ve d2x / dt 2 nin katsayısını m,, olarak alırsak, sistemin serbest titreşimlerinin denklemi dt2
(23)
dt
şeklinde yazılabilir. Sistemin doğal frekansı ise (24) eşitliğiyle verilir. Doğal Frekansın Hesaplanmasında Eşdeğer Kütlenin Kullanılması Bazı durumlarda sistemin esnekliğini sağlayan elemanların kütleleri, sistemdeki asıl kütleye göre ihmal edilemeyecek büyüklüktedir. Bu durumda esnek elemanın kütlesini de içeren bir eşdeğer kütlenin hesaplanması ve eşitlik (19) da m olarak bu değerin kullanılması gerekir. Bazı sistemler için eşdeğer kütleler ve bu sistemlerin doğal frekanstan Çizelge.2 de verilmiştir. Doğal Frekansın Statik Sekimden Bulunması Tek serbestlik dereceli bir sistemin kendi ağırlığı altındaki statik çökme (sehim) 8S ise, sistemin doğal frekansı û)d=Vg/5s
(25)
eşitliğinden bulunabilir. Burada g yer çekimi ivmesidir. g=9810 mm/s2 ve 8S mm olarak alınırsa, bu bağıntı . Cûd =99
(rad/s)
(26)
şeklinde de yazılabilir. Çok Serbestlik Dereceli Sistemler Birden çok serbestlik dereceli sistemlerin serbestlik derecesine eşit sayıda doğal frekansları vardır. Genellikle ilk doğal frekans en önemlisidir ve çok serbestlik dereceli bir sistemin ilk doğal frekansının yaklaşık olarak hesaplanması için özel yöntemler kullanılır. Bir sonraki bölümde millerin kritik hızlarının hesaplanması için verilen Rayleigh ve Dunkerley yöntemleri böyle yöntemlerdir. Çok serbestlik dereceli bir sistemin doğal frekanslarının bulunabilmesi için sistemin direngenlik matrisi (K) ve kütle matrisi (M) nin elde edilmesi ve 6-12
iı ını
MEKANİK TİTREŞİMLER
2
) = û) [M](u)
(27)
eşitliğiyle tanımlanan özdeğer probleminin çözülmesi gerekir. Sistemin özdeğerleri doğal frekansların karelerini, özvektörler ise sistemin doğal titreşim şekillerini verir. Yüksek serbestlik dereceleri için özdeğer probleminin çözümü sayısal yöntemlerle sağlanır. Bu amaçla hazırlanmış birçok yazılım vardır. 3. MİLLERİN KRİTİK HIZLARININ HESAPLANMASI Dönen millerin rezonansa geldiği dönme hızlarına kritik hızlar denir. Milin dönmesi ihmal edilerek hesaplanan eğilme titreşimlerinin doğal frekanstan, genellikle, kritik hızlar için yeterli hassasiyette sonuç verir. Üzerinde bir ya da daha çok sayıda disk bulunduran millerin kritik hızlarının bulunması için kullanılan bazı yöntemler aşağıda verilmiştir. Eşdeğer Direngenlik Yöntemi üzerinde tek bir disk taşıyan millerin kritik hızının bulunmasında kullanılır. Çizelge. 1 den yararlanılarak, diskin bulunduğu nokta için milin eşdeğer direngenliği (k) hesaplanırsa, milin kritik hızı (^ ) it
(28)
eşitliğinden cpm (devir/dakika) cinsinden bulunur. Burada M diskin kütlesini göstermektedir. Milin eşdeğer direngenliğinin bulunmasında Çizelge. 1 deki hangi uç koşullarının seçileceğine, milin üzerine oturduğu yatakların cinsine bakarak karar vermek gerekir. Kaymalı yatakların kısa boyda olanları basit destek, uzun boyda olanları ise ankastre alınabilir. Rulmanlardan, oynak olanları basit destek, çift sıralı olanları ankastre alınır. Bunun dışında olanlar için ise yatağın, milin yatak kısmında açı yapmasına ne kadar izin verdiğine bakarak karar verilebilir. Bu yöntem, milin kütlesi diskin kütlesi yanında ihmal edilebilecek kadar küçük olduğu zaman oldukça iyi sonuç verir. Hata Eğrileri Yöntemi Milin kütlesi disk kütlesiyle kıyaslanabilir büyüklükte ise eşdeğer direngenlik yöntemiyle hesaplanan kritik hız değerleri hatalı olacaktır. Bu hatanın ne kadar olduğu hata eğrilerinden (1) yararlanılarak, disk kütlesinin (M) mil kütlesine (m) oranına, diskin mil üzerindeki yerine ve yatakların cinsine bağlı olarak bulunabilir. Bu hata eğrileri Şekil.13 de verilmiştir. Şekil.13 den okunan H hata değeri ve eşdeğer direngenlik yöntemiyle (28) eşitliğinden hesaplanan hatalı kritik hız değeri (nc )H kullanılarak gerçek kritik hız nc l+H/100
(29)
eşitliğinden hesaplanır. Bu yöntem de üzerinde yalnız bir disk taşıyan miller için uygulanabilir.
\
\\
\
-
\
Tr
\\
\
j
\
\\ \ W l\ N\ >
1
i
r~ 1 i
Mİ
Lı
4- 4
1
!
l
\
\
ı\
\
ı
\ \
(a)
Şekil.13- Hata değerleri 6-13
B : »y» »
MEKANİK TtTOEŞlMLLR i
] !
1
~ !i"
\
M
1
[
M
T
\i
!
1
Kİ \
j
N
\
j
~r
\ NN \ \
I
1
-^—
\
Ht>K \
s
X
\
\ i 1
1 i
"
*^ \
\
\
\\ *'\Kİ \1 > 1 \\ x\ I\.
I |
ı:)
in
in
10
1
Şekil. 1*3-Hata değerleri (devamı)
M 1 r
L
K \
1
x
(
;
-t-K
y
r L, 1
\
\
'•
\
1\ \
\ IK
\(d
T \
)
•,
s
\
i
1
1
\
\
j
İD
Çizelge. 1- Eşdeğer Direngenlikler
= l/k, + l/k, + + l/k
E= Eb tisite modülü; G= Kayma modülü; A= kesit alanı; J= kesitin kutupsal eylemsizlik momenti; L= Elemanın |^ ğ toyu; = Kiriş kesitinin taral'sı/. eksene göre alan momenti. İ'Ulfc' •' Rayle ,h'in Enerji Yöntemiyle Kritik Hız Hesaplanması Ü; rinde birden çok disk taşıyan millerin ilk kritik hızını bulmakta kullanılan bu yöntem, yaklaşık bir yöntem ol p ilk kritik hız için bir üst sınır değeri verir. Yani gerçek ilk kritik hız bu yöntemle hesaplanan değerden daha k çüktür. Üzerinde n sayıda, ağırlıkları Wi (i=l,2,....n) olan disk taşıyan bir milin (Şekil.14) ilk kritik hızı bu yönüme göre / „ w. X. (30) eşitliği) e verilmektedir. Burada 5j, milin üzerinde Wf ağırlığındaki diskin bulunduğu noktada, disklerin ağırlıkları nedoniyte oluşacak tophun statik sehimi, g ise yer çekimi ivmesini göstermektedir. SI birimleri kullanıldığında nc cpra (devir/dakika) olarak bulunur. 6-14
Uf "i
MEKANİK TİTREŞİMLER Çizelge.2- Razı Sistemler için Eşdeğer Kütleler ve Doğal Frekanslar Eşdeğer Kütle
Doğal Frekans
ITI;. = M+m/3
Id
1, = I
Cüd = |3EI /L'(M+0.24m)|" 2
l_n
d
= |48EI/L3(M+0.49m)|'«
E= Elastisite modülü; G= Kayma modülü; A= Kesit alanı; J= kesitin kutupsal eylemsizlik momenti; L= Elemanın boyu; 1= Kiriş kesitinin tarafsız eksene göre alan momenti; m= Esnek elemanın kütlesi; Ip= Çubuğun burulma ekseni etrafındaki kütle eylemsizlik momenti; Id= Diskin dönme eksenine göre kütle eylemsizlik momenti.
W, W,
Wo
W W
3
W.
Şekil.14- İlk kritik hızın bulunması Dunkerley Yöntemiyle Kritik Hız Hesaplanması Üzerinde birden çok disk taşıyan millerin ilk kritik hızını bulmakta kullanılan bu yöntem, yaklaşık bir yöntem olup ilk kritik hız için bir alt sınır değeri verir. Yani gerçek ilk kritik hız bu yöntemle hesaplanan değerden daha büyüktür. Dunkerley yöntemine göre, üzerinde r sayıda disk taşıyan bir milin kritik hızı
6-15
MEKANİK TİTREŞİMLER
-l_=İ_l_ + -L n2c
> - ' n z ci
(31)
n2s
eşitliğinden bulunabilir. Burada: nd i-nci diski mil üzerinde tek başına düşünerek ve mil kütlesini dikkate almadan bulunan kritik hız, ns ise mil üzerinde hiçbir disk bulunmadığı durumda milin ilk kritik hızıdır. n,.j eşdeğer direngenlik yöntemiyle mil kütlesi ihmal edilerek hesaplanabilir, o. ise kirişlerin eğilme titreşimlerinin doğal frekanslarını veren eşitlik (35) den hesaplanabilir (ns=30 cajıi). Uzun yataklar, ankastre; kısa yataklar ve oynak rulmanlar basit destek olarak alınarak, kirişin ilk doğal frekansını hesaplamak için kullanılacak c( değeri Çizelge.3 ten bulunabilir. Birden Çok Kritik Hızın Hesaplanması Üzerinde birden çok sayıda disk taşıyan millerin ilk kritik hızının dışındaki öteki kritik hızlarının da bulunması istendiğinde, sistemin çok serbestlik dereceli olarak ele alınması ve eşitlik (27) dekine benzer bir özdeğer probleminin çözülmesi gerekir. Ancak bu durumda sistemin direngenlik matrisi (K) yi bulmak kolay olmayacağından, bu matrisisn tersi olan esneklik matrisi (5) hesaplanır ve
= co2[5][M](u)
(32)
özdeğer problemi çözülür. Esneklik matrisi (8) nın tipik bir elemanı Su j-ninci diskin bulunduğu noktaya uygulanan birim kuvvetin i-ninci diskin bulunduğu noktada yaratacağı statik çökme olarak tanımlanır ve kirişlerdeki statik çökmeyi veren eşitliklerden hesaplanabilir. 4. SÜREKLİ SİSTEMLERİN DOĞAL FREKANSLARI Düzgün kesitli sürekli sistemlerin doğal frekansları kısmi diferansiyel denklemlerinden bulunabilirler. Bu şekildre, çubuk, kriş ve plaka gibi sistemlerin istenilen sayıdaki doğal frekansları kesin değer olarak hesaplanabilir. Aşağıda bazı sürekli sistemlerin değişik sınır koşullan için doğal frekansları verilmiştir. Çubukların Burulma ve Boyuna Titreşimleri Düzgün kesitli çubukların burulma ve boyuna titreşimleri benzer denklemlerle verildiğinden, doğal frekansları da benzer ifadelerle gösterilebilir : i
rV — V IpL — mL
(Burulma titreşimleri)
(33)
(Boyuna titreşimler)
(34)
Burada : a\ E G A J L m ip cr
= r-ninci doğal frekans = Elastisite modülü = Kayma modülü = Çubuk kesit alanı = Çubuk kesitinin kutupsal eylemsizlik momenti = Çubuğun boyu = Çubuğun kütlesi = Çubuğun burulma ekseni etrafındaki kütle eylemsizlik momenti = Çubuğun r-ninci doğal frekansını hesaplamakta kullanılan ve çubuğun uç koşullarına bağlı olarak değişken sabit boyutsuz sayıdır (r= 1, 2, 3,...)
SI birim sistemi kullanıldığında doğal frekans rad/s olarak bulunur. Cr sayısının hem burulma titreşimleri (eşitlik 33) hem de boyuna titreşimler (eşitlik 34) için uç koşullarına bağlı olarak aldığı değerler şöyledir : 6-16
ti"
MEKANİK TİTREŞİMLER
1. İki ucu serbest çubuk: cr =nt (r = 1, 2,3 ) 2. Bir ucu sabit, öteki ucu serbest çubuk : c, = (2r-l)7t/2 (r = 1, 2, 3,....) Kiriş Titreşimleri Düzgün kesitli kirişlerde eğilme (yanal) titreşimlerinin doğal frekanstan (35) eşitliğiyle verilir. Burada (ûr I E L m cr
= r-ninci doğal frekans = Kiriş kesitinin tarafsız eksene göre alan momenti = Elastisite modülü = Kirişin boyu = Kirişin kütlesi = r-nincidoğal frekansı hesaplamakta kullanılan boyutsuz parametredir (r = 1, 2, 3
).
c, boyutsuz parametresinin ilk 5 değeri değişik uç koşullan için Çizelge.3 de verilmiştir. SI birim sistemi kullanıldığında doğal frekans rad/s olarak bulunur. Çizelge J- Kirşlerde Çeşitii Uç Koşulları için cr Sayısının İlk 5 Değeri Uç Koşulları İki ucu basit destekli Ankastre İki ucu sabit Bir ucu sabit öteki ucu basit destekli Bir ucu basit destekli öteki ucu serbest İki ucu serbest
c2
C
4
C
5
9.87 3.52 22.4
39.5 22.4 61.7
88.8 61.7 121
158 121 200
247 200 299
15.4
50.0
104
178
272
15.4 22.4
50.0 61.7
104 121
178 200
272 299
6-17
MEKANİK TİTREŞİMLER Çizelge.4- Kare Plaklarda Çeşitli Kenar Koşulları için cr Sayısının İlk 5 Değeri (2) Kenar Koşulları
c
ı
c5
C4
Bütün kenarları serbest
13.49
19.79
24.43
35.02
61.53
Bir kenarı basit destekli öteki kenarları serbest
6.648
15.02
25.49
26.13
48.71
21.43
27.33
31.11
Bir kenarı sabit öteki kanarları serbest Bitişik iki kenanbasit destekli öteki kenarları serbest Bitişik iki kenarı sabit öteki kenarları serbest
3.492
8.525
3.369
17.41
19.37
38.29
51.32
6.942
24.03
26.68
47.78
63.04
Karşılıklı iki kenarı basit destekli, öteki kenarları serbest
9.631
16.13
36.73
38.95
46.74
Karşılıklı iki kenan sabit, öteki kenarları serbest
22.27
26.53
43.66
61.47
67.55
Üç kenan basit destekli bir kenan serbest
11.68
27.76
41.20
59.07
61.86
Üç kenan sabit, bir kenan serbesT
24.02
40.04
63.49
76.76
80.71
Bütün kenarları basit destekli
19.74
49.35
78.96
98.70
128.30
Bütün kenarları sabit
35.69
73.41
108.27
131.64
132.24
Çlzelge.5- Daire Plakalarda Çeşitli Kenar Koşulları için cr Sayısının ilk 4 Değeri (jı = 03 İçin) (2,3) Kenar Koşullan Serbest* Çevresi boyunca basit destek Çevresi boyunca sabit destekli
c
ı
C
2
<=4
5.253
9.084
12.23
20.52
4.977
13.94
25.65
29.76
10.22
21.26
34.88
39.77
*u = 0.33 için
6-18 ['.illi.' <<
wr
MEKANİK TİTREŞİMLER Plak Titreşimleri Düzgün kesitli plakların yanal titreşimlerinin doğal frekansları, plak geometrisine ve kenar koşullarına bağlı olarak değişik eşitliklerle verilirler. Kare plaklar: 4
(ür = c r VD/(ptL )
( 3 6 )
Burada
D=
Et?
12(1 V ) cor E t u, p L cr
(37)
= r-ninci doğal frekans = Elastiklik modülü = Plağın kalınlığı = Poisson katsayısı = Yoğunluk = Plağın kenar uzunluğu = r-ninci doğal frekansı hesaplamakta kullanılan boyutsuz parametredir, (r = 1, 2, 3,
).
c, boyutsuz parametresinin ilk 5 değeri değişik kenar koşulları için Çizelge.4 de verilmiştir. SI birim sistemi kullanıldığında doğal frekans rad/s olarak bulunur. Daire şeklinde plaklar: 03, = ^ V D / ( p t R 4 )
(38)
Burada D -=
Et 3 12(1-H2)
(39)
cot = r-ninci doğal frekans E
= Elestiklik modülü
t
= Plağın kalınlığı
u.
= Poisson katsayısı
p
= Yoğunluk
R
= Plağın yarı çapı
c, = r-ninci doğal frekansı hesaplamakta kullanılan boyutsuz parametredir, (r = 1, 2, 3,
).
c t boyutsuz parametresinin ilk 4 değeri değişik kenar koşullan için Çizelge.5 de verilmiştir. SI birim sistemi kullanıldığında doğaFfrekans rad/s olarak bulunur.
6-19
MEKANİK TİTREŞİMLER 5. TİTREŞİMİN ÖLÇÜLMESİ Mekanik titreşimlerin ölçülmesi için geçmişte, mekanik veya optik ilkelere göre çalışan çeşitli cihazlar geliştirilmiş olmakla birlikte, günümüzde artık hemen hemen istisnasız olarak elektriksel ölçüm sistemleri kullanılmaktadır. Elektrik sinyallerinin yükseltilmelerinin ve analiz ve kayıtlarının kolay olması, bu durumun başlıca nedeni olmuştur. Sayısal (dijital) elektronikteki gelişmeler elektrik sistemlerinin üstünlüğünü daha da ön plana çıkarmış bulunmaktadır. Titreşim Dönüştürücüleri : Mekanik titreşimleri algılayan ve elektrik sinyaline dönüştüren cihazlardır. Enerji dönüşümünün sağlanmasında piezoelektrik, magnetosıiktif, kapasitif, rezistif, endüktif veya piezorezistif elemanlar kullanılmaktadır. Titreşim dönüştürücülerinin seçiminde rol oynayan bazı faktörler şunlardır : Ölçülecek olan mekanik büyüklük: Örneğin, bir titreşimin hızı veya yerdeğişimi, ivmesini ölçen bir dönüştürücünün çıktısını bir entegratöre vermek yoluyla ölçülebilir. Buna karşılık, hız ölçen bir dönüştürücüyle ivme ölçülmez, çünkü, elektriksel türev alma, elektriksel integrasyon kadar pratik bir işlem değildir. Hassasiyet: Dönüştürücünün ölçülecek olan mekanik büyüklük girdisinin birim değeri başına verdiği elektrik gerilimi çıktısıdır. Hassasiyetin, verilen bir tolerans dahilinde sabit kaldığı girdi genlikleri, dönüştürücünün dinamik aralığı nı tayin eder. Öte yandan, hassasiyetin, verilen bir tolerans içinde sabit olduğu girdi frekansları ise, cihazın frekans aralığı nı belirler. Kullanılacak dönüştürücünün dinamik aralığı ve frekans aralığı, ölçülecek titreşimin genlik spektrumunu kapsamalıdır. Montaj kolaylığı: Titreşimi ölçülecek olan kısımla temas etmemesi gereken dönüştürücülerin montajı, titreşen kısma tespit edilerek kullanılan dönüştürücülerin montajından daha zordur. Boyutlar ve ağırlık : Titreşen kısma tespit edilerek kullanılan dönüştürücüler için önemlidir. Genellikle arzu edilen, bir noktadaki titreşimin ölçülmesidir. Bunun için, dönüştürücü mümkün olduğu ölçüde küçük olmalıdır. Dönüştürücünün kütlesi, ölçülecek titreşimleri etkileyecek derecede büyük olmamalıdır. Kalibrasyon kolaylığı: Bir dönüştürücünün duyarlılığı zamana ve kullanma şartlarına göre değişir. Meydana gelen hassasiyet değişimleri, peryodik olarak kontrol edilerek düzeltilmelidir. Şok davranışı Faz distorsiyonu Kablo uzunluğunun etkisi: Dönüştürücüyü analiz cihazlarına bağlayan kablonun uzun olması halinde bir ön yükseltici kullanılması gerekli olabilir. Çevre koşullarına uygunluk : Dönüştürücü, ölçme yerindeki sıcaklık, nem ve diğer çevre şartlarından etkilenmemelidir.
E1 e k t r o m e k a n i k dönüşüm elemanı
Titreşim Şekil.15- Asılı kütleli titreşim dönüştürücüsü Asılı Kütleli (Seismic) Dönüştürücüler : Elektromekanik titreşim dönüştürücüleri, asılı Kütleli olanlar ve asılı kütleli olmayanlar olmak üzere iki grupta toplanırlar. Asılı kütleli dönüştürücüler, esas itiPürıyle, Şekil. 15 de görüldüğü gibi, sağlam bir metalik gövde içine oturtulmuş olan bir yay-kütle sistemidirler. Bu sistemdeki kütleye, cihazın asılı kütlesi denir. Gövde, titreşimi ölçülecek parçaya, bir saplama ile veya bir mıknatıs ya da yapıştırıcı ile tespit edilir veya el ile tutulup bastırılır. Cihazın elektromekanik dönüşüm elemanı, asılı kütlesinin, cihaz gövdesine göre yaptığı bağıl harekete duyarlıdır ve tipine göre, titreşen parçanın yer değişimi, hızı veya ivmesi ile orantılı olan elektrik gerilimi çıktısı verir. Dönüştürücünün asılı kütlesinin, gövdesine göreli yer değişimi 6-20
MEKANİK TİTREŞİMLER z aşağıdaki diferansiyel denklemden bulunur : (40)
dt
dr
dt
z
Burada, x=x(t) ölçülen titreşimin yer değişimi olup, m asılı külle, c sistemin sönüm katsayısı ve k yayın direngenlik katsayısıdır. Eğer titreşim x(t)=Xsiııcat şeklinde ise, eşitlik (40) in sürekli rejim çözümü aşağıdaki gibidir : (41)
z (t) = Z sin (cot + Burada, (Ücfi
Z = X-
(42)
JSL + 4 Ç -SL Ü)2
ve faz açısı ty eşitlik (15) şeklindedir. Cihazın sönüm oranı ve doğal frekansı için, Ayrım.1 de verilmiş bulunan bağıntılar geçerlidir : i, = c / Vkııı ve cûa = -y^Vm Eşitlik (42) , Şekil. 16 da grafik olarak gösterilmiştir. Görüldüğü gibi, eğer Cû»ü)d ise, yani. ölçülen titreşimin frekansı, dönüştürücünün doğal frekansından çok büyük ise. Z=X eşitliği yaklaşık olarak doğru olur. O halde, cihaz bu durumda, elektromekanik dönüşüm elemanının, bağıl hareketin yer değişimine, hızına veya ivmesine duyarlı oluşuna göre; sırasıyla, yer değişimi, hız veya ivme ölçen bir dönüştürücü olarak çalışır. Bu tip yer değişimi ölçen dönüştürücülerde dönüşüm elemanı olarak potansiyometre kullanılır. İliz ılöııüşlürgeçleri ise elektrodinamik cihazlardır. İvme ölçenler ise Eddy akımı ilkesiyle çalışırlar. 2.5 2.0
(İ3 ' (% | / 04İ«>
(.5
p *%£. i ı> / s fi
(0
as as Q7
as
u
t t /
Q4
O j
it i/
V // S
t
0.Î
02
a.s
/f/
/i
0.3
/
/ /
C14 0.5O6
s
/
/
/ /
/ de
m
(
1.5
^ - -
/
/
/
5
/
/ /
0
/
/
2
3
4
5 6 7 8 910
FREKANS ORANI Şekil. 16- Asılı kütlenin bağıl yer değişimi genliklerinin, iilçiilen titreşimin frekansı ile değişimi Şekil.17 de, a>d2Z/ûrX oranının, frekans oranı üVcûa ile değişimi verilmiştir. Görüldüğü gibi. eğer C û « (ûaise, yani dönüştürücünün doğal frekansı, ölçülen titreşmin frekansından çok büyük ise. Z=ü)2X/ûrd eşitliği yaklaşık olarak doğru olur. O halde, bu durumda, eğer bağıl yer değişimine duyarlı bir elektromekanik dönüşüm elemanı kullanılırsa ivme ölçen bir dönüştürücü elde edilir. Bu sonuçtan hareketle dizayn edilmiş olan, dönüşüm elemanı olarak potansiyometre, uzama teli veya diferansiyel transformatör kullanan, ivme ölçen, asılı kütleli dönüştüıücü6-21
MEKANİK TİTREŞİMLER ler vardır. Bununla birlikte, bu tip ivme ölçen dönüştürücülerin günümnüzde en popüler olanlarında, elektromekanik dönüşüm elmanı olarak piezoelektrik ferro-seramikler kullanılmaktadır. 2.5
>J /
(.5
T ıo N
2 u
3
0.9 h" 0.8 —. 0.7 0.6 0.5 0.4
SS
n
—^
S.
s
S.
si
s
S
s\\ v\
0.15
0.15 0 2
1
S \> Al
s,
V
\\\
V
î»ıo
\
0.06 Q08 0.1
0.4
s1 \ X
0.2
0.04
• = :
x^
\
0.1
•' —
o.: T
70f•»»
M—
•o;
~ — _
•
o
S
°\ \
/o
z
s
\
v 0.3
\
s
0 4 0.5 Q6
FREKANS ORANI
S
S
08 1.0
s \\\ N 1.5
2
3
4
Cw/co d 3
Şekil.17- Asılı kütlenin bağıl yerdeğişimi genliklerinin, ölçülen titreşimin frekansı ile değişimi Asılı kütleli Olmayan Dönüştürücüler : Bunlar, yakın konum dönüştürücüleri, hareketli bobinli dönüştürücüler, uzama telleri ve piezorezistif dönüştürücüler olmak üzere dört grupta toplanabilir. Yakın konum dönüştürücüleri, titreşen yüzeye yaklaştırılarak kullanılırlar. Elektromekanik dönüşüm, titreşen yüzeyle dönüştürücünün yüzeyi arasındaki aralığın elektriksel etkisi ile meydana gelir.. Bu tip dönüştürücülerden yer değişimi ölçenlerin; kapasitif, endüktif ve Fddy akımlı tipleri vardır. Bunlar, titreşen yüzeyle, cihazın yüzeyi arasındaki aralığın kalınlığındaki değişimleri, oransal olarak, elektrik gerilimine dönüştürürler. Çalışmaları için bir dış güç kaynağına ihtiyaçları vardır. Elektromanyetik yakın-konum dönüştürücüleri hız ölçer. Hareketli bobinli dönüştürücüler, esas itibariyle, endüktif cihazlardır. Bir bobin, cihazın gövdesi tireşen parçaya temas ettirildiğinde, cihazın manyetik alanında hareket eder ve sargılarında, tireşimin yer değişimi veya hızı ile orantılı elektrik gerilimi üretilir. Diferansiyel transformatör tipli olanlar yer değişimi, elektrodinamik tipli olanlar ise hız ölçer. Uzama telleri ve piezorezistif dönüştürücüler, elastik şekil değişimine duyarlıdırlar ve tireşen yüzeye yapıştırılarak kullanılırlar. Zaman ve Frekans analizi: Mekanik titreşim, bir dönüştürücü aracıyla, elektrik sinyaline dönüştürüldükten sonra, sinyal analizi ve kayıt için, elektrik sinyal analizi ve kaydı cihazları kullanılır. Sinyal analizi, sinyalin zamana bağlı olarak aldığı değerleri inceleyerek veya sinyalin genlik ve faz spektrumlarını incelemek suretiyle yapılır. Bunlardan birincisine zaman analizi, ikincisine frekans analizi denir. Zaman analizinde kullanılan klasik cihaz osiloskoptur. Titreşim, dönüştürücü çıktısını bir osiloskoba vermek suretiyle 'görülebilir', bir teybe kaydetmek suretiyle sonradan incelemek için saklanabilir veya bir grafik kaydedici ile anında kağıt üzerine geçirilebilir. Titreşimin efektif değerini, tepeden tepeye değerini veya maksimum değerini ölçmek için, bir ölçüm milivoltmetresi yeterlidir. Frekans analizinin günümüzde popüler olan yöntemi sayısal Fourier dönüşümüdür. Bunun mikroişlemcilere uyarlanmış olan algoritması hızlı Fourier dönüşümü veya kısa olarak FFT olarak bilinir. Genlik spektrum ölçülmesinde kullanılan analog cihazlar ise, bant-geçiren elektrik filtreler içeren cihazlar olup, filtrelerin frekans genişliklerine ve seri ya da paralel bağlı oluşlarına göre çeşitli tipleri vardır. El Kitabının 'Sesin Ölçülmesi' bölümünde bunlara değinilmiştir.
6-22
MEKANİK TİTREŞİMLER Titreşimin Dalga ve Video Teknikleriyle Ölçülmesi : Mekanik titreşimleri, titreşen yüzeye elektromanyetik veya ultrasonik dalgalar yöneltmek ve yansıyan dalgaları yakalayarak incelemek yoluyla da ölçen sistemler vardır. Laser ışınlarıyla aydınlatılan titreşen bir yüzey holografi yöntemleriyle de incelenebilmektedir. Mekanik sistemlerin alçak frekanslı titreşimlerinin ölçülmesinde başarılı olan bir yöntem de, titreşimlerin videoya alınarak video çerçevelerinin uygun yazılımlar aracıyla işlenerek incelenmesidir. 6. TİTREŞİMİN DENETLENMESİ Genel Mekanik titreşimlerden bazı durumlarda yararlanılırsa da birçok uygulamada titreşimler genellikle azaltılmaya ya da tümüyle yok edilmeye çalışılır. Titreşim ister yararlı bir şekilde kullanılacak olsun ister azaltılmaya çalışılsın, her iki durumda da amaç titreşimin denetlenmesidir. Yani sistemin bazı parametreleri değiştirilerek titreşim genliği istenilen değerlerde tutulmaya çalışılır. Genellikle amaç titreşimi azaltmak olduğundan, bu kısımda bu amaca yönelik yöntemler incelenmiştir. Bu yöntemler titreşimin değişik amaçla denetlenmesi için de kolayca kullanılabilirler. Sabit genlikli harmonik bir zorlama etkisindeki f(t) = F sin öt bir sistemin Şekil. 18 de gösterilen tek serbestlik dereceli modelini düşünürsek, sistemin sürekli rejim titreşimlerinin genliğini Ayırım.1, Eşitlik (14).
V(k-co2m)2 + (ccû)2 şeklinde yazabiliriz. Eşitlik (43) ün ve Şekil.8 deki eğrilerin incelenmesinden aşağıdaki tireşim denetlenmesiyle ilgili genel kurallar çıkarılabilir : a) Zorlama frekansının doğal frekanstan çok küçük olduğu (co « (ûd) frekans bölgesine direngenlik kontrollü bölge adı verilir. Bu frekanslarda uyarılan sistemlerde titreşim genliğini azaltmak için sistemin direngenliğini artırmak gerekir. Yaklaşık olarak yazılabildiğinden, bu frekans bölgesinde çalışan bir sistemin kütlesini ya da sönümünü değiştirmek sistem genliğini hemen hemen hiç etkilemez. b) Zorlama frekansının doğal frekanstan çok büyük olduğu (
m
'h-
±
Şekil 18- Tek serbestlik d. reçeli titreşim modeli
6-23
MEKANİK TİTREŞİMLER Her üç bölgede de titreşim genliği zorlama kuvvetinin genliği ile doğru orantılı olduğundan, bu kuvvetin azalması oranında titreşim genliği de azalır. Makinalarda görülen titreşimlerin çok çeşitli nedenleri olmakla birlikte, döner parçaların dengesizliğinden kaynaklanan dengesizlik kuvveti bunların en önemlisidir. Dengesizliğin azaltılmasıyla makinaya etkiyen zorlama kuvvetinin genliği azalacağından, titreşimin genliği de aynı oranda azalır. Bu nedenle, dengeleme titreşim denetiminde önemli yeri olan bir konudur ve aşağıda ayrı bir ayırım olarak ele alınmıştır. Bazı durumlarda ise amaç titreşim genliğini azaltmak değil, sistemin titreşimlerini sistemin bağlandığı yerden yalıtmak ya da zemin titıeşimlerinin bir sisteme iletilmesini engellemek olabilir. Titreşim yalıtımı için alınacak önlem, titreşim kaynağının sabit genlikli harmonik bir kuvvet ya da dengesizlikten kaynaklanan ve dolayısıyla zorlama frekansının karesiyle genliği artan harmonik bir kuvvet olmasına göre değişir. Bu iki durum aşağıda ayrı ayrı incelenmiştir. Bir sistemin sönüm kontrollü bölgede çalışması söz konusuysa sönümleme, en etkin titreşim kontrolü yöntemidir. Bazı durumlarda da makinanın çalışma hızına erişmeden önce makinanın kısa süreli de olsa kritik hız ve bunun yakınındaki hızlarda çalışması, dolayısıyla rezonans bölgesinde titreşime neden olacak bir zorlama kuvvetinin etkisinde kalması söz konusu olabilir. Böyle durumda da sönümlemeyle titreşim denetimi gündeme gelebilir. Sönümlemenin gerekebileceği başka bir durum da sisteme etkiyen peryodik zorlama kuvvetinin harmoniklerinden bilinin sistemin bir rezonans frekansına yakın olmasıdır. Sönümleme konusu da ayrı bir ayırım olarak incelenmiştir. Titreşim Yalıtımı Genelde iki tür titreşim yalıtımı problemi vardır (Şekil.19): a) Kuvvet Yalıtımı: Titreşen bir sistemin bağlandığı zeminden yalıtımıdır. Amaç titreşen bir sistemin bağlantı noktaları aracıyla bağlandığı zemine ilettiği kuvveti azaltmakta'. b) Hareket Yalıtımı: Bir sistemin titreşen zeminden yalıtımıdır. Amaç, sistemi, bağlandığı titreşen bir zeminden yalıtarak zemin titreşimlerinin sisteme en az şekilde iletilmesini sağlamaktır. Kuvvet yalıtımında, sistemin üzerine uygulanan F genliğindeki harmonik kuvvetin yalatacağı titreşimler nedeniyle zemine iletilen harmonik kuvvetin genliğine F, dersek, kuvvet iletim oranı (45)
Tr=F,/F
eşitliğiyle tanımlanır. Bu oranın 1 den küçük olması, sistemin zemine ilettiği dinamik kuvvetin sistem üzerine uygulanan kuvvetten dahak küçük olduğunu gösterir. Hareket yalıtımında ise, yalıtılan cismin titreşim genliğinin (X) zemin titreşimlerinin genliğine (Y) oranına hareket iletim oranı adı verilir ve matematiksel olarak her iki titreşim yalıtım problemi aynı bağıntıyla gösterildiğinden hareket iletim oranı da Tr ile gösterilir f(t) = F sino;t
x(t)
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
• ' / / , ' / / / / / / / / / / /
/ / / /
(t)
Şekil.19- Titreşim yalıtımı : a) Kuvvet yalıtımı b) Hareket yalıtımı 6-24
III I.U
-k
MEKANİK TİTREŞİMLER Tr=Y/X
(46)
Tr kısaca iletim oranı olarak anılır. Kuvvet iletim oranı için büyütme, hareket iletim oranı için ise genlik oranı deyimleri de kullanılmaktadır. İletim oranı, sistemin özellikleri (coa, Ç) ve zorlama frekansı (co) cinsinden (47)
2
+(2Ç
şeklinde yazılır ve bu eşitlik hem kuvvet hem de hareket iletim oranı için geçerlidir. İletim oranının, frekans oranı (o I (ÛA ile değişimi çeşitli sönüm oranı değerleri için Şekil .20 de gösterilmiştir. Bazı durumlarda iletim oranı yerine YY=(l-Tr)xlO0 (48) eşitliğiyle tanımlanan yalıtım yüzdesi kullanılır. HV 0 fil 0.05
f/A
â
•
\
y
Üs s
S y^
S,
7
\
\ \'\\ \ 0.03
0.4 0.6
y/ / '/
\
\ \
O.CM
/
s
a// /
/
s, s,
0.2
/ 2 yy ^ v- y ''/,'//'/ r y y-^ \y\
s
y
/
'yy
/ /* / / /
/,
•
' /
/ /// / */ ///
y /
\\ \\
'/
/ / t
1
/ / ' /
•$
/
•yÂy
/ •,yyy
y
n
1.17 1.33 1.5 1.67
>/
0 7%
»
S
Doğal frekans f d (Hz)
\
Frekans oranı (
Şekil.20- Çeşitli sönüm oranları için^letim oranının frekans oranıyla değişimi
Şekil.21- Titreşim yalıtımı için tasarım eğrileri (Ç = oiçin)
Şekil.20 nin incelenmesiyle, titreşim yalıtımı ile ilgili aşağıdaki önemli sonuçlar çıkarılabilir : a) Titreşim yalıtımının etkili olabilmesi için (Tr < 1), co > V2coa olmalıdır. b) Titreşim yalıtımının sağlandığı bölgede (<û>Y2cûd) sönümün artması iletim oranını artırır. c
) (co> V2(ûtt) durumunda iletim oranı mutlaka birden büyük olacaktır. Bunun kaçınılmaz olması durumunda sistemin zemine rijit olarak bağlanması en uygun çözümdür. Sönümün ihmal edilebileceği sistemler için etkili titreşim yalıtımını sağlayacak direngenlik değerlerinin bulunmasında Şekil.21 de verilen tasarım eğrileri kullanılabilir. Bu eğriler, verilen bir frekansta istenilen bir yalıtım yüzdesini sağlamak için doğal frekansın değerinin ne olması gerektiğini göstermektedir. Şekil.21 den bulunacak doğal frekans, sistem kütlesiyle yalıtım elemanlarının direngenliklerinin oluşturduğu tek serbestlik dereceli sistemin doğal frekansıdır. Doğal frekansın tanımından yararlanılarak yalıtım elemanlarının toplam direngenliği (49)
m
eşitliğinden hesaplanabilir. Ya da Şekil.22 kullanılarak, istenilen doğal frekansı sağlayacak yaktım elemanlarının sistemin kendi ağırlığı altında ne kadarlık bir statik çökme göstermesi gerektiği bulunabilir. Sönümün sıfır alınması durumunda, istenilen yalıtım yüzdesine göre zorlama frekansının doğal frekansından en az ne kadar büyük olması gerektiği aşağıda bazı değerler için yaklaşık olarak verilmiştir : Yalıtım Yüzdesi
88 3
96 5
99 10 6-25
MEKANİK TİTREŞİMLER
20
'10
"S
•v
8*
10
20
30
50
100
200 300
Slotik çökme (mm) Şekil.22- Bir sistemin doğal frekansıyla kendi ağırlığı altındaki statik çökme arasındaki ilişkinin grafiksel gösterimi Dengesizlik Nedeniyle Oluşan Titreşimlerde Kuvvet Yalıtımı Bir sisteme döner parçalardaki dengesizlik nedeniyle etkiyen harmonik zorlama kuvvetinin genliği, zorlama frekansının karesile artar: = Meö 2
6-26
(50)
W
1
MEKANİK TİTREŞİMLER
3 u
1 o.:
o.:
o4
Od
O.S 1.0
^'T"
Frekans oranı (co/wd)
Şekil.23- Dengesizlikten kaynaklanan titreşimlerde-kuvvet iletiminin frekans oranıyla değişimi. Burada; M dönen dengesiz parçanın kütlesi, e dengesiz parçanın kütle merkezinin dönme ekseninden uzaklığı, û) ise dönme hızına karşı gelen zorlama frekanslıdır. Zorlama kuvvetinin genliği zorlama frekansına bağlı olduğu için Şekil.2O de gösterilen iletim oranı - frekans oranı ilişkisi bu durumda titreşim yalıtımı için gerekli bilgiyi sağlayamaz. Her ne kadar verilen bir zorlama frekansı için Şekil.2O den iletim oranını bulup, eşitlik (50) den hesaplayacağımız zorlama kuvvetinin genliği ile çarparak iletilen kuvvetin genliğini bulabilirsek de, Şekil.20 yi dengesizlikten kaynaklanan titreşimlerin yalıtımında tasarım maçıyla kullanamayız. Çünkü yüksek frekans oranlarında iletim oranı azalmakla birlikte, zorlama kuvvetinin genliği aıtacağı için iletilen kuvvetin azalıp azalmayacağı bu şekilden anlaşılamaz. Eşitlik (50) yi esas alarak yeniden çizilen Şekil .23 deki eğriler, dengesizlikten kaynaklanan titreşimlerde kuvvet yalıtımını sağlayacak yalıtıcıların tasarımında kullanılabilirler. Bu eğriler; çeşitli sönüm oranları için, zemine iletilen kuvvetin sabit bir Me cûrd kuvvetine oranı olarak tanımlanan kuvvet oranının, frekans oranıyla nasıl değiştiğini göstermektedir.
7. DENGELEME Makinalarada görülen titreşimlerin kaynakları çok çeşitli olmakla birlikte, bunlar arasında en sık rastlanılanı, döner parçalar üzerindeki merkezkaç kuvvetlerdir. Merkezkaç kuvvetler, etkidikleri elemanın ve yataklar aracıyla iletilerek de, makinanın diğer kısımlarının, makinamn dönme devrine eşit frekanslı zorlanmış titreşimler yapmasına neden olurlar. Bu titreşimler, gürültü, aşınma, gevşeme ve yorulma gibi, makinanın mekanik kalitesini ve güvenilirliğini zedeleyebilen etkiler gösterirler. Bu nedenle, makinalaıın döner kısunlaıının merkezkaç kuvvetlerinin azaltılarak (dengelenerek) belli sınırlar içinde tutulması, endüstride tasarım, kalite kontrol ve bakım süreçlerinde önem kazanan bir konudur. Rotor (Döner Kütle) : Bir eksen etrafında donen, katı olduğu kabul euılen, genellikle dönel bir yapıya sahip olan bir kütle veya kütleler sistemidir. Bir rotor, dişli, kasnak volan gibi kısa; türbin şaftı, elektrik motoru armatürü gibi uzun veya bir mile monte edilmiş parçalar şeklinde olabilir. Dönme ekseni, rotorun veya milin yatak uçlarının merkezlerini birleştiren doğru olarak alınır. Katı kabul edilemeyen rotorlara esnek rotorlar denir. 6-27
MEKANİK TİTREŞİMLER Dengesizlik : Bir rotorun, Şekil.24 de görüldüğü gibi, kütle merkezinden geçen asal atalet ekseninin dönme ekseni ile çakışmaması halidir. Dengesizliğin iki özel hali. Statik dengesizlik ve dinamik dengesizlik tir. Statik dengesizlik, rotorun kütle merkezinden geçen asal atalet ekseninin dönme eksenine paralel olmakla birlikte, kütle merkezinin dönme ekseni üzerinde bulunmaması halidir. Dinamik dengesizlik ise, rotorun kütle merkezinin dönme ekseni üzerinde olmakla birlikte, kütle merkezinden geçen asal atalet ekseninin dönme eksenine paralel olmaması halidir. Statik ve dinamik dengesizlik halleri Şekil.25 de gösterilmiştir.
Asal atalet
Kütle merkezi H M 2
Dönme ekseni
ekseni
Dinamik D e n g e s i z l i k
St atik Dengesizlik dönme ekseni
asal alalel ekseni
Şekil.24- Dengesizlik
Şekil.25- Statik ve dinamik dengesizlik
Dengesizlik, tasarım, imalat, montaj veya işletme süreçlerinde ortaya çıkabilir. Örneğin, tasarımda, dönel simetriyi bozan yapısal öğeler; imalatda, malzemenin homojen olmaması, imalat veya talaş kaldırma hataları; montajda, tespit elemanlarının simetrik olamaması, merkezleme hataları ve işletmede, aşınma, eskime, korozyon, ısıl gerilmeler ve plastik şekil değişimlerinden ileri gelen küte dağılımı değişimleri dengesizliğe yol açabilir. Açısal hızı ta olan dengesiz bir katı rotor üzerindeki merkezkaç kuvvetler, Şekil.24 de işaret edilmiş olduğu gibi, rotorun dönme eksenine dik olan iki düzleminde, e! ve e2 yarıçap vektörlerinin uçlarında toplanmış Mı ve M2 kütleleri üzerindeki, sırasıyla, Fi = Mıeıöl2 ve Fj = MıeıCû2 merkezkaç kuvvetlerine eşdeğerdir. U| = Mıeı ve U2 = M2^2 vektörlerine, söz konusu düzlemlerdeki dengesizlik vektörleri denir. Dengesizlik vektörlerinn toplamı, U = me vektörüne eşittir. Burada; M rotorun kütlesi, e rotorun kütle merkezinin dönme eksenine dik düzlemdeki yarıçap vektörüdür. Statik dengesizlik halinde, Fıve F2 kuvvetleri, rotorun kütle merkezinde etkiyen tek bir kuvvete, yani, F=Uco2 kuvvetine eşdeğerdir. Dinamik dengesizlik halinde ise Fi = -F2 dir, yani, rotor üzerindeki merkezkaç kuvvetlerin bileşkesi bir kuvvet çiftine eşdeğer olur. Tek Düzlemde Dengeleme (Statik Dengeleme) : Verilen tek bir düzlemde kütle(ler) eklemek ya da çıkarmak suretiyle, bir rotorun kütle merkezinin dönme eksenine yakınlaştırılmasıdır. Dengeleme kütlesi MD, MDCD = -U eşitliğini sağlarsa, kütle merkezi tam dönme ekseni üzerine gelir. Burada OD dengeleme kütlesinin, rotor eksenine dik düzlemdeki yarıçap vektörüdür. Statik dengesiz bir rotor, kütle merkezinin bulunduğu düzlemde bu şekilde dengeleniıse tam olarak dengelenmiş olur; yani kütle merkezinden geçen asal atalet ekseni dönme ekseni ile çakışır. Eğer rotorun kütle merkezi, dengeleme kütlesinin (kütlelerinin) konduğu düzlemde değilse, statik dengelemeden soma kütle merkezi dönme ekseni üzerine gelse bile, bir miktar dinamik dengesizlik kalabilir. Bu nedenle, tek düzlemde dengeleme daha ziyade ince dilim şeklindeki kısa rotorlarda başarılı olur. İki Düzlemde Dengeleme (Dinamik Dengeleme): Verilen iki düzlemde kütle(ler) eklemek veya çıkarmak suretiyle, bir rotorun kütle merkezinden geçen asal atalet ekseninin dönme eksenine yakınlaştırılmasıdır. Dengeleme düzlemleri, dengesizlik vektörlerinin tanımlanmış olduğu düzlemler olarak alınular ve bu düzlemlerde, CDI ve eD2 yarıçap vektörlerinin uçlarına konacak dengeleme kütleleri M D | ve Mpı. MDI eDi = -Uj Ve MD2CD2= -U2 eşitlikleri sağlanacak şekilde seçilirse, söz konusu iki eksen lam olarak çakışır. Dengeleme düzlemlerindeki dengesizlik vektörleri Uj ve U2, hesapla (tasarım aşamasında) veya dengeleme makinaları ile saptanır. Dengesizlik Artığı: Bir rotor dengelendikten sonra, dengeleme düzlemlerinde kalan dengesizlik vektörlerinin değerleridir. Bir rotor için izin verilen dengesizlik artığı, dinamik mukavemet ve titreşim ölçütlerine bağlıdır ve genellikle deneyim ile bulunur. ISO 1940 standardında, bir rotor için gerekli olan dengeleme kalitesinin aşağıdaki bağıntı ile saptanması önerilmiştir : Q= 6-28
9550 M
(51)
MEKANİK TİTREŞİMLER Burada; Q dengeleme kalitesi (|im), u izin verilebilir dengesizlik artığı (g.mm), M rotorun kütlesi (kg) ve N işletme devri (cpm). Bu standartda, bir rotorun kalite sınıfı, G harfine dengeleme kalitesini eklemek suretiyle belirtilmektedir, örneğin, G2S, G100, vb. Bazı uygulamalar için önerilen kalite sınıflan Çizelge.6 da verilmiştir. İki düzlemde dengeleme halinde, her düzlem için u/2 değeri alınır. Dengeleme Makinaları: Tek düzlemde veya iki düzlemde dengeleme işlemlerinin istenilen çabukluk ve hassasiyetle yapılması için geliştirilen makinalardır. Üniversal dengeleme makinaları, esas itibariyle, dengelenecek makinanın oturtulduğu iki taşıyıcı yatak, rotoru döndüren bir tahrik sistemi ve makinanın kalibrasyonunun ve arzu edilen bir dengeleme kalitesi için gerekli dengeleme kütlelerinin hesabının yapıldığı bir alet konsolundan meydana gelir. Taşıyıcı yataklar sert ve yumuşak olmak üzere iki tipte yapılmaktadır. Sert yataklı makinalarda dengeleme devirleri, taşıyıcı yatak sisteminin rezonans frekansından çok küçüktür ve dengeleme, yatak kuvvetlerini ölçerek yapılır. Yumuşak yataklı makinalarda ise, dengeleme devirleri, taşıyıcı yatak sisteminin rezonans frekansından çok büyüktür ve dengeleme, yatak titreşimlerini ölçerek yapılır. Rotoru döndürmek için kayış veya bir üniversal kavrama kullanılmaktadır. Taşıyıcı yataklardaki titreşim dönüştürücülerinden gelen sinyaller, makinanın kontrol biriminde işlendikten sonra, dengeleme için gerekli bilgiler alet konsolundaki göstergelerden oku-
Çizelge.6- Bazı Makinalarda Dengeleme Kalitesi Sınıfları Kalite sınıfı G4000 G1600 G630 G250 G100 G40 G16 G6.3 G2.5 Gl G0.4
Rotor Katı temelli gemi Diesel motorlarının krank milleri 2-zamanlı büyük motorların krank milleri 4-zamanlı büyük motorların krank milleri 4 silindirli hızlı Diesel motorlarının krank milleri 6 silindirli hızlı Diesel motorlarının krank milleri Araba lastikleri ve jantları Tahrik milleri, kardan milleri, ziraat m akmalarının ve arabaların dönel kısımları Çamaşır makinalannın tanburları, vantilatörler, gaz türbini rotorları, volanlar, pompa rotorları, takım tezgahlarının dönel kısımları, elektrik motorları Gaz ve buhar türbinleri, türbo-jeneratör ve türbokompresör rotorları, takım tezgahlarının tahrik milleri, büyük ve orta elektrik motorları, türbin tahrikli pompalar. Teyp ve pikap milleri, taşlama tezgahlarının dönel kısımları, küçük özel elektrik motorları Hassas taşlama tezgahlarının milleri, jiroskoplar
Bir rotor dengelenmeden önce, dengeleme makinasının bu rotora göre ayarlanması (kalibrsyonu) gereklidir. Sert yataklı makinalar doğrudan merkezkaç kuvvetleri ölçtüklerinden, yalnızca yataklar ve dengeleme düzlemleri arasındaki bağıl uzaklıkları makinaya vermek suretiyle ayarlanırlar. Yumuşak yataklı makinaların kalibrasyonu ise deneme kütleleri kullanılarak yapılır. Dengeleme makinaları, rotor büyüklüğüne, dengeleme hassasiyetine ve dengeleme amaçlarına göre çeşitli özelliklerde ve büyüklüklerde yapılmaktadırlar. Tam otomatik dengeleme makinalannda, rotorun makinaya yerleştirilmesi ve kütle ekleme ya da oyma işlemleri de makina tarafından yapılır. Bu tür makinalar, otomobil endüstrisinde krank millerinin, kardan kavramalarının ve fren parçalarının dengelenmesinde ve elektrik motorlarının kütle imalatında yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Üniversal makinaların çoğu yatay eksenlidirler ve bunlarda tek düzlem dengelemesi de yapmak mümkündür. Özellikle tek düzlemde dengeleme için geliştirilen makinalar genellikle düşey eksenlidirler. Fren diskleri ve kampanalar, volanlar ve kavramalar gibi kısa rotorlar bu tip makinalarda dengelenmektedirler. Bunların çalışma prensipleri de üniversal makinalar gibidir. Şekil.26 da, kütlesi 300 kg a kadar olan rotorlarda 0.5um lik dengeleme kalitesi verebilen, kardan .nili tahrikli, sert yataklı bir üniversal dengeleme makinası görülmektedir. Esnek Rotorların Dengelenmesi : Yatakları arasında dönen bir rotor, merkezkaç kuvvetlerin etkisi altında, dönme eksenine dik olan, birbirine dik iki doğrultuda aynı anda oluşan ve bu nedenle, göze bir savrulma hareketi şeklinde gözüken, zorlanmış eğilme titreşimleri yapar. Sönümün ve jiroskobik etkilerin küçük olmaları şartıyla, bu titreşimlerin rezonansa geldiği kritik dönme hızlan, rotorun eğilme titreşimlerinin doğal frekanslanna eşittir. Kritik hızlar, rotorun yataklarıma şekline de bağlıdır. Bunlann hesaplanması konusu, Ayırım.2 de kapsanmış bulunmaktadır. 6-29
MEKANİK TİTREŞİMLER
Şekil.26- Bir üniversal dengeleme nıukinası Bir rotorun katı kabul edilebilmesi için, işletme hızındaki savrulma hareketinin ihmal edilebilir olması gereklidir. Eğer işletme hızı, rotorun en küçük kritik hızından çok küçük ise, bu koşulun sağlandığı kabul edilebilir. Ancak, eğer işletme hızı, kritik hızın yansı kadar veya daha büyük ise, savrulma hareketinden ileri gelen merkezkaç kuvvetlerin etkileri de göz önüne alınmalıdır. işletme hızı, en küçük kritik hızına göre küçük olmayan veya en küçük kritik hızından daha büyük olan rotorlara esnek rotorlar denir. Esnek rotorlar iki düzlemde dengeleııemez, bu rotorların dengelenmesi için üç veya daha çok sayıda düzlemde kütle düzeltmesi yapılması gereklidir. Esnek rotorların dengelenmesi için geliştirilmiş olan iki sistematik yöntem vardır. Bunlar, modal dengeleme yöntemi ve tesir (etki) katsayıları yöntemidir. Ticari dengeleme makinalannın çoğu, esnek rotorların dengelenmesine uygun değildirler. Yerinde Dengeleme : Bir rotorun kendi yataklarında çalışırken, yatak titreşimleri ölçümlerinden yararlanılarak dengelenmesidir. Yerinde dengeleme için, yatak titreşimlerinin genliklerinin ve rotorun belli bir referans konumuna göre faz açılarının ölçülmesi gereklidir. Faz ölçümleri bir stroboskop ya da elektronik faz ölçer ile yapılır. Yerinde dengeleme, faz ölçümleri yapmadan, deneme kütleleri kullanılarak da yapılabilir. Fakat bu durumda, daha çok sayıda titreşim ölçümü gereklidir ve dengeleme daha çok zaman alır. Yerinde dengeleme, bakımda yaygın olarak kullanılmaktadır. Öte yandan, bir rotoru alabilecek kadar büyük bir dengeleme makinasının olmaması, rotorun bir dengleme makinasına taşınmasının pratik olmaması, işletme koşullarının dengeleme üzerindeki etkileri nedeniyle bu koşulların simülasyonunun gerekli olması veya dengeleme ihtiyacının çok seyrek olması gibi hallerde de yerinde dengeleme yapılır. 8. TİTREŞİMİN SÖNÜMLENMESİ Titıeşen bir mekanik sistemin enerji kaybetmesi genellikle sönüm deyimi ile ifade edilir. Sönümün büyük bir bölümü, hareket enerjisine dönüşerek kaybolması şeklinde meydana gelir. Sürtünme, viskozite, türbülans ve ses gibi olaylar sönümleme yöntemi olarak kullanılabilir. Titreşimin denetlenmesinin birinci kuralı, titreşim kaynağının mümkün olan ölçüde zayıflatılmasıdır. Bu yeterli olmazsa, rezonanslardan kaçmaya çalışılmalıdır. Genlik spektrumu dar bir frekans aralığını kapsayan titreşim kaynaklan için direngenlik ve kütle ayarlamaları yeterli olabilir. Ancak, eğer kaynağın genlik spektumu geniş bir frekans aralığına sahipse, bunlar etkili olmaz ve titreşimleri denetlemenin tek yolu olarak, sistemdeki sönümün arttırılması kalır. Malzeme Sönümü : Malzemelerdeki iç sürtünmeler nedeniyle oluşan enerji kayıplarıdu\ Malzeme sönümü, gerilme-birim uzama bağıntısının, saf elastik malzemelerde olduğu gibi, tek değerli bir fonksiyon yerine, Şekil.27 de görüldüğü gbi, bir kayıp döngüsü (hysteresis döngüsü) şeklinde çıkmasına sebep olur. Kayıp döngüsü içindeki alan, titreşimin bir peryodunda kaybedilen mekanik enerjiye eşittir. Kayıp Faktörü (r\): Malzeme sönümünün ölçüsüdür ve aşağıdaki eşitlikle tanımlanır : rı=-ö_=tg«t»
(52)
2rcw Burada; D bir peryotda kaybedilen mekanik enerji, W ise bir peryotda depolanan toplam enerjidir. <> | açısına ise 6-30
MEKANİK TİTREŞİMLER kayıp açısı denir. Sönümlü bir malzemenin elastisite modülü, kayıp faktörüne bağlı olarak, CE = E (1 + ir|) şeklinde ifade edilir. Burada i birim sanal sayıyı, E ise, saf elastiklik halindeki elastisite modülünü göstermektedir. OE ye, kompleks elastisite modülü denir. Bazı malzemelerin elastisite modüllerinin ve kayıp faktörlerinin hangi değerler arasında olabilecekleri Çizelge.7 de verilmiştir. Lastik, plastik ve yapıştırıcı gibi malzemeler için geçerli olan değerler, büyük ölçüde sıcaklığa ve frekansa bağlıdırlar. Çizelge.7- Elastisik Modülü ve Kayıp Faktörleri
Malzeme
E(GPa)
11
Metaller Cam Beton, tuğla Kum, çakıl Tahta, mantar Lastik, plastikler, yapıştuıcılar
0,0001-0,001 0,001-0,005 0,001-0,01 0,01-0,05 0,01-0,2 0,0001-10
35-250 55-80 7-70 0,7-20 3,5-17 0,0001-4
Birin Uzana SERBEST KATMAN
KISITLI KATMAN
Şekil.28 Katman sönümü
Şekil.27 Kayıp (Hysteresis) döngüsü
Tek serbestlik dereceli, viskoz sönümlü, harmonik zorlamalı bir sistemin kayıp faktörü, Ayrun.l de verilmiş olan bağıntılar kullanılarak elde edilebilir. Ayırım. 1 in sembolleri kullanılışa, D = 7tccûX2, W=kx2/2. O halde, T|=2Ç (oâ/(Od) ve rezonasta, r| s 2Ç Çeşitli elastik elmanlai'dan meydana gelen kompozit bir malzemenin kayıp faktörü, aşağıdaki ifade ile hesaplanır :
ZWj
(53)
Kompozit malzemelerde sık karşılaşılan bir durum, elemanlardan yalnızca bilinin kayıp faktörünün önemli olması ve diğerlerinin, buna göre ihmal edilebilir ölçüde küçük olmalarıdır. Böyle bir durumda, sistemin kayıp faktörünün büyük olması için, bu elemanın, aynı zamanda, sistemde depolanan enerjinin büyük bölümünden de sorumlu eleman olması gereklidir. Eşitlik (53) den çıkarılan bu sonuç, viskoelastik katmanlı sönümlemenin temel ilkesini teşkil eder. Katman Sönümü : Çubuk, levha, plak gibi elemanların sönümü yüksek malzemelerle kaplanması veya viskoelastik ara katmanlar eklenerek kompozit bir yapı halinne getirilmesidir. Esas yapı titreşirken, bu katmanlar da 6-31
MEKANİK TİTREŞİMLER şekil değişimine uğrayarak depoladıkları mekanik enerjinin bir kısmının kaybedilmesine sebep olurlar. Yukarıda belirtilmiş olan ilkeye göre, katmanın etkili olabilmesi için, enerjinin büyük kısmını depolayabilmesi gerekir. Bunun için gerekli olan katman direngenliğinin optimum değeri, esas yapının tipine, sınır şartlarına ve direngenliğine bağlıdır. Katman sönümü, serbest veya kısıtlanmış katman kullanılarak uygulanabilir. Bunların örnekleri Şekil.28 de gösterilmiştir. Serbest bir katman, esas itibariyle, çekiye ve basıya çalışarak sönüm sağlar. Kısıtlanmış bir katmanda ise kayma şekil değişimleri sayesinde sağlanan sönüm önem kazanır. Katmanın tarafsız ekseni ile esas yapının tarafsız ekseni arasındaki uzaklığa sönümleme açıklığı denir. Sönümleme açıklığı arttıkça, elde edilen sönüm de artar. Sönümleme açıklığını arttırmak için esas yapı ile, söııümleyici katman arasına, kayma direngenliği çok yüksek, çeki direngenliği ise çok küçük olan hafif bir uzaklık ayarlayıcı katman eklenebilir. Bu tür katmanlar uygulamada, petek veya köpük malzemeler şeklinde veya birbirleriyle bağlantısı olmayan ve sık bir doku oluşturan kolonlar şeklinde yapılmaklardırlar. Kayma Sönümü : Parçaların dokunma yüzeylerinin birbirlerine göreli hareketleri nedeniyle oluşan sönümdür. Malzeme sönümünün, malzeme içinde oluşmasına karşılık, kayma sönümü, elemanların sınırlarında meydana gelir. Kayma sönümü, dokunan kuru yüzeyler arasındaki sürtünme (Coulomb sönümü), yağlanmış yüzeyler arasındaki sürtünme (viskoz sönüm) veya visİcoelaslik bir ara katmanın zorlanması (malzeme sönümü) gibi yollarla oluşturulabilir. Coulomb sönümü dokunan yüzeyler arasındaki basınca bağlıdır. Bu basıncın ve sürtünen kısımların geometrisinin optimum bir şekilde ayarlanması halinde, Coulomb sönümü çok etkili olabilir. Ancak, dokunan yüzeyler arasında bağıl harekete müsaade edilmesi, koıozyon problemlerine sebep olur. Ayrıca, yüzeyler arasındaki basıncın işletme sırasında optimum değerinde tutulması hemen hemen imkansızdır ve bunda meydana gelebilecek ufak bir değişme, sönümleme etkisinin önemli ölçüde azalmasına neden olabilir. Pistonlu makinaların burulma titreşimlerinin denetlenmesinde kullanılmış olan Lanchester sönümleyicisi, Coulomb sönümü uygulamasının klasik bir örneğidir. Günümüzde, bunun yerini arlık vizkoz veya viskoelastik sönümleyiciler almış bulunmaktadır. 9. BAKIM VE ARIZA BULMA Titreşim ölçümüyle bakım zamanının saplanması ve makinalarda arıza kaynağının bulunması titreşimin endüstrideki önemli uygulama alanlarından biridir. Kcstirimci bakım ve arıza bulma iki ayrı kısım olarak aşağıda verilmiştir. Kcstirimci Bakım Planlı bakımın en gelişmiş şekillerinden biri olan kcstirimci bakım (erken uyarıcı dinamik bakım), makinalann peryodik olarak kontrolü ile bakım zamanının tahmin edilmesi esasına dayanan çağdaş bir bakım türüdür. Bu amaç için bir çok değişik yöntem uygulanırsa da en çok kullanılan yöntem, makinalarda titreşim ölçümü yaparak, makinanın genel durumu hakkında bilgi edinmektir. Bu bakım türünün koruyucu bakım gibi öleki planlı bakım türlerine göre çeşitli avantajları vardır. Örneğin, bir parçanın ömrünü doldurmadan çok önce gereksiz yere değiştirilmesi olasılığı azalır, ani ve beklenmedik arızaları ve buna bağlı olarak sistemin beklenmedik duruşları en aza indirilir ve yedek parça stokları en azda tutulabilir. Ayrıca, titreşim ölçümleri için makinanın durdurulması gerekmediğenden durum kotrolu şuasında üretim kaybı ya da makinanın kullanılmaması söz konusu olmaz. Özellikle dönen elemanların bulunduğu makinalarda, makinanın yataklarında normal çalışma sırasında alınacak titreşim ölçümleri makinanın genel durumu konusunda bilgi sağlar. Bu bakım yöntemi, ölçümlerin peıyodik olarak alınması ve bir önceki ölçümlerle karşılaştırılması esasına dayanmaktadır. Burada da temel prensip, makina yataklarında yapılan titreşim ölçümüyle makina durumunun saptanmasıdır. Kestiıimci bakımın tercih edildiği durumlar şunlardır. : pahalı makinaların kullanıldığı, üretim değerinin yüksek olduğu, beklenmedik bir arızanın çok daha büyük arızalara yol açabileceği ve üretim kesilmesinin önemli sorunlar yaratabileceği durumlar. Tilreşim ölçümüyle makinalarda arıza çıkmadan önlem alınması ya da daha genel olarak kestiıimci bakım amacıyla iki tür ölçüm gerçekleştirilebilir : a) Sürekli Ölçüm : Ani arızalanma durumunda erken uyan alarak, daha büyük arızaların çıkmasını önlemek amacıyla uygulanıl-. Makina durumu sürekli olarak kontrol edildiğinden, özellikle pahalı makinalarda makinayı korumaya yönelik olarak yapılır. b) Peryodik Ölçüm : Kestirimei bakım amacıyla yapılan ölçümdür. Amaç makinanın durumunu izleyerek arızanın ne zaman ortaya çıkacağını bilimsel yöntemlerle tahinin etmek, arıza ortaya çıkmadan bakım yapmak ve gerekli önlemleri almaktır. Ölçümler bir ya da birkaç hafta peryotla tekrarlanır. Sürekli ve peryodik ölçümlerin karşılaştırılması Çizelge.8 de verilmiştir.
6-32
MEKANİK TİTREŞİMLER Çizelge.8- Titreşim Ölçümleriyle Makina Durumunun İzlenmesi ve Bunun Kcstirimci Bakımda Kullanılmasında Sürekli Ölçümün Peryudik Ölçümle karşılaştırılması. Sürekli Ölçüm
Pcryodik Ölçüm
Temel amaç makinanın hasar görmemesi Ani ai"iza durumunda sistem ya da makina durdurulabilir ileriye dönük bir uyarı vermez
Temel amaç üretim kaybını en aza indirmek Ani arıza durumunda önlem alınmayabilir Arıza ortaya çıkmadan uyarı verir
Makina titreşimleri genellikle peryodiktir. Titreşim peryodu, dönen makinalarda çoğunlukla mil dönme frekansına karşı gelir. Dazı duruınlaıda peryot daha fazla olabilir. Ölçülen titreşimler çoğunlukla yalnız bir harmonikten oluşmadığı için bu titreşimleri titreşim genliği ve frekans gibi basit iki parametreyle ifade etmek olanaksızdır. Bu durumda ya toplam titreşim hakkında genel bir bilgi sağlayacak olan tek bir titreşim özelliği ölçülür, ya da peryodik titreşimi oluşturun hannonik bileşenlerin genlikleri her frekans için ayrı ayrı ölçülerek genlik spektrumu elde edilir. Eğilim analizi toplam titreşim düzeyinin (genellikle hız cinsinden) efektif (rms) değer olarak ölçülmesi ve bir kaç hafta arayla alınan ölçümlerin Şekil.29 da görüldüğü gibi çizilmesi esasına dayanır. Şekilde görülen uyarı, alarm ve arıza düzeyleri her makina için daha önceki deneyimlere dayanarak elde edilebilir. Bazı kaynaklar belli tür makinalar için bu düzeylere esas olabilecek değerler vermişse de bunları genelleştirmek sağlıklı bir yaklaşım olmaz. Özellikle yüksek frekanslarda titreşim yaratan aıızalar, çok ilerlemeden makinanın toplam titreşim düzeyini belirgin şekilde değiştirmeyebilir. Bu nedenle, eğilim analizini değişik frekans bantlarında (dönme hızı, bunun katla», v.b.) ayrı ayrı uygulamak çok daha başarılı bir sonuç verir. Benzer bir yaklaşım da genlik spektrumunu Şckil.3O da görüldüğü gibi bir maske spektrumu ile karşılaştırarak arıza için uyarı almaktır.
Arıza
düzeyi
Arıza için
tahmini
Zaman
si/re
[hafta ]
Şekil.29- Eğilim analizi grafiği Kestirimci bakım amacıyla yapılan titreşim ölçümlerinde genellikle titreşim hız cinsinden ölçülür. Bu amaçla kullanılan titreşim ölçerler çok çeşitlidir. Toplam titreşim değerini ölçen basit cihazlar, frekans bantlarında ölçüm yapabilen titreşim ölçerler ve frekans analizi yapabilen gelişmiş cihazlar olarak üç grupta düşünülebilirler. Bu cihazların hepsi de dönüştürücü adını verebileceğimiz, titreşim hızını (ya da benzeri fiziksel bir büyüklüğü) elektriksel bir büyüklüğe çeviren algılayıcılarla birlikle kullanılırlar. Dönüştürücülerin titreşimi ölçülecek yüzey üzerine tutturulması değişik şekillerde sağlanabilir. Bakım amaçlı titreşim ölçümlerinde ölçüm için harcanan zaman ve çabanın en azda tutulması gerektiğinden, mıknatıslı bağlantılar ve elle sağlanan temas en çok kullanılan yöntemlerdir. Titreşimler genellikle yatak yuvalarında, yatay, düşey ve eksenel yönlerde ölçülür. Ölçüm cihazlarıyla ilgili bilgiler Titireşim Ölçümü ayrımında verilmiştir.
6-33
MEKANİK TİTREŞİMLER
-J--1.
r\
r
0 mm/s? _
r
100 ..m/s2
r
J
On.ru
__ J
—nX
j - JU
1
fin 1
1 mm/s —
r ı J JUU
İV
iPır L sn
j-ı
S 1
10 »m/s 350
620
1,1
k
1.95k
3,5k
6,2k
11
k
19k
350
620
ilk
1,95k
3.5k
6,2k
Hz
11 Hz
k
19k
ŞekiUO- Titreşim genlik spektrum grafiğinin maske spektrumu ile karşılaştırılması. a) Normal koşullarda bir makinaya ait titreşimler b) Arızalı bir makinaya ait titreşimler Titreşim Ölçümleriyle Arıza Tanısı Bir makinanın titreşimlerinin ölçülmesiyle makinanın durumu hakkında kesin bir yargıya varmak zordur. Sağlıklı bir sonuca varabilmek için mutlaka bir karşılaştırmanın yapılması gerekir. Makina yeniyken ya da bakımı yapılıp sorunsuz çalıştığı zaman alınan titreşim ölçümlerinin daha sonraki titreşim ölçümleriyle karşılaştırılması ile makinada gelişmekte olan anzanın bulanması çok daha kolay ve sağlıklıdır. Örneğin Şekil.30 dakine benzer bir maske spektrumu sağlıklı bir makinadan alınan titreşim ölçümlerinden yararlanılarak çıkarılabilir. Genellikle sağlıklı bir makinada ölçülen titreşim düzeyinin 6 dB artırılmasıyla uyarı maske spektrumu, 20 dB artırılmasıyla ise alarm maske spektrumu elde edilir. Daha önce yapılan hiçbir ölçümün olmadığı durumlarda, dönme hızı 600 12000 devir/dakika arasında olan makinalar için ISO 2372 Standardında verilen sınır değerler esas alınarak, ölçiılen titreşimin değerlendirilmesi yapılabilir. Bu standarda göre değerlendirme için toplam titreşimin efektif (rms) değeri hız cinsinden ölçülür. ISO 2372 ye göre dönen makinalarda titreşimin değerlendirmesi Şekil.31 de gösterilmiştir. İzin verilemez
28
İzin verilemez
18
İzin verilemez İzin verilemez
S
11,2
S
7,1
4 5
1'
Ancak izin verilebilir Ancak izin verilebilir
Ancak izin verilebilir
İzin verilebilir İzin verilebilir
.1 2,8 -Ancak izin verilebilir İzin verilebilir §• 1,12 -
0,45 0,28 0,18
İyi
izin verilebilir
0,71
İyi
İyi İyi Küçük makinalar (15 kW'a kadar)
Orta büyüklükteki makinalar (15-75 kW ya da özel temeller üzerindeki 300 kW'a kadar)
Büyük makinalar temel doğal frekansı makina hızından büyük
Büyük makinalar makina hızı temel doğal frekansından büyük (örneğin, turbomakinalar)
ŞekilJl- ISO 2372 ye göre dönen makinalardaki titreşimin değerlendirilmesi.
6-34
m...
i" ura»
MEKANİK TİTREŞİMLER Elde edilen ölçüm sonuçlarından arızanın hangi elemanda ve ne arızası şeklinde gelinmekte olduğunun bulunması uzmanlık gerektiren bir konudur. Çeşitli arızaların yarattıkları titreşimlerin özellikleri Çizelge.9 da verilmiştir. Çizelgc.9- Titreşim Ölçümü Yoluyla Arıza Bulma TİTREŞİMİN NEDENİ
TİTREŞİM FREKANSI (ıı: donnıc frekansı)
TİTREŞİMİN YÖNÜ
TİTREŞİMİN GENLİĞİ
AÇIKLAMA
Dengesizlik (balans bozukluğu)
1x11 (lıarmoııikler ya gözükmez ya da çok küçüktür)
Radyal
a) Dengesizlikle doğru orantılı ı) Dönme hızıyla arlar
a) Çok sık rastlanır b) Nedenleri: 1. Montaj hatası 2. Malzeme birikimi 3. Makina aşınması 4. Parça kırılması
Radyal eksen kaçıklığı
2xn (lxn de de yüksek değerler gözlenebilir)
Radyal
Eksen kaçıklığının olduğu yönde en kızla
a) Sık rastlanır b) Çoğunlukla açısal eksen kaçıkJığıyla birlikle görülür
Açısal eksen kaçıklığı
lxn (2xn ve bazen 3xn de de yüksek değerler gözlenebilir)
Ekseiıel
Eksenel yöndeki genlik, radyal yöudekinııı 2 kalına kadar çıkabilir
a) Sık rasllanır b) Çoğunlukla açısal eksen kaçıklığıyla birlikle görülür
Kaymalı yataklarda eksen kaçıklığı
lxn,2xn
Radyal veekseııel
a) Genellikle balans bozukluğuyla ilişkilidir b) Balanslama radyal ve eksenel titreşimleri azaltır
Rulmaniı yataklarda eksen kaçıklığı
lxn, 2xıı, 3xıı (ya da bilya sayısı xn)
Eksenel
Balansa bağlı değildir
Eğilmiş mil
lxn, 2xn
Ekser.el ve radya!
Yuva içerisinde gevşek duran kaymalı yatak
(l/2)\ıı, (l/3)xıı
Radval yönde fazla
Kaymalı yatakta yağ filmi 0,42-0,48 x ıı kararsızlığı
Eksene! yönde daha fa/la
Radya! yönde lxn de. eksenel vönde ise 2xn de tiıreşim daha fazladır Gevşekhk yalnız dönme hızında oiuşur
Radyal
Düzensiz
Yüksek hızlı makmalarda görülür
Arızalı rulmaniı yalak
2-60 kil/., yalak geomerisine ve n ye bağlı frekanslarda. lxn
Radyal ve eksenel
a) Radya yönde daha Sazla b) Düzensiz ve zaman zaman şok şeklinde c) Bozulma başlangıcında düşük değerlerde
Birçok makinada görülen ortaV bir sorundur
Arızalı kayış
1,2.3,4,5x11
Radyal
Değişken düzensiz
Slrob ile hatalı kavış bulunabilir
Arızalı ya da aşınmış dişli Kavrama frekansı çark (= diş sayısı x ıı), harmonikleri, bant frekansları, dişli sistem doğal frekansları
Radyııl ve eLsenel a) Arızalanmayla birlikte yan (alın dişlilerde bant frekanslardaki genlik artar yalnız radyal) b) Genlik genellikle düşük değerdedir.
Gevşek parçalar
2xiı, yarı lıannoniği. alt harmonikleri ve harıııoıuklcri
Yönle değişik
Elektriksel kaynaklar
lxn, rotor oluk sayısı x n (ve Radyal ve eksenel ikinci lıarnıoiıiği), 2 x ana gerilim frekansı
Akını kesildiğinde kaybolur
Akışkan kaynaklı
Kanallı geçiş frekansı (= kanatçık sayısı x ıı) ve harmonikleri
Düşük düzeyde
* Sinüsel olmayan altematiı' akıllılarda bir lanı malarının kare kökü.
Radyal ve eksene
a) Yan bant frekanslar yardımıyla tanınırlar b) Analizi genellikle güçtür c) Frekans aralığı 10 ki iz in altındaysa hız, üstündeyse ivme ölçümü yapılmalıdır
Türbülansîan kaynaklanan titreşim geniş bir frekans Liralığında (orta ve yüksek frekanslarda) görülür
çevrini içinde, ani akım (ya da gerilim) değerlerinin karelerinin ortala6-35
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ 1. GENEL BİLGİLER VE TANIMLAR Ses : Elastik ortamlarda dalgalar halinde yayılan ve kulak tarafından algılanabilen basınç ya da gerilme değişikliğidir. Sesin doğuşu ve yayılması, ortamdaki parçacıkların titreşimi ve bu titreşimlerin komşu parçacıklara iletilmesiyle olur. Gürültü ise; hoşa gitmeyen, istenmeyen, rahatsız edici ses olarak tanımlanır. Ses nesnel, gürültü ise öznel bir kavramdır. Teknik açıdan ses ve gürültü arasında bir fark yoktur. Bu nedenle aşağıda verilen ses ile ilgili temel bilgi ve tanımlar hem ses hem de gürültü için geçerlidir. Ses basıncı: Hava basıncının, ses oluşturacak şekilde bir referans basıncı etrafındaki değişme miktarıdır. Bundan önceki bölümün 1. ayrımında "Zaman, Genlik ve Frekans Bağıntıları" başlığı altında verilen tanımlar, ses basıncı için de geçerlidir. Yayılma hızı: Sesi oluşturan basınç değişikliğinin bir ortam içerisindeki ilerleme hızı sesin bu ortam içerisindeki yayılma hızıdır. Yayılma hızı, ortamın elastiklik modülüne ve yoğunluğuna bağlı olarak değişir. Sesin havadaki yayılma hızı
(D
c = 20.05 VÎ7 m / s eşitliğiyle verilir. Burada T^ havanın Kelvin cinsinden sıcaklığıdır. Tk (Kelvin) = 273.2 + U (derece Celsius) Sesin bazı ortamlarda 21°C deki yayılma hızı Çizelge. 1 de verilmiştir.
Dalga boyu : Dalgalar halinde ilerleyen harmonik bir ses dalgasının, bir peryot süresinde aldığı yoldur (X). Sesin bir ortamdaki yayılma hızı c ile, peryodu T ve dalga boyu X. arasındaki ilişki X = c T eşitliği ile verilir. Ses dalgasının frekansı f = l/T olduğundan, frekans ile dalga boyu arasındaki ilişki c = X f dir. Çizelge. 1- Sesin Bazı Ortamlarda 21°C deki Yayılma Hızı Ortam
Yayılma Hızı (m/s)
Hava Mantar Kurşun
344
500
1200 1400 3000-3400 3300-4300 3600-3700 3700 5100 5200
Su
Beton Tahta Tuğla Dökme demir Çelik-Alüminyum
Cam
Desibel: Ses basıncı ve sesle ilgili birçok büyüklük desibel (dB) ile ölçülür. Desibel bir oranı ya da göreli bir değeri göstermek için kullanılır. Güç ya da güç eşdeğeri büyüklükler için kullanıldığında, ölçülen büyüklüğün referans büyüklüğe oranının 10 tabanına göre logaritmasının 10 katı olarak tanımlanır. Desibel ile ölçülen büyüklüklere genellikle düzey adı verilir. Düzey (dB) = 10 log (W/Wo)
(2)
Burada W ölçülecek güç (ya da güç eşdeğeri büyüklük), Wo ise referans olarak kullanılan değerdir. Ses Basıncı düzeyi: Ses basıncının karesi güç ile orantılı olduğundan ses basıncı düzeyi Lp Lp = 201og(p/p0)
(3)
eşitliği ile tanımlanır. Burada p, ölçülen ses basıncı (efektif değer -nns değeri- olarak), po ise referans ses basıncı olan 20 mikropaskal (20 x 10 6 Pa) dır. 6-36
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ Ses gücü ve ses gücü düzeyi: Bir ses kaynağının yaydığı ses enerjinin gücüne ses gücü, bu gücün desibel ile ölçülen düzeyine ise ses gücü düzeyi adı verilir. Ses gücü W olan bir ses kaynağının ses gücü düzeyi Lw aşağıdaki sekile tanımlanır: L w =101og(W/W o )
(4)
Burada Wo, referans ses gücü olan 10'12 W tır. Ses şiddeti ve ses şiddeti düzeyi : Bir noktadaki, ses dalgalarına dik birim alandaki ses gücüne ses şiddeti, bunun desibel ile ölçülen düzeyine ise ses şiddeti düzeyi adı verilir. W ses gücüne sahip olan bir ses kaynağından düzgün olarak yayılan ses dalgalaıı, kaynaktan belli uzaklıkta bir noktadan geçerken o uzaklıktaki ses dalgalarına dik toplam alan A ise, söz konusu noktadaki ses şiddeti I = W/A dır. Ses şiddeti düzeyi Lj, L,= 101og(I/Io)
(5)
eşitliğiyle tanımlanır. Referans ses şiddeti Io = 10 1 2 W/nr dir. Ses şiddeti I ile ses basıncı p arasında, düzlemsel dalgalar için, I = p2/pc (6) bağıntısı vardır. Burada, p sesin iletildiği ortamın yoğunluğu, c is sesin aynı ortamdaki yayılma hızıdır. Sesin havadaki yayılması için L( = Lp alınabilir. Dcsibellcrle İşlem Desibel olarak ifade edilen büyüklüklerin toplanması işlemi, sayısal değerlerin toplanmasıyla yapılamaz. Çünkü toplamada toplanan değerler dB ile ifade edilen sayısal büyüklükler değil, bu düzeylerin ifade ettikleri güç değerleridir. Örneğin, her biıi 80 dB güç düzeyine sahip iki ses kaynağının toplam ses gücü 83 dB dir. Bu sonucu bulmak için 80 dB den yararlanarak, ses gücünü bulmamız, bunun iki katını aldıktan sonra bu sayıyı dB olarak ifade etmemiz gerekir. Bu işlemi Şekil.1 de verilen dB toplama eğrisini kullanarak yapabiliriz. Söz konusu örnek için toplanacak iki düzey arasındaki sayısal fark O olacağından, Şekil. 1 den, büyük düzeye eklenecek değer olarak 3 bulunur ve toplam 80+3=83 dB olarak elde edilir. Şekil. 1 den çıkaracağımız ilginç bir sonuç; aralarında 10 dB ya da daha fazla fark bulunan iki düzeyin toplanması sonucunda elde edilen düzeyin, yaklaşık olarak, toplanan düzeylerden yüksek olanına eşit olmasıdır. Yani iki makinanın bir noktada yarattıkları ses basıncı düzeyleri arasında 10 dB den fazla fark vaısa, gürültüsü az olanın durdurulması toplam ses basıncı düzeyini pratik olarak etkilemez. Pratikte, aralarında 10 dBden fazla fark olan değerlerden küçük olanı ihmal edilebilir. 2.5
\ \
r 2.0
\
\
1.5
2
7
\
1.0
1
^ ^ •
n
3 4 6 6 7 Toplanan i k i düzey arasındaki fark (dB)
Şekil. 1- Desibel toplama eğrisi
—
G 0.5 *
—
3
4
5
6
7
8
9
10
Toplam düzeyle çıkarılacak düzey arasındaki fark (dB) Şekil.2- Desibel çıkartına eğrisi
Desibellerle çıkarma işlemi de benzer şekilde, Şekil.2 de verilen desibel çıkarma eğrisi kullanılarak yapılabilir. Desibellerle ortalama alma işleminde de ortalamasını aldığımız sayıların, dB ile ölçülen sayılar değil bunların ifade ettikleri güç vb. değerler olduğunu hatırlamamız gerekir. Ortalama almak için kullanılabilecek formüller varsa da, pratikte aşağıdaki yaklaşık formüller kullanılabilir : a) En büyük ve en küçük değerler arasındaki fark 5 dB ya da daha küçükse, dB olarak ölçülen değerlerin doğrudan aritmetik ortalması alınabilir. 6-37
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ b) En büyük ve en küçük değerler arasındaki fark 5-10 dB arasındaysa, dB olarak ölçülen değerlerin doğrudan aritmetik ortalaması alınarak buna 1 eklenir. Ses Frekansları Harmonik ses basıncı değişiminin yarattığı seslere arı ses (saf ton) adı verilir. Değişik frekanslardaki iki ya da daha çok an sesin birleşmesi sonucunda harmonik olmayan peryodik sesler elde edilebilir. Peryodik olmayan ses dalgalan da benzer şekilde sonsuz sayıdaki harmonik dalganın toplamı şeklinde düşünülebilir. Bir sesin kendisini oluşturan an seslere (harmoniklerine) aynştırılmasına frekans analizi adı verilir (frekans analizi ile ilgili olarak Titreşim bölümünde verilen tanımlar ses ve gürültü konusu için de geçerlidir). Sesin yayılması, yutulması gibi konular sesin frekansına bağlı olarak farklılıklar gösterdiği için, gürültü denetimi ve benzeri incelemelerde frekans analizi çok önemlidir. Bir ses dalgası sonsuz sayıda hamoniğe ayrılabileceği için, frekans analizinde belli frekans aralıktan kullanılır. İnsan kulağı yaklaşık olarak 16-20 000 Hz frekansları arasını duyabilir. Bu sınırlar kişiye ve yaşa bağlı olarak değişildik gösterir. Kulağın en hassas olduğu frekans 3000 Hz dolaylandır. Normal bir konuşma 200-10 000 Hz frekans aralığını kapsar. Konuşmanın anlaşılabilirliği için ise 1000-2500 Hz aralığındaki frekanslar yeterlidir. Ses ve gürültü analizinde, incelenecek frekans aralığı oktav bandı adı verilen aralıklara bölünür. Standart olarak kullanılan oktav bantlarının merkez frekansları Sesin Ölçülmesi ayrımında verilmiştir. Oktav bant aralıklarının alt ve üst sınırlan da aynı ayrımda verilen eşitliklerden bulunabilir. Daha hassas analiz gerektiğinde 1/3 oktav, 1/10 oktav gbi daha dar frekans bantlan kullanılır. Örneğin, 1/3 oktav bandı bir oktavlık frekans aralığının 3 aralığa bölünmesiyle bulunur. Ancak bu bölünme lineer değil logaritmiktir. 2. SESİN ALGILANMASI VE DEĞERLENDİRİLMESİ Sesin Algılanması ve Değerleri Ses yüksekliği: insan kulağı aynı ses basıncı düzeyini yaratan iki ayn frekanstaki sesi değişik yüksekliklerde algılar. Bu nedenle bir sesin ses yüksekliği, sesin frekansı ve yarattığı ses basıncı düzeyi tarafından belirlenir. Ses yüksekliğinin düzeyi phon (ya da fon) ile ölçülür. Bir sesin phon olarak ses yüksekliği düzeyi, aynı yükseklikte algılanan 1000 Hz frekansındaki sesin ses basıncı düzeyinin sayısal değerine eşittir. Şekil.3 de normal bir insan kulağının aynı yükseklikte algılayacağı seslerin frekans ve ses basıncı düzeyi ile değişmleri eşyükseklik eğrileriyle gösterilmiştir.
Düzeltme faktörü DF (dB)
"S
N
N
\ j
/ Y/ \ Şekil3- Eşyükseklik eğrileri
Şekil.4- Ses basıncı düzeyini ses düzeyine çevirmek için kullanılan çevirim eğrisi
Gürültü birçok harmonikten oluştuğundan, bir ortamdaki gürültünün yüksekliğinin değerlendirilebilmesi için gürültü yüksekliğinin her frekanstaki harmoniğinin etkisini gözönüne alan bir değer ile ifade edilmesi gerekir. Bu amaçla, uygulama alanına ve gürültü türüne bağlı olarak değişik değerlendirme şekilleri geliştirilmiştir. Bunlardan en önemlileri aşağıda verilmiştir : Gürültü düzeyi (ses düzeyi) : Birçok değişik frekanstan oluşan seslerin yüksekliklerini kıyaslayabilmek için sesin frekans bantlanndaki bileşenlerinin bulunması, her frekans bandındaki bileşenin kulağın o frekans aralığın6-38
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ daki duyarlılığı göz önüne alınarak düzeltilmesi ve daha sonra bu bileşenlerin tekrar toplanması gerekir. Bu şekilde bulunan değere gürültü düzeyi (ses düzeyi) adı verilir. Ses düzeyinin ses basıncı düzeyinden ayrılabilmesi için, ses düzeyi dBA ile ifade edilir. Ses düzeyi, kulağın her frekansa gösterdiği değişik duyarlılığı gözönüne alacak şekilde ağırlıklama (düzeltme) yaparak sesin düzeyini doğrudan dBA olarak veren cihazlarla ölçülür. Ölçülen ses basıncı düzeyinden (dB), ses düzeyini (dBA) bulmak için kullanılan düzeltme eğrisi Şekil.4 de verilmiştir. Bir gürültünün ses basıncı düzeyi, frekans dağılımı bilgisi olmadan tek başına gürültünün yüksekliği hakkında hiçbir fikir veremezken; ses düzeyi, gürültünün yüksekliği ile ilgili bütün bilgiyi sağlar. Eşdeğer sürekli ses düzeyi : Ses düzeyinde alçalıp yükselmelerin olduğu ya da ses düzeyinin zamanla gelişigüzel değiştiği tür gürültülerin değerlendirilmesinde; ses düzeyinin zamanla değişimini incelemek yerine, sesin eşdeğer sürekli ses düzeyi kullanılır. Eşdeğer sürekli ses düzeyi (Leq), verilen bir zaman aralığında, söz konusu ses ile aynı toplam enerjiye sahip, sabit düzeydeki sesin ses düzeyi olarak tanımlanır. Leq dBA ile ölçülür. Tanımdan da anlaşılacağı gibi, Uq ölçümünde zaman da bir faktördür. Yani verilen bir zaman aralığı için eşdeğer sürekli ses düzeyinden söz edebiliriz. Zamanla değişme gösteren bir gürültünün belli bir zaman aralığı için ölçülen eşdeğer gürültü düzeyi, gürültünün insanlar üzerindeki etkisi bakınmından hemen hemen aynı etkiyi yapacak sabit değerdeki gürültü düzeyini verir. Ses etkilenim düzeyi : Eşdeğer gürültü düzeyinin yeterli bilgi sağlayamadığı bir durum, çok kısa süren ve birden yükseldikten sonra alçalan sesin değerlendirilmesidir. Böyle bir ses için Leq ölçülürse, ölçüm süresine bağlı olarak çok farklı değerler bulunur. Bu durumda, söz gelimi iki uçağın havalanma sırasında çıkardığı gürültülerin kıyaslanması Le4 ölçümleri kullanılarak yapılamaz. Gürültü düzeyinin zamanla değişmesi söz konusu olduğundan, bu durumda gürültü düzeyi ölçümleri de kullanılamaz. Bu tür seslerin değerlendirilmesinde ses etkilenim düzeyi (SEL) kullanılır. Ses etkilenim düzeyi, zaman aralığı bir saniye olan Leq olarak tanımlanır. Yani kısa sürede önemli düzey değişikliği gösteren bir sesin ses etkilenim düzeyi, aynı enerjiye sahip bir saniye süren sabit değerli bir sesin düzeyine eşittir. T saniye süren bir olayın neden olduğu sesin SEL değeri ile eşdeğer sürekli ses düzeyi Leq arasında U , = SEL-10 log T
(7)
bağıntısı vardır. Değişik SEL değerlerindeki n sayıdaki ayrı sesin, toplam T saniyedeki eşdeğer sürekli ses düzeyi Uq = 10 log İ 10 ( S E L i ' 1 0 ) - 10 log T
(8)
i = I
eşitliğinden bulunabilir. NR Değeri: Kapalı yerlerdeki arka plan (fon) gürültüsünün düzeyinin değerlendirilmesinde kullanılır. Gürültü sınıflandırma (NR) değeri, NR eğrileri (Şekil.5) adı verilen eğriler yardımıyla tanımlanır. NR değerini bulmak için, oktav bantlarında ölçülen ses basıncı düzeyleri (bunlara bant basıncı düzeyleri-BBD adı da verilir) NR eğrileri üzerinde işaretlenir. En büyük NR değerine yakın nokta gürültünün NR değerini belirler. Dolayısıyla, NR eğrilerinde her eğri, söz konusu NR değeri için ulaşılabilecek en yüksek bant basıncı düzeyini gösterir. NR eğrileri daha çok Avrupa'da yaygın olarak kullanılırlar. ABD'de ise NR eğrilerine benzer şekilde çizilmiş NC ve PNC eğrileri kullanılmaktadır. Gürültünün İnsanlar Üzerindeki Etkisi Gürültünün insanlar üzerindeki olumsuz etkileri iki genel grupta incelenebilir : a) İşitme duyusuna yaptığı olumsuz etkiler b) Bunun dışındaki fizyolojik ve psikolojik etkiler Gürültünün işitme duyusunda oluşturduğu etkiler geçici ve kalıcı olarak iki grupta toplanır. Kalıcı olan etkileri ya ani olarak ortaya çıkan kulak zarının parçalanması şeklindeki etkilerdir ya da zamanla ortaya çıkarlar. Çok yüksek düzeydeki ses, iç kulaktaki tüy hücrelerini zedeleyerek, korti organında çökme oluşturarak ya da işitme sinir hücrelerini zedeleyerek işitme duyusuna zarar verebilir. İşitme duyusu zedelenen kişide, işitme kaybı ya da işitme eşiği kayması adı verilen, işitme duyusunda azalma görülür. İşitme kaybı her frekansta farklı olabilir. İşitmeyi sağlayan tüy hücrelerinin zedelenmesi nedeniyle işitme kaybı doğmuşsa, hangi frekansa duyarlı tüy hücrelerinin zarara uğradığına bağlı olarak o frekansta işitme kaybı söz konusudur. Belli yükseklikteki bir gürültünün etkisinde kısa süre kalmak işitme kaybına yol açabileceği gibi, belli bir sürede zararlı olmayacak yükseklikteki 6-39
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ sesin etkisinde, çeşitli aralarla yıllarca kalmak da işitme kaybına yol açabilir. Kısa süreli yüksek düzeydeki gürültünün etkisinde kalmak geçici işitme kaybına da yol açabilir. Geçici işitme kaybına uğrayan bir kişi, gürültüsüz bir ortamda kalarak tekrar önceki durumuna kavuşabilir. Gürültünün insanlar üzerindeki öteki zararlı etkileri, fizyolojik ve psikolojik olarak iki grupta incelenebilir. En bilinen etkileri arasında şunlar sayılabilir : Kas gerilmesi, kan basıncında artış (yüksek tansiyon), kan dolaşımında değişim, göz bebeği büyümesi, uykusuzluk, stres, sinir bozukluğu, yorgunluk, korku ve tedirginlik. Fizyolojik ve psikolojik etkilerinin bir uzantısı olarak zihinsel faaliyetlerde yavaşlama ve iş verimimin düşmesi gibi çalışma yaşamını olumsuz etkileyecek sonuçlar da gözlenil'.
—— —*-
110
•o
->
Z so
v^
—
vv
W \
ncı
S so 2
u
S
30
—
— =
- .
—
—
—
—
12S —
—
—
.
—
1*— •
v
sS; ^\ SN* ^^ \ W s\\ S \ vv> S ^
—
—
• - — ,
N^ sV .s
V
130 —
—
-
—«.
•
^
^
»
^
—
^
—
.
^ —
—
0 -1
110
105 100 95 10 IS 10 75 70 55 E0 SS
^ i
wı
10
ıs
^
20 10
no
115
'—
~wo
&
1
" • ^ ^
110
10
~~
30 25 20 15 10 5
Sİ 12S 250 500 1000 2000 IOQO Oktav-bant merkez f r e k a n s ı (Uz)
Şekil.5- NR eğrileri 3. SESİN ÖLÇÜLMESİ Ses Düzeyi Ölçerler: Ses ve gürültünün ölçülmesinde yaygın olarak kullanılan, taşınabilir, pil ile çalışabilen, elde tutarak kullanılabilen cihazlardır. Şekil.6 da tipik bir ses düzeyi ölçer görülmektedir. Bir ses düzeyi ölçer, esas itibariyle, sesi algılayan ve elektrik gerilimine dönüştüren bir mikrofon, mikrofon sinyalini işleyen yükselteç (amplifikatör), filtre ve redresör devreleri ve işlenen sinyalin efektif (rms) değerini ölçerek dB (desibel) cinsinden gösteren bir göstergeden meydana gelir. Basit ses düzeyi ölçerlerin çoğu aşağıdaki ölçme olanaklarına sahiptirler : - Efektif değer ölçümünde hızlı (125-200 ms) veya yavaş (500 ms) ortalama süresi seçme olanağı, - dB (A) ölçmek için gerekli düzeltme devreleri, - 120 dB lik ses basınç düzeyi ölçme aralığı ve bu aralığı, cihaz göstergesinin tam sapmasına karşılık gelen 10 dB lik adımlarla kapsama olanağı, - Pil durumu kontrolü ve elektrik kalibrasyon imkanları. Ses düzeyi ölçerlerin kullanımı oldukça basittir. Endüstriyel gürültü ölçümlerinin çoğunda, mikrofonu gürültü kaynağına doğru, kendimizden mümkün olduğu ölçüde uzakta tutarak yöneltmek yeterli olabilir. Ses düzeyi ölçerlerin kullanımı ile ilgili ayrıntılı kurallar imalatçıların tanıtım yayınlarından kolaylıkla öğrenilebilir. Temel yapılan aynı olmakla birlikte, ses düzeyi ölçerler, çeşitli değişik standartlara ve performans koşullarına uygun olarak yapılınaktadular. 1EC651 standardında, ses düzeyi ölçerler, hassasiyetlerine göre, dört grupta toplanmışlardır: 6-40
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ
TiammM-
Şekil.6- 1/3 oktav filtreleri takılmış olan bir hassas ses düzeyi ölçer
Şekil.7- Tek kanallı bir F F f cihazı
- Tip 0 ses düzeyi ölçerler , laboratuvar cihazları olup, en hassas olan gruptur. - Tip 1 ses düzeyi ölçerler, BS 4197, DİN 45633, ANSI 1, APNOR 31009 ve IEC179 gibi standartları karşılayabilen hassas cihazlardır. - Tip 2 ses düzeyi ölçerler, DIN45634 standardını karşılayabildi genel amaçlı cihazlardır. - Tip 3 ses düzeyi ölçerler, BS3489, ANSI2, ANSI3 ve IEC123 standartlarına uygun olan endüstri tipi basit cihazlardır. Hassas ses düzeyi ölçerlerin ve genel amaçlı ses düzeyi ölçerlerin bazılarının sahip oldukları ilave ölçme olanakları şunlardır : - Daha geniş ses düzeyi ölçme aralığı. - dB (B), dB (C), dB (D) ölçmek için gerekli düzeltme devreleri - 1/1 veya 1/3 oktavlık harici filtreler takma olanağı. Bu sayede cihaz, frekans analizi için kullanılır hale gelir. Bazı pahalı tiplerde, frekans analizi filtreleri, cihaza dahili olarak monte edilmiş olarak bulunur. - Doğru akün (DA) ve alternatif akün (AA) çıkışları : AA çıkışı bir teybe veya bir frekans analizi cihazına bağlantı yapılmasında kullanılır. Teybe kayıt, pahalı ölçüm cihazlarının ölçüm yerine götürülmesinin mümkün olmadığı veya ileri sinyal analizlerinin gerekli olduğu durumlarda ihtiyaç duyulan bir olanaktır. DA çıkışı ise, ses düzeyi ölçerin bir grafik kayıt cihazına bağlanarak, ses basıncı düzeyindeki değişimlerin kağıda geçirilmesinde kullanılır. - Eşdeğer sürekli ses düzeyi (Le4) ölçme olanağı. - Darbe sesi ölçebilme olanağı Mikrofonlar : Ses düzeyi ölçerlerde kullanılan başlıca mikrofon tipleri, piezoelektrik ve kondansatör mikrofonlardır. Piezoelektrik mikrofonlarda günümüzde ferroseramik malzeme kullanılmaktadır. Bunların güvenilirlikleri ve performansları iyidir ve nispeten ucuz olduklarından, genel amaçlı ses düzeyi ölçerlerde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Kondansatör mikrofonlar, isminden de analaşılacaığı gibi, levhalarından biri ölçülecek olan sesin basıncı nedeniyle titreşen ince bir diyafram olan bir kondansatördür. Diyaframın titreşmesi kondansatör kapasitansında değişmler yaratarak, cihazın polarizasyon geriliminde, ses basıncı ile orantılı olan bir modülasyon yaratır. Polarizasyon gerilimi genelllikle seri bağlı bir dirençten uygulanmaktadır, fakat, polarizasyon gerilimi daimi olan kondansatör mikrofon tipleri de vardır. Kondansatör mikrofonların performansı iyidir, ancak, pahalı olduklarından v daha karışık ölçüm devreleri gerektirdiklerinden, daha çok hassas ses düzeyi ölçerlerde kullanılmaktadırlar. Kalibrasyon : Bir ses düzeyi ölçerin fabrika kalibrasyonu genellikle bir sene geçerlidir. Bir seneden sonra, sık aralıklarla, akustik kalibrasyon kontrolü yapılmalıdır. Günümüzde en çok kullanılan akustik kalibrasyon cihazı pistonfon'dur. Pistonfon, mikrofonun girebileceği büyüklükle bir hücresi olan ve bu hücrede 94 dB veya 124 dB lik bir ses basıncı düzeyi yaratan, taşınabilir, pille çalışan bir ses kaynağıdır. Gürültü Dozu Ölçerler : Gürültülü işyerlerinde çalışanların, gürültünün sağırlık riskini esas alan OSIIA veya ISO satndartlarındaki ölçütlere göre, çalışma süresi içinde etkisi altında bulundukları gürültü dozunu ölçen, kişi üzerine takılarak kullanılan cihazlardır. Bunların, Tip 2 ya da Tip 3 ses düzeyi ölçer hassasiyetine sahip tipleri vardır. 6-41
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ Bant-geçiren Filtreler : Frekansları, kendi frekans aralıkları içinde olan elektrik sinyallerini geçiren, diğer frekanslardaki sinyalleri geçilmeyen, analog veya dijital elektrik devreleridir. Bant-geçiren filtreler, sabit bant genişlikli ve orantılı bant genişlikli olmak üzere iki grupta toplanabilir. Sabit bant genişlikli filtrelerin geçirdikleri frekans aralığının genişliği sabit olup, frekansa bağlı değildir. Orantılı bant genişlikli filtrelerin geçirdikleri frekans aralığının genişliği ise, filtrenin merkez frekansı ile orantılıdır. Merkez frekansı fo aşağıdaki eşiktliklı: tanımlanır.
fo
=
Vf7717
(9)
Burada fi ve Î2 filtrenin uç frekanslarını göstermektedirler, yani filtrenin bant genişliği Af = İ2 - fi dir. Eğer A
(10)
ise, filtrenin %A lık olduğu söylenir, örneğin, %1 lik, %10 luk, vb. Uç frekanslarının oranı,
fi
(11)
olan orantılı bant genişlikli bir filtre, l/N oktav lık bir filtredir. En çok kullanılan oktav filtreleri, 1/1 ve 1/3 oktavlık olanlarıdır. Bunlar sırasıyla, %70,7 lik ve %23 lük filtrelerdir. Frekans Analizi : Nispeten ucuz olan frekans analizi cihazlarına da, ard arda, sırayla devreye sokulan 1/1 veya 1/3 oktavlık filtreler kullanılır. Bu filtrelerin merkez frekansları, bond genişlikleri yanyana gelecek şekilde ayarlanmış olup, standardlaştırılmış sayılardır. Örneğin, 1/1 oktavlık filtrelerin standard merkez frekansları şunlardır : 31,5 Hz, 63 Hz, 125 Hz, 250 I iz, 500 I iz, 1 kllz, 4 kllz, 8 kHz, 16 kHz. Nispeten düzgün ve sürekli frekans spektrumu olan sesler için 1/1 veya 1/3 oktavlık frekans analizi genellikle yeterlidir. Ancak, keskin zirveler içeren ses spektruınları için daha dar frekans genişlikli filtreleri olan frekans analizi cihazları gereklidir. Filtrelerin ard arda, sırayla devreye sokulmasının bir dezavantajı, her frekans bandı için elde edilen ses bassıncı düzeylerinin farklı zamanlara ait olmalarıdır. Daha pahalı frekans analizi cihazlarında, bu dezavantaj, filtreleri paralel bağlamak suretiyle giderilmiştir. Bu tip cihazlarda, filtreler aynı anda devreye sokulduklarından, her frekans bandındaki ses basıncı düzeylerini aynı anda ölçmek mümkündür. Paralel bağlı filtreleri olan frekans analizi cihazlarının frekans hassasiyetinin yüksek olması için içerdiği filtrelerin bant genişliklerinin küçijk olması, yani filtre sayısının çok olması gereklidir. Ancak, bu tip frekans analizi cihazları, 1/3 oktavdan daha küçük bant genişlikleri için ekonomik değildirler. Frekans hassasiyetini yükseltmenin bir yolu, merkez frekansları sabit olan çok sayıda filtre yerine, merkez frekansı değiştirilebilen tek bir orantılı bant genişlikli analog filtre kullanmak ve ölçülen frekans sahasını, filtrenin merkez frekansını sürekli biçimde değiştirerek süpürmektir. Ancak, merkez frekanslarının süpürülme hızı, filtrenin cevap süresinden kısa olamaz. Bu nedenle, frekans analizi, dar bantlar kullanıldığında, bir kaç saat gibi uzun bir zaman alabilir. Bu tip frekans analizi cihazlarının daha pahalı olan tiplerinde, ölçülecek olan sinyali hafızaya aldıktan sonra, bunu çok daha hızlı olarak geri vermek suretiyle bu sorunu çözmek imkanı bulunmaktadır. Günümüzdeki dar frekans bantlı sayısal (dijital) frekans analizi cihazlarında daha çok Fourier teknikleri kullanılmaktadır. Fourier tekniği ile sabit bant genişlikli bir frekans analizi elde edilir. Genellikle, hızlı Fourier dönüşümü veya kısa olarak FFT olarak bilinen algoritma kullanılmaktadır. Modern FFT cihazlarının örnekleme hızları, frekans spektrumlarının gerçek zamanda elde edilmesini sağlayacak ölçüde yüksektir. Şekil.7 de bir FFT cihazı görülmektedir. Kayıt: Ses basınç düzeylerinin zamana ve frekansa bağlı değişimlerinin kağıda geçirilmesi için kullanlan çeşitli tip grafik kaydediciler vardır. Ölçümlerin sonradan incelenmek üzere kaydedilmesi için ise ölçüm teypleri kullanılabilir. DIN62211-62212 veya ANSI X3.48 standartlarıyla uyumlu olan teypler ölçüm amaçları için uygundur.
6-42
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ 4. GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ Gürültü Düzeyi Sınırları Bazı kapalı ortamlar için sınır değeri olarak alınabilecek gürültü düzeyleri Çizelge.2 de verilmiştir. Bu değerler yalnızca genel bir bilgi sağlamaktadır. Çevre gürültüsünün ve iş yerlerinde oluşan gürültünün sınırlandırılması için her ülkede yasal düzenlemelere gidilmiştir. İzin verilecek en yüksek gürültü düzeyleri, gürültü etkisinde kalınan süreye bağlı olarak, yasa, yönetmelik ya da tüzüklerle belirlenmiştir. Ayrıca gürültünün değerlendirilmesi için ulusal ve ulusalararası standartlar getirilmiştir. Sekiz saatlik sürekli çalışma için izin verilen en yüksek gürültü düzeyi ülkelere göre 80-90 dBA arasında değişmektedir. Etki altında kalma süresi düştükçe izin verilen en yüksek gürültü düzeyi artar. Bu değerler standartlarda (ya da kanun ve yönetmeliklerde) verilmiştir. ABD'de1970 yılında uygulamaya konulan OSHA'ya göre, etki altında kalma suresi yarıya indikçe sınır değer 5 dB artar. ISO standardında ve bazı Avrupa ülkelerinde bu değer 3 dB olarak alınmıştır. Belirtilen gürültü düzeyi sınırları, sürekli olarak sabit düzeyde kalan gürültü içindir. Eğer bir kişi değişik sürelerde değişik düzeydeki gürültülerin etkisinde bulunuyorsa, gürültünün zaran ve söz konusu standarda uygunluğu açısından değerlendirilmesi gürültü dozu (D) olarak tanımlanan ve aşağıdaki eşitlikle bulunan değer esas alınarak yapılır : D= C,/T,
+ c/r 2 + + c/r n
(.12)
Burada; Q belli bir gürültü düzeyinde etki altında kalınan süreyi, Tj ise aynı gürültü düzeyinde izin verilen etki altında kalma süresini vermektedir. Eşitlik (12) den hesaplanan gürültü dozu D nin (1) sayısını geçmemesi gerekir. Eğer gürültü zaman içerisinde, eşitlik (12) yi kullanmayı olanaksız kılacak derecede sık değişiklik gösteriyorsa, kişinin etkisinde kaldığı gürültü dozu dozimetre adı verilen cihazlarla doğrudan ölçülür (bakınız Aynm 3). Çizelge.2- Bazı kapalı Ortamlar İçin Sınır Değeri Alınabilecek Gürültü Düzeyleri Ortam Yatak odası Toplantı odası Ofis Oturma odası Restoran Laboratuvar Mutfak Tamirhane Fabrika montaj alanları Fabrika üretim alanları Sürekli operatör istemeyen makina bölgeleri
Gürültü düzeyi sının (dBA) 35 35 40 40-45 45-50 50 55-60 60 75 80 90
ISO 1999 standardında ise, endüstriyel gürültü üst sınır değerleri, belli bir çalışma süresinde (toplam çalışma yılı olarak) işitme duyusunu kaybetme riskinin fonksiyonu olarak verilmiştir. Örneğin, 5 yıllık çalışma hayatı sonucu işitme duyusunun zarar görme riskini %4 aldığımızda, 90 dBA gürültü düzeyinde bir günde 8 saat çalışılmasına izin verilmektedir. Gürültü düzeyi sınırı 3 dBA arttıkça çalışma süresi yarıya inmektedir. Sesin Serbest Ses Alanında Yayılması Sesi yansıtacak hiçbir engelin bulunmadığı ortamlara serbest ses alanı adı verilir. Çevrede sesi yansıtıcı bina vb. yapının bulunmadığı açık alanlar serbest ses alanına en güzel örnektir. Serbest ses alanındaki bir ses kaynağının yarattığı ses şiddeti kaynaktan olan uzaklığın karesiyle ters orantılıdır. Buna ters kare kanunu adı verilir. Ters kare kanunu ses kaynağına çok yakın alanlar için geçerli değildir (ses kaynağının en büyük boyutunun iki katından daha yakın alanlar, ya da söz konusu sesin dalga boyundan daha kısa uzaklıklar). Bu alanlara yakın alan, bunun dışındaki alanlara ise uzak alan adı verilir. Uzak alan içerisinde, ses kaynağına olan uzaklığın iki katına çıkarılmasıyla ses şiddeti ve ses basıncı 4 kez azalır. Bu da ses basıncı düzeyinin yaklaşık 6 dB azalması demektir. Sesin Yankılanım Alanlarında Yayılması ve Oda Sabiti Yankılanım (çınlama), bir ses kaynağından yayılan sesin bir çok kez yansıması olayıdır. Kapalı bir mekandaki bir ses kaynağı aniden susturulduktan sonra sesin yansımalarından dolayı ses bir süre daha duyulabilir. Ses 6-43
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ kaynağının susturulmasından sonra kararlı ses basıncı düzeyinin 60 dB düşmesi için geçen zamana yankılanım süresi denir. Bir mekanın yankılanım süresi o mekanın akustik özelliklerini belirtir. Yankılanım süresi arttıkça çınlama fazlalaşır. Serbest ses alanlarında yankılanım süresi teorik olarak sıfırdır. Yankılanım (çınlama) alanı adı verilen ve yankılanım süresinin sıfırdan farklı olduğu kapalı mekanlarda ses kaynağından uzaklaştıkça elde edilen ses yüksekliği azalması, serbest ses alanlarında elde edilen ses azalmasından daha düşüktür. Mekanın sesi yansıtma özelliğine bağlı olarak, ses kaynağından uzaklaşmakla elde edilecek ses yüksekliği azalması, sıfır ile serbest ses alanındaki azalma arasında bir değer alır. Elde edilebilen en fazla ses yüksekliği azalması, yankılanım alanındaki ses yutumunun en fazla olduğu (yankılanım süresinin en kısa olduğu) zamandır. Ses yutumunun çok az olması, yani kapalı mekandaki yüzeylerin sesi çok iyi yansıtmaları durumunda ise ses kaynağından uzaklaşmak ses yüksekliğini değiştirmeyebilir. Bu durum ancak uzak alanda söz konusu olabilir. Ses kaynağından uzaklaşılmasına rağmen ses yüksekliğinin değişmediği alanlara dağınık ses alanı denir. Bir yüzeye gelen ses enerjisinin bir kısmı yansır bir kısmı ise yutulur (ses enerjisinden öteki enerji şekillerine çevrilir). Bir yüzeyde yutulan ses enerjisinin o yüzeye gelen toplam ses enerjisine oranına ses yutma katsayısı elenir. Ses yutma katsayısı (a), 0 ile 1 arasında değerler alabilir. ct=O tümüyle yansıtıcı yüzeyleri, a = 1 ise ses enerjisini tamamen yutan yüzeyleri gösterir. Bir yüzeyin ses yutma katsayısı, malzeme özelliklerine, kalınlığına ve frekansa bağlı olarak değişir. Bazı yapı malzemeleri için 125-4000 Hz oktav bantlanndaki ses yutma katsayıları Çizelge.3 de verilmiştir. Çizelge.3- Bazı Yapı Malzemeleri İçin Ses Yutma Katsayıları Oktav Bandı Merkez Frekansı (Hz) Malzeme
125
250
500
1000
2000
4000
Beton blok Beton blok (boyalı) Beton oda zemini Beton üzerine asfalt, kauçuk veya mantar kaplama zemin Cam (adi pencere camı) Cam (kalın plaka) Fiberglas levha (4 cm kalınlıkta delikli) Halı (beton üzerinde) Halı (kauçuk köpük üzerinde) Kontrplak levha (1 cm kalınlıkta) Mermer yer karosu Parke oda zemini Sıva Tahta blok (5 cm kalınlığında) Tahta zemin Tuğla Tuğla (boyalı)
0.36 0.10 0.01
0.44 0.05 0.01
0.31 0.06 0.015
0.29 0.07 0.02
0.39 0.09 0.02
0.25 0.08 0.02
0.02 0.35 0.18
0.03 0.25 0.06
0.03 0.18 0.04
0.03 0.12 0.03
0.03 0.07 0.02
0.02 0.04 0.02
0.86 0.02 0.08 0.28 0.01 0.04 0.14 0.01 0.15 0.03 0.01
0.91 0.06 0.24 0.22 0.01 0.04 0.10 0.05 0.11 0.03 0.01
0.80 0.14 0.57 0.17 0.01 0.07 0.06 0.05 0.10 0.03 0.02
0.89 0.37 0.69 0.09 0.01 0.06 0.05 0.04 0.07 0.04 0.02
0.62 0.60 0.71 0.10 0.02 0.06 0.04 0.04 0.06 0.05 0.02
0.47 0.65 0.73 0.11 0.02 0.07 0.03 0.04 0.07 0.07 0.03
Bir odanın her duvarının farklı bir ses yutma katsayısı olması durumuda, oda için aşağıdaki eşitlikle verilen ortalama ses yutma katsayısı kullanılır : S Sı
Burada,
(13)
ı = i ninci yüzeyin alanı, ! = i ninci yüzeyin, söz konusu frekans bandındaki ses yutma katsayısıdır. Oda sabiti R,
1-a
(14)
6-44
î'i
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ eşitliği ile tanımlanır ve söz konusu kapalı alanda sesin yankılanım (çınlama) derecesinin bir ölçüsüdür. Burada S odanın toplam yüzey alanı, öt ise odanın ortalama ses yutma katsayısıdır. Ses yutma katsayısı frekansa bağlı olarak değiştiği için, kapalı alanın oda sabiti de frekansa bağlıdır. Hesaplamalar genellikle her oktav bandı için yapılır. R nin değerinin büyümesi yankılanımın azaldığını, yani sesin oda içerisinde daha çok yutulduğunu gösterir. Serbest ses alanları için R sonsuzdur. R nin çok küçük olması, oda içerisinde çınlamanın fazla olduğunu, dolayısıyla ses kaynağından uzaklaşmanın ses yüksekliğini fazla değiştirmeyeceğini gösterir. Bir mekanın yankılanım süresi ile ortalama ses yutma katsayısı arasındaki ilişki, 20°C deki ses hızı 344 m/s alınarak, a<0.3 için T = 0.161 VAx S (saniye)
(15)
yazılabilir. Burada; V oda hacmi m3, S odanın toplam yüzey alanı ise m2 olarak alınmalıdır. T yankılanmanın süresi saniye olarak bulunur. Oda sabiti R ile yankılanım süresi T arasındaki ilişki ise R = S/(T s /0.161V-l) 3
2
(16) 2
eşitliği ile verilir. Bu eşitlikte de; t saniye, V in , S ise m alınmalıdır. Oda sabiti m olarak bulunur. Eşitlik (16), oda sabitinin, deneysel olarak ölçülen yankılanım süresinden hesaplanmasında kullanılır. 5. GÜRÜLTÜ DENETİM YÖNTEMLERİ Gürültünün rahatsız ediciliği, gürültünün a) yüksekliğinden, b) cinsinden, c) değişkenliğinden kaynaklanabilir. Endüstriyel gürültü denetiminin zorunluluğu, genellikle, rahatsız etmesinin ötesinde sağlığa zararlı olmasından kaynaklanmakladır. Kişileri gürültünün zararlı etkilerinden korumak için alınabilecek önlemler çok çeşitli olmakla birlikte bunlar aşağıdaki üç temel hedeften biline yöneliktir : a) Gürültüyü kaynağında azaltmak b) Gürültüyü kaynakla alıcı arasındaki yolda azaltmak c) Gürültünün algılandığı noktada önlemler almak. Temel kural, olanak varsa gürültünün kaynakta azaltılmasıdır. Gürültünün algılandığı noktada, yani kişisel koruyucular kullanılarak azaltılması en son denenmesi gereken çözüm yoludur. Uygulanacak gürültü denetimi yöntemi çok çeşitli etkenler gözönünde bulundurularak saptanır. Kaynakta gürültü denetimi : Kaynakta gürültü denetimi için kullanılan yöntemlerin başında kaynağın gürültü yalıtıcı hücre (yalıtım odacığı) içerisine alınması gelir. Kısmi ya da tam hücre kullanılabilir. Gürültü kaynağı makinanın daha sessiz bir makinayla değiştirilmesi, kaynağın oda içerisinde yerinin değiştirilmesi ve benzeri idari yöntemlerle de kaynakta gürültü denetimi sağlanabilir. Gürültü kaynağının özelliğine bağlı olarak; susturucu kullanımı, titreşimi azaltmaya yönelik geniş yüzeylerin sönümlenmesi, sesin yayıldığı kanalların ses yutucu malzemeyle kaplanması gibi birçok özel uygulama da bu gruptaki yöntemler arasında sayılabilir. Hücre (yalıtım odacığı) : Temel prensip; gürültü kaynağını örten hücrenin üzerinde açıklık bulunmaması, hücrenin yoğunluğu yüksek ve kalın malzemeden yapılması ve hücre iç yüzeylerinin ses yutma katsayısının elverdiğince yüksek olmasıdır. Hücre malzemesinin kalınlık ve yoğunluğunun belli bir değerden daha yüksek olmasının yararı olınıyacağından hücrenin öncelikle akustik tasarımının yapılması gerekir. Kısmi hücrelerle elde edilen gürültü azalması 10-15 dB i pek geçmez. Tam hücre ile ise genellikle 20-30 dB gürültü azalması sağlanabilir. Susturucu : Susturucular, akışkan ileten boru ve kanallarda, boru ve kanalların dışarıya ilettikleri sesin azaltılmasında, ya da dışarıya açılan boru ve kanalların neden oldukları gürültünün kontrol edilmesinde filtre elemanı olarak kullanılırlar. Susturucuların çok değişik şekilleri vardır. Bunların gürültüyü azaltma prensipleri de farklılık gösterir. Genleşme odalı susturucularda, boru ya da kanal kesitinde ani değişim sağlayarak gürültü azalması sağlanabilir. Endüstriyel kullanımı çok fazla olan bir susturucu tipi de fan gürültüsü denetiminde sık kullanılan ve sesin susturucu içerisinden geçerken ses yutucu malzemeler yardunıyla yutulması esasına dayanan susturuculardır. 6-45
SES VE GÜRÜLTÜNÜN DENETLENMESİ Kaynakla alıcı arasında gürültü denetimi : Bari yer kullanmak ve oda akustiğini değiştirmek en çok uygulanan yöntemlerdendir. Bu yöntemlerden ilki serbest ses alanlarında ve oda sabitinin çok büyük olduğu kapalı mekanlarda etkilidir. Oda akustiğinin değiştirilmesi de tam tersine oda akustiğinin küçük olduğu kapalı mekanlarda uygulanabilir. Gürültüden etkilenen kişilerin kontrol odası ve benzeri operatör hücresi içerisine alınması da kaynakla alıcı arasında gürültü denetiminin sağlanması yöııtemlerindendir. Bariyer : Bariyerler (ses engelleyicileri) gürültü kaynağı ile alıcı arasına konulan setlerdir. Amaç, kaynakla alıcı arasındaki, sesin serbestçe yayılabileceği, kaynaktan başlayıp bariyer kenarından geçerek alıcıya ulaşan doğrusal çizginin uzunluğunu artırmaktır. Bu çizginin uzunluğu, bariyer konmadan önceki, kaynakla alıcı arasındaki en kısa doğrusal uzaklıktan ne kadar fazla olursa bariyer o kadar etkili olur. Bariyerle en fazla gürültü azalması sağlayabilmek için ya gürültü kaynağının ya da alıcının bariyere elverdiğince yakın olması gerekir. Bariyerin gürültü kaynağına bakan yüzünün ses yutucu malzemeyle kaplı olması da bariyerin etkisini artırır. Bariyer uygulamasında gürültüyü azaltan etken, bariyer malzemesinin yalıtım özelliği olmayıp, sesin alıcıya doğrudan değil dolaylı yoldan ulşmasıdır. Bu nedenle bariyer malzemesi olarak genellikle herhangi bir malzeme kullanılabilir. Ancak, kaynağa yakın olan bariyerlerde bariyerin kaynağa bakan yüzünün ses yutma katsayısının yüksek olması gerekir. Bariyer önemli düzeyde gürültü azalması elde etmek üzere tasarlanıyorsa bariyer malzemesinin yoğunluğu ve kalınlığı önem kazanabilir. Bariyerlerle 10 dB üzerinde gürültü azalması sağlayabilmek güçtür. Erişilebilecek en yüksek değer ise 15-25 dB arasındadır. Oda sabiti küçük olan kapalı mekanlarda bariyer uygulaması gürültü azalması sağlayamaz. Oda akustiğinin değiştirilmesi : Kapalı bir mekandaki iç yüzeylerin ses yutma özellikleri değiştirilerek, oda sabiti de değiştirilebilir, iç yüzeylerin ses yutucu malzemeyle kaplanmasıyla ya da tavandan asılan ses yutucu malzemelerle odanın ortalama ses yutma katsayısının otıden a: ye çıkarılmasıyla sağlanabilecek gürültü azalması 10 log c^/ctı eşitliğinden bulunabilir. Bu eşitlik, gürültü kaynağından uzaktaki noktalar için kullanılabilir. Oda akustiğinin değiştirilmesi, gürültü kaynağına yakın noktalarda gürültü azalması sağlamaz. Oda akustiğini değiştirmenin etkili olup olmayacağını görebilmenin yöntemi; gürültü denetiminin yapılacağı noktada ölçülen gürültü düzeyinin, kaynaktan uzaklaşmakla değişip değişmediğine bakmakta-. Kaynaktan uzaklaşmak gürültü düzeyini değiştirmiyorsa, yani söz konusu alan dağınık ses alanı ise, oda akustiğinin değişmiyle yukarıdaki eşitlikken bulunan değer kadar gürültü azalması elde edilir. Eğer tam tersi bir durum varsa, yani kaynaktan uzaklaştıkça gürültü düzeyinde de azalma oluyorsa, oda akustiğinin değiştirilmesiyle yukarıdaki eşitlikten bulunan değerden daha az bir gürültü azalması elde edilebilir. Kaynaktan olan uzaklığın iki katına çıkarılmasıyla gürültü düzeyinde 6 dB azalma oluyorsa, oda akustiğini değiştirmenin hiç bir yararı olmaz. Verilen eşitlikten görüleceği gibi, dağınık ses alanlarında dahi yüksek değerde gürültü azalması sağlayabilmek için ortalama ses yutma katsayısında çok büyük artışların olması gerekir. Örneğin 10 dB azalma için ortalama ses yutma katsayısının 10 kat artması gerekir. Ortalama ses yutma katsayısını iki katına çıkarmak ancak 3 dB ses azalması sağlayabilir. Kişisel koruyucularla gürültü denetimi : Gürültünün algılandığı noktada gürültü denetimi kulak tıkaçları ve kulaklıklarla (manşonlarla) sağlanabilir. Kişisel koruyucularla, genellikle en az 15 dB gürültü azalması sağlanabilir. Gürültünün frekans dağılımına ve koruyucunun özelliklerine göre sağlanan gürültü azalması 30-35 dB i geçebilir. Uygun kulak koruyucusunun seçiminde esas alınacak iki temel etken, istenilen ses azalmasının sağlanması ve kullanım rahatlığıdu'. Kulak koruyucuları için her frekanstaki sesi ne kadar azalttığı deneysel olarak saptanmış olmalı ve uygun koruyucu bu bilgiye ve söz konusu gürültünün frekans özelliklerine dayanarak seçilmelidir. Gürültü denetimi için alınabilecek önlemler yönetsel ya da mühendislik uygulaması .şeklinde olabilir. Yukarıda sayılan önlemlerin çoğu mühendislik uygulamasıdır. İş saatlerinin yeniden düzenlenmesi, gürültülü ve gürültüsüz işlerde çalışanlar arasında vardiye uygulanması gibi yönetsel uygulamalarla, çalışanların gürültüden etkilenme süreleri denelim altında tutulabilir. Mühendislik uygulamaları arasında sayılabilecek etkili bir denetim yöntemi de işlem ve tezgah seçiminde, fabrika içi yerleşimde ve ileriye dönük gelişine planları yapılırken gürültünün de bir faktör olarak dikkate alınmasıdır.
6-46
KAYNAKÇA (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
ÖZGÜVEN, H.N, On thc Critical Speed of Continuous Shaft-Disk Systems Transactions of ASME : Journal of Vibration, Acoustics, Strcss and Reliability in Design, c. 106, n.l, s. 56-61, 1984. LEISSA, A.W., Thc Frce Vibration of Rcctangular Platcs, Journal of Sound and Vibration, c.31, n.3, s.257-293, 1973. BLEVINS, R.D., Furmulas for Natural Frcqucncy and Mudc Shape, Van Nostrand Reinhold Co», 1979. BROWN, D.N. and JORGENSEN, J.C., Machine-Condition Monituring Using Vibration Analysis Brüel and Kjear Application Notes. ANGELO, M., Vibration Monituring of Maclıines, Technical Review, Brücl and Kjear, n.l, s. 1-36, 1987. ÖZGÜVEN, H.N., Endüstriyel Gürültü Kontrolü, MMO Yayın No: 118, Ankara, 1986. IRWIN, J.,D., Industrial Noise and Vibration Control, Prenlice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, 1979.
İLGİLİ TSE STANDARTLARI TS TS TS
295 296 298
TS TS TS TS
854 1309 2214 2373
TS TS
2381-82 2493-94
TS
2542
TS TS TS TS TS TS TS
2604-09 2635 2673 2709-10 1716 2877 3052
Devirli (peryodik) Olaylar Büyüklükleri ve Birimleri Mekanik Büyüklükleri ve Birimleri Eiziksel Bilimlerde ve Teknikte Kullanılan Matematiksel İşaretler ve Birimleri Ses ve Gürültünün Güç ve Yeğinlik (Şiddet) Seviyelerinin İfadesi Akustik Büyüklükleri ve Bilimleri Taşıtların Çıkardığı Gürültünün Ölçülmesi Makina Gürültülerinin Ölçülmesine Özgü Deney Kodlarının Hazırlanması Kuralları Konutlarda Ses Yalıtımı ve Darbe Sesi Geçişlerinin Ölçülmesi Akustik - Ses Akord Frekansını ve Ses Şiddet Seviyesini Hesaplama Yöntemi Havaalanı Çevresindeki Uçak Gürültüsünün Tanımlanması için Yöntem Akustik - Gürültünün Değerlendirilmesi Akustik - Gemilerde Gürültünün Ölçülmesi Akustik - Havadaki Gürültülerin Ölçülmesi Akustik - Gürültü Kaynaklarının Tayini Akustik - Gürültünün Değerlendirilmesi Akustik - Çınlama Süresinin Ölçülmesi
Eylül 1965 Eylül 1965 Mart 1979 Nisan 1970 Mart 1973 Ocak 1976 Nisan 1976 Nisan 1976 Ocak 1977 Şubat 1977 Mart 1977 Mart 1977 Mart 1977 Nisan 1977 Kasun 1977 Mart 1978
6-47
M
•
t
MAKINA MÜHENDİSLİĞİ
E L KİTABI Ciltl
ÜRETİM VE TASARIM Baskıya Hazırlayan A. Münir CERIT ( Makina Yük. Mühendisi) 2. Baskı
TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Ekim 1994
Yayın no: 169
tmmob makina mühendisleri odası Sümer Sokak 36/1-A 06440 Dcmirtepc / ANKARA Tel : (0-312) 231 31 59 - 231 80 23 Fax : (0-312) 231 31 65
Yayın no : 169
ISBN : 975-395-124-8 (Tk. No) ISBN : 975-395-125-6 (1. Cilt)
Bu Yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO'nın izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. Ekim 1994 - Ankara
Dizgi: Ali Rıza Falcıoğlu (Makina Mühendisleri Odası) Baskı: MF Ltd. Şti. Tel: (0-312) 425 37 68
BOLUM 7
MALZEME İLETİMİ
Hazırlayan A. Münir CERİT - M;ık. Yük. Mühendisi, Danışman
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Sayfa 1. Malzeme İletiminin İlkeleri 2.
Malzemenin Sınıflandırılması ve Özellikleri
3. Kaldırma Makinaları
02 02 03
Sayfa 11. Paletli Götürücüler
96
12. Kürekli Götürücüler
104
13.
V-Kepçeli, Mafsallı-Kepçeli ve Döner-Tablah Götürücüler
109
4. Dökme Malzemenin Taşınması
10
14. Yüksek Götürücüler
114
5. Endüstriyel Arabalar
14
15. Arabalı Götürücüler
116
6. Yükleyiciler
19
7. Yükleme ve Boşaltma Düzenekleri
25
16. Vagonlu ya da Platformlu Götürücüler 17. Kepçeli, Kefeli ve Döner Tepsili Yükselticiler
120
18. Helezon (Vidalı) Götürücüler
134
19. Havalı Götürücüler
137
20. Hidrolik Götürücüler
137
GÖTÜRÜCÜLER 8. Götürme Makinalarının Genel Kuramı
41
9. Götürme Makinalarının Ana Bölümleri
52
10. Kayışlı Götürücüler
58
118
KAYNAKÇA
138
İLGİLİ TSE STANDARTLARI
138
7-01
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ 1. MALZEME İLETİMİNİN İLKELERİ Malzeme iletim düzenekleri, genellikle birçok bağımsız mekanizmayı içerirler. Bunlar, fabrikanın tasarımında olduğu kadar ilgili üretim sürecinde de birinci derecede önemi olan bir işletme ağıyla bütünleşirler. İşletmede kaldırma, öteleme gibi bağımsız hareketler ya da bunların karmaşık birleşimleri istenebilir. Taşınan mallar sıvı, katı ya da bunların karışımı olabilir. Katılar da taneli, dökme mal ya da paketlenmiş dununda olabilirler. Sıvılar ve taneli mallar da konteynerler içinde taşınabilirler, yani bunlar da paketlenmiş mal sayılabilirler. Gerekli hareketin türü. götürülecek m/ılın tür ve sürekliliği, götürülecek miktar ve uygulanacak süreç; istemlerin karmaşık bir bütününü oluştururlar. Sistemin ekonomik ve teknik yeterliliği için bunların teker teker ve dikkatle incelenmesi gerekir. Bu bölümde incelenecek malzeme iletim çeşitleri şunlardır: a) Kaldırma, b) Sürükleme, çekme ve itme, c) Taşıma ve kaldırmanın birlikte yapılması, d) Götürme (dökme ya da paketlenmiş malların sürekli götürülmesi), e) Yükseltme (Elevation). f) Hava yardımıyla (pnömatik) götürme. g) Hidrolik yöntemle götürme.
2.MALZEMENİN SINIFLANDIRILMASI VE ÖZELLİKLERİ Taşınacak yükün türü ile fiziksel ve mekanik özellikleri, bir götürme makinasının ve onun ana bölümlerinin türünü belirlemekte ve tasarım ilkelerini saptamakta ana etmenlerdir. Fabrika içi taşımada, yükler birim yükler (unit loads) ve dökme yükler (bulk lo*ds) diye iki bölüme ayrılırlar. Birim yükler, genellikle sayı ile anılan parça malları (örneğin, makina parçalan ve bütünlenmişleri, döküm kalıplan, vb.), taneli mallan (kutular, sandıklar, fıçılar, ambalajlı mallar, kaplar, vb.) ve ayrıca kütle halinde taşınan az çok büyük boyutlu ve belli biçimlerdeki diğer mallan (örneğin, ingotlar, döküm kalıpları, yapı bloklan, haddelenmiş kirişler, kütükler, vb.) kapsar. Birim yükler dıştan-dışa ölçüleriyle, biçimleriyle, parça ağırlıklarıyla, dikerek ya da asarak taşımaya uygunluklanyla ve eğer varsa özel nitelikleriyle belirtilirler. Bu özel nitelikler arasında sıcaklık (sıcak döküm kalıplan ya da döküm parçalan), patlayıcılık, yanıcılık, kırılganlık, vb. sayılabilir. Dökme yükler (malzemeler) ise tepeleme doldurulan taneli ve pudra halinde (powdered) çeşitli mallan içerir (maden cevheri, kömür, turba, döküm kumu, hızar talaşı, çimento, vb.). Dökme yükler parça-boyutu (ayn parçacıkların boyutlanna göre dağılımı), yığma (tepeleme) ağırlığı ve özgül ağırlık, nem miktarı, parçacıkların hareketliliği, şev açısı, aşındıncılık gibi fiziksel ve mekanik özellikerine göre nitelendirilirler. Bu özellikleri aşağıda ayrı ayn görelim. Parça-boyutu (Elek analizi): Yığından alınmış belli bir kütledeki parçacıkların boyutlanna göre niceliksel (kantitaif) dağılımına, yükün granülometrik yapısı (kompozisyonu) ya da parça-boyutu (lump-size) denir. Parçacıkların boyutu çizgisel (lineer) olarak milimetre birimiyle belirlenir. En büyük çizgisel boyut olan (a) köşegenin uzunluğu parçacığın boyutunu verir. Götürücü ile yardımcı donatımın tasarımı için gerekli parametrelerden bir bölümünü bu parça boyutu niteliği belirler (Şekil. 1). 7-02
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ
Şekil. 1- Bir dökme yük parçacığının boyutları 0,1 mm den büyük parçacıklar içeren malzemelerin parça-boyutunu belirtmek için bu malzemeler, arka arkaya farklı ölçülerdeki eleklerden geçirilirler. 0,1 mm den küçük parçacıklı dökme malzemelerin granülometik yapısı ise farklı boyuttaki parçacıkların su ya da havadaki çökelme hızlarının farklı oluşuna dayanan özel bir yöntemle belirtilir. Bir dökme malzeme, yapısındaki (kompozisyonundaki) parçacıkların düzgünlüğüne (üniformluğuna) göre (soyutlandırılmış (sized) ya da boyutlandırılmamış (unsized) diye sınıflandırılır. içindeki en büyük parçacık boyutunun (a m a k s ) en küçük parçacık boyutuna (a,,,^) oranı 2,5 den fazla olan malzeme boyutlandırılmamış malzeme olarak adlandırılır. Boyutlandırılmış. yani az çok türdeş (homojen) malzemelerde a m a k s : a,,,^, < 2,5 dur. Boyutlandınlmış malzemeler, ortalama parça büyüklüğü diye anılan
değeri ile nitelendirilirler. Boyutlandırılmamış malzemeler ise en büyük parçacığın boyutuna eşit olan a' ölçüsü ile nitelendirilirler. Bir malzemeden alınan numunede, (0,8 a,,,^) dan (a,,,^) a kadar boyutlardaki bir bölüme ait malzemenin ağırlığı numunenin toplam ağırlığının yüzde 10 unu geçerse (a,,,^) parça boyutu, bu malzemeye ait maksimum parça boyutu olarak kabul edilir. Yani, a' = a,,,^ alınır. Ancak, bu bölümün ağırlığı numunenin toplam ağırlığının 0,10 undan az ise bu kez (0,8 a,^,,) en büyük parça boyutu olarak alınır. Yani, a'= 0,8a maks olur. Çizelge. 1- Dökme Yüklerin Parça Boyutlarına Göre Dağılımı
Yük grubu
Karakteristik en büyük parçacık boyutu (a1), mm
Büyük-parçalı Orta parçalı Küçük-parçalı Taneli (granül) Pudra
160 60-160 10-60 0,5-10 0,5 7-03
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Dökme malzemeler, parçacıkların boyut ölçülerine göre büyük-parçaü, orta-parçah, küçük-parçalı dökme mallar, taneli dökme mallar ya da pudra halinde mallar diye bölümlere aynlırlar(Çizelge. 1). Götürme makinalannın yük taşıyan elemanlarının boyutları ile siloların, yükleme haznelerinin ve olukların ölçüleri hesaplanırken dökme malların parça-boyutu dikkate alınmalıdır. Yığma ağırlığı ve özgül ağırlık: Dökme malzemenin birim hacminin ağırlığına (y) yığma ağırlığı denir. Ge3 3 nellikle kN/m (ya da N/l), bazan N/m olarak ölçülür. Taneli ve pudra malların yığma ağırlığı Şekil. 2 de gösterilen özel düzenekle belirlenir. Bu düzenek belli hacimdeki 1 kabı (genellikle 1-3 litre arasında), bu kaba bağlı 2 çubuğu ve bu çubuk çevresinde dönen 3 silme kapağından oluşur. Parça boyutu büyüdükçe daha büyük hacimli kap kullanılır. Bir malzemenin yığma ağırlığını bulmak için, kaba bu malzeme doldurulur. Son 3 kapağı kabın üstüne getirilerek malzemenin fazlası sıyırüır. Bu durumda kap tartılır.
Şekil. 2- Serbest-akışlı bir malzemenin yığma ağırlığını belirtmek için kullanılan düzenek 7-04
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Malzemenin yığma ağırlığı diye, kaptaki malzemenin net ağırlığının kapladığı hacme oranına denir. Bir malzemenin gözenekli durumdaki yığma ağırlığı ile (y), sıkıştınlmış durumdaki yığma ağırlığı ( sıkıştırılmış) arasında ayınm yapılır. Bir dökme-yük, düzgün bir statik ya da dinamik sıkıştırma ya da sarsma ile sıicıştıralabilir. Sıkıştırılmış bir malzemenin ağırlığının, sıkıştırmadan önceki ağırlığına oranına o malzemenin sıkıştırma katsayısı denir. Bu sayı, çeşitli dökme yükler için 1,05 ile 1,52 arasında değişir. Dökme malların, yığma ağırlıklarına göre bir sıralaması Çizelge. 2 de verilmiştir. En çok taşınan malzemelerin yığma ağırlıkları ise Çizelge. 3 de gösterilmiştir. Bir götürme makinasının kapasitesinin ve yükleme haznelerinin duvarları ile çıkış ağzına gelen basıncın hesaplanmasında yığma ağırlık çok önemli bir parametredir. Çizelge. 2- Dökme Yüklerin Yığma Ağırlıkarına Göre Dağılımı
Yük grubu Hafif Orta Ağır Çok ağır
Yığma ağırlığı kN/m* 6 6-12 11-20 >20
Malzeme Hızar talaşı, turba, kok Buğday, çavdar, kömür, cüruf Kum, çakıl, cevher Demir cevheri, paket taşı
Bir malzemenin özgül ağırlığı ise onun 100-150 °C sıcaklıkta kurutulmuş parçacıklarının ağırlığının, yer değiştirdiği hacimdeki suyun ağırlığına oranına denir. Hidrolik ya da havalı (pnömatik) tip malzeme taşıma donatımının hesabında malzemelerin özgül ağırlıklarını dikkate almak gerekir. Parçacıkların kayganlığı ve şev açısı: Gevşek bir malzeme (dökme mal) yatay bir düzlem üzerine serbestçe saçıldığı zaman yatay düzlemle bir (cp) şev açısını yapar. Bu açının büyüklüğü, parçacıkların karşılıklı kayganlığına bağlıdır: kayganlık büyüdükçe açı küçülür. Dökme malların şev açısı statik ((p) ya da dinamik (cpdin) olarak tanımlanabilir. (pdin yaklaşık olarak 0,7 (p ye eşittir. Statik şev açısı çeşitli basit düzeneklerle belirlenebilir. Örneğin iki ucu açık bir silindir (Şekil. 4) bu iş için kullanılabilir. Silindir, yatay bir düzlem üzerinde dikilerek içine malzeme doldurulur. Sonra silindir dikkatlice yukarıya kaldırılarak malzemenin düzlem üzerine dökülmesi ve bir koni oluşturması sağlanır. Bu koninin ana doğrusunun yatay düzlem ile yaptığı açı, malzemenin statik şev açısıdır. Şev açısı, çeşitli açı ölçerlerle ölçülür.
Şekil. 3- Yatay bir yüzey üzerine saçılmış serbestakışlı malzemenin doğal şev açısı
Şekil. 4- iki tarafı açık bir silindirde yığma açısının belirlenmesi 7-05
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Dinamik şev açısı (%(„), yatay düzlem düşey doğrultuda titreştirilerek bulunur. Bir dökme malzemenin çelik, ağaç, beton, lastik plaka, vb. gibi malzemeler üzerindeki sürtünme katsayısı, götürme makinalannın ve yardımcı donatımının tasarımında dikkate alınmalıdır. Sürtünme katsayısı, yükleme hazne ve bacalarının, iletim düşülerinin (oluklarının) duvar ve köşe eğimleri ile bazı götürücülerin maksimum eğimlerini belirler. Burada (fo) ve (f) malzemenin durağan (sükunette) ve hareket halindeki sürtünme katsayıları ve (p 0 ) ve (p) ise aynı durumlardaki sürtünme açılandır. En çok taşınan malzemelere ilişkin şev açılan ile sürtünme katsayıları Çizelge. 3 de verilmiştir (1). Aşmdıncılık: Dökme malzemenin parçacıklarının, hareket halinde iken, temasta bulundukları yüzey üzerinde meydana getirdikleri aşındırma yüzeyleri, taşınan malzeme tarafından aşınmaya uğratılırlar. Aşınmanın büyüklüğü malzemeyi oluşturan parçacıkların sertliğine, yüzey şartlarına, şekline ve boyutlarına bağlıdır. Kül, boksit, alümina, çimento, kırılmış cevher, kum, pomza taşı ve kok gibi bazı dökme malzemeler yüksek oranda aşındırıcıdırlar. Özel nitelikler: Bunlar nem miktarı, sıkıştınlabilme, yapışkanlık, kırılganlık, nem tutuculuk, zehirleyicilik, koroziflik, patlayıcılık, vb. gibi nitelikleri kapsar. Bütün bu niteliklerin, götürme makinalarının ve yardımcı donatımının tasarımında göz önünde tutulması ve malzemelerin bu niteliklerinin, donatım ve ortam üzerindeki zararlı etkisini giderici tedbirler alınması zorunludur. Çizelge. 3- Dökme Malzemelerin Yığma Ağırlıkları, Şev Açıları ve Sürtünme Katsayıları Şev açısı Derece
Statik sürtünme Katsayısı,/,,
Din.
Malzeme
Yığma ağırlığı kN/m3
Stat
«P'di.
Antrasit, ince, kuru Alçıtaşı. küçük-parçalı Kil, kuru. küçük-parçalı Çakıl Toprak, kuru Döküm kumu, sallanmış Kül. kuru Kireçtaşı, küçük-parçalı Kok Buğday unu Yulaf (tane) Hızar talaşı Kum, kuru Buğday Demir cevheri Turba, kuru, parçalı Kömür, tuvenan Çimento, kuru Cüruf, antrasit Kırma taş Klinker
8-9.5 12-14 10-15 15-19 12 12-13 4-6 12-15 3.6-5.2 4.5-6.5 4-5 1.6-3.2 14-16 6.5-8.2 21-24 3.2-4 6.5-7.6 10-13 6-9 18 15
27 — 40 30 30 30 40 30 35 49 28 — 30 25 30 40 35 35 35 35 34
45 40 50 45 45 45 50 45 50 55 35 39 45 35 50 45 50 50 45 45
Çelik üzerinde
Ağaç üzerinde
Lastik üzerinde
0.84 0.78 0.75 1.0 1.0 0.71 0.84 0.56 1.0 0.65 0.58 0.80 0.80 0.58 1.2 0.75 1.0 0.65 1.0 0.63 0.15
0.84 — — —
_ 0.82 — —
1.0 0.7 1.0 — 0.78 — — 0.58 0.80 1.0 — — —
0.61 — — 0.85 0.50 0.65 0.56 0.50 — 0.7 0.64 0.66 0.6 —
Sürtünme katsayısı dökme malzemenin sürtünme açısıyla bağıntılıdır. Yani
(1) 7-06
/=tgp Çizelgede verilen değerler katı ve kesin değildirler. Malzemenin gerçek özellikleri verilmediği zaman kaba bir kılavuz görevi yaparlar. Bir ve aynı malzemenin bile yığma ağırlığının, şev açısının ve sürtünme katsayısının ortalama değerlerden önemli ölçüde sapmalar gösterebileceği unutulmamalıdır.
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ 3. KALDIRMA MAKİNALARI Manila Kendirinden Halatla Kaldırma Yeni kendir halat, eskisinden (kullanılmışından) daha katıdır ve eğilmeden doğan sürtünme kayıpları daha büyüktür, sonuç olarak verim düşüktür. Manila kendirinde emniyet, verimden daha önemlidir. Örneğin, kılavuz halatı 5000 N luk bir çekme kuvvetine çalışacak 8 damarlı halata sahip bir palanganın adsal (nominal) kapasitesi, yeni halatla 15 000 N, eski halatla 20 000 N olmalıdır. Şekil. 5 de 6 halatlı bir palanga düzeneği görülmektedir. Palanganın üst ve alt makaraları birbirlerine dik konumdadırlar. Tel Halatla Kaldırma Çizelge. 4, tel halatların güncel çekme kuvvetinin, teorik değere oranını (verimi) göstermektedir. Çizelge. 4 deki değerler 200-600 kN (20-60 ton) arasındaki yüklerle yapılan testlerde, usta operatörlerle ve uygun çalışma koşullarında elde edilmişti
Şekil. 6- Halat sarma yöntemiyle çalıştırma
Şekil. 5- Yivli palanga
Çizelge. 4- Tel Halatlarda Verim (%)* Burma sayısı
2
4
6
8
10
15
20
5/8" (lGmm) halat
95
90
87
83
80
73
67
3/4" (19 mm) halat
93
89
86
82
79
71
65
7/8" (22 mm) halat
93
88
85
82
78
70
63
1 " (25 mm) halat
92
88
84
80
76
68
61
* American Bridge Halat Tamburları ve Makaraları Tel halatlar yük kaldırma, çekme ya da güç iletimi işlemlerinde çeşitli biçimlerde kullanılabilirler: 1.
Yivli ya da düz bir tambur üzerine tek ya da çok sıralı olarak saıılmak suretiyle. Tambur silindirik, konik, kesik koni biçiminde ya da bu ikisinin birleşiminden oluşmuş biçimde olabilir. Tambur üzerine sarılma işlemi genellikle çekme ve kaldırma işlemlerinde uygulanır. 7-07
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ 2.
Bir kabestan (vinç = ırgat = bucurgat) kafasına sarılmak suretiyle (Şekil. 7). Halatın ilk sarımı büyük çaplıdır, birkaç sarım yapılır ve küçülen bir çapa sarılma ile işlem biter. Çekme kuvveti halatın serbest (gevşek) bölümüne uygulanır. Yük altında, bir yan kayma etkisi nedeniye halat ve kabestan kafasında aşınma olur. Bu yöntem kabestan kafalarında, araba çekicilerinde ve kesikli kaldırma - taşıma işlerinde uygulanır.
3.
Bir sonsuz halatı iç bükey bir tambur ya da makara üzerine bir çok sıralı (katlı) olarak sarmak suretiyle. Halatın gergin tarafı yukardaki bir tambura sarılır. Gevşek tarafı ise aşağıdaki bir kuyruk makaraya sarılır. Çekme bu makaraya uygulanır. Tambur üzerinde oluşan yan kayma sakıncalıdır ve bu yöntem çok kullanılmaz.
'VTemplet
-Templet
Şekil. 7- Kabestan kafası
Şekil. 8- Doğru açılmış makara yivi
4.
Sonsuz bir halatın bir çift yivli tambur üzerine birkaç kez sarılması ve tamburlardan da çekme kuvvetinin uygulandığı bir kuyruk makaraya gönderilmesi suretiyle. Bu yöntem, sonsuz halatla taşımada, yüksek hızlı yükselticilerin (elevatörlerin) çekme birimlerinde, vb. kullanılır. Tambur çaplan arasındaki açı daraldıkça sürtünme artar. Çalışma saatleri uzun ve yük fazla ise halat ve yivlerde kayma, sürtünme ve sarılma-çözülme işlemlerinden dolayı bozulma olur.
5.
Ağaç, deri ya da kauçuk kaplanmış yivlerle donatılmış makaranın çekme kuvvetiyle. Bu yöntem,yüksek hızlı tel halatlarla yapılan güç iletiminde uygulanır. Bu büyük çaplı makaralar kepçe sistemi kaldırmada karşı ağırlıklı kafeslerle kullanılır.
6.
Yakalama makaralı sonsuz halatlı sistemlerde. Bu uygulama genellikle teleferik sistemlerinde görülür. Makara yivi içine belli aralıklarla yerleştirilmiş yaylı çeneler, halatın basıncıyla açılıp onu yakalarlar ve ayrılma noktasında halatı bırakırlar.
Makara ve Tambur Boyutları Halatın üzerinde hareket ettiği makara ya da tamburun çapı büyüdükçe halatın ömrü artar. Ancak, bu da daha yüksek bir maliyet anlamına geleceğinden, halat ömrü ile bu maliyet artışları arasında bir ara çözüm (optimum) aranır. Böylece, aşağıdaki (en küçük) ekonomik tambur ve halat çaplan bulunmuştur. Çizelge. S- Tambur ve Makara Çaplarının Halat Çapına Oranı Halat Ölçüsü (Burma say. x Tel sayısı)
6x7
6x8
6x19
6x25
6x30
Minimum oran
42
42
30
30
30
îstenen oran
72
72
45
45
45
6x37
8x19
18x7
18
21
34
27
31
51
7-08
t'illi'
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Minimum oran, yerin sınırlı olmadığı, ancak halat kullanımında ekonominin önemli olduğu durumlarda uygulanmalıdır. 2- İstenen oran, maden asansörleri, kovalı elevatörler. ağır hizmet kreynleri, sıcak metal kreynleri ile güvenliğin birinci derecede olduğu ve halat kopmasından ileri gelen duruşların hoş karşılanmadığı durumlarda uygulanmalıdır.
Notlar: 1 -
Doğru Yiv Ölçüsü Bir mastarla açılan yiv çapı, halat çapından hafifçe büyük olmalıdır. Yeni halatın çapı, kullanılmışa göre biraz daha büyük olduğundan, yiv mastarının çapı, yiv çapından, aşağıdaki değerler kadar büyük hazırlanmalıdır.
Halat çapı (inç)
Mastar çapının farkı (+ inç)
Halat çapı (inç)
Mastar çapının farkı (+ inç)
5/16 ve aşağı
1/64 - 1/32
19/6-1 1/4
3/32 -5/32
3/8 - 3/4
1/32 -1/16
1 9/16-2 1/4
3/32 -5/32
13/16 - 1 1/8
3/64 -3/32
2 5/16 ve yukarı
1/8- 3/16
Tel Halatın Harap Olması Tel halatların harap olmasını sonuçlayan başlıca etmenler şunlardır: - Sürtünme aşınması, - Malzeme hatasından kaynaklanan tel kırılmaları, - Eğilme gerilmesinden kaynaklanan kırılmalar, - iç ve dış korozyon, - Halattaki çelik malzemenin yorulması. Bütün bu etmenlerin sonucu halattaki kırılmış tellerle kendini gösterir ve halatın görünümü onun hizmetten çıkartılması konusunda kılavuz görevi yapar. Halatın ıskartaya çıkartılması konusundaki çizelgeler ve kurallar yalnızca öğüt niteliğindedir. Örneğin, bütün atölye kreynlerini bir tek sınıfa sokamayız. En iyisi her birimi ayn olarak dikkate almak, halatı düzenli biçimde incelemek, tellerdeki kırılma ve aşınmayı not ederek kaydını tutmaktır. Gözlemlenen olgulara göre bir standart ömür saptamalı ve ıskartaya ayrılan bir halata uygulanan çekme deneyleri, beklenenden daha yüksek bir direnç gösteriyorsa, yeni bir emniyet faktörü kabul ederek yeni bir düzenleme yapılmalıdır. Tel Halatın Erken Elden Çıkması Halatta erken gözlemlenen yetmezlikler mutlaka yapım hatalarına bağlanamaz. Bundan dikkatsiz kullanım ve sarım da sorumlu tutulabilir. Bir tel halatın ömrü, onu kullanan personel arasında kurulacak bir uyulması zorunlu kurallar ve rekabet sistemiyle arttırılabilir. Tel Halatın Bağlanması Bir tel halat yüke yuvalı (soket) ya da U saplaması ve kelepçe yöntemiyle (Şekil. 9 ve 10) bağlanabilir. Doğru yapıldığı zaman birinci yöntem halatın tüm direncini temsil eder, ancak aşağıda sayılan zayıf yanlan vardır: - Kötü işçilik gizlenebilir, - Gözle muayene hemen yapılamaz, - Halat rijid biçimde tutulduğu için eğilme etkisi yuvanın hemen üzerinde yoğunlaşır, - Hazırlamak güçtür. 7-09
MALZEME tLETtM DÜZENEKLERİ Kelepçelerle sıkıştırmada ise halat kapasitesinin en çok % 85 inden yararlanılabilir (verim). Bu sıkıştırma, halatı kelepçenin uygulandığı yerde bereleyip kırabilir, ayrıca kayabilir de. Ancak, muayenesi ve hazırlanması kolaydır. Halatın Tambura Bağlanması Şekil. 9 da tel halatın, bir elektrikli kaldırma makinasının tamburunun çevresindeki hazır yuvaya takılıp çözülme biçimi görülmektedir. Tamburun son yivi geniş eğrilik yançaplı bir yuva biçimindedir ve tel halatın ucundaki soketin tamburun içine girmesini sağlar. Vidalı bir boru tapası aradaki boşluğu doldurur ve soketi yerinde kilitler. Tapa çözülerek soket dışarı çekilir ve halat serbest bırakılır.
lib Şekil. 9- Tel halatın tambura bağlanması
Şekil. 10- Zincirin tambura bağlanması
Tamburun son yivleri (ya da göbeği) kolay yaklaşılabilir durumda ise -halatı güven altına almak için- kullanılmayan (çözülmeyen) birkaç sanm yapılır ve halatın ucu kendisiyle ya da tamburun kollarından (parmaklarından) birisiyle kelepçelenir. Tambur üzerinde halatın oturduğu yivler çok iyi yuvarlatılmış olmalı ve halata zarar verecek keskin çıkıntılar bulunmamalıdır. Şekil. 10 da bir zincirin son halkasının tamburuna bağlanması görülmektedir. Burada, ucunda zincir baklasıyla aynı çapta bir tespit parmağı bulunan dövme çelikten bir kelepçe kullanılır.
4. DÖKME MALZEMENİN TAŞINMASI Havadan Taşıma Malzemenin, belli aralıklarla dizilmiş destekler üzerinde giden tel halata bağlı kovalarla havadan taşınmasıdır. Taşıma genellikle terminal adı verilen uç noktalar arasında yapılır. Havadan taşıma tek halatlı ya da çift ha] allı olabilir. Tek halatlı taşımaya bir örnek Şekil. 11 de gösterilmiştir. Şekilden görüleceği gibi, sonsuz halat kovalan (vagonları) hem taşır hem de hareket ettirir (çeker). 30 km uzunluğunda ve 300 000 kN/yıl taşıma kapasitesindeki tek halatlı bir taşıma sisteminin maliyetinin, kamyonla taşımaya göre 1/3 olduğu görülmüştür. Kazı Yapan Kovalar Halatlı kovaların kazı yapan (çekme halatlı kova-dragline bucket) ya da malzemeyi yüklendikten sonra kapanan (grab bucket) türleri vardır.
Şekil. 11- Tek halatlı havadan taşıma
7-10
•ıı:ın T I
ı
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Kaldırma Mağnetleri Özellikle demir-çelik türünden çeşitli boyutlarda ve biçimlerdeki (sıcak ya da soğuk) malzemenin gerek köprü, monoray, vinç vb. taşıyıcılarla götürülmesinde kullanılan araçlardır. Bir doğru akım üretecinden aldığı akımla beslenen magnet adlı uç, her türlü çalışma koşulunda yüksek hız ve verimle çalışır. Kreynler Malzemeyi kaldırıp kendi ekseni çevresinde dönerek başka bir noktaya boşaltan türüne kule kreyn (pillar crane), hem döndürüp hem de farklı uzaklığa taşıyan türüne kuleli değişken yarı çaplı kreyn (jib crane), enine ve boyuna hareketle malzemeyi belli bir alanda her noktaya taşıyabilen türüne de gezer köprülü kreyn (bridge crane) adı verilir. Portal Kreynler •İstif alanının bütününü tanyabilecek biçimde raylar üzerinde hareket eden ters U biçiminde bir çerçeve ile onun üstünde tek ya da çift ray üzerinde boydan boya hareket edebilen (çerçeveden dışan da çıkabilen) ve yükü taşıyan bir arabadan oluşan kreyndir.
Şekil. 12- Bir portal kreynle malzeme istifi Bu tür taşıyıcılar özellikle termik santrallarda kömürün ve limanlarda çeşitli malların yüklemeboşaltılmasında ve istif edilmesinde kullanılırlar. Çizelge. 6 da Alman DİN normuna ve F.E.M. standartlarına göre kreynlerin sınıflandırılması gösterilmiştir. Havalı (Pnömatik) ve Hidrolik İletim*1» Götürücüleri Dökme malzemenin taşınmasında en yüksek verim sürekli götürme yöntemiyle elde edilir. Bu kesime giren götürücüler, başlıca: a) Kayışlı (bandlı) götürücüler, b) Kovalı yükselticiler (elevatörler), c) Helezon (vidalı) götürücüler, d) Paletli, tepsili, platformlu vb. özel amaçlı götürücüler. Havalı götürmede iletim borusu mümkün olduğu kadar düz ve kısa, dirsek zorunlu ise eğrilik yarıçapı en az 3 boru çapı kadar olmalıdır. Boru çapı, sürtünme kayıplarını yenecek ve malzemenin çökelmesine izin vermiyecek bir hava hızına göre hesaplanmalıdır. (1) Bu tür götürücüler, bir boru ya da kanal içindeki düşük yoğunluklu ve serbest akışlı asılı malzemenin yüksek hızlı bir hava akımı içinde iletimini sağlarlar. Havalı götürmeye en uygun malzemeler tane (granül) mantar ve plastik ham maddesi, tahıl, hızar talaşı, odun yongaları, un ve uçucu küldür. 7-11
Çizelge. 6- Kreynlerin Tasarım ve İşletmesine İlişkin Standardlar
DİN 15018 DİN 15020 Çelik Yapıların irdeleme ve Analizleri
Kaldırma Düzenekleri Halat Kaldırma Düzeneklerinin Temel Prensipleri Yükleme Grupları
Çalışma
Gezer köprüler, yarı-portal kreynler. arabalı ya da döner (sleewing) kreyn
112
B4, B5
Kanca
Liman kreynleri. döner tablalı
H3
B5
Kreynler. yüzer kreynler, seviyeli ayarlı döner kreynler
H4
B6
Yengeç (Grab) Magnet Kanca
İşletme Grubu
m
B3 B4
Yük Kaldırma Aracı
Elle çalışır kr. Montaj vinci Termik santral ve
A1-A2 A1-A2 A2-A4
Kanca Kanca Kanca
1 Bm
Stoklama ve ıslak
A5
1 Am
Stoklama ve ıslak Atölye kreyni Gezer köprü, hurda taşıma ve yükleme
A6-A8 A3-A5
Yengeç ve Mgnet Mgnet Kanca
A6-A8
Kepçe
Kepçe kreynler Daldırma (su verme) çukuru kreynleri Çelikhane yükleme
A6-A8
Kepçe
A8
Özel Magnet ve Kanca Magnet
lEm 1 Dm 1 Cm
3m
4m 5m
Kamyonlu kreyn. mobil kreyn Ağır-hizmet tipi kamyonlu kıeyn. ağır hizmet tipi mobil kreyn
H2
B3
Hl
B4 Bl B2
-
-
Kreyn Cinsi
Grubu
2m Ray üzerinde gezer döner tablalı kreynler
Yard. Tcs. e' c' hl
Konteyner kreynleri (köprü ya da döner tab.) Diğer köprü kıeyn Kuru dok kreynleri, yüzer kreynler
A6-A8 A5-A6 Kanca A4 A3-A5 A6-A8
Ağır yükler için yüzer kreyn ya da delikler (>1000 kN) A2-A3 Güverte kreynleri A3-A5 Kule vinçler A3-A4 Derikler Trene yüklü kreynler
A2-A3 A4
Kanca Kanca Kanca Özel Kanca Yengeç ya da Magnet Çeşitli Çeştili
N
m
pt
.ETM D
Kald. Sınıfları
Avrupa Kaldırma Düzenekler i Yapımcıları Federasyonu (F.E. M)
m
Pm M -
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Boru üzerinde gerekli sıklıkta temizleme kapaklan bulunmalıdır. iletim boruları uzun yatay ve kısa düşey bölümlerden oluşuyorsa -hava hızını yükselterek kaldırma kuvvetini arttırmak için- bu bölümlerde boru çapı küçültülebilir. Eğer düşey borular oranla uzun iseler çap küçültme yapılmamalı, ancak hız ve emme değerleri, tüm sistemde gerekli kaldırma kuvvetini sağlıyacak biçimde seçilmelidir. Ana boru (ya da aspiratörü) ana boruya (kollektöre) bağlıyan boru ile emme borusunun çapları, deneylere dayanarak belirlenir. Bütün kolların debileri toplamı, vantilatörün (ya da aspiratörün) debisini verir. Aspiratörde Emme Hattaki toplam direnç aşağıdakilerden oluşur: (a)
Çeşitli davlumbazlardaki (emme ağızlan) emmeler (deneyle bulunur),
(b)
Ana boru (kollektör) deki kayıp,
(c)
Borudaki sürtünme kaybı.
Boru Kayıpları Borudaki sürtünme kaybı koldaki kayıpla kolun girdiği yerden aspiratöre kadar olan kollektör kaybının toplamıdır. Boru uzunluğuna, her dirsek için 10 çap eklenmelidir. Sistemdeki toplam kayıp, yani aspiratörde gerekli statik basınç (a), (b) ve (c) değerlerinin toplamıdır. Şekil. 13 de, havalı (pnömatik) götürücüye bir örnek verilmiştir.
Şekil. 13- Bir havalı götürücü örııeği-Nuveyor yöntemi kül atma 1) Su hattı, 2) Çok jetli egzoster, 3) Götürücü hattı, 4) Egzostere buhar hattı, 5) Zaman motoru kumandası, 6) Buhar vanası, 7) Kül depolama tankı, 8) Hava atma, 9) Drenaj, 10) Döner atma kapağı, 11) Hava yıkayıcı, 12) Depo
7-13
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ S. ENDÜSTRİYEL ARABALAR Ana Türler ve Amaç Ray üzerinde yürümeyen taşıyıcılar iskele, fabrika salonları ya da yollar boyunca taşıma işlerinde kullanılırlar. El arabaları, küçük yükler ve kısa uzaklıklar için; çekici ve treylerler ya da kendiliğinden-hareketli kamyonlar ise bunun zıddı durumlarda kullanılırlar. Endüstriyel arabalar çoğunlukla parça-mallann atölye içi ve atölyeler arası taşınmasında kullanılırlar. Dökme mallar bazen kaplar (containers) içinde, daha seyrek olarak da açık kasa içinde taşınırlar. Endüstriyel arabalar çoğu kez yükü yükleme noktasında kaldırmaya ve varış noktasında indirmeye yan yan yardımcı parçalarla donatılırlar. Endüsriyel arabalar, hareket yörüngesinin karmaşık olduğu ve birçok kollara ayrıldığı, trafiğin sık olmadığı ve götürücü, ray üstü ve yüksek götürme donatımının ya da pahalı vinçlerin uygun olmadığı yerlerde ekonomik bir uygulama alanı bulurlar. Bu arabalar en çok fabrikalarda ve parçalan iş istasyonları arasında taşımakta ya da onları ambara göndermekte, demiryolu istasyonlarında yükleri iletmede, yere indirmede, vb. kullanılırlar. Endüstriyel arabaların başlıca üstünlüğü hareketlerinin sınırlı bir yörüngeye indirgenmiş olmaması ve gerekli zaman ve yerde yönlerini değiştirebilmeleridir. Dar koridorlarda hareket edebilmek için bu arabaların yüksek manevra yeteneğine sahip olmaları, yani küçük yarıçaplarda dönebilmeleri ve istenen her yönde kalkabilmeleri gerekir. Endüstriyel arabaların başarısı, geniş çapta, döşeme ve yol kaplamasının kalitesine ve çalışma şartlarına bağlıdır. Arabanın hareketini kolaylaştırmak için özel yollar yapılır. Bunlar ksilolit, çimento-beton, asfalt-beton, klinker şap (çimento ya da dökme demir), beton taban üzerine ağaç parke, yürüyüş yollan ve diğer tür sert döşemeolabilir. Hareket yollan düzgün ve temiz, mümkün oldukça yatay ya da hafif eğimli olmalıdır. El Arabaları El arabaları iki, üç ve dört tekerlekli olabilirler. Tekerlekler genellikle lastik kaplamalıdır ve bilyah yataklar üzerinde dönerler.
â HU fl<
&
-G D-
(o)
(b)
-0—0-
#
(C)
&
d)
(c)
&
(f)
Şekil. 14- Üç ve dört tekerlekli el arabalarının tekerlek montajını gösterir şema
7-14
MALZEME İLETÎM DÜZENEKLERİ İki tekerlekli arabaların tekerlekleri dingil üzerine serbestçe takılmıştır. Arabalar genellikle özel tutucularla donatılmıştır: kıskaç, tepsi, çatal, mahfaza, vb. Yükü üzerlerine aldıktan sonra döşeme seviyesinden hafifçe yukarıya kaldırır ve böylece taşımayı kolaylaştırırlar. Üç tekerlekli arabalarda üç tekerlekten birisi düşey eksen çevresinde döner (Şekil. 14a ve b). Üç oynak tekerlekli bir araba kolaylıkla döner ve her yönde hareket eder. Dört tekerlekli arabalarda bir çift tekerlek oynak olabilir (Şekil. 14c) ya da iki tekerleği düşey eksen çevresinde dönen bir dingile bağlı olabilir (Şekil. 14d). Orta eksenin önünde ve arkasında iki ayrı oynak tekerlek olabildiği gibi (Şekil. 14e) dört tekerlek bağımsız ve oynak olabilir (Şekil. 14f). Üç ve dört tekerlekli arabalar da, iki tekerleklilerde olduğu gibi, çeşitli yükler için tablalarla (platformlarla) ya da özel biçimdeki yükleri yüklemek ve boşaltmak için özel yardımcı parçalarla donatılırlar. Şekil. 16 da görülen el arabasında ön tekerlekler mafsallı (oynak) ve tabla yükselebilir türdendir. Araba, önceden sehpalar ya da raflar (Şekil. 19 a bakınız) üzerine yerleştirilmiş yükleri taşımaya yarar. Arabanın tablası sehpanın altına sürülür ve çekme kolu aşağı yukarı hareket ettirilerek mekanik ya da hidrolik bir düzenekle (Şekil. 16 da olduğu gibi) tabla kollar üzerinde yukan kaldırılır. Bu kollar bir tablanın kendisi mafsallı bir paralelkenar meydana getirirler. Böylece tabla, sehpayı döşemeden yukarı kaldırır.
Şekil. 15- Tekerlekli el arabası
Şekil. 16- Yükselir tablalı el arabası
Bir kilit düzeneği ile tabla bu durumda tutulur ve yük, döşeme seviyesinden yukarda götürülür. Varış yerinde çekme kolunun yukarıya doğru bir hareketi ile tabla kilitli durumundan çözülür ve sehpa, ayakları üstüne konarak altından araba çekilir. Çekiciler ve Treyler Taşıma kapasitesinin düşük olduğu durumlarda el arabaları uygundur. Yüklerin sayısı, ağırlığı ve taşıma büyüdüğü zaman çekici-treyler birleşimleri kullanılır: Kendiliğinden hareketli (motorlu) kamyonlar ya da bir yüklü treyler katarını çeken çekiciler. 7-15
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Çekiciler (traktörler) elektrik motorlu (temaslı ya da akümlatörlü) ya da içten yanmalı motorlu olabilirler. Bir temas telinden güç alan çekicilerin basit yapı, düşük maliyet, düşük güç tüketimi gibi üstünlükleri yanında, tüm hareket yolları boyunca elektrik döşenmesi zorunluluğu vardır ki bu da onların başlıca değeri olan manevra yeteneğini ortadan kaldırır. Yörüngenin düzgünsüz ve kollara ayrılmış olduğu fabrika koşullarında tel çekilmesi genellikle elverişsizdir. Bu nedenle, hemen hemen yalnız akümlatör bataryasından güç alan endüstriyel araba ve çekiciler kullanılır. Bataryaların bir sakıncası, çarpmalara karşı duyarlı olmaları, akü doldurma istasyonunun gerekmesi, öz ağırlığın büyük olması, yüksek güç maliyeti, akümlatörlerin doldurulması ve değiştirilmesi için ek bir işgücünün gerekmesidir. İçten yanmalı motorlarla donatılmış çekiciler ve kamyonlar bu kötü etkenlerden andırlar. Ancak, egzost gazlan havayı kirlettiğinden kapalı yerlerde kullanılamazlar. Bundan başka, tasarım ve kumanda bakımından içten yanmalı motorlar elektrik motorlanndan daha karmaşıktırlar. Eğer patlamaya karşı koruma isteyen yerlerde çalışacaklarsa daha ileri karmaşıklık ortaya çıkar. — 1100
-i
Şekil. 17- Bir akümlatörlü çekicinin genel görünüşü Kendiliğinden Hareketli (Motorlu) Araçlar Kendiliğinden hareketli arabalar ya şasiye göre sabit ya da sehpalar üzerine, kaplar içine önceden yerleştirilmiş malların çabuk yükleme-boşaltmasını yapmak üzere, yükseltilebilir tablalara sahip olabilirler. Bu, tür arabaların başlıca çalışma üstünlüğüdür. Yükü kaldırmak üzere çatallar ya da diğer bağlantı parçalarıyla donatılmış olan arabalar (fork-lift) bu türün özel bir grubunu oluştururlar. Bu çatallı arabalar Aynm. 6 da ayrıntılı olarak incelenmiştir. Şekil. 18 akümlatör bataryasından güç alan 2 ton kaldırma kapasitesinde ve sabit tablalı bir arabayı gösteriyor. Arabanın akümlatörleri tablanın altına konmuştur ve bu nedenle tabla, döşeme seviyesinden oldukça yüksektir (600 mm). Bu da ağır yüklerin döşemeden alınıp kamyona yüklenmesini zorlaştıran bir sakıncadır. Ancak bu özellik, bu arabaların büyük çaplı tekerlek takarak (400 mm) geniş boyutlu bir tabla ile verimli ve yumuşak bir hareket yapmasını sağlar.
7-16
MALZEME ÎLETİM DÜZENEKLERİ
Şekil. 18- Akümlatör bataryasından güç alan sabit tabla araba Altlıklar Çatallı arabanın yükü kolayca alarak istenilen yere (taşıyıcı ya da istif yeri) koyabilmesi için, yükle birlikte taşınan altlıklar düşünülmüştür. Bunların en çok kullanılanları sehpa ve paletlerdir. Şekil. 19 da değişik türden sehpalar, Şekil. 20 de de çift yüzeyli paletler gösterilmiştir.
Şekil. 19- Yükleme sehpaları
Şekil. 20- Çift yüzeyli paletler
Raysız Taşıyıcıların Hesabı Gerekli araba sayısının belirlenmesi. Bir arabanın yük taşıma kapasitesi G (N) ve ortalama yükleme verimi Kİ ise her seferde taşınan yük ağırlığı K,G olur. Her sefer Ts dakika sürüyor ve gecikme katsayısı K2 (K2 = 0,9) ise bir arabanın götürme kapasitesi, Q'=
60K,K,G 1000T. 7-17
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ ve Q kN/sa kapasitesindeki arabalardan gerekli sayı
tor
z = Q/Q' araba olur. K[ in değeri, çeşiti yük türleri için önemli sınırlar arasında değişik ve çalışma koşullarının düzenleme biçimine de bağlıdır, l.evha ya da şerit madenden yapılmış taslaklar, parçalar, orta büyüklükteki dövme ya da döküm parçalan gibi yükler için K l ş 0,8-0,1 arasında alınır, ince duvarlı dökümler, şekil verilmiş parçalar, takımlar, çeşitli yardımcı parçalar için K(, 0,1-0,2 değerine kadar düşebilir., Bir seferin (gidiş-geliş) toplam süresi her iki yönde L(m) yolunu v ort (ın/dak) ortalama hızıyla (genellikle arabanın en yüksek hızının yüzde 60-70 idir) almak ve yükleme-boşaltma sırasındaki duruşu Td karşılamak için gerekli zamandan meydana gelir. Yükseltilebilir tablalı bir araba için Td ortalama 1,0-1,2 dakikadır. Bu arabalar için T<=—- + 2Td dir. Sabit tablalı bir arabayı yüklemek ve boşaltmak için gerekli zaman yükün türüne, çalıştınlan işçilerin sayısına ve işlemin düzenleme biçimine bağlıdır. İşçi başına vardiyada A kN luk bir emek verimliliği, vardiya başına (n) çalışma saati ve toplam x tane işçi ile
Td =
60 Ki G
d a k
elde edilir.
1000 A- x n Elle yükleme ve boşaltma işlemleri için işçi başına verimlilik t => 1.5 dak/kN yük alınabilir. Buradan
Td=
1M
1000 x
dak.
bulunur.
Çekme kuvvetinin belirlenmesi. Eğer arabanın öz ağırlığı Go N ve çekmeye direnç katsayısı w' ise yatay çekmede gerekli çekme kuvveti, Wo = (G + G0)w' N olacaktır. w' çekine direnci katsayısı yürüyüş yolunun cinsine, yüzey durumuna, tekerlek çapına, yatak ve lastik türlerine göre değişir. Ortalama koşullar için w' = 0,012-0,015 dir. Eğer yürüyüş yolu 8° yi geçmeyen bir eğimde gidiyorsa Wo = (G + G o ) (w' + sin P) = ((G + G o ) (w' + i) olur. Burada i. eğimli yolun yükselme miktarının yatay izdüşümüne oranına eşit olan yol gradyanıdır. Çekme kuvveti belirlendikten sonra, verilen bir hıza karşılık olan gücü hesaplamak kolaydır. Bazı durumlarda, döndüren tekerlekler ile yol yüzeyi arasındaki adezyon kuvvetinin değerine bağlı olan en yüksek yol gradyanını (imaks ) belirlemek zorunludur. Eğer döndüren (muharrik) tekerlekler üzerindeki yük ve araba ağırlığı k(G + G o ) [burada k yük dağılım katsayısıdır] ve sürtünme katsayısı f ise maksimum adezyon kuvveti P m a ) a = k(G+G 0 )f ve maksimum yol gradyanı, 7
"18
ita
fit
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ k(G + G0)f = (G + G o ) (w' + i ^ , ) eşitliğinden 1
= kf - w
bulunur.
Aynı yolla, Ga ağırlığındaki bir çekici (traktör) için, herbiri G^y (N) ağırlığında olan yüklü treyler sayısını da belirleyebiliriz. Yatay bir yörüngede
ve buradan, f
^tr
z
bulunur. W G In , v
Küçük bir i gradyanlı eğimli bir yörüngede, maksimum treyler sayısı şu şekilde bulunur: kG,j.f > G lr i + zG^y (w' + i)
ve buradan
z = ^^~ ^ W' + İ
• Gırey
Asfalt ve beton üzerinde f sürtünme (adezyon) katsayısı, kuru yüzeyler için 0,7-0,8; ıslak yüzeyler için 0,30,4 dür. 6. YÜKLEYİCİLER Ana Türler ve Amaç Yükleyiciler (loaders). yükleme işlemlerini mekanikleştirmeye yarayan hareketli kaldırma ve götürme makinalandır. Bunlar ambarlarda, inşaat alanlarında ve dökme malzemelerin ve parça-malların yol, demiryolu ve su yoluyla taşınmasında kullanılırlar. Ayrıca, yüklerin ambar içinde götürülmesi, boşaltılması ve istif edilmesi için de kullanılır. Yükleyiciler geniş bir taşıma makinaları grubunu içerirler. Bu makinalar sürekli ve kesikli olmak üzere ikiye ayrılırlar. Birinci bölükte taşınabilir ve hareketli götürücüler ve götürücü-yükleyiciler; ikincide ise tek-kepçeli yükleyiciler (motorlu kepçeler) ile motorsuz ve kendiliğinden-hareketli kaldırma arabaları vardır. Sürekli makinalar yalnızca diğer makinalarla ya da elle kendi üzerlerine yüklenmiş olan malzemeleri götürmeye yararlar. Özel bir besleyici ile donatılmış sürekli makinalara götürücü-yükleyiciler denir. Kendi kendini yükleyen yükleyiciler, yalnız dökme malzemeler için kullanılırlar. Hareketli ve taşınabilir yükleyiciler, kütle halinde taşınan dökme malzemeler ve parça-mallar için kullanılırlar ve üniversal türden (hem dökme malzemeleri hem de parça-malları taşıyan) ya da özel amaçlı makinalar olabilirler. Hareketli götürücüler, taşıma ray üzerinde değilse, tekerlekler üzerinde yürürler Basitlik ve hafiflik sağlamak amacıyla kendiliğinden hareketli olmayıp dışardan uygulanan bir çekine kuvveti ile hareket ettirilirler. Taşınabilir götürücülerin tekerlekleri yoktur. Götürücü-yükleyiciler genellikle kendiliğinden hareketli olup tekerlekler (ray üzerind'" gkleııkr ı].ş;'.rda bırakılıyor) ya da tırtıllar (paletler) üzerine ycleştirilıııişlordir. 7-10
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Tekerlekler ya da tırtıllar üzerinde yerleştirilmiş bulunan kaldırıcı-yükleyiei kesikli makinalar tek-kepçeli yükleyici ya da motorlu kepçe (power shovels) diye adlandırılırlar. Bir yükselebilir bumba (mast) ve yükü kaldıran, taşıyan, bırakan yardımcı parçalar içeren tekerlekli kesikli makinalara kendiliğinden-hareketli yükselticiler (kaldırma ve istif makinaları) adı verilir. Tek-kepçeli yükleyiciler dökme malzemelerde; çekilir ve kendiliğinden-hareketli yükselticiler parça-mallarda ve daha seyrek olarak dökme malzemelerde kullanılırlar. Sürekli Yükleyiciler a) Hareketli ve Taşınabilir Götürücüler Hareketli ve taşınabilir götürücüler kayışlı (belt), kürekli (flight) ve paletli (apron) türden olabilirler. Kayışlı götürücüler dökme malzemelerin, hafif parça-mallann; kürekli götürücüler dökme malzemelerin ve paletli götürücüler ise daha çok kütle halinde taşınan parça-mallann götürülmesinde kullanılırlar. Hareketli götürücüler genellikle aşağıdaki karakteristiklerde olurlar: 400 mm kayış genişliği için uzunluk 5, 7,5, 10 m; 500 mm kayış genişliği için 10, 15, 20 m; kayış hızlan 0,3; 1; 1,6; 2,5 ve 4 m/s. 15 m uzunluğundaki bir hareketli kayışlı götürücünün genel görünüşü Şekil. 21 de verilmiştir.
Şekil. 21- Hareketli bir kayışlı götürücü Şekil. 21 de gösterilen götürücünün 1 bumbası köşebentlerden ve kaynakla yapılmış olup üçgen kesitlidir. Böylece, hafiflikle yüksek rijitliği birleştirmiştir. Bumbanııı üst flanşı yüklü kayış şeridini taşıyan ikili makara takımlarını taşır. Tek-makarah alt avaralar ise yüksüz şeridi taşular. İki tane mafsallı şasi taşıyıcı (2 ve 3) üst uçlarıyla bumbayı taşular ve alt uçlarıyla 4 tekerlek dingilini tutarlar. Tekerlerler çelik bandajlıdırlar ya da dayanıklı lastiklerle donatılmışlardır. 2 desteği bumbaya sabit mafsallı olarak bağlanmıştır. 3 desteği ise üst ucundan bumbanın alt flanşı boyunca kayabilir. Götürücünün boşaltına ucu, bir kol döndürülerek kaldırılır. Bu sırada 3 desteği 5 vinci yardunıyla 2 desteğine doğru çekilir. Götürücü çalıştuma birimi bir elektrik motoru, iki-basamaklı bir redüktör ve bumbanııı üst ucunda iki kayış şeridi arasına yerleştirilmiş bir zincirli aktarma organından meydana gelir. Bumbanııı alt ucunda 6 besleme teknesi ve bir vidalı gerdirme düzeneği vardır. Hareketli götürücülerin bumba desteği o şekilde düzenlenmelidir ki konsol bölümü, götürücüye yeterli bir boyuna stabilite sağlamak üzere, tekerleklerin önünde olsun (götürücünün yığdığı malzemenin içine gömülmesini önlemek için). Böylece, ağırlık merkezi önde olur ve götürücü hareket ettirilince bumbamn arka bölümü elle kaldırıldığından, bu durumu kolaylıkla sağlar. Götürücünün stabilile kontrolü, kayış çalışırken besleme durdurularak, yani kayışın ön bölümü yüklü ve alt bölümü boşken yapılır. Bu koşullar altında götürücü, büyük bir olasılıkla, tekerlek üzerinde terazilenir. Hareketli götürücülerin tekerlekleri, bazı durumlarda mafsallı (swivelled) çatallar içinde bulunurlar ve makina boyuna hareket yaparken bunlar, eksene dikey olacak şekilde döndürülürler. Şekil. 22 hareketli ve taşınabilir kayışlı götürücülerin bazı kullanım yerlerini göstermektedir. 7-20
II I
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ
Şekil. 22- Taşınabilir ve hareketli kayışlı götürücüler
Şekil. 23- Mafsalu tekerlekli bir hareketli götürücünün değişik konumları
Özellikle ambarlarda çalışmak üzere tasarlanmış (en çok kamyonlara parça-mal yüklemek için) bazı hafif tür taşınabilir yükleyiciler Şekil. 23 de gösterilmiştir. Bu yükleyicilerde kayış genişliği 350 mm, kayış uzunluğu 3,635 m, kaldırma yüksekliği 1,8-2,4 m olup kayış hızı 0,25 m/s ye kadardır. Hareketli paletli götürücüler parça-mallan (balya, çuval, kutu, külçe, vb) taşımakta kullanılırlar ve eğimli ayn birçok götürücüden ya da birbirine bağlı bölümlerden meydana gelmiş olabilirler. Son durumda bunlara bölmeli götürücü (Şekil. 24) denir. Ayrıca bu götürücüler elektrik motorunu taşıyan bir yatay bölümü (Şekil. 25a), motorsuz ara düz ve eğri bölümleri (Şekil. 24b) ve eğimli döndürülen bölümleri içerirler. b) Götühicü-Yükleyiciler Kendiliğinden yüklenen bir götürücünün iki ayrı işlemi yaptığı söylenebilir: (1) yere, güverteye ya da platform üzerine yığılmış malzemeyi istif etmek ya da düzgünce sermek; (2) kamyon, demiryolu vagonu, yükleme haznesi, bir başka götürücü ya da yığın gibi bir başka alıcıya götürmek. Yükün iletilmesi için genellikle bir kaldırma işlemi yapılır. Besleyicinin çalışma ilkesine göre götürücü-yükleyiciler iki gruba ayrılırlar. Birinci grupta geniş bir uygulama alanı olan sürekli ve otomatik olarak çalışan ve makinayı oldukça düzgün bir biçimde yükleyen tırmıklı ya da kepçeli besleyiciler bulunur, tkinci grupta ise, önceden belirlenmiş bir çevrime göre peryodik olarak çalışan besleyicilerle donatılmış götürücüler bulunur.
7-21
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Sürekli besleyiciler içine küreyici kollar, helezon götürücüler, kepçeli yükselticiler, kepçeli döner çarklar, vb. girer. Bir kepçe ya da küreyici, yükleyiciyi peryodik olarak besler. Yük, besleyiciden bir götürücü yardımıyla alınır. Bu bir kayışlı ya da kürekli götürücü ya da kepçeli yükseltici olabilir. Bazı durumlarda götürücü, kendiliğinden-yüklenen bir yükleyici olabilir ve böylece özel besleyicilere gerek kalmaz. Malzeme genellikle dönel bir kayışlı götürücü ya da dönel yükleme oluğu tarafından boşaltılır. Yukarıda belirtildiği gibi, götürücü-yükleyiciler tekerlekler (daha seyrek olarak bir çekici üzerinde) ya da tırtıllar üzerinde hareket ederler. Bazan da bir dış kuvvet etkisi altında kızaklar üzerinde hareket ederler. Ayrı parçalarının amacına göre bir yükleyici aşağıdaki dört ana bölümü ayrılır: (1) yükü toplayan ya da kepçeleyen besleme bölümü; (2) götürme (iletim) bölümü, yani götürücü; (3) boşaltma bölümü ve (4) çalıştırma (tahrik) bölümü.
Şekil. 24- Parça inalların gemiden ambara hareketli ve bölmeli bir paletli götürücüyle taşınması Götürücü-yükleyiciler, bükülebilir bir kablo yardımıyla akım alman bir elektrik motoruyla ya da doğrudan doğruya aktarma organına ya da elektrik motorlarım besleyen bir dinamoya bağlanan bir içlen yanmalı motorla çalıştırılırlar. Makinanın işletme süreçleri -yükün toplanması ya ela kepçelenmesi, iletimi ve boşaltılması, makinanın harekeli (bazan ayrı parçalarının döndürülmesi)- bazan dişlili tek bir çalıştırma grubuyla, bazan ayrı çalıştırma birimleriyle, hazan da her ikisinin bir birleşimiyle başarılır. Modern eğilim, her bölümün bağımsız bir çalıştırma bilimiyle donatılması doğrultusundadır. Kesikli Çalışan Götürücüler Motorlu Kepçeler Dökme malzemeleri kepçeleyen ve yükleyen bir tek kepçeli motorlu kepçe, kesikli çalışan bir yükleyicidir (Şekil. 26). 7-22
Aİ
MALZEME ÎLETÎM DÜZENEKLERİ
Şekil. 25- Hareketli ve bölmeli bir paletli götürücünün yatay bölümleri a) motorlu, b) motorsuz Büyük boyutlu kepçe, dolu gövdeli bir döküm şasiye bağlanmış ve tırtıllı çekicinin zincir dişlisinin bulunduğu bölümdeki iki yanında mafsallanmıştır. Yükleyici, kepçesi indirilmiş durumda yığının içine girer (yığını keser). Bundan sonra hidrolik kaldıncılar ve mafsal sistemi yardımıyla kepçe kaldınhr ve bu sırada doldurulur. Kepçe, yükleyici üzerinde bir yay çizer ve yükü öbür tarafa boşaltır (Şekil. 27).
Şekil. 26- Tırtıllar üzerindeki motorlu kepçe Makina, kısa uzaklıklarda oranla hızlı hareket eder ve malzemeyi yığından alarak boşaltma noktasına götürür. Malzeme ara iletimlerle uzağa götürülür ve bir iletim götürücüsü kullanılmaz. Motorlu kepçeler, yığın yavaş yavaş azaldığı ve malzemenin yükleme ve boşaltma noktaları arasındaki uzaklık değiştiği için. demiryolu vagonlarım yüklemekte başarıyla kullanılırlar.
7-23
MALZEME ÎLETÎM DÜZENEKLERİ
(a)
(b)
fr)
Şekil. 27- Motorlu kepçenin çalışması
Şekil. 28- Tekerlekli traktöre bindirilmiş motorlu kepçe Tekerlekli traktör üzerine bindirilmiş bir motorlu kepçe, kepçeyi kaldırmak için bir hidrolik düzenekle donatılmıştır (Şekil. 28). Bu makinada başlıca özellik, kepçenin büyük hir yüksekliğe kaldırılması ve yükleme ile boşaltmanın aynı tarafa yapılabilmesidir. Kepçe hacmi genellikle 1,15 m3 e kadardır. Tünel kazılarında ve maden açma işleriyle ilgili yeraltı yüklemelerinde çeşitli türlerdeki küçük-boyutlu motorlu kepçeler geniş çapta kullanılırlar. Motorsuz Kaldırma Arabaları Kendiliğinden hareketli olmayan kaldırma arabalarına örnek olarak parçalan kaldırarak torna, pres ve diğer işleme tezgahlarına veren ya da ambarlarda kütle halinde taşınan parça-mallan yükleyen, istif eden dört tekerlekli 7-24
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ el arabasına bindirilmiş bir yükselticiyi gösterebiliriz (Alt bölüm S e bakınız). Motorlu Kaldırma Arabaları Bu tür arabaların en çok kullanılanı kaldırma -kısa yola götürme- yükleme işini yapan çatal kaldırmalı araba (fork lift) dir. Konu Alt Bölüm S de özetlenmiştir. Şekil. 29 da bu türe bir örnek gösterilmiştir.
Şekil. 29- İçten yanmalı motorlu bir çatal-kaldırmalı araba 7. YÜKLEME VE BOŞALTMA DÜZENEKLERİ Malzeme taşıma makinalarıyla birlikte kullanılan yardımcı donatım şunları içerir: Yükleme hazneleri; dağıtım ve yönlendirme olukları (sütler) ve boruları ile dökme yüklerde ığırlık ya da hacim, parça mallarda ise sayı esasına dayalı olarak taşınan yüklerin miktarını ölçmeye ve harman (paçal) yapmaya yarayan düzenekler. Yükleme haznelerinin mekanik donatımı kapaklar ile besleyicilerden meydana gelir. Yükleme Hazneleri (Bunkerler) ve Mekanik Donatımı 1. Yükleme Hazneleri (Hoppers) Yükleme hazneleri (bunker, silo vb. gibi çeşitli adlarla da anılırlar) dökme malzemeden belli bir miktarını, sonraki yükleme işlemi için geçici olarak depolayan büyük kaplardır. Malzemelerin ara iletimini sağlayan ve malzeme akışını düzenleyen küçük kapasiteli haznelere honi de denir. Dökme mallar haznelere değişik türdeki götürme makinalanndan, arabalardan, demiryolu vagonlanndan ve motorlu arabalardan (lorilerden) ya da doğrudan doğruya üretimi yapan makinalardan yüklenirler. Yükleme hazneleri genellikle dip taraflardaki kapaklardan çeşitli götürme makinalarına (götürücüler, yüksek götürücüler ve tekerlekli taşıma araçlan) ya da işleme makinalanna (kanştıncılar, değirmenler, sınıflandırma makinaları, briket presleri, kireç fırınlan, kimyasal süreç birimleri, kazan külhanları, vb.) mal boşaltırlar. Bazı durumlarda hazneler, kıskaçlı vinçler (clamshell) gibi özel araçlarla tepeden boşaltılırlar.
7-25
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Üretim ve taşıma çevriminde iş gören ara depolama hazneleri, çeşitli bağımsız taşıma ve işleme donatımının çalışmasını mümkün olduğu kadar birbirine az bağımlı duruma getirirler. Değişik peryodlarla çalışan, yani aynı vardiya içinde ya da değişik sayıdaki vardiya boyunca çalışma sureleri farklı olan birbirine karşılıklı bağlı makinalann; ya da bazı düzenlerin sürekli (örneğin, götürücüler, havalı ya da hidrolik taşıma donanımlan), bazılannın ise kesikli olarak çalıştığı ve büyük ya da küçük parti (batch) malzemeyi alan ya da veren diğer götürücülerin bulunduğu durumlarda (ray üzerinde hareket eden ya da tekerlekli taşıma donatımı) ara depolama zorunlu olur. Bağımsız makinaların çalıştığı basamak ve onların verimi, sistemdeki haznelerin hacmini ve konumunu belirler. Makinâların genel işletme düzeninden sapması ne kadar büyük ve birim zamana karşılık olan üretim kapasiteleri ne kadar yüksek olursa, haznelerin gerekli hacmi de o kadar büyük olur.
0
B
s
sa-OLt
Şekil. 30- Hazne hacmini belirlemek için kullanılan grafik Yukardaki durumu açıklamak için bir örnek verelim: Hazneye 8 saatlik vardiya boyunca 4 defada, yani saat 0 dan başlayarak her 2 saatte bir kez. 100 ton malzemenin yüklendiğini (Şekil. 30 da basamaklı O A çizgisi) ve saat 1 den başlayarak sürekli biçimde boşaltıldığını (BC eğimli çizgisi) varsayalım. Bu durumda, bu iki çizgi arasındaki en uzun RD ordinatı en az (minimum) hazne kapasitesini belirler; hazne hacmi 150 ton olacaktır. Taralı alanın ordinatları, tüm vardiya boyunca hazneye yüklenen toplam malzeme miktarını verir. Birkaç tipik hazne biçimi Şekil. 31 de verilmiştir. Bir hazne, genellikle düşey duvarlı prizma ya da silindir biçiminde bir üst bölüm ile bir ya da daha çok sayıda çıkış ağzına doğru daralan alt bölümden meydana gelir. Alt bölüm bir kesik piramit, koni ya da kama (prizmatik ya da parabolik) biçimde olabilir. Hazne oldukça sığ ise üstteki prizmatik ya da silindirik bölüm bulunmayabilir.
Şekil. 31- Tipik hazne biçimleri a- Karma hazneler; 1) prizma ve kesik piramit; 2) silindir ve kesik koni; 3) prizma ve kesik kama; 4) prizma ve kesik parabolik kama; b- Normal tekneler 5) kesik piramit; 6) kesik koni; 7) kesik kama; 8) parabolik kesik kama 7-26
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Hazne Kapakları : Hazne kapaklan, haznelerin çıkış deliklerini açıp kapamaya ve boşaltılan dökme malzemenin akışını ayarlamaya yararlar. Hazne kapakları elle, elektrik motoruyla mekanik olarak ya da bir hava silindiriyle hareket ettirilebilirler. Bu sonuncusu daha basit bir tasanın olup kontrolü kolaydır. Bütün türlerde uzaktan kumanda mümkündür. Uzaktan kumanda, özellikle elle kumandanın büyük çabayı gerektirdiği büyük ve ağır parçalı malzemeler için yapılan büyük boyutlu kapaklarda istenir. Kapaklı boşaltma deliğinin boyutları, dökme malzemenin parça boyutuna, akıcılık derecesine ve jstenert iletim kapasitesine bağlıdır. Aşağıda verilen amprik formül kare kesitli çıkış deliğinin en küçük kenar ölçüsünü belirlemekte kullanılır.
b = k (80 + u' m a k s ) tgcp mm Burada,
k = ampirik katsayı (sınıflandırılmış dökme malzeme için k = 2,6 ve sınıflandırılmamış dökme malzeme için 2,4) a
'maks = cn büyük parçanın ölçüsü, mm
(p = stalik şev açısı.
Eğer boşaltma deliği dayiresel ise çap yukarda belirlenen b değerinden küçük olmamalıda", dik dörtgen ise küçük kenar 0,75 - 1,5 b den küçük olmamalıdır. Deney büyük parçalı malzemeler için, bir karesel boşaltma deliğinde bir kenarın a'malcs ölçüsünün 4-5 katından küçük olmaması gerektiğini göstermekledir. Aynı zamanda boşaltma deliği kapak boyutlarını küçük tutmak ve çok miktarda malzemenin birden boşalmasını önlemek için, fazla büyük ölçüde de olmamalıdır. Ağır kapakların taşınması güçtür. Çalışma ilkelerine göre hazne kapaklan üç ana gruba ayrılırlar: (1) sürgülü kapaklar; (2) oluklu kapaklar ve (3) dönel kapaklar. Basit bir sürgülü kapak, yuvası içinde kayan bir düz kapaktır (Şekil. 32a ve b). Elle çalışan bir kremayer ya da mafsal düzeneğiyle kumanda edilir, az yer kaplar ve basittir. Bu tür kapakların bir dizi sakıncası vardır: yuvalardaki direnç kapağı çalıştırmayı güçleştirir, kapak kapalı iken malzeme parçalan kama etkisi yaparak sıkışırlar. Bu nedenlerle basit sürgülü kapaklar başlıca küçük-parçalı ve kolay akışlı malzemeler için ve kapağın sık sık açılıp kapanmadığı durumlarda kullanılırlar. Paletli ya da tırtıllı-kayış kapak (Şekil. 32c). sürgülü kapağın bir almaşığıdır. Bu, kauçuklu sonsuz bir götürücü kayışı olup bir tarafı boşaltma deliğinin (A noktası) ve küçük yarıçaplı iki kasnak ile avara makaralı bir hareketli şasinin kenarına bağlanmıştır. Şasi bir yana ya da diğer yana hareket ettiğine göre, kayış makara üzerinde gider ve kapağı açar ya da kapar. Malzeme üzerinde kayışın kayma sürtünmesi yoktur. Oluklu kapak (Şekil. 32d), boşaltma deliğine menteşeli olarak bağlanmış bir oluktan meydana gelir. Oluk alçaltıldığı zaman, malzemeyi boşaltma deliğinden dışarı doğru yönlendirir, yükseltildiğinde ise akışı keser. Oluklu kapaklar, malzeme akışının ayarlanmasını sağlayarak sıkışmayı önlerler. Ancak, bunların büyük yüksekliği önemli bir sakıncadır.
7-27
m MALZEME İLETÎM DÜZENEKLERİ Dönel (pivoted) kapak (Şekil. 32 e-i) silindirik bir (a) yüzeyine sahip olup açılıp kapanırken yatay ekseni çevresinde döner. Sürgülü kapaklarla karşılaştırıldığında, dönme eksenindeki sürtünme ihmal edilirse, yuvalardaki sürtünmenin ortadan kalkmış olması üstünlüğü vardır. Bu nedenle, sürgülü kapaklara göre daha küçük kuvvetle açılıp kapanırlar. Yatay çıkış (boşaltma) delikleri için tek parçalı (Şekil. 32 e) ya da ortadan açılan iki parçalı (Şekil. 32 f) olabilirler. Eğimli boşaltma deliklerine takıldıktan zaman (Şekil. 32 g ve h), kapak yukarı ya da aşağı doğru açılabilir. İlk türde (Şekil. 32 g) malzeme akışı kapağın yukarı doğru kalkma miktarı ile ayarlanır. Bu tasarımın bir sakıncası malzeme parçalarının kapak kapatılırken kama biçiminde sıkışabilmeleridir. İkinci tür kapakta (Şekil. 32 h) yukardaki sakınca yoktur. Ancak, kapağın tam açılmamış durumu bir engel meydana getirdiğinden, malzeme akışı ayarlanamaz. Büyük-parçah malzemeler için bir ikili dönel kapak (Şekil. 32 i) kullanılabilir. Bu, sıkışmayı önler ve malzeme akışını ayarlamayı mümkün kılar. Kapak açıkken, alt dilim tam açılır ve malzeme akışı üst dilimin yukarı doğru kalkma miktarıyla ayarlanır. Kapağı kapatmak için üst dilim kısmen aşağı indirilir ve bu sırada, boşaltma deliğinden fazla malzeme akışını önleyen bir engel görevi yapmak üzere, alt dilim yukan kalkar. Parmakh-kapak (Şekil. 32 j), dönel kapağın bir almaşığıdır. Bu kapak, eğilmiş ve uçları sivriltilmiş ağır çubuklardan (parmaklar) meydana gelir. Parmaklardan herbiri bir zincirle asılıdır. Azaltıldıkları zaman parmaklar akan malzemenin içine kolayca girerler. Akışı engeller, sonra da keserler. Yukan doğru kalkış hareketi bir hava silindiri yardımıyla olur. Önce malzemenin içinde en derine girmiş olan parmak, sonra geriye kalanların hepsi birden.
Şekil. 32- Hazne kapakları a- yatay sürgülü kapak; b- düşey sürgülü kapak; c- tırtıllı kayış kapak; d- oluklu kapak; e- dönel kapak; f- çift-döne] kapak g- yukan doğru açılan eğik dönel kapak; h- aşağı doğru açılan eğik dönel kapak; i- ikili dönel kapak; j- parmaklı kapak.
3. Besleyiciler: Kapaklar genellikle dökme malzemenin partiler halinde kamyonlara, yer düzeyindeki ya da yüksekteki arabalara, vb. boşaltılmasınayararlar. Malzemenin sürekli ve düzgün biçimde götürücülere ya da sürekli çalışan süreç (process) donatımına yüklenmesi gerektiği zaman motorlu besleyiciler kullanılır. Besleyiciler, bir yükleme haznesinin boşaltma ağzının yakınına yerleştirilen ve hazneyi boşaltmaya yanyan mekanik düzeneklerdir. Boşaltma yarı yanya ağırlıkla ve sürüklemeyle olur. Besleyiciler malzeme akışını kapaklardan daha iyi ayarlarlar. Akış ya kapak durumlarını değiştirerek, yani çıkış kesitini küçültüp büyüterek ya da yükleme elemanının çalışma hızını değiştirerek (dönme ya da öteleme hareketinin hızı, titreşimlerin frekansı ve genliği, vb.) ayarlanır. Bu işlem, basamaklı ya da sonsuz değişken hız değiştirgeçleriyle, değişgen-hızh elektrik motorlarıyla, vb. yapılır. Elektrik enerjisi kesildiği ya da motor durduğu zaman malzemenin ağırlıkla akışı durur ve bu durumda besleyici bir kapak görevi yapar.
7-28
MALZEME ÎLETÎM DÜZENEKLERİ Eğer hazne, sırayla çalışan birçok boşaltma deliğine sahipse, besleyiciler bazan arabayla taşınan türden yapılırlar ve bir çıkıştan diğerine götürülürler. Yarıklı hazneler için kullanılan özel besleyiciler (boşaltıcılar) daima hareketli türdendirler ve hazne boyunca belli bir alanda iş görürler. Endüstride çeşitli türden besleyiciler kullanılır. Besleyici türü başlıca malzeme özelliklerine göre seçilir: parça-boyutu, akıcılık, özgül ağırlık ve bir de istenen kapasite, hazne biçimi, vb. Kayışlı, paletli, helezon ve titreşimli gibi bazı besleyici türleri (Şekil. 33), aynı addaki götürücülerin almaşıklarıdır. Götürücülere oranla daha kısa, daha büyük yük basınçlarına karşı olduklarından daha dayanıklı (çıkış deliği üzerindeki yük sütunu besleyiciye biner) yapılırlar. Götürücü türündeki besleyiciler, boşaltma kabı hazneden uzakta ise, uzun yapılabilirler. Tablalı ve zincirli türden besleyiciler Şekil. 34 de gösterilmiştir. Malzeme taşıma makinalan arasında bunların prototipleri yoktur ve malzemenin, tekne çıkışından doğrudan doğruya alıcıya boşaltılması için kullanılırlar. Bir kayışlı besleyici yatay (Şekil. 33 a) ya da eğimli (Şekil. 33b) olabilir. Kayışlı besleyicileri normal kayışlı götürücülerden ayıran özellikler şunlardır: çalışma şeridi sabit bir hareket yolu üzerinde ya da daha sık bir makara yatağı (adım 0,25-0,3 m) üzerinde gider; alt şeritte avara makaralar yoktur; besleyici sabit eteklere sahiptir; malzeme tekne ağzını yavaş terkettiği ve kayış üzerinde oldukça kalın bir tabaka oluşturduğu için, kayış hızı düşüktür (0,1-0,3 m/s). Kayışlı besleyiciler en çok taneli ve küçuk-parçalı ve daha seyrek olarak da orta-parçalı malzemeler için kullanılır. Bir akış-kontrol vanası kapasiteyi ayarlar. Hızlı kayış eskimesini önlemek için besleme düşüşü (sütü) malzemenin kayış üzerindeki aktif basıncını azaltacak biçimde yapılır. Paletli besleyiciler (Şekil. 33c) de kayışlı besleyicilerde olduğu gibi, yatay ya da eğimli olabilirler. Bir paletli besleyicinin eğim açısı kayışlı besleyicininkinden daha büyüktür. Paletli besleyicilerde makaralar hareketli ya da sabit olabilirler. Sonuncu durumda makaralar eşit olmayan aralıklarla yerleştirilirler: hazne çıkışının altına rastlayan alanda küçük adım (burada palet aktif yük basıncına karşıdır) ve diğer bölümlerde daha büyük adım. Paletli götürücüler çoğunlukla ağır ve büyük-parçah malzemelerin ve ayrıca orta-parçalı malzemelerin taşınmasında kullanılırlar. Pekiştirilmiş bir hareket yoluna sahip özel tasarımlı paletli götürücüler çok büyük parçalar (örneğin çeneli konkasörlere yüklenen taş ya da cevher) malzemeler için kullanılırlar. Normal paletli besleyiciler geldiği gibi (tuvenan) ve sınıflandırılmış kömür, kireç taşı, cevher, vb. için kullanılırlar. Kullanılan paletin türü malzemenin yapısına göre düz ya da ızgaralı, sabit ya da hareketli etekli (ağır tip) olabilir. Palet hızı genellikle 0,05-0,25 m/s arasındadır. Düşük hızlar, düşük kapasiteler ve bu tür malzemeler için tekne boşaltma deliği büyük ve palet üzerinen binen yük sütunu ağır olduğundan ağır, büyük-parçalı malzemeler için kullanılır. Paletli besleyiciler kuvvetli yapıda olup palet üzerindeki yüksek basınçlara için verirler (büyük-boyutlu boşaltma delikleri için önemli). Ağır yük koşulları için güvenilir besleyicilerdir ve malzemeyi düzgün bir akışla boşaltırlar. Sakıncaları ise oldukça karmaşık olan tasarımları ve yüksek maliyete neden olan büyük ağırlıklarıdır. Kayışlı ve paletli besleyicilerin taşıma kapasitesi ve gerekli güç, aynı türdeki götürücülere benzer yolla hesaplanır. Ancak, yukarda sayılan özellikler dikkate alınmalıdır.
7-29
il A MALZEME ÎLETÎM DÜZENEKLERİ
l " t A -A A A -A. I. ,
,
İli g$) -~^~
('i)
TT İP "iılt.'- '<
Şekil. 33- Götürücü türü besleyiciler a) yatay kayıplı; b) eğimli kayışlı; c) paletli; (I) helezon; e) yatay salııııınlı; 1') eğimli salııııınlı; g) elektromanyetik salıııımlı-titreşimli
7-30
MALZEME D .ETİM DÜZENEKLERİ Bir helezon (vidalı) besleyici (Şekil. 33d), bir buru içerisinde sürekli bir vidadır. Vida mili. burunun iki ucuna (dışarda) yerleştirilmiş yataklar üzerinde döner. Helezon besleyiciler kırılma tehlikesi olmayan, pudra, taneli ve küçük-parçalı dökme malzemeler için kullanılırlar. Bir akış kontrol supabı kapasiteyi ayarlar. Vidanın adımı genellikle helezon götürücülerinkiııden küçük ve vida bazan çift ağızlıdır. Vida çapı hesaplanırken hazne yükleme verimi 0,8-0,9 alınır. Yüksek verim ara yatak olmamasından ileri gelir.
(a)
Şekil. 34- liesleyicikr Bir salınındı besleyicide sabit yan etekli yatay (Şekil. 33e) ya da hafif eğimli (Şekil. 33 f) bir tabla bulunur. Tabla genel olarak sabit makaralar üzerindedir ya da çubuklardan asılıdır. Tabla, bir krank düzeneği yardımıyla gidiş-geliş hareketi yapar. Sahnımlı besleyicinin çaİışma ilkesi bir sahnıınlı götürücüden biraz ayrılır. Tabla ileri gittiği zaman (Şekil. 33 f ve e ye bakınız), malzeme sürtünmeyle iletilir ve bir miktar malzeme, hazneden, boşaltma deliğinin altında meydana gelen serbest hacmi doldurur. Tabla geriye hareket ettiğinde, boşaltma oluğunun arka duvarı malzemenin tablayı izlemesini önler ve bu nedenle, tablanın ön kenarı üzerinden taşar. Bir salınımlı besleyicinin kapasitesi Q = 60 Bhsn yy
kN/sa diı\
Burada, B =
etekler arasındaki uzaklık (besleyici tablasının etkin genişliği), in;
h =
akış-kontrol supabının alt kenarı ile tabla yüzeyi arasındaki uzaklık (yüzeye dikey normal boyunca), m:
s=
tabla sıroku, m (genellikle 0.05-0,175 in);
n=
dakikada slrok sayısı (genellikle 20-60);
y =
salınımlı gülürücülerdeki yükleme verimine benzer düzeltme katsayısı (genellikle. V = 0.65-0.70)
y
=
malzemenin yığma ağırlığı. kN/m 3
Salınunlı besleyiciler orta ve küçük parça-boyullu malzemeler için kullanılırlar. Büyük-parçalı malzemeli.1' için kullanılan besleyiciler ise yüksek dayanımlı olarak tasarlanırlar. Besleyicinin kapasitesi bir akış-kontrol \.ı naşı ile ya da hızını değiştirerek ayarlanır. Basil tasarını ve düşük ilk yalının maliyeti, salınımlı besleyiciyi ç^k kullanılan bir besleme düzeneği yapmıştır. Titreşimli besleyici (33 g) titreşimli yöıürücüniin bir almaMğı olup. çalışına ilkesi «ölürücüyü andırır. Pı; bir üresini genliği (genellikle 1-3 nıiü • w \ '.:• .c!. ı,.ıv.^,,ı ;. i'i.ı .-Ui'laı ı lıvkaıısı ( M KM) l/dak \a kadar), ulu.1-;.,
M
MALZEME İLETÎM DÜZENEKLERİ besleyiciler için ayırdedici özelliklerdir. Oluk çubuklardan asılmıştır ve yaylı çubuklarla desteklenir. Bir elektrik motoruyla ya da elektromagnetle çalıştınlu'. Titreşimli besleyiciler tercihan küçük-parçalı ve daha seyrek olarak da orta-parçalı malzemeler için kullanılırlar. Tablalı besleyici (Şekil. 34a), motorla çalışan döner bir tabla ile onun üstüne asılı duran teleskopik bir ouktan meydana gelir. Oluk, dayiresel tekne çıkış deliğinin altında asılıdır ve tabla yüzeyine dokunmaz. Bir sıymcı, kayışlı götürücülerdeki pulluğa (dağıtıcı) benzer biçimde, tablanın üzerine düşen malzemeyi sıyırır. Oluğun ve sayıncının durumlarını ayaılıyarak besleyici kapasitesini, geniş bir yelpaze içinde, duyarlı olarak kontrol etmek mümkündür. Ayrıca, bu besleyiciler helezon besleyicilerde olduğu gibi, malzemeyi sıkıştırmazlar. Tablalı besleyiciler en çok pudra, küçük ve orla-purçalı malzemeler için kullanılırlar. Besleyicinin kapasitesi aşağıdaki denklemden hesaplanıl'. Burada, F = götürülen tabakanın alanı ve v = bu tabakanın ağırlık merkezinin hızı. Malzemenin şev açısının 45°, sıyıııcının oluğa kadar vardığını ve yank yüksekliğinin h(m) olduğunu varsayalım. Bu durumda malzeme akımının kesiti
ve akımın ağırlık merkezinin yarıçapı )=
Burada, D = oluk iç çapıdır.
J2 + JL 2 3
o
ıur.
Buradan kapasite 60 = 100h 2 (D + l/3h)nY
kN/sa olur.
Tabla, malzemeyi santıifüj kuvvet etkisiyle tabladan fırlatmaya yetmeyecek bir n(d/dak) hızıyla döner. Bu, şu durumda olur: g
Burada,
(
) 30
p = parçacık ağırlığı, R = tabla yarıçapı, f = parçacıkların tabla üzerindeki sürtünme katsayısı. Buradan, n < 30 -1/ —
d/dak elde edilir.
VR Düşüler (Sütler) 1. Besleme Düşülen ve Boruları Eğik besleme düşülen ve boruları bir yükü ağıılıkla-götürme makinalarına, hazne bölümlerine, süreç donanımına, vb. boşaltır. Düşülerin ve boruların eğim açısı, malzemenin kendi ağırlığıyla ve engelsiz akışını sağlamaya yeterli büyüklükte olmalı; ancak, çığ biçiminde yuvarlanmasına izin vermeyecek sınırın içinde kalmalıdır. Eğer G ağırlığındaki bir yük aşağı doğru eğimli ve uzunluğu 1, yüksekliği h olan bir düşüde f sürtünme katsayısı ile kayıyorsa ve eğim açısı P (lı = Isiııfi), yükün ilk hızı Vj, son hızı vs ise, yükün ağırlık kuvvetinin yaptığı Gh işi, sürtünme kuvvetinin işi ile kinetik enerjideki artış toplamına eşittir. Gh = GlfcosP + tsP=-
G(v? - v?)
2ghf
2gh + v? - vj
İlk hız verilmiş ve son hız belirlenmiş ise (genellikle 1,5-2 m/s yi geçmemek üzere), gerekli P eğim açısı hesaplanır. v ( = v s , yani hareket düzgün ise tgP = f olur.
7-32
İI.J21
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Düşüler eğimli oluklar biçiminde ve dikdörtgen ya da dayiresel kesitli olarak yapılırlar ve aşındırıcı malzemeleri taşımak üzere tasarlanmışlarsa çelik, dökme demir ya da dayanıklı cam tuğlası ile kaplanırlar. Tozlu malzemeler için kullanhan bir düşü dayiresel ya da dikdörtgen kesitli bir boru biçimindedir. Tek bir döner (swinging) borudan (Şekil. 35 a) ya da birbirine mafsallı iki döner borudan (Şekil. 35 b) oluşan böyle bir düzenek malzemeyi bir dayire çemberi üzerindeki istenen noktaya dağıtabilir. Dayiresel dağıtım alanının minimum yarıçapı, iki borunun yarıçapları farkına; maksimum yarıçap ise iki borunun yarıçapları toplamına eşittir. Çember içindeki herhangi bir noktaya mal verebilmek için, iki borunun eşit yançaplı olması zorunludur.
Şekil. 35- Döner borulu düşüler 2. Basamaklı ve Helisel (Salyangoz) Düşüler Basamaklı ve helisel (Şekil. 36). ağırlıkla inen düşey yükleri azaltmakta kullanılırlar. Yükün iniş hızını yavaşlatır ve aşağıya bir çarpma şeklinde inmesini önlerler. Dökme malzemeler için kullanılan bir basamaklı düşü (Şekil. 36 a) kare kesitli düşey bir borudur. Bu borunun içinde şaşırtmalı olarak yerleştirilmiş küçük raflar vardır. Malzeme raftan geçerek, düşmeden, aşağıya iner. Rafları örten malzeme tabakası onları hızlı aşınmaya karşı korur.
Şekil. 36- Basamaklı ve helisel dUşüier 7-33
Şekil. 37- Kırılgan malzemeler için basamaklı düşü
Şekil. 38- Kırılgan malzemeler için helisel düşü
Şekil. 39- Bir boru içindeki helisel düşü
MALZEME ÎLETÎM DÜZENEKLERİ Kırılgan bir yük (taş kömürü, linyit, kömür briketi) büyük bir yükseklikten aşağı inecekse (örneğin, bir hazne içinde), malzemeyi ufalanmaktan korumak için özel düzenekler kullanılır. Bunlar, lastik diyaframlardan bölmeler ya da helisel düşüler (Şekil. 37 ve 38) olabilir. Bir helisel düşüde aşağı doğru inen dökme ya da birim yük (Şekil. 36b ye bakınız), helis yüzeyi üzerinde kayar ve en aşağı düzece çarpmasız iner. Bir helisel düşü, düşey bir sütuna tutturulmuş ya da çubuklara asılmış, bazan da büyük çaplı bir düşey boruya sarılmış (Şekil. 37) bir helisel oluktur. Ana doğrunun biçimine göre düşü, dikdörtgen, dayire ya da oval kesitli olabilir. Helisel düşülerin bir özelliği, bunların yük hıznı otomatik olarak belli sınırlar içinde tutmalarıdır. 3. tletim Kızakları (Transfer Slides) İletim kızakları başlıca, dayiresel kesitli birim yükleri, ağırlıkla ve aşağı doğru eğimde yuvarlamakta kullanılırlar. Bir iletim kızağı, hemen hemen daima, şasi üzerine bağlanmış yuvarlak ya da profil demirden iki kılavuz yataktan oluşur. Yükün yanlara kaçmasını ya da düşmesini önlemek için, iletim kızaklarında çıkıntılar ya da V biçiminde taşıma yatakları olmalıdır. Kızağın doğrusal ve eğrisel bölümleri olabilir. Eğrisel bölümler, yükün düşmesini önlemek için, yeteri kadar büyük eğrilik yarıçapında olmalıdırlar. Bazı durumlarda (özellikle yuvarlak olmayan yükler için) yük, bir taşıyıcı üzerindedir. Düzgün bir hızla yuvarlanan bir yük için w' direnç katsayısı p" eğim açısının tanjantına eşittir. g
p
D Eğer yuvarlanma sürtünme katsayısı k = 0,05 cm, yükün çapı D = 20 mm ve çıkıntılardaki ek sürtünme direncini hesaba katan C katsayısı C = 2 ise w' = tgP = 0,01 olur. Yani, kızak gradyanı, kızak boyunca 1 cm/İm olur. Basit tasarım ve düşük maliyetleri nedeniyle, iletim kızakları, dönel biçimdeki mallar üreten üretim hatlarında büyük ölçüde kullanılırlar. Götürücü kantarları, bir kayışlı götürücünün doğrusal ya da eğimli bir bölümüne yerleştirilirler ve kayış üzerinde sürekli olarak giden yükü tartmak ve kaydetmek amacıyla kullanılır. Götürücü kantarları (Şekil. 41) üç ana bölümden meydana gelirler: bir yanıyla bir bıçak ağzına, diğer yanıyla çubukla asılmış tartım düzeneğine oturan iki tartım makaralı 1 tablası: bir taşıma sütunu üzerine yerleştirilmiş kapalı bir kap içinde bulunan 2 tartma ve kayıt düzeneği; alt kayış şeridi tarafından döndürülen bir kasnaktan oluşan 3 çalıştırma birimi. Bir götürücü kantarının dişli şeması Şekil 42 de verilmiştir. Çalıştırma kasnağından alınan dönme hareketi 1 zincirli ve 2,3 ve 4 dişli aktarma organlarıyla ekseni çevresinde dönen 5 sürtünme çarkına, oradan da onun çevirdiği 6 sürtünme makarasına iletilir. Aynı zamanda 2 tekerleklerinden birisi, dönne hareketini, gövdesine 9 ve 10 planet dişlilerinin 8 mili yalanlandırılmış olan 7 dişli çarkına iletir. Bu planet dişlileri, 7 çarkıyla eş eksenli olan 11 ve 12 dişli çarklarıyla kavrama durumundadırlar. Tartı makaralı tabla 13 çubuğu ve 14, 15, 16 denge çubukları yardımıyla, tartma düzeneğine bağlanmıştır. Bu çubuklar, tartı makaralı tabla ile onun üzerindeki yükün 17 denge çubuğu üzerinde meydana getirdikleri kuvveti azaltırlar. Ayarlı 18 karşı ağırlığı kayış üzerindeki yük basıncını dengeler. Düşey 17 denge çubuğu, kendisiyle birlikte yer değiştiren 19 karşı ağırlığını taşır. Kayış üzerinde giden yük, istenenden farklı olduğu, yani denge çu buğunun ayarlanmış bulunduğu miktardan saptığı zaman, denge çubuğu bir yana ya da öbür yana eğilir ve 20 çubuğu aracıyla 6 makarasını 5 çarkının çevresine doğru sürer (götürücü yükü artıyor) ya da merkeze doğru çeker (yük azalıyor). Birinci durumda 6 makarasının hızı artacak, ikincisinde azalacaktır. 6 makarası, 21 teleskopik miliyle güneş dişlisine bağlıdır. Bu sonuncusu da 9 planet dişlisiyle kavrama durumundadır. Bu dişlinin açısal hız. çarkının açısal hızıyla orantılı olarak artar ve azalır. 9 çarkıyla ortak bir mile kamalanmış olan 10 planet dişisinin açısal hızı, 12 çarkınınkiyle eşdeğer ' . . artar ve azalır. 12 çarkı 22 sayacını çalıştırır. Yukardaki açıklamalardan görüyoruz ki, sayaç milinin açısal hızı. (1) kayışın v hızıyla orantılı olan 7 ;.-. nın hızındaki artışla, (2) kayış üzerindeki 9 hareketli yüküyle orantılı olan 6 makarasının hızındaki artışla or.•• olarak artar. Böylece, sayaç qv çarpımını, yani götürücünün yük kapasitesini kaydeder.
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ
4
(b) Şekil. 40- İletim Kızakları Yukarıdakilere ek olarak 7 denge çubuğunun durumu, verilen herhangi bir anda, kayış üzerinde giden yükü gösterir (Şekil. 43 e bakınız). Tartma ve kayıt düzeneklerine ek olarak, götürücü kantarları, ayrıca 6 makarasına bağlı 23 taşıyıcısından meydana gelen işaret düzenekleriyle de donatılırlar. Makara, sınır durumlarından birisine gittiği zaman taşıyıcı 24 ve 25 kontaktianm kapatır. Bunlardan birisi kayış üzerinde izin verilebilir en yüksek yüke öbürü ise bu hareketli yükün düşebileceği en düşük miktara karşılıktır. Kantarın bu durumları kontrol elemanlarını harekete geçirir. Götürücü kantarlarının duyarlık derecesi, tam yükle yarım yük arasında % ± 1 dir. Yukarda tanımlanan kantarlara, çalışma ilkelerine uygun olarak mekanik adı verilebilir. Elektrikli götürücü kantarları gittikçe artan bir uygulama alanı bulmaktadırlar. Bunların tasannu basit olup boyutlan küçüktür. Aynca, mekanik türle karşılaşünldığında, elektrik akımı yardımıyla okumayı uzağa iletme üstünlüğüne de sahiptirler. 7-36
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ
Şekil. 41- Bir götürücü kantarının donanım şeması Elektrikli kantarlar, kayış tarafından götürülen hareketli yükü ve o andaki kayış hızını da kaydederler. Aynı zamanda, bu iki değerin çarpımım, yani götürücünün yük kapasitesini gösterirler. Malzemenin giden ağırlığı (running vveight), denge çubuğu olarak çalışan ve verilen bir anda, üzerlerine gelen kayış dilimindeki malzeme basıncını alan hareketli avaralarla ölçülür. Bu basınç, şu üç duyarlı elemandan birisiyle ölçülür: manyetik-elastik, endüktif ya da çekme (tensometrik) esaslı. Manyetik-elastik duyarlı eleman, belli ferro-manyetik malzemelerin basma ya da çekme etkisi altında, manyetik ve geçirgenlik özelliklerini değiştirmeleri ilkesine göre çalışır. Buna dayanarak ağırlık, elektrik sisteminin direnci ölçülerek hesaplanır.
Şekil. 42- Götürücü kantarlarının dişli şeması 7-37
ı-Krs i
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ Endüksiyon yöntemi, iki manyetik bobin arasına konmuş bir çelik çekirdeğin (tartı avarasının etkisiyle) hareket etmesi esasma dayanır. Çekirdek hareket ettikçe bu bobinlerin endüktif direnci değişir ve bu değişimin ölçüsü, avara üzerine etkiyen düşey kuvveti, yani yükün ağırlığını verir. Çekme (tensometrik) yöntemi, yük altındaki bir elemanın şekil değiştirmesinin (deformasyon) ölçümü esasına dayanır. Duyarlı eleman (sensing element) yalıtılmış bir konstantan tel olup şekil değişimini elektrik direncindeki değişmeye çevirir. Şekil.43 de yükün endüktif bir duyarlı elemanla nasıl tartıldığı görülüyor. İki tane 2 yaprak yayına bağlanmış bulunan 1 avarası kantann denge çubuğu olarak çalışır ve götürülen malzeme ile kayışın ağırlığını alır. Yayların sehimindeki bir değişme bunlann 3 çekirdeğinin bobinlerine göre olan durumunu değiştirir ve sistemin 4 ölçü aletiyle ölçülen endüksiyonunda bir değişme meydana getirir. Yukarda tanıtılan her Uç durumda kayış hızı, alt kayış şeridiyle iyi bir değme (temas) sağlıyan özel bir makara aracıyla ölçülür. Makara kayış tarafından kaymasız olarak ve kayış hızıyla orantılı bir açısal hızda döndürülür. Makaranın dönme hareketi bir doğru akım hız ölçerine (takometre) iletilir. Hız ölçerin uçları arasındaki gerilim, makaranın devir sayısıyla ve dolayısıyla kayış hızıyla orantılıdır. Kantara ilişkin okumalar, kayışın elle ya da otomatik ayan için fikir verir.
Şekil. 43- Bir Götürücü üzerinde giden hareketli yükün bir elektrik-endüktif kantarla tartılmasını gösteren şema 1- tartı avarası; 2- yaprak yaylar; 3- çelik çekirdek; 4- ölçme aleti.
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ
Şekil. 44- Havalı hacımsal tumbalı kantar a- yükleme durumu; b- ara durum; c- boşaltma durumu Tumbalı kantarlar (batchers) döner hücreli tamburlar, planccrli düzenekler, karşılıklı doldurulup boşaltılan kalibre edilmiş kaplar olabilir. Sayılan son tür, en çok kullanılanıdır. Şekil. 44, bir dökümhanenin kum hazırlama bölümündeki karışıtıncıda kullanılan böyle bir düzeneği göstermektedir. Devirmeli iki kap, hacımsal miktar ölçme (batching) için kullanılmaktadır. Kaplar, sabit bir noktadan asılmış iki hava silindiri tarafından devrilir. Şekil. 45. bir otomatik beton santralının otomatik tumbalı kantarını göstermektedir. Kantar, kantar çubuklarından asılı yükleme teknesini ve hava silindiri tarafından çalıştırılan giriş ve çıkış kapaklarını içerir. Tartı mekanizmasının şasisi, santralda hazırlanan çeşitli beton kalitesi sayısına karşılık olan kantar çubuklarına mafsallanmıştır.
7-39
MALZEME İLETİM DÜZENEKLERİ
1000 T
3ÖQ ŞekU. 45- Otomatik miktar ölçer 1- kapaklı kap; 2- tarta mekanizmasının şasisi; 3- kayar ağırlıklı kantar çubuklan
7-40
GÖTÜRÜCÜLER 8. GÖTÜRME MAKİNALARININ GENEL KURAMI Sürekli Götürme Makinalarının Kapasitesi Sürekli götürme makinalarının taşıma kapasitesi, götürücünün her metresine gelen yükün ağırlığına (q, N/m) ve götürme hızına (v, m/s) bağlıdır. Götürücü kapasitesi qv (N/s) ise saatlik kapasite: qv kN/sa (kilonewton/saat) olur. 3
(1) 2
Yükün yığma ağırlığı y (kN/m ), götürme sürekli bir akım biçiminde ve enine kesit F(m ) ise: q=1000FY N/m olacaktır.
rak:
(2)
Malzemenin bir teknede (trough) ya da Fo (m2) kesitli bir boruda iletildiği durumda, yükleme verimi y alına-
q = 1000 Fo w
N/m bulunur.
(3)
Malzeme, herbiri i,, (1) hacmindeki ayrı kaplarda taşındığı, kapların dolma miktarı I(I=İQ\J/) olduğu ve kaplar arasında a (m) uzaklık bulunduğu zaman q = İY=!Q.yV a a
N/m elde edilir.
( 4 )
Birim yüklerin götürüldüğü durumlarda, herbirinin ağırlığı G (N) olan tek ya da (z) sayıdaki parçadan meydana gelmiş yığınlar arasında a(m) uzaklık varsa götürme kapasitesi, sırasıyla, q = Ö. N/m ya da a
(5)
q = ÖZ"
(6)
N/m bulunur.
(q) nün değerini (1) denkleminde yerine koyarak, malzemelerin sürekli bir akımla götürülmesi hali için Q = 3600 FVY = 3600 Fo vyy
kN//sa
(7)
elde edilir. Malzemelerin ayrı kaplarda taşınması için.
ve birim yüklerin götürülmesi durumu için (tek parça ağırlığı G ve z sayıdaki parça yığınının ağırlığı Gz alınarak): Q = 3.6 °- v
a
Q = 3,6 Qî. v a
kN/sa ya da
kN/sa elde edilir.
(9)
(10) 7-41
GÖTÜRÜCÜLER Ayrı yükler ya da yük yığınlarının geçişleri arasındaki zama aralığı tt (s) ise
2600
Q=
1000
1000
G
=
(11)
ti
kN/saolur.
t,
Dökme yük taşıyan sürekli götünne makinalarınm kapasitesi yalnız ağırlık birimleriyle (Q kN/sa) değil, hacim birimleriyle de belirtilir (V mVsa) Q = Vy (kN/sa)
(13)
V = 3600 Fv = 3600 Fo vy m3 / sa ya da
(14)
V = 3,6-Lv = 3,6İ2.v\|f
(15)
olduğundan,
m'/sa bulunur.
Sürekli götürme makinalannın kapasitesi bazan saatte gönderilen parça sayısıyla da belirtilir. Parçalar (ya da parça yığınları) arasındaki zaman aralığı ti =-a- saniye
(16)
olduğundan saatlik kapasite:
z=
ji600=3600v a t.
parça/sa bulunur,
(17)
F.ğer z sayıda parça içeren partiler gönderiliyorsa
Z = J D " " zv
parça/sa bulunur
3
(17a)
G, ayrı bir yükün (N olarak) ağırlığı ise, ağırlık birimi olarak kapasite, aşağıdaki formülle belirtilir:
1000
kN/sa
(18)
Önceki denklemler, yükleri sürekli bir akımla götüren makinalarda kapasitenin, oluk ya da boru kesitindeki artışla, yükleme verimindeki artışla ve götünne hızındaki artışla orantılı olarak yükseldiğini göstermektedir. Yükün kaplar içinde götürüldüğü durumlarda kapasite, kap hacmindeki büyümeyle, yükleme verimindeki artışla ve götünne hızındaki artışla doğru orantılı, kaplar arasındaki uzaklıkla ters orantılı olarak yükselir. Birim yüklerin taşınmasında ise kapasite, birim ağırlıktaki artışla, götürme hızındaki artışla doğru orantılı ve ayrı yük birimlerinin (ya da yığınlarının) arasındaki uzaklıkla ters orantılı olarak yükselir. Verilen türde bir makina için işletmenin istemlerine uygun olarak götürme hızı belirlendikten sonra, yukardaki denklemler, makinanm kapasitesine ilişkin ana niteliklerin bulunmasına izin verir: (7) numaralı denklemden Fo 7-42
EjjJ j
GÖTÜRÜCÜLER kesiti; (8) numaralı denklemden
—
oranı (bu oran, a verildiği zaman i,, in, io verildiği zaman a nın değerinin
bulunmasını sağlar); (9) ve (10) numaralı denklemlerden yük birimleri (ya da yığınları) arasındaki a uzaklığı. Dökme-yüklerin taşındığı durumlarda, bu yolla elde edilmiş olan Fo ve ^ değerlerinin götürülecek malzemenin parça boyutu ile uygunluğu irdelenmelidir. Birim yüklerde ise a ölçüsü, yükün dıştan-dışa (overall) boyutlarıyla uygunluk içinde olmalıdır. Benzer şekilde, makinanın yük-taşıyıcı elemanının boyutları da götürülen yükün dıştan-dışa boyutlarıyla uyuşmalıdır. örneğin, tablalı (platformlu) bir götürücüde platformun uzunluğu ve genişliği; kayışlı ve paletli götürücülerde sırasıyla kayışın ve yuvarlanma yolunun (runway) genişlikleri; yüksek (overhead) götürücülerde arabanın (carrier) uzunluğu ve yüksekliği, vb. Sürekli götürme makinalannda, yukardaki denklemlere göre hesaba temel alınan Q (saatte kN) kapasitesine, hesaplanmış kapasite ya da tasarım kapasitesi denir. Alışılmış olarak ortalama (Q ort ) kapasiteye eşit ya da ondan yüksektir. Malzemenin besleme düzensizliği için bir K' katsayısını (K'Sl) dikkate alarak, Q = Qort K1 kN/sa elde ederiz.
(19)
Harekete Karşı Direnç Katsayısı Bir götürme makinası (örneğin, bir kepçeli ya da tablalı yükseltici) saatte Q kN yükü H metreye kaldırıyorsa, bu yükü kaldırmak için harcanan etkin (effective) güç,
100QH = _gH_ 3600x75 2700 Ne,=
1 0 0 Q H
3600x102
BG
(20)
= - 2 J - kW olacaktır.
(21)
3670
Götürme makinasının verimi T| ise gerekli motor gücü
N=
Nç, _ 2 İ _ BG = - ^ L _ 11 2700 ti
3670 r\
kW
olur.
(22)
Götürme düzenleri genellikle yükleri yatay olarak taşırlar. Bu durumda H=0 olduğundan, N e ı ve N cebrik olarak sıfır olurlar. Başka deyimle, bu durumda, yük-kaldırma işlemi için harcanmış faydalı iş yoktur. Buradan çıkan sonuç, yukardaki denklemlerin yatay götürücülerde, gerekli motor gücünü belirtmek için kullanılamıyacağıdır. Eğer yük düşey kesitler boyunca (H*0) hareket ediyor ve H değerinin yanında ihmal edilebiliyorsa sürtünme direncini yenmek için gerekli güç. yükü yükseltmek için gerekenden çok fazla çıkacak ve götürme makinasının verimini belirten sayı, ihmal edilecek kadar küçülerek makinanın mekanik niteliklerini göstermekten uzak olacaktır. Bu nedenle, gerekli motor gücü genellikle (21) denklemine göre bulunmayacaktır. Bunun yerine, yükü yükseltmek için gerekli motor gücü ile yükün hareketine karşı sürtünme direncini yenmek için gerekli motor güçleri ayrı ayrı hesaplanacaktır. Yükün hareketine karşı (zararlı) direnç, harekete karşı direnç katsayısı olarak adlandırılır. Yükün hareketini sınırlayan kuvvetlerin yükün ağırlığına oranına direnç katsayısı diyoruz. Yükün götürme makinasının birim uzunluğu başına ağırlığı q (N/m), yüklü yörünge boyu L(m) ve sürtünme katsayısı (w) ise götürülen yükün ağırlığı qL ve sürtünme direnci, Wsllr, = ql.w (N) olacaktır. Sürtünme direncini yenmek için gerekli güç ise
(23)
GÖTÜRÜCÜLER
750
750
750x3,6
2700
B G y a d a
(25)
kWve
3670
(24)
toplam güç tüketimi ise = Net + N^ = - 2 _ (H+Lw) BG = _2_(H+Lw) kW olur. 2700 3670
(26)
Eğer güç motor milinden alınan değil de götürücünün döndürme (ana) miline verilen güç olarak belirtiliyorsa değeri
2700
3670
(
kWolur.
(27)
Burada wo sürtünme katsayısı götürme makinasının bütün bölümlerinin sürtünme dirençlerini içerir. Ancak, aktarma düzenininkini (transmission gear) içermez. Nve No değerleri arasında.
(28) bağıntısı vardır. Burada T) = aktarma düzeninin verimidir. No < N olduğundan w0 < w dir. (24) ve (25) numaralı denklemlerde, Q = lkN/sa ve L = 1 m alarak ve bu koşullarda sürtünme direncinin yarattığı kuvveti yenmek için gerekli gücü N ' ^ (özgül güç) adıyla tanımlayarak
2700
BG =
3670
kW
(29)
yani sürtünme katsayısının özgül güçle orantılı olduğu sonucu elde edilir. Demek ki, bir götürücüde w, N ' ^ ve N^,, küçüldükçe mekanik verim yükselir. Yukanda verilen bağınülar, yüklerin yükseltilmesi, yatay ve düşey olarak götürülmesi gibi işlemleri yapmak üzere tasarlanmış götürücülerde N nin hesaplanması için kullanılırlar. Bu özel durum için, direnç katsayısı kavramının, verimden daha genel bir kavram olduğu görülüyor. Yatay götürme makinaları için (H=0) (26) bağıntısı aşağıdaki şekli alır:
2700
3670
k W
(30)
7-44
I I İM
GÖTÜRÜCÜLER Düşey düzenler (L=H) için:
2700
(
)
( ) 3670
kWolur.
(31)
(22) ve (31) denklemlerini karşılaştırırsak düşey götürücü durumunda
— = l+w buluruz, il
(32)
Bunun anlamı, direnç katsayısındaki bir azalmanın, verimi yükselteceğidir. Kuramsal (teorik) olarak T), (0) ile (1) arasında değiştiğinden, w de kuramsal olarak (+ <*>) ile (0) arasında değişir. T\ = 0,5 ve w = 1 değerleri için, (21) ve (31) denklemlerinden de görüleceği gibi, N e t ve N^ değerleri birbirine eşittirler.
G1 + G0
Seki. 46- Doğrusal kesitlerde dirençlerin belirlenmesi Ancak, pratik olarak, değişik türdeki donatım için direnç katsayısı oldukça önemli sınırlar içinde değişir. Götürücüler için bu değer, birin kesirlerinden (1) e kadardır. Yüksek güç tüketimli makinalarda (l)den daha yüksek bile olabilir. Eşdeğer türdeki makinalar için de (kayışlı götürücüler, kürekli götürücüler, vb.) direnç katsayısı, makina kapasitesine, götürme uzunluğuna ve geometrik biçimine, yapım ve kuruluş niteliğine, çalışma koşullarına ve (bir oranda) götürülen malzemenin yapısına bağlı olarak belli sınırlar içinde değişebilir. Bir taşıma düzeninde toplam direnç, bazı durumlarda, bu düzenin ayrı bölümlerinin dirençlerinin toplamı olarak belirlenir. Ayn bölümler için (w') direnç faktörünün götürülen yükün toplam daralı ağırlığına oranıyla tanımlamak (malzeme ağırlığı artı makinanın hareketli parçalannın ağırlığı) ve bunu taşıyıcı kılavuz kızaklar üzerindeki normal basınca bağlamak uygun bir hesap yolu olarak bulunmuştur. örnek: Bir kap (araba) Go ağırlığında olsun ve G yükünü kılavuz kızaklar (raylar) ya da raysız bir yörüngede tekerlekler üzerinde taşısın (Şekil. 46). Yatay hareket için çekme kuvveti W = (G+Go)w' olur.
(33)
Yatayla f$ açısı yapan bir eğimi çıkmak için gerekli kuvvet (yukarı ya da aşağı) ise aşağıdaki gibi olur: 7-45
GÖTÜRÜCÜLER W = Wf + W,Urt = ± (G+Go)sinP + (G+G0)w' = (G4GO) (±sinP+w'cosp)
(34)
Burada: Wf = Faydalı direnç kuvvetleri Wsttrt = Sürtünme direnci kuvvetleri w' = Harekete karşı direnç katsayısı Yukarı doğru hareketlerde artı işareti, aşağı doğru hareketlerde eksi işareti alınacaktır. Raylar üzerindeki tekerlekli bir yük için w' direnç katsayısı aşağıdaki denklemle belirtilir:
w' = C
(35)
D
Burada: \l = Tekerlek muylusundaki kayma sürtünmesi katsayısı (bilyalı yataklarda muylu çapına indirgenmiş sürtünme katsayısı) k=
Yuvarlanma sürtünmesi katsayısı, cm
d=
Muylu çapı, cm
D=
Tekerlek çapı, cm
C=
Tekerlek bandajı ile ray arasındaki sürtünmeden doğan direnç artış katsayısı (C>1).
Yük, raylar üzerinde değil de kaydırılarak gönderiliyor ve sürtünme katsayısı f ise w' = f olur. (35) denklemindeki (i ve k katsayıları, götürücü türü ile onun çalışma koşullarına bağlı olarak geniş sınırlar içinde değişirler. Değişik çalışma koşullarına ilişkin w, |i ve k değerleri, bu türlerin incelendiği bölümlerde verilmektedir. Bükfilebilir (Fleksibl) Çekme (Cer) Elemanlı Götürme Makinalarında Direnç ve Güç 1. Değişik Kesitlerdeki Direnç Bir götürme makinasının sonsuz çekme elemanı, genellikle, sürekli (ya da dönemsel -peryodik- kesintilerle) bir hareket yapar. Bir sonsuz çekme elemanı, en basit biçimiyle, iki doğrusal şerit ile iki dayiresel birleştiriciden (link) oluşur. Doğrusal kesitlerde çekme elemanı sabit ya da hareketli masuralar (rulolar) üzerinde ya da bir kılavuz kızak boyunca kayar. Rğer yük, bir yük taşıyıcı eleman (kayış, palet, kepçeler, tablalar, vb.) tarafından taşınıyor ise yük taşıyıcı eleman ve çekme elemanı eşdeğer bir direnç katsayısı ile hareket ederler. Diğer bütün durumlarda, örneğin, yükün bir kılavuz kızak boyunca itildiği (kürekli götürücü) ya da yükün kendi kendini hareket ettirdiği (otomobil ve traktör gibi) durumlarda, yükün harekete karşı direnç katsayısı ile çekme elemanınmki birbirinden farklı olur. Doğrusal kesit uzunluğuna L, eğim açısına p\ L uzunluğunun yatay izdüşümüne Lya, ve düşey izdüşümüne H, götürücü kesitinin her metre uzunluğuna düşen yük ağırlığına q, hareketli parçaların bu kesitin her metre uzunluğuna düşen ağırlığına q0 diyelim, tik durum, yani yük taşıyıcı eleman ile çekme elemanının eşdeğer bir w' sürtünme katsayısı ile hareket ettiği durum için yüklü şerit üzerindeki direnç, denklem (34) e göre
•r
m
••»•*•••*
GÖTÜRÜCÜLER Wd = ± (q+qo) L sinP + (q-Kjo)Lw' c = (q + q o ) (± H + Lw' cosP) = (q + q o ) x (± H + Lyatw') olur.
(36)
Artı işareti yukarı doğru hareketler için, eksi işareti ise aşağı doğru hareketler için kullanılır. Kayma hareketinde w' = f dir (f kayma sürtünmesi katsayısıdır). Tekerlekler üzerindeki harekette ise w' (35) denkleminden hesaplanır. Çekme ve yük taşıyıcı elemanlann direnç katsayıları farklı olduğu zaman bir önceki denklem şu şekli alır: Wd = ± (q+qo) H + (qw'y + q o w' p )L yat
(37)
Burada w'y ve w'p sırasıyla, yükün ve kesit boyunca hareket eden hareketli götürücü parçalannın (genellikle çekme elemanının) sürtünme katsayılandır. Götürücü yüksüz kesiti için: Wb = q,,I. (± sinP + w' cosP) = qo(± H + LyaIw') olur.
(38)
Burada da işaretler, yukarda açıklanan anlamda kullanılacaktır. Yatay hareket için yukardaki denklem değişik bir biçim alır. Yani
P = 0, H = 0 ve L
t
=L
olur.
(36), (37) ve (38) denklemleri, aşağı doğru hareketlerde doğrusal kesitlerdeki toplam direnç değerinin artı, eksi ya da sıfır olabileceğini göstermektedir. Yukarı doğru ya da yatay hareketlerde ise aynı kesitlerdeki toplam direnç daima artıdır. Çekme elemanının eğrisel kesitteki hareketi şu üç yoldan birisi biçiminde olur: (1) ekseni etrafında dönen (pivoted) bir düz kasnak, zincir dişlisi ya da tambur üzerinde eğilme (Şekil. 46a); (2) durağan (stationary) ve eğrisel bir kılavuz kızak (genellikle bir ray) üzerinde kayma (Şekil. 47b); (3) eğrisel ve sabit bir çerçeveye bağlanmış bir dizi masura üzerinde yuvarlanma (Şekil. 47d). Çekme elemanı kasnak, zincir dişlisi ya da tambur yüzeyine sarıldığı zaman, eleman şeridinin tambura giriş tarafı gergin, tamburu terkeden tarafı gevşektir.
'gev
Şekil. 47- Eğrisel kesitlerde dirençlerin belirlenmesi 7-47
GÖTÜRÜCÜLER Toplam Weg direnci, çekme elemanının tambura s an I irken eğilmesi ve tamburu terkederken doğrulması nedeniyle malzeme katılığından (stiffness) doğan direnç ile tambur (zincir dişlisi, kasnak) göbeğindeki (hub) ya da tamburu taşıyan mil muylulanndaki sürtünme dirençlerinden oluşur. Zincirli aktarmalarda, bu toplam değere zincir dişlisi dişlilerindeki sürtünme direnci eklenir. Bu dirençler, genellikle, çekme elemanının gergin tarafındaki çekme kuvveti ile orantılıdırlar. Bu nedenle elemanın gevşek tarafındaki çekme kuvveti: Sgev = S'ger + W e ğ = S' ger + kS'ger = (l+k)S' g e r = KS' olur.
(39)
Burada K>1 dir. Pratikte kasnak, zincir.dişlisi ya da tambur üzerindeki direncin We£ değeri, S g e r in yüzde 3 ü ile 10 u arasında değişir. Genellike yüzde 5-7 uygun bir değerdir. Yani: S'
v
« (1,05-1,07)S'.ger
(40)
Eğer gerdirme düzeni olarak görev yapan kasnak (zincir dişlisi ya da tambur) ayrıca götürücüyü de çeviriyorsa üzerindeki direnç, gergin şerit ve gevşek şerit parçaları üzerindeki S g e r ve S g e v çekme kuvvetlerinin toplamının yüzde 3 ile 5 i arasındadır. W ç e v = k'(S g e r + S g e v ) = (0,03 ile 0,05) (S g e r + S g e v )
(41)
Çekme elemanının, a radyanlık bir değme yayı boyunca bir kılavuz kızağa sarıldığı durumda (Şekil. 47b), çekme elemanı ile kasnak arasındaki sürtünme katsayısı f alınarak (çekme elamanının katılığı ihmal edildiğinden oldukça küçük bir dirençtir), gevşek ve gergin şeritlerdeki çekme kuvvetleri arasındaki bağıntıyı gösteren (Euler'e göre) şu genel formül elde edilir:
S>
'
Ol OrtV g(
(42)
.fol.
>v - "" Og e r '
Burada (e) Neperien logaritma tabam olup değeri 2,7183 dür. Çekme elemanının hareketli masuralar (Şekil. 47c) ya da durağan masuralar dizisi üzerinde yuvarlandığı durumlarda (Şekil. 47d), sürtünme katsayısı w1 alınarak, V = Sgerew'a
(43)
yazılır.
Eğrisel kesitlerdeki direnç kuvveti de sırasıyla: W eğ = S' g e v -S' g C T = S ' g e r ( e f a - l ) v e ^eğ = S g e v - S' ger = S'ger (e
wcx
- 1)
(44) (45)
2. Etkin Çekme Kuvvetinin ve Motor Gücünün Belirlenmesi Bir götürme makinasında toplam direnç, profilin incelenmesi (outline) ya da noktasal inceleme (by points) dediğimiz yöntemle hesaplanır. Çekme elemanının profili, birbirini izleyen ayn doğrusal ve eğrisel bölümlere ayrılır. Bu kesitleri birleştiren noktalar numaralanır. Çekme elemanının gergin ve gevşek şeritlerindeki çekme kuvveti, bu profilin nokta be nokta izlenmesi yoluyla belirlenir. Toplam çekme kuvveti ise bu ayn ayrı bölümlerdeki çekme kuvvetlerini toplayarak bulunur. Hesaba, genellikle, çekme elemanının döndürme (tahrik) kasnağından (zincir dişlisi ya da tambur) ayrıldığı noktadan ya da -bu iki nokta çakışmıyorsa- elemanın en gevşek olduğu noktadan başlanır. Gerdirme düzeni tarafından çekme elemanına aktarılan başlangıç çekme kuvveti makinanın türüne bağlı olup izleyen bölümlerde verilen istemlere göre seçilir. Diğer noktalardaki çekme kuvveti aşağıda gösterilen gend kurala göre hesaplanır. Çekme elemanının hareketi boyunca peşpeşe gelen her noktadaki çekme kuvveti, bir önceki noktadaki çekine kuvveti artı bu iki nokta arasındaki kesite gelen dirence eşittir. Yani: 7-48
II I
GÖTÜRÜCÜLER S ^ S I . , + W ( M ) den (i) ye
(46)
Burada, Sj,j ve Sj.j : i-1 ve i kesitlerindeki çekme kuvvetleri W ( i . ı ) den (i) ye : Bu iki nokta arasındaki direnç. Hesabın, çekme elemanının profilini izleyerek ve hareketin yönüne zıt yönde yapıldığı durumlarda, birbirini izleyen her noktadaki çekme kuvveti bir öncekindeki çekme kuvveti ile bu iki nokta arasındaki dilime gelen direnç kuvvetinin farkına eşittir. Profilin bölündüğü doğrusal ve eğrisel bölüm sayısı n, gevşek taraftaki çekme S S g e r ise etkin çekme kuvveti, W o = S g e r - S g e v olur.
ev
ve gergin taraftaki çekme (47)
Ya da, döndürme muindeki direnç de hesaba katılarak, (Wd = W n d e n l e ) Wo = S g e r - S g e v + Wn den 1 e elde edilir.
(48)
Götürme makinası için gerekli motor gücü,
BG= 750 T|g
W
°v kW olur. 1020 T|g
(49)
Burada. Wo = Etkin çekme, N v = Çekme elemanının hızı, m/s T|g = Wo in (47) denklemiyle hesaplandığı durumda, çekme elemanının katılığından (rijiditesinden) meydana gelen (döndürme miline indirgenmiş) kayıpları da içeren aktarma düzeni verimi. Wo (48) denklemine göre hesaplandığından T|g bu kayıpları içermez. Zincirli Götürücülerde Dinamik Olaylar 1. Zincirin Hızı ve ivmesi Bir götürücünün çekme elemanının boyutları, maruz bulunduğu en yüksek çekmeye göre hesaplanır. Profil yöntemiyle belirlenen en yüksek çekme, genellikle çekme elemanının döndürme (tahrik) dişlisine sarıldığı noktada elde edilir. Her çeşit zincirli götürücüde, dönme hareketinin -zincir dişlisi aracılığıyla- zincire iletilmesi sırasında ortaya çıkan dinamik kuvvetler, yukarda açıklanan biçimde belirlenen statik kuvvetlere eklenmelidir. Zincirin (ya da zincirlerin) harekeü'ndeki düzensizlikler, dinamik gerilmelerden ileri gelir. Genel olarak, zincirli döndürmenin zincir dişlileri, sabit bir açısal hız oranına sahip değildirler ve dolayısıyla, zincirin dğrusal (lineer) hızı da düzensizdir. Bunun nedeni zincirin dişli çevresine ya da alın yüzeyli kasnağa bir bölüm dayiresi (pitch circle) biçiminde değil, fakat bölüm poligonu (pitch polygon) biçiminde satılmasıdır. Bu olaya halat etkisi (chordal action) denir. Zincirin vurma (pulsation) hareketi sırasında meydana gelen düzensizliğin devri (peryo7-49
GÖTÜRÜCÜLER du), zincir dişlisinin (ya da alın kasnağının) bir diş dönmesine karşılık olan açıyı çizmesi için gerekli zamana eşittir. F.n yüksek dinamik gerilme, zincir dişlisi dişinin bir sonraki zincir baklası ile kavrama durumuna gelişi (alın yüzeyli bir kasnakta kasnak köşesinin) sırasında ortaya çıkar. F.n basit biçimde, dinamik gerilmenin nasıl doğduğunu görelim. Şekil. 48 bir zincir dişlisi ya da alın yüzeyli bir kasnak çevresinde yürüyen bir zinciri şematik olarak göstermektedir. Resimde gösterilen durumda çekme kuvveti, 1' zincir baklası ile kavrama durumunda bulunan 1 dişli aracılığıyla iletilmektedir. Zincir dişlisi döndükçe, 2 dişlisi 2' baklası ile, 3 dişlisi de 3' baklası ile kavrama durumuna gelecektir.
1
Vb=V Vb
Şekil. 48- Zincir dişlisi çevresinde dönen zincir Zincir dişlisinin sabit bir co açısal hızında, dişin çevresel hızı saibt kalır. Yani vo = Rco. Zincir hızı ise (hare- , « ^ , ket yaklaşık olarak öteleme hareketidir): V jffl
t*V ttfcV
H'i ı İt.' • ''
(50)
v' = vo coscp = R co coscp olur. Burada
Demekki, zincir dişlisinin, zincirin 1 adımına (t1) karşılık olan ao açısı kadar dönmesi için gerekli tç, peryodu boyunca v' olan hızı, bir kosinüs eğrisinin bir bölümünü temsil eder (Şekil. 49). Zincir hızı. (51)
maks = V o = RCO
olan en yüksek değerine cp = 0 iken ulaşır. -«o
7-50
2
v e
Oo
2
ıı r »ı
GÖTÜRÜCÜLER değerlerine karşılık olan en düşük zincir hızı ise, v'min = R Cû COS ^ 2 .
2
dİT.
(52)
Şekil. 48 de, Oo açısını çizen zincir dişlisinin başlıca üç konumu gösterilmiştir. 1 baklasının kavrama anı (
Zincirin ivmesi, hızın zamana göre birinci türevi ya da jo = R co değerindeki merkezcil ivmenin zincirin hareketi doğrultusunda alınmış izdüşümü (teğetsel ivme sıfırdır) olarak j' = -j o sin
(53)
Zincirin ivme diyagramı Şekil. 49 da gösterilmiştir, ivme
j'maks = ±
(54)
Şekil. 49- Zincirin hız ve ivme diyagram 2. Zincirdeki Dinamik Yükler Şekil. 49 daki diyagramdan görüldüğü üzere, ^ başlangıç periyodunun (devrinin) sonunda ve bunu izleyen periyodun başlangıcında -zincir dişlisinin dişi izliyen b aklayla kavrama durumuna geldiğinde- ivme, ani olarak "j'maks dan + J maks a s ı c r a r - Yani 2j' r a a k s kadar artar. Götürücünün hareket eden parçaları ile yükün indirgenmiş kütlesi m ile gösterilirse, bu andaki dinamik etki (gerilme) 2mj' m a k s olur. Kuvvet ani olarak etkidiği için iki katlı bir çekme kabul edilebilir. Bu nedenle, teorik dinamik etki JA = 2x2mj' maks olarak alınır. J' A = mj' m a k s atalet kuvveti t,, periyodunun son anında etkidiğinden, zincir hareketinin yönünde ve eksi değerdedir. Bu nedenle, ani dinamik etkiye eklenmesi gerekir. Sonuç olarak, S st zincirin (ya da zincirlerin) gergin tarafındaki (profil yöntemiyle belirlenmiş) statik çekme kuvveti ve S d i n teorik dinamik çekme kuvveti iseler, toplam teorik çekme etkisi, Sdjn - Ssl
JA - J A
= SSI + 2x2mj' - mj' m a k s = Sst + 3 mj' m a k s olur.
(55)
7-51
GÖTÜRÜCÜLER Burada,
;
60
2
zf
2R
v = Ortalama zincir hızı, m/sn n = Zincir dişlisi hızı. d/dak z = Zincir dişlisi diş sayısı t' = Çekme zincirinin adımı (54) numaralı eşitlikten J maks
_ İn2 v2
z211
=
2Tı 2 v
z (zf)
=
27t2 v2
( Z f) 2
elde edilir.
(56)
3. Dengeleme Çarkları Götürücü çekme zincirindeki dinamik etkiler, onlara gelen yükleri arttırdıklarından, yalnız dayanıklı ve ağır zincirlerin kullanımını gerektirmekle kalmazlar. Aynı zamanda, malzeme yorulması nedeniyle bunların çalışma ömürünü de kısaltırlar. (56) denkleminden de görüleceği gibi, zincir adımı ile hızı arttıkça ve zincir dişlisi diş sayısı (alın kasnağı yüzey sayısı) azaldıkça dinamik gerilmelerin etkisi artmaktadır. Bu nedenle yukarda sayılan durumlar ortaya çıktığında özel dengeleme çarkları kullanmak uygun olacaktır. Bu düzenler zicnir hareketindeki düzgünsüzlükleri önemli ölçüde azaltır. 9. GÖTÜRME MAKİNALARININ ANA BÖLÜMLERİ Ana Bölümlerin Adları BükülebiUr çekme elemanlı çeşitli götürme makinalarının birbirine karşılık olan ana bölümleri her ne kadar eşdeğer amaçlı iseler de değişik tasarım biçimlerinde olabilirler. Bu ana bölümler şunları içerirler: (1) yük taşıma elemanı, (2) hareket kuvvetini yük taşıma elemanına geçiren çekme elemanı; (3) ara destekler (genellikle makara ve tamburlar); (4) çekme elemanına Ûk gerginliğini veren gerdirme (take-up) düzeni; (5) çekme elemanını hareket halinde bulunduran döndürme (tahrik) düzeni ve (6) şasi. Götürücü türü (tipi), onu meydana getiren ana bölümlerinin türü ve yapısı ve çekme elemanının ayırdedici önemdeki türü ile tasarım biçimi tarafından belirlenir. Be;î! £«'•.::•!!. •' ruletinde (örneğin, kayış ve değişik halat ve zincirli götürücüler) yük doğrudan doğruya çek- t; 'T .,• -,-v" ;i -'"inde taşınır. Yani, kayış, halat, zincir, vb. gibi tek bir parçanın hem çekme hem de yük ta$ ı i ' .ı
("•
• *
•
.,•..<
. -i o ; ' : . ; K
>Vvi v;ırdır.
ı tinaiısı/. götürme makinalannın bölümleri bu şenel sınıflandırmaya uymazlar, çünkü bunların eşde.,,K:U:
< . • tıt- I . m a n i a n
t) ı götürme makinasının güvenilir ve veiimü y-
• CRÜIO t,k:ma;u genellikle kayış, ya da zincir, bazı durumlarda çelik halat olur.
GÖTÜRÜCÜLER 1. Çekme Zincirleri Götürme makinalarında kullanılan çekme zincirleri, yapılan ve yapım yöntemleri bakımından, büyük değişiklik gösterirler. Çekme zincirlerinin ana parametreleri şunlardır: adım (bitişik iki baklanın pimlerinin merkezleri arasındaki uzaklık), boyuna kopma gerilmesi ve zincirin birim ağırlığı (N/m). Zincir tasarımlarının üstünlüklerinin karşılaştırılmasında en önemli ölçüt, kopma gerilmesinin zincir birim ağırlığına oranıdır. Bu oran, zincir uzunluğunun metresi başına N olarak kopma gerilmesini (aynı zamanda emniyet gerilmesini) gösterir. Götürme makinalarında en çok kullanılan zincir türlerini kısaca gözden geçirelim. Yuvarlak-baklalı zincirler başlıca üç bölüme ayrılırlar: kısa-baklah (Şekil. 50a), uzun-baklalı (Şekil. 50b), çelik çubuk ve çelik çubuk-çelik şerit birleşimi (Şekil. 50c). Elektrik ya da demirci kaynağı zincir baklaları yumuşak çelikten (mild steel) yapılmışlardır. İmalatın inceliğine (precision) göre bu zincirler kalibreli ve kalibresiz diye ikiye ayrılırlar. Kalibreli zincirlerde daha duyarlı bir (t) adımı vardır. Bunlar için yürek biçimli kasnaklar (zincir dişlileri) ve ikinciler için düz kasnaklar kullanılır. Bu zincirler genellikle, kopma gerilmesinin 2000-2500 N/cm2 yi geçmediği yerlerde kullanılırlar. Yuvarlakbaklalı zincirler - belli tür yüksek ve kürekli götürücüler bir yana bırakılırsa- götürme makinalarında seyrek olarak kullanılırlar. Bundan başka kepçeli yükselticilerde de 9,5 - 25 mm lik yuvarlak çelik çubuktan yapılmış kısabaklah kalibre edilmemiş zincirler kullanılırlar. Temper-döküm zincirler, geniş bir tasanm yelpazesine sahiptirler. Bunların üstünlüklerini şöyle sıralıyabiliriz: Yük-taşıyıcı elemanlar ve hareketli parçalar için özel bağlantı (attachment) kulaklı baklalar oldukça düşük maliyette yapılırlar. Diğer yandan, bu zincirlerin öz ağırlıkları büyüktür ve sahip olduklan boşluklar nedeniyle güvenilir değildiler. Baklasıyla birlikte dökülmüş kancalar yardımıyla birleştirilmiş döküm baklalardan meydana gelen kancabakla türü bir zincir (Şekil. 51), tümü döküm zincire örnektir. Zincirin baklaları birbirinden kolayca ayrılırlar.
Şekil. 50- Kaynaklı zincir a- Yuvarlak çelik çubuktan, kısa-baklalı; b- Aynı. uzun baklalı; c- Yuvarlak çelik çubuk ve çelik şerit birleşimi.
Şekil. 51- Temper döküm kanca-bakla birleşimi /.incir
7-53
GÖTÜRÜCÜLER Yukarda sayılan sakıncalar nedeniyle, döküm zincirler sınırlı bir uygulama alam bulmuşlardır. Ancak, düşük yüklerde ve karmaşık bir profilin gerektiği dalgıç türü götürücülerde kullanılırlar. Diğer bütün gereksinmeler için daha dayanıklı olan birleşim (combination) zincirleri tercih edilir. Birleşim zincirleri genellikle temper döküm, daha seyrek olarak da çelik malzemeden, burçlu ve işlenmiş çelikten pimli ve makarasız (Şekil. 52a) ya da makaralı (Şekil. 52b) yapılırlar. Bazı durumlarda iç baklalar döküm, dış baklalar çelik şeritten preste çıkartılmış (Şekil. 52c) olurlar. Birleşim zincirleri, çeşitli götürücü türlerinde geniş çapta kullanılırlar. Lamelli-haklalı zincirler (ya da bazan söylendiği gibi yaprak zincirler) bağlantı türüne göre: makarasız 1 ve makaralı 2 (Şekil. 53a), burçsuz zincirler; makarasız 1 ve makaralı 2 (Şekil. 53b), burçlu zincirler; flanşstz 1 ve flanşlı (Şekil. 53c) makaralı zincirler diye sınıflandırılırlar. Makaralar, zincir dişlisinin dillerindeki ve zincir burç ya da pimlerindeki aşınmayı azaltmak amacıyla bu burçlara ya da (burçsuz zincirlerde) pimlere geçirilmiştir. Bu aşınma azalmasının nedeni, zincir dişlisi yüzeyindeki kayma sürtünmesinin yuvarlanma sürtünmesine dönüştürülmesidir. Lamelli-baklah zincirlerde t adımı, genellikle 65, 80, 100, 125, 160, 200. 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000 ve 1250 mm ve pim çapı ise 9,11,13,16, 20, 24, 30, 36, 44 ve 55 mm olarak seçilir. Dayanımlarına göre zincirler dört sınıfa ayrılırlar: I. Çok ağır yükler için, II. Ağır yükler için, İÜ. Orta yükler için IV. Hafif yükler için. Lamelli-baklah zincirlerin, dayanım sınıflarına göre kopma gerilmeleri Çizelge. 7 de verilmiştir. Zincir baklaların yüzeyleri, uğratıldıkları ısıl işleme bağlı olarak, normal ya da arttırılmış sertlikte olabilirler. Zincirin güvenilir işletmesi ve ömrü, büyük ölçüde, doğru malzeme seçimine ve uygun ısıl işleme bağlıdır. 2. Çelik Tel Halatlar Götürücü makinalarda aşağıdaki halat türleri kullanılır: (a) tek, düzgün ya da bir zincir dişlisiyle kavramaya giren kelepçelerle donatılmış; (b) bir araya getirilerek bağlanmış paralel halatlarden meydana gelmiş çoklu halatlar; (c) ayrı iki ucu olan halat zincir. En basit ve güvenilir olanı, tekli bir halattan oluşan ve bazı hafif-hizmet tipi yüksek götürücüler ile kürekli götürücülerde kullanılan çekme elemanıdır. Ara Destekler Bir yük-taşıyıcı elemana mafsallanmış olan çekme elemanın gerek yüklü gerekse boş (avara) şeridinin, uzunluğu boyunca desteklenmesi gerekir. Kayışlı götürücülerde ve belli tür paletli götürücülerde kayış ya da götürücünün diğer taşıyıcıları, genellikle sabit eksenli makaralarla desteklenirler. Bazı durumlarda kayış, çelik sacdan ya da ağaçtan yapılmış sabit bir kızak boyunca kayar. Değişik türde zincirli götürücülerin çekme ve yük-kaldırıcı elemanları, kılavuz yollar (ray, hadde profil, vb.) üzerinde hareket eden makaralarla donatılmıştır, ya da -daha seyrek olarak- sadece bir kılavuz yol boyunca (makarasız) kayarlar. Yüksek götürücülerde, çekme ve yük taşıyıcı elemanlar, hareketli palangalar yardımıyla uygun yüksekliğe tesbit edilmiş olan sabit bir profile (kızak) asılırlar. Hangi tür ya da tasarımda olursa olsun, ara desteklerde şu özellikler aranır: harekete karşı minimum direnç katsayısı; basit yapı ve hafiflik (götürücü sisteminin toplam ağırlığının büyük bir bölümünü bu ara desteklerin ağırlıkları oluşturur); yüksek dayanım ve aşınmaya karşı direnç; çetin işletme koşulları altında güvenli çalışma ve uzun ömür: yatakların toz girişine karşı güvenilir biçimde korunması; basit bakım ve yatakların uygun biçimde yağlanması. Bu istemler götürücünün hareketli ve destekleme parçalarının dikkatli bir tasarımını gerektirir. Makinanın uygun bakımı, en büyük rolü oynar: düzenli yağlama; toz ve yapışmış maddelerin temizlenmesi; grupların koruyucu bakımı. Taşıyıcı makaraların (avaraların) tasarımına ilişkin ayrıntılı bir inceleme, değişik tür götürücüleri tanıtan bölümlerde verilmektedir. Gerdirme Düzenleri (Take-up) Çekme elemanlı bir götürme makinasının ana bölümlerinden birisi de gerdirme düzenidir. Bu düzen, çekme elemanının başlangıç gerginliğini verir, ara destekler arasındaki sarkmaları (sehim) giderir ve çalışma süresince yük altındaki uzamayı dengeler. Sürtünme ile döndürülen bir götürücüde, döndürme (tahrik) tamburu ya da kasnağına, kayışın götürücüyü döndürmeğe yeterli bir sürtünme ile sarılması (grip) için, gerdirme düzeni aracılığıyla kayışa belli bir ilk gerilim 7-54
Ifflffîf
GÖTÜRÜCÜLER
Hareket doğrultusu
Hareket :usı
\
Şekil.. 52- Birleşim zinciri a- Makarasız b- Makaralı c- Çelikten dış lamelii-bakla
ic bakla lameli
Şekil.. 53- Lamelli-baklalı zincir a- Burçsuz : Makarasız 1, makaralı 2 b- Burçlu : Makarasız 1, makaralı 2 c- Burçlu : Flanşsız 1, flanşlı 2
Çizelge. 7- Değişik Dayanım Sınıflarına Göre Lamelli-baklalı Çekme Zincirlerinin Kopma Gerilmesi Pim Çapı, d mm.
Kopma Çekme gerilmesi (10 KN)
Pim Çapı, d mm.
Kopma Çekme Gerilmesi (10 kN) Dayanım Sınıfı
Dayanm Sınıfı I
II
III
IV
9
10,8
6,2
4,9
3,7
24
11
15,0
8,6
6,8
5,2
13
20,9
12,0
9,5
16
27,7
15,9
20
40.0
23,0
II
III
IV
56,2
32,3
25,6
19,4
30
79,0
45,4
36,0
27,4
7.2
36
119,0
68,0
54,0
41,0
12,6
9,6
44
168,0
100,0
79,0
—
18,2
13,8
55
262,0
150,0
119,0
—
I
7-55
GÖTÜRÜCÜLER verilir. Pozitif döndürmeli (örneğin zincir dişlili) götürücülerde döndürücü dişlinin kaymaması için, çekme elemanının gevşek tarafı gergin tutulmalıdır. Gerdirme düzenleri, tasarım ve çalışma ilkesine göre ikiye ayrılırlar: (1) mekanik, (2) karşı ağırlıklı. Mekanik tiplerde çekme elemanının gerdirilmesi, elle ve şu yöntemlerde yapılır: çekme (Şekil. 54a) ya da itme (Şekil. 54b) vidası, kremayeri ve pinyonuyla. Çekme elemanının gerginliği sabit değildir. Çekme elemanı yük altında uzadıkça bu gerginlik de yavaş yavaş (tedricen) azalır. Mekanik gerdirme düzenlerinin birçok sakıncaları vardır: sürekli bir bakım ve ayar isterler; çalışma sırasında yaratılan çekme kuvveti değişkendir ve kayışı, döndürme sarılması için gerekenden daha yüksek bir değerde çekme tehlikesi vardır; tesbit biçimi rijit olduğundan darbeli yüklerde gerekli elastiklikten yoksundurlar. Mekanik gerdirme düzenlerinin başlıca üstünlüğü olarak küçük bir hacim gereksinmesi ile basitlik sayılabilir. Karşı ağırlıklı gerdirme düzenlerinde, asılı bir ağırlık vardır. Bunun yardımıyla kayış sabit bir gemginlik altında tutulur. Bu tür gerdiriciler, çekme elemanının uzunluğuna etkiyen sıcaklık değişimlerini, uzama ve aşınmalardan doğan sarkmaları, ani ve darbeli yüklerin etkilerini kendiliğinden dengelerler. Sayılan bu nitelikler, ağırlıklı gerdirme düzeninin üstünlükleridir. Bu düzenlerin söz konusu edilmeğe değer tek sakıncaları, fazla yer kaplamaları ve ağır-hizmet götürücülerinde uygulanacak karşı ağırlığın çok büyük olmasıdır. Bu durum araba ve karşı ağırlık araşma bir kasnak (tambur blokunun yerleştirilmesini gerektirir. Karşı ağırlıklı gerdirme düzenleri genellikle uzun kayışlarla, halatlarda ve düzgün olmayan profilli (konturlu) yüksek götürücüler ile taşıyıcızincirli götürücülerde uygulanırlar. Çalıştırma (Tahrik) Birimleri Çalıştırma birimleri, götürücünün çekme ve yük taşıyıcı elemanlarını hareket ettirmeğe yararlar. Çekme elemansız bir götürme makinasında hareket, doğrudan doğruya yük taşıyıcı elemana aktarılır. Döndürme kuvvetini aktarma biçimine göre çalıştırma birimleri iki ana kümeye ayrılırlar: (1) çekme kuvvetini kavrama yoluyla aktaranlar, (2) çekme kuvvetini sürtünmeyle aktaranlar. Sonuncu kümeye kayışlar, halatlar ve kalibresiz yuvarlak-baklalı zincirler girer. Çekme kuvvetini kavrama yoluyla aktaran çalıştırma birimlerinde, götürücünün hareket yörüngesini 90° (Şekil. 55a), 180° (Şekil. 55b) çeviren ya da hiç saptırmayan (Şekil. 55c) zincir dişlileri ya da yürekli tamburlar vardır. Paletle döndürme adı verilen bazı çalıştırma birimlerinde ise götürücünün doğrusal bir bölümüne yerleştirilmiş özel bir dişli-zincir düzeni bulunur (Şekil. 55d). Ana parçalarının tasarımı bakımından, çalıştırma birimleri aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar: (1) açık kayış (terkedilmiş uygulama); (2) kapalı hız düşürme (redüksiyon) düzeni (bugünkü uygulama); (3) bir hız düşürme biriminden sonra V kayışı ya da zincirli güç aktarma ve özel yapı çalıştırma birimleri (örneğin, tambur motorlar) kullanan karma düzenler. Çalıştırma birimleri sabit ya da değişken hızlı olabilirler. Değişken hız, birimin uygun bir yerine yerleştirilmiş olan bir varyatörle; hız değiştirme dişlileriyle (basamaklı hız değiştirme) ya da çok (birden fazla) hızlı motorla elde edilebilir. Tek ya da birden fazla motor kullanılabilir. Çok motor kullanan götürücülerde bağımsız fakat birbiriyle uyumlu (senkron) olarak çalışan elektrik motorları, çekme elemanının hareket yörüngesi boyunca yerleştirilmişlerdir. Bu düzenleme biçimi, çekme elemanının toplam çekme gerilmesini önemli ölçüde azaltır. Çok motorlu çalıştırma birimleri, büyük uzaklıklara ağır yükleri göndermek üzere tasarlanan götürücülerde, geniş bir uygulama alanı bulmaktadırlar. Çalıştırma birimlerinin tasanmı,değişik tür götürme makinalarının incelendiği bölümlerde gösterilmiştir. Uzun-adımlı zincirler kullanan ve yüksek hızda (genellikle 0,75 - 1 m/s nin üstünde) çalışan götürücülerde, dengeleme çalıştırıcısı adı verilen çalıştırma birimleri kullanılır. Çalıştırma biriminin yeri, çekme elemanındaki maksimum çekme gerilmesini azaltacak bir noktaya yerleştirilmelidir. Bu istemi karşılamak üzere çalıştırıcının, ağır şekilde yüklenmiş bölümlerin ucuna (yani yüksek dirençli bölümlerden hemen sonra) yerleştirilmesi gerekir. Böylece, çekme elemanı, birçok yay ve dönüşü taşıyan bölümlerden mümkün olan en küçük dirençle geçer. Böyle bir düzenleme, etkin çekme kuvvetinin yüzdesi olarak tanımlanan direnç kayıpları mutlak değerlerinin enazda (minimum) tutulmasını sağlar. Basit profilli bir yörüngeye sahip olan götürücülerde (örneğin yatay, yatay-eğimli kayışlı; paletli; kürekli götürücüler) çalıştırıcı, en uygun yer olarak, yüklü şeridin sonundaki tambur ya da zincir dişlisine bağlanır. Karmaşık bir yörünge profiline sahip götürücülerde ise (yüksek; kepçeli; tablalı götürücüler) çalıştırıcının yeri, çekme gerilmesi dağılımının yararları ve sakıncaları incelendikten sonra -daha iyisi, özel bir gerilme dağılımı diyagramı çizerek- belirlenir. 7-56
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 54- Gerdirme düzenleri a ve b- vidalı tip; c- karşı ağırlıklı ve arabalı tip; d- yaylı ve vidalı tip.
Şekil. 55- Zincirli çalıştırıcılar a- zincir dişlili 90° lik açısal döndürücü; b- aynı 180° lik c- doğrusal bölümde zincir dişlili; d- paletli döndürücü
7-57
GÖTÜRÜCÜLER 10. KAYIŞLI GÖTÜRÜCÜLER (BELT CONVEYORS) Genel Tanıtma Bir kayışlı götürücünün ana bölümleri (Şekil. 55) şunlardır: şasi 1; tamburların yerleştirildiği uçlar: döndürücü (tahrik) 2 tamburunun yerleştirildiği baş taraf ile gerdirme tamburunun 3 bulunduğu kuyruk tarafı; sonsuz kayış 4 (bu tamburlara sarılır); hareketi boyunca kayış üst (yüklü) şeridini destekleyen üst taşıyıcı makaralar (avaralar) 5 ve kayış alt (boş) şeridini destekleyen alt taşıyıcı makaralar (avaralar) 6. Bu makaralar şasiye bağlanmışlardır. Bazı durumlarda kayış, taşıyıcı makaralar tarafından değil de sabit bir kılavuz kızak tarafından desteklenir. Yük, genel olarak, üst şeritte gider ve alt şerit, boş olarak dönüşü sağlar. İstisnai durumlarda, yükü taşımak üzere, alt şerit kullanılır. Diğer bazı durumlarda ise üst ve alt şeritler aynı anda ve zıt yönlerde yük taşırlar (genellikle tane-mallar). Döndürme tamburu, hareketini çalıştırma biriminden 7 alır. Gönderilecek mal. götürücü üstüne (uygun yükseklikte) kurulmuş bir ya da fazla sayıda yükleme haznesinden 8 kayış üzerine yüklenir. Kayış tarafından taşınan yük, baş tamburu 2 üzerinden boşaltma oluğuna 9 ya da götürücü boyunca herhangi bir noktaya yerleştirilmiş özel boşaltma düzeneklerine boşaltılır. Kayış temizleyicisi (silici) 10, kayışın dış yüzeyine yapışmış olan malzemeyi sıyırır. Bu düzenek genellikle götürücü baş tamburuna 2 yakın bir yere yerleştirilir. Kayışlı götürücüler geniş bir yelpaze içine giren birim-yükleri ve dökme malzemeleri, yatay ya da hafifçe eğimli yörüngeler boyunca taşımakta ya da hat üretimi (line production) birimlerinde, hafif ara ürünleri bir işlemden diğerine iletmekte kullanılırlar: dökümhanelerdeki taşıma işlemlerini mekanikleştirmede (döküm kumunun gelişi ve dağılışı); kuvvet santrallarında yakıt taşımada; kömür ve maden ocaklarındaki yeraltı ve yerüstü taşımalarda; metalürji sanayiinde kok ve cüruf yapıcıların taşınmasında; tahıl silolarında her çeşit tahılın taşınması ve yükseltilmesinde; toprak kazısı ve inşaat şantiyelerindeki taşıma işlemlerinin mekanikleştirilmesinde; besin ve hafif endüstride; süreç kademeleri arasındaki taşımalarda, vb. Kayışlı götürücüler, genellikle, transfer hatları, taşıyıcı köprüler, düzeltici-yükselticiler (grader elevators), vb. gibi karmaşık tesislerde yer alabilirler. Yüksek kapasite (500-5000 nvVsa ve daha fazla), büyük uzaklıklara yük taşıma (500-1000 m ve daha fazla) yeteneği, basit tasarım ve oldukça düşük öz ağırlık, güvenilir işletme ve uygun çalıştırma gibi özellikler, kayışlı götürücüleri, dünya çapında en çok kullanılan götürme makinası durumuna getirmişlerdir. Tasarım biçimine göre, kayışlı götürücüler sabit (bu bölümde incelenen), taşınabilir ve hareketli diye sınıflandırılırlar. Amaçlarına göre götürücüleri şu şekilde ayırabiliriz: genel amaçlı ve özel amaçlı götürücüler. Sonuncu götürücüler arasına yeraltı götürücülerini, besin ve tahıl endüstrisinde kullanılanları ve hat üretiminde kullanılanları sokabiliriz. Götürücü kayışları dokuma, çelik şerit ya da çelik tel örgülü olabilirler.
^|
f-\
A-A
Kesiti
(I I
i
!i]
'///s////////////
Şeki. 56- Bir kayışlı götürücünün yapısı Dokuma (Tekstil) Kayışlı Götürücüler 1. Kayışlı Götürücülerin Geometrisi Hareket yörüngelerine göre kayışlı götürücüleri (Şekil. 57) şu şekilde sınıflandırabiliriz: yatay, a; eğimli, b; karma: eğimli-yatay, c; yatay-eğimli, d, e ve f. Yataya göre eğim (P açısı) esas olarak taşınan malzeme ile hareketli kayış arasındaki sürtünme katsayısına, malzemenin statik şev açısına (dökme yükler için) ve malzemeyi 7-58
GÖTÜRÜCÜLER kayış üzerine yükleme yöntemine bağlıdır. Kayışlı götürücülerde izin verilen eğimler Çizelge. 8 de gösterilmiştir. Çizelge. 8- Düz kayışlı Götürücülerde Değişik Malzemeler İçin Önerilen Maksimum Eğim Açılan Maksimum eğim açısı derece
Malzeme Briket kömür Yıkanmış ve sınıflandırılmış çakıl Tahıl Dökümhane kumu, sarsılmış (yanmış) Dökümhane kumu, nemli (hazır) Kırma taş, boyutsuz Kömür, boyutlu Kömür, boyutsuz
12 12 18 24 26 18 17 18
/Döndürme (tahrik)
Maksimum eğim açısı derece
Malzeme Hızar talaşı taze Kireç, pudra Kum, kuru Kum, ıslak Cevher, büyük parçalı Cevher, kırılmış Antrasit, parça Kömür, tuvönan Kömür, boyutlu, küçük Çimento Cüruf, antrasit, yaş
27 23 18 27 18 25 17 18 22 20 22
I 1
Şekil. 57- Kayışlı götürücülerin geometrisi 7-59
GÖTÜRÜCÜLER 2. Kayışlı Götürücülerin Parçalan (a) Kayışlar. Aşağıdaki dokuma türleri kayışlı götürücülerde kullanılırlar: deve tüyü, pamuk (dokuma ya da örme), kauçuk kaplamalı dokumalar. Götürücü kayışları şu istemleri karşüamalıdırlar: düşük nem tutma (higroskopi) yüksek dayanım, düşük öz ağırlık, küçük özgül uzama, yüksek bükülebilme (fleksibilite), (taşınan yüke karşı sürtünme ile sık sık tekrarlanan eğilmenin ve kayış destekleme düzeneklerinin yarattığı değişken gerilmelerden doğan) katların ayrılması eğilimine karşı yüksek direnç, uzun çalışma ömrü. Kauçuk kaplanmış kayışlar bu istemleri diğer türlerden daha iyi karşıladıklarından genellikle tercih edilirler. Kauçuk kaplanmış dokuma kayışlar (Şekil. 58) çeşitli tabakalardan oluşurlar: kaba pamuk dokumadan meydana gelen katlar 1, bunlara kayış örgüsü (belting) denir. Katlar birbirine doğal ya da yapay kauçukla ve vulkanizasyon yöntemiyle bağlanırlar. Bazı durumlarda katlar, yüksek-dayanımlı sentetik dokumalardan yapılırlar: capron, perlon, nylon, vb. Kayışın üstünde 2 ve altında 3 kauçuk kaplama tabakaları vardır. Bunlar kayışı nem girişine, mekanik hasarlara ve götürülen malzemenin aşındırıcı ve kesme etkilerine karşı korurlar. Kayıştaki katlar, onun iskeletini (karkas) oluştururlar. Boyuna çekme gerilmelerini ve kayış üzerine düşen yükün darbesini bu iskelet alır. Kauçuk ve köpük kaplamalar katlan yapıştırıcı çimento görevi görürler. Ayrıca, katları nem ve mekanik hasarlara karşı korurlar. Götürücü kayışları kesik-katlı (Şekil. 58a), katlanmış-katlı (Şekil. 58b), spiral katlanmış-katlı (Şekil. 58c) ve kademeli-katlı (Şekil. 58d) olarak tasarlanabilirler. Kesik katlı kayışlar diğerlerine üstün olup en çok bunlar kullanılırlar. Bir kayışın dayanımı (mukavemeti), iskeletinin dayanımına bağlıdır. Kayış örgüleri normal, yüksek dayanımlı, pamuk-kanaviçe dokuma ve çok yüksek-dayanımlı sentetik dokumalardan yapılabilirler. Katindokumalı (solidvvoven) ve kauçuk kaplamalı kayışlar da yapılabilir. Ancak, yüksek rijitlik, aşırı maliyet nedeniyle bu kayışların kullanımı yaygınlaşmamıştır. Kayışlar genel amaçlı ve özel amaçlı olarak iki ana bölüme ayrılabilirler. Çoğunlukla genel amaçlı kayışlar kullanılırlar. Özel amaçlı kayışlar sıcak yükleri taşımakta ya da +60 °C den yukarı ve - 25 °C den aşağı sıcaklıklardaki işletmelerde ve bir de kayışın dokuma örgüsüne ya da kauçuk kaplamasına kimyasal olarak zarar veren malzemelerin taşınmasında kullanılırlar.
Yüklü taraf \
(e) ı' 111 n ı' 11 Mı 111 | ı M ı ı ı • • ıı 111 '' ı ı y M 11— r* — ' ~ ^ \ ' 1 ' | I ' 1 ı I ı [ I ı 1 I ' I r I I I I I t I II ı I | I I ı f | ı I ı —rr-ı TT rTT . /
Şekil. 58- Değişik türlerdeki kauçuk dokuma kayışların enine kesitleri
a- kesik katlar; b- katlanmış katlar; c- spiral hiçimde katlanmış katlar; d- kademeli katlar; e- ısıya dayanıklı kayış; 1- dokuma katlan; 2- üst kaplama; 3- alt kaplama; 4- amyant tabaka; 5- kırıcı şerit
7-60
GÖTÜRÜCÜLER Özel amaçlı kayışlar şu türleri içerir: ısıya dayanıklı; dona karşı dayanıklı; yanmaz, vb. Isıya karşı dayanıklı kayışlar (Şekil. 58e) bir ısıya-dirençli kauçuk kaplama 2 ve üstteki kat ile kauçuk kaplama arasına yerleştirilmiş bir amyant tabaka 4 ile donatılırlar. Avnca, üstte ve yanlarda "kırıcı" 5 adı verilen ince bir şeritle de güçlendirilmişlerdir. Bu kayışlar 100 °C ye kadar olan işletme sıcaklıklarına dayanırlar. Dona karşı dayanıklı kayışlar, kauçuk karışımının içine özel don önleyici (antifreeze) maddeler katılarak üretilirler. Bu kayışlar - 45 °C ye kadar sıcaklıklarda etkin olarak çalışırlar. Kauçuk kaplı kayışların ana parametreleri Çizelge. 9 da gösterilmiştir. Çizege. 9- Önerilen Kayış Katları Kayış genişliği, mm
300
400
500
650
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Minimum ve maksimum kat sayısı, i
3-4
3-5
3-6
3-7
4-8
5-10
6-12
7-12
8-12
8-12
9-14
Çizelgede verilen kayış genişliğiyle kat sayısı arasındaki bağıntı, kayışın -tamburlara sarılması için gereklibükülebilirliğine ek olarak, belli bir boyuna rijiditeye de sahip olması gereğini göstermektedir. Böyle bir rijidite, kayışın iç makaralı avaralardan (taşıyıcı makara grubu) geçmesini ve bu makaralar arasındaki boşlukta düzelmesini önleyerek oluklama durumunu korumasını sağlar. Demek ki, ağır ve büyük-parçalı malzemenin taşınması için tasarlanmış bir götürücü kayışında (oluklu), hafif yükler için tasarlanmış bir kayıştan daha fazla kat bulunmalıdır. Kauçuk kaplamanın seçimi ise (Çizelge. 9) taşınan malzemenin boyutlarına ve fiziksel özelliklerine bağlıdır. Kauçuk kaplamalı bir dokuma kayışın yürüyen her metresinin qk ağırlığı (genişlik B m. kat sayısı i ve kalınlığı 8 mm. kaplama kalınlıkları Si ve 82 mm ise) aşağıdaki formülden hesaplanır: qk=HB(8i+8ı+62)
N/m
(106)
Kauçuk köpük kaplamasında dikkate alınmamış bulunan bir kat kalınlığı 8 normal pamuk dokumalı kayış örgüsünde 1,25 mm, yüksek dayammlı kayış örgüsünde 1,9 mm, pamuk-kanaviçeli örgüde 2,0 mm ve sentetik dokuma örgülerde 0,9-1,4 mm alınır. Çizelge. 10- Kauçuk Kaplamalı Dokuma Kayışlar İçin Önerilen Dökme ve Birim Yükler (Çizelge. 1 ve 2 ile Şekil. 57 ye bakınız.)
Kaplama Kalınlığı, mm Yük Nitelikleri
Malzeme
Taneli ve pudra, aşındırıcı değil İnce taneli ve küçük-parçalı, aşındırıcı, orta ve ağır (a'<60 mm; y< 20 kN/m3)
A. Dökme yükler Tahıl, kömür tozu Kum, döküm kumu, çimento, kırma taş, kok
Orta-parçalı. hafif aşındırıcı, orta ve ağır (a'<60 mm: y < 20 kN/m3) Aynı, aşındırıcı Büyük-parçalı. hafif aşındırıcı, ağır (a'>160mm;y>20kN/m 3 ) Kağıt ya da kumaş ambalajda hafif yükler Yumuşak kaplardaki yükler Sert kaplardaki yükler 150 N a kadar Aynı 150 N den fazla Darasız yükler
Kömür, turba briketi Çakıl, klinker, taş cevher, kaya tuzu Manganez cevheri, demir cevheri (manyetit) B. Birim Yükler Paketler, kutular, kitaplar Çantalar, balyalar, denkler Kutular, variller sepetler Makina parçaları, seramik eşya yapı elemanları
Yüklü taraf
Dönüş tarafı
1.5
1,0
1.5-3.0 3.0
1,0
4.5
1.5
6.0
1.5
1.0 1.5-3
1,0
1.5-3 1,5-4.5
1,0 1,0-1,5
1,5-6.0
1,0-1,5
1,0
1,0
7-61
GÖTÜRÜCÜLER Gerekli kat sayısı aşağıdaki denklemden hesaplanır;
Sm,lks
(107)
BK, Burada: Smaks K, k
= Maksimum teorik kayış çekmesi, N = Kat babına 1 cm genişlik için kopma gerilmesi. N/em = Emniyet katsayısı (Çizelge. 1 le bakınız)
B
= Kayış, genişliği, cin
Örgü sınıfı normal: 550 N / cm Normal yüksek dayanıııılı: 1150 N / cm Çizelge. 11- Kayış Kat Sayısına Bağlı Olarak Emniyet Katsayıları
Kayış kat sayısı
2-4
4-5
6-8
9-11
12-14
Emniyet kat sayısı, k
9
9.5
10
10,5
11.0
Çizelgeden görüleceği üzere, emniyet katsayısı, kal sayısıyla büyümektedir. Bu olgu, kayıştaki gerilmelerin bütün katlara düzgün olarak dağılmayışı ve kayış, tamburlar ve taşıyıcı makaralar üzerinden geçerken yalnız çekme gerilmelerine değil, aynı zamanda eğilme gerilmelerine de uğraması ile (bu gerilmeler bu hesap yönteminde dikkate alınmazlar) açıklanır. Kayışın bükülnıelerdcn doğan yorulma sonucu zayıflaması, aşınmanın ve ek yerlerindeki zayıflamanın da nedenidir.
ter"
SES
İL ı ™
Şekil. 59- Çelik halatla berkitilmiş kauçuk kaplamalı dokuma kayış Pamuk dokumalı, kaııaviçe ya da sentetik örgülü ve yüksek dayanıııılı türlerin yanında, çelik tel halatla berkitilmiş (takviye edilmiş) kayışlar da üretilmektedir. Bu kayışlarda (Şekil. 59), çelik tel halatlar 2 (çap 1,2-4,5 mm), örgü katlan 1 arasına yerleştirilmiş ve boyuna vülkanize edilmişlerdir. Bu kayışlar, 30 000-40 000 N/cm dolaylarında bir kopma gerilmesine sahiptirler ve emniyet katsayısı 6-8 arasında alınır. Çalışma yüzeyi üzerine vülkanize edilmiş baklava dilimleri, özel eğimli çıkıntılar (Şekil. 60a) ya da enine lastik perdeler (Şekil. 60b) taşıyan kayışlar kullanılarak götürücü eğimi büyütülebilir. Bununla birlikte, götürücü eğimi 35-40 nin üstüne çıkartıldığında, kapasitenin önemli ölçüde düşeceği unutulmamalıdır. Yanlarda etekleri (skirt) bulunan kayışlar da kapasiteyi yükseltmekle kullanılırlar. (a) Kayış ekleme düzenekleri (Belt fasteners). Kayış uçları götürücü üzerinde, şu yollarla birbirine eklenir: ham deri ile dikme, özel yapıştırıcılarla soğuk yapıştırma, sıcak yapıştırma (vulkanizasyon), çeşitli tiplerde ıijit ya da menteşeli madeni birleştiriciler, lin güvenilir yöntem vulkanizasyondur. Kayışı vülkanize etmek için, kayışın iki ucundan aynı zamanda ve eşdeğer katlar kesilir (Şekil. 61). temizlenir, gazyağı ile yıkanır, yapıştırcı ile kaplanır, üstüste getirilir ve bir vulkanizasyon presinin madeni levhaları arasında preslenil'. Bu levhalar elektrik akımıyla (bazı durumlarda buhar kullanılır) 140-150 "C ye kadar ısıtılırlar. Kayış uygun basınç ve sıcaklık altında, kat sayısı ve kaplama kalınlıklarına bağlı olarak. 25-60 dakika tutulur. 7-62
Ilı l.N
(İOTURUCUl.Kk (b) Taşıyıcı Makaralar (Avaralar). Cîenellikle kayış, avara makaralar tarafından desteklenir. Seyrek olarak d ı ağaç ya da çelik levhadan bir yalak tarafından ya da avara makaralarla diğer tür desteklerin birlerimi bir düzenek tarafından desteklenir. Avara makaralar, başlıca dökme yükler taşıyan götürücülerde, daha seyrek olarak da birini yükler taşıyan götürücülerle kılavuz yutaklar ve birledik destekleme dü/.enlerinin çoğunlukla uygulandığı tane mal götürücülerinde kullanılırlar.
ı C;
Şekil. 60- Dik edimler için kauçuk kaplanmış d o k u m a kayış :ı- c £ i ı ı ı l i ç ı k ı n t ı l a r ; l>- c ı ı i l H ' l a k t i k j u - r d ı ' U r
Götürücüdeki yerine göre, avara makaralar üst taşıyıcı (kayışın yüklü şeridini kısırlar) ve alt taşıyıcı (kayışın boş dönüş şeridini taşırlar) makaralar adıyla ikiye asrilıılar. I ist taşıyıcı makaralar üç-nıakaralı (Şekil. 62a) ya da tek-makaralı (Şekil. 62b) türden ohıbiliıler. İki inak.nalı avaralar, iletme (transfer) makinalarına yerleştirilmiş dur kayışlı (B = 300-400 mm) götürücülerde çok seyrek olarak kullanılırlar. Oluklu beş makaralı avaralar ise ba/.an oldukça geniş (B>1400 mm) kayışlar için kullanılırlar. Alı taşıyıcı (avara) makaralar (Şekil. 62c) hiçbir zaman birden fazla makaralı yapılmazlar. Kayış, lek-ıııakarulı t ya da düz) avara taşıyıcılar üzerinde düz olarak yürür; ancak, çok-makaralı avaralar üzerinden geçerken oluklanır. Bu durum, bütün kayış boyunca tekrarlanır. Dökme yük taşımak üzere tasarlanmış götürücüler genellikle oluklu makaralarla donanmışladır. Düz makaralı avaralarla donanmış götürücüler (avaralar) yalnız boşalıma pullııklu (plough) ve düşük kapasiteli (25 mVsa e kudur) kayışlı götürücülerle büyük kütleli malzemeler taşıyan geniş kayışlı götürücülerde kullanılırlar. Şekil.62 ve 63 de gösterilen türlerdeki avara (taşıyıcı) makaralar 1 yan destekleri. 2 silindirleri, 3 milleri. 4 yatukları, 5 sızdırmazlık halkaları ve 6 taşıyıcı tabanından (yalnız oluklu avaralarda) meydana gelirler. Flanşları yukun doğru konmuş olan çelik profil ya da köşebentler, genellikle yan destekleri taşımak amacıyla kullanlırlar. Bu iş için hazan da yuvarlak demir ya da T demiri kullanılır. Taşıyıcı tabam götürücü şasisine bağlayan .saplamaların delikleri, taşıyıcı (avara) makaranın durumunu ve kayış hareketini ayarlamak amacıyla, genişletilmişlerdir (Şekil. 62-A görünüşü). Düz tek-makaralı avaraların vaıı destekleri hadde profillerden, oluklu avaralarınki ise döküm, kaynak ya da pres baskı olarak yapılırlar. Makara silindiri ise genel olarak çelik borudan, dökme demirden (sürekji kalıp), seyrek olarak da presli plastikten yapılır. Makara mili. tesviye edilmiş uçlarından, yan destekler üzerindeki yarıklara yerleştirilerek sahiıleştirilir ı.Şekil. 63c). Dönmeye karşı direnci mümkün olan en az değerde tutmak için, makaralar genellikle bilyulı ya da masuralı yataklar üzerinde dönerler (*). Bazı durumlarda, kendiliğinden yağlanır sert kauçuk ya da plastik burçlar da kaymalı yutuk yerine kullanılır. Yatakların dışında, içeriye toz girişini önleyen sızdırmazlık halkaları (seals) bulunur. Bu sızdırmazlar keçe (kenevir) halkalar, preste basılmış labirent halkalar, lâbirent ile keçe halkadan oluşan karma birleşik halkalar (Şekil. 63a); mekanik lâbirenlli salmastra halkaları (Şekil. 63b); özel yağa-dayaıııklı kauçuk ya da esnek plaslik-
Masuruh yalaklar ancak çok ağır hizmet türlerinde kullanılır. 7-63
GÖTÜRÜCÜLER ten yapılmış esnek sızdırmazlar (Şekil. 63c) ve deri ya da keçe ile biten salmastra halkaları olabilir. Deneyler sı- vj f radan bir keçe sızdırmazın, orta tozlu bir çalışma ortamında küçük çapta bir koruma sağlayabildiğini ve çetin ça- 'İİUK- 3 y lışma koşullarında ise hiç işe yaramadığını göstermiştir. En güvenilir, dolayısıyla en iyi sızdırmaz, labirent basa- f l İ 1 makları arasındaki tatlı geçme (snug fit) nedeniyle, mekanik labirentli sızdırmazlık halkasıdır. Bu işlem fazla ji-itı! işçilik istemekte ise de sağladığı uzun ömür ve güvenilir çalışma, ek harcamayı dengeleyecek ölçüdedir.
Birinci kayışın sonu
J A
l kinci kayısın sonu
Kayış hareket doğrultusu
gorunusu
Şekil.61- Viilkanizasyon için hazırlanmış kauçuk kaplanmış dokuma kayış a- kesilmiş uç; b- birleştirilmiş uç
Çizelge. 11- Dökme Yük Taşıyan Bir Kayışlı Götürücüde Maksimum Avara Makara Aralıkları (Şekil.64 e bakınız)
YUkün yığma
B mm kayış genişliği için 1 uzaklığı, mm
kN/m3
400
500
650
800
1000
1200
1400
1600-2000
Y<10
1500
1500
1400
1400
1300
1300
1200
1100
Y= 10-20
1400
1400
1300
1300
1200
1200
1100
1000
y>20
1300
1300
1200
1200
1100
1100
1000
1000
Makaranın iç yüzeyi pullarla, gres yuvalarıyla 7 (Şekil. 63a) ya da bir iç kovanla 8 (Şekil. 63a ve b) korunur. Bunlar yatağı, makara silindirinin iç tarafından tümüyle yalıtarak bir gres deposu ödevi görürler. îç kovanh makaralar (avaralar) en güvenilir olanıdırlar. Bilyalı yataklar 9 gresörü (Şekil. 63a) ile ve milde açılmış gres kanalı yoluyla ya da makaraların dönemsel bakımları sırasında gres basılarak yağlanırlar.
7-64
GÖTÜRÜCÜLER
(a)
A Gorunuşu
Şekil. 62- Kauçuk kaplamalı dokuma kayışlar için avara makaralar a- oluklu üç makaralı; b- düz I ok makaralı; c- ılüz dönüş makarası
Avaraların ana boyutlun şunlardır (Şekil. 62 ye bakınız): Taşıyıcı mukara (avara) çapı, D mm : Kayış genişliği, B mm
108
159
194
400-800
800-161K)
1600-2000
Düz bir makaranın toplam L uzunluğu ya da oluklu bir taşıyıcı makara takmıında makaraların toplam uzunluu, B kayış genişliğinden 100-200 mm fazladır. Götürücünün avara makaralarının düzenlenmesi Şekil. 64 de şelatik olarak gösterilmiştir. (c) Merkezleme Düzenekleri: Merkezden kaçık yükleme, toprak yığılması, malzemenin tamburlara ve makaılara yapışması, vb. gibi birçok nedenden ötürü kayış yalpa yapabilir. Kayışın makaralar üzerinden kaçmasını nlemek üzere çeşitli biçimlerde özel kayış kılavuzluma makaraları kullanılır. Bu makaralar, kayış merkezlemeni otomatik olarak yaparlar. Bir kayış kılavuzlama makarası (ya da söylendiği gibi bir keııdiliğinden-merkezleyici), iki bilyalı yataklı 3 p yatağının çevreside -kontrollü sınırlar içinde- serbestçe dönen 2 şasisine bağlanmış normal bir oluklu üçakaralı avara takımından oluşur. Düşey 3 dip yalağının (pivot) 4 yuvası 5 taşıyıcı profiline bağlanmıştır. Bu ofil ise götürücü şasisine cıvutalunmışlır. 2 şasisine iki yanından 6 üzengileri (stirrups) bağlanmıştır. Bu üzenlerin uçlarında birer kovan vardır ve bu kovanlara yerleştirilerek sabitleştirilmiş 7 milleri, bilyalı yataklarla doıtılmış 8 kayış sınırlama makaralarını taşırlar. 7 mili kayış kenarına dikeydir. Kayış eksenden kaçtığı zaman, kayışın kenarı 8 sınırlama makarasına hafif bir basınçla değer. Bu etki, kayış lavuzlama makara takımının şasisini, götürücünün boyuna eksenine göre, belli bir açı kadar döndürür. Makara kiminin bu durumu, kayışı zıt yöne döndüren, yani merkezleyen bir kuvvet doğurur. Kayış merkezlendiği iman, kılavuz makara takımını da kendiliğinden ilk durumuna getirir (Bak. GÖTÜRÜCÜLER, MMO Yayın o. 105, Şekil.40). 7-65
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 63- Avara makara türleri a- labirent keçeli sizdırmazlık; b- mekanik labirentli sızdırnıazlık; c- lastik sıyırıcılı Düz kılavuzlama makaraları da, yüklü ve boş şeritler için, yukarıda tanıtılan biçimde yapılırlar. Ancak, dip yataklı döner avara takımı oluklu değil düzdür. Düşey milin (pivot) aşırı hareketliliği, tanıtılan bu tasarımın zayıf yanıdır. Kayış kılavuzlama avara takımları için uygulanan öbür tasanm biçimleri de aynı çalışma ilkesine dayanırlar. Çok uzun götürücülerde, bazan iki ya da üç kılavuzlama avara takımını içeren menteşeli masalar (banks) kullanılırlar. Bunlar birbirine genellikle 0.5-1 m uzaklıkta yerleştirilmişlerdir. Bu düzenleme, kayışı doğru (ekseninde) hareket ettirmek için, çoğu kez başarıyla kullanılır. Kayış kılavuzlama makara (avara) takımları, genellikle 40-20 metreden yukarı uzunluktaki götürücülerde etkindirler. Götürücülerdeki kayış kılavuzlama makara takımlarının şematik yerleştirme düzeni Şekil. 64 de görülmektedir.
20-25 025 m m • " T » ~ 3 " ^ n v ^' n"v i' "ni n r k aralar l Klavuz makaralarr I 1 ımakaralar \^i"•21-J •U -20-25 m —
?Ki.avuz Imakarala
Şekil. 64- Götürücüde avara (taşıyıcı) makaraların dü/unlcnmcsi Kayış gidişini merkezlemek için, bazı durumlarda, birkaç oluklu avara takımını kayış hareketi doğrultusunda 2-3° kadar eğmek (devrik tutmak) mümkündür. Ancak, hızlı kayış aşınmasına neden olduğundan, bu yöntem sakıncalıdır. Kayış tırmanmasını engellemek için bazan da kayış kenarı boyunca rijit milli düşey makaralar yerleştirilir. Bu uygulama, düşey makaraların kayışı en zayıf yeri olan kenarından aşındırması nedeniyle, kesin olarak sakıncalıdır. (d) Çalıştırma Birimleri. Kayışlı götürücülerde hareket ettirici güç, bir elektrik motorunun çevirdiği döndürme tamburuna sarılan kayışa, sürtünme yoluyla aktarılır. Çalıştırma birimi aşağıdaki bölümleri içerir: tambur (bazan iki tane), motor ve motorla tambur arasındaki güç aktarma dişli düzeni. Eğimli götürücülerde, çalıştırma 7-66
GÖTÜRÜCÜLER birimleri, yüklü kayışın -elektrik akımı kesildiğinde- taşınan yükün ağırlığı altında geri kaymasını önleyen bir frenleme düzeniyle donatılırlar. Çalıştırma Türleri ve Ana Kuram Kayışın döndürme tamburuna nasıl sarıldığını gösteren şematik resimler Şekil. 65 de verilmiştir, a ve b şemalarında a = 180° ve a s 210-230° lik sarılma açılı tamburlar gösterilmiştir, b semasındaki büyük sarılma açısı, bir baskı (snub) kasnağı (tamburu) yardımıyla elde edilmiştir, e ve d şemaları, sarım açısı 350-480 derece arasında değişen iki -tamburlu (tandem) çalıştırma düzenlerini göstermektedirler, e ve f şemaları ise uzun ve ağır götürücülerde kullanılan baskı kasnaklı ve baskı kayışlı çalıştırma düzenlerini göstermektedirler.
Şekil. 65- Kayışlı götürücüler için tipik döndürme (tahrik) biçimleri a ve b- tek tamburlu; c ve d- ikiz tamburlu; e- baskı kasnaklı; f-baskı kayışlı Sürtünme ile döndürme kuramından (Huler Kanunu) bilindiği üzere S g e r < S g e v e"°
(108)
olduğu zaman kasnak üzerinde kayış kayması olmaz. Burada, 7-6
GÖTÜRÜCÜLER S g e r ve S g e v = Döndürme tamburu üzerinde gergin ve gevşek taraflaıdaki kayış çekmesi; a
= Kayış sarılma açısı, radyan;
e
= Neperien logaritma bazı, e = 2,718;
|i
= Kayış ile kasnak arasındaki sürtünme katsayısı.
Döndürme tamburu üzerindeki Wo çevresel çekme kuvveti, kayış katılığından ileri gelen tambur üzerindeki sürtünme ihmal edilirse, (47) denleminden hesaplanır. o
= sger-sgev
Buradan: W o = S g o r - S g e v < S g c v et- - S g , v = S g e v ( d - - 1).
(109)
yada
^
S,.., elde edilir.
(110)
(110) denkleminden görüldüğü gibi, döndürme tamburunun kayışa iletebildiği çekine kuvvetinin şiddeti sarılma açısı, sürtünme katsayısı ve kayış gerginliğindeki artışla büyür. Sürtünme katsayısının büyüklüğü, kasnak (tambur) alanı ve ortam koşullarına (Çizelge. 12). kayışın kasnak çevresindeki sarılma durumuna ve açısına bağlıdır. Kayış gerilmesi, kayışın genişliği ile kat sayısının belirlediği kayış dayanımına bağlıdır. Gerekli çekme kuvveti, kayış ile döndürme tamburu arasındaki sürtünmeyi arttırmak yoluyla, kayış gerginliğini arttırmadan -sınırlı bir aralıkta- da mümkün olabilir. Bunu, kasnağın yüzeyine sürtünmeyi fazlalaştırıcı maddeler sürmek ve uygun bir döndürme şeması seçip sarılma açısını büyültmek yoluyla gerçekleştirmek mümkündür. Kayış gerginliğini arttırmadan çekme kuvvetini artırmanın bir diğer yolu da kayışı tambura doğru bastıran bir dış kuvvet uygulamaktu'. Bu etki, bir baskı kasnağı (Şekil. 65e) ya da baskı kayışı kullanarak elde edilir (Şekil. 651). Baskı kasnaklı çalıştırma düzenlerinde (Şekil. 65e) baskı kasnağının mili, bir basma yayının doğurduğu kuvvetin etkisiyle, mafsallı bir çerçeve (şasi) içinde tutulur. Kasnak, kalın bir lastik tabakayla kaplanmış/ır ve belli bir kuvvetle kayışa bastırır. Kasnağın baskı kuvveti P ise değme noktasından kayışın kasnağa uyguladığı noktasal (yoğun) küvet P olacak ve euler denklemi şu biçimi alacaktır: Sger<(Sgev+Pu)e>-
(111)
ve kayış katılığı (slifness) ihmal edildiğinde çekme kuvveti W o < S g t , v ( e ı l " - l ) - I'ne»1" olur.
(112)
Bu denklem, baskı kasnaklı bir döndürme sisteminde kayışa iletilen çekme kuvvetinin, kayışın gevşek tarafındaki çekme kuvvti aynı kaklığı hakle -basit bir döndürme tamburu düzenine göre- P|ieM" kadar arttığını gösterir. Çekme kuvveti gevşek tarafta S g c v + Sa, gergin tarafla Sgt.r + S., olur. Euler denklemi bu durumda aşağıdaki biçime girer: (113) Buradan: Wo < Sgev(e>'« - 1) + Sa(e"« - 1) = (S g ı w + Sa) (e»'"- 1)
(114)
elde edilir. 7-68
mymm
GÖTÜRÜCÜLER 1
Çizelge. 12- Sürtünme Katsayısı (|i) ve e*" Değerleri 1
Tambur türü ve atmosferik koşullar
Sürtünme katsayısı
Sarılma açısı (derece ve radyan) için e "* değerleri 210*
240'
300*
360*
400'
480'
3,14
180'
3,66
4,19
5,24
6,28
7,0
8,38
Dökme demir ya da çelik tambur, cok nemli atmosfer, kirli
0,1
1,37
1,44
1,52
1,69
1,87
2,02
2,32
Ağaç ya da lastik kaplanmış tambur, çok nemli atmosfer, kirli
0,15
1.60
1,73
1,87
2,19
2,57
2,87
3,51
Dökme demir ya da çelik tambur, nemli atmosfer, kirli
0,20
1,87
2,08
2,31
2,85
3,51
4,04
5,34
Dökme demir ya da çelik tambur, kuru atmosfer, tozlu
0,30
2,56
3,00
3,51
4,81
6,59
8,17
12,35
Ağaç kaplı tambur kuru atmosfer, tozlu
0.35
3.00
3,61
4,33
6,25
9,02
11.62
18,78
Lastik kaplı tambur kuru atmosfer, tozlu
0,40
3.51
4,33
5,34
8,12
12,35
16,41
28,56
-3İE
(c)
(d;
Şekil. 66- Tipik güç aktarma düzenleri a- abn dişlili hız düşürücü; b- alın konik dişlili ya da salyangoz dişlili; c-redüktör ve zincirle döndürme; d- tambur-nıotor (113) ve (114) denklemleri, bir baskı kayışlı çalıştırma düzeninde döndürme tamburunun götürücü kayışına ilettiği çekme kuvvetinin -böyle bir baskı düzeni olmayan çalıştırma biçimine göre- Sa (e*"1 - 1) defa büyük okluğunu gösterir. 7-69
GÖTÜRÜCÜLER Şekil. 64 de gösterilen döndürme düzenleri arasında, b şemasında gösterileni en çok kullanılabilir, c, d, e ve f şemalarında gösterilen döndürme düzenleri, ancak çok uzun ve ağır yüklü götürücüler için uygundur. Döndürme (tahrik) tamburları : Tamburlar dökme demir ya da çelik sacdan yapılırlar. Tambur yanal yüzeyi düz ya da tümsekli (bombeli) olabilir. Bu tümsekli kısım, kayışın merkezlenmesini sağlar. Tümsek yüksekliği, yani tamburun ortasındaki ve uçlarındaki yarıçapların farkı genellikle tambur genişliğinin (boyunun) yüzde 5 i (ancak en az 4 mm) olarak alınır. Tambur boyu, kayış genişliğinden 100-200 mm büyük alınır. Tambur çapı, i kayış kat sayısına bağlı olarak D,>ki mm
alınır.
(115)
Burada, k oranlılık katsayısı (factor of proportionality) olup: i=2-6. k=125 ; i = 8 - 12. k= 150
alınır.
Yeraltı koşullarında ve iletim makinalarının götürücülerinde ise k=80 alınır. (115) denkleminden hesaplanan tambur çapları aşağıdaki değerlerde yuvarlatılır: 250, 320, 400, 500, 630. 800, 1000, 1250, 1600 mm. Kayışla tambur arasındaki sürtünmeyi iyileştirmek için (Çizelge. 12 ye bakınız) tambura lastik kaplanır ya da baskı düzeni uygulanır. Demir parçalarını taşınan malzemeden ayırmak için, bazı durumlarda manyetik bir tambur kullanılır. Güç aktarma düzeneği: Modern çalıştırma dü/cnlerinde, teknik ve ekoomik gerekçelerle kapalı tip hız düşürücüler (redüktörler) kullanılmaktadır. Kapalı tıp IMI hız düşürücü az yer kaplayan ve güvenilir bir güç aktarma düzeneği olup, çalışma ömrü bakımından, diğeı enlerle başarıyla karşılaştırabilir. Bu düzeneğin daha ileri bir üstünlüğü de tümüyle kapalı olması ve yüksek ..•:, indir. Tek tamburlu çalıştırma birimlerine ilişkin ana uygulama biçimleri Şekil. 66 da verilmiştir. Elektrik motoru mili, esnek bir kavramayla hız düşürücü miline bağlanmıştır. Hız düşürücü ve tambur milleri ise genleşmeli ya da debriyajlı bir kavrama aracıyla birbirlerine bağlanmışlardır. Götürücüye yumuşak bir ilk hareket vermek ve kalkış momentini azaltmak için ağır yüklü ve uzun kayışlı götürücülerin çalıştırma düzenleri, genellikle bir hidrolik kavramayla donatılır, tletim makinalanndaki götürücülerde en uygun çalıştırma birimi, tambur-mel •> Jcnen döndürücülerdir. Bu tür çalıştırma birimlerinde elektrik motoru ve güç aktarma dişli düzeni ya da bı mıı büyük bir bölüğü tambur içine yerleştirilmişlerdir. Taınburmotorlar çift-dişli hız düşürücü, kapalı planı ' ,pı ve merkezkaç planet tipi olarak üretilirler (Şekil. 67). Tambur-motorların başlıca üstünlükleri a/ yer kaplamak ve hafifliktir. Sakıncaları ise yapım inceliği (precision) isteyen karmaşık tasarımları, motorun yetersiz soğutulması, sürekli olarak yük altında bulunmadan ileri gelen aşırı ısınmadır. (e) Gerdirmeler (Take-ups): Bir kayışlı götürücüde mekanik (vidalı tip) ya da karşı ağırlıklı gerdirme diueni olabilir. Sonuncu ise arabalı (yatay) ya da düşey türden olabilir. Vidalı tür gerdirmelerde (Seki. 68), gergi kasnağı aynı zamanda kuyruk tarafının saptırma tamburu görevi yapar ve sabit bir milin çevresinde (en iyi çözüm) ya da uç yatağının içinde (en kötü çözüm) döner. Boyuna doğrultuda, sabit bir kılavuz kızak üzerinde kayabilir. Gerekli gerginlik, düzgün aralıklarla ayarlanan ve sıkılan iki cıvata tarafından yaratılır. Kayışı gerdirmek için gerekli kuvveti azaltmak amacıyla yamuk dişli civatalar kullanmak uygundur. Ağırlıklı gerdirmelerde (Şekil. 69) gergi kasnağı (aynı zamanda kuyruk tamburu olarak da görev yapar) hareketli bir araba üzerine yerleştirilmiştir. Araba, bir çelik halat ve saptırma tamburları aracılığıyla geriye doğru çekilir. Araba, götürücünün boyuna eksenine paralel (yani yatay götürücülerde yatay, eğimli götürücülerde eğimli) olarak yerleştirilmiş kılavuz kızaklar üzerinde hareket eder. Düşey karşı ağırlıklı bir gerdirme düzeni (Şekil. 70), bir gerdirme ve iki saptırma tamburundan oluşur. Gerdirme tamburu, düşey kılavuz kızaklar üzerinde haeket eden şasi ile birlikte inip çıkar ve kayış gevşekliğini kendi ağırlığı artı hareketli şasi üzerinde yürüyen karşı ağırlık etkisiyle- alır. Arabalı-tip gerdirme düzeni, daha basit yapısı ve önemli ölçüdeki hafifliği nedeniyle, bu düşey türe üstündür. Ancak, kayışın gevşek tarafında düzgün (üniform) bir gerginliği garanti edemez. Avara makaralardaki sürtünmeler, kayış gerginliğinde bazı değişikliklere neden olurlar. Bir düşey gerdirme düzeni, döndürme tamburuna yakın bir yere yerleştirildiğinde, bu sakın7-70
ir; mu:.;
GÖTÜRÜCÜLER
7-71
t •• s,
GÖTÜRÜCÜLER
1 S o.
i
7-72
:rn
GÖTÜRÜCÜLER
es .c a
2
E"
7-73
GÖTÜRÜCÜLER çalan göstermez. Bu tür gerdirme düzerinin sakıncalan üç tambur gerekmesi ve kayışın çeşitli yönlerde bükülme zorunluluğudur. Vidalı gergi düzenleri başlıca, dış hava sıcaklığının ve nem derecesinin oldukça kararlı olduğu durumlarda, kısa yatay ve eğimli götürücülerde kullanılır. Arabalı-tip düzenler, en çok orta uzunlukta (50-100 m) ve karmaşık bir hareket yörüngesine sahip götürücülerde; düşey düzenlemeler ise uzun götürücülerde (100 m ve yukan) ve yer darlığının, araba donanımının götürücünün kuyruk tarafına yerleştirilmesini zorunlu kıldığı durumlarda kullanılır. Ağır hizmet sınıfı uzun götürücülerde arabalı-tip ve otomatik (ya da yanm otomatik) kayış gerdirme diizenekli gerdirme düzenleri kullanılır. Bu düzenler, ters-dönüşlü (reversible) bir elektrik motorunun çevirdiği mekanik bir vinçten yararlanırlar. Karşı ağırlıklı götürücülerde, gevşek tarafın kayış gerginliği kayışın ilk hareketinde maksimuma yükselir ve götürücü kararlı bir harekete vannea minimuma düşer. Bu düzenleme, kayış gerginliğini işletme yükünün bir fonksiyonu yapar.
AA
Kesiti
Şekil. 70- Karşı-ağırlıkh düşey gerdirme düzeni (f) Kayışın Yön Değiştirmesi (Bending) : Kayış, uç ya da ara tamburlar (Şekil. 71a ve b), makara takımları (Şekil. 69c) aracıyla saptırılır ya da serbest bir sarkma eğrisi (doğal sarkma) meydana getirir. Kayışın, bir saptırma tamburu yardımıyla (Şekil. 71a) eğimli durumdan yatay (ya da az eğimli) duruma geçişi, ancak düz taşıyıcı (avara) makaralar için pratiktir. Oluklu taşıyıcı makara takımlarının kullanıldığı götürücülerde bu geçiş, taşıyıcılar arasında kayışın düzleşmesini ve malzemenin saçılmasını önlemek amacıyla, bir seri oluklu taşıyıcı makara takımıyla gerçekleştirilir (Şekil. 71c). Eğrisel yörüngedeki taşıyıcı makaralann aralığı 1, = (0,4-0,5) 1; eğrinin toplam eğrilik yarıçapı R > 12B (B kayış genişliğidir); makara takımı sayısı üç ve daha yukan alınır. Saptırma tamburlannın (ara. uç ve gergi tamburu) çapı (115) denkleminden (k=10O-125 ve istisna olarak k=50 alınarak) hesaplanır. Kayış, yatay durumda yukarıya doğru eğimli bir eğriye geçiyorsa, serbestçe sarkan kayış (Şekil. 71d), bir zincir eğrisinin parçasını oluşturur. Bu eğrinin eğrilik yarıçapı, kayış gerginliğiyle doğru ve eğrisel kısımdaki kayışın birim ağırlığıyla ters orantılıdır. Yani: 7-74
GÖTÜRÜCÜLER — k| m
(116)
Burada: S =
F.ğrisel bölümün sonundaki kayış gerginliği, N
qk = Kayış boyunca birim yük ağırlığı, N/m k[ = Bir katsayı. (f$) değerlerine göre: P = 8-1.V kı
=
1.05
p= 16-20° k, = l,l
P<70° k[ = l
Şekil. 71- Kayış saptırma düzenleri Olağan durumlarda, bu eğrisel geçiş bölümü, B = 400-500 mm için R min = 50-60 m, B = 650-800 mm için R min = 75-90 m ve B>800 mm için R min = 100-150 m olan bir çember yayı olarak tasarlanır. Hğrisel bölümde taşıyıcı makaralar, ayarlanabilir saclar (liners) üzerine yerleştirilir. Böylece, kayışa uygun eğriliği vermek mümkün olur. (g) Yükleme ve Boşaltına Düzenekleri. Yükleme düzeneklerinin tasarımı götürülen yükün türüne, özelliklerine ve yükleme yöntemine bağlıdır. Parça-mallar, götürücü üzerine çeşitli türlerde oluklar (sütler) yardımıyla ya da doğrudan kayışın üzerine yüklenirler. Gevşek malzemeler, götürücüye bir besleme haznesinden (hopper) ve 2 kılavuz oluğu yoluyla boşaltılırlar (Şekil. 72). Hazne duvarlarının eğim açısı, malzeme ile bu duvarlar arasındaki sürtünme açısından 10-15° fazla olmalıdır. Kılavuz oluğun yan ve arka duvarlarının sonunda özel boşaltma sızdırmazlan (etekler) vardır. Bu sızdırmazlar, yumuşak lastikten (Şekil. 72.a ve b) yapılırlar. Teknenin alt parçasının genişliği, malzemenin saçılmasını önlemek için. kayış genişliğinden küçük olmalıdır. 7-75
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 72- Besleme haznesi ve kılavuz oluk a- küçük-boyutlu mallar için; b- büyük-kütleli mallar için; 1. hazne; 2. kılavuz oluk; 3. berkitme parçası Büyük kütleli ağır malzemeler için kullanılan yükleme haznelerinde yükler önce haznenin duvarlarına çarpar ve ondan sonra da bu duvarlar boyunca kayarak kayış üzerine dökülürler (Şekil. 72b). Böylece, kayışın hasar görmesi önlenir ve ömrü uzatılmış olur. 8-20 mm kalınlıktaki çelik sac ya da lastik 3 berkitme (takviye) levhaları (Şekil. 72b), aşındırıcı malzeme taşındığı zaman, haznelerin aşınmasını önlerler. Bu levhalar darbenin geldiği bölgelere yerleştirilirler ve aşınınca değiştirilirler. Boşaltma genellikle kuyruk tamburu üzerine ya da taşıma yolu boyunca herhangi bir yere ve bir sıyırıcı pulluk (scraper plough) ya da boşaltma arabası (tripper) yardımıyla yapılır. Bu sonuncusu sadece dökme mallar için kullanılır. Boşaltma pulluğu (Şekil. 73) kayışın boyuna ekseniyle belli bir a açısı yapan kama biçiminde bir mahmuzdur. Pulluk bir şasiye tutturulmuş olup bu şasi bir krank eksantrik çubuk ya da kaldıraç aracıyla ve pullukla birlikte kaldırılarak boş duruma alınabilir. Çalışma durumunda pulluk, kendisine tutturulmuş lastik şeritler aracıyla kayışa bastırılır (Şekil. 73 AA kesitine bakınız.). Boşaltma pullukları tek ya da çift-yanlı (Şekil. 73), sabit ya da bir araba üzerinde hareketli olabilirler. Birinci tür, genellikle götürücünün yatay ya da hafifçe eğimli (510°) bölümlerine yerleştirilir, ikinci tür ise ancak yatay bölüme yerleştirilebilir. Pulluklar, haznelerin dolma derecesine bağlı olarak elle ya da otomatik kontrollü olabilirler. Otomatik kontrollü pulluklarda mahmuz, bir hava silindiri, elektro-manyet ya da başka bir mekanizma aracıyla kaldırılıp indirilebilir.
7-76
I MİT
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 73- İki-yanlı boşaltma pulluğu a- ince taneli dökme mallar için küpeşte (board) kesiti; b- aynı, iri taneli dökme mallar için
b)
Şekil. 74- Pulluk boşaitıcının eğiminin belirlenmesi 7-77
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 75- Hareketli boşaltıcı 7-78
GÖTÜRÜCÜLER Pulluğun normal çalışmasını güven altına almak için. götürücü ekseniyle yaptığı a eğim açısının doğru seçilmesi gerekir. Bu açı, malzemenin bir pmçacıgının (parücle) ya da G ağulıgındaki bir ayrı yükün, kayıştan boşaltıldığı zaman, yörüngesini belirler. Yükün kayışla arasındaki sürtünme katsayısı |i ve pullukla arasındaki ise Hj olsun. Bir v kayış hızında, yükün pulluk boyunca sabit bir vj hızıyla hareket ettiği varsayılabilir. Bu hız, parçacığın mutlak hızıdır. Parçacığın kayışa göre vo bağıl hızı, hız üçgenlerinden elde edilir (Şekil. 74a). Parçacığın kayışın boyuna eksenine göre göreceli (izafi) hareket açısı |3 olsun. Yatay düzlemdeki yük üzerinde etkiyen üç kuvvet vardır (Şekil. 74b): (1) yükle kayış arasındaki sürtünme kuvveti, yönü parçacığın kayışa göre vo bağıl hızına zıttır. Yani, kayışın boyuna ekseniyle P açısı yapar ve şiddeti G|i dür. (2) pulluğun N normal tepkisi ve (3) pulluğa karşı olan sürtünme kuvveti va ya zıt yönde ve şiddeti Nji, . Eğer parçacığın va hızı sabit değerde ise bu üç kuvvet dengededir. Bunları pulluk kenarına paralel ve ona dik doğrultuda izdüşümlersek: N|a r Gu.eos(a + P) = 0
(117)
N - G | i s i n ( a + P) = 0
(118)
elde ederiz. Bu denklemlerin ikinci terimlerini sağ tarafa geçirip birbirlerine bölersek
) = -L = —L_ =cotg p,
(119)
elde ederiz. Burada pj, \ıı sürtünme katsayısına karşılık olan sürtünme açılarıdır. Buradan: a + P + p! = 90° bulunur.
(120)
Aynı sonuç Şekil. 73b ye bakarak doğrudan doğruya elde edilebilir, p açısının değeri daima sıfırdan büyüktür. Aksi hakle, va pozitif bir sayı olamayacaktı (Şekil. 74a ya bakınız). Sonuç olarak, a + p, < 90° ya da a < 9 0 ° - p, olur.
(121)
Demek ki, a nın değeri ne yük ağırlığına ne de yükle kayış arasındaki sürtünme katsayısına bağlıdır. Sadece yük ile pulluk arasındaki sürtünme katsayısına bağlıdır. Yükle kayış arasındaki sürtünme, kayış boyuna ekseniyle P açısı yaptığından, kayışı yanlara atmaya çalışan bir enine kuvvet (bileşen) doğar. Bu kuvvetin şiddeti G (i. sin p dır. P açısı ile pulluğun eğim açısı olarak alman a açısının değerleri (120) denkleminden ekle edilir, a açısı büyüdükçe P küçülür; dolayısıyla enine kuvvet de küçülür. Genellikle a = 30-45" alınır. Hareketli bunaltıcılar (Şekil. 75) uzun götürücülerin yatay bölümlerine yerleştirilir ve boşaltma alanının tüm uzunluğunca otomatik boşaltmayı sağlarlar. (h) Kayış Temizleyiciler. Siliciler ya da kazıyıcılar kayışın dış yüzeyine tutunan kuru malzemeyi temizlemeye yararlar. Islak ve yapışkan malzemenin temizlenmesi için döner fırça kullanılır. Kazıyıcı düzeneklerde temizleme işlemi, ya mafsallı bir çubuğa tutturulmuş bulunan bir lastik şeritle, fırça durumunda ise sert kıl fırça ya da silindirik façaya ana doğruları boyunca tutturulmuş 1.0-1,2 mm capıon fiberi şeritlerle yerine getirilir. Kayış temizleyiciler, boşaltına tamburunun yakınına yerleştirilirler ve kazınan malzeme boşaltma oluğuna dökülür. Kayışın iç yüzeyini, istenmeden saçılan malzemeden temizlemek için kuyruk tamburu yakınma bir kazıyıcı yerleştirilir (Şekil. 76). Bazı durumlarda, malzemenin alt tarafa dökülmesini önlemek için. alt ve üst kayış arasına bir dolu bölme yapılır (örneğin, dökümhanelerde). 7-79
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 76- Kuyruk tamburu yakınındaki kazıyıcı Kayışlı Götürücülerin Hesabı (a) Hesap için ilk veriler. Bir kayışlı götürücüde kayış ana boyutlarını ve gerekli motor gücünü belirlemek için aşağıdaki ilk veriler bilinmelidir: götürülecek yükün karakteristikleri (Ayrım.2 ye bakınız), hesaplanmış ortalama ve maksimum (pik) kapasite (kN/sa ya da m3/sa), götürücünün geometrisi ve ana boyutları, işletme koşullan (kuru ya da ıslak ortam, açık hava ya da kapalı yer, besleme ve boşaltma yöntemi, vb.). (b) Kayış genişliği. Dökme yükler taşındığında, kayış genişliğini, götürücünün kapasitesi ve götürülen malzemenin boyutu belirler. Parça-mal götürülmesi durumunda ise bu genişliği, parçalann sayısı ve dıştan dışa ölçüleri belirler. Düz taşıyıcı (avara) makaralarla desteklenen bir kayış üzerinde, serbest akışlı bir malzemenin, bir ikizkenar üçgen biçimini alacağı kabul edilir (Şekil. 77a). Kayış kenarlanndan saçılmayı önlemek için, üçgen tabanı, b = 0,8 B ve üçgenin taban açısıtp, = 0.35
^
C
ı
=
(122)
Bir oluklu taşıyıcı makara takımı tarafından desteklenen bir kayış üzerindeki yükün (Şekil.77b) enine kesitin F alanı ise F2 yamuğu ile P, üçgeninin alanlarının toplamına eşittir. Yan makaraların eğim açısı 20° ve orta makaranın uzunluğu lo = 0,4 B ise toplam alan: F = Ft + F2 =• 0.16B2C,tg
(123)
7-80
IsüHCİ^İ
GÖTÜRÜCÜLER Yükün bu hesaplanan enine kesit alanı değerlerini (7) denkleminde yerine koyduğumuzda, götürücü kapasitesini aşağıdaki biçimlerde hesaplarız: (a) düz taşıyıcı makaraların desteklediği kayış için: Qd = 3600 p! vy= 576BÜC1Y v tg (O.35cp)
kN/sa
(124)
ve kayış genişliği: Q.ı 576 Cı Y v tg (0,35
<125)
(b) oluklu bir taşıyıcı makara takımının desteklediği kayış için: Qo = 3600 Fv Y = B5 v Y [576 C, tg (0,35cp) + 160] = I6OB3 v Y [3,6 C, tg (O,35cp) + 1]
kN/sa
( 1 2 6 )
m
(127)
ve kayış genişliği:
Q ° 160vY[3,6C|tg (0,359)+
Değişik yükler için statik şev açısı cp ve Y yığma ağırlığı (kN/m3) Sayfa.7-06. Çizelge.3 de verilmiştir. Kaba bir yaklaşım için ortalama (p = 45° alınabilir. C, katsayısının değerleri ise, götürücünün P eğim açısına göre: (î =0-10°
10-15°
15-20'
>20
Cı = l,0
0,95
0,90
0,85
m
(128)
m
(129)
cp = 40° alarak aşağıdaki değerleri elde ederiz.
324 v y C , Kayış hızı götürülen yükün cinsine, kayış genişliğine, götürücü eğimine, orada boşaltmalar olup olmayacağına bağlıdır. Önerilen kayış hızlan Çizelge. 13 de verilmiştir. Pulluklar aracıyla ara boşaltmaların yapıldığı götürücülerde kayış hızı. 1,25-1.6 m/s yi geçmemelidir. (125) ve (127) denklemlerinden hesaplanan kayış genişliği, aşağıdaki bağıntılara göre, yükün puıyaboyutuyla irdelenmelidir (Sayfa.7-03, Çizelge.1 e bakınız): Sınıflandırılmamış malzemeler için B > 2a 1 + 200 mm
(130) 7-81
GÖTÜRÜCÜLER Sınıflandırılmış malzemeler için B £ 3,3a' + 200 mm
(131)
Son olarak seçilen kayış genişliği, (hesaplanan genişüğin üstündeki) en yakın standart genişHğe yuvarlatılma- fi lıdır.
Şekil. 77- Götürücü kayışı üzerinde dökme (a ve b) ve birim (c) yükler
Parça mallar taşımak üzere tasarlanmış bir kayışın genişliği, götürülecek yükün dıştan dışa ölçülerine ve kayış üzerindeki konumuna bağlıdır. Mallar, kayışın iki kenarından en az 50-100 mm kadar içerde olacak biçimde yüklenmelidir (Şekil. 77c). Birim yükler taşıyan kayışlarda hızı, birim ağırlık, yükleme ve boşaltma yöntemi ve istenen götürme kapasi-
tesi belirler. 7-82
|j y te jj. vi»
wLL
GÖTÜRÜCÜLER Çizelge. 13- Önerilen Kayış Hızlan Kayış genişliği B, mm Malzemeler
Dökme yük özellikleri
400
500-600
800-1000
1200-1600
Kayış hızı v, m/s Aşındırmaz ve aşındırıcı malzemeler, kırılmış fakat sınıflandırılmamış
Kömür, tuvenan cevher, tuz, kum turba
1,0-1,6
1,25-2,0
2,0-4,0
2,0-4,0
Aşındırıcı, küçük ve ortaparçalı (a'<160 mm)
Çakıl, cevher, cüruf, kırma, taş
1,0-1,25
1,0-1,6
1,6-2,0
2,0-3,0
Aşındırıcı, büyük-parçalı (a'> 160 mm)
Kaya, cevher, taş
1,0-1,6
1,0-1,6
1,6-2,0
Kırılgan yükler, sınıflandırılmış kırma malzeme
Kok, sınıflandırılmış kömür, odun kömürü
1,0-1,6
1,25-1,6
1,6-2,0
Pülverize yük, tozlu
Un, çimento, fosforit
0,8-1,0
Tahıl
Çavdar, buğday
2,0 - 4,0
1,0-1,25
Genellikle, v hızı 0,5 - 0,8 m/s alınır. Eğer bir teknolojik süreç doğrudan doğruya kayış üzerinde gerçekleştiriliyorsa kayış hızı bu sürecin istemlerine göre belirlenir. Parça-mallar taşıyan bir götürücünün kapasitesi (10) denkleminden bulunur. (c) Götürücünün çeşitli bölümlerindeki harekete karşı direnç katsayısının belirlenmesi. Kayış, doğrusal bölümlerdeki (kesitlerde) taşıyıcı makaralar (avaralar) üzerinde hareket ederken, direnç kayıpları bil yalı yataklardaki sürtünmeden, avaralar üzerinden geçen kayışın yuvarlanmasından ve kayışın avaralar üzerindeki eğilmesinden doğar. Eğimli götürücülerde doğrusal bölümlerdeki direnç kuvvetleri (36) ve (38) denklemlerine göre hesaplanır. Yüklü şerit için: Wy = (q + qk + qd') Lw" cos P ± (q + c^) L sin = (q + qk + qd') L y a t w'± (q + qk)H
(132)
Boş (dönüş) şeridi için: Wb = (qk + qd") I-w1 cos p ± q k L sin P = (qk + q d ") L yat w' cos
(133)
Burada: I- 1k< id = Birim ağırlıklar: (q) yük. (%) kayış, (q'd) yüklü şerit için avaraların dönen parçaları, (q"d) boş şerit için. P
=
Yatay düzlemle götürücünün açısı, derece.
L
=
Doğrusal bölümün uzunluğu, m
Lyat
= Doğrusal bölümün yatay izdüşümünün uzunluğu, m
7-83
H
=
GÖTÜRÜCÜLER Bölümün başlangıcı ile sonu arasındaki yükseklik farkı, m
w'
=
Taşıyıcı makaralar ile kayış arasındaki direnç katsayısı
(132) ve (133) denklemlerinde, artı işaret kayışın yukarı doğru hareketi için, eksi işaret ise aşağı doğru hareketi için kullanılır. qk (106) denkleminden hesaplanır. Avaraların dönen parçalarının ağulığı bunların tasarun biçimine ve boyutlarına bağlı olup şartnamelerine uygun olarak alınırlar. 159 mm çaplı bir taşıyıcı makara için kabaca B kayış genişliğinin fonksiyonu olarak ve m biliminde, aşağıdaki denklemlerden hesaplanır: oluklu avara takunı için Gd = 100D + 7 0 N
(134)
düz avaralar için G" u = 100B + 30N
(135)
Avaranın dönen parçalarının birim ağırlıkları şu denklemlerden bulunur:
=
İH.
--^-
N/m
(136)
N/m
(137)
Burada lı ve 12 yüklü (lj) ve boş (12) şeritlerde avaralar arasındaki açıklıktır (metre). Bilyah yataklı avara makaralardaki w' kalsayasınm değerleri Çizelge. 14 de verilmiştir. Kaymalı yataklı avaralarda w' değerleri üç dört katı yüksek alınır. Kayışın yüklü şeridi, sürtünme katsayısı fj., olan bir sabit kızak üzerinde kayıyorsa, eğimli ve doğrusal bir bölümdeki direnç kuvveti = (q+qk)(L,Hı±II)
(138)
ve
Çizelge. 14- Itilyalı Yataklı Avaralar İçin Direnç Katsayıları
Avaralar için w' katsayısı İşletme Koşulları
İşletme koşullarının özellikleri
düz
oluklu
Uygun
Temiz, kuru ortam, aşındırıcı toz yok
0,018
0,020
Orta
Isıtılan bir ortamda çalışını sınırlı miktarda aşındırıcı toz, normal hava nemi
0,022
0.023
Kötü
Isıtılmayan ortamda ya da açık havada çalışına, büyük ölçüde aşındırıcı toz, aşırı nem ya da yatak çalışmasını kötüleştiren diğer etkenler
0,035
0.040
7-84
GÖTÜRÜCÜLER Wy=(q+qk)Lm
olur.
(139)
Çelik bir kızak üzerinde kayan kayışın sürtünme katsayısı \ıx = 0,35-0,60; lifleri boyunca planyalanmış bir tahta kızak üzerindeki kayışın sürtünme katsayısı ise u.[ = 0,4-0,7 alınabilir. Alt değerler elverişli, üst değerler ise elverişsiz işletme koşullan için alınırlar. Saptırma tamburlarının direnci (39) ve (40) denklemlerinden ve 180° lik sarılma açısı için K = 1,05-1,07, 90° lik sarılma açısı için K = 1,03-1,05 alınarak hesaplanır. Döndürme (tahrik) tamburundaki direnç (yataklardaki sürtünme kayıpları ihmal ediliyor), (41) denkleminden elde edilir. Makara takımlarının (roller banks) Wm, direnci (45) denkleminden ya da götürücünün yaptığı küçük açılı dö- nüşlerde, şu yaklaşık formülde yapılan düzeltmelerle elde edilir: W e ğ » S' g e r w'P N
(140)
Burada: S' ger
=
Kayışın makara takımından geçtiği yerdeki çekme kuvveti, N
w'
=
Bilyalı yataklardaki direnç (Çizelge. 14 e bakınız)
(5
= Makara takımındaki toplam kayış dönüş açısı, radyan.
Boşaltma pulluğunun direnci taşman yükün kayışın metresine düşen q birim ağırlığıyla ve metre olarak ölçülen B kayış genişliğiyle orantılıdır. Bu direnç kuvveti aşağıdaki yaklaşık formülden hesaplanır: Wpl=2,7qB
N
(141)
(d) Kayış genişliğinin, çekme kuvvetinin ve motor gücünün hesabı. Kayış gerginliğinin, bütün profili boyunca ayrıntılı bir hesabı, kayışın döndürme tamburundan çözüldüğü noktadan başlar ve bu tambura girdiği noktada tamamlanır. Tambur üzerinde kayışın gergin tarafındaki S g e r çekme kuvvetinin, gevşek taraftaki S g e v çekme kuvvetiyle ayrılma ve girme noktalan arasındaki bütün bölümlerin dirençleri toplamına eşit olduğu bilinmektedir. S için aşağıdaki genel anlatım yazılabilir: Sger = K " S g e v + A
(142)
Burada: K" = Yerel dirençlerin şiddetlerinin belirlediği sayısal katsayı (yani, saptırma tamburları ile avara makara takımının dirençleri), kayış gerginliğine bağlı, A = Bir sayısal miktar (N), lineer dirençler (özellikle doğrusal bölümlerde) Kurulacak çalıştırma biriminin türü kararlaştırıldıktan ve buna bağlı olarak tambur üzerindeki kayışın a sarılma açısı ve kayışla tambur arasındaki |i sürtünme katsayısı belirlendikten sonra (Çizelge. 12 ye ııveuıı olarak) (108) denklemindeki e M a sayısal değeri hesaplanır. (108) ve (142) denklemlerinden götürücünün uygun bölümleri belirlendikten ve bu ayn bölümlerdeki bütün dirençler (dolayısıyla K" ve A değerleri) hesaplandıktan sonra. S c o v teriminin sayısal değeri bulunur. Bu ilk verilerle, kayış profili boyunca her noktadaki gerginlik hesaplanabilir. Yüklü şeridin gerginliğinin S^,, minimum değerini aldığı iki avara makara arasında -bu nedenle kayış sarkmasının meydana gelmediği kontrol edilmelidir. Kayış bir bükülebilir halat olarak kabul edilerek, avaralar arasındaki (1) bölümünde maksimum sarkma (senim)
7-85
GÖTÜRÜCÜLER (143)
bulunur.
Pratik olarak, dökme yükler için fmaks <, (0,025 - 0,03) 1 olmalıdır.
(144)
Buradan kayış gerginliği için minimum değerin -denklem (143) e göre- aşağıdaki bağıntıyı sağlaması gerektiği anlaşılır: S
y min ^ (5 + 4) (q + q k ) 1 olmalıdır.
(145)
Parça - malların taşındığı durumlarda, kayış ağırlığı düzgün yayılı bir yük olarak alınırken, malzemeninki nokta (concentiated) yük kabul edilü". Avaralar aıasmdaki bölüm yalnız bir birimlik G yükünü taşıyorsa, toplam kayış sarkması
f=
qki 8 Sv
Gl 4 S,y nün
olacak tu'.
(146)
Eğer iki avara aıasmdaki bölümde birçok birim yük varsa kayış sarkması -düzgün yayılı yük varsayımına göre- (143) denleminden bulunur. Yüklü şeritteki minimum gerginlik, yukarda açıklandığı şekilde -noktalara gelen kuvvetler toplanarak- hesaplanmış ve (145) ve (146) denklemlerinden hesaplanan Sy,Iıin dan daha küçük bulunmuşsa, hesap yeniden yapılmalı ve yüklü şeritte çekme kuvvetinin minimum olduğu gerçek nokta bulunarak bu noktanın Sy m i n değeri alınmalıdır. Bu yeni hesaplamada kayış profili, kayışın döndürme tamburuna sarılına ve çözülme noktalarına kadar, iki yönde izlenil' ve kayış sarkmalarını kabul edilebilir sınırlar içinde tutan S g e r ve Sgev değerleri bulunur. (107) denkleminden bulunan maksimum çekme kuvveti, gerekli kayış katsayısını da belirler.
Yüklem
Şekil. 78- Kavış yiM'yiııli^i divn^rıımı 1- ılöndiiıııiL' laıııhui'u; 2- gerdirme tamburu
(47) ve (48) denklemlerinden S g c r ve S g e v değerleri belirlendikten soma (49) denkleminden Wu etkin çekme kuvveti bulunur. Kullanılacak motorun gücü, genellikle, hesaplanan bu değerden % 15-20 daha yüksek olarak alınır. 7-86
GÖTÜRÜCÜLER Örnek 1- Bir Kayışlı Götürücünün Hesabı: Problem: Bir götürücünün saatte Z = 1600 parça malı L = 60 m lik bir uzaklığa götürmesi isteniyor. Besleme düzgünsüzlüğünu gösteren katsayı K' = 1,25 dir. Parçaların izdüşüm boyutları b = 220 x ^ = 180 mm, yükseklik 100 mm ve parça ağırlığı G = 100 N dır. Götürücü yatay (Şekil. 79) ve ara boşaltmalar bir pulluk aracıyla olmaktadır. Götürücü, bir ön işleme atölyesinin ısıtılan hacmine kurulacaktır.
Yüklamc
Şekil. 79- Bir kayışlı götürücünün hesaplama şeması 1. Götürücünün ana parametreleri Düz götürücü kayışı, bilyalı yataklı düz avaralar üzerinde dönmektedir ve bu avaralar (taşıyıcı makaralar) arasında bir çelik sac kızak bulunmaktadır. Minimum dıştan dışa boyutlar ve basit bir tasarım sağlamak üzere, X = 0,01 L = 600 mm stroklu bir vidalı gerdirme düzeni kullanılmaktadır. Kayış genişliği B = b+2x9O=220+180 = 400 mm dir. Parça, kayış üzerine yanlamasına (Şekil. 77c ye bakınız) konduğu zaman parçanın kayış kenarından uzaklığı (köşegenel) 0,5 (400-284) = 58 mm olur ki bu da yeterlidir. Kayış hızını 0,5 m/s alalım. Yüklü şeritte avaralar arası açıklık 1 = 1,4 m, boş şeritte 12 = 2,8 m alınıyor. Götürülebilecek maksimum parça sayısında götürücünün maksimum teorik kapasitesi, (18) ve (19) denklemlerine göre, , = ZK' = 1600 x 1,25 = 2000 parça/sa olur. Q =
GZ^b 1000
100
=
x 2000 1000
= 2 0 0 k N / g a
Maksimum yükte, ayrı birim yükler arasındaki ortalama uzaklık (17) denkleminden bulunur:
3
_3600v_3600x0,5_09 2000
m
ki bu da parçaların dıştan dışa boyutlarından daha uzundur. 2. Yürüyen her metre başına yükler Kayışın her metresi başına düşen yük ağırlığı, (5) denklemine göre q = G_ = !00 a
=
U]
N / m
dk
0,9
Kayıştaki kat sayısını ilk yaklaşımda i = 4 ve kaplama kalınlığım yüklü tarafta 5 t = 3 mm, boş tarafta 5 2 = 1,5 mm buluruz. 5, = 1,25 mm alarak kayışın birim ağırlığı (106) denklemine göre 11 B(l,25i + 6\ + 82) = 11 x 0,4(1,25x4 + 3 + 1,5) = 42 N/m bulunur. 7-87
GÖTÜRÜCÜLER Avaraların dönen parçalarının ağırılğı, (135) denklemine göre, Gd « 100 B + 30 = 100 x 0,4 + 30 = 70 N buluntu'. Yüklü şeritteki avaraların dönem parçalarının metre hasına t],,' ağırlığı ve boş, şeritteki q d " ağırlığı (136) ve (137) denklemlerinden hesaplanır:
(
j, = ^k = J O . = 50 N/m; 1
1,4
| = İM = J™-= 25 N/ın b 2,8
3. Harekete karşı direnç ve kayıştaki çekme kuvveti Götürücü profilini, dirençleri laikli ayrı bölümlere ayıralım. Bunu yaparken a ve b saptırma tamburlanndaki direnci ihmal edelim ve profili 1 den 4 e kadar numaralayalım (Şekil.79 a bakınız). Kayışın döndürme tamburundan çözüldüğü 1 noktasındaki S, gerginliğini S g e v olaıak alıyoruz. 2 noktasındaki gerginlik, (46) ve (133) denklemlerine göre, 5 2 = Sj + W u = Sı + (qk + c)cl") Lw' = S! + (42 + 25) x 60 x 0,022 = S, + 90 N olur. Burada, harekete karşı avaralar üzerinde kayış direnç katsayısı (Çizelge. 14 e bakınız), ortalama çalışma koşullarında w' = 0,022 alınmıştır. 3 noktasındaki gerginlik, (39) ve (40) denklemlerinden, 53 = KS 2 = 1,07 (S, + 90) = 1.07S, + 100 N bulunur. Kayışın yüklü şeridindeki harekete karşı direnç, avaraların dirençleri ile çelik sac kızağın direncinin toplamına eşittir. Mesap kolaylığı bakımından yükün, bu iki kalem orasında orantılı olaıak dağıldığını varsayıyoruz. Yani, kayış ve yükün ağırlığının yansı avaralar taralından ve diğer yansı da ' :/.ak tarafından taşınmaktadır, diyoruz. Çelik sac üzerinde kayışın sürtünme katsayısı (i = 0.4 dür. 4 noktasındaki gerginlik iki durum için hesaplanmalıdır: (1) boşaltma pulluğu işletme durumunda, parçaların ara boşaltması (S' 4 ) meydana geliyor; (2) boşaltına pulluğu kaldırılmış, boşaltma yalnızca kuyruk tamburu üzerinde oluyor (S" 4 ). Hesaplar (132), (139) ve (141) denklemlerine göre yapılacaktır. Birinci durum için: S 4 = S 3 + W3,4 + Wp = S., •- [0.5 (clk + q) + q j L, w' + 0,5 (qk + q) L, (i, + (0,5 qk + q'c,) L2 w' + 0,5 qk L2 Hı + 2,7 B = l,07Sı + 2094 N İkinci durum için: S4 = S 3 + W3,4 = S 3 + [0,5 (qk + q) + q|J Lw' + 0,5 (qk + q) L,,ı = 1,07 S + 2102 N Burada 1,07, (142) denklemindeki K" katsayısını. 2094 ve 2102 ise A değerini gösterirler. Hesapta, yük için üst değeri veren ikinci sayıyı alıyoruz. 7-88
GÖTÜRÜCÜLER Döndürme tamburundaki sarılma açısı a = 210° ve sürtünme katsayısı (i = 0,20 (çelik tambur ve nemli ortam) olduğu zaman, Çizelge. 12 ve (108) denkleminden, S^ = S 4 <, S r v e"» = S g e v x 2,08 = 2,08 Sj buluruz. Son iki ifadeden şu sonuçlan elde ederiz: 2,08 S! â 1.07S, + 2102 ve S, â 2080 N 5 2 = 2080+ 90= 2170 N 53 = 1,07 x 2080 + 100 = 2326 N 54 = 1,07 x 2080 + 2102 = 4328 N Kayışın dolu ve boş (dönüş) şeritlerini paralel varsayarak, gerdirme ağırlığı (105) denklemine göre, Gg = S2 + S3 + WT = 2170 + 2326 + 150 = 4646 N bulunur. Burada WT = 150 N, kızaklar üzerinde hareket eden tambur için gerekli kuvvettir. 4. Kayış yapısının hesabı Kauçuk kaplamalı ve katlan B-820 sınıfından bir kayış kullandığımızı varsayalım. Kayış kat sayısı (107) denklemine göre,
B K,
40 x 550
Gerdirme vidasının aşın yüklemelerini hesaba katarak i = 3 alırız. Önceki hesaplarda, kayış kat sayısını i = 4 aldığımız için, üç kata inerken kayış birim ağırlığında bir değişiklik olacaktır. Ancak, bu küçük bir değişiklik olduğundan, hesaplan yeniden yapmak gerekmez. Aynca, kızak nedeniyle avaralar arasındaki kayış sarkması önlendiğinden minimum kayış gerginliğini de kontrol etmeyeceğiz. 5. Çekme kuvveti ve gerekli elektrik gücü Denklem (41) e göre, döndürme tamburundaki direnç -yataklardaki kayıplar hesaba katılmazsa- aşağıdaki değere eşittir: ı
W ç w = k ( S I « + S|W)-0.03(84 + ^) = 0,03 (4328 + 2080) = 192 N Çekme kuvveti ise (48) denklemine göre, Wo = S g e r - S g e v + W ç e v = S4 - S, + W ç e v = 4328 - 2080 + 192 = 2440 N olur. Üç çift düz alın dişli takımından meydana gelen bir güç aktarma düzeni (redüktör) bulunduğunu ve her dişli çiftinin veriminin T|' = 0,96 ve döndürme tamburunun kavramaları ile yataklarının toplam veriminin T|" = 0,95 olduğunu varsayalım. Bu durumda, (49) denkleminden gerekli motor gücünü N=
W o V
=
244 ° X °' 5 =1,42 kW olarak buluruz. 1020 x 0.963 x 0,95
6. Götürücünün toplam direnç katsayısı. (30) denklemine göre, w =
3670
N
Ç£
=
3670 x 1.42
=
200 60 200x 7-89
GÖTÜRÜCÜLER Kayışı, bütün hareket yörüngesi boyunca bir dolu kızak tarafından desteklenen götürücünün toplam direnci, elbette daha da yüksek olacaktı. Madeni Kayışlı Götürücüler Çelik şerit kayışlı götürücüler (genellikle dendiği gibi Sandvik kayışları), genel düzenleme ve çalışma ilkeleri bakımından, kauçuk kaplamalı dokuma kayışlar kullanan götürücülere benzerler. Ancak, tek tek elemanların tasarımı, çelik kayışın yüksek rijitliği nedeniyle, değişiklik gösterir. Kayışlar, soğuk çekilmiş karbon çeliğinden ya da paslanmaz çelikten yapılırlar ya da tümü haddelenmiş (350-800 mm genişlik ve 0,6-1,2 mm kalınlık) tek kayıştan ya da tümü haddelenmiş iki ya da fazla sayıda şeridin özel yöntemle birleştirilmesinden meydana gelirler (4 m ye 2 kadar genişlik). Uygulamalarda en çok kullanılan çelik kayışlar, kopma gerilmesi 650 N/mm , uzaması % 12 olan çelikten yapılmış 500-600 mm genişliğinde ve 0,8-1,0 mm kalınlığındaki kayışlardır. Karbon çeliğinden kayışlar, düzgün olmayan bir ısıtmada 100-120 °C ye kadar ısıtılmış malzemenin taşınmasında ve ısıtma düzgün olduğu takdirde 300°C ye kadar ısıtılan malzemenin taşınmasında kullanılırlar. Bir çelik kayış, koku taşımaz ve kazınmaz, tehlikesizce ya da soğuk suyla iyice yıkanabilir. Bu özellik bu tür kayışları sağlığa elverişli ve besin endüstrisi için çok uygun bir duruma sokar. Bir çelik kayışın düzgün yüzeyi, ıslak kil, ham şeker, vb. gibi yapışkan malzemelerin taşınmasını ve hareket boyunca değişik noktalardan boşaltılmasını mümkün kılar. Eşdeğer yükler taşındığında, madeni kayışlı götürücülerin eğimi, kauçuk kaplamalı dokuma kayış kullanan götürücülere göre 2-5° daha düşüktür. Bir çelik kayış darbelere, noktasal etkilere ve keskin bükülmelere karşı oldukça duyarlıdır. Bu nedenle, titizlikle yerine yerleştirilmeli, tümüyle bakım altında tutulmalı, merkezleme ve koruma düzenekleriyle donatılmalıdır. Yüksek rijitliği nedeniyle, uç ve saptırma tamburları daha büyük çapta seçilmelidirler. Tamburun D çapı, kayışın 8 kalınlığı ile birim zamandaki bükülme sayısının fonksiyonudur. Bundan dolayı da kayış hızına, saptırma tamburlarının sayısına ve götürücü uzunluğuna bağlıdır. Yukarda sayılan özelliklere uygun olarak, D = (800 - 1200)5 alınır. Düşük değer, uzun ve düşük hızlı, yüksek değer ise kısa merkez açıklıklı yüksek hızlı kayışlara uygulanır. Çelik kayışın uçlan bindirme-perçin biçiminde birleştirilir. Birleştirme, tek sıra ve yassı büyük başlı özel perçinlerle yapılır. Çelik kayış, kauçuk kaplamalı tekstil kayıştan önemli ölçüde daha ucuzdur. Bir çelik kayış, çok makaralı avaralar (Şekil. 80a) üzerinde düz olarak ya da yaylı avaralar üzerinde (Şekil. 75c) oluklu biçimde hareket eder; ya da ağaç şeritler (Şekil. 80b) üzerinde gider. Avaralar arasındaki açıklık kayış boyutlarına, kapasitesine ve makara türüne bağlıdır. Düz yüklü şeridin avaraları için bu açıklık genel olarak 1 -2 m, yaylı avaralar için kayış genişliğinin iki katıdır. Dönüş (boş) şerit avaralarının arasındaki açıklık genellikle 3-6 m arasındadır. Dökme yük taşımak üzere tasarlanmış bir götürücünün kapasitesi, kenarlarına eklenen -götürücü şasisine rijit ya da oynak bağlanmış- etek levhalanyla (Şekil. 80b) arttırılabilir. Çelik kayışın dış ve iç yüzeyleri özel ıspatulalar ya da fırçalarla iyice temizlenmelidir. Uç noktalar arasındaki boşaltma pulluklarla gerçekleştirilir; gezer götürücüler (tripper) kullanılmaz. Gerdirme düzenleri çoğunlukla yatay ve karşı ağırlıklı, arabalı ve bazan da vidalı tip olarak yapılırlar. Düşey tip gerdirme düzenleri çelik kayışlı götürücülerde kullanılmaz. Çekme kuvvetinin güvenilir bir biçimde aktarılması ve avaralar arasındaki kayış sarkmasının azaltılması için yüksek bir ilkel gerginlik zorunludur. Çelik kayışın yönü saptırma tamburları, makara takımları (her makaradaki dönme 2-3° yi geçmemelidir) ve dönemeçlerde (virajlarda) serbest sarkma (sehim) ile değiştirilir. 1 m/s den yüksek kayış hızları önerilmez. Çelik kayışlı götürücüler besin ve kimya endüstrisinde ve kauçuk kaplamalı dokuma kayışların elverişli olmadığı diğer endüstri dallarında özellikle ağır işletme koşullarında kullanılırlar. Telden-örülmüş kayışlar. Yukarda tanıtılan tümüyle haddelenmiş (çekilmiş) çelik kayışlara ek olarak, çeşitli tasarım ve türlerde telden-örülmüş kayışlar da kayışlı götürücülerde kullanılırlar. Menteşe-çivili tip (Şekil. 81) kayış, en geniş uygulama alanını bulmuştur. Bu kayış, ayrı düz tel spirallerin (bölümlerin), sırasıyla bir araya getirilerek (1 sağ spiral, 2 sol spiral) bunların 3 çubuğuyla birbirine bağlanması sonucunda elde edilen bir örgüdür. Bu tür telden-örülmüş kayışlar yüksek dayanımlı olup yük altında az uzarlar ve gerek birleşme yerleri gerekse diğer bölgeler eşit dayanımdadırlar. Küçük çaplı tamburlara sarılabilirler. Telden-örülmüş kayışlar düz (Şekil. 81a) ya da 90-100 mm yüksek kenarlı (Şekil. 81b) olarak yapılırlar. Bu tür kayışlar için kullanılan miller, tamburlar ve döndürme (tahrik) düzenleri kauçuk kaplamalı dokuma kayışlarda kullanılanlardan değişik değildirler. Yalnızca oluklama avaraları değişiklik gösterirler. Boyuna bükülebilirlikleri yanında telden-örülmüş kayışlar, birleş7-90
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 80- Bir çelik kayışlı götürücünün enine kesiti a- düz avarali; b- yukan dönük yan kenarlı; c- geri-getirme yaylı
Şekil. 81- Menteşe-çivili tip çelik tel kayış - düz, flanşsız; b- yukarı kıvrılmış kenarlı; c- kayış elemanları', 1 - sağ spiraller, 2- sol spiraller, 3- çubuk 7-91
GÖTÜRÜCÜLER tirme çubukları nedeniyle, enine doğrultuda rijittiıler ve çok makaralı avaralar üzerinde saıkmazlar. Telden örülmüş kayışların yapımında birçok gereç kullanılabildiği için bunlar süreç basamakları arasında malzemenin taşınmasını gerektiren değişik endüstri dallarında çok elverişli ve geniş bir uygulama alanı bulurlar. Telden-öıülmüş kayışlar, malzemenin 1000 °C sıcaklığa kadar tavlama, ısıtma, fırınlama ve kurutma işlemleri arasında taşınmasında, ekmek ve hamur işlerinin pişirildiği tünel fırınlarda ve ayrıca yıkama, kireç, söndürme, soğutma, sınıflama ve benzer işlerde kullanılırlar.
|A Döndürme I
-Döndürme I Gerdirme
(e)
Şekil. 82- Zincir kayışlı götürücü a- şema; b- enine kesil; c- hareketli parça Zincirle Çalıştırılan ve Halatla Çalıştırılan Kayışlı Götürücüler Bu götürücüler, kayışı hareket ettirmek için zincir ya da halat kullanular. Bu özel tasarım, şu iki amaca yarar: (1) yüklerin tekrar taşınmasına gerek kalmadan taşıma yolunu uzatmak. (2) kayış maliyetini düşürmek. Bu götürücülerde kayış, yalnız yük-taşıyıcı eleman olarak görev yapar ve uzunluğundan bağunsız olarak 3-4 katlı olarak yapılır. Çekme kuvveti, sağlam bir zincir ya da tel halatla aktarılır. Hareketin zincir ya da halattan kayışa aktarılması sürtünme ile olur. Bir lamelli-baklalı (ya da yuvarlak-baklalı) 1 zinciri, Şekil. 82 de gösterilen zincir-kayışlı götürücünün çekme elemanı olarak görev yapar. Bu tür götürücü, kauçuk kaplamalı 3 dokuma kayışını desteklemeye yanyan 2 yatak levhalarıyla (yastıklar) donatılmıştır. Kayış 4 avaraları aracıyla oluklundırılır. Bu avara takımlarında orta makara yoktur. Bunun yerini çekme /.inciri almıştır. Zincir. 5 makaraları üstünde ve 6 kızakları boyunca hareket eder. Kayış, levhalarla kayış arasındaki sürtünmeyle harekele geçer. 150 x 90 mm boyutlarındaki yatak levhaları birer bakla ara ile yerleştirilen özel zincir baklalarına bağlanmışlardır. Kayışla levhalar arasındaki sürtünme katsayısını arttırmak için levhalar tırtıllı lastik tabakayla kaplanırlar. Bir zincirle-çekilen kayışlı götürücünün başarılı çalışması, kayışla zincir arasındaki değmenin tamlığına bağlıdır. Çalışma sırasında, taşıma levhaları kirlenebilir ya da ıslanabilirler ve bunun sonucu yetersiz değme, aşınma ve kayma meydana gelebilir. Bu ve zincirin kayış hızını sınırlaması gerçeği, bu tasarımın başlıca sakıncalarını meydana getirirler. Bu götürücülerin sahip olduğu üstünlük, bunların bir sonsuz kayış profilinin bağımsız ve eş uyumlu (senkronize) hareketli birçok zincir profilini içerebilmesi nedeniyle (SOa). büyük uzaklıklara mal taşıyabilmeleridir. 7-92
IMİTİıH. A
GÖTÜRÜCÜLER Zincir-kayis.il götürücüler, kömür madenlerinde, kömür taşımak için kullanılırlar. Şu anda kurulmuş bulunan tesislerin ana parametreleri şunlardır: kayış genişliği 800-1000 mm; kapasite 4000-6000 kN/sa; hızı 1 m/s; uzunluk 200-1200 m. Halat-kayışlı götürücülerde, kenarları yivli eğer biçiminde kalınlaşluılmış öze) bir kayış kullanılır (Şekil. 83). Kalınlaştırılmış kenarlar, kayışı sürtünme ile harekete geçiren iki çekme halatı tarafından desteklenirler. Yaylı çelik çubuklar, kauçuk kayış içinde vulkanize edilmişlerdir ve kayışın yük altında oluklanmasını sağlarlar (Şekil. 83b). Halatlar, götürücünün baş ve kuyruk taraflarında bulunan döndürme ve gerdirme tamburlarının çevresinden alınırlar. Kayış döndürme tamburlarının çevresinden geçer. Bunlardan bilisi gerdirme tamburu olarak görev yapar. Uç tamburları arasındaki hareketle halat ve kayış, makaralar tarafından desteklenir (Şekil. 83b). Bu tür götürücüler uzun uzaklıklara mal gönderebilirler. Ancak, bazı önemli sakıncalara da sahiptirler. Bunlardan başlıcaları: karmaşık ve güç bir döndürme, karmaşık kayış tasarımı ve yüksek maliyet. Kayışın halatlar üzerindeki kayına olasılığı nedeniyle, eğim 15-16° olarak sınırlandırılmıştır. Bu götürücülerin ana parametreleri şunlardır: kayış genişliği 600-1200 mm; kapasite 250-7500 kN/sa; hız 1,25-2,5 m/s; uzunluk 400-3800 m; halat çapı 25-35 mm; döndürme tamburu çapı 2-2,5 in. Yukarda tanıtılan birbirinden ayrı çekme ve yük taşıma elemanlarına sahip bu iki tür götürücüye ek olarak, bir yüksek kablo hattına asılmış olarak çalışan oluklu kayışlı götürücüler de vardır. Kapalı-Tip Kayışlı Götürücüler Dökme mal taşıyan sürekli götürücüler arasında kapalı-tip kayışlı götürücüler de sayılmalıdır. Bu tür bir götürücü (Şekil.84), 2 döndünne tamburu ve 3 gerdirme tamburu çevresinde dönen 1 kayışı ve kayışın içinde bulunduğu 4 sızdırmaz (hermetik) yuvasından oluşur.
7-93
GÖTÜRÜCÜLER
1
n 11 1
1
p n ıri" _ I ' i
ı—
u
1
i
1
-
-
J"İT~ !!
. •
1
ı
-—
M
-t
L
JJ
ro
en
Şekil. 83- Halat kayışlı götürücü a- şema; b- enine kesit; c- kayış 3- döndürme tamburu; 4- saptırma tamburu; S- dokuma tabaka; 6- çelik çubuk, 6x6 mm 7-94
'il lk\.
GÖTÜRÜCÜLER
yükleme
AA Kesiti
D D 0:0 D D D 0 0 0
Şekil. 84- Kapalı - tip kayışlı götürücüler 7-95
GÖTÜRÜCÜLER Boru (Tube) Tipi Götürücüler Özellikle açık havada çalışan ve büyük uzaklıkara mal götüren götürücülerde kayış, yüklendikten sonra özel kılavuz makaralar yardımıyla kapatılarak kapalı ve sızdırmaz bir boru biçimine sokulur (Şekil. 85).
Şekil. 85- Boru (tube) götürücü Böylece, kapalı galeri yapma zorunluluğundan kurtulunmuş ve önemli bir ilk yatırım ekonomisi sağlanmış olur. 11. PALETLİ GÖTÜRÜCÜLER Genel Tanıtma ve Amaç Paletli ya da lamalı götürücü (slat conveyor) Şekil. 86, 1 şasisi, 2 döndürme ve 3 gerdirme dişlisi (zincir dişlileri) ile 5 çekme zincirinin tek ya da iki şeridine birden bağlanmış ve birleşme noktalannda hareketli makaralar tarafından taşınan 4 lamalarından oluşan bir palet takımından (yürüyen yatak) meydana gelir. Zincir dişlisinin dişlilileriyle kavramaya giren çekme zincirleri çifti 6 çalıştırma birimi tarafından döndürülür. Zincirler, palet takımıyla birlikte götürücünün boyuna ekseni doğrultusunda dönerler. Zinciri taşıyan makaralar, 1 şasisinin sabit kılavuz kızakları üzerinde hareket ederler. Götürülecek malzeme götürücüye, yörünge boyunca herhangi bir noktaya yerleştirilmiş bir ya da fazla sayıdaki 7 besleme teknelerinden yüklenir ve döndürme zincir dişlileri yanındaki 8 boşaltma oluğuna boşaltılır. Paletli götürücüler, çeşitli dökme ve parça-mallann yatay ya da eğimli olarak götürülmesinde kullanılırlar. Kimya endüstrisinde, metalürjide, maden kömürü taşımasında, makina yapımında ve endüstrinin öbür dallarında geniş çapta uygulanırlar. Bundan başka, hat üretiminde ara malların işlem duraklarından geçmesini sağlarlar. Kayışlı götürücülerden ayrıldıkları nokta, bunların genellikle ağır büyük-parçalı, aşındırıcı ve sıcak malzemeleri taşımakta kullanılmalarıdır: elenmiş döküm kumu, döküm parçaları, vb. Yıkama, boyama, soğutma, kurutma, tavlama, su verme ya da boyutlama (tasnif) işlemleri yol boyunca uyglanabilir. Paletli götürücünün almaşıkları (alternatifleri) pik döküm makineleri, yürüyen merdivenler ve düzgün olmıyan profilli (konturlu) paletli götürücülerdir. Paletli götürücüler şu üstünlüklere sahiptirler : Aağır, büyük-parçalı ve sıcak malzemeleri taşıyabilirler; 2000 kN/sa ve daha yukarı kapasitelerde (özellikle etek levhaları takıldığı zaman) yapılabilirler. Paletli götürücüler merkezleri arasında uzun bir açıklığa izin veren uzun çekme zinciri olarak yapılabilirler; yüksek haznelerden beslenebilirler; kayışlı götürücülere göre daha geniş ve karmaşık hareket yörüngelerini izliyebilirler; daha dik eğimli ve bir doğrultudan öbürüne daha küçük dönme yançaplı eğrilerle geçişler sağlıyabilirler. Sakıncaları ise şunlardır: palet takımının ve zincirlerin önemli orandaki ağırlıkları; karmaşık yapı ve yüksek maliyet; götürücünün verimli bir çalışma yapabilmesi için sürekli bakımı gerektiren çok sayıdaki mafsallı birleşme yerleri. 7-96
İ
II MIIKk
r
i
O
n
•*+
*5
Şekil. 86- Bir paletli götürücünün düzenlemesi
GÖTÜRÜCÜLER Paletli götürücülerin geometrisi kayışlı götürücülerden değişik değildir; şu istisna ile ki, bu tür götücülerde eğim açısı -paletler enine perdelerle donatılmış ve yataydan düşeye geçiş küçük bir eğrilik yarıçapı ile (R= 5-8 m) gerçekleştirilmişse- 45° ve daha yukarı olabilir. Bu tür içinde, paletli profil (konlur) götürücüleri özel bir kümeyi oluştururlar (aşağıya bakınız). Çok amaçlı ve sabit paletli götürücüler standardlaştırılmışlardır. Başlıca, palet tasarımına ve yörünge profiline göre sınıflandırılırlar. Paletli Götürücülerin Parçaları Çekme elemanı : Paletli götürücüler, genellikle, her biri bir tarafta bulunan iki tane lâmelli-baklalı ve burçlu makaralı zincirle (Şekil. 53c), daha seyrek olarak da tek zincirle (yalnız 400 mm genişliğe kadar olan hafif götürücülerde) donatılmışlardır. Hafif ve yavaş hızlı götürücülerde, bazan, daha ucuz olan burçsuz zincirler (Şekil. lj| V* 53a da gösterilene benzer) kullanılır. IİI&
£İ*
Paletli götürücüler, çok seyrek olarak, lâmelli -baklalı ve burçlu (makaıasız) ya da burçlu- makaralı ve ayrıla- (LlVi\ bilir zincirlerle donatılırlar. Zincirin t aclunı 100, 125, 160. 200, 250, 320, 400, 500 ve 630 mm olur. '* En çok kullanılan burçlu -makaralı yürür makaralar götürücünün kılavuz kızakları boyunca, palet takımını ve yükü taşırlar. Makara, flanşlı ya da flanşsız olabilir, kaymalı yataklar ya da bilyalı yataklar üzerinde dönebilir. Sonuncu tür, ağır hizmet sınıfı götürücülerde kullanılır. Götürücü şasisine bağlanmış sabit makaralar (avaralar) ise palet takımı ile götürücünün burçlu, burçlumakarah ve ayrılabilir türden zincirlerini taşırlar. Yüklü bölümde, zincir baklasının kenarları sabit makaralar üzerinde kayar (Şekil. 86d ye bakınız); dönüş bölümünde (şeridinde) ise palet, kayışlı götürücülerde kayışın desteklenmesine benzer biçimde taşınır. Paletli götürücülerin yük -taşıyıcı elemanı palet takımı (lâmalar)dır. Bu nedenle, bunların, götürülen malzemenin yapısına uygun olarak tasarlanması gerekil'. Paletler aşağıdaki ana tasarımlarda olurlar: flanşsız, düz, aralıklı, makaralı (Şekil. 86a, b); flanşsız, düz aralıksız, makaıasız (Şekil. 86d); flanşsız, dük makaralı ya da makarasız (Şekil. 86e); flanşsız, baklavalı; flanşlı, derin (Şekil. 86j ve k) ve kutu-tipi (sığ ya da derin). Bir düz (düzgün) palet takımı, ağaçtan ya da çelik sacdan yapılmış olabilir. Bazı durumlarda, paletler, silindir şeklinde yükleri tutmak için takozlarla donatılmış olabilirler. Baklavalı (flanşlı ya da flanşsız); flanşlı ve düz; flanşlı, derin ve kutu - tipi paletler 4-10 mm arasında çelik sacdan preste basılır. Flanşsız paletler genellikle birim yükler içindir. Yükün flanşsız bir paletten düşmesini önlemek için, özellikle yükleme bölgesinde, ağaç ya da çelik yan levhalar (etekler) kullanılır (Şekil. 86 CC kesiti). Flanşsız, düz ve baklavalı paletler, eğer dökme mallar taşınacaksa, çoğunlukla sabit etek levhalarıyla donatılırlar. Flanşlı ve düz ya da baklavalı paletler, dökme mallar ile parça-mallar (örneğin sıcak döküm parçalan) taşımak üzere tasarlanırlar. Flanşlı derin ve kutu-lipi paletler ise yalnızca dökme mal taşıyan dik eğimli (45 - 60°) ve yüksek kapasiteli götürücülerde kullanılır. Palet takımını oluşturan lamalar cıvalalı, perçinli ya da özel açılarda kaynaklı olabilirler. Paletler, çekme zincirlerinin baklalarına bağlanırlar. Çekme zincirleri, dolu lamalarla ya da birbirinden 1 ile 3 zincir adımı arayla yerleştirilmiş olan pimlerle (çivilerle) birbirlerine bağlanırlar. Palet, mutlaka Şekil. 86 daki oklar yönünde hareket etmelidir, tersine hareket paletlerin aralarına malzeme dökülmesine ve burakua yapışarak götUıüeünün zarar görmesine neden olur. Paletin ana boyutları (Şekil. 86) şunlardır: B genişliği ve flanşların h ve hıır, (flaıışlı paletlerde) yükseklikleri. Standart paletler B = 400, 500, 650. 800. 1000, 1200. 1400 ve 1600 mm ve h = 100. 125, 160, 200, 250. ve 320 mm ölçülerinde yapılırlar. Paletin B genişliği, flanşlı paletlerde flanşların iç yüzeyleri arasındaki uzaklıktır. Flanşsız paletlerde ise bu ölçü, paletin toplam genişliğidir (Şekil. 86). Baklavalı. derin ve kutu-tipi paletlerde, flanş yüksekliği olarak h^, alınır. h orı paletin t adımı uzunluğunda bir keskindeki flanş alanının, t adımına bölünmesiyle elde edilen bölümdür. Bir paletli götürücünün çalıştırma birimi döndürme zincir dişlisi (cer dişlisi), aktarma düzeni ve elektrik motorundan meydana gelir. Eğimli ya da yatay-eğimli bir yörüngeye sahip götürücüler, motoru besleyen elektrik akımının kesilmesi ya da güç aktarma düzenindeki bir arıza olması durumlarında, yüklü kayışın geri kaymasını önleyen bir frenleme düzeniyle donatılmışlardır. Frenleme düzeni mandal - kilit, makara ya da solenoid türünden olabilir. Döndürme zincir dişlileri 5, 6, 7, 8 dişli ve çelik ya da dökme demirden olabilirler. Bazı durumlarda, zincir dişlileri döküm gövdeli ve çelik bandajlı (riın) olabilirler. İki yandaki zincir dişlilerinin eşit çekme uygulama7-98
•I'IİIT -İli» ı
GÖTÜRÜCÜLER lannı ve merkezlenmelerini su; jlamak üzere dişliler, dişlen birbirleriyle tam uyum idinde olacak biçimde döndürme miline bağlanmışlardır.
(a)
Döndürme (Tahrik) Şekil. 87- l'uletli götürücünün geometrisi Güç aktanım düzeni : Genellikle, kapalı tip tek bir hız düşürücü dişli kutusundan ya da bir redüktörle ona ek bir dişli ya da zincirli aktarma organından oluşur. Yavaş zincir hareketi, yüksek değiştirme oranlı (60-200 arası) redüktörler kullanılmasını zorunlu kılar. Sonsuz hir hız değişimi isteniyorsa, motorla redüktör arasına bir hız değiştirgeci (vaıyatör) yerleştirilir. Gerdinne : Paletli götürücülerde, vidalı ya da uç zincir dişlisine takılan yaylı-vidalı gerdirme düzenleri kullanılır. Gerdirme stroku, çekme zincirinin adımına bağlı olarak ve bu adımın 1. 6-2 katından aşağı olmamak üzere, 320, 500, 800 mm değerlerinde seçilir. Gerdirme tamburlarından bilisi mile kamalıdır, diğeri ise zincir uçlarının birleştirilmesini mümkün kılmak üzere, kamalı değildir. Götürücü şasisi genellikle profil çeliğinden ve kaynaklı yapı olarak hazırlanır. Uç bölümler, döndürmeyi ve gerdirmeyi kolaylaştırmak amacıyla, ayrı yapılırlar. Götürücünün hareketli parçalarını taşıyan ara bölümler ise 46 m uzunluğunda ayrı madeni yapılardır. Taşıyıcı makaraların kılavuz kızakları 1 köşebent (hafif götürücülerde) ve profil demirlerinden ya da dar - ölçülü raylardan (ağır götürücülerde) yapılır. Eğrisel bölümlerde, tekerlek yolu üzerindeki 2 rayları, zincirlerin yukarı doğru fırlamalarını önlerler. Bütünleştirme hatlarında (assembly lines) kullanılan götürücülerin çeşitli tasarım biçimlerindeki koruma düzenleri, götürücünün ara bölümlerinde işletme güvenliğini sağlarlar ve çalışan zincir şeridini fiziksel dokunmalara karşı kapatırlar (Şekil.88). Paletli Götürücülerin Hesabı Hesap için ilk veriler. Zincirler ile palet takımının ana boyutlarını ve gerekli motor gücünü hesaplamaya yarayan ilk veriler, kayışlı götürücülerin hesabı için gerekli olanlarla eşdeğerdirler. Palet genişliğinin hesabı. Hesap amacı için. flanşsız bir paletli götürücüde dökme yükün, düz kayışlı bir götürücüde olduğu gibi, bir üçgen oluşturduğunu varsayabiliriz. Ancak, paletin katılığı (rijidile) ve düşük hızı, kayışlı götürücüde olduğundan daha büyük bir (P[ açısı ve b tabam almamıza izin verir. Paletli götürücülerde genellikle (P[ = 0,4cp ve b = O.85B alınır. Burada, (p götürülen malzemenin statik şev açısı. B ise (metre olarak) palet genişliğidir. 7-99
GÖTÜRÜCÜLER
n
rr
O:
I S B
İ
S S
7-100
GÖTÜRÜCÜLER Flanşsız bir palet üzerinde, serbest akıllı bir malzemenin enine kesiti:
Fı =
bhLc =
ıır
=Ü.|8
olur.
(147)
Burada, C2 = Eğimli bir götürücüde olası bir alan küçülmesine izin veren düzeltme katsayısıdir. Fi değerini (7) denkleminde yerine koyarak, götürücü kapasitesini veren aşağıdaki formülü elde ederiz:
Qıian5S,z = 360ü F, v 7 = 3000 x 0.18 B2C2 v 7 tg (0,4 9) = 648 B 2 C, v 7 tg(0,4 (p) kN/sa...
(148)
Verilmiş bir kapasitede, llanşsız götürücü genişliği ise.
648 C 2 v7 tg (0,4cp)
m bulunur.
(\ V),
C2 katsayısının değeri Çizelge. 15 den alınır. Çizelge. 15- (147) - (151) Denklenılerindeki C: P a l e t lııı ıı
Gütiirüeünün eğim açısı, derece
Flanssız
10 a kadar
1,0 0,90 0.85
10-20 >20
J
Flans.li ya da sabit yan levhalı (etekli)* bir palette (Şekil. 89b ve c) serbest akıs.lı bir malzemenin F enine kesit alanı F üçgen ve F dikdörtgen alanlarının toplamına eşittir:
F = F 2 + F 3 = B h : C - + Bh., = 0.25 B:C'2ig(0.4(p) + Bh \\ı
m2
(150)
Burada,
y=i2i h
palet kesitinin, fiansjanıı ya da sabit eteklerin yüksekliği taralından belirlenen yükleme
verimi olup genellikle 0,65-0,75 arasında alınır.
*
Sabityan levhaları bulunan paletli götürücü için (150) ve (151) denklemlerinde B yerine Bı alınır. 7-101
GÖTÜRÜCÜ!.ER Flanşlı paletleri olan bir götürücünün kapasitesi ise Qrı. = 3600 Fv X
4-A
2
= 3600 [0,25B C2tg(0.4 cp) + B \|/]v y = 900 Bvy [BC2tg(0,4 cp) + 41ı y]
kN/sa
(151)
Şekil. HıJ- I'aktli götürücüde dökme yükün enine kesiti a- l'lanşsız: b- İlandı; c- etek levlıalı Büyük paıy lı-nıallann palet takımının tüm boyunca ve aynı anda ayrı yerlerden yüklenmesi durumunda, yükün, palet üzerinde düzgün bir dikdörtgen tabaka oluşturduğu varsayılabilir, Bu durumda F2 = 0, F = Bh y m2 ve \\ı = 0.8 - 0,85 olur. (149) ve (151) denklemlerinden elde edilen B palet genişliğinin, aşağıdaki bağıntıya göre, malzemenin parçaboyutuna uygun olup olmadığı irdelenmelidir. B > 1,7 a'+ 200
mın
(152)
Sınıflandırılmış, malzemelerde: B £ 2,7 a1 + 200
mm
(153)
Burada a', malzemenin mm olarak karakteristik en büyük parça boyutudur. Hesaplanan palet genişliği ve flaıışlarm ya da yan levhaların (eteklerin) yüksekliği, yürürlükteki en yakın Standard ölçülere (üst ölçü) yuvarlatılmalıdır. Birim yükler taşımak üzere tasarlanmış bir götürücüde palet genişliği, kayışlı götürücüde olduğu gibi, bu yüklerin boyutları, konumu ve sayısına göre belirlenir (Şekil. 77 ye bakınız). Palet hızı genellikle ancak 0,05 - 0,63 m/s alınır. Bu düşük hızın nedenleri çekme elemanı olarak zincirlerin kullanılması ve halat etkisinin doğurduğu dinamik yüklerin minimumda tutulması gereğidir (Alt bölüm 8 e bakı7-102
, . ii *.
SLİ
«....
IH1
GÖTÜRÜCÜLER nız). Özellikle kısa-adımlı yuvarlak- baklalı zincirler kullanılan yeni tasarımlarda, daha yüksek palet hızı (1,25 m/s ye kadar) amaçlanmaktadır. Bütünleştirme götürücülerinin hızı, bütünleştirme çevrimine göre belirlenir. Zincir çekme kuvveti ve motor gücünün belirtilmesi: Kullanılan zincirlerin türü ve parçaların boyutları, bilinen yöntemle yani en düşük gerginliğin bulunduğu noktadan başlayıp (Ayırun.8 e bakınız) yörüngenin ayrı bölümlerindeki dirençleri belirleyerek, hesaplanır. Minimum gerginlik, genellikle 1000 - 3000 N arasında alınır. Yan etek levhasız (flunşh ve flaıışsız) götürücüler için ayrı bölümlerdeki dirençler (36) ve (38) denklemlerinden elde edilir. Yukaıdaki denklemlerde, paletin ve zincirlerin yürüyen her metresi başına qü ağırlığı şartnamelere ya da yapımcıların kataloglarındaki verilere göre alınır. Tasarım standardlarına göre de alınabilen bu değer, paletin genişliğine ve türüne bağlıdır. Aşağıdaki denklemden yaklaşık bir değer de bulunabilir: qo = 600B + A
N/m
(154)
Burada, B = Kayış genişliği, m A = Çizelge. 16 dan alınan katsayı. A katsayısının, flanşsız paletler için olan değerleri, yüzde 10-15 oranında küçültülür. Hafif paletler, taneli ya da düıjü yığma ağırlıklı kUçük-parçalı malzemelerin; ağır paletler, büyük parçalı ve ağır malzemelerin taşınmasında kullanılırlar. Orta ağırlıklı paletler ise orta ağırlıkta malzemeler için kullanılırlar. Götürücünün metresi başına q yük ağırlığı (1) denkleminden elde edilir. Çizelge. 16- Flanşlı ve Baklavalı Çelik Paletli Götürücüler İçin A Katsayısının Yaklaşık Değerleri (Şekil. 86h ve i ye bakınız) B genişliğindeki palet için A katsayısı Palet türü
B = 0,4 - 0,5 m 400 600 800
Hafif Orta Ağır
B = 0,65 - 0,8 m 500 700 1100
B > 0,8 m 700 1000 1500
Paletin, harekete karşı w' direnç katsayısı (35) denkleminden bulunur ya da Çizelge. 17 den alınır. Çizelge. 17- Burçlu-makaralı Zincirler İçin w1 Katsayısının Yaklaşık Değerleri
Götürücünün çalışma
Makaralar için w' katsayısı Kaymalı yataklarda**
Bilyalı yataklarda
Uygun
0.06 - 0,08
0.020
Orta
0.08-0.10
0.030
Kötü
0,10-0,05
koşulları*
* Çalışma koşullarını nitelendiren veriler için Çizelge. 14 e bakınız. ** Alt değerler büyük makara çaplı ağır zincirler ile flanşsız makaralı zincirler için kullanılır. 7-103
GÖTÜRÜCÜLER w' direnç katsayısı (35) denkleminden alındığı zaman sürtünme katsayısı ray üzerindeki fianşlar için C = 1,1 1,20; yağlama ve salmastra kayıplarını da içeren bilyalı yataklaıdaki indirgenmiş, |i sürtünme katsayısı ise uygun çalışma koşullarında 0,001, orta koşullarda 0,25 ve kötü koşullarda 0,045 alınır. Kaymalı yataklarda (çelik ya da dökme demir) bu katsayılar, düzgün aralıklarla yağla yağlama durumunda sırasıyla 0,1. 0.15 ve 0,20; gresle yağlamada ise 0,15, 0,20 ve 0.25 dir. Makaralar için k yuvarlanma sürtünmesi katsayıları, aynı işletme koşullan için sırasıyla 0,06; 0,08 ve 0.1 alıııu\ Sabit yan etek levhalı götürücülerde dökme yük götürüldüğü zaman, yükün bu sabit levhalara karşı sürtünme direnci, yukarda sayılan dirençlere eklenmelidir. Belli bir emniyet payı bırakılmak koşuluyla yan levhalar üzerindeki basıncın hidrostatik kanuna göre yani doğrudan doğruya yükün yığma ağırlığına ve etek levhalarının yüksekliğine bağlı olarak üçgen şeklinde dağıldığı varsayılabilir. Direncin değerini gerçeğe daha yakın biçimde belirlemek üzere, yan basınç için bir katsayı kullanmak gerekil'. Zincir dişlilerinin dirençleri (35) denkleminden k = 1.05 - 1.10 alınarak hesaplanır. Küçük değer uygun çalışma koşullan için, büyük değer ise kötü koşullar için alınır. Eğrisel kılavuz kızaklardaki direnç (45) denkleminden bulunur. Diş sayısı az olan zincir dişlisinde, 0,20 m/s yi geçen hızlarda, çekme zincirlerinin hesabı için (57) denkleminden hesaplanan ve dinamik gerilmeleri de içeren toplam Sk,or kullanılmalıdır. Çekme elemanı iki zincirden oluşuyorsa zincii' başına düşen teorik çekme,
S'ıeor=1.15^L
olur.
( ] 5 5 )
Burada, 1,15 = Zincir üzerindeki dü/.günsüz yük dağılımına izin veren katsayıdır. Döndüren zincir dişlisindeki çekme (48) denkleminden ve gerekli motor gücü ise (49) denkleminden hesaplanır. Kullanılacak motor gücü, bu değerin % 15-20 üstünde olmalıdır. 12. KUREKLI GÖTÜRÜCÜLER Genel Tanıtma ve Amaç Genellikle, dolu-gövdeli kürekli götürücüler (Şekil. 90) şu parçalardan meydana gelirler: şasiye bağlanmış 1 açık teknesi, 4 enine küreyicilerin (serapers) ya da küreklerin (fliglıts) bağlanmış bulunduğu boydan boya hareket eden 3 çekme elemanı. Çekme elemanı, uç zincir dişlisinin ya da kasnağının çevresinden döner ve hareketini 5 çalıştırma biriminden alır. Elemanın gerginliği 6 gergi kasnağı tararından sağlanır. Götürülecek malzeme, götürücünün dolu şeridinin herhangi bir noktasından, tekneye yüklenir ve kürekler (kanallar) tarafından oluk boyunca itilir. Boşaltma da, teknedeki deliklerden ve herhangi bir noktada yapılabilir. Boşaltma, bir kapaklı oluktan ya da kayar kapaklardan olabilir. Götürücünün alt ve üst şeritlerinin ikisi birden (Şekil. 90a) yüklü şerit olarak kullanılabilir ve gerektiğinde, aynı anda, zıt yönlerde malzeme taşınabilir (Şekil. 90b). Kürekli götürücülerde, çekme elemanı olarak bir ya da iki zincir, bazı durumlarda da halat kullanılır. Kürekli götürücüler çeşitli pudra, tane ve serbest-akışlı dökme malzemeyi taşımakta kullanılır. Kırılgan, nemli, yapışkan, sıkıştu'iiabilir ve yığma malzemelerin taşınmasına elverişli değildirler. Kürekli götürücüler kömür ocaklarındaki kömür taşımalarında, cevher zenginleştirme birimlerinde ve kimyasal endüstri kuruluşlarında geniş ölçüde kullanım alanı bulurlar. Bundan başka sıcak kül ve cüruf taşımasında da kullanırlar. Odun, kağıt hamuru vb. gibi kütle halinde gelen parça-malların taşınmasında özel halatlı diskli götürücüler kullanılır. Kürekli götürücülerin başlıca üstünlükleri aşağıdaki gibi özetlenebilir: tasarımın basitliği ve yapının dayanıklılığı, yükü üst ve alt şeritlerde -iki yönde- gönderebilmesi; götürücü boyunca istenen noktalardan kolay yükleme ve boşaltma. Ana sakıncalar ise şunlardır: taşıma sırasında malzemenin kırılması ve parçalanması (bu durum, örneğin kömür gibi bazı malzeme için son derece zararlıdır); yükleme teknesinde ve hareketli parçalardaki (özellikle aşındırıcı mallar taşındığında) hızlı aşınma, yüksek güç tükeümi. Bu nedenlerle, kürekli götürücüler 50-60 m uzunluğu ve 1500 - 2000 kN/sa taşıma kapasitesini seyrek olarak geçerler. 7-104
in rı
GÖTÜRÜCÜLER Yalnız kömür madenlerinde 100 m uzunlukta ve 1500 kN/sa kapasitesinin üstünde kürekli götürücüler kullanılır.
Gardlrme stroku 3
M
7 Gerdirme stroku
rs
h
ŞekU. 90- Bir (a) ve iki (b) şeridi yüklü kürekli götürücüler Malın götürüldüğü yöne göre, kürekli götürücüler (Şekil.91) şu sınıflara ayrılırlar: yatay (a), aşağı ya da yukarı doğru eğimli (b), eğimli-yatay (c) ve yatay-eğimli. Eğim açısı P genellikle 30° ye kadar, seyrek olarak da 40° ye kadar alınır. Bunun nedeni, bu tür götürücülerde eğimdeki bir artışın, kapasitede önemli bir azalmayı sonuçlamasıdır. Genel amaçlı kürekli götürücülerden (olağan tür) ayrı olarak, özel amaçlı götürücüler de vardır. Bunlar kapalı tip (submerged) götürücülerdir. Alçak ve dolu, çeşitli biçimde profilli ve yuvarlak olabilirler. Düzgün olmayan profilli (konturlu) götürücüler de kullanılırlar. Bu türlerde, paletli götürücülerde olduğu gibi, hem düşey hem de yatay düzlemlerde dönemeçler vardır. Kürekli Götürücünün Parçaları Çekme elemanı : Kürekli götürücülerde çekme elemanı olarak genellikle 200, 250, 320 ve 400 mm adımlı temper döküm burçlu-makaralı zincirler kullanılır. Birleşim zincirleri ve halatlar çok seyrek olarak kullanılır. Yeraltı kömür taşımaları için tasarlanmış kürekli götürücülerde, dövme çelikten 80 mm adımlı ayrılabilir zincirlerle yüksek dayanımlı yuvarlak-baklalı zincirler geniş bir uygulama alanı bulurlar. Sonuncular, düzgün olmayan profilli götürücülerde kullanılırlar. 400 mm genişliğe kadar olan götürücülerde, çekme elemanı olarak, genellikle bir tek zincir (ya da halat), daha geniş küreklerde ise iki zincir kullanılır.
7-105
GÖTÜRÜCÜLER
Q*rdlrme stroku
t 1 t M 1 i 1 1 i 1 t t i * t
Şekil. 91- Olanını kürekti ^(itiiriiciileriıı tipik şemaları Kürekler (Jlights) biçimlerine göre sınıflandırılırlar (Şekil. 92): yamuk (a); düz (h) ya da tek taraftan köşelerikesilmiş (sheared-off) (e), çift taraftan kesilmiş (d) dikdörtgen (iki şeridi de yüklü götürücüler) ve halatlı götürücüler için disk-tipi (e) ve (f). Kürekler 3-8 mm lik çelik sacdan, baz.an dökme demirden ya da temper dökümden yapılırlar. Disk-tipi kürekler, genellikle dökme demirden ya da çelik sacdan yapılırlar. Rijitliği sağlamak amacıyla sac kürekler, arkadan kaynak edilen çelik köşebent ya da lamalarla takviye edilirler. Kömür taşımak için tasarlanan yeraltı götürücülerin hadde profil (Şekil. 92Ü) ya da dövme levha (Şekil. 92lı) kürekler kullanılırlar.
(9)
M
Şekil. 92- Tipik kürekti ^iitüriiciiler
7-106
GÖTÜRÜCÜLER Tekne (gövde), 4-6 mm lik çelik sacdan ve dikdörtgen ya da yamuk biçiminde ya da çelik profillerden yapılır. Tekneler çelik sacdan preste çıkartılabilirler. Hafif malzeme taşımak için (hızar talaşı, tane, vb.) tasarlanmış götürücülerde tekne tahtadan yapılabilir. Tekneyle kürek arasındaki açıklık 3-6 nun arasında olmalıdır. Tekııe, 4-6 m lik parçaların birleştirilmesinden meydana gelir. Çalıştırma birimi, alışılmış türden ve genellikle bir hız düşürücü (redüklör) ile birliktedir. Orta ve ağırhizmet türü götürücülerde, dişli kutusunu aşırı yüklere karşı korumak üzere, motorla güç aktarma düzeneği arasına bir balatalı kavrama yerleştirmek uygundur. Çoklu ve çiftli döndürücülerde (örneğin tek milin iki elektrik motoruyla döndürüldüğü durumlarda), hidrolik kavrama kullanılır. Zincirli-kürekli götürücülerde gerdirme düzeneği vidalı ya da yaylı-ve-vidalı türden olur. Ayar uzunluğu, zincir adımının 1,6 katından aşağı olmamalıdır. Kürekli götürücülerde gerdirme düzeneği, alışılmış amacına ek olarak, zincirin ilkel gerginliğini arttırarak, küreklerin stabilitesini güven altına almaya da yarar. Kürekli götürücülerin şasisi, genel olarak kaynak - yapı ya da hadde profilinden ve ayrı bölümlerden yapılarak bii' anıya getirilir. Kürekli Götürücülerin Hesabı Kürekli götürücülerin hesabında da kayışlı götürücülerdeki ilk veriler kullanılır. Ana parametrelerin belirlenmesi. Kürekli götürücülerin hesabı için gerekli ana boyut, tekne için kesit alanıdır. Bu elemanı, \|/ yükleme verimi (tekne doldurma katsayısı) dikkate alınarak, istenen Q kN/sa kapasitesi belirler. ince - taneli, serbest-akışlı malzeme küreklerin önünde ayrı yığınlar halinde birikir. Bu yığınların boyuna kesitleri ikizkenar olmıyan bir yamuk biçimindedirler (Şekil.93a). Bu tür serbest-akışlı malzemelerin götürUlüşU sırasında, malzemenin parçacıklarının sürekli bir yer değiştirmesi (deplasmanı) gözlenir. Sürtünme etkisiyle tabanda ve yanlarda tutulan parçacıklar (hareket sırasında) kürek boyunca yukarı doğru itilerek küreğin önüne dökülürler ve bu bölümde yuvarlanmağa başlarlar. Yığının yüksekliği çok arttığı zaman parçacıklar küreğin arkasına (geriye doğru) yuvarlanırlar. Yükün bu şekilde geriye doğru akmasını önlemek için tekne doldurma katsayısı Y = 0,5 - 0,6 gibi alçak değerlerde alınır. Ağır kütleli malzeme taşındığında (örneği n tuvenan kömür), düzgün bir hareket elde edilir ve kütleler arasında -pratik olarak- karışma meydana gelmez. Oldukça düzgün bir tabaka elde edilir (Şekil. 93b). Bu durumda kürekler tarafından tutulan ve taşman malzeme miktarı, serbest-akışlı malzemelere göre daha fazladır. Bundan dolayı, parça malzemeler için y ortalama olarak 0,7 - 0.8 alasında alınır. Eğer götürücü eğimli ise küreğin önündeki yığın, eğimdeki artışla orantılı olarak azalır (Şekil. 93c). Bu durum, bir C3 düzeltine katsayısının hesaba katılmasıyla karşılanır. Bu nedenle küreğin önündeki malzemenin miktarı ve biçimi, götürücünün eğimi ile taşınan malzemenin fiziksel ve mekanik özelliklerinin bir fonksiyonudur. Bu değerlerin değişik karakteristiklerdeki yükler için deneysel olarak belirlenmesi gerekir. Geniş bir malzeme yelpazesi için veriler mevcut olmadığından hesap, yükleme teknesinin ortalama y dolum katsayısına göre, bir yaklaşım biçiminde yapılır. Tekne (gövde) içerisindeki malzemenin teorik kesit alanı (Şekil. 93a da), y katsayısı hesaba katılarak, F = Bh y C 3 = kir y C 3
2
m dir.
(156)
Burada, yukarda açıklanan sembollere ek olarak B ve h. sırasıyla teknenin metre olarak çalışan genişliğini ve yüksekliğini gösterir. Bu iki ölçü arasında. k = E - = 2 4 - 4 gibi bir baulanlı vardır. h Kürekli götürücünün kapasitesi. (7) denklemine göre. Q = 3600Fv y = 36üOBh y C3 vy = 3600 kir y C3 vy
kN/sa dir.
(157) 7-107
GÖTÜRÜCÜLER Şu halde, teknenin çalışan yüksekliği. 3600 kv y C}
m olur.
(158)
C3 katsayısının değerleri Çizelge. 18 de verilmiştir. Kürek hızı genellikle v = 0,1-0.5 m/s alınır. Yeraltı kürekli götürücüleri için hız sınırlan 0,5-1,1 m/s dir.
(a)
Şekil. 93- Serbest-akışlı nıal/.emenin kürekler önündeki durumu Kürekler arasındaki a uzaklığı, t zincir adımıyla bölünebilir olmalıdır. Çiftli baklalarda ise zincir adımının iki katıyla bölünebilir olmalıdır, hı kürek yüksekliği olduğuna göre genellikle a = (3-6) hı alınır. Tablo 18- (156) ve (158) Denklemlerindeki C3 Katsayısının Ortalama Değerleri Götürücünün derece olarak camiindeki C,
Taşınan malzemenin karakteristikleri 0°
10°
20°
30°
Serbest-akışlı
1
0.85
0,65
0.5
Topak (yavaş)
1
1
0,85
0.75
35°
40°
0,6
0,5
Teknenin hesaplanan B genişliği ile a kürek aralığının, gönderilecek malzemenin granülometrik birleşimiyle (belirleyici nitelikteki en büyük parça boyutu a' hesaba temel alınarak) uyum içinde olduğu kontrol edilmelidir. B>ma alınması önerilir. 7-108
(159)
GÖTÜRÜCÜLER Sınıflandırılmış mal taşıyan çift zincirli götürücüler için m = 3-4 ve sınıflandırılmamış malzeme için m = 5-7 ve zincirin tekne merkezinden geçerek götürücünün yükleme ve boşaltmasına kötü etki yaptığı durumda ise m= 3-3.5 alınır. Kürekli götürücülerdeki çekme kuvveti, alışılmış biçimde, yani ayrı bölümler (noktalar) için gerekli güçlerin belirlenmesi yoluyla hesaplanır. Yüklü şeridin doğrusal bölümündeki harekete karşı direnç (37) denkleminden, boş (avara) şeridinki ise (38) denkleminden elde edilir. Yukardaki denklemlerde, tekne içindeki malzemenin (malzeme ile tekne taban ve duvar lan arasındaki sürtünmeden meydana gelen) harekete karşı direnç katsayısı w', kabaca, tuvenan kömür için 0,6; antrasit için 0,4; toz kömür için 0,7-0,6 alınabilir. Zincir ve kürek bütününün harekete karşı direnç katsayısı ise kaymalı yataklar üzerinde hareket eden makaralı zincirler için w'r = 0,1 - 0,13 ve makarasız zincirler için w'r = 0,25 dir. Hareketli parçaların yürüyen her metresi başına ağırlığı (zincir ve kürek bütünü) şu yaklaşık orandan türetilebilir : q o = Kq
N/m
(160)
Burada, q = Yükün yürüyen her metresi başına, N/m olarak ağırlık, (1) numaralı denklemden hesaplanmıştır. K = Tek zincirli götürücülerde K = 0,5 - 0,6 ve çift zincirlilerde K = 0,6 - 0,8 arasında alınan orantı katsayısı. Büyük değerler, düşük Q kapasiteleri için alınmalıdır. Öbür bakımlardan çekme kuvveti hesabı, paletli götürücUlerdekinin aynıdır. Çekme elemanının minimum gerginliği genellikle S m i n = 3000-10 000 N alınır. Toplam gerginliğin iki zincir arasında düzgün yayılması nedeniyle her zincir üzerindeki yük, çekme elemanının maksimum teorik gerginliğinin (S t e o r ) 0,6-0,7 katı olarak alınır. Çekme kuvveti ve gerekli motor gücü (48) ve (49) denklemlerinden hesaplanır. 13. V-KEPÇELİ, MAFSALLI-KEPÇELİ VE DÖNER-TABLALI GÖTÜRÜCÜLER V-Kepçeli Götürücüler Bir V-kepçeli götürücünün elemanları (Şekil. 94) şunlardır: 1 açık yükleme tekneleri (gövde) ile 2 madeni destek yapıları (yatay bölümlerde), 3 ve 4 muhafaza boruları (casings) (düşey bölümlerde) iki sonsuz zincir ile bunlara sağlam bir biçimde bağlanmış olan V-biçimli 6 kepçelerinden ve köşelere yerleştirilmiş 7 zincir dişlilerinden (bunlardan, genellikle götürücünün yüklü şeridinin üst bölümünde olan birisi döndürme 8, diğeri ise gerdirme 9 dişlisi olarak iş görür) oluşan hareketli parçalar. Yatay bölümlerde (Şekil. 94, BB kesiti), açık tekne boyunca hareket eden kepçeler, zincirlerin yürüyen makaraları tarafından taşınır. Kepçeler götürücünün destek yapısına bağlanmış köşebent kılavuzlar ya da raylar üzerinde hareket ederler. Dökme malzeme, götürücüye, götürücünün alt yatay bölümündeki herhangi bir noktasına yerleştirilmiş bir besleyici aracıyla yüklenir ve tekne boyunca, kazıma görevi yapan kepçeler tarafından kürünür. Kepçeler götürücünün alt bölümünün sonundaki dönemece vardıkları zaman otomatik olarak malzemeyle dolarlar ve bu malzemeyi, düşey bölümde taşıyarak üst yatay bölümdeki tekneye boşaltırlar. Burada da malzeme, boş kepçeler tarafından kürünür. Malzeme, üst yatay bölümün herhangi bir noktasındaki delikten, kürekli götürücülerdeki gibi, boşaltüabilir. Bu delikler kapaklarla kapatılır. V-kepçeli götürücüler de, kürekli götürücüler gibi, çeşitli pudra, taneli ve karışık dökme malzemenin iletilmesinde kullanılırlar. Taşıma kapasiteleri 800-1000 kN/sa ve taşıma uzaklıkları (yatay bölümde) 100 m ye kadar olabilir. V-kepçeli bir götürücünün başlıca üstünlükleri şöyle özetlenebilir : yükleri, yeniden taşımayı gerektirmeden yatay ve düşey yörüngelerde götürebilir, boşaltma alanının tümü boyunca istenen noktalara yükün boşaltılmasını ve dağıtılmasını mümkün kılar. Sakıncaları ise şunlardır: götürülen malzemenin kırılması, kepçelerde ve teknede aşın aşınma, yüksek güç tüketimi, düzenli yükleme için bir besleyiciye gereksinme duyulması. Çekme elemanı. Adımı 200-500 mm arasında iki lâmelli-bai'.lalı, burçlu-makaralı tip zincir, bu götürücülerin çekme elemanı olarak kullanılır. 7-109
GÖTÜRÜCÜLER
Gerdirme stroku
Şekil. 94- Bir kepçeli götürücünün düzenlenmesi Kepçeler 3-8 mm çelik sacdan ve kaynaklı olarak yapılırlar. Her kepçenin kapasitesi 70 litreye kadardır. Kepçelerin boyutlarını istenen götürme kapasitesi ile götürülen malzemenin kütle boyutu belirler. Alışılmış türden bir hız düşürmeli çalıştırma birimi ve bir fren (açılmalı ya da otomatik) kullanılır. Kürekli götürücüde olduğu gibi, ilkel zincir gerginliği yüksek bir vidalı-tip gerdirme düzeneği kullanılır. Bunun nedeni, yatay bölümlerde kepçe tarafından kazınan (kürenen) malzemenin direncini yenmektir. Bir V-kepçeli götürücünün kapasitesi (8) denkleminden hesaplanır. Buna göre, her kepçe başına kapasite
(162)
, = —&- litredir. 3,6v Kepçeler arasındaki a uzaklığı zincir adımının iki ya da daha çok katı olmalıdır.
Zincirlerin ve kepçelerin hızı genellikle 0,1-0,5 m/s; kepçenin yükleme verimi = 0,7-0,9 arasında alınır. Kepçenin izdüşümü A â (3-4) a'; genişliği BS2a' (burada a', karakteristik en büyük kütlenin ölçüsüdür.). V-kepçeli götürücülerde zincir çekme kuvveti; yatay ve doğrusal bölümlerdeki dirençler, kürekli götürücülerdekinin aynı olan bir yoldan (37) ve (38) denklemlerinden ve aynı katsayılarla hesaplanır. Düşey bölümlerde ise direnç, hareketli parçaların ağırlığı ile yaratılır.
7-110
ı
*
*
•#
•
GÖTÜRÜCÜLER GötüıücünUn haıeketli parçalarının (zincirler ve kepçeler) götürücünün metre uzunluğu başına ağırlığ yaklaşık olarak q0 = 1800 B +500
N/m alınır.
(163)
Burada B = kepçe genişliğidir, (metre). Gerekli çekme kuvveti ve motor gücünü (48) ve (49) denklemleri belirler. Mafsallı-Kcpçcli (Pivotcd-bucket) Götürücüler Mafsallı-kepçeli götürücüler (Şekil. 95), V-kepçeli götürücülere benzer yörüngeleri izlerler. Bu sonuncudan ayırdedici nitelik şudur: kepçeler, burçlu-makaralı zincirlere mafsalanmışlardır. Böylece, birbirine paralel olan iki yatay ve iki düşey şerit boyunca, mafsal adı verilen sabit nokta çevresinde serbestçe dönerler. Dökme malzeme kepçelere, götürücünün alt yatay bölümünde yüklenir ve herhangi bir ara iletime (transfer) gerek kalmadan, götürücünün yatay ya da düşey bölümlerinde bu kepçeler tarafından taşınır. Bu nedenle de parçalanmaz. Kepçeler götürücünün üst bölümündeki herhangi bir noktasında hareketli bir alıcı (tripper) ya da bir boşaltma düzeneğine (diseharger) yüklerini boşaltırlar. Kepçeler, ya eğrisel kamlarla (a) ya da kılavuz makaralarla (b) donatılmışlardır. Bunlar, boşaltıcınm 3 boşaltma koluna dayanınca kepçeyi devirerek boşaltırlar. Kepçeli götürücüler çeşitli pudra, taneli ve parçalı dökme malzemelerin taşınması için tasarlanırlar ve kimya endüstri fabrikalarında, kömür madenlerinde, kuvvet sanüallarındaki kazan stokellerinde, şehir gazı üretim birimlerinde, çimento fabrikalarında ve diğer biiçok kuruluşlarda geniş çapta kullanılırlar. Mafsallı-kepçeli götürücülerin taşıma kapasitesi 50 ile 4000 kN/sa gibi geniş sınırlar içinde değişir.
r "ü
Şekil. 95- Bir kepçeli götürücünün düzenlenmesi Mafsallı kepçeli götürücülerin üstünlükleri şunlardır: malzemeyi birbirini izleyen yatay ve düşey (gerekiyora eğimli) bölümlerden ve ikinci bir boşaltma-yükleme olmaksızın alırlar; onu yatay bölümün istenen noktasına boşaltırlar; malzeme parçalanması ya da ufalanması olma/.. Sakıncaları ise: karmaşık tasarım ve işletme; büyük ağırlıklı hareketli parçalar; yüksek maliyet; kepçelerin, yüksek götürme hızında aşın dönmesi. 7-111
GÖTÜRÜCÜLER Çekme elemanı. Mafsallı-kepçeli götürücülerde genellikle iki tane lâmelli-baklalı ve burçlu-inakaralı tip zincir (320-1000 mm adımlı), çekme elemanı olarak kullanılır. İstisna olarak, düzgün olmayan profilli götürücülerde, çelik halatların ve özel çift-baklalı zincirlerin kullanıldığı da görülür. Kepçeler genellikle 2-6 mm çelik sacdan kaynaklı olarak yapılır ve kapasite 250-400 1 arasındadır. Kepçe genişlikleri B = 900 mm ye kadardır. Kepçenin ağırlık merkezi daima asılma ekseninden aşağıda bulunur. Bundan dolayı kepçe, hareket sırasında, eksen (mafsal) çevresinde serbestçe dönerken kararlı denge konumundadır ve boşaltma (devrilme) durur.lundan soma yine bu kararlı konuma gelir. Kepçeler, ya pratik olarak aralıksız (çakışık tür) ya da belli aralıklarla yerleştirilirler. Birinci türde, kepçeler arasındaki aralık, kepçelerin uzatılmış yan levhalarıyla kapatılmıştır ve bu durum sürekli bir beslemeye izin verir. İkinci türde ise, kontrollü bir besleyici -saçılmaları önleyerek- her kepçeye gerekli miktarda malzeme verir. Bu tür götürücü, büyük-kütleli malzemenin geniş hacimli kepçeleri kullanmayı zorunlu kıldığı ve istenen kapasitenin, kepçe adımında bir azalmayı gerektirmediği durumlarda kullanılır. Birinci tür, çok elverişli uygulama alanları bulmuştur. Kepçeler arasındaki a u/.aklığı.t zincir adımının tam katlan olmalıdır. Kepçenin, hareket doğrultusundaki A izdüşüm uzunluğu, taşınan malzemenin en büyük karakteristik boyutundan en az 2-3 katı fazla uzun olmalıdır. nir.
Mafsallı-kepçeli götürücülerin taşıma kapasitesi, küıekli götürücülerde olduğu gibi, (8) denkleminden belirle-
Kepçelerin yükleme verimi y = 0.75-0.90 arasındadır. Götürme hızı. 0.15-0,4 m/s arasında alınır. 500 mm den fazla adımlı zincirlerde, zincir üzerindeki dinamik yükleri azaltmak ve Kepçelerin aşırı dönme hareketini önlemek için, hızlar 0,10-0,15 m/s alınır. Çekme kuvveti ve motor gücü, küıekli götürücülerdeki gibi hesaplanır. Çekme elemanının minimum gerginliği S m i n = 2000-3000 N alınır. Hareketli parçanın ağırlığı şu ifadeden kestirilir: 1500 B + 4 0 0 N/m
(164)
Burada B = kepçe genişliği, m dir. Doğrusal bölümlerdeki direnç katsayısı [(36) ve (38) denklemlerine bakınız] bilyalı yataklar üzerinde giden makaralı zincirler için w1 = 0,03-0,05; kaymalı yataklar üzerinde giden makaralı zincirler için w' = 0,6-0,10 alınır. Döner Tablalı Götürücüler Döner tablalı götürücülerin tasarımı, kepçelerin yerini zincire mafsallanmış bir dizi düz tabla biçimindeki taşıyıcıların alması istisnası ile mafsallı-kepçeli götürücülerinkine benzer (Şekil. 94). Bu tür götürücüler çeşitli parça-malların (dövme parçalar, boru ara parçalan, kitaplar, kutular), bir düşey düzlemde yatay ve düşey bölümler içeren karmaşık yörüngeler boyunca taşınmasına ve süreçler arasındaki hareketine çok elverişlidir. Döner-tablalı götürücüler, düşey bölümlerde, elle ya da çeşitli otomatik düzeneklerle yüklenirler. Döner-tablalı götürücüler yükleri katlar, koridorlar, süreç donatımları arasında yükseltmek ya da indirmekte kullanılırlar. Döşeme seviyesinin altından giderler ve yükü. ikinci taşımaları gerektirmeden, birbirine bağlı yatay ve düşey bölümlerde taşırlar. Yörünge, yükü kurutma ve salamura (deri işletmelerinde) daireleri arasında taşunak üzere tasarlanabilir. Bir döner-tablalı götürücünün toplam uzunluğu genellikle 100-150 m yi geçmez. Düşey bölümlerin yüksekliği 20-30 m arasında olabilir. Çekme elemanı. İki tane lâmelli ve burçlu-makaralı tip zincir, çekme elemanı görevini yapar. Zincirler, birlikte giden, flanşlı makaralarla donatılmışlardır, /.incir adımı 100-320 mm arasındadır. Tek çekme zincirli tasarımlar, döner-tablalı yükselticileri (elevatöı) belirler. Bir döner-tablalı götürücünün yük-taşıyıcı elemanı bir di/.i asılı tabladan (suspcnded Irays) oluşur. Bu elemanın yapısı, yükün gereklerine, yükleme ve boşaltma yöntemine uydurulmuştur. Yükleme ve boşaltmanın otomatik olduğu durumlarda, tablalar genellikle ızgaralıdır. Döner-tablalı götürücülerin besleyicilerinin ve boşjıllıcılarınn tepeleri de genellikle ızgaralıdır. Yük, buralardan bir sıkma çeneli kepçe (gıab) ya da başka bir boşaltma düzeneği yardımıyla alınır. Tablaların tasarımı da büyük çeşitlilik gösteril'. Bunlardan birçoğu elle yüklemeye ve boşaltmaya elverişlidir. Duıuı-tablalı götürücülerin kapasitesi (9) ve (10) denklemlerinden belirlenir. Bu götürücüler genellikle 0,25 in's ye kadar hızlarda çalışırlar. Bu kapasite, besleme ve boşaltma clebileriyle sınırlıdır. Zııu ir gerginlikleri, çekme kuvveti ve motor gücü, diğer zincirli götürücülerdekine benze yoldan hesaplanır.
i !12
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 96- Bir tablalı götürücünün düzenlenmesi 1- besleyici; 2- boşalücı; 3- çalışürma-birimi; 4- gerdirme; 5- zincir dişlileri; 6- hareketli parçaları; 7- kılavuz kızaklar. 7-113
GÖTÜRÜCÜLER 14. YÜKSEK GÖTÜRÜCÜLER Genel Tanıtma ve Amaç Yüksek ya da asılı tür yük-taşıyıcı götürücüler (Şekil. 97) bir sonsuz çekme elemanı 1, askı düzenekleri 2, bunlara asılı taşıyıcılar 3 ve 4 yükünden meydana gelirler. Askılar, kapalı bir eğri çizen S yüksek rayı boyunca hareket ederler. Ray, binanın yapı elemanlarına asılmış olup uygun yerlerde de desteklenir. Çekme elemanı (iki-eğimli ya da iki-düzlemli türden özel zincir, bazı durumlarda da çelik tel halat), iki düzlemde bükülebilir ve götürücünün yukan-aşağı ve köşelerde hareket etmesini mümkün kılar. Yani götürücü, iki düzlemde ve her yönde dönemeçlere sahip olabilir. Çekme elemanı, hareketi 6 çalıştırıcısından alır. Çekme elemanı, yatay düzlemdeki dönemeçleri hareketli makaralarla ya da 7 zincir dişlilenyle ya da makara takımlarıyla; düşey dönemeçleri ise kılavuzlanmış 8 eğrisel rayları üzerinde geçer.
Şekil. 97- Bir yüksek götürücünün düzenlenmesi 7-114
'iııım
GÖTÜRÜCÜLER Taşıyıcılar, yol boyunca yüklenir ve boşaltılırlar. Bu işlem, götürücü boyunca bir ya da daha çok noktada elle ya da çeşitli türde ekonomik düzeneklerle yapılır. Götürücünün kapalı eğri biçimindeki yörüngesi, malzemelerin pratik olarak bütün götürücü boyunca taşınmasına izin verir. Yüksek götürücüler, değişik birim malların (taslak parçalar, yarı mamuller, parça ve bütünlenmiş mallar, ambalajlı maddeler, vb.) atölye-içi ve atölyeler arası sürekli (seyrek olarak kesikli) taşınmasında, ambalajlı dökme malların taşınmasında; ayrıca, makina yapımı, besin, tekstil, lastik ve yapı malzemesi gibi üretim dallarını da içine alan çeşitli süreç-içi taşımalarda kullanılırlar.
6
7
(0)
Şekil. 98- Değişik türden yüksek götürücü şemaları a, yük taşıyıcı (ana tür); b- arabalı; c- çekilir 7-115
CIÖTURUCULER Taşman maddeler değişik yapı ve biçimde ve boyutlarda (3-6 m uzunluğu kadar) ve ağırlıkla (15-20 kN a kadar) olabilirler. Kum püskürtme, derilerin salamura yapılması, yü/.ey kaplama, boyama ve kurutma, ısıl işlemler ve benzerleri yolda (malzeme götürülürken) yapılabilirler. Yüksek götürücülerin üstünlükleri şöyle sıralanabilir: düzgün olmayan bir yörünge izlerler, yön değiştirmelere yatkındırlar; büyük taşıma uzaklığı (tek motorlu döndürmede 400-500 m. çok motorlu döndürmede 2 km ye kadar); yerden ekonomi (ray genellikle tavan elemanlarına tutturulur ve yükleme-boşalüna olmayan yerlerdeki yüksek engeller kolayca aşılabilir); düşük güç tüketimi, vb. Yüksek götürücülerin geniş uygulama alanlarının bulunması nedeniyle, götürücünün ve ayrı parçalarının tasarımında, bü'çok almaşık çözüm biçimi geliştirilmiştir. Yükün götürülme yöntemine göre, yüksek götürücüler aşağıdaki türlere ayrılırlar: (1) Ana tür, yiik-taşıyıcı götürücü (Şekil. 98a). Bunda askılar ve yük taşıyıcılar sürekli olarak çekme elemanına bağlıdırlar. (2) Arabalı götürücü (Şekil. 98b). Bunda 3 yük taşıyıcısı ile 1 çekme elemanı birbirlerne bağlı değildirler. Ancak, 3 yük taşıyıcısı, 6 askı makaraları ile 1 çekme elemanına bağlı olan 5 çenesi aracıyla itilerek 4 ek rayı üzerinde yürütülür. (3) Yük çekici götürücü (Şekil. 98c). Bunda 1 askı makaraları, 4 özel kancası aracıyla 2 yük-taşuna arabalarının 5 kolunu iterek i unlan döşeme üzerinde yürütürler. Yüksek götürücüler zincirle (ana tür) ve tel halatla çekilirler. Bunlar arasında yatay düzlemdeki bir yörüngeyi izleyen yatay götürücüler ile çeşitli düzlemlerde dönemeçleri olan profil (koıılur) götürücüleri ayıredebilir. Çalıştırma biçimine göre götürücüleri, tek-nıotorlu ve çok-molorlu götürücüler olarak ayırmak mümkündür. Ayrılabilir zincirler kullanan yüksek götürücülerin ana parametreleri slaııdurllaştırılmıştır. 15. AKAIİALI GÖTÜRÜCÜLER Genci Tanıtma ve Amaç Fırdolayı ya da carouscl adı da verilen bir arabalı götürücü, parça-malları tekerlekli bir taşıyıcı üzerinde götürür. Çekme elemanına bağlanmış bulunan baklalar (kanca, çubuk. kam. vb.) tekerlekli bir yükü (Şekil. 99) ya da kılavuzlaıımış bir ray üzerinde giden bir arabayı çeker. Bazı tasarımlarda yük. bir kızak boyunca kaydırılır ya dasabit yataklı avara masuralar üzerinde yuvarlanır. Arabalı götürücüler, çeşitli tasarımlarda yapılırlar. Çekme elemanının düzenlenmesine göre bu götürücüler de üç türe ayrılır: (1) düşey düzlemde gidişliler, (2) yatay düzlemde gidişliler ve (3) yatay ve düşey düzlemlerde birçok dönemeç içeren karmaşık yörüngeli profilli (konturlu) arabalı götürücüler. Düşey götürücüler doğrusal bir yatay yörünge ya da yatay ve eğimli bölümlerden oluşan bir yörünge izlerler. Yatay götürücülerin yörüngesi, tek bir yatay planda uzanır. Ancak, iki yönde de dönemeçler yapabilir. Şu ya da bu türden bir arabalı 1 çekme elemanı (Şekil. 99), 2 döndürücü ve 3 gerdirme zincir dişlilerinin (ya da kasnaklarının) çevresinde sarılır. Çekme elemanı 4 kılavuz yatakları üzerinde kayar. Götürücü, bir 6 madeni taşıyıcısı. 7 çalıştırma birimi, 8 gerdirme düzeneği ve 9 makara takımından meydana gelir. Götürülen yük ya tekerleklidir ya da bir arabayla (lori, traktör, vb.) ve 11 rayı üzerinde taşınır. Ray. götürücünün taşıyıcı yapısının dışında, doğrudan doğruya yere döşenmiştir. Bu yapı. götürücü tasarımını basitleştirir ve onun ağırlığını azaltır. Tekerlekli yük, çekine elemanına 12 çubuğu, kancası ya da baklasıyla bağlanmıştır. Bu bağlantı yardımıyla yük elle ya da otomatik olarak, götürücü yolunun sonunda çözülebilir. Arabalı götürücülerin iyilik derecesi şu özelliklerle ölçülür: tasarım basitliği, düşük ilk yatırım maliyeti ve az yer kaplama, yörüngenin esnekliği, götürücülerin uygun biçimde ve oldukça küçük bir alana boş dönme zorunluluğu, bu tür götürücünün önemli bir sakıncasıdır. Arabalı götürücüler özellikle parça-inallar için ve çoğunlukla hat üretiminde bütünleştirme, bitirme işlemleri ile diğer karma süreç ve taşıma işlemlerinde, mağazalar, onarını atölyeleri vb. yerlerde kullanılırlar Bu tür götürücüler otomobil ve traktör vapıınü"1" «eniş çapta uygulama alanı bulurlar.
7-116
im ı s-
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 99- Düşey düzlemde götürmeli tasarımda baklalar aracıyla götürücü zincirin doğrudan bağlanan arabaların genel görünüşü
GÖTÜRÜCÜLER Arabalı götürücüler sürekli ya da kesikli olarak çalışabilirler. Hızlar alçak -sürekli yükler için 0,1 m/s ye kadar (0,1-6 m/dak), kesikli yükler için 0,16 m/s ye kadar (1-10 m/dak)- tutulur. Düşey ve yatay yörüngeler çoğunlukla 150-200 m, profil (kontur) türünde ise 600-700 m uzunluğa kadar olurlar. • Bükülebilir çekme elemanı kullanan genel türden götürücülere ek olarak, kesikli çalışma için özel zincir ve çubuk türü arabalı götürücüler yapılmaktadır. 16. VAGONLU YA DA PLATFOKMLU GÖTÜRÜCÜLER (Car or Platform Cunveyors) Ana Türler ve Amaç Adından da anlaşılacağı üzere, bu tür götürücüler, yükü bir vagon ya da tabla (platform) üzerinde taşırlar. Vagonlar ve üstlerindeki yük, çekme elemanı tarafından önceden belirlenmiş bir ray üzerinde hareket ettiriliıler. Bu tür götürücülerde, geniş bir tasarım çeşitlemesi vardır. Almaşık tasarımlar, çekme elemanı ve rayın düzenlenme biçimi ile vagonların götürücü şeritleri üzerindeki yerleştirilişine göre birbirinden ayırdedilebilirler. Bilinci ayırma biçimine göre götürücüler, yatay düzlem yürüııgeli ya da düşey düzlem (carousel) yörüngeli olabilirler. İlk bölümde, yalnız tek bir yatay düzlemde yörüngesi bulunan götürücüler değil, fakat profilli (kontur) tür götürücüler de bulunurlar. Taşıyıcıların (vagon ya da tabla) dönüş şeridi üzerindeki yerleşme biçimine göre düşey düzlem yörüngeli götürücüler ikiye ayrılırlar: devrilir vagonlular, devrilmez (sabit) vagonlular. Yükün taşınma yöntemine göre de sürekli ve gidiş-dönüşlü götürücüler ayrımı yapmaktayız. Vagonlu götürücüler genellikle yüklerin, hat üretimindeki süreç-içi hareketlerinde kullanılırlar. Başlıca bütünleştirme (assembly) götürücüleri (parçaların işlem istasyonları arasında taşınması), dökümhane götürücüleri (döküm atölyelerinde derecelerin bağlanması, dökümü, soğutulması ve temizlenmesi), taşıma götürücüleri (parçaların yapım süresince işlem istasyonları arasında taşınması) ya da teknolojik götürücüler olarak iş görürler. Şu ya da bu türün seçimi sürecin gerekleri, taşınan yükün karakteristikleri ve süreç alanının genel yerleşme biçimi tarafından belirlenir. Düşey düzlem yörüngeli türler, yatay düzlem yörüngelilerden daha deıii toplu olmakla birlikte, devrilir vagonlar kullanıldığında, yükün taşınması için yalnız üst şeridin kullanılması gibi önemli bir zayıf yanları vardır. Her iki şeridi kullanabilmek için, devrilmez arabalar kullanılması zorunludur ki bu da götürücü tasarımını karmaşıklaştırır. Düşey düzlemdeki bir yörüngenin uzunluğu, sürecin gerekleri tarafından belirlenir. Demek ki, uzun süreli bir süreç, uzunluğu fazla bir götürücüyü gerektirmekle ve bu da süreç bölümünün genel yerleşme planını , kannaşıklaştırmaktadır. Buna karşılık, yeterli alan sağlandığında, yatay düzlem yörüngeli götürücülerde her iki şerit de etkin olarak kullanılabilir. Yatay yörüngelerde yük, çevrimini sürdüren götürücüden alınmaz. Bu da uzun süreli süreçlerde (örneğin, kurutma ya da soğutma) ve depolama amaçlan için kısa yörüngeli bir götürücü kullanılmasını mümkün kılar. Uzun ve düzgün olmayan süreçler için tasarlanan teknolojik götürücüler (dökümhane götürücüleri, test istasyonu götürücüleri, vb.) genellikle yatay düzlem yörüngeli olurlar. Yukarda sözü edildiği gibi, seçilen götürücünün türü, taşınan yükün karakteristiklerine de bağlıdır. Düşey düzlem yörüngeler, genellikle bütünleştirme hatlarında oldukça ağır ve parça yüklerin (otomobil, traktör, elektrik motorları, vb.) taşınmasında kullanılırlar. Bu kurallar, yükün özel karakteristiklerine ve çalışma koşullarına uygun olarak değiştirilebilirler. Şu ya da bu türden bir götürücünün taşıyıcı vagonları arasındaki aralık, yalnız istenen kapasiteye değil, ayrıca yükün boyutlarına da bağlı olarak ve en yüksek işletme kolaylığını sağlıyacak biçimde seçilir. Götürüeü çekine elemanının açınım uzunluğu, vagon adımının tam katı olmalıdır. Toplam vagon sayısı, uygulanan sürecin gerektirdiği işlem istasyonu sayısına ve işlemlerin yapılmasına yeterli toplam zamanı sağlıyacak hıza bağlı olarak seçilir. Düşey Düzlemi! Yörüngeler Bir düşey düzlem yörüngeli ve devrilir (Şekil. 100a) ya da devrilmez vagonlu götürücü, şu elemanlardan oluşur: 1 çekme elamanı, buna bağlanan 2 vagonları, bunların üzerinde yürüdüğü kılavuz kızakları taşıyan 3 taşıyıcı yapısı, 4 çalıştırma birimi ve 5 gerdirme düzeneği. Bütünleştirme götürücülerinin vagonları, genellikle, 6 bağlama ayaklarını (jig), 7 mufsallı masasını ve bütünleştirmeyi kolaylaştırıcı diğer bağlama düzeneklerini (fixture) içerirler. Taşıyıcı çelik yapılar, kaldırılabilir çelik sac ya da tel örgüden 8 mahfazaları ile alt ve üst şeritleri birbirinden ayıran 9 bölmesiyle donatılırlar. Bu dolu sac bölme, bütünleştirme işinde çalışanları tehlikeye karşı korur, 7-118
GÖTÜRÜCÜLER
3
2
1
Döndüren makaralar
Dondurulan makaralar
Şekil. 100- Düşey düzlem yörüngeli bir vagonlu götürücünün genel düzenlenmesi (a) devrilir, (b) devrilmez vagonlu
f T'A
Şekil. 101- Elektrik motorlarının bütünleştirmesinde kullanılan devrilir vagonlu bir götürücünün enine kesiti 7-119
GÖTÜRÜCÜLER üst şeritten aşağıya takım ve malzemelerin düşmesini önler ve yukardan damlayan yağlan toplar. Dingil genişliğine, taban boyutlarına ve gerekli zincir çekme kuvvetine bağlı olarak, devirmeli vagonlu götürücüler, tek ya da çift zincir suali olarak yapılırlar. Basit bir kural olarak, A dingil genişliği (Şekil. 101 e bakınız) A < 3-4 zincir adımı ise vagon kararlılığı tek zincirle; A>4 ise çift zincir ile sağlanabilir. Döndürme zincir dişlisi tarafına yerleştirilen sabit ray mahfazaları, vagonları dönemeçde kılavuzlar. Diğer uçta ise, gerdirme zincir dişlisinin miline bağlanmış iki destek diski, aynı amaca hizmet ederler. Destek diskleri, gerdirme zincir dişlisi miliyle birlikte giderler. Disklerin çapı, vagon şasisini dönemeçte kuvvetle diske doğru bastıracak bir zincir çekme kuvveti yaratacak biçimde seçilir. Sabit (devrilmez) vagonlu götürücülerde (Şekil. 100b) çekme zincirleri, vagonun bir dingiline (kılavuz) bağlı, diğerine değildir. Daima iki tane olan çekme zincirleri, vagonun iki yanında ve ondan serbest olarak bulunurlar. Vagonların, döndürme ve gerdirme uçlarında zincirler arasından engelsiz geçişini sağlamak üzere, zincir dişlisi milleri, götürücü merkezine yeterli aralık bırakan yan desteklere yalakladırlar. Bu tür götürücünün vagonları, dönemeçlerden, yalnızca hafif bir eğimle ya da bunlara paralel olarak geçerler ve böylece, daima yatay durumlarını korurlar. Eğrisel bölümlerde vagonlar, özel düzenekler ve kılavuz raylar yardımıyla döndürülürler. Zincir dişlilerinin yan destekler üzerine yerleştirilmesi, eğrisel bölümlerdeki özel vagon ve zincir eklentileri, vb. bu tür götürücüleri karmaşık ve pahalı yaparlar. Bu da, bunların seyrek kullanılışını açıklar. Bu yapının başlıca üstünlüğü, üst ve alt şeritlerin birlikte yük taşımada kullamlabilmesidir. Bu tür götürücüler bazan dökümhanelerde, üst şeridin kalıp ve dereceleri taşımaya, alt şeridin ise dolu dereceleri soğutularak temizleme istasyonuna teslim etmeye yaradığı durumlarda kullanılırlar. Düşey düzlem yörüngeli devrilmez vagonlu götürücülerde, hareket yörüngesi daima yatay ve doğrusaldır. 17. KKVÇElA, KKVVAÂ VK DÖNER TKl'SİLİ YÜKSKLTİCİLKR (Hııckct-, Arın-, and S\viııg-Tray Elevators) Genel Tanıtım ve Amaç Bir kepçeli yükseltici (Şekil. 102) şu parçalardan meydana gelir: 1. sonsuz çekme elemanı, buna sağlamca bağlanmış 2 kepçeleri, çekme elemanının çevrelerinde döndüğü 3 üst (döndürme) ve 4 alt (gerdirme) kasnakları (çekme elemanının türüne bağlı olarak zincir dişlileri de olabilirler). Yükselticinin hareketli parçası ve döndürme düzeneği 5 üst bölümü (kafa), 6 ara bölmeleri ve 7 alt bölümünden (laban) oluşan kapalı bir sac mahfazası içerisine alınmıştır. Mahfazanın ara bölmeleri, yükselticinin her iki şeridini (gidiş ve dönüş) içine alabildiği gibi her şerit ayrı bir mahfuza içinde de olabilir. 8 adam delikleri, çalışma sırasında, yükselticinin belli düzeçlerde denetlenmesini sağlarlar. Kepçeli çekme elemanı hareketi 9 çalıştırma biriminden alır ve 10 gerdirme düzeneği tara Tından önceden gergin duruma getirilmiştir. Dökme malzeme yükselticinin alt ucundaki (tabandaki) besleme oluğundan ve kepçelerin kuzuna etkisinden yararlanılarak yüklenir, üst kasnağa (zincir dişlisine) kadar yükseltilir ve burada boşaltma oluğuna dökülür. Çalıştırma bilimi hareketli parçanın geri harekelini önleyen II tutma frenini içerir. Yükseltici mahfazasında 12 kılavuzları vardır. Kepçeli yükselticiler çeşitli türlerde pudra, taneli ve parça malların (çimento, kum. toprak, turba, kömür, soda, refrakter, kimyasal maddeler, tahlı. un. vb.) taşınmasına elverişlidirler. Yapı malzemelerinin taşınmasında, kimya endüstrisi fabrikalarında, dömümhanelerde, refrakler malzemesinin yapımında, metalürji fabrikalarında, besin endüstrisinde, un fabrikalarında, tahıl silololarında yalnızca yükselticiler kullanılır. Az yer kaplaması, yükleri önemli bir yüksekliğe kaldırma yeteneği (50 m ye kadar) ve 5 mVsa den 160 mVsa e kadar değişen kapasite yelpazesi kepçeli yükselticilerin başlıca üstünlükleridir. Bunun yanında, aşırı yüklemeye karşı duyarlılıkları ve düzgün (üniform) yükleme zorunluluğu, bunların zayıf taraflarını oluştururlar.
7-120
GÖTÜRÜCÜLER
ŞekU. 102- Kayış ve kepçeli yükseltici 1- kayış; 2- kepçeler; 3- döndürme kasnağı; 4- gerdirme kasnağı; 5- üst mahfaza bölümü; 6- ara mahfaza bölümleri; 7- alt mahfaza bölümü (taban); 8- adam delikleri; 9- çalıştırma birimi; 10- gerdirme; 11- fren; 12- kılavuzlar. 7-121
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 103- Döndürme elemanı üzerinde kepçelerin düzenlet nesi a- aralıklı kepçeler; b- sürekli kepçeler Yükselticiler düşey (Şekil. 102) ya da eğimli olabildikleri gibi kayış ya da tek ya da çift sıra zincir kullanabilirler. Besleme ve boşaltma yöntemlerine bağlı olarak ya yüksek hızlı santrifüj ya da alçak ağırlıklı boşaltma uygulanır. Kepçeler aralıklı (Şekil. 103a) ya da sürekli (Şekil. 103b) biçimde yerleştirilirler. Kepçelerin düzenlenmesi ile besleme ve boşaltma yöntemi, taşınan malın türüne bağlı olarak seçilir. Kayış ve kepçeli yükselticilerde kepçeler arkadan - asılı; zincirli ve kepçeli yükselticilerde ise ya arkadan - asılı ya da uçtan bağlanmış olabilirler. Sonuncu bağlama yöntemi yalnızca çift zincirli götürücülere uygulanabilir. Eğimli yükselticiler, dönüş (avara) şeridinin düzenlenmesi bakımından ayrılırlar. Bu şerit ya serbestçe sarkar (kayışlı yükselticilerde, Şekil. 104b) ya da desteklenir (Şekil. 104c, çift zincirli yükselticide). Kepçelerin yüklenmesi ve boşaltılması Malzeme yükselticiye ya tabanda kepçelenir, ya da doğrudan doğruya bir besleme oluğundan verilir. Uygulamada, birinciye öncelik verilerek, genellikle bu iki yöntem birlikte kullanılır. Kayışlı ve zincirli götürücülerin pudra ya da küçük-parçalı ve çoğunlukla orta aşındıncılıkta malzeme (kömür tozu, turba, çimento, toprak, kum, hızar talaşı, kırılmış kömür, fosfatlı gübreler, vb) taşıyan aralıklı kepçeleri, genellikle birinci yükleme yöntemini kullanırlar. Çünkü bu tür malzemeler, kepçelenmeye karşı önemli bir direnç göstermezler. Bu malzemeler tanımlanan bu yöntemle yüklendiğinde yükseltici 0,82 m/s arasında oldukça yüksek hızlarda çalışabilir. Büyük-parçalı va aşındırıcı malzemeler (çakıl, maden cevheri iri-parçalı kömür, vb.), kepçelenmeye karşı büyük-direnç gösterirler ve bu da kepçenin aşınmasına hatta (kayışın, ya da zincirin) kopmasına neden olur. Bu nedenle, büyük-parçalı ve aşındırıcı malzemeler, kepçelere doğrudan doğruya beslenirler. Bu yükleme yöntemi sürekli kepçeli yükselticilerde ve yalnızca malzemelerin kepçeler arasındaki boşluklardan düşmediği ve hızın 1 m/s yi geçmediği durumlarda uygulanabilir. Çünkü daha yüksek hızlarda parçalar sıçrarlar.
7-122
GÖTÜRÜCÜLER
i,—-—
Şekil. 104- Eğimli götürücülerin şemaları a- kayışlı tür; b- doğal sarkmalı şeridi olan zincirli tür; c- desteklenmiş dönüş şeritli çift zincirli tür.
/)
-
-
Şekil.105- Kepçe türleri a-derin; b-sığ; c-V-kepçe
Kepçeli Yükselticilerin Hesabı Yükselticinin türü ve kepçe biçimi, yükselticinin özelliklerine ve istenen taşıma kapasitesine bağlı olarak seçilir. Bir kepçeli götürücünün taşıma kapasitesi Q(kN/sa) götürücü uzunluğunun her metresi başına gerekli kepçe kapasitesini elde ederek hesaplanır.
a
(182)
3,6 vyy
Burada, i 0 : kepçe kapasitesi, 1; a: kepçe aralığı, m; derin ve sığ kepçelerde a = (2,5-3)h, sürekli V-kepçelerde a=h (h kepçe yüksekliğidir)* v : kayış ya da zincir hızı, m/s; Y:
yükün yığma ağırlığı,
kN/m3;
y : kepçe yükleme verimi En çok rastlanan malzemeler için v hızlan ve yükleme verimleri Çizelge.19 da standart boyutlardaki kepçeler için, götürücü uzunluğunun metresi başına kapasiteler Çizelge.20 de verilmiştir.
* Zincirli yükselticilerde kepçe aralığı zincir adımının bir ya da iki katı olmalıdır. 7-123
GÖTÜRÜCÜLER Seçilen kepçelerin boyudan, en büyük parçanın a boyutuyla uyumlu olmalıdır. Kepçe izdüşümünün A değeri şu koşulu sağlamalıdır. Af'Uuufcs m
(1^3)
Burada m katsayısı, malzeme içinde a^^, boyutundaki parçalar ağırlıkça % 10-25 oranında ise m = 2-2,5; bu parçaların oranı: 50-100 arasında ise m = 4,25-4,75 alınır. Çizelge. 19- Kepçeli Yükselticilerin Ana Parametreleri (Yaklaşık Veriler)
Dökme Yük Özellikleri
Pudra (öğütülmüş)
Taneli ve küçük-parçalı (a'<60 mm) orta derecede aşındırıcı
Aynı yüksek derecede aşındırıcı
Orta ve büyük-parçalı (a'£60 mm), orta derecede aşındırıcı Aynı, yüksek derecede aşındırıcı Kütleli, kırılgan, kırılarak küçük boyuta indirilmiş
Cttnıflu, toz ve taneli ıslak
Not: Kepçe türleri :
Tipik Yükler
Yükseltid Türü
Kepçe Türü
Kepçenin Ortalama Yükleme Verimi, y
Hız v, m/s Kayış, için Zincir için
Kömür tozu
Düşük hızlı ağırlıklı boşaltma
D
0,85
Çimento, alçı fosfatlı gübre
Yüksek hızlı santrifüj boşaltma
D
0,75
1,25-1,8
Hızar talaşı, parça kömür, turba
Aynı
D
0,7-0,8
1,25-2,0
1,25-1,6
Çakıl, cevher, cüruf
Düşük hızlı yönlendirilmiş ağırlılı boşaltma
V
0,7-0,85
0,8-1,0
0,8-1,0
Kum. kül. toprak, taş
Yüksek hızlı santrifüj boşaltma
D
0,85
Kömür
Düşük hızlı yönlendirilmiş ağırlıklı boşaltma
V
0,6-0,8
Kesekler halinde turba
Yüksek hızlı santrifüj boşaltma
D
0,5-0,7
Kırma taş, cevher.
Düşük hızlı yönlendirilmiş boşalıma
V
0,6-0,8
_
0,5-0,8
Odun kömürü, kok
Aynı
V
0,6
0,6-0,8
0,6-0,8
Toprak, ıslak kum, ıslak pudra alçı
Yüksek hızlı santrifüj boşaltma
S
0,4-0,6
1,25-1,8
1,25-1,6
Islak kimyasal maddeler kabartılmış turba
Düşük hızlı santrifüj boşaltma
S
0,4-0,6
0,6-0,8
0,6-0,8
—
0,6-0,8 1,25-1,4
0,6-0,8
D- derin S - sığ V - V kepçe a - karakteristik en büyük parçacığın boyutu, mm
Çekme kuvveti bilinen yöntemle, yani yükseltici yörüngesinin bölümlerindeki dirençleri toplayarak hesaplanır. Yükselticilerin hesabında dikkate alınması gerekli tek özel durum, yükseltici tabanına yükleme sırasındaki kepçeleme direncidir. Bu direncin değeri ancak amprik olarak belirlenebilir. Çünkü, en önemlileri şunlar olan birçok etkene bağlıdır: taşınan malzemenin özellikleri, kepçe hızı, kepçe türü ve aralık kepçelerle taban duvarları arasındaki boşluklar, kepçelerin yükleme verimi ve kepçe yükleme yöntemi. Yükseltici parametrelerini yaklaşunlamak için genellikle amprik denklemler kullanılır. 7
-124
GÖTÜRÜCÜLER Çizelge. 20- Götürücü Birini Huyu Maşına Kepçe Kapasitesi Derin Kepçeler
jp , l/nı
Sığ Kepçeler
İT'/-
Kepçe Ccııişliği
Kepçe ııra-
Kepçe kupa-
B, mm
llğl a, ıııııı
SİlCSİ i, 1
135
300
0,75
2.5
Kepçe kapa-
!ü l/nı
.NİU'Sİ i, 1
V-Kepçeler Kepçe aru-
Kepçe Kapa-
llğl u, ıııııı
SİlCSİ İ, 1
Vm
F
_
_ 9,4
160
300
1,1
3.67
0.65
2,17
160
200
300
2,0
0.67
1.1
3,67
-
1,5 -
250
400
3,2
2.6
6,5
200
3,6
18,0
350
500
7,8
15.6
7.0
14,0
250
7,8
31,2
24,2
15,0
25,0
450
600
14,5
600
-
-
750
-
-
900
-
-
-
-
-
320
16,0
50,0
400
85,0
500
34,0 67,0
630
130,0
206,0
134,0
Çizelge. 21- (184), (185) ve (186) Denklemlerinden Ortalama Ki, K2 ve K., Değerlen Yükseltici türü Kayış, Götürme kapasitesi Q kN/sa
Çift Zincir
Tek /.incir
•
Kepçe türleri (Şekil.105 e bakını/.) Derin ve sığ
V-kepçe
Derin ve sığ
V-kepçe
Derin ve sığ
V-kepçe
K: katsayısı 10
0,6
-
-
-
10-25
05
-
0,8
1.1
1.2
-
25-50
0,45
0.6
0.6
0,85
1.0
-
50-100
0,40
0.55
0,5
0,7
0,8
1,1
>100
0,35
0.5
-
-
0.6
0,9
Ki
2,5
2
1.5
1,25
1.5
1,25
K2
1.6
1.1
1.3
0,8
1.3
0,8
1.1
Bu denklemler, bir yükselticide ana direnç yükün kaldırılması için gerekli güç olduğundan, gerçek değerlere yakın sonuçlar verirler. Düşey yükselticilerde, çekme elemanının en yüksek statik gerginliği S mak!j , düzgün hareket için, aşağıdaki denklemle yaklaşık olarak hesaplanır : S m a l = l , 1 5 I I ( q + K,c.|o)
(184)
7
,.'•'
GÖTÜRÜCÜLER
Burada :
H : yükün kaldırıldığı yüseklik, m (Şekil. 102 ye bakınız), q : yükselticinin metresi başına birim ağırlık, N/m [(1) denklemine bakınız], qo : kayış ya da zincirin kepçeli olarak birim ağırlığı. N/m, K, : haıekete ve döndüıme elemanı ile kepçelerin üst ve alt kasnaklanndaki (ya da zincir dişlilerindeki) bükülmelerine karşı dirençleri ve yükün kepçeleme dilencini dikkate alan katsayı. Çeşitli tür yükselticiler için ortalama K değerleri Çizelge. 21 de verilmiştir. qo değeri yapımcı şartnamelerinden, tasarım verilerinden alınabilir ya da aşağıdaki denklemden yaklaşımla(185) K2 nin yaklaşık değerleri Çizelge. 21 de verilmiştir. Yüksek-hızlı zincirli yükselticilerde en yüksek teorik S ı e o r çekme etkisi, (55) ve (57) denklemlerinden hesaplanan statik ve dinamik çekme kuvvetlerinin toplamına eşittir. Kayışlı yükselticiler için en yüksek çekme kuvveti (kayış gerginliği), kayışın kaymasını önlemek üzere = S gcr eşitliğini sağlamalıdır [sürtünmeyle dönme teorisi ve (108) denlekimini inceleyiniz]. Zincir ya da kayış dayanımının hesabında en yüksek teorik çekme kuvveti alınır. Düşey götürücünün döndürme milinde gerekli motor gücü (çalıştırma düzeneğindeki kayıplar dışarda bırakılıyor), yaklaşık olarak aşağıdaki denklemden hesaplanır:
3670
3670
3670
(186)
Yükü kaldırmak için tüketilen güç (1,15 e eşit olan emniyet katsayısını da içerir), yukardaki denklemin birinci bölümünden, hareketli parçanın sürtünme direnci ise ikinci bölümünden belirlenir. KÎ katsayısının yaklaşık değerleri Çizelge. 21 de verilmiştir. Güç aktarma düzeneğindeki kayıplar kullanılacak motorun seçiminde hesaba katılır. Kefeli Yükselticiler Kefeli yükselticiler birim yükleri (variller, kutular, paketler, makina parçalan, vb.) kaldırmakta kullanılırlar. Kefeli yükselticiler (Şekil. 102a ve c) düşey ya da eğimli (Şekil. 106b) olabilirler. Bunlarda, üst ve alt zincir dişlileri dönen iki sonsuz zincir vardır. Yüke uygun biçim verilmiş olan yük taşıyıcıları (kefeler) belli aralıklarda bu zincirlere cıvatalanmışlardır. Taşıyıcıların (kefeler ya da raflar) yükleme ve boşaltması elle ya da otomatik olarak yapılır. Silindirik yükler, eğik bir düzlemde yuvarlanabilmeleri, ızgaralı bir masadan yine ızgaralı bir kefeye ya da rafa aktarılmaları ve bunun tersi işlemin kolayca yapılabilmesi nedenleriyle, otomatik yükleme ve boşaltmaya çok elverişlidirler. Yükler genellikle döndürme elemanının üst zincir dişlisinden ayrıldığı noktada boşaltılırlar. Bazı tasarımlarda, taşıyıcıyı çimek ve yükü yükselen şeritte boşaltmak için bir saptırma zincir dişlisi (Şekil. 106c) kullanılır. Taşıyıcılar, yüke uygun olmak üzere düz ya da eğrisel kefeler biçiminde olabilirler. Bazı durumlarda, boşaltmayı kolaylaştıran deviricilerle donatılırlar. Bu deviriciler taşıyıcının yükselticinin yükselen şeridi boyunca herhangi bir noktasında boşaltılmasına izin verirler ve bunlara, boşaltma noktalarına yerleştirilmiş kulaklarla kumanda edilir. Deviriciler yay etkisiyle ilk durumlarına dönerler. Kefeli yükselticilerin döndürme elemanları olarak lâmelli-baklalı, birleşim, burçlu ve burçlu-pernolu (en iyi çözüm) zincirler, bazı durumlarda ise lümüyle-döküm zincirler kullanılır. Bu yükselticiler alçak-hızlı yükseltici türü olup hızlar 0,2-0,3 m/s arasında değişir. 7-126
W iki;
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 106- Kefeli yükselticiler a- düşey; b- eğimli; c- düşey ve yüklü şeritte saptırmalı: d- hesaplar için şema Kefeli yükselticilerin parametreleri (16-19) denklemlerinde elde edilir. Çekme kuvveti, alışılmış yolla hesaplanır. Hesaplar yapılırken zincirin sabit kılavuz yataklar üzerindeki sürtünme kayıpları dikkate alınmalıdır. Yük, zincirden belli bir uzaklıktaki konsollar üzerinde taşındığından sabit kılavuz yataklar üzerindeki sürtünme kayıpları bu yükselticilere özeldir (Şekil. 106d). Kefe üzerindeki yükün ağırlığını G N, kefe ve yük ağırlık merkezinin zincir eksenine uzaklığını 1 m, kefenin zincire bağlantı noktaları arasındaki uzaklığı b m alırsak, kefenin bağlantı noktalarında kılavuz yatak üzerindeki basınç (zincir gerginliğinin etkisi ihmal ediliyor)
(187)
ve her taşıyıcı üzerindeki ek sürtünme direncinin değeri Wek = 2pw' = 2QL b
w
'
bulunur,
(188)
Burada, w': zincirin kılavuz yataklar üzerindeki hareketine karşı direnç katsayısıdır. Eğer yükseltici çekme zinciri hareketli makaralarla donatılmış ise w' nün değeri (35) denkleminden belirlenir. Zincirde hareketli makaralar bulunmuyor ve kılavuz yataklar üzerinde kayıyorsa w' = f = 0,25 - 0,35 alınır (burada f zincirin kılavuz yataklar üzerindeki sürtünme katsayısıdır). 7-127
GÖTÜRÜCÜLER Döner Tablalı Yükselticiler Döner tablalı yüselticiler (Şekil. 107a ve b), çeşitli birim yükleri kaldırmakta ve indirmekte kullanılırlar. Kefeli yükselticilerle döner-tablalı yükselticiler arasındaki ana ayrılık, birincilerin yük taşıyıcılara rijit olarak bağlanmış, sonuncuların ise zincire mafsallı ve ekseni çevresinde serbestçe dönen tablalar olmasıdır. Bu yapı yükün inen şerit boyunca herhangi bir noktada boşaltılmasını mümkün kılar.
Şekil. 107- Döner tablalı yükselticiler 1- çekine zincirleri; 2- döndüren zincir dillisi; 3- düncr-tablalar; 4- çalıştırma birimi; 5- gerdirme zincir dişlileri.
Döner-tablalı yükselticiler, döner-tablalı götürücülerden yalnızca yörünge profili bakımından ayrılırlar: yükselticiler yükleri yalnızca düşey olarak taşırlar; oysa götürücüler onları birbiri arkasından gelen düşey ve yatay bölümlerde taşırlar. Hafif yükler için (örneğin kitaplar) bir döner-tablalı yükselticide konsollu raflara bağlanmış tek zincir yeterli olabilir (Şekil. 108b). Paketlenmiş kitapların taşınmasında kullanılan tek zincirli bir tablalı yükseltici Şekil. 108 de gösterilmiştir. iler katta elektriksel olarak kontrol edilen otomatik yükleme ve boşaltma düzenekleri vardır. Düğmeye basınca yükleme düzeneğinin yüklü (ızgaralı) tablası devreye girer. Yük, inen çatallı tepsiden alınır. Yük alındıktan sonra, tabla otomatik olarak ilk durumuna döner. Boşaltma noktasında bir kumanda işareti tablayı döndürül' ve inen tepsi tarafından kendi üzerine bırakılan yükü alması için devreye sokar. Yük, eğik tabladan bir masuralı götürücüye alınır ve yerine gönderilir; tabla da başlangıç durumuna döner. Döner-tablalı yükselticilerin hesabı alışılmış yolla yapılır. Bu tür yükselticiler için özel katsayılar hesaba katılmalıdır.
7-128
î'i
GÖTÜRÜCÜLER
Şekil. 108- Kitap taşımakta kullanılan tek-zincirli tepsili götürücü a- genel görünüş; b- yükleme ve boşaltma düzenekleri; c- konsollu-tepsi bütünü; 1- çekme zincirli; 2- tepsi; 3- çalıştırma birimi; 4- gerdirme; 5- ızgaralı yükleme tablası; 6- boşaltma tablası; 7- masuralı götürücü
18. HELEZON (VİDALI) GÖTÜRÜCÜLER Genel Tanıtma ve Amaç Vidalı, spiral ya da helezon götürücü adıyla anılan götürücü-masuralı ve titreşimli götürücüler gibi- bükülebilir bir çekme elemanının bulunmamasıyla, yukarda tanımlanan götürücü türlerinden ayrılır. Helezon götürücü (Şekil. 109). genellikle, bir tekne içinde dönen mile takılmış helezon ile bu mili hareket ettiren bir çalıştırma biriminden meydana gelir. Mil döndükçe malzeme, helisin (ya da kanatların) eksenel etkisiyle, götürücüye beslenir. Mil ve helezon. U biçimindeki tekneye yataklanmış olan milin çevresinde dönerler. Taşınacak malzeme götürcüye bir ya da fazla sayıda besleme oluğundan doldurulur. Malzemenin tekne boyunca kayma ilkesi, dönmesine engel olunan bir somunun -içindeki vida döndükçe-yaptığı öteleme hareketinin benzeridir. Yük, malzemenin ağırlığı ve tekne duvarları ile arasındaki sürtünme nedeniyle, vida (helezon) ile birlikte dönemez. Böylece, öteleme hareketi yapan malzeme, tekmenin öbür ucundan ya da teknenin altına açılmış deliklerden boşaltılır. Boşaltma olukları bu deliklerin altına yerleştirilirler. Ara boşaltma delikleri ise kapaklı olup bu noktalarda boşaltma yapmak istendiğinde açılırlar. Helezon Götürücülerin Parçaları Götürücü helezonu sağ-vida (alışılmış tür) sol-vida, tek-, çift- ya da Uç-helisli olabilir. Helezonun tasarımı, götürülecek malzemeye uyacak biçimde seçilir. Eğer götürücü sıkıştırılamayan kuru taneli ya da pudra malzemeleri taşıyacaksa. kısa-adımlı ya da sürekli vida (Şekil. 110a) kullanılır. Kütleli ve yapışkan malzemeler için kordela (ribbon) helis (Şekil. 110b) uyulanır. Sıkıştırılabilir malzemeler için pervane-kanatlı (Şekil. 110c) ya da kesik-kanaüi (1 lOd) helisler elverişlidir. Pala- ve kesik-kanatlı helezon götürücüler, iki ya da daha çok sayıda incelik derecesinde olan bir malzemenin-benzer amaçlar için- paçallanması. dövülmesi ve eş-yapı (homojen) duruma getirilmesinde bir araç olarak kullanılırlar. 7-129
GÖTİJRÜCÜLER
Şekil. 109- Bir helezon götürücünün düzenlenmesi 1- helezonlu mil; 2- tekne; 3- ara askı yatak; 4- ön yatak; 5- arka yatak; 6- besleme oluğu-, 7- gözleme camı; 8- kapaklı ara boşaltma oluğu; 9- uç boşaltma oluğu (açık); 10- elektrik motoru; 11- redüktör; 12- elastik kavrama; 13- dengeleme kavraması
V
V
I?. ,0.
7T 71 JTT7
V
.t).
nr
Şekil. 110- Helezon türleri • dolu, süraekli; b- kordela; c- pala-kanatlı; d- kesik-kanatlı
7-130
II IIi
GÖTÜRÜCÜLER Helezon Götürücülerin Hesabı Bir helezon götürücünün kapasitesi D helezon çapına, S vida adımına n (d/dak) dönme hızına ve helezonun düşey kesit alanının y yükleme verimine bağlıdır. Sürekli (kesiksiz) helis biçimindeki (Şekil. 110a) bir helezon götürücünün saatlik kapasitesi.
kN/sa
(189
)
Burada, V = Kapasite, m3/sa Y = Malzemenin yığma ağırlığı, kN/m3 C = götürücünün eğimini dikkate alan bir katsayı Tipik tasarımlarda vida adımı D ye eşit alınır. Yavaş akışlı ya da aşındırıcı malzeme için adım 0,8 D olarak alınır. \j/ Yükleme verimi, ara yataklar dolaylarında meydana gelecek dar boğaz tehlikesini önlemek amacıyla, genellikle düşük değerde alınır. Aşındırıcı olmayan ve serbest akan malzeme için yüksek, aşındırıcı ve yavaş-akan malzeme için düşük alınır. Genel uygulamada Y katsayısı aşağıda gösterilen değerlerdedir : Yavaş-akışlı aşındırıcı malzemeler için: 0.125 Yavaş-akışlı orta derecede aşındırıcı malzemeler için: 0,25 Serbest-akışlı orta derecede aşındırıcı malzemeler için: 0,32 Serbest-akışlı aşındırıcı olmayan malzemeler için: 0,4 Malzemeyi yukarı doğru götüren helezon götürücülerde, özellikle ara yatakların kullanıldığı durumlarda, yükleme verimi çok daha düşüktür. Bu, (189) denklemindeki C katsayısı ile dikkate alınır ve C nin ortalama değeri, götürücünün yatayla yaptığı p" açısına bağlıdır. P = 0°
5"
10°
15°
20°
C = l,0
0,9
0,8
0,7
0,65
Helezonun dönme hızı istenen kapasiteye, helezon çapına ve götürülen malzemenin türüne bağlıdır. Genel uygulamada aşağıdaki anma çaplan : D = 100; 120; 150; 200; 250; 250; 300; 400; 500 ve 600 mm ve dönme hızlan alınır : n = 9,5; 11,8; 15; 19; 23; 6; 30; 37,5; 47,5; 60; 75; 95; 118 ve 150 d/dak. Yukardaki sıralamaya ilişkin en düşük ve en yüksek hızlar Çizelge. 21 de gösterilmiştir. Çizelge. 21- Helezonun En Düşük ve En Yüksek Dönme Hızları
150
200
250
300
400
500
600
En düşük
23.6
23.6
23.6
19
19
19
15
En yüksek
150
150
118
118
95
95
75
Helezon çapı D, mm n, d/dak
Çizelgede verilen en yüksek dönme hızlan hafif ve aşındırıcı olmayan yüklere (tahıl, çekirdekler, vb.) uygulanabilir. Aşındırıcı olmayan ağır malzemeler için (örneğin tuz) bu değerler % 30 azaltılmalıdır. 7-131
GÖTÜRÜCÜLER Ağır ve aşındırıcı malzemeler için (kül, kum ve diğerleri) % 50 azaltma yapılmalıdır. istenen D helezon çapı (189) denkleminden ve istenen Q kN/sa kapasitesine bağlı olarak hesaplanır. Götürülecek malzemenin tane-boyutu D helezon çapını etkiler. Bu çap, sınıflandırılmış, malzemede tane boyutunun en az 12 katı, sınıflandırılmamış malzemede ise en az 4 katı olmalıdır. Bu yolla bulunan çap, çizelgede gösterilen en yakın üst değere yuvarlatılır. Bir helezon götürücünün haıekete karşı toplam direnci şu dirençlerin toplamına eşittir: Malzemeyle tekne arasındaki sürtünme; malzemeyle helezon yüzeyi arasındaki sürtünme; ara ve uç yataklardaki sürtünme; eksenel baskı yatağındaki sürtünme; malzemenin boşluğa kaçan ve genellikle tekne duvarında sert bir kabuk oluşturan parçacıkların doğurduğu sürtünmeden ileri gelen ek dirençler. Eğimli bir götürücüde, ağırlığa karşı ek bir güç düşünülmelidir. Toplam direncin yukarda sayılan bütün elemanları - ek dirençleri dışarda buakibnak koşuluyla-sürtünme katsayıları biliniyorsa, belirlenebilir. Toplam dilencin önemli bir bölümünü oluşturan ek dirençler hesapla bulunamaz. Bu nedenle, helezon götürücülerin uygulanmasından elde edilmiş olan wu toplam direnç katsayısı kullanılarak, pratik yolla bulunabilir. (27) denklemine göre, yatay götürücünün helezon milinde gerekli güç,
3670
d,r.
(190)
Yatayla P açısı yapan eğimli bir götürücüde ise gerekli güç.
3670
kW olur.
3670
(191)
Buradaki tanımlamalar (27) lbrmülündekilere uygundur. Artı işaret yukarı doğru harekette, eksi işaret aşağı doğru harekette alınır. Antrasit, havada kurutulmuş linyit, briket kömür, kaya tuzu, vb. gibi malzemeler için wo in ortalama değeri 2,5; gips, parça ya da ince kuru kil, dökümhane kumu. kükürt, çimento, kül, kireç, büyük ve küçük taneli kum, döküm kumu için wo eşit 4 alınır. n d/dak hızı ile dönen helezon milinin taşıdığı moment Mu
_ 1 0 2 0 N o _ 1020x60 N o _ I J 7 5 0 N, Cû
2 71 11
(192)
"
ve helezon üzerine etki yapan en yüksek eksenel kuvvet N dur. P = - Mo r tg (a + cp)
(193)
Burada r:
P kuvvetinin uygulama yarıçapı, m;
r = (0,7-0,8) D/2
q>: malzemeyle helezon yüzeyi arasındaki indirgenmiş sürtünme açısı (tg 9 = f, f helezon yüzeyi üzerindeki yükten ileri gelen indirgenmiş sürtünme katsayısıdu'); a: 7-132
r yarıçapı üzerindeki helis açısı
GÖTÜRÜCÜLER Yukarıda verilen götürücüyle eşdeğer boyutlardaki kesik-kanatlı ve palâ-kanatlı helezon götürücülerde, yükün daha yoğun biçimde karıştırılması nedeniyle, kapasite daha düşük ve güç tüketimi daha yüksektir. Düşey Helezon Götürücüler Bir düşey helezon götürücünün genel görünüşü Şekil. 111 de gösterilmiştir. Götürücü, baskı yatağından asılmış 1 sürekli vidası ile 2 silindirik gövdesinden (tekne) oluşur. Ara yataklar yoktur. Götürücü, malzemeyi teknenin alt tarafına getiren kısa ve yatay 3 helezonu ile beslenir. îki helezon da aynı motordan hareket alırlar. Bir konik dişli güç aktanna düzeneği ile birbirlerine kavratılırlar. Götürücü 2 üst tekne bölümündeki 5 penceresinden boşaltılır. Malzeme düşey mil boyunca şu yolla hareket eder: 3 yatay helezonunun 1 düşey helezonunun yüzeyine beslediği malzeme, bu sonuncu tarafından döndürülür. Düşey helezon yüzeyine etki eden tüm dış kuvvetlerin etkisi altında (malzeme ile gövde iç yüzeyi arasındaki santrifüj kuvvetten doğan sürtünme direncini içerir) malzeme, helezonunkinden daha küçük bir açısal hızla, döner ve bu nedenle tıpkı bir somunda olduğu gibi helezon boyunca yukarı doğru harekete zorlanır.
Şekil. 111- Düşey bir helezon götürücünün düzenlenmesi
7-133
GÖTÜRÜCÜLER Çizelge. 22 Helezon çapı mm
Helezon hızı d/dak
Kapasite nrVsa
100 150 250 300 400
450 215-300 200-250 165-250 140
2,1 8,5-11,5 30-37 70-85 170
Düşey götürücülerde helezon, yatay türlere göre daha yüksek bir hızla döner. Güç tüketimi de aynı şekilde yüksektir. Gerekli güç. (191) denkleminde L = H konarak elde edilir. Pratik deneyler, bu götürücülerde w0 direnç katsayısının tahıl için 5.5-7,5; tuz için 6.5-8,3 olduğunu ve götürücü kapasitesindeki bir düşme ile arttığını göstermektedir. Çizelge. 22 de verilen değerler serbest akışh ve aşındırıcı olmayan gereçler için önerilir. Kurulu birimlerde, kaldırma yüksekliği genellikle sınırlı olup en yükseği 30 m dir. 19. HAVALI GÖTÜRÜCÜLER Ana Türler ve Amaç Pnömatik ya da havalı götürücüler, dökme malzemeleri (ya da özel taşıyıcılar içinde birim yükleri), bir kanal içinde hareket eden hava akımıyla götürmeğe yararlar. Havalı götürücülerin hepsinde ortak olan çalışma ilkesi, hareketin hızlı bir hava akımı tarafından yüke iletilmesidir. Havalı taşımanın bir almaşık yöntemi de serbest akışh pudra ya da küçük-parçah malzemelere havalandırma yoluyla akıcılık kazandırmaktır. Bu ilkeye göre çalışan düzeneklerin içine hava kızağı denen havalandırılmış taşıma tekneleri, havalandırılmış tablalar, malzemeyi gevşeterek yükleme teknelerinden ve silolardan boşaltılmasını sağlayan çeşitli tasarımlardaki boşaltıcılar girer. Standart boyutlardaki taşıyıcılar içinde taşınan birim yükler ise borularda ve basınç altında götürülürler. Havalı taşıma endüstrinin birçok dalında, inşaat işlerinde, demiryolu ve su yolu taşımacılığında kullanılır. Ayrıca, dökme malzemeleri ambarlar ve atölyeler içinde; ambardan yükleyiciye ve demiryolu vagonlarından ya da gemilerden fabrikaların silolarına ya da yükleme yerlerine; vagonların ve gemilerin boşaltılmasında; basınçlı konteynerlerin boşaltılmasında; malzemelerin silolardan kontrollü olarak alınmasında kullanılırlar. Kuru ve serbest akışh ve pudra durumundaki geniş bir malzeme dilimi havalı sistemde başarı ile taşınırlar. Bunların başhealan: çimento, kömür tozu. tahıl, alümina. fosforit konsantresi, kül, pamuk, öğütülmüş kömür, hızar talaşı, kraking ünitelerindeki katalizörler ve daha birçokları. Bir havalı çimento taşıma biriminin basit şeması Şekil. 112 de görülmektedir. Yukarda sayılan malzemeleri götürmek üzere değişik tasarımlarda havalı götürücüler kullanılır. Bu götürücülerin kapasitesi ve ana karakteristikleri geniş sınırlar içinde değişir. Bazı türler, bir tek boru içinde 3000 N/sa kadar yüksek olabilirler. Çalışmakta olan bir fabrika malzemeyi, aktarmasız olarak 100 m yükselterek 1,8 km uzaklığa taşımaktadır. Havalı Götürücülerin Parçaları Hava akımıyla dökme mal taşıyan bir havalı götürücü (Şekil. 113) alış birimi, boru, yol değiştirici vanalar, separatörler ve toz toplayıcılar, kompresör sistemi ve otomatik kontrol düzeninden oluşur.
7-134
GÖTÜRÜCÜLER
•
5
Şekil. 112- Bir beton santralının çimento silosunda havalı götürme 1- vidalı (helezon) besleyici; 2- götürme borusu; 3- silolar; 4- yol değiştirme vanaları; 5- seviye göstergeleri; 6- toz toplayıcı (torba filtre); 7- boşaltma kapakları; 8- havalandırma levhaları; 9 hava kızağı; 10- körükler; 11- kendiliğinden boşaltmalı hazne; 12- ara hazne (bunker); 13- beton santralı haznesi; 14- kompresör; 15- basınçlı hava deposu; 16- su tutucu.
(a) Alış birimi. Vidalı ya da hücreli besleyiciler ve kaplar düzenekleri yüklemekte kullanılırlar. Emmeli götürme düzeneklerine ise alış ağızları kullanılır. Sabit helezon besleyiciler, çimento ve diğer pudra malzemeler için geniş ölçüde kullanılırlar. Malzeme, motorla döndürülen yüksek hızlı bir 3 helezonuyla 1 besleme haznesinden alınıp 2 karıştırma odasına gönderilir. Bir silindirik gövde içinde 1000 d/d kadar hızla dönen helezon vida adımı, yükün gidiş doğrultusunda azalır. Silindirik gövde içine 4 değiştirilebilir gömlekleri yerleştirilmiştir. Bu değişken vida adımı yükün sıkışmasını sağlar ve böylece karıştırma odasından yükleme haznesine helezon yoluyla-basınçh hava kaçmasını önler. Mazemenin helezon tarafından sıkıştırılma derecesi S vanası ile ayarlanır. Bu vana, sistem sUpürUldüğünde (vakum) helezon yoluyla tekneye hava girmesini önler. Karıştırma odasının alt bölümü iki sıralı 6 horu ağızlarını içerir (sayıca 11-13 tane). Basınçlı hava bunlar aracıyla karıştırma odasına girer. Hava oda içinde malzemeyi gevşetir ve onu çıkış ağzına götüren boru içinde götürür.
7-135
Kompresörden
(fi)
Şekil. 113- Havalı götürücülerin ana türleri a emmeü götürücü-1- emme ağıa; 2- boru; 3- separatör; 4- toz toplayıcı (siklon); 5- kapak; 6- körük; b- yüksek-basınçlı götürücü: 1- döner besleyıc; 2- boru; 3- yol değiştirme v a n a T t y ü S ^ î e ^ c - S hınçlı götürücü: 1- abs birimi; 2- boru; 3- separatör; d, emme-bas.nçl. birlesımlı götürücü: 1- emme agz.; 2-boru; 3- separatör; 4- toz toplayıc. (siklon); 5- kapak; 6- körük.
GÖTÜRÜCÜLER 20. HİDROLİK GÖTÜRÜCÜLER Ana Türler ve Amaç Hidrolik götürme, dökme malzemelerin borular ya da tekneler (kanallar) boyunca bir su akımı içinde taşın-
ket eder. Hidrolik götürücüler endüstrinin birçok dalında ve inşaat islerinde kullanılırlar: elektrik santrallannda kül ve cürufun kazan dairesiden uzaklaştırılmasında, maden ocaklarında cevherin aynadan koparılması ve taşınmasında, cevher zenginleştirme tesislerinde cürufun uzaklaştırılmasında, vb. Hidrolik götürücülerin üstünlükleri şunlardır: yüksek kapasite ve önemli götürme uzunluğu, oldukça basit donatım ve genellikle düşük işletme maliyetleri ve ayrıca taşıma sırasında belli teknolojik süreçlerin (proses) uygulanma olasılıkları: maden cüruflarının ıslatılması ve tane biçimine getirilmesi, soğutma, yıkama ve yoğunlaştırma (konsantrasyon) Hidrolik götürmenin sakıncaları şunlardır: kapalı işletmelerde çalışırken artan hava nemliliği, alçak dış sıcaklıklarda suyun donması, suyla taşınacak malzemelerin sınırlı olması ve ayrıca yüksek su tüketimi. Hamurun (pulp) su-yük oranındaki değişmelere ve su tüketimi ya da hızına bağlı olarak yatay bir boru hattıdaki hamur şu üç yoldan biriyle götürülür. (1) borunun tabanını kaplayan bir malzeme tabakası üzerinde. (2)
tabanda sert parçacıkların bir bölüğünün titreşimi ve süspansiyon halindeki daha küçük parçacıkların sürekli hareketi ile,
(3)
süspansiyon halindeki bütün sert parçacıkların, tüm boru kesiti boyunca hareketi ile.
Şekil. 114, bir elektrik santralının kazan dairesinde cüruf ve külün atılmasına yarayan bir hidrolik donanımın şemasını vermektedir. Cüruf ve kül 1,2 ve 3 yükleme teknelerinden 4 eğimli taşıma kanalına yüklenmektedir. Buraya akan su bunları alıp 5 madeni ızgarasına getirir.
İÜ
Şekil. 114- Termik santralın kazan dairesinden cüruf ve kül uzaklaştırmak için kullanılan hidrolik donanımın düzenlenmesi 1- cüruf teknesi; 2 ve 3- kül tekneleri; 4- kanal; 5- ızgara; 6- cüruf kırıcı; 7- pompa; 8- hamur hatlı; 9- atık yeri; 10- havuz 7-137
GÖTÜRÜCÜLER
Hidrolik Götürücüler İçin Besleyiciler Malzemeyi hamur hattına vermek için değişik türde besleyiciler kullanılır. Tipik ve en çok kullanılanları pompalar ve hidrolik yükselticiler (elevatörler)dir. Şekil.115 de hamuru büyük uzaklıklara göndermek üzere tasarlanmış tek kademeli bir santrifüj pompa görülüyor. Pompa, hamuru salyangozdaki ekseneî deliklerden çeker ve salyangoz bağlı hamur hattına basar. lır.
Birçok pompa tasarımında, hamuru uzağa pompalamak için direkt emmeye izin verilmez, kalkış su ile yapı-
Pompa pervanesi önemli bir aşınmaya maruzdur. Bunun derecesi taşınan malzemenin aşındırıcılığına, parça boyutuna ve hidrolik basma yüksekliğine bağlıdır. Pervane genellikle yüksek karbonlu ya da manganlı çelikten, bazan da dökme demirden yapılır. Dökme demir parçaları ise değiştirilirler. Şekil. 111, bir su jetinin yüksek hızını yüksek basınca dönüştürerek bir dökme malzemeyi yüksekbasınçlı hamur hattına basmaya yarayan bir hidrolik yükselticiyi gösteriyor. 25 atü basınçtaki su, 1 ejektörü yardımıyla hidrolik yükselticiye beslenir. Hız basıncı statik basınca dönüştürüldükten ve malzeme 2 honisinden alındıktan sonra, 3 yayıcısının arkasındaki basınç 7 atü olur. Bu basınç, hamuru pompasız 1 km den daha fazla uzaklığa gönderilebilir. Bazı durumlarda ejektörü terk eden suyun kuvveti, taşınan külü parçalamaya yeterlidir. Yayıcılar genellikle 24 saatten önce aşınırlar. Bir hidrolik kül yükselticisi (Şekil. 111 deki tasarım) 17 t/sa kapasitesinde olup su tüketimi 330 mVsa ve basıncı 21 atüdür.
Şekil. 115- Tek kademeli santrifüj karışım pompası 1- salyangoz; 2- basınç tarafı kapağı; 3- emme tarafı kapağı; 4- rotor; 5- koruyucu burç; 6- ayar bileziği; 7 ve 8- değiştirilebilir tablalar; 9- pompa mili; 10- kavrama Şekil. 116, bir su jetinin yüksek hızını basınca dönüştürerek bir dökme malzemeyi yüksek basınçlı hamur hattına basmaya yarayan bir hidrolik yükselticiyi gösteriyor. 25 bar basınçtaki su. 1 ejektörü yardımıyla hidrolik yükselticiye beslenir. Hız basıncı statik basınca dönüştürüldükten ve malzeme 2 hunisinden alındıktan sonra 3 yayıcısının arkasındaki basınç 7 bar olur. Bu basınç, hamuru pompasız 1 km den daha fazla uzaklığa gönderebilir. Bazı durumlarda ejektörü terkeden suyun kuvveti, taşman külü parçalamaya yeterlidir. Yayıcılar genellikle 24 saatten önce aşınırlar. Bir hidrolik kül yükselticisi (Şekil.116 daki tasarım) 170 kN/sa kapasitesinde olup su tüketimi 330 mVsa ve basınca 21 bardır. 7-138
o
Q:
I
Şekil.116- Hidrolik Yükseltici.
GÖTÜRÜCÜLER KAYNAKÇA (1) (2) (4)
MARKS, Lionel S., Mechanical Engineen' Handbook Mc Graw - Hül Book Co. Inc., 1951. CARMICHAEL,Colin KENT'S Mechanical Engineers' Handbook, Design and Producüon. John WUey & Sons, Inc., 1958. SPIVAKOVSKY, A ve DYACHKOV, V., Götürücüler, (Çeviren. CERİT, A. Münir), MMO Yayın No. 105 - Ankara, 1976
İLGİLİ TSE STANDARTLARI TS547 TS 1306 TS 2377 TS 3509-11 TS 3578 TS 4464
7-140
Kayışlar (Konveyörier için) Akışkanh Güç İletiminde Kullanılan Hidrolik ve Pnömatik Donanımlar Zincirler - Kuvvet ve Güç iletimi için Tarifleri ve Sınıflandırma Esasları Konveyör Zincirleri Zincirler ve Zincirli Dişli Çarkları Bantlar (Çelik Örgülü, Konveyörier için)
Nisan 1977 Mart 1973
ı
Nisan Aralık Mart Nisan
1976 1980 1981 1986
„.. . Stf f
ti
MAKINA MÜHENDİSLİĞİ E L KİTABI Ciltl ÜRETİM VE TASARIM Baskıya Hazırlayan A. Münir CERIT ( Makina Yük. Mühendisi) 2. Baskı
TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Ekim 1994
Yayın no: 169
tmmob makina mühendisleri odası
Sümer Sokak 36/1-A 06440 Demirlepe / ANKARA Tel : (0-312) 231 31 59 - 231 80 23 Fax : (0-312) 231 31 65
Yayın no : 169
ISBN : 975-395-124-8 (Tk. No) ISBN : 975-395-125-6 (1. Cilt)
Bu Yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO'nın izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alınlı yapılabilir. Ekim 1994 - Ankara
L Dizgi: Ali Rıza Falcıoğlu (Makina Mühendisleri Odası) Baskı: MF Ltd. Şti. Tel: (0-312) 425 37 68
BÖLÜM 8 YAĞLAMA
VE
YATAKLAR
Hazırlayan Prof. Dr. Metin AKKÖK.ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü
YAĞLAMA Sayfa 1. Yağlamanın Önemi ve Yağlama Yöntemleri 2. Yağlayanlar ve Özellikleri 3. Yağlayanların Sınıflandırılması 4. Yağların Seçimi
02 04 10 14
YATAKLAR 1. 2. 3. 4.
Yatakların Sınıflandırılması Yatak Seçme Özellikleri Kaymalı Yataklar Radyal Yataklar
1
15 15 18 19
Sayfa
5. Eksenel Yataklar 6. Hidrostatik Yataklar 7. Sürtünmeli Yataklar 8. Yatak Malzemeleri 9. Yuvarlanma Elem anlı Yataklar 10. Yatak Sembolleri ve Toleranslar 11. Yatak büyüklüğünün Belirlenmesi ve Yatak Seçimi 12. Yatak Yerleştirme Yöntemleri KAYNAKÇA İLGİLİ STANDARDLAR
26 33 39 40 43 46 50 55 57 58
8-01
YAĞLAMA 1. YAĞLAMANIN ÖNEMİ VE YAĞLAMA YÖNTEMLERİ Genelde temas durumundaki yüzeyler arasında sürtünme kuvvetini ve aşımım miktarını azaltmak için yağlayaıılur kullanılır. Sürtünen yüzeyler arasında bir yağlayan kullanmanın amacı aşağıdaki işlevlerden bir veya birden fazlasını sağlamaktır. 1. Yüzeyler arasındaki normal kuvveti yağlayıcı bir tabaka ile iletmek. Böylelikle, yüzeylerin pürüzleri arasında kuvvet iletimini daha geniş bir yağlayıcı tabakaya yayarak yüzey gerilmelerini azaltmak. 2. Yağlayıcı tabaka ile yüzeylerin pürüzlerinin birbirine sürtünmesini engelleyerek sürtünme katsayısı ve aşınma miktarını azaltmak. 3. Yağlama ile sürtünme katsayısını azaltarak sürtünme nedeni ile oluşacak ısı üretimini azaltmak. Sürtünme ile oluşacak ısıyı taşımak ve böylelikle de yüzey sıcaklığını istenilen değerde tutmak. 4. Ağır çevre koşullarında çalışan yüzeyler üzerinde bir tabaka oluşturmak malzeme ile korozif ortam arasındaki ilişkiyi kesmek ve korozyondan korumak. 5. Sürtünen yüzeyler arasına yabancı sert parçaların girmesini önlemek ve yüzeylerden uzak tutmak. 6. Yüzeyler masında aşınma veya çevre koşulları nedeni ile oluşabilecek küçük ve sert parçalan kayma hareketi ile veya dışarıdan sağlanacak yağ akımı ile sürükleyerek temizlemek. 7. Makinanın diğer parçalarından iletilen titreşim ve şokun temas halindeki yüzeye iletimini sönümlcmek. Yağ tabakasının sönümleme özelliği ile makinalarda titreşim seviyelerinin azalmasını sağlamak. Yağlama Tipleri Yağlama tipi ve buna bağlı olarak sürtünme katsayısının değişimi yüzeyler arasındaki kayma hızı, U, (veya açısal dönme hızı, N) kayma yönüne dik yöndeki genişlik. L, uygulanan yük, W, (veya ortalama basınç, p= W/ A), ve yağ viskozitesine, u, bağlıdır. Bu bağıntı Stribeck eğrisi ile Şekil.1 de verilmiştir ve sürtünme katsayısının değişimine bağlı olarak çeşitli yağlama tipleri tanımlanmıştır. Burada sürtünme katsayısını etkileyen faktörler boyutsuz Stribeck sayısı, uUL/W veya (.ıN/P olarak verilmiştir. Hidrodinamik yağlama teorisinde de gösterileceği gibi Stribeck sayısı yüzeyler arasındaki ortalama açıklık h, ile orantılıdır. Bu nedenle Şekil.1 sürtünme katsayısının h ile değişimi olarak da düşünülebilir. Sürtünme katsayısı yüzey malzemelerine bağlı olmakla birlikte birçok çalışma koşullarında Stribeck sayısının 1O'S ile 10'6 değerleri arasında en az değere erişil'. Bu değer de yaklaşık olarak yüzeyler arasındaki ortalama açıklığın, h, ortalama yüzey pürüzlülüğü değerine, o"= (Oı + a 2 )" 2 , yakın değere karşılıktır.
I
*
\ h< c
sv
1
Û —
h>cr
\ \ V
10
-''. i
ı
ı
r -10
İÜ
10"b
ı
-4
r 10
Şekil.1- Yağlama tiplerini tanımlayan Stribeck eğrisi
8-02
YAĞLAMA Yağlama ve sürtünme tipleri kesin sınırlarla ayrılmamakla birlikte yüzeyler arasındaki ortalama açıklığın ortalama yüzey pürüzlülüğüne göre büyüklüğü ile belirlenir. (h>a): Kalın tabaka yağlamada yüzey pürüzlülüğünden en az bir mertebe daha büyük olun bir yağ tabakası (h>10nm) ile yüzeyler birbirlerinden tümüyle ayrılmıştır. Çalışan yüzeyler arasında hiç bir biçimde temas olmadığından aşınma yoktur ve sürtünme sadece yağın akımı ve viskozitesine bağlıdır. Yük, kayına hızı ile yüzeyler arasında yağ kamasının (daralan filmin) oluşturduğu basınç dağılımı ile taşınıyorsa hidrolik yağlama, yüzeyler arasına yüksek basınçta yağ gönderilerek taşınıyor ise hidrostatik yağlama olarak tanımlanır. Sürtünme katsayısı bu tip yağlamada 0.001-0.02 arasında değişir. Yükün artması veya hız ya da viskozitenin azalması ile ortalama açıklığın yüzey pürüzlülüğünün sadece 3-5 katına düştüğü durumda, yük yağlayıcı tabakanın ka\«tn.M ile oluşan hidrodinamik basınç ile taşınırken yüzey pürüzlerinin en yüksek noktalarında karşılıklı metalin melal ile teması da oluşur. Bu tip yağlama ince tabaka yağlama olarak tanımlanır. h - a: Elastik şekil değişikliği oluşturabilecek kadar ağır yüklenmiş ve yüzey pürüzlülüğü çok küçük olan yüzeylerde, örneğin nokta ve çizgi temasın oluştuğu dişli ve yuvarlanma elemaıılı yatak yüzeylerinde h=o--().2lujn), elastohidrodinamik yağlama oluşur. Bu tip yağlamada viskozite yağ basıncı ile artar ve yük hidrodinamik basınç ile taşınır. Yüzeyler arasındaki açıklığın yüzey pürüzlülüğünün 3 katından daha küçük değerlerinde yükün önemli bir kısmı yüzeylerin teması ile taşınırken bir kısmı da yüzey pürüzlerinin arasına sıkışmış olan yağın basıncı ile taşınır. Bu koşullarda yüzeylerin temasını önleyen, yüzeylere yapışmış bir yağlayıcı tabakanın olması durumunda karışık yağlama koşullan oluşur. Sınır tabakanın kayma dayanımına bağlı olarak sürtünme ve aşınma artar. Sürtünme katsayısı 0.4-0.5 değerine kadar çıkabilir. h
YACİLAMA Yağ dolu zincir halkaları diğer bir yü/.ey ile temasa geldiklerinde yağ yüzeye yayılır. Bilezik ile yağlamada mil üzerine madeni bir bilezik geçirilmiştir. Burada yağ mil ile birlikte dönmekte olan bilezik ile yağlanması istenilen yüzeylere merkezkaç kuvveti ile fırlatılır. Eu yöntem oldukça güvenilir bir yöntemdir, orta ve yüksek hızda çalışan makinalarda çok geniş uygulama alanı bulmaktadır. 5. Dalma veya banyo yağlama : Bu yöntemde sürtünen yüzeyler yağ banyosuna tamamen daldırılmış olarak çalışırlar. Yağ seviyesi kontrolü yüzeyler çalışmazken yapılmalıdır. Yüksek devirlerde gerekli yağ seviyesi deneylerle bulunur. Hacmi küçük olan yağ banyoları yağın çabuk bozulmasına, özelliğini yitirmesine yol açar ve daha sık yağ değişimi gerekli olur. 6. Sıçratma yağlama : Kapalı bir gövde içine yerleştirilmiş dönen parçalan olan makinalann yağlanmasında kolaylıkla kullanılabilen bir yöntemdir. Dönen parçaların yeterli seviyede yağ bulunan banyoya çarparak dalarken etrafa sıçrattıkları yağ ile sürtünen yüzeylerin yağlanması mümkündür. Krank-biyel mekanizmalı içten yanmalı motorlarda, kompresörlerde ve dişli sistemlerinde kullanılır. Bu tür yağlamada çalışma başlangıcında yüzeylerin yeteri kadar yağlanabilmesi için gerekli yağ tutucu ve depolayıcı boşluklar, kanallar vb. tasarım değişiklikleri yapılmalıdır. 7. Pompalı (basınçlı) yağlama sistemi : Bu yöntem endüstride çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Yağlanması gerekli olan elemanlara ve diğer sürtünen yüzeylere sabit akışlı yağ vermek amacı ile kullanıla-. Yüksek hızdaki veya büyük yataklardaki gibi yağın çok miktarda iletilmesi gereken durumlarda basınçlı yağlama ile yağ devrettirilir. Yağ basınç ile yağlama sistemi borularından yağlanacak yüzeye kadar iletilir. Boruların ucuna yerleştirilen yağ memelerinden yüksek hızla (I5m/s) çıkan yağ doğrudan yağlanacak noktaya püskürtülür. Yağlamadan sonra bir depoda toplanan yağ temizlenerek tekrar kullanıma alınır. Yağ devridaimi bir pompa ile sağlanır. Bu sistemler yağın filtreden geçirilerek temizlenmesine, yüksek yatak sıcaklıklarında ısının yağ soğutucusu ile sistemden dışarı atılmasına olanak sağladığından sürekli çalışacak sistemler için tercih edilirler. Yağ toplama delikleri yağ giriş deliklerinden daha büyük olmalıdır. 8. Yağ sisi (hava-yağ karışımı) ile yağlama : Sıvı yağın çok küçük tanecikler (piilverize) halinde basınçlı hava ile birlikte gönderildiği bir yöntemdir. Bu tür yağlama yüksek hızda çalışan makinalarda yağın kolaylıkla temas bölgesine girememesi durumunda havanın kolaylıkla gireceği düşünülerek uygulanır. Yağlanacak yüzeyler kapalı bir sistem içinde basınç altında çalıştıklarından dışarıdan istenmeyen yabancı maddelerin girmesi de önlenir. Bu yağlama yönteminde piilverize olma özelliği ve oksidasyona karşı direnci artırılmış yağlar kullanılmalıdır. Yağ-hava karışımı ile yağlamada, yağ miktarı belirleyici bir birim tarafından hava akımı geçen bir boru içine akıtılır. Yağ damlası hızlı hava akımı içinde küçük parçalara ayrılır ve yağlanacak yüzeyde sürekli bir ince yağ tabakası oluşturur. 9. Gres ile yağlama : Ağır yük, düşük hız ve yüksek sıcaklık nedeni ile sıvı yağın yüzeylerde tutulmasının zor olduğu ve yeterli bir film kalınlığının oluşturulamadığı uygulamalarda gres ile yağlama tavsiye edilir. Gres ile yağlamada; - basit gres kutusu, - hava veya yay baskılı gres kutusu, - gres presi (elle çalışan) veya - birçok yağlama noktası aynı anda yağlanabilen ve gres miktarı her yağlama yeri için ayarlanabilen otomatik gres presi kullanılabilir. 2. YAĞLAYANLAK VK ÖZKLLİKLERİ Yağlayıcı Maddeler Yağlayan, yük altında hareket eden iki yüzey arasında bir tabaka oluşturabilen herhangi bir madde olabilir. Yağlayanlar gaz, sıvı ve katı olarak sınıflandırılabilirler. 1- Gaz yağlayanlar : I lava, helyum, azot, hidrojen, karbon dioksit vb. 2- Sıvı yağlayanlar : Madeni yağlar, doğal yağlar, sentetik yağlar. 3- Katı yağlayanlar : Grafit, molibden disülfit, naylon, talk, mika, politetrafloretilen (PTFE), poliklortrifloretilen (l'CFİı), çeşitli titanyum, selenyum ve tungsten sülfitleri. Bunlara ek olarak yarı-katı yağlayunlardan gres ve petrol jölesi de kullanılu1. Gaz Yağlayanlar Genellikle hava, gaz yağlayan olarak kullanılır. Ancak kapalı bir sistem içinde çalışan yüzeylerin yağlanmasında çalışma ortamındaki gaz ve akışkanların buharları yağlayan olarak kolaylıkla kullanılabilir. Gaz 8-04
YAĞLAMA lai'm sıvı yağlayaııluru göre viskoziteleri çok küçük olduğundan yük taşıma kapasiteleri az ve yüzeyler arasındaki sürtünme katsayısı çok küçüktür. Gazlı hidroslalük yataklarda sürtünme katsayısı sıfıra yakındır. Bu nedenle genellikle yüksek hızda ve çok hafif yüklerde hassas çalışına gerektiren sistemlerde kullanılır. Sıvı Yağlayanlar Sıvı yağlayanlar elde edilişlerine göre başlıca iki grupta toplanabilir. 1 - Doğal yağlar 2- Sentetik yağlar Doğal yağlar da kendi aralarında elde edildikleri hanı maddelere göre ayrılabilir. Bitkisel yağlar bitkilerden (zeytin, hurma, çam, vb.), bitki tohumlarından (pamuk, susam, soya, yer fıstığı, mısır vb.) ve bitki köklerinden; hayvansal yağlar çeşitli hayvanların (balina, ayı balığı, balık, domuz vb.) iç yağlarından elde edilir. Madeni (mineral) yağlar ham petrolden, kömürden, bitümlü linyitten, ziftli çamurdan, fosilleşmiş bitkilerden elde edilen yağlan içerir. Ancak 19. yüzyılın son yarısında endüstrideki yağ kullanımının önemli miktarda artmasıyla gerekli olan yağ büyük bir çoğunlukla 1nun petrolden elde edilmiştir. Ham petrol yaklaşık %83-87 karbon, % 11-14 hidrojen, değişik oranda su ve az miktarda kükürt, oksijen ve azot içerir. Diğer bir deyişle yağlar hidrokarbonlardır. Ancak karbon ve hidrojen bağları çok çeşitli şekillerde alabilir ve bu da petroldaki farklı özelliklerin nedeni olur. ilam petrol temel olarak parafinler, olefinler, aıoınalikler, naflanlardan asfaltiklere kadar değişen çok karmaşık hidro-karbonlann karışımından oluşur. Sentetik yağlar ileri teknoloji gerektiren uzay araçları, nükleer, uçak vb. endüslrilerdeki gelişmeler karşısında madeni yağların özelliklerinin yeterli olmaması nedeni ile kimyasal olarak laboratuvarlarda gclştirilmiştir. Sentetik yağların madeni yağlara göre en büyük özelliği yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmeleridir. Bu yağlar genellikle yanmayan yağlar olduğundan hidrolik yağı olarak da kullanılır. Sentetik yağlar sağlığa zararlı olabileceğinden gerekli önlemler alınmalıdır. Madeni yağlara göre fiyatları yüksektir. Bu yağların karşılaştırmalı olarak çalışma sıcaklıkları Çizelge. 1 de verilmiştir (1). Katı Yağlayanlar Katı yağlayanlar alışılagelmiş yağlar ve greslerin yağlama görevlerini yerine getiremedikleri yüksek sıcaklıktaki çevre koşullarında kullanılır. Bu yağlayanlar atomlarının tabakalar halindeki yerleşimleri nedeni ile çok düşük kayma gerilmelerinde kolaylıkla kayarlar. Sürtünmeyi azaltmalarının yanısııa yüzeylerde bir tabaka oluşturdukları için korozyonu da önlerler. Katı yağlayanlar toz. macun, sıvı içinde çamurlaştırılarak. toz halinde greslere ve yağlara katkı olarak, plastik ve sinler metallere yedirilmiş olarak kendinden yağlama sağlarlar. Yüksek sıcaklıkta çalışan makinalarda örneğin, roket motorlarında, fırın içindeki konveyör yataklarında ve zincirlerinde, veya çok soğuk ortamlarda çalışan makinalarda örneğin, yükseklerde uçan uçaklarda, uzay araçlarında kullanılır. Çizelge.1- Sentetik Yağların çalışma Sıcaklıklıkları (1) Yağlar
Uzun süreli ("C)
Kısa Süreli ("C)
93-121
135-149
Süper-rafine madeni yağlar
177-232
316-343
Sentetik hidrokarbonlar Organik eslerler
177-232 177-190
316-343
Poliglikoller
163-177
204-218
l'olifenil eterler
316-371
427-482
Madeni yağlar
218-232
Alkil fosfat eslerleri
93-121
135-149
Alil fosfat eslerleri
149-177
204-232
Puli-silikonlar Silikonlar
190-218
260-288
218-274
316-343
177-232 204-260
316-343 288-316
288-343
399-454
232-260
288-343
Silikat esterleri llalojenli poli-ariller riorokarbonlar Perfloroglikollar
8-05
YAĞLAMA Katı yağlayanlar elde edildikleri kaynaklara göre sınıflandırılabilir. 1 - Organik Grafit ve molibden disülfür 2- İnorganik Polimerler (PTFE. PTCFE vb.) 3- Metalik Kurşun, indiyum, baryum, gümüş, altın vb. Uygulamada bu maddeler bileşikler halinde de kullanılır. Grafit Doğada toz veya pul şeklinde bulunan karbon esaslı bir yağlayıcıdır. Grafit yapısında karbon elemanı kristal halinde bulunur ve atomları tabakalar halinde yerleşmiştir. Sürtünen yüzeylerin pürüzlerine dolarak düz ve paılak bir yüzey oluşturur. Sürtünmeyi azaltmak için yağa ve grese toz halinde katkı olarak kullanıldığı gibi suya karıştırılmış olarak da kullanılabilir. Grafit genellikle yüksek basınçta ve sıcaklıkta sürtünmeyi azaltmak için kullanılır. 2000°C nin üzerinde ergidiği için sıcaklığa karşı çok dayanıklıdır. Grafit genellikle karbon (kömür yatak) veya metaller içine yedirilerek yatak, makina elemanı veya sızdırmazhk elemanı olarak istenilen şekilde ve ölçüde işlenebilir. Bu malzemelerle hava içinde 600°C, asal gazlı bir ortam içinde 3000"C ye kadar kullanılabilir. Bu malzemeler kırılgan oldukları için çarpma yüklerinin olduğu yerlerde veya arkasında rijit metal olmadan kullanılmamalıdır. Kimyasal olarak aktif bir malzeme olmadığından asit veya diğer kimyasal sıvıların bulunduğu sistemlerde, pompalarda ve sürtünen yüzeylerde yatak malzemesi olarak kullanılır. Ortalama yüzey basıncının 1.38 MPa dan düşük değerlerinde, çok yavaş kayma hareketi olan yüzeylerde ise 6.89 MPa ya kadar uygulamalarda kullanılabilir. Elektrik iletkenliği yüksektir. Molibden disülfür (MoS2) pullan grafit pullarından daha küçük olması nedeniyle sürtünen yüzeylerin pürüzlerini ve çukurlarını daha iyi doldurur. Grafitten daha yumuşak, ancak yoğunluğu grafitin iki katıdır (5 g/cm3). Kristal yapısında molibden ve kükürt atomları farklı paralel tabakalara yerleştiklerinden tabaka halinde bir yapısı vardır. Kimyasal yapısındaki iki kükürt atomu ile yüzeye yapışır, diğer iki kükürt atomu ile molibden disülfür molekülleri arasında kayma sağlanır. Bu yapı ile yatak yüzeylerinde korozyon da önlenir. Yüzeydeki filminin bozulması ancak 1000 MPa temas basıncında olduğundan, plastik metal şekillendirme işlemlerinde olduğu gibi, çok yüksek temas basıncı olan uygulamalarda yüzeyler arasında soğuk kaynak oluşumu önlenir. MoS2 toz halinde veya yağlarda ve greslerde katkı maddesi olarak (yaklaşık %10 kadar) veya az bir miktarda madeni veya sentetik yağ karışımı ile macun olarak kullanılır. MoSj 400°C de oksitlenir. Bu nedenle normal atmosfer koşullarında -100°C ile +400°C arasında yağlama yapılabilir. Hava ile temasın az olduğu yerlerde 630°C ye kadar çıkılabilir. Yüksek vakumda, hidrojen ya da asal gaz ortamlarında 1100°C ye kadar yağlama yapılabilir. M0S2 de bir miktar nem bulunması kinetik sürtünme katsayısını düşük hızlarda artırır ve yüksek hızlarda üretilen ısı nedeniyle nemin azalması ile kinetik sürtünme katsayısı azalır. Normal atmosferik koşullarda sürtünme katsayısı 0.05 den yüzey basıncının artmasıyla 0.03 e kadar düşer. Grafitin aksine, M0S2 ün düşük tuzlardaki çok düşük statik ve kinetik sürtünme özellikleri nedeniyle tutuklu kama veya yapış-kay (stick-slip) titreşim özelliği yoktur. Katı yağlayıcıların çeşitli çalışma sıcaklıklarındaki sürtünme katsayıları Çizelge.2 de verilmiştir (1). Bu değerler mika ve talk için 0.41m/s kayma hızı ile 0.9 N yük altında, diğerleri için ise 3,05 m/s kayma hızı ile 3,2 N yük altında elde edilmiştir. Katı yağlayıcılar arasında en düşük kinetik sürtünme katsayısı 1400 MPa basınçta 0,009 ile tantalyum disülfür (TaS2) ile elde edilir. Çizelge.2- Katı Yağların Sürtünme Katsayıları (1) Yağlayan LÎF AIPO4 PbS PbS/MoS2 PbS/Grafit Grafit MoS. BN PbF2 TİS, WS 2 Mika Talk 8-06
8ü"F (2(>.7OC)
50Ü°F (26()°C)
0,3-0,4 0,6 0,47 0,16-0,13 0,20 0,14-0.30 0,43 0,3 0,6 0,7 0,7-1.6 0,38-0,89 0,13-0,89
0.9 _ 0,2-0,47 0,13 0,29 0,06-0,12 0.10 0,15 0.6 0,6 0,2
1000°F (538°C) 0,65-0,75 0,51 0,15-0,19 0,37 0,21 0,20-0,27
YAĞLAMA Yağlayan olarak kullanılan yumuşak metaller genellikle sert yüzeyler üzerinde ince bir kaplama olarak kullanılır. Kayma ile oluşan ısı ile ergiyerek yüzeylerin pürüzlerini doldurur ve sürtünme katsayısını azaltırlar. Bu nedenle ağır şartlarda kayma ile yüksek sıcaklığın oluştuğu uygulamalarda kullanılır. Çizelge.3 de yağlayıcı olarak kullanılabilecek metallerin ergime sıcaklıklıklan verilmiştir. Çizelge3- Yağlayıcı Metallerin Özellikleri Metal
Ergime Sıcaklığı (°C)
Galyum
30
İndiyum
155
Kalay
232
Talyum
300
Kurşun
327
Baryum
704
Gümüş
961
Alün
1063
Naylon, teflon, asetal, poliyamid ve fenolikler gibi organik polimerierin de yağlayıcı özellikleri vardır. Bu malzemelerin ısı iletim katsayıları genellikle düşüktür. Yük taşıma kapasitelerini ve ısı iletim katsayılarını artırmak amacıyla fiberglas, grafit, metal tozları vb. dolgu malzemeleri ile birlikte kulamlır. Çizelge.4 de polimer yağlayanlann özellikleri verilmiştir. Sürtünme katsayıları çalışma koşullarına bağlı olarak çizelgede verilen değerler arasında değişebilir. Çizelge.4- Polimer Yağlayanlann Özellikleri Polimer
Sürtünme Katsayısı
Ergime Sıcaklığı (°C)
PTFE (teflon)
0,03-0,12
290
PTFE+dolgu
0,1-0,6
290
PTFCE
0,12-0,3
200
Naylon 6
0,2-0,3
100
Naylon 6+dolgu
0,2-0,4
150
Polisülfon
0,14-0,22
260
PPS
0,2-0,5
280
Poliyamid
0,2-0.1
350
Asetal
0,1-0,4
110
Madeni Yağlar ve Özellikleri Viskozite Viskozite akışkan tabakalarının birbirine göre kaymaya karşı gösterdikleri direnç olarak tanımlanır. Kayma gerilmesi T, kayma yönüne dik yöndeki kayma oranı (hız gradyanı) du/dn ile doğru orantılı olup bu ilişki Newton viskozite yasası ile verilir. t=H.du/dn Burada orantı katsayısı n dinamik viskozite ya da mutlak viskozite katsayısı olarak tanımlanır ve genellikle kısaca viskozite olarak bilinir. Akışkanların viskozitesi çapı küçük olan bir boruda kendi ağırlığının etkisi ile oluşan akım ile ölçüldüğünden kinematik viskozite v = u/p 8-07
t'•'''%
YAĞLAMA olarak tanımlanır. Burada p yağın yoğunluğudur. Viskoziteler çeşitli birim sistemlerine göre tanımlanabilir. SI Birimi
v
c.g.s. Birimi 2
Pa.s
dyn. s/cm = Poise (P)
2
cm /s = Stoke (St)
m /s
2
3
İngiliz Birimi 2
lb. s/in = Reyn 2
İn /s 6
Ayrıca mPa.s = 10" Pa.s, centipoise (cP) = 0,01 P, centistoke (cSt) = 0,01 St, microreyn (uReyn) = 10" Reyn de kullanılır. Çok yüksek temas basınçlarının oluştuğu elastohidrodinamik yağlama koşullarında madeni yağlar sıkıştırılabilir akışkanlardır. Dowson ve Higginson tarafından yoğunluğun basınç ile değişimi
olarak verilir. Burada p0 atmosfer basıncındaki yoğunluk ve basınç GPa olarak alınmalıdır. Çok yüksek basınçlarda bu eşitlikten yaklaşık %35 yoğunluk artışı elde edilir. ViskoTİte-Sıcaklık Bağıntıları Madeni yağların diğer önemli bir özelliği de viskozitenin sıcaklığa göre değişmesidir. Genel bir kural olarak viskozitesi yüksek olan yağın viskozitesi düşük olan yağa göre sıcaklıkla değişmesi daha fazladır. Kinematik viskozite, v, ile mutlak sıcaklık, T, arasındaki bağıntı Walther eşitliği ile verilir.
Bu bağıntıdaki üç parametre v, p ve C verilen bir yağın Uç ayrı sıcaklıktaki kinematik viskozite değerleri kullanılarak bulunabilir. ASTM tarafından bir çok yağ için v(cSt) alınarak y = 0,6 bulunmuş ve bu bağıntı iki defa logaritması alınmış şekliyle önerilmektedir. log log ( v + 0,6) = A-C log T Bu şekliyle, verilen bir yağın iki ayrı sıcaklıktaki kinematik viskozite değerleri kullanılarak A ve C katsayıları bulunabilir. Bu tür eşitlikler kullanarak istenilen bir sıcaklıktaki bilinmeyen viskozitenin bulunması en doğru şekilde Vogel eşitliği ile elde edilmektedir. Bu eşitlikte dinamik viskozite, u, ile mutlak sıcaklık, T, arasındaki ilişki
olarak verilir. Buradaki A, B ve C katsayıları, verilen bir yağın üç ayrı sıcaklıktaki dinamik viskoziteleri kullanılarak bulunur. Viskozite İndeksi Madeni yağlar ilk kullanılmaya başlandığında naftanik yağların viskozitesinin parafinik yağlann viskozitesine göre sıcaklığın artması ile daha çok azaldığı görülmüştür. Viskozite indeksi, (VI), viskozitenin sıcaklıkla değişimini göreceli olarak belirtmek için tanımlanmıştır. Ham petrolünden elde edilen ve sıcaklık değişimiyle viskozitesi az değişen parafinik yağların viskozite indeksi 100, sıcaklık değişimiyle viskozitesi çok değişen naflanik yağların viskozite indeksi 0 olarak tanımlanmıştır. Diğer yağlann viskozitelerinin sıcaklıkla değişimi bu referans yağlara göre VI ile belirlenir. Viskozite indeksi 100°C deki kinematik viskoziteleri aynı olan yağlar için tanımlanır ve referans yağlar ile viskozite indeksi bilinmeyen yağın 40°C deki kinematik viskozite değerleri kullanılarak Dean ve Davis eşitliği ile hesaplanır.
L-H
100
8-08
ııın
•
YAĞLAMA L : viskozite indeksi düşük (VI=0) olan yağın kinematik viskozitesi H : viskozite indeksi yüksek (VI=100) olan yağın kinematik viskozitesi U : viskozite indeksi bilinmeyen yağın kinematik viskozitesi Burada kinematik viskozite değerleri 40°C deki değerler olarak alınmalıdır. 1Ü()°C deki kinematik viskozite değerleri aynı olan madeni yağlar için 40°C de, viskozite indeksi en yüksek (Vl=100) olan yağın kinematik viskozitesi, II, ve viskozite indeksi en düşük (VI=0) olan yağın kinematik viskozitesi, L, Çizelge.5 de verilmiştir. Burada 100°C deki kinematik viskozite değerleri 2 eSt dan 70 cSt kadar verilmiştir. Verilen değerler arasında interpolasyon yapılabilir ve 70 eSt dan büyük değerler için I. = 0.8353 Y 2 + 14.67 Y-216 11 = 0,1684 Y2 + 11.85 Y - 97 eşitlikleri kullanılır.
40°C deki viskozitesi II değerinden küçük olan bazı sentetik yağların VI değeri 100 den fazladır. Bu cins yağlar için VI, 100°C deki kinematik viskozite değeri, Y, ile yeni bir parametre, N. tanımlanarak hesaplanu'. N=(logII-logU)/logY VI = 100+ 140x(log-l N-l) Çizelge.5- H ve L kinematik Viskozite (eSt) Değerleri (AS TM D 2270) 40 °C de
40 °C de
100 ° C de
L
H
2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0
7,994 15,49 25,32 40,23 57,97 78,00 100,0 123,3 147,7 173,9 201,9 231,9 263,3 296,5 331,9 369,4 408.6 449,9 493,2 538.4 585.2 633,6 683.9 736,5 790,4
6,394 12,15 19,56 28,49 38.19 48.57 59,60 71,10 82,87 95,19 108.0 121.5 135.4 149,7 164.6 180.2 196,2 212.7 229.5 247,1 264.9 283,3 301.8 320.9 340.5
100 "C de 27.0 28.0 29.0 30.0 32.0 34.0 36.0 38.0 40.0 42.0 44.0 46.0 48.0 50.0 52.0 54.0 56.0 58,0 60.0 62.0 64.0 66.0 68.0 70.0
L
H
84 7,0 904,1 963,4 1023 1151 1286 1427 1575 1730 1892 2064 2243 2426 26.18 2817 3020 3233 3452 3676 3908 4147 4392 4645 4905
360,5 380.6 401,1 421,7 464,9 509,0 555,6 603,1 651,8 701,9 754,4 808,2 863.0 919.6 977,5 1036 1097 1159 1222 1286 1352 1419 1488 1558
Örnek : 100°C deki kinematik viskozitesi 10 cSt ve 40"C deki kinematik viskozitesi 110 cSl olan yağın viskozite indeksinin bulunması : Çizelge.5 den 100°C de lOeSt yağ için 11 = 82.87 eSt ve I. = 147.7 cSt bulunur ve VI = olarak hesaplanır.
147.7 - 1 10 X 11)0 = 58 147.7 - S2.87 8-09
YAĞLAMA Viskozite-Basınç Bağlamışı Çuk yüksek Hertz temas basıncının (100 Ml'a ve daha yüksek) oluştuğu yuvarlanma elemanh yataklar ve dişliler gibi uygulamalarda viskozite basınç ile de değişir. Viskozitelerin basınç ile değişimi
ile verilir. Burada uH atmosfer basıncındaki viskozite, p (Pa) basınç ve abasınç-viskozite katsayısı a =(0,6+ 0,965 logu u ) 10
8
olarak alınır. Bu eşitlikte u.,,(eP = mPa.s) alınarak a(l/Pa) olarak bulunur. Katıklar Yağların özelliklerini geliştirmek ve yeni özellikler kazandumak amacıyla eklenen kimyasal maddeler katık olarak tanımlanır. Oksitlenmeyi önleyici, reaksiyon önleyici, korozyon önleyici, vizkozite indeksini yükseltici, aşınmayı azaltıcı, yüksek basınç taşıyıcı (EP), yapışkanlık verici, köpük önleyici, emülsiyon yapıcı, donma noktasını düşürücü vb. katıklar kullanılır. 3. YAĞLARIN SINIFLANDIRILMASI Endüstride makiııalarm çok değişik çalışma koşullarında yağlanması için değişik özellikleri olan madeni yağlar gerekmekledir. Yağların .sınırlandırılması kinematik viskozite değerleri temel alınarak yapılmaktadır. Günümüze kadar bir çok kuruluş tararından yağların sınıflandırılması yapılmıştır. Ancak tüm mühcndilik kuruluşları tarafından kabul edilebilen ortak bir sınıflandırmaya endüstrileşmenin başlangıcında geçilememiş olması bugün oklukça büyük karışıklığa neden olmaktadır. ISO Sistemi ISO (International Slandards Organization) yağ sınıflandırma sislcminde, yağların 40°C deki cSt (mm2/s) cinsinden kinematik viskozite değerleri temel alınmıştır. Viskozite numarası (yağ sınıflandırma numarası) VG (Viscosity Grade) harfleri ile ifade edilir ve bir önceki yağ s;nıflandırma numarasından %50 artırılarak elde edilen sayının standard sayıya yuvarluülması ile elde edilmiştir. Örneğin : 10, 15, 22, 32, 46, 68, 100 ve bu sayıların onluk katları, iler viskozite numarası belli bir bölgedeki viskozite değerlerinin orta değeridir. Bu bölge orta viskozite değerinin %10 değişimi ile belirlenir. Bu sınıflandırma sisteminin özelliği viskozitenin 40°C de verilmesidir. Diğer sıcaklıklardaki viskozite, hidrokarbon yapısı, katık oranı, özel uygulamalar için uygunluğu gibi yağ kalitesini belirten diğer özellikleri için hiç bir bilgi verilmez. Bu sınıflandırma sistemi ASTM (American Society for Testing and Materials) ve ASLİ; (American Society ot Lubrication Engineers) tarafından da kabul edilmiştir. Şekil.2 de ISO VG yağlarının dinamik viskozitelerinin sıcaklığa göre değişimi verilmiştir. 40°C deki kinematik viskozite ekseni yağ yoğunluğu 900 kg/m3 alınarak bulunmuş ve ISO VG numaralarında bu değerler temel alınmıştır. AĞMA Sistemi AĞMA (American Gear Manufacturers Association) yağ sınıflandırma sistemi 1981 de ISO sınıflandırma sistemine göre yenilenmiştir. Bu sınıflandırmada viskozite bölgeleri aynı olmakla birlikte kullanılan sınıflandırma numaraları 1 den 9 a kadar değişmektedir. Şekil.2 de AĞMA numaralı yağların sıcaklıkla değişimi verilmiştir. SAE Sistemi SAE (Society of Automotive Engineers) yağ sınıflandırma sisteminde yağlar karter ve dişli (otomotif transmisyon) yağlan olmak üzere kullanıldıkları yere göre iki ayrı grupta sınıflandırılmışlardır. Bu sistemde sımnflandırma 210°F (99°C) deki. W (Winter) harfi ile olanlar için ise 0°F (-18°C) deki viskozite değeri temel alınarak yapılmıştır, viskozitenin ISO sistemine göre farklı sıcaklıkta verilmesi nedeni ile yağ numaraları tam uyuşmaz. Şekil.3 de SAE yağ sınıflarının, Şekil.4 de ise alçak sıcaklık yağlarının sıcaklığa göre değişimleri verilmiştir. Şekil.2 de SAE yağ numaraları 218°F (99°C) de gösterilmiştir.
8-10
YAĞLAMA
5
£ DO k; /m yoğunluk i;in 2 klceır.oük viskozite fmm /ı«eSl)
60
60
7 0 60 90 IOC
T('C)
Şekil.2- ISO ve AUMA yadlarının Visko/ile-sıcaklık değişimi SUS Sistemi 100°F (38°C) deki Saybolt saniyesi cinsinden viskozite değerlerini temel almıştır. Viskozite ölçme sıcaklıkları ISO ve Saybolt sınıflandırmasında çok yakın olduğundan birbirine çevirme yaklaşık olarak kolaylıkla yapılabilir. Saybolt saniyesini ISO numarasına çevirmek için 4,8 ile bölüp, en yakın standard ISO numarası alınabilir. Yukarıda açıklanan viskozite sınıflandırma sistemlerinin birbirleri ile karşılaştuılıması ve eşdeğer yağların bulunabilmesi bu sistemlerin sabit bir sıcaklık için aynı bir viskozite ekseninde gösterilmesi ile yapılabilir. Şekil.5 de 40°C deki viskozite değerleri için çeşitli sınıflandırma sistemlerindeki eşdeğeri kolaylıkla bulunabilir. Gresler ve Özellikleri Greslı lere karşı sürtü sı olmayan nılır. ile oluşan yarı-katı haldeki yağlayanlardır. Ka-
kon) yağlar kullanıla-. Gres viskozitesi olarak da temel yağın katı halden sıvı hale geçmeye başladığı sıcaklık olarak tanımlanır. Genellikle gresler emniyet amacıyla damlama noktasının altındaki sıcaklıklarda kullanılmalıdır.
8-11
YAĞLAMA
H 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 H0 120 150 ',TCC)
ŞekiU- SAE yağları ve visko/.ite-sıcaklık değişimi
'M iki'- "
ırCcSU
k
10 20 30
I*.' •
TCC)
Şekil.4- SAE nıülti-visko/.ilc yağları ve viskozite-sıcaklık değişimi 8-12
*jckil.5- Yağ sınıflandırma sistemlerinin karşılaştırılması
n 1'IBÎKP»
"'
YAĞLAMA VE YATAKLAR /.elgc.6 Gres Türlerinin Özellikleri Kalınlaştırıcı sabun
Temel
Çalışma sıcaklığı
Damlama noktası
Lityum sabunu
Madeni yağ
-20/60
170-190
üsler yağı
-50/120
170-190
Silikon yağı
-50/160
170-190
Kalsiyum sabunu
Madeni yağ
-20/60
70-90
Kalsiyum kompleks sabunu
Madeni yağ
-30/150
260
Sodyum sabunu
Madeni yağ
-20/120
170-190
Sodyum kompleks sabunu
Madeni yağ
-20/130
260
Alüminyum sabunu
Madeni yağ
-20/70
Alüminyum kompleks sabunu
Madeni yağ
-40/150
260
Baryum sabunu
Madeni yağ
-20/150
190
Baryum kompleks sabunu
üsler yağı
-60/130
190
Madeni yağ
-20/80
160-190
Madeni yağ Sentetik yağ
-10/150 -10/250
240 240
Karışık sabunlu (Na+Ca,Na+AI,Li+Ca.
66-104
Li+Na,vb.) Sabunsuz gresler
Gres türünün seliminde kıvam (konsistans), çalışımı sıcaklığı ve gresin .suya karşı dayanıklılığı göz önünde tutulmalıdır. Gresin yumşaklığı kıvam (konsistans) sayısı ile belirlenir (IMN 51804. 51818 ve ASTM D217). Kıvam, gresin dışardan etki eden kuvvet ile şekil değiştirmeye karşı gösterdiği dirençtir. Bu direnç boyutu ve ağu'lığı belirli bir koninin gres içimle batma derinliği (penalrasyontı) ile ölçülür ve 0.1 mm nin katları olarak kıvam sayısı ile gösterilir. Gres kıvamı Amerika'da NLGI (National Lubricating Greases Insıitule) tararından 000 dan (akışkan halde), 0 (yumuşak gres). 6 ya (katı gres) kadar sınırlandırılmıştır ve bu numaralar kıvam sayılarına karşılık olarak kullanılır. Çizelge.7 de 77°1; (25°C) deki kıvam sayılarına karşılık eşdeğer NLGI numaralan verilmiştir. Greslerin kıvamı gresin yapıldığı temel yağın cinsi ve viskozitesine, kalmlaştırıcı olarak kullanılan maddenin cinsine ve miktarına ve imalat yöntemine bağlıdır. Çizulge.7- NLC.I Numaraları ve ASTM Kıvam Sayıları NLGI Numarası 000 00
o
1 2 3 4 5 6
Kıvam Sayısı 475-445 430-400 385-355 340-310 295-365 250-220 205-175 130-160 85-115 8-13
YAĞLAMA Gresler Nevvton akışkan yasasına uymayan yaslayanlardır. Kayma gerilmesi belirli xu değerini aştığı zaman kaymaya başlar. Kayma gerilmesi ile kayma yününe dik yündeki hız gradyanı (kayma oranı), du/dn, arasındaki bağıntı
şeklinde verilir. Burada TP plastik viskozitedir ve gres içindeki kalınlaştrıcı maddenin miktarı ile değişir. Bu tür akışkanlar Bingimin akışkanı olarak tanımlanıl'. 4. YAĞLAYAN1N SEÇİMİ Genelde çalışma ortam sıcaklığı sıvı yağlayanlar için çok yüksek ise, uzun ve sürekli çalışma isteniyorsa, yağ yenileme yapılmadan en iyi çözüm katı yağlayıcılardır. Soğulma bir sorun değilse, sızdırmazlık için yeterli önlem yoksa ya da yüzeyler kirli bir ortamda çalışıyorsa gres kullanılmalıdır. Tasarımcıya ilk aşamada yol göstermek amacıyla Şekil.6 da ortalama yatak basıncı ve kayma hızına bağlı olarak katı (kuru), gres ve sıvı yağlayanlar için emniyetli çalışma bölgeleri tanımlanmıştır (2). burada belirtilen sınırlar yatak tipine, çalışma sıcaklığı ve ömrüne göre geniş bir band oluşturmaktadır. Özellikle sıvı yağlayıcılar için çalışma sıcaklığında gerekli yağ viskozitesinin doğru seçildiği kabul edilmiştir. Yağ seçimi Kullanılacak yağ viskozitesinin doğru olarak seçimi makinanın performansı için çok önemlidir. Çalışma sıcaklığında viskozite ne çok yüksek, ne de çok düşük olmalıdır. Viskozitenin çok yüksek olması durumunda yük altında kayma hareketi olan yüzeyler arasında sürtünme artacağı için güç kaybı artar ve buna bağlı olarak yüzey sıcaklığı artabilir. Viskozitenin çok düşük olması durumundu ise yüzeyler arasında yeterli kalınlıkta yağ filini oluşamayacağı için yük taşıma elde edilemez ve yağlamadan beklenilen işlev yerine getirilemez. Yük taşıyan kaymalı yataklarda yeterli bir film kalınlığı elde edilebilmesi için yatağın çalışma sıcaklığında gerekli minimum yağ viskozitesi, u.nljn, Şekil.7 de yüzey kayma hızına, U ve ortalama yatak basıncına, P, bağlı olarak verilmiştir (2). Burada U= rtDn P = W/I.D p = 0.4 W/LD
radyal yataklar için eksene! yataklar için
n(d/dak) mil dönme hızı, L yatak boyu (ekseııel yataklar için lokma genişliği) ve D yatak çapı (eksenel yataklar için ortalama çap olarak) alınmalıdır. Eksene! yataklar için minimum yağ viskozitesi unıin(D/L) dir. Bu şekil yardımı ile bulunacak viskozite yaklaşık bir değer olup yalak geometrisi ve çalışma koşullarına göre seçilen yağ ile ısı denge hesabı ile ortalama sıcaklıktaki visko/.ile değeri kontrol edilmelidir.
KAYMA HIZI (m/s)
Şekil.6- Çeşitli yağlayanlar için hız ve yük sınırları (2)
.Şukil.7- Kaymalı yataklur için gerekli en az yağ viskoziteleri (2)
8-14
III lıl H
İt.
YATAKLAR 1. YATAKLARIN SINIFLANDIRILMASI Yatakların temel işlevi makinalarda hareketli ve sabit parçalar arasında yük iletimini sağlamak ve bu parçaları birbirine göre sabit bir konumda tutmaktır. Bu işlevi yerine getirmek üzere çalışma koşullarına bağlı olarak yüzeyler arasındaki hareket tipine göre farklı çalışma ilkeleri olan iki yatak çeşidi kullanılmaktadır. Bunlar yatak parçaları arasında kayma hareketi olan kaymalı yalaklar ve yatak parçalan atasında yuvarlanma elemanlarının yerleştirilmesi ile oluşan yuvarlanma elemanlı yalaklarda. Kaymalı yataklar da yüzeyler arasındaki yağlama tipine görek sınıflandırılırlar. Kuru ve sınır yağlama koşullarında çalışan yataklar sürtiinmeli yalaklar, yüzeyler arasında kalın bir yağ tabakası oluşumu ile çalışan yataklar hidrodinamik ve hidrositalik yataklar olarak tanımlanır. Yalaklar uygulanan yükün yönüne güre de sınıflandırılabilir. Mil eksenine dik yöndeki (yanal) kuvvetleri karşılayan yataklar radyal yalaklar, mil eksenine paralel kuvvetleri karşılayan yataklar eksenel yalaklar ve düz bir çizgi üzerinde ileri-geri (git-gel) hareketi yaparak yük taşıyan yataklar doğrusal (lineer, kılavuz kayıt) yataklar olarak sınıflandırılır. Kaymalı ve yuvarlanma elemanlı yataklar kendi aralarında uygulanan yük yönüne göre de alt sınıflara ayrılabilir. 2. YATAK SEÇME İLKELERİ Genellikle tasarımın ilk aşamasında kullanılabilecek yatak çeşitleri arasında bir seçim yapmak gereklidir. Bu aşamada tasarımcının en genel hatları ile kullanılacak yatak çeşidini verecek yönlendirici bilgilere gereksinimi vardır. Yatak çeşidi belirlendikten sonra bu yatak için istenilen koşullan sağlayacak ayrıntılı bir hesap yapılmalıdır. Yataklardan hangisinin hangi koşullarda kullanılması gerektiğinin belirlenmesi için birçok parametrenin karşılaştırmalı olarak incelenmesi gereklidir. Bu parametreler şöyle sıralanabilir : 1. Yük-hız karakteristiği 2. Sürtünme momenti (çifti) 3. Konum ve çalışma duyarlılığı 4. Yer durumu 5. Maliyet 6. Diğer özel çalışma koşullan. Yük-Hız Karakteristiği Bir yatağın temel işlevi yüzeylerin yük altında birbirine göre hareket etmesini sağlamak olduğuna göre uygulanabilecek yük ile hız arasındaki ilişkinin incelenmesi yatak seçiminde en önemli bir ölçüttür. Tasarımcıyı ilk aşamada yatak seçiminde yönlendirmek amacıyla yük-hız diyagramları hazırlanmıştır. Bu diyagramlar ile tasarımcı yük ve hız parametrelerinin hangi yatak çeşidine uygun olduğunu ve çalışma sulularını aşıp aşmadığını kolaylıkla denetler. Genellikle verilen bir tasarım probleminde uygulanacak yük ve çalışına hızı bilinir ve kullanılması gereken en uygun yatak çeşidinin belirlenmesi istenir. Birçok durumda en küçük yatak çapı, mil üzerine uygulanan yükler ile mukavemet, eğilme vb. ölçütler gözününc alınarak hesaplanan mil çapı olarak alınır. Şekil.8 de dört çeşit radyal yatağın çeşitli çalışma hızlarında ve çaplarında taşıyabileceği yük değerleri verilmiştir (3). Bu diyagramlar oda sıcaklığında 10 000 çalışına saati için verilmiştir. Yuvarlanma elemanlı yataklar hariç, diğer yataklar için yatak boyu çapma eşit olarak alınmıştır. Hidrodinamik yataklar için orta viskozitede madeni yağ kullanıldığı kabul edilmiştir. Şekil.8 de diyagram yukarıdan aşağıya eğik kalın çizgilerle üç bölgeye ayrılmıştır. Hızın düşük olduğu birinci bölgede metal olmayan, yağ emdirilmiş gözenekli metal yataklar ve yuvarlanma elemanlı yataklar kullanılabilir. İkinci bölgedeki hızlarda sürtünmeli yatakların (metal olmayan ve yağ emdirilimş gözenekli metal yatakların) çalışması sıcaklık ile sınırlanmakladır. Standart (normal) yuvarlanma elemanlı yatakların hız sınırı "a" çizgisi ile gösterilmiştir. Gaz türbinlerinde kullanılan özel imal edilmiş yalakların hız sınırları daha yüksek olup sınır "b" çizgisi ile gösterilmiştir. Üçüncü bölge temel olarak hidrodinamik kaymalı yalakların çalıştığı bölge olmakla birlikte bir bölümünde de yuvarlanma elemanlı yataklar kullanılabilir. Hidrodinamik yatakların yük kapasitesi hız ile artar. Ancak belli bir hızdan sonra sıcaklığın etkisiyle viskozitenin düşmesi nedeniyle yük kapasitesi düşer. Yatakların kullanılabilecekleri en yüksek hız çelik malzemenin merkezkaç kuvvetinin etkisiyle dağılması (patlaması) ile sınırlanmaktadır. Bu sınır şekil üzerinde "c" çizgisi ile gösterilmiştir.
8-15
n(dev/dak)
YATAKLAR ,7_L W(N) 0 1 0 *
I01
I0 4
ıo'
I0 6
ıcf*
.asMuSs,
Yuvarlonmo «lımanlı yolaklar Hidrodinamik kaymak yolaklar
gtii«fwkli metal yolaklor
Şekil.8- Radyal yatak çeşitlerinin çalışma bölgeleri
ı
ıo 2
ıo'
n(dev/s) SOrtünmeH ve yoj emdirimiş gözenekli yatuklar Hidrodinamik kaymalı yataklar • Yuvarlanma elemanlı yalaklar
Şekil.9- Eksenel yatak çeşitlerinin çalışma bölgeleri
Aynı şekilde eksenel yatakların hız ve çapa bağlı olarak yük taşıma kapasiteleri Şekil.9 da verilmiştir (4). Yuvarlanma elemanlı yatakların aynı çap için yük taşıma kapasiteleri ve erişebilecekleri hız sürtünmeli ve yağ emdirilmiş gözenekli metal yataklara göre daha yüksektir. Sürtünmeli ve yağ emdirilmiş gözenekli metal yatakların hız sının "a" çizgisi ile, standart yuvarlanma elemanlı yatakların hız sınırı "b" ile gösterilmiştir. Hidrodinamik eksenel yatakların yük kapasiteleri diğer yatak çeşitlerinin tersine hız ile artmakta ve yine çelik malzemenin merkezkaç kuvvetlerin etkisi ile dağılması (patlaması) ile sınırlanmaktadır ("c" çizgisi). Bu eğriler genellikle karşılaşılan mühendislik uygulamaları ve kolaylıkla bulunabilen malzemeler için verilmiştir. Daha yüksek yük kapasiteleri ve çalışma hızları veya daha küçük mil çaplan standart üstü mühendislik uygulamalarında (yüksek teknoloji tasarım ve yapımında) özel malzemelerle elde edilebilir. Genel bir kural olarak, düşük hızlarda hidrodinamik basıncın yeterli bir yük taşıma sağlayamadığı durumlarda sürtünmeli yataklar kullanılır. Yuvarlanma elemanlı yataklar düşük hızlarda, kaymalı yataklar ise yüksek hızlarda tercih edilir. Mil çapı arttıkça yuvarlanma elemanlı yataktan kaymalı yatağa geçiş daha düşük hızlarda olur. Dıştan basınçlı (hidrostatik) yataklar uygun bir tasanın ile tüm yük ve hız değerlerinde kullanılabilir. Bu diyagramlar genel olarak düşük hız, orta hız ve yüksek hız olmak üzere üç bölümden oluşur. Sürtünmeli yataklar esas olarak düşük hız bölgesinde kullanılır. Yağ emdirilmiş gözenekli metal yataklar ile hız sınırı artırılabilir. Yuvarlanma elamanlı yataklar hemen hemen tüm hız bölgelerinde kullanılabilir. Ancak erişilebilecek en yüksek hız mil çapma bağlı olarak sınırlanmaktadır. Gaz türbinleri için özel imal edilmiş bilyalı yatakların hız sının, standard imal edilmiş olan yataklardan daha yüksektir. Hidrodinamik kaymalı yataklar düşük hız bölgelerinde yeterli yağ film kalınlığı oluşmaması nedeni ile genellikle yük-hız eğrisinin en yüksek olduğu bölgede kullanılır. Bu yatakların çalışma hızı, yağ film kararsızlığı ya da çelik milin yüksek hızda merkezkaç kuvvetin etkisiyle dağılması ile sınırlanmaktadır. Sürtünme Momenti (Çifti) Tüm yataklar sürtünmeden dolayı güç kaybına neden olurlar. Bu güç kaybı sürtünme muomenti ile belirlenir. Hidrodinamik yatakların zayıf yanı. çalışma başlangıcında mil ve yatak yüzeylerinde metalin metale sürtünmesidir. Yağ filmi oluşumundan sonra sürtünme azalmakta fakat çok yüksek hızlarda tekrar artmaktadır. Bunun nedeni de yüksek hızlarda sıcaklığın artmasıyla yağın viskozitesinin düşmesi ve film kalınlığının azalmasıdır. Hidrostatik yataklarda sürtünme kayma hızı ile doğru orantılı olduğundan çok küçük hızlarda pratik olarak sürtünme sıfırdır. Yüksek hızlarda da diğer yatak çeşitlerine göre en az sürtünme elde edilir. Yuvarlanma elemanlı yataklarda sınır yağlama koşullarının oluştuğu çok düşük hızlarda sürtünme katsayısı yüksektir. Hain artmasıyla karışık yağlama oluşur ve sütünme azalır. Ancak, hızın artması ile elastohidrodinamik yağlama koşullan oluşur ve sürtünme hız ile tekrar artar. Sürtünme katsayısı yuvarlanan malzemelerin histerezis özelliği nedeniyle belirli bir değerden daha küçük olamaz. Yatak çeşitleri için sürtünme momentinin karşılaştırmalı olarak hıza göre değişimi Şekil. 10 da verilmiştir. Burada "a" hidrodinamik, "b" yuvarlanma elamanlı ve "c" hidrostatik yatâklan göstermektedir. 8-16
ıırruı
YATAKLAR
Şekil. 10- Sürtünme- momentinin (türkünün) lıı/.a }>öre değişimi Konum ve Çulumu Duyarlılığı Milin çalışma duyarlılığı, kullanılan yalağın çeşidine ve geometrisine bağlıdır. Yuvarlanma elemanlı yataklar ile milin duyarlı bir şekilde konumlanması mümkündür. Ancak yatağın geometrik yapım hataları nedeniyle milin bu konum çevresindeki çalışması şuasında titreşim hareketi oluşur. Ön yüklemeli yuvarlanma elemanlı yataklar ile milin çalışmada duyarlı bir şekilde konumlanması ve titreşimlerinin a/.allıhnası mümkündür. Ancak ön yükleme ile yatağın sürtünme katsayısı artmakla ve temas bölgesindeki gerilmeler arttığı için de yatağın ömrü azalmaktadır. Hidrodinamik yataklarda inilin yatak boşluğu içindeki konumu çalışma parametrelerinden bir veya birkaçının değişmesiyle kolaylıkla değişir. Ancak, bu konumda yük kalın bir yağ tabakası ile taşındığından yüzeylerde herhangi bir geometrik hala olmaması durumunda mil ekseninde bir titreşim oluşmaz. Milin yatak içindeki konumuna görek yatak direngenliği değişmektedir. Genellikle yalak direngenliği merkezden kaçıklık oranının 0-0,5 arasındaki değerlerinde çok düşüktür. Bu nedenle direngenliği artırmak için daha yüksek merkezden kaçıklık oranlarında tasarım yapılmalıdır. Sürlünmeli yataklarda yapım toleransları yeteri kadar dar ise aşınmanın çok az olduğu ilk çalışma süresinde milin çalışma duyarlılığı oldukça iyidir. Ancak bu yataklarda düşük hızlarda tutuklu kayma (yapış-kay) hareketi nedeni ile titreşimler oluşabilir. Yer Durumu Yataklar için gereken yerin belirlenmesinde dış çap (do), u/unluk (I.) ve yük taşıma kapasitesinin (W) mil çapına (d) oranlarının karşılaştırılması faydalıdır. Bu oranlar çalışma koşullarına bağlı olarak değişebilmekle birlikte uygulamadaki tipik radyal yalaklar için yaklaşık olarak aşağıdaki değerler verilir: Sürtünmeli Yatak d,,/d L/d W/d
1,15 1,0 0,75
Kalın Yağ Tabakalı Yatuk 13 13 1.0
Yuvarlanma Elemanlı Yatak 2,0 0,6 0.5
Maliyet Yatakların kendi maliyeti ile birlikle, yatağın kullanılacağı makinanın yapım ve işletme maliyeti (bakım, değiştirme ve arızanın neden olacağı maliyet) de düşünülmelidir. Yapım yöntemi ve istenilen duyarlılık makinanın maliyetini belirler. Bu nedenle makinayı oluşturan parçalardaki şekil ve konum tolenansları önemlidir. Yuvarlanma elemanlı yatakların yerleştirileceği mil ve yuvanın ince toleranslarla işlenmesi gerektiğinden maliyet yüksektir. Hidrostatik yalaklardaki kalın yağ tabakası yatak yüzeylerindeki geometrik hataların etkisini azaltır. 8-17
YATAKLAR Bakım maliyeti yağlama tipine, yatak ömrüne ve değiştirme maliyetine (parça, işçilik ve makinanın çalışma süresi kaybı) bağlıdu-. Genellikle, gres ile yağlanmış yuvaılanma elemanlı yataklar ve kendinden yağlamalı sürtünmeli yataklar en az bakım gerektiren yataklardır. Tasarım, birçok tasanın parametreleri arasında en uygun çözümü verecek bir uzlaşma noktası bulmaktır. Genellikle yukanda verilen yatak seçim parametrelerinin tümünün göz ününe alınması gerekirken bazı durumlarda bunlardan sadece biri ya da birkaçının sağlanması yeterli olabilir ve sadece bu parametrelere bağlı olarak yatak seçimi yapılabilir. Örneğin, yüksek hızda çalışma yamsıra düşük başlangıç ve çalışma momenti gerektiren bir uygulamada hidrostatik (dıştan basınçlı) yatak en uygun çözümdür. 3. KAYMALI YATAKLAR Hidrodinamik Yağlama Teorisi Hidrodinamik yağlamanın matematiksel teorisi Osborne Reyııolds tarafından 1886 yılında geliştirilmiştir. Reynolds hidrodinamik yağlamayı birbirine göre kayan yüzeylere yapışan yağın yüzeyler alasında daralan bölgeye sıkıştırılması sonundu basınç artışı ile açıklamıştır. Yağlama teorisinin geliştirilmesinde aşağıdaki kabuller yapılır. - Yağ tabakasının kalınlığının yatağın nominal ölçülerine göre çok küçük olması nedeni ile yatak yüzeylerinin eğriliği ihmal edilir. - Yüzeylerle temas eden yağ elemanları yüzeye yapışır ve yuğ ile yüzeyler arasında kayma yoktur. - Yağ akışı lamincrdir. - Yağ akışı Nevvton viskozite kuralına uyar. - Yağ sıkıştırılmayan akışkan olarak kabul edilir. - Yağın eylemsizlik kuvvetleri viskoz kuvvetler yanında ihmal edilebilecek kadar küçüktür. - Yağ viskozitesi yatak içinde sabit kabul edilir. - Yağ tabakasının kalınlığının çok küçük olması nedeni ile yağ basıncının yağ tabakası aralığında değişimi yoktur. Şekil.l 1 de gösterildiği gibi herhangi bir (x) konumunda (x) yönünde (U) hızı ile hareket eden yüzey ile sabit yüzey arasında (h) film kalınlığında akışkan hız dağılımı
2H Dx
h/
(D
olarak verilir. Bu (x) konumundaki hız denkleminin yağ filmi kalınlığınca integrali (x) yönündeki birim derinlikteki debiyi verir: qx =
12u (-)x 2
Şekil..! 1- Kayan yüzeyler arasında yağ hızı dağılımı 8-18
(2)
YATAKLAR y yönünde (eksenel yönde) yüzeyler arasında kayına hızı olmadığından biz dağılımı V(z) ve debi qy sadece basınç değişimine bağlı olarak benzer sakilde yazılabilir. (3) 12 u dy Debilerin süreklilik denkleminde —!I
<)x
+ —- = 0 ely
(4)
yerine koyularak eşitliğin yeniden düzenlenmesi ile h3 12 M 0 x
Jıi_ ^£ 12^ 'Dy
(5)
elde edilir. Bu diferansiyel denklem Reynolds denklemi olarak adlandırılır. Yüzeyler arasındaki film kalınlığı h (x,y), yüzey kayına hızı U ve yağın viskozitesi biliniyor ise yüzeyler arasında olunacak basınç dağılımı V (x,y) yağın yatak sınırlarındaki basınç değerleri de kullanılarak çözülebilir. 4. RADYAL YATAKLAR Hidrodinamik basınç oluşumu için muylu ile yatak birbirine boşluklu geçine yapılır. Yatak yarıçapı, U+e, ile mil yarıçapı, R, arasındaki fark radyal (yançapsal) boşluk, e, olarak tanımlanır ve genellikle yatak boşluk oranı (bağlı yalak boşluğu) e/R - 1O'\ mertebesinde alınır. Yatak boşluğuna yağ genelde, yüklemenin olmadığı taraftaki bir delikten ya da eksenel kanaldan sağlanır. Yük. W, altında muylu dönmediği zaman muylu ile yatak yüzeyi arasında metal teması oluşur. Muylunun dönmesi ile birlikte mil yatak yüzeyi üzerinde yuvarlanarak yükselmeye başlar ve yükün temas noktasında yüzeye paralel bileşeninin melalin-metale sürtünme kuvvetine eriştiği noktada mil yatak yüzeyinde geriye doğru kaymaya başlar. Mil ile yatak arasında dönme yönünde oluşan daralan boşlukta yağ sıkışarak, basıncı aıtar.Daralan boşluktan geçen yağ miktarı genişleyen boşluktaki hacmi dolduramaz ve basınç düşerek yatak kenarlarından atmosfer basıncındaki hava yalak içine girer. Milin dönme yönünde genişleyen yutak bölgesinde oluşan bu hava boşluğuna kavilasyon bölgesi denir. Çalışma koşullarının sabit tutulduğu durumda, mil ekseni yatağın düşük basınç olan bölümünde, mil etrafındaki basınç dağılımının uygulanan yükü dengelediği belirli bir konumda çalışmaya devam eder. Böylelikle. Şekil. 12 de gösterildiği gibi yatak merkezi ile mil merkezi arasında oluşan uzaklık merkezden kaçıklık (eksaıılrisilej (e) veya eksaıılrisile oranı (bağıl eksanlrisile) (e=e/c) ile tanımlanır. Muylu ile yatak yüzeyi arasında herhangi bir B konumundaki yağ film kalınlığı h, A.IB üçgeni yardımı ile bulunabilir. AB = A.l cos a. + JB cos 0 AB = h + R
AJ = R + C . JB = e ve e/R = 10' olması nedeni ile a = 0° • cos e
olarak bulunur. Şekil.12 den de görüleceği gibi en ince yağ kalınlığı lı() = c-e. merkezler doğrusu üzerinde yüklenmiş bölgede oluşur. Bağıl en ince yağ kalınlığı hu/c = 1-f olarak tanımlanır.
8-19
YATAKLAR
\ a. Kadyal basınç dağılımı b. Kkscnel basınç dağılımı Şekil. 12- Radyal kaymalı yatak geometrisi ve basınç dağılımı Reynolds denkleminin ilk analitik çözümü 1904 yılında Sommerleld tarafından sonsuz uzunluktaki radyal yataklar için ekle edilmiştir. Bu çözümde dönme yönünde daralan yağ film bölgesinde pozitf basınç elde edilirken genişleyen film bölgesinde negatif basınç elde edilir. Pratik geçerliliği olmayan bu çözüm ancak teorik çalışmalar açısından önemlidir. Reynolds denkleminin sonlu genişlikteki yataklar için tam çözümü ise 1950 li yıllarda bilgisayar yardmıı ile sayısal yöntemler kullanılarak elde edilmiş ve sonuçlar Raimondi ve Boyd tarafından boyutsuz yatak performans parametrelerinin boyutsuz tasarım parametrelerine göre değişimleri grafik olarak verilmiştir. Bu grafiklerin tümü boyutsuz parametreler ile verildiğinden farklı çalışma koşullarında ve geometrideki tüm radyal yataklar için kullanılabilir. Tasarımcının doğrudan kontrol edebileceği yatak geometrisi (R, L, c) ve çalışma koşulları [W, N(d/s], u) ile ilgili parametrelere tasarım parametreleri veya bağımsız parametreler denir. Yatak geometrisi tanımlanmış ve çalışma koşullan belirlenmiş bir yatağın performansını belirleyen eksantrisite (e), en az film kalınlığı (h0), en az film kalınlığının konumu (
:
S=— L/l)
Boyutsuz performans parametreleri : Minimum film kalınlığı oranı Minimum film kalınlığının konumu Sürtünme katsayısı faktörü
İL i C
8-20
II i
«I
YATAKLAR Q / Re NL Q s /Q
Debi faktörü değişkeni Dışarı akan yağ debi oranı Maksimum yağ basıncı oranı Yağ tabakasının sona erdiği konum
1' / Pmaks
Maksimum yağ basıncı konumu Sıcaklık artış değişkeni
öhııaks
pC[|AT/P
Bu tanımlarda. P = W / LD N(d/s) p = 860 kg / m 3 C H = 1760J/kg°C
Yatak ortalama basıncı mil hızı yağ yoğunluğu yağ özgül ısısı olarak alınır.
Boyutsuz performans parametrelerinin boyutsuz tasanın parametrelerine göre değişimleri Şekil.13-21 de verilmiştir (5). Bu şekillerde yatay eksen (S ekseni) loguritmik olup yalnızca 0,0-0,01 arası doğrusaldır. Performans parametreleri şekillerde L/D oranının 1/4. 1/2, 1 ve ~ değerleri için verilmiştir. Bu değerlerden farklı L/D oranları için interpolasyon yöntemi kullanılır. Herhangi bir performans parametresinin ara bir L/D için değeri
y=
ı
(IVD)3
D
(7)
D
M
D'
24 V
I)M
Dİ
J
olarak verilir. Burada y, y, yU2 ve y ı/4 sözkonusu performans parametresinin L/D = <», 1, 1/2 ve 1/4 oranlarındaki aynı S sayısı için değerleridir.
Şekil. 13- Mil merkezinin yatak boşluğundaki yörüngesi
Şekil. 14- En ince yağ kalınlığı ve eksantrisite oranının değişimi 8-21
YATAKLAR
—f /
5 4 3 2 -
L/D=l/4 1/2-^
001
0
0.02
0.04
006
0.1
0.2
0.4
1.0
06
2
4
6
10
K\ 1 1
w
1 1 t 1 1 1 II
«
ODI 002 0.04 0050.1
Şekil.15- En ince yağ kalınlığı konumunun değişimi
/
1 1 1 1 1 1 t 1
ı
02
0.4 06
10
H
Şekil. 16- Sürtünme katsayısı faktörü
Çalışma Sıcaklığı ve Viskozitenin Belirlenmesi Performans parametrelerinin tümü şekillerde tasarım parametrelerine (S. L/D) bağlı olarak verilmiştir. Bu nedenle ilk önce tasarım parametreleri belirlenmelidir. Sommerfeld sayısının hesaplanmasında çalışma sıcaklığındaki vizkozite gereklidir. Ancak ilk hesaplamada yağ ortalama sıcaklığı bilinmediği için yağ giriş sıcaklığı (Tin) üzerinde tahmini bir ortalama sıcaklığa karşılık u - T eğrisinden u değeri alınarak S sayısı hesaplanır. Bu S değeri ve L/D değeri kullanılarak Şekil.21 den sıcaklık artışı hesaplanır ve ortalama yağ sıcaklığı
Ton ~= T1 .in Hı AT
İt
(8)
olarak alınır. Kabul edilen u değerine karşılık bulunan bu ortalama sıcaklık u-T (Şekil.4) grafiği üzerinde bir nokta olarak işaretlenir. Bu nokta kullanılan yağın çizgisinin üzerinde ya da altında olabilir. Bu durumda ikinci bir tahminde bulunmak gerekir. Rğer bu nokta u-T çizgisinin üzerinde ise daha düşük bir u. değeri , uVT çizgisinin altında ise daha yüksek bir u değeri seçilerek işlem tekrarlanır ve | I - T grafiği üzerine ikinci bir nokta olarak işaretlenir. Birisi y,-T çizgisi üzerinde diğeri altında olmak üzere bulunan iki nokta bir doğru ile birleştirilerek u,-T çizgisini kestiği noktadaki n ve T gerçek ortalama yağ viskozitesi ve sıcaklığı olarak alınır. u-T değişiminin doğrusal olmaması nedeniyle bu çözüm tam doğru olmayabilir. Bu nedenle bulunan çözümün bir kez daha kontrol edilmesi gereklidir. Birinci ve ikinci tahminlerde bulunan noktalar ne kadar u-T çizgisine yakın ise kesiştirme ile bulunan noktadaki değerler de o derece gerçek değere yakın olacaktır. 0 RcNL
6
^
^
\|/2
5 ~
—
^\.
^ ~~—v.
^
^
X
1.0 °İO.9
°0.8
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1111 0 001
32
1
1 1 1 1 1 1 1 1
0
ODI 002
OO40O60J
02 S
0.4 0.6
1.0
s Sİ/2
N \
N\
\ N
\ \
\
\ N
\ » 1 ) 1 1 1 1 1
\
\
\ 1
s. \
\ \
0.1
1 1 t 1 1 1 1 1
2
4
6
Şekil. 17- Debi faktörünün değişimi 8-22
L/ 3 = 1 / 4
10
Şekil. 18- Dışarı akan yağ debi oranı
M
YATAKLAR Çevresel Yağ Kanallı Yataklar Bazı çalışma koşullarında yalak içindeki lıidrotlinamik yağ akımı yatakla oluşan ısıyı, 11= 1W (N/2ıt) R, taşımak için yeterli olmayabilir. Bu durumda yalağın sıcaklığını düşürmek için yatağın ortasına yaklaşık 3-5 mm genişliğinde ve derinliğinde çevresel yağ kanalı açılır. Bu kanala yüksek basınçta (l's) yağ gönderilerek yataktan eksenel yönde dışarı akan yağ miktar artırılır ve böylelikle yağ sıcaklık arlısı düşürülebilir. Yağ kanal derinliği yatak boşluğuna göre çok büyük olduğundan bu bölgede hidrodinamik basınç oluşmaz. Bu nedenle genişliği L olan iki yatakta birbirinin aynı basınç dağılımları oluşur.
1.0 -0.9 mox0.8
L/D=»
,
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
1
1 1 1 t 1 !
1.0
0J
0£>l
1 1 1 1 1
10
Şekil. 19- M a k s i m u m ya£ basınç oranı Yatak ekseni yönünde birim genişlik için debi (3) numaralı denklem ile verilmiştir. Eksenel yönde sabit yağ kalınlığı nedeni ile basınç lineer olarak değişir ve dp I oy = - \\ I L' alınır. Bu durumda yalağın iki tarafında tüm çevresinden akan yağ debisi yaklaşık olarak
l2n
n P R c 2 i. = 2 i] v. R clB = * ' (1 + 1 . 5 E )
Jo
'
(9)
3i:
bulunur. Yağ sıcaklık arlısı ise
pCnes
pC' M l>, R 4 ( l + 1.5 E2)
(10)
olai'ak elde edilir. Burada p = S60 kg/ın:'; C\\= 1760 J/kg °C; W. Nesvton; l's. Pa ve R. m olarak alınmalıdır. Verilen bir yatak geometrisi ve giriş sıcaklığı için tahmini bir '!'„„ alınır ve S sayısı hasaplanarak (R/c) f faktörü Şekil.l(i dan bulunur. (10) numaralı denklenıtlen sıcaklık arlısı ve (S) numaralı denklemden T o n hesaplanır. Tahmin edilen ile hesaplanan sıcaklıklar arasındaki fark kabul edilebilir bir küçüklüğe erişinceye kadar hesap tekrarlanarak çalışma sıcaklığı bulunur.
8-23
YATAKLAR
Şekil.20- Yağ basıncının sona erdiği ve maksimuma eriştiği konumlar Gövde İçinde Yağlamalı Yataklar Endüstride bir çok uygulamada yatak gövdesi içindeki bir bölümde yağ depolanan yataklar kullanılır. Yağ banyosu, bilezik ile yağlama ya da fitil ile yağlama gibi yöntemler kullanılarak gövde içinde yağlama yapılabilir. Böylece yatak ve yağlama sistemi aynı gövde içine yerleştirilir. Yatak içinde sürtünme nedeni ile oluşan ısı yağ akımı ile gövde içindeki depoya taşınır. Yatak gövdesinden iletkenlik yolu ile gövde yüzeyine ve oradan da çevreye konveksiyon ve radyasyon yolu ile iletilir. Sürekli çalışma koşullarında ısı akımı denge denklemi olarak verilir. Burada hc : konveksiyon katsayısı TH: yuva dış yüzey ortalama sıcaklığı A : yatak yuvasının dış yüzey alanı TA : çevre (ortam) sıcaklığı Konveksiyon katsayısı Şekil.22 de yatak gövdesinin ortalama dış çapına (d) ve gövde etrafındaki hava hızına (V) bağlı olarak verilmiştir (2). Isı akımı denge koşulu nedeniyle yatak sıcaklığı-gövde yüzey sıcaklığı farkı ile gövde yüzey sıcaklığı-çevre farkı arasında bir ilişki doğmaktadır. Bu ilişki Şekil.23 de gövde içindeki yağlama yöntemine ve gövde etrafındaki hava hareketine bağlı olarak verilmiştir (6). Burada "a" sınırlan gövde etrafında durgun hava "b" sınırlan ise hava akımı olması durumu için geçerlidir. 10V Yala y gSvde si için
200-
S*
100 50
yS
20 10 L
—L/D °°
5
--
—'
s*
s
(l 0
$?
•ti
/ /
//£> y
^MİMçin_^hc Havo
Okifnı
i I
ûl .02
D4
.10
.20
.40
5
."jckil.21- Sıcaklık artış değişkeni
0 01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 I 2 5 Hova hızı,V (m/s)
10 20
50
Şekil.22- Yatak gövdesi üzerindeki konveksiyon katsayısı (2).
8-24
'•f!IM
YATAKLAR Yatak ve yağlama sistemi aynı gövde içinde olan yataklarda yağ giriş sıcaklığı ortalama gövde sıcaklığı olarak alınır. Tasarımın ilk aşamasında gövde sıcaklığı bilinmediği için tahmini bir değer alınarak yatak içindeki ortalama yağ sıcaklığı yukarıda belirtilen yöntemle bulunur ve yatak içinde oluşan ısı hesaplanır. Gövde geometrisi ve çevre koşullan yardımı ile (11) numaralı ısı akımı denge denkleminden Tu hesaplanır. Hesaplanan ve tahmin edilen TH değerleri arasındaki fark kabul edilebilir bir değere düşünceye kadar bu hesap tekrarlanır. Şekil.23 den ise (TB-TA) ve (TH-TA) değerleri girilerek çevre koşullarına uygun yağlama sistemi seçilebilir. Eğer yağlama sistemi ve çevre koşullan biliniyor ise gövde sıcaklığı tahmin edilerek Şekil.23den bulunan TB değerine göre (11) numaralı ısı akımı denge denkeminden THdeğeri hesaplanır. Hesaplanan ve tahmin edilen değerler arasındaki fark kabul edilebilir bir değere düşünceye kadar bu hesap tekrarlanır. Radyal Yatak Tasarım İlkeleri Sommerfeld sayısı radyal yatak boşluğunun karesi ile ters orantılıdır. Bu nedenle yatak tasarım parametrelerinden radyal boşluk ,yatak performansını belirleyen en önemli parametredir. Yatak tasannında izlenmesi gereken aşamalar şöyle sıralanabilir: 1. Mil çapı genellikle mil tasarımında mukavemet hesaplarından bulunur. 2. Yatak boyu, milin yük altında elastik esnemesi sonucu oluşan eğim düşünülerek seçilmelidir. Genellikle başlangıç değeri olarak L/D = 0,5 alınarak yatak boyu bulunur. 3. Yatak ortalama basıncı ve mil yüzeyi kayma hızı yardımı ile Şekil.7 den ortalama yatak sıcaklığındaki gerekli en az yağ viskozitesi bulunur. 4. Yağ giriş sıcaklığından daha yüksek bir yağ ortalama sıcaklığı tahmin edilir Şekil 2,1 ya da 4 yardımı ile kullanılması gerekli en yakın yağ numarası seçilir. 5. Bu seçilen yağ için yatak performans parametrelerinin yatak boşluğunun çeşitli değerlerine göre değişim eğrileri aynı düşey eksen üzerine çizilir. 6. Genellikle yağın kirliliğinin, duruş ve kalkışların neden olacağı aşınma düşünülerek en ince yağ kalınlığı eğrisinin maksimum noktasının sol tarafında bir Hölge en uygun (optimum) yatak boşluğu olarak seçilir. Mil ve yatak yüzeyi imalat kalitesine uygun olarak belirlenecek toleransların oluşturacağı maksimum ve minimum yatak boşluğu en uygun yatak boşluğu bölgesi içinde olmalıdır. Seçilen yatak boşluğu için diğer performans parametrelerinin istenilen değerleri sağladığı kontrol edilmelidir. 7. Bu yöntem sonucunda elde edilen en ince yağ kalınlığı yeteri kadar kalın değilse - daha kaim bir yağ seçilerek ya da. - L/D oranı artırılarak ya da, - D artırılarak istenilen koşullar sağlanıncaya kadar başa dönülerek tasarım tekrarlanır. Hidrodinamik kaymalı yatak tasarımında aşağıdaki diğer faktörler de göz önünde bulundurulmalıdır : 1. Yüksüz bölgeden yatağa giren yağın tüm yatak ekseni boyunca dağılımı sağlanmalıdır. Bunun için yağ deliği yeterli olmuyorsa yağ kanalı açılmalıdır. 2. Kullanılan yağ yeteri kadar temiz olmalıdır. Yağın içindeki sert maddelerin boyutları en ince yağ film kalınlığından daha küçük olmalıdır. 3. Yağ giriş sıcaklığının doğru olarak bilinmesi gereklidir. Yağ giriş sıcaklığının yüksek olması durumunda, yük taşımak için yeterli hidrodinamik basınç oluşumu sağlanamayabilir. 4. Maksimum yağ sıcaklığının yaklaşık 90°C altında olmasına dikkat edilmelidir. 5. Yatak içindeki en ince yağ kalınlığı (hu), kayma sırasında yüzey pürüzlülüklerinin tepelerinin birbirine sürtünmesini önleyecek kadar büyük olmalıdır. Yüzeylerde sürtünme olmadan hidrodinamik basınç oluşumu için gerekli en ince yağ kalınlığı, yatak ve muylu yüzey pürüzlülüklerinin toplamının yaklaşık 7-10 katı olarak verilr. Yüzey pürüzlülüğü arttıkça en ince yağ kalınlığı da artırılmalıdır . ince taşlanmış yatak ve muylu yüzeyleri için en ince yağ kfahnlığı 3-5 u m alınabilir. 6. Kaymalı yataklarda E < 0.6 değerinde yağ film direngenliği ve sönümleme katsayıları genellikle küçük olduğundan yatakta kararsız çalışmaya neden olur. Bu nedenle tasanm e>0,6 olacak şekilde yapılmalıdır. 8-25
YATAKLAR 7. Sürtünme katasayısı mümkün olduğunca küçük olmalıdır. 8. Mil ve yatak yuvasındaki esnemeler ve yatak eksenleri arasındaki kaçıklıklar önlenmelidir. Özellikle L/D oranının 1 den büyük değerlerinde, yatak performansı aşırı derecede etkilenebilir. 9. Mil yük altında çalışmaya başlamadan önce ve çalışma bitiminde yatak yüzeyine oturacağı için yatak malzemesi seçiminde malzeme dayanımı, kalkış ve duruştaki sürtünme özellikleri göz önüne alınmalıdır.
TB-TH(t)
0
10
20
30
40
T H -T A l (t)
50
Şekil.23- Gövde içinde yağlamalı yatakların sıcaklık artışları (
8-26
u
YATAKLAR
y/y/s?:///////////////////////// U Şekil.24- Eğik düzlem yatak geometrisi Genişliği L olan sonlu bir eğik yüzeyli yataka, yağ yanlardan akacağı için basınç dağılımı düşer. Şekil.26 da sonlu bir yataktaki basınç dağılımı gösterilmektedir. Reynolds denkleminin iki boyutlu çözümü ile elde edilen basınç dağılımının yatak yüzeyinde integrasyonu ile eğik yüzeyli yatağın yük kapasitesi elde edilir. Şekil.27 de boyutsuz yük kapasitesi ve sürtünme katsayısı faktörünün IJB ile m değerine göre değişimi verilmiştir (7). Burada
olarak tanımlanmıştır.
u 0.2
0A 0.6 X/B
Şekil.25- Kğik yüzeyli sonsuz genişlikteki yatakta basınç dağılımı
Şekil.26- Eğik yüzeyli yataklarda basınç dağılımı ' (Sonlu yatak) (6)
Lokmalı Yataklar Bu yataklarar dış ve iç kenarları Ri ve R2 yarıçaplı dayireler üzerine yerleştirilmiş, ortalama yarıçapı Ro = (Rı+R2)/2, üzerindeki uzunluğu B olan eğik düzlemlerden oluşan dayire kesmeleridir. Eğik düzlemler kayan 8-27
YATAKLAR yüzey ile kayma yönünde daralan yağ kalınlığı oluşturacak şekilde yerleştirilmelidir. Yağ, lokmalar arasındaki radyal yağ kanallarından lokmaların girişine gönderilir. Lokmalı yataklar Şekil.28 de gösterildiği gibi sabit lokmalı (sabit eğimli) ve değişken eğimli (oynak) olabilir. Reynolds denkleminin kutupsal koordinat sistemine göre yazılması ve sayısal yöntemlerle çözümü ile lokmalar üzerinde oluşan basınç dağılımı Raimondi ve Boyd tarafından elde edilmiştir. Bu çabşmanın sonucunda boyutsuz performans parametrelerinin boyutsuz tasarım parametrelerine göre değişimleri grafikler halinde verilmiştir. 200
'•fr
,0.16 0.14 0.12 0.1 0.08
100
-I
\x\
70
Ss
Iİli /~-~^ ^ O\s>v L/B
0.06
50
00
30
8 4
20
133
0.04 0.02
W
1.0
\ls
0.8 s—-^^^^: : 0.6
10
0.4
7
0.2
5
~~— ^ 3 m
a. boyutsuz yük kapasitesi b. Sürtünme katsayısı faktörü Şekil.27- Eğik yüzeyli yatakların performans parametreleri Sabit Lokmab Yataklar Sabit lokmab yataklarda tasarım parametreleri : Lokma sayısı Oralama yarıçap Lokma genişliği Ortalama yançaplı çember üzerinde uzunluk Eğim Ortalama yatak basıncı Ortalama kayma hızı Boyutsuz tasarım parametreleri : Lokma genişlik-uzunluk oranı
Boyutsuz yük sayısı
8-28
: Ro= (Rı+R2>/2 : L = R1-R2 :B : a (hı-ho)/B : p = W/n LB : U = 2»tNRo : L/B
ct2pB
W(h,-h 0 ) 2
İ
YATAKLAR Şekil.29 da boyutsuz performans parametrelerinin değişimleri verilmiştir (8). Bunlar: Bağıl en ince yağ kalınlığı : h(/oB Sürtünme faktörü : f/a Debi değişkeni : Q/BLUa Dışarı akan yağ debi oranı : Qz/Q Sıcaklık artış değişkeni : p CH AT/p
W
W Kayan yüzey
Kayan yüzey
Sabit lokmolar
T9 „
kanalları
Oynak lokmolar
-Mesnet
a. Sabit eğimli b. Değişken eğimli Şekil.28- Lokmalı (Eksenel kaymalı) yataklar Örnek : Çalışma koşullan verilen eksenel kaymalı yatak için kullanılabilecek yağı belirleyiniz. W/n = 1780 N, U = 30,5m/s, B = L = 25 mm. ot = O.OOlrad., T i n = 70°C, pC H = 1.36xl06N/m2oC Verilen değerlerden
B
LB
25 x 25 u x 10"' x 30,5
a
2
pB
10
6
2,85 x 106 x 25 x İO"3
2,334
Burada jı (mPa.s) alınmıştır. Çeşitli \ı değerleri için hesaplanan Kf. T (Şekil.29 e) veTon = Tjn + AT/2 değerleri aşağıdaki çizelgede verilmiştir. pC H AT H (mPa.s)
10 20 40 80 100
4.28 8,57 17,14 34,27 42,84
P
AT
11 13 16 20 21
23.0 27,2 33,5 41.9 44.0
T,,, 8,15 83,6 86,7 90,0 92,0 8-29
YATAKLAR değerleri Şekil.3 üzerinde işaretlenerek elde edilen eğrinin SAE yağlarını kestiği değerler ilgili yağlar için çalışma sıcaklığını ve viskozite değerlerini verir. Bu yağlar için elde edilen minimum yağ film kalınlıkları da aşağıda verilmiştir. SAE 10 20 30 40 50 60 70
T o r l (°C) 80 81 82 82,5 84 86 87
H (mPa.s) 7 9 12 15 22 28 35
Mum)
Kf 4,5 5,0 6,0 6,8 8,0 9,0 10,0
3,00 3,86 5.14 6.43 9,43 12.00 15.00
11.3 12.5 15.0 17,0 20.0 22.5 25,0
L/B'0.250—> . 0.333-A^
E /
w
w
: 1 1 1 1 1 1 11
1 1 1 1 1 1 1 1 1
2
5
1 1 1 M 1 II
I0 2 2
Kf
a. Bağıl en ince film kalınlığı parametresi b. Sürtünme faktörü Şekil.29- Sabit iokmalı eksene] yatakların performans parametreleri (8) Böylelikle verilen çalışma koşullarında çeşitli yağlar kullanılarak elde edilebilecek en ince yağ film kalınlıkları bulunur. Yatak ve karşılığı yüzeylerin işlenmesinde elde edilecek toplam pürüzlülüğün yaklaşık 5-7 kai.ı .ılı nanik kullanılacak yağ tipi belirlenir. Oynak Lokmalı Yataklar Oynak lokmalar milin hızına, yağ sıcaklıklığına, yük değerine göre en ince yağ kalınlığını ve eğimlerini kendiliğinden ayarlarlar ve en uygun yağ filminin otomatik olarak meydana gelmesini sağlarlar. Dönme yönüne göre daralan bir yağ kalınlığının oluşabilmesi için dayanak noktası, lokmanın ortası ile yağ çıkış kenan arasında olmalıdır. Boyutsuz tasarım parametreleri : Lokma genişlik-uzunlukoranı Dayanak noktası konumu Yük faktörü : Boyutsuz performans parametreleri: En ince yağ film kalınlığı: 8-30
:L/B : X/B Kf =
W ho
PB
YATAKLAR Bağü eğim : -S3_= h' ' h° Debi değişkeni :
—
Dışarı akan yağ debi oranı : Qz / Q Sıcaklık artış değişkeni : p CH AT / p Oynak lokmalı yatakların performans parametrelerinin değişmleri Şekil.30 da verilmiştir (8). Verilen bir L/B oranı ve yük faktörü için Şekil.3O dan maksimum yük taşıma durumundaki mesnet konumu ve bu konum için en ince yağ film kalınlığı. Şekil.3O(b) den de çalışma koşullarında oluşan eğim bulunur.
BLUO<
o. a 0.6 \
02
^
r-CO
£2A
o
c. Debi faktörü
,.1 1 , l 1
5
10
2
5
KD2
2
5
I03
d. Dışarı akan yağ debi oranı
10 e. Sıcaklık artış değerleri Şekil.29- Sabit lokmalı eksene! yatakların performans parametreleri (8). Eksenel Yatakların Direngenliği Dönel makinalarda rotorun dinamik davranışlarını yataklann direngenliği etkilemektedir. Kaymalı yataklarda yağ filminin yay gibi davranma özelliği nedeni ile direngenlik katsayısı, k, 8-31
YATAKLAR d İm olarak tanunlanır. Verilen bir eğik düzlemli yatak geomeüisi için yük kapasitesi
olarak yazılabilü-. (12) eşitliğinden eğik düzlemli yatak için direngenlik ho olarak bulunur. Bu eşitlik lokmalı yataklar için de geçerlidir.
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
x/B
a. En ince yağ film kalınlığı
b. Yağ filmi kalınlık oranının değişimi
1.0
BLU>li
4./7, /
-L/B-Z *ı V-'-5
¥:
't% 1
0.5
/
0.8 L/B-0.250^ 0.333-v
0.6
>C s
0.4
r. . . . .
0.2
1
1
0.6
0.7
l
'
0.8 Î/B
c. Debi faktörü
i**
•
0.9
'
1.0
0 0.5
0.7
0.6
0.8
x/B
d. Dışarı akan yağ debi oranı
050
0.60
0.70
0.60
X/B
e. Sürtünme faktörü f. Sıcaklık artış değişkeni Şekil JO Değişken eğimli eksene I yatakların performans parametreleri (8). 8-32
«ı» « *..*,«-»
0.90
YATAKLAR Eksencl Yatak Tasarım İlkeleri Eksenel lokmalı yatakların tasarımında izlenecek yöntem şöyle sıralanabilir : 1. Genellikle L/B=l alınarak tasarıma başlanır. Yatağın yerleştirildiği yer ve lokmalar arasındaki yağ kanal genişliği de dikkate alınarak lokma sayısı (n) ve lokma nominal ölçüleri (R|, 1<2 ve D) belirlenir. 2. Verilen bir yağ ve giriş sıcaklığı için, giriş sıcaklığı üzerinde tahmini bir ortalama sıcaklık alınır. 3. Ortalama sıcaklığa karşılık \x değeri verilen yağ için u-T grafiğinden okunur (Şekil.3). 4. Maksimum yük ve minimum sürtünme katsayısı ölçütlerinden biri seçilerek verilen çalışma koşullarında oluşacak hu ve hı grafiklerden hesaplanır. 5. Sıcaklık artış değişkeninden ortalama sıcaklık hesaplanır. Kabul edilen ortalama sıcaklık ile hesaplanan ortalama sıcaklık arasındaki fark kabul edilebilir bir değere düşünceye kadar hesaplanan yeni ortalama sıcaklık ile 3. aşamaya geri dönülerek hesap tekrarlanır. 6. Bu yöntem sonucunda elde edilen en ince yağ filmi yeteri kadar kalın değilse : - yağ viskozitesi ve/veya hız artırılarak, - yük ve/ya da daha iyi bir işlem ile yüzey pürüzlülüğü azaltılmak, tasarıma yeniden başlanmalıdır. 7. Yeterli bir en ince yağ filin kalınlığı elde edildikten sonra diğer performans parametreleri grafiklerden bulunur. 6. HİDROSTATİK YATAKLAR Birbirine karşı yüklenmiş yüzeyler arasında düşük kayma hızlarında yükü taşıyacak kadar hidrodinamik basınç oluşamaz. Kayma hareketinin olmadığı ya da çok düşük olduğu durumlarda yüzeyler arasında teması önleyecek kalın bir yağ tabakası oluşturmak amacı ile yatak içindeki bir bölgeye (cebe) yüksek basınçta yağlayıcı akışkan gönderilerek hidrostatik (dıştan basınçlı) yağlama yapılır. Hidrostatik yatakların, geometrileri ve cep şekilleri ile alışılagelmiş hidrodinamik kaymalı yataklara göre daha karmaşık yapımı ve çalıştırılması daha pahalı olmalarına rağmen birçok üstünlükleri vardır. Bunlar : 1. Çalışma duyarlılığı yüksektir. Radyal kaçıklıklar kolaylıkla 0,1 um ya da altında tutulabilir. 2. Yalak direngenliği ve sönümleme özelliği oldukça yüksektir. Uygun bir yağ viskozitesi ve yağ film kalınlığı seçimi ile istenilen değerler elde edilebilir. 3. Yatak sıcaklığı kısa bir sürede sürekli çalışma değerine erişir. Bu özellik, sayısal denetimli tezgahlar için oldukça önemlidir. 4. Yatakta hiç bir zaman metaliıı-metale teması olmadığından, çalışma ömrü sınırsızdır. Hidrostatik yalakların performansı yük taşıma kabiliyeti, yağ debisi, gerekli güç gereksinimi ve yatak direngenliği ile belirlenir. Eksencl Hidrostatik Yataklar Geometrisi tanımlanmış hidrostatik yalaklarda cep basıncı. 1\, gerekli yağ debisi. Q, ve pompa gücü, G, gereksinimi yatak katsayıları kullanılarak ifade edilir.
ı\ - K,, W. A
3
h 12 G:
W\ \AI
W A İv1 P M
Burada A : toplam yatak yüzey alanı W : yatak yükü h : film kalınlığı Kp : basınç katsayısı Kq : debi katsayısı K = Kp.Kq : Güç katsayısı 8-33
YATAKLAR Şekil.31-34 de geometrileri tanımlanmış çeşitli hidrostatik yatak ve cep şekilleri için basınç, debi ve güç katsayıları verilmiştir (6). Güç katsayıları genelde en az bir değere eriştiğinden her yatak geometrisi için en uygun | J ^ (optimum) yatak ve cep boyut oranlan belirlenebilir. Birden çok cepli diğer yatak geometrileri için gerekli cep Bs basıncı, debi ve pompa gücü Reynolds denkleminin sayısal çözümü ile elde edilir. Hidrostatik yataklarda direngenlik
olarak tanımlanır.
dh
r*
! yük
fa®
Şekil.31- Cepli dayiresel yatak (6).
Şekil32- 4-sektör cepli dayiresel yatak (6).
Genel olarak hidrostatik yataklarda yağ bir pompa yardımı ile cebe gönderilir ve yüzeyler arasındaki boşluktan dışarı çıkar. Boyutları küçük olan yataklarda yükteki eksen kaçıklığının neden olacağı film kalınlığı değişimi de küçük olacağından tek cepli yataklar kullanılır. Geniş yüzeyli yataklarda yükteki eksen kaçıklığının oluşturacağı devrilme momentini karşılayabilmek içini farklı basnıçların uygulanabileceği birden fazla cep kullanılır. Bu ceplere sabit debide yağ gönderilerek yükün devrilme momentine daha iyi direnerek yağ film kalınlığının oldukça sabit tutulması mümkün olmaktadır.
— -
rh LJJ
s]
-İri
Şekil33- Kare cepli kare yatak (6).
Şekil34- Dayire cepli köşeleri yuvarlatılmış kare yatak (6).
8-34
III M
YATAKLAR Sabit Debili Sistemler Sabit debili sistemlevede yağ doğrudan yatak cebine bir pompa ile gönderilir. Pompanın sabit debide çalışına basıncı Ps ile sınırlıdır. Belirli bir yük için tasarını filin kalınlığında, hu; (14) ve (15) numaralı denklemlerden tasanın cep basıncı P t 0 ile debi arasındaki ilişki 1 2
Ü
1>c - ' Q KJI ° ı3 ' v Hu
(17)
IVı
olarak yazılır'. Yağ film kalınlığının herhangi bir nedenle h değerine değişmesi ile cep basıncı l\-= h
— --r Kq
(18)
olarak yazılabilir. Boyutsuz parametreler : Boyutsuz film kalınlığı Cep basınç oranı
: 11 = h / hu : 1\. = 1\ / PM
Tasarım cep basınç oram
: r = l\ o / P^
Boyutsuzdebi
•Q-
KV
p s lı' Boyutsuz yük kapasitesi
. ^P Kq
: \y _\y / /\p
K
Boyutsuz direngenlik
: K = - ^^ dil Boyutsuz parametreler kullanılarak cep basıncı, yük kapasitesi, debi ve direngenlik
W = P, Q = PTH' K=3 ^=3 ^ İl4 II
(19)
olarak bulunur (7). Dirençli Sistemler Çok cepli sistemlerde her cep için ayrı ayrı pompa ile yağlama devresi kurulması pahalı bir çözümdür. Genellikle tek bir pompadan gönderilen yağ cep girişlerinden ünce direnç elemanlarından geçirilir. Böylece ceplerin bulunduğu yatak yüzeylerine farklı kuvvetlerin uygulanması (devrilme momenti) nedeniyle yağ aralığının azaldığı yatak yüzeyinde debi azalacağı için cepteki basınç düşer. Ancak direnç elemanları nedeniyle pompa çıkışında (ana yağ besleme kanalında) basınç etkilenmez. Böylelikle devrilme momentine karşı bir moment oluşarak eğilme önlenmiş olur. Hidrostatik yataklarda direnç elemanı olarak kılcal (kapiler) boru ya da konik delikli diyafram (orifis) ya da sabit debili vana kullanılır. Kılcal (Kapiler) Boru Dcnklcştiricili Sistemler Küçük çaplı uzun bir boru yağ kısıtlayıcı (direnç) elemanı olarak basınç düşümü sağlar.Çapı de, boyu Lt olan bir boruda yağ giriş, çıkış etkileri ve viskozite değişimi ihmal edilerek laminer akım için debi denklemi Qt=k,]^^
(20) 8-35
YATAKLAR olarak verilir. Burada kc = — — — ^ Genellikle boru boyu L«> 100 de olarak alınır. Laminer akım borular için 1 2 o LJC
Reynoldas sayısının 2000 den küçük değerleri için geçerlidir. Reynolds sayısının debi ile tanımı Rc=İ£Qi<2000 olmalıdır. Kılcal boru denkleştiricili sistemlerde kılcal borudan geçen ve (20) numaralı denklem ile verilen debi, yataktaki (18) numaralı denklem ile verilen debiye eşitlenerek cep basıncı sabit pompa çıkış (ana yağ besleme boru) basıncı, P,, cinsinden yazılır. Pc = - P, l+h'/Kc burada
Kc=
1 2 K p
(21)
dür.
Cep basıncı, yük kapasitesi, debi ve direngenlik boyutsuz parametreler ile
y=Pc j = H3Pc K=^Pc(l-Pc) H
(22)
olarak yazılır (7). Konik Delikli Diyafram (Orifis) Denkleştiricili Sistemler Çapı do olan konik delikli (keskin kenarlı) diyafram denkleştiriciden geçen debi \l/2
olarak verilir. Burada
p akışkan yoğunluğu ve diyafram akım katsayısı Cd Reynolds sayısına bağlı olarak verilir. Reynolds sayısı basınç farkı ile
Re = i[2p(P z -P,)]" 2 olarak tanımlanır ve Re>15içinC d = 0,6 Re < 15 için Cd = 0,20 VR7 alınır. Diyafram delik çapı, diyaframın yerleştirildiği boru çapının en fazla 1/10 u olmalıdır, do < 0,5 mm değerlerinde diyaframın tıkanma tehlikesi yüksektir. Konik delikli diyafram denkleştiricili sistemlerde, diyaframdan geçen ve (23) numaralı denklem ile verilen debi yataktaki (18) numaralı denklem ile verilen debiye eşitlenerek cep basıncı sabit pompa çıkış basıncı cinsinden yazılır. Boyutsuz cep basıncı denkleminin pozitif kökü
P?H«=K 0 (l-Pc)
(25)
(26) 8-36
YATAKLAR olarak verilir. Burada Ko = X Boyutsuz parametreler kullanılarak yük, debi ve direngenlik
W— — Pc r
Q = H3PC
(27)
olarak bulunur (7). Denkleştiricili Sistemlerin Karşılaştırılması l-'ilm kalınlığının çalışma koşullarında herhangi bir nedenle tasarım değerinden değişmesi sonucunda cep bu sıncı, yük kapasitesi, debi ve direngenlik de değişir. Yatak direngenliği yükteki değişmeye karşı yağ film kalınlığındaki değişmeyi belirlediği için hidrostatik yaliıV. tasarımında çok önemli bir tasarım parametresidir. Genellikle yatak çalışma koşullarında direngenlik maksimum değerde olacak şekilde tasarım yapılmalıdır. Sabit debili, kılcal borulu ve diyafram denkleştiririn sistemlerde direngenlik sırasıyla (19), (22) ve (27) numaralı eşitlikler ile verilmiştir. Bu eşitliklerde direngenliği etkileyen iki parametre cep basınç oranı ve yağ film kalınlığı olduğundan hidrostatik yatak tasarımında bu iki paıtıne trenin etkisi göz önünde tutulmalıdır. Cep Basınç Oranının Belirlenmesi Cep basınç oranının değeri direngenliği belirleyen en önemli faktördür. Şekil.35 de tasarım film kalınlığ (H=1,O) için boyutsuz direngenliklerin tasarım basınç oranına (r) göre değişimleri karşılaştırmalı olarak verilmiş tir (7). Kılcal boru ve konik delikli diyafram denkleştiricili sistemlerde direngenlik bir maksimum noktasına eri sirken sabit debili sistemlerde direngenlik doğrusal olarak artar. Tasarım film kalınlığında direngenliklerin maksimum değerleri ve bu değerlerdeki cep basınç oranları «V
Kılcal borulu Konik delikli diyafram
İV
m
3r(l-r) 6r(lr)/(2-r)
»İre
F
0,75 1,03
0,50 0,586
olarak bulunur. Bu nedenle tasarım film kalınlığında cep basınç oranı kılcal borulu sistemler için 0,5 ve diyaframlı sistemler için ise 0,586 değerleri tercih edilmelidir. Direngenliğin maksimum değerlerine eriştiği bölgelerde basınç oranına göre değişimi çok azdır. Maksimum direngenliğin elde edildiği bölgede konik delikli diyaframlı sistemlerde direngenlik yaklaşık olarak %33 daha fazladır. Film Kalınlığının Etkisi: Şekil.36 da cep basıncı (yük kapasitesi), debi ve direngenliğin karşılaştırmalı olarak film kalınlığına göre değişimleri verilmiştir (7). Burada karşılaştırma, tasarım fim kalınlığında kılcal boru ve diyaframlı sistemlerde maksimum direngenliği veren cep basınç oranlarında, sabit debili sistemler için ise bu iki maksimum değerin erişilebileceği basınç oranlarında yapılmıştır. Şekil üzerindeki numaralar ve sistemlerin özellikleri aşağıda verilmiştir. No. 1 2 3 4
Sistemler Kılcal borulu Diyaframlı Sabit debili Sabit debili
Km,ta
0,75 1,03 0,75 1,03
r 0,5 0,586 0,25 0,333 8-37
YATAKLAR
K
1.4 h 1.2
/^-Sabit debili pompa
1.0
.
0.8
/s
^ \
0.6
X X
/-Konik delikl diyafram
\
\
Kılcal boru-
0.4
\ 0.2 -
/
,
0.2
,
1
0.4
0.6
I
ı
1
ı
0.8
1.0
Şekil-35- Dirençli sistemlerin direngenliklerinin basınç oranına göre değişimi (7). Şekil.36a da kılcal borulu ve diyframlı sistemlerde cep basıncı film kalınlığının 0,6 dan küçük değerlerinde besleme basıncı değerine ve yük kapasitesi de maksimum değerlere yaklaşır. Diyafram denkleştiricili yataklar genelde tüm film kalınlığı değerlerinde kılcal borulu sistemlere göre daha yüksek yük taşırlar. Ancak sabit debili sistemlerde cep basıncı ve yük kapasitesi film kalınlığının azalmasıyla çok hızla artmakta ve cep basıncı 1,0 değerini aşamıyacağı için film kalınlığındaki azalma sınırlanmaktadır. Örneğin: 0,25 cep basınç oranı için film kalınlığının 0,63 den, 0,333 cep basınç oranı için ise film kalınlığının 0,7 den daha küçük olması durumunda sistem pompa basıncı ile sınırlanmaktadır. Şekil.36b de diyafram ve kılcal boru denkleştiricili sistemlerin debileri arasındaki fark çok küçüktür. Sabit debili sistemlerde film kalınlığı cep basıncının 1,0 değerine eriştiği yerde sona erer. Film kalınlığı azalırken yağın büyük bir miktarı basınç alma vanasından yağ deposuna geri döner.
0 02 0.4 06 08
10
12
1.4 16
16
2JO
LJ
a. Yük kapasitt-M
10 -,
Q 080J6.
0.4 02 0
Q2 O4 Cİ6 08 ÜO 12 14 16 \B ZP
H
0
Q2 0 4 0 6 0.8
b. Debi c. Direngenlik Şekil J 6 - Denkleştiricili sistemlerin karşılaştırılması (7). 8-38
IX)
12
H
W
L6
LB
İD
YATAKLAR Film kalınlığının değişmesi yatak cep basıncını da etkiler. Kılcal burulu sistemler için direngenlik denkleminin ikinci tarafından r=0,5 için (28) elde edilir (7). Bu eşitlikte direngenliğin filin kalınlığı ile değişimi Şekil.36c de verilmiştir. Maksimum direngenlik film kalınlığının 0,7937 ve cep basıncının 0.666 değerinde 0.837 olarak bulunur. Diyaframlı sistemlerde film kalınlığı azalırken direngenlik kılcal borukı sistemlere göre daha hızlı artarak maksimum değere erişil'. Direngenlik denkleminde r = 0,586 koyularak ve (11) ya göre türevi alınarak 11=0,9 değerinde maksimum direngenlik 1,09 olarak bulunur. Bu koşullardaki cep basıncı (26) numaralı denklemin ikinci tarafından (ya da Şekil.36a dan) 0,691 olarak bulunur. Tasarım film kalınlığında diyafram ile daha yüksek direngenlik ekle edilebilmesine karşın, film kalınlığının azalmasıyla direngenlik çok daha hızlı azalmakladır. Bu nedenle pratikte daha az değişim gösteren kılcal borulu denkleştiriciler kullanılır. Sabit debili sistemlerde direngenlik film kalınlığının azalmasıyla aşırı derecede artar. Ancak, bu artış film kalınlığının minimum değeri ile sınırlanmaktadır. 7. SÜkTÜNMKLİ YATAKLAR Kuru ya da sınır yağlama koşullarında çalışan kaymalı yataklar sürtünmeli yatak olarak tanımlanırlar. Ağır yüklerde ve/veya yavaş kayma hızlarında yatağın yağlanmasına rağmen yeterli büyüklükte hidrodinamik basınç oluşamaz. Bu koşullarda çalışan yataklarda kayan ve sabit yüzeyler birbirine sürterler. Bu yatakların çalışması aşın ısınına ve inilin yatak sarması, yatak malzemesinin mekanik özelliklerinin değişmesi ile sınırlanmaktadır. Sürtünen yüzeylerde sürtünme kuvveti direnci nedeni ile oluşan ısının yüzeylerden malzemelerin içlerine ısı iletimi ile yayılması gereklidir. Sürtünme (ya da izdüşüm) alanı A. yüzey kayma hızı V. iki malzeme arasındaki sürtünme katsayısı f olan bir sürtünen yatağa W yükü uygulanırsa, yüzeyler arasında oluşan ısı fWV ile ifade edilir. Bu ısı, TD sıcaklığındaki yatak yüzeyinden yatak gövdesi ve mil ile TA sıcaklığındaki çevreye ısı iletimi, konveksiyonu ve radyasyonu ile yayılır. Toplam ısı yayılım katsayısı k ile gösterilirse ısı denge denklemi f W V = k A (T B - T A )
(29)
şeklinde yazılır. Bu denklem yatak tasarım parametreleri ortalama yatak basıncı p = W/A ve kayma hızı çarpımı şeklinde yazılırsa pV = k -(T u -'l\) f
(30)
denkleminin sağ tarafındaki k, f ve Tu yatak malzemesinin özellikleri ile belirlenmektedir. Verilen bir yatak malzemesinin dayanabileceği en yüksek yatak malzemesinin dayanabileceği en yüksek yatak sıcaklığı Tmats olduğundan pV çarpımı için en yüksek bir (pV),M:,ks değeri tanımlanmakladır. Bu nedenle sürlünmeli yataklarda yatak parametresi pV pV<(pV) m;ık , olarak tasarım yapılmalıdır. Kayma hızının çok düşük olduğu ya da kayma durumunun olmadığı durumlarda yalak malzemesinin uygulanan ortalama basınçta yorulma ve statik basına dayanım değeri ile sınırlanmakladır.
Aynı şekilde yatak basıncının çok düşük ve kayma hızının yüksek olduğu durumlarda yalakta oluşan ısı kolaylıkla çevreye iletilemediği için yatak malzemesine bağlı olarak kayma hızı bir üst limit ile sınırlanmaktadır. V < V,,uU Kuru ve sınır sürtünme koşullarında çalışan sürlünmeli yataklarda melal olmayan malzemeler, gözenekli ya da yağlayıcı dolgulu metal malzemeler de kullanılır. Şekil.37 de sahil bir yük altında salınım hareketi yapan rad8-39
YATAKLAR yal yataklar için yatak ortalama basıncının kayma hızına göre değişimleri verilmiştir (9). Burada çelik mile karşı çalışan çeşitli yatak malzemelerinin emniyetli çalışma bölgeleri eğrilerin altındaki bölgeler olarak tanımlanmıştır, aynı koşullarda çalı;şan yuvarlanma elemanlı yatakların yük kapasitesi yaklaşık 10 MPa dır.
P(MPo)
o.oı V(m/s)
a. Çelik b. İTİ li tekstil c. 1" IT'E ile dolgulu gözenekli metal d. Dolgu malzemeli tcrınosctlcr e. Dolgu malzemeli PTFE Şekil.37- Salınım hareketi için sürtünnıeli yatak malzemeleri (9). 8. YATAK MALZEMELERİ Genci Özellikler Hidrodinamik ve sınır sürtünme koşullarında yatağın işlevini yerine getirebilmesinde yatak malzemesinin özellikleri önemlidir. Yatak malzemesi seçiminde yük ve kayma hızı dışında diğer çalışma ve çevre koşullan, güvenilirlik, mil esnemesi ve eksen kaçıklığı gibi faktörler de göz önüne alınmalıdır. İyi bir yatak malzemesinin şu özellikleri olmalıdır : 1. Yatak üzerindeki maksimum statik yüke ve değişken yüke .dayanabilecek derecede basma (statik) ve yorulma dayanımına sahip olmalıdır. 2. Yarı-sıvı sürtünme koşullarında sürtünme katsayısı ve aşınma miktarı az olmalıdır. 3. Isı iletim katsayısı yüksek olmalıdır. 4. Isıl genleşme katsayısı düşük ve genleşme düzgün olmalıdır. 5. Yatak malzemesi eksen eğimleri ve diğer geometrik hatalar için muylu ile kolaylıkla alıştırılabilir olmalıdır. 6. Yatak malzemesi muylu ile yük altında bölgesel kaynak bağları oluşturmayan, yapışma (adhezyon) özelliği olmayan, benzemez malzemeden olmalıdır. 7. Tam sarmanın önlenmesi için, malzemenin ergime sıcaklığı çalışma sıcaklığının üstünde fakat düşük olmalıdır. 8. Muyludaki aşınmanın önlenebilmesi için yatak malzemesi muyluya göre daha yumşak olmalıdır. 9. Yatak malzemesi yatak içindeki sert yabancı maddelerin kolaylıkla gömülebileceği derecede yumşak olmalıdır. 10. Yağ ile ıslatılabilme özelliği olmalıdır. 11. Korozyona karşı dayanıklı olmalıda-. 12. Malzemenin kolaylıkla işlenebilme özelliği olmalıdır. 13. Malzeme kolaylıkla bulunabilir ve ucuz olmalıdır.
8-40
YATAKLAR Metal Yatak Malzemeleri Kaymalı yatak malzemesi olarak kullanılan malzemeler yumşak malzemelerin alaşımlarıdır. Çizelge.8 de genellikle kullanılan malzemelerin özellikleri ve çalışma üst sınır değerleri verilmiştir (10, 11). Burada aşınma fak3 törü, K, kullanılarak aşınma miktarı, V(m ), kayma mesafesi, L(m), ve yük, W(N) ile V = K.WL eşitliğinden hesaplanabilir. Bronz esas malzemesi bakır olan ve kalay, kurşun, çinko ve alüminyum gibi maddelerin biri ile ya da birden fazlasının alaşımıdır. Kurşunlu bronzun dayanımı ve sınır sürtünme soşullarındaki sürtünme katsayısı düşük ve sert malzemelerin gömülebilme kabiliyeti yüksektir. Kalay ve alüminyum bronzlarının dayanımları ve sertlikleri daha yüksektir, ancak sert maddelerin gömülebilme kabiliyeti daha azdır. Genelde kalay, alüminyum ve demir gibi alaşım elemanları statik ve yorulma yük kapasitelerini; sertlik, aşınma direncini arttırır. Babit ya da beyaz metal olarak bilinen kalay ya da kurşun esaslı alaşımlar en eski malzemelerdir. Alaşımın yaklaşık %80 i esas malzemeden oluşur. Bu metaller yumşak olduğundan mile zarar vermeden kolaylıkla alıştırılabilirler. Yağlanarak kullanılmalı ve sınır yağlama koşullarında çok küçük sürtünme katsayısı gösterirler. Mekanik dayanımları düşüktür ve bu nedenle bakır ve antimon gibi maddeler katılarak kuvvetlendirilebilir. Babiller genellikle daha kuvvetli bir metal (demir, çelik ya da bronz) zarf üzerine ince bir tabaka olarak kaplanabilir ya da kalın bir tabaka olarak dökülebilir. ince babit tabakasının yorulma dayanımı kalın tabakaya göre daha yüksektir. Bu metallerle çalışacak milin sertliği en az 150-200 BUN olmalı ve mil yüzeyi ortalama yüzey pürüzlülüğü 0,250,30 um olacak şekilde taşlanmalıdır. Alüminyum alaşımlı yataklar sert, statik yük taşıma kapasiteleri, yorulma dayanımları ve korozyon direnci yüksek, fiyatları düşük malzemelerdir. Diğer malzemelere göre alıştırma, gömülme ve yapışma özellikleri daha az olduğundan bu yataklar yağlanmak kullanılmalıdır. Birlikte çalışacak milinin iyi bir yüzey kalitesi ve sertliği en az 160 BUN olmalıdır. Bu yataklar özellikle içten yanmalı motorlarda krank mili yatakları olarak kullanılır. Çizelge.8- Metal Yatak Malzemelerinin Özellikleri (10, 11) 10'a (1/°C)
Sertlik (BHN)
1750
0,05
18
75
1,7
(MPa)
Tı1ıakB (°C)
(MPa.m/s)
Kalaylı Bronz
35
150
l'mak»
Kurşunlu Bronz Alüminyum Bronz
1O'°K (m3/N.m)
f
Malzeme
(pV)nıakB
28
150
1045
0,05
18
65
3,5
138
150
1750
0,07
16
170
0,7
Kurşun Babit
35
150
0.05
25
10
1,2
Kalay Babit
35
150
0,05
23
10
1,2
0.06
24
40
0,07
17
(40Rc)
Alüminyum Kalay Berilyum Bakır
28
120
690
315
10450
0,3
Gözenekli Metal Yatak malzemeleri Gözenekli metaller metal tozlarına presleme ve sinteıleme uygulanarak elde edilen geçirgen metal mazemelerdir. Bu malzemeler birbiri ile bağlantısı olan ve tüm hacmin A 10 ile %35 i arasında değişen oranda gözeneklerden (boşluklardan) oluşur. Yağ, gözenekli metallere emdirilerek boşluklarda depolanır ve yalağın çalışması sırasında yük ve sıcaklığın etkisi ile birbirine bağlı gözenekler arasından kılcallık etksi ile akarak yatak yüzeyini yağlar. Bu nedenle bu yataklar kendinden yağlamak yalak olarak da tanımlanır. Bu yatalar içindeki emdirilmiş yağ ile uzun süre yağ eklenmeden çalışabildiğinden yağlamanın kolaylıkla yapılamadığı yerlerde tercih edilirler. Kendinden yağlamalı yatakların özelliklerini geliştirmek için % 1-3.5 grafit eklenebilir. Ancak, grafit yatak malzemesinin dayanımını azaltu'. Salınım hareketi ya da git-gcl hareketi yapan yüzeyler için yağ miktarı az, ancak grafit oranı yüksek olan yataklar kullanılmalıdır. Yüksek hızda az yük altında çalışan yataklarda ise maksimum yağ tutabilmek için yüksek gözenek oranlı yataklar kullanılmalıdır. Çizelge.9 da sınır yağlama koşullarında çalışan gözenekli metal yatakların çalışabilecekleri üst sınır değerleri verilmiştir.
8-41
YATAKLAR Çizelge.!)- Gözenekli Metal Yatakların Özellikleri (10, 11) Malzeme Bronz Kurşuıı-Bronz Bakır-Bronz Demir Bronz-Demir Kurşun-Demir Sertleşti rilcbilir Bakır-Dcmir AlUminyum
1»„,„!* (Ml'a) Statik Yorulma
vmaks
Tmuks
(m/s)
( C) 150
55 24 138 69 72 28
14 5,5 28 21 17 7
6.1 7.6 1,1 2,0 4,1 4,1
345 28
55 14
0,2 6,1
Ü
150
pV) m a k . v ( (Ml'a.nı/s) 1,75 2.1 1.2 1,05 1,2 1,75
f
0,10 0,12
2,6 1.8
Metal Olmayan Yatak Malzemeleri Metal olmayan birçok malzemenin yatak malzemesi için gerekli özellikleri vardır. Grafit ve çeşitli plastik malzemelerin düzgün metal yüzeylerle çok düşük sürtünme katsayısı olduğundan bu malzemeler kendiliğinden yağlamak ya da kendi kendini yağlayan malzemeler olarak da bilinil'. Sürtünme katsayısının küçük olması, yüksek sıcaklıkta bozulmadan çalışabilme, çözücülere karşı direnci ve fiyatlarının düşük olması gibi nedenlerle tercih edilirler. Naylon, Vl'VIl gibi plastiklerin ağır yüklerde ezilmeleri ve düşük ısı iletim katsayıları nedeni ile aşın ısınmaları en olumsuz özellikleridir. Ancak bu malzemeler, çeşitli katkı ve dolgu maddeleri ile ya da metal yatak üzerine kaplama yapılarak orta-yüksek hızlarda ve yüklerde kullanılabilir. Çizelge.10 da metal olmayan yatak malzemelerinin çalışabilecekleri en yüksek basınç, sıcaklık, (pV) faktörü ile sürtünme ve ısıl genleşme katsayıları vcrilıırîştir (2). Buradaki (pV)maks ve sürtünme katsayısı değerleri kuru sürtünme koşullan için verilmiştir. Alışılagelmiş yağlayaular ya da çalışma ortamındaki sıvılar ile yağlama yapılması durumunda (pV),,,^ değerlerinden daha yüksek ve sürtünme katsayılarında daha düşük değerler elde edilebilir. Örneğin, gres ile yağlanmış grafit dolgulu metallerde 0.02 ve su ile çalışan dolgulu termoset plastiklerde 0,006 sürtünme katsayısı değerleri elde edilebilir. Aşınma oranı yük, kayma hızı, sıcaklık, malzeme ve yüzeylerin pürüzlülüğü ile değişmektedir. Bu çizelgede verilen (pV), mks değerleri 100 saatlik bir çalışma süresi içinde 25 \un aşınma derinliği için geçerlidir. Özel uygulamalarda daha fazla ya da daha az aşınma oranı elde edilebilir. Bu durumlarda üreticiye danışılmalıdır. Karbon-grajiı özellikle yüksek sıcaklıktaki kuru sürtünme koşullarında kullanılır. Sürekli kuru çalışma koşullarında Vnuj;S 1,25 m/s olmalıdır. Çizelge. 10 da V,mus ve (pV) maks için verilen ilk değerler sürekli kuru çalışına koşullarındaki, ikinci değerler ise kısa süreli periyotlarla çalışma içindir. Naylon, asetal, teflon, feııolikler. polielilen, poliyamid gibi çok çeşitli plastik bileşikler yatak malzemesi olarak kullanılabilir. Yağlama ve aşınma özelliklerini geliştirmek amacı ile M0S2, grafit tozu ve çeşitli reçineler ile karıştırılarak kullanılırlar. Bu malzemeler yıımşaklır ve mekanik dayanımları düşüktür. Mekanik dayanımlarım artumak için cam elyafı ve metal dolgu malzemeleri ile kuvvetlendirilerek ya da metal yatak üzerine ince bir tabaka kaplanarak kullanılırlar. Koro/.yona karşı dirençli olmalarına karşın birçok eriyik, asit ve bazik sıvılardan etkilenirler. Teflon (poliieirajloreiilen, l'TFE) en önemli özelliği diğer katı maddelerle çok az yapışma (adhezyon) eğilimi olması nedeniyle sürtünme katsayısının çok küçük olmasıdır. Saf teflon olarak mekanik dayanımı, ısı iletim katsayısı düşük ve ısıl genleşme katsayısı yüksek olan bir malzemedir. Bu nedenlerde düşük hız ve yük uygulamalarında kullanılabilir. Ancak bu özellikler teflonun gözenekli metal yapı içinde ya da bir melal yapı içinde dolgu malzemesi olarak ya da metal bir yalak zarfı üzerine kaplama olarak kullanılması ile geliştirilebilir. Böylelikle mekanik dayanımı ve ısıl özellikleri melal malzemenin ya da esas malzemenin özelliklerine, yüzey özellikleri ise teflonun özelliklerine sahip olur. Teflonun yüzeye yapışına özelliği olmadığından ancak fenolik reçine ile yüzeylere yapıştu'ilabilir. Poliyamid plastikler içinde yüksek sıcaklığa (400"C) dayanabilen ve kimyasal olarak aktif olmayan bir maddedir. Mekanik dayanımını arttırmak için grafit ve diğer dolgu malzemeleri ile sinterleneıek kullanılabilir. Fenolik yataklar kompozit malzemelerdir. Pamuklu tekstil, asbest ya da diğer dolgu maddeleri fenolik reçine ile tabakalar (katmanlar) halinde yapıştırılarak elde edilir. Ağır yüklere dayanabilen gözenekli bir yapıları vardır. 8-42
\f- & ili.'- '<
YATAKLAR Isı iletim katsayılarının diis.uk olması nedeniyle düşük kayma hızlarında kullanılabilir. Fenolik yataklarda genellikle su ile yağlama ve soğutma yapılır. Yatak su ile şişerek şekil değiştireceğinden normal olarak kullanılan yatak boşluklarından daha l'azla boşluk kullanılmalıdır. Çok yüksek sıcaklıkların olduğu nükleer reaktörlerde ve fırınlarda sertliği, korozyona ve aşınmaya karşı direnci yüksek seramikler, sermetler (90 Rc) ve alüminyum oksit (AI2O3) ve bor-silisyum camı çok küçük sürtünme momenti gerektiren saatçilik ve cihaz imalatında kullanılmaktadır. Çizelge.10- Sürtünnıeli Yatak Malzemelerinin Özellikleri (2) P,,K,ks
Malzeme
(MPa)
Karbon-grafit
» nıuks
(UC)
(pV) n ı u k » (kPa.nı/s)
f
10*a (1/°C)
1,4-3.0
500
110-180
0,10-0,25
1,5-5,0
3-5
250
145-220
0,10-0,35
4,0-5,0
Grafit dolgulu demir
70
600
280-350
0,10-0,15
12-13
Grafit dolgulu bronz
30
500
"280-350
0,02
2
250
350
0,13-0.5
16-20 3,5-5,0
Dolgulu termoset plastikler
35
200
350
0,1-0,4
25-28
Termoplastikler Dolgulu termoplastikler
10
100
35
0.1-0,45
10-14
100
35-110
0,15-0.40
Karbon-grafit metal dolgu ile
Grafit-termoset reçine
100
80-100
Metal zarflı dolgulu termoplastikler Dolgulu PTFE
140
105
35
0,20-0,35
27
7
250
35
0,05-0,35
60-100
Çelik üzerine dolgulu F11E
140
2S0
1750
0.05-0,30
20
420
250
1600
0.03-0,30
Metal üzerine kaplanmış cam elyafı ile PIT E
9. YUVARLANMA LLKMANLI YATAKLAR Genel Özellikler Yuvarlanma elemanlı yatakların kaymalı yataklara güre üstünlükleri şöyle sıralanabilir : 1234-
Kalkışta ve duruşta sürtünme çok düşüktür. Gıı özellik çok sık durup kalkan nıakinalai' için önemlidir. Dil' çok yuvarlanma elemanlı yatak radyal ve eksenel yükleri birlikte taşıyabilir. Yatağın genişlik/çap oranı çok daha küçüktür. Yuvarlanma elemanları ile bileziklerin temas alanı çok küçük olduğundan gerekli yağ miktarı çok azdır ve bu nedenle de yağlanması kolaylıkla yapılabilir. 5- Mil yuvaya göre daha hassas olarak merkezlenebilir. 6- Yuvarlanma elemanlı yalaklar geometrileri, yük kapasiteleri ve sembolleri ile slandard ınakina elemanları olduğundan kolaylıkla değiştirilebilir.
Zayıf tarafları ise : 1- Çalışma ömürleri malzemenin yorulma özelliği nedeni ile sınırlıdır. 2- Yuvarlanma elemanları ile bilezikler arasındaki temas bölgeleri çok küçük olduğundan mildeki titreşimlerin sönümlendirilmesi çok azdır ve bu nedenle titreşim kolaylıkla gövdeye iletilir. 3- Milin çalışma konumundaki titreşim ve gürültü düzeyi kaymalı yataklara göre daha fazladır. 4- Montajda mil ve gövdedeki geometrik halalara karşı duyarlıdırlar. 5- Dairesel lek parça yapıları ile iki parçalı kaymalı yalaklara göre montajda zorluk çıkartabilir. 6- Eşil çaplı kaymalı yataklara göre daha pahalıdır.
8-43
YATAKLAR Yatak Geometrisi ve Tanımlar Uygulamada çeşitli koşullar için birbirinden farklı yuvarlanma elemanh yataklar geliştirilimiştir. Ancak, temelde bu yatakların tümü yuva içine yerleştirilen dış bilezik (gövde ya da yuva bileziği), mil üzerine yerleştirilen iç bilezik (ya da mil bileziği), bilezikleri birbirinden ayıran yuvarlanma elemanları ve bu elemanların birbirine sürtünmesini önleyen kafesten oluşur. Şekil.38 de tipik bir radyal yatağın kesiti üzerinde yatağı oluşturan parçalar ve özellikleri gösterilmiştir. Yuvarlanma elemanları iç ve dış bilezik içindeki yuvarlanma yollarında hareket ederler. Yuvarlanma elemanlarının yük altında birbirlerine sürtünmelerini önlemek amacı ile yatak ekseni etrafında yuvarlanma elemanları ile birlikte dönen kafes içine yerleştirilirler. Yük iletiminde kafesin hiçbir rolü yoktur. Kafesler genellikle çelik ya da pirinç saçtan presle şekil verilerek, masif çelik ya da prinç ya da plastikten işlenerek elde edilir. Kafesler iç ya da dış bileziğe kılavuzlu olarak yerleştirilir. Yatak bileziklerinin köşeleri mil ve yuvaya tam olarak oturtulabilmesi için yuvarlatılmıştır. Mil ve yatak yuvasındaki yuvarlatma değeri bileziklerin imalatçı katalogunda belirtilen köşe yuvarlatma ölçüsünden daha küçük olmalıdır. Yatakların dış ölçüleri standartlaştırlrruştır. tç yapılan, yuvarlanma elemanlarının boyutları ve sayıları, kafes tipi imalatçıya göre değişebilir. Yatak Tipleri Yuvarlanma elemanh yataklar uygulanan yük yönüne göre temelde iki gruba ayrılabilir. Mil eksenine dik yöndeki (yanal) kuvvetleri taşıyan yataklar radyal yataklar ve mil ekseni yönündeki yükleri taşıyan yataklar da eksenel yataklar olarak adlandırılırlar. İç geometrik tasarımları nedeni ile radyal yataklar radyal yüke ek olarak eksenel yük, eksenel yataklar da eksenel yüke ek olarak radyal yük taşıyabilirler. Radyal ve eksenel yataklar da kendi aralarında yuvarlanma elemanının şekline göre sınıflandırılabilirler. Şekil.39 da yuvarlanma elemanh yatak tiplerinin sınıflandırılması ve kesit şekilleri verilmiştir. Radyal Yataklar Sabit bilyalı yataklar çok sık olarak kullanılan yataklardır. İç ve dış bilezikteki yuvarlanma yollarının yarıçapı bilya yançapından çok az büyük olduğundan nokta temas sağlanır. Sürtünme katsayısının düşük olması nedeni ile yüksek hızlarda güç kaybı az olur. Sabit bilyalı yatak geometrisi ile diğer yatak tiplerine göre daha hassas yatak yapımı mümkün olduğundan düşük titreşimli ve gürültü seviyeli yataklar yapılabilir. Tek tarafı ya da iki tarafı temassız kapaklı, temaslı contalı ve/veya dış bileziği yatak yuvasına eksenel ol ark tesbit edebilmek için segman yuvalı ve segmanlı olan tipleri de vardır.
-\2
r-Dış yüzey Bilya Segman yuvosı
"""Ty^V
»ı/DIı
•Dış bilezik omuzu
J""*""1'
Eftik
Soc kapak
sıralı — Dörl nokto terriaslı
Kafes ıpOK yuvası pahı
— Oynok bilyalı Rodyol ~ yotoklor
-İç bilezik yuvarlanma yolu
Silindir
J
Konik
J
Tek s "°"
rolı — Oynak mokorolı
{ cr. Tek
.Sobit bilyol
|—
Dış bilezik keçe yuvası pahı
Bil/Olı
-(
' - -
•••;••
toynok)
EJik bilyolı
Köşe yuvorlotması
Şekil.38- Yuvarlanma elemanh yatağın parçaları
Şekil J 9 - Yuvarlanma elemanh yatakların sınıflandırılması
Çift sıra bilyalı yatakların genellikle bilya doldurma kanalı vardır. Tek sıra bilyah yataklara göre radyal yük kapasiteleri daha fazladır, ancak eksenel yük kapasitesi bilya doldurma kanalı nedeni ile sınırlıdır. 8-44
I
imi.
YATAKLAR Omuzlu bilyalı yataklar sabit bilyalı yatak ile aynı iç bileziğe sahiptir. Tek suali sabit bilyah yataklardan farkı dış bileziğinin yuvarlanma yolunun bir tarafının açık olmasıdır. Bu nedenle yatak parçalarına ayrılabilir .ve ancak tek yönden gelen eksenel kuvvetleri karşılayabilir. Genellikle bu yatakların ikisi bir inil üzerine yerleştirilir, tç ve dış bileziğin ayrı ayrı takılması montajda kolaylık sağlar. Eğik bilyalı yatakların iç ve dış bilezik yuvarlanma yollarının birer yanı birbirlerinin ters yönünde açıktır. Böylelikle bilya doldurma kanalı olmadan çok sayıda bilya yerleştirilebilir ve yatak parçalarına ayrılamaz. Yük bilyalardan mil eksenine eğik olarak iletilir ve böylelikle radyal ve bir yöndeki eksenel yükleri birlikte taşımaya uygundur. 15°, 30° ve 40° temas açılı eğik bilyalı yataklar vardır. Radyal yükün yatak üzerinde oluşturacağı eksenel kuvveti ya da iki yönden de gelebilecek eksenel kuvvetleri karşılayabilmek amacıyla iki tane eğik bilyalı yatak kullanılmalıdır. Bu yataklar mil üzerinde iki ayrı konumda ve farklı ölçüde olabileceği gibi aynı bir konumda eşleştirilmiş çift olarak da yerleştirilebilirler. Eğik bilyalı yataklar 0-düzeninde (sırt-sırta), X-düzeninde (yiizyüze) ya da landan düzeninde (aynı yönde) ön yükleme ile yerleştirilirler. Yüksek devirlerde ve yüklerde hassas bir çalışma sağlaması nedeni ile takım tezgahlarında geniş bir uygulama alanı bulmaktadır. Çift sıralı eğik bilyalı yataklar iç yapı bakımından 0-düzeninde yerleştirilmiş bir çift tek sıralı eğik bilyalı yataktır. Standard yapıdakilerin bilya doldurma kanalı yoktur ve temas açısı 32° dir. Tek sıralı bilyalı yataklara göre daha yüksek radyal yükleri ve iki yönde eksenel yükleri karşılayabilirler. Dört nokta temaslı yalaklar tek sıra bilyalı ve iki parçalı iç bileziği olan yataklardır. Bilya sayılan diğer tek sıralı yataklara göre daha çok olduğundan yük kapasiteleri daha yüksektir. İç bilezik parçalarına ön yükleme uygulanarak bilyalar ile bilezikler arasında eğik kuvvet iletimi elde edilerek yerleştirilir. Standard yataklarda temas açısı 35° dir. Bu yataklar her iki yönde de eksenel yük taşırlar. Oynak bilyalı yatakların çift suali bilyaları kafes ile birlikle iç bilezik üzerindeki yuvarlanma yollarına yerleştirilmiştir. Dış bilezikteki yuvarlanma yolu iç bükey küre şeklinde olduğundan yatak parçalarına ayrılamaz ancak 4° ye kadar eksen kaçıklıklarından kaynaklanan yerleştirme hataları ya da mil ve yuva esnemelerinden etkilenmez. İç delik yüzeyi silindirik ve manşon (kovan) ile yerleştirilmek üzere konik olanları seri olarak üretilmektedir. Silindirik makaralı yataklar iç ve dış bilezikleri birbirinden ayrılabilen radyal yalaklardır. Silindirik makaralı yatakların makaraları tutan dudakların iç bilezikte ve/veya dış bilezikte olmasına göre N. NU, NJ NUP tipte olanları vardır. Çapı boyuna göre çok küçük silindirik makaralı yataklar iğneli yataklar olarak adlandırılır. Konik makaralı yatakların iç ve dış bilezikleri birbirlerinden aynlabildiğinden ayrı ayrı montajı yapılır ve eksenel yükü bir yönde taşırlar. Konik makaralar kafes ile birlikte iç bilezik üzerindeki iki kenarında yönlendiriciler bulunan yuvarlanma yolu üzerine yerleştirilmiştir. Makaralar, iç ve dış bilezik yuvarlanma yollan tepeleri yatak ekseni üzerinde aynı noktada olan konik yüzeylerin parçalarıdır. Bu nedenle yuvarlanma elemanları ile iç ve dış bilezik arasında tam bir yuvarlanma hareketi oluşur. Konik makaralı yatakların yuva ve inil eksenleri hatasız olmalıdır. Çalışma sıcaklığına bağlı olarak milde meydana gelen genleşmeler yatağın çalışması için gerekli olan yatak boşluğunu olumsuz yönde etkiler. Bu nedenle yataklar arasındaki uzaklık küçük tutulmalı ya da tasarımda gerekli önlemler alınmalıdır. Konik makaralı yataklar mil üzerine bir çift olarak ön yükleme ile yerleştirilir ve böylece birbirine ters yönde etki eden eksenel dış kfivvelleri karşılayabilirler. Oynak makaralı yatakların çif sıralı makaraları kafes ile birlikte iç bilezik üzerindeki yuvarlanma yollarına yerleştirilmiştir. Yuvarlanma elemanları fıçı biçimli makaralardan oluşur. Dış bilezikteki yuvarlanma yolu iç bükey küre şeklinde yatağın ayrılmaz parçasıdır. Bu tip yataklar 0.5° ye kadar eksen hataları ve mil esnemelerinden etkilenmezler, iç delik yüzeyi silindirik ve konik olanları seri olarak üretilmektedir. Büyük eksenel yükleri de karşılayabildi oynak makaralı yatakların yağlanması için dış bilezik üzerinde yağlama delikleri ve kanalı olan tipleri de vardır. Oynak bilyalı ve oynak makaralı yatakların konik delikli olanları konik mil üzerine doğrudan ya da silindirik mil üzerine çekme (çektirme) ya da çakma (sıktırma) manşonu (kovanı) ile yerleştirilir. Eksenel Yataklar Tek yönlü bilyalı eksenel yalaklar bilyaları takım halinde içine yerleştirildikleri kafes ile mil bileziği ve yuva bileziği olmak üzere üç ayrılabilen parçadan oluşur. Parçaları birarada tutabilmek için minimum bir eksenel kuvvet uygulanmalıdır. Bu yataklar sadece tek yönde eksenel yükleri taşırlar, radyal yük taşıyamazlar. Çift yönlü bilyah eksenel yataklar ayrılabilen iki takım bilya kafesi ve üç bilezikten oluşur. Ortadaki bilezik 8-45
YATAKLAR mile, iki yandaki bilezikler ise yuvaya yerleştirilir.. Bu yataklar iki yönden de gelebilecek eksenel yükleri karşılarlar ve radyal yük taşıyamazlar. Yuva eksenine göre mil ekseninin eğilmesini karşılamak amacıyla küresel yuva bilezikli ve oturma bilezikli olan oynak sabit bilyalı eksenel yataklar da yapılır. Eğik bilyalı eksenel yataklar iç yapı olarak O-düzeniiıde yerleştirilmiş bir çift eğik bilyalı yatağa benzer, iki tane bilya takunı ortak bir yuva bileziğinin iki yanından iki tane mil bileziği ile ön yüklemeli olarak yerleştirilir. Mil bilezikleri arasına ön yüklemeyi ayarlamak amacıyla aralık burcu yerleştirilmiştir. Ivğik bilyalı yataklar 60° lik bir basınç açısına sahiptir. Sadece çift yönlü eksenel kuvvetleri karşılayabildi bu yataklar daraltılmış toleransta hassas yataklardır. Bu nedenle genellikle takım tezgahlarında fener millerinde radyal yükü karşılayacak konik delildi çift sıralı silindir makaralı yalak ile yanyana yerleştirilmeye uygundur. Silindirik makaralı eksenel yataklar parçalarına ayrılabilen bir takım silindir makaraları tutan kafes ile mil ve yuva bileziklerinden oluşur. Genellikle düşük hızlarda darbeli ve ağu' yükler için kullanılır. Oynak makaralı eksenel yatakların makaraları fıçı şeklinde koniktir. Makara kafesi mil bileziğinin ayrılmaz parçasıdır. Yuva bileziğinin yuvarlanma yolu küresel olduğundan mil eksen kaçıklıkları ve mil esnemelerinden etkilenmez. Bunun sonucu olarak yalak büyük yüklerde ve yüksek hızlarda kullanılabilir. Yatağa uygulanan eksenel yük belli bir minimum değerden daha az olmamalıdır. Yüksek hızlarda merkezkaç ve jiroskopik momentler nedeniyle yuvarlanma elemanları ile bilezikler masında oluşan kayma harekelini önlemek amacıyla yalağa minimum bir eksenel ön yükleme uygulanmalıdır. Birçok eksenel yatağın aksine radyal ve eksenel yükleri birlikte taşıyabilirler. Ancak radyal kuvvet eksenel kuvvetin %55 inden küçük olmalıdır. Bu yalaklar sıvı yağ ile yağlanmalıdır. Çalışma koşullan bilinen bir uygulamada doğru bir yatak seçimi çeşitli yalak tiplerinin özelliklerinin bilinmesi ile mümkündür. Çizelge. 11 de standart yatak tiplerinin yük taşıma değerleri, maksimum çalışma hızı, mil ekseni eğilme açısı ve sürtünme katsayısı karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Bu çizelgede yatakların yük taşıma değerleri ve maksimum çalışma hızı aynı delik çaplı sabit bilyalı yalağın radyal yük taşıma kapasitesi ve maksimum çalışma hızı baz alınarak göreceli olarak verilmiştir. Bu değerler yaklaşık değerler olup yatak tipinin -belirlenmesinde yol gösterici olarak kullanılabilir. Yalak tipi belirlendikten sonra yapımcı katologlarından o yatak ile ilgili ayrıntılı teknik özellikler kullanılarak yatak seçimi yapılmalıda'. 10. YATAK SEMBOLLERİ VE TOLERANSLAR Yuvarlanma elemanlı yataklar salandan ve değiştirilebilme özellikleri nedeniyle yalaklar için karakteristik semboller geliştirilmiştir. Bu sembollerin temel kısmı 3. 4 ya da 5 rakamdan ya da harflerin ve rakamların karışımından oluşur. Şekil.40 da yalak temel sembol sisteminin oluşumu gösterilmiştir. Birinci karakter yatak tipini belirten rakam ya da harf(ler)i, ikinci karakter yatak genişliğini (ya da yüksekliğini) belirten rakamı, üçüncü karakter ise dış çapı belirten rakamı gösterir. Dördüncü ve beşinci (son iki) karakterler ise yatak delik çapını belirtir. Genişlik (ya da yükseklik) ile dış çapı belirleyen semboller boyut serisi, tip ve boyut serisini belirleyen semboller yatak serisi olarak adlandırılır. Şekil.40 da parantez içinde gösterilen semboller bazı yataklarda pratik nedenlerle kullanılmamakta ve bu nedenle temel semboldeki rakam sayısı azalmaktadır. Delik çapı sembolü 04 ve daha yüksek olan sayıların 5 ile çarpımı mm olarak yalak delik çapını belirtil'. 04 den küçük semboller için delik Çapları aşağıda verilmiştir.
8-46
YATAKLAR Cizel54e.il- Yatak Tiplerinin Özellikleri (12) Göreceli Yük Taşıma K: ıpasitesi Radyal Kksenel
Yatak Tipleri RADYAL Sabit bilyalı Bilya doldurma kanallı Çift sıra bilyalı Bilya doldurma kanallı Omuzlu bilyalı Eğik bilyalı Sırt-sırta Yüz-yüze Tandem Çift sıralı (bilya doldurma kanallı) Dört nokta temaslı Oynak bilyalı Silindir makaralı Çift sıralı Konik makaralı Oynak makaralı
1.0
0,7
1,0
1,2-1,4
0.2
1,0
1.5 1,5
1.4 0.2
0,9-1,3 1.0-1, 15 1,85 1,85 1,85
0,5-0,9 1,5-2,3
1,0 1,0 1,0
3,0 3,0 3,0
1,85 0,5-1,5
0,8
0,2 0
1,0
ü
1,0
2,40
0.70
0,5
0
1.5
0,3
0
1.5
0,3
0,1
1.8-2.4
0,35-0.50
1,65 1,15
1,5
0,7
1.55 1.85
04x5
Normal ±8" C3 ±12' C4 ±15'
0,7 3,0
1,15
Sürtünme Katsayısı
0,0015
±3' ±0'
+ 3' ±5' + 2' ±1'
±r ±r ±r ±r
±2' ±5°
±5' 0° ±2' ± 2°30'
0° 0° +3°
0,0020 0,0024 0,0024 0,0024 0,0024 0,0024 0,0022 0.0012 0,0011 0,0011 0,0018 0,0018
0,0013 0,0013 0,0018
Delik çapı (mm)
Sembol 00 01 02 03
Mil Eğim Açısı
1,0-1,3
1,5 1.5 2,4
1,5
EKSENEL Sabit bilyalı Tek yönlü Çift yönlü Eğik bilyalı Oynak makaralı
Hız
Faktörü
_
10 12 15 17 20
Normal bir yatak yapısından farklı veya değiştirilmiş, yapıdaki yatakları belirtmek için bu temel sembollere ek olarak ek semboller kullanılır. Ön ek semboller parçalarına ayrılabilen yuvarlanma elemaıılı yalakların bir parçasını belirtmek için kullanılır. Son ek semboller ise yatağın iç geometrisi, dış ölçü ve şekli, keçe, kapak, bilezik vb. elemanları, kafes tipleri, yatak ana ölçüleri üzerindeki tolerans sınırlarını belirten tolerans sınıflarını, yalak içi boşluğu, çalışma sırasındaki gürültü seviyesi ve sıcaklığı, yağlama için şekil değişikilikleri, yağlama maddeleri ve özel imalat ile ilgili bilgileri belirtmek için kullanılır. Yatak Toleransları Yuvarlanma elemaıılı yatakların iç ve dış bileziklerinin ölçüleri çeşitli tolerans sınıfları ile standardlaştınlmıştır. Yatak toleransları olarak delik çapı. dış çap ve genişlik toleransları, iç bilezikle yuvaıianma yolu ile yan yüzü arasındaki, dış bilezikte ise yuvarlanma yolu ile dış yü/.ey arasındaki yanal salgılar; /ç bilezik ve dış bilezik yuvarlanma yolları ile mil eksenine dik referans bir düzlem arasındaki eksene! salgılar milir. Normal toleranslı, PO, yatakların tolerans sınıfı belirtilme/.. Daraltılmış toleranslı (l'6, 1\5, P4 ve daha küçük) yataklar çok hassas mil kılavuzlamalarda ve çok yüksek dönme hızlarında gereklidir. Takım tezgahlarının iş milleri gibi özel duyarlılık gerektiren uygulamalar için özel duyarlılık Sİ', ileri duyarlılık UF ya da yüksek duyarlılık, Hü tolerans sınıflarında yataklar kullanmak gereklidir. 8-47
YATAKLAR
B,
T >
: - T3
o
- "O
11 . RADYAL YATAKLAR
EKSENEL YATAKLAR
YATAK TİPLERİ
Qö 10)
u
LLU I
2
3
4
5
-o
6
7
8
N
0J
Genişlik veya yükseklik
Dış cap
8
9
0
1
2
3
4
Boyut Yalak büyüklüğü
00000 Yotak serisi Şekil. 40- Yuvarlanma elemanh yatak temel sembol sistemi 8-48
ıiı ıII] H ı M . v\ı
YATAKLAR Yatakların delik çap toleransları ve dış çap toleransları standardlaştınlmıştır. Ancak bu toleranslar ISO alıştırma sistemlerinin tolerans alanlarından farklıdır. Yatakların yerleştirilmesinde mil ve yuva için kullanılabilecek tolerans alanlarının yatak ve iç dış çap tolerans alanlarna göre konumları Şekil.41 de gösterilmiştir.
Geçmeler Tatlı sıkı
Sıkı
Şekil.41- Yatak delik ve dış çap toleranslarına göre mil ve yuvada kullanılabilecek tolerans bölgeleri Yatak Boşlukları Yatak boşluğu, yatağın bir bileziğinin diğerine göre yatak üzerinde yük yok iken hareket edebileceği aralıktır Eksenel yöndeki hareket aralığı eksenel boşluk, radyal yöndeki hareket aralığı radyal boşluk olarak adlandırılır. Yatak yerleştirmede sıkı geçme nedeni ile iç bileziğin genleşmesi, dış bileziğin de daralması sonucunda çalışma sırasındaki radyal yatak boşluğu, genellikle yatak yerleştirilmeden önceki boşluktan daha azdır. Çalışma koşullarında milin duyarlı bir şekilde kılavuzlanması için yatağın iç boşluğu sıfıra yaklaşmalıdır. Yataklarda radyal boşlukları belirtmek için Cl, C2, (normal), C3, C4 ve C5 (artan boşluk ile) son ek semboller kullanılır.
8-49
YATAKLAR 11. YATAK BÜYÜKLÜĞÜNÜN BELİRLENMESİ VE YATAK SEÇİMİ Yük Sayıları Yatak hesaplarında yük kapasitesi ölçüsü olarak yatak tipine ve ölçüsüne bağlı olarak karakteristik büyüklük olan yük sayılan kullanılır. Statik Yük Sayısı Durun ya da çok düşük devirlerde (n < 33 d/dak) dönen ya da yavaş salınım hareketi yapan yataklarda yatağa uygulanabilecek maksimum yük, yuvarlanma yolunda yuvarlanma elemanlarının oluşturulabilecekleri kalıcı şekil değişiklikleri ile sınırlanmaktadır. Statik yük sayısı bir yatağın en fazla yüklenen bölgesindeki yuvarlanma elemanı ile bileziklerdeki yuvarlanma yollarında toplam olarak yuvarlanma elemanı çapının 0,0001 i oranında kalıcı bir şekil değişikliğini oluşturan statik yük değeri olarak tanımlanır. Bu yük radyal yutaklarda radyal statik yük sayısı, Co a , eksenel yataklarda eksenel statik yük sayısı, Co, yutak tipi ve büyüklüğüne bağlı olarak kataloglarda verilir. Yüksek hızda dönen millerin yataklarında kısa süreli şiddetli darbe yüklerinde de bu yük sayısının gözönüne alınması gereklidir. Dinamik Yük Sayısı Dinamik yük sayısı yük altında dönen yuvarlanma elcmanlı yatakların hesaplarında kullanılır. Eğer bir yatak yük altında dönüyorsa, yatak bileziklerinde ve yuvarlanma elemanlurındaki lemus gerilmelerinin zamana göre değişmesi ile yüzey tabakasında malzeme yorulması meydana gelir ve çalışma ömrü yüzeylerin pul halinde dökülmesi (soyulma) ile sınırlanmaktadır. Bir yutuğm ideul (gerçek) ömrü. yatağın bileziklerinde ya da yuvarlanma elemanlarında malzeme yorulmasının ilk belirtilerinin ortaya çıkmaya haşlamasına kadar geçen sürede yaptığı toplam devir sayısıdır.
J İ . ' '• ' '
Deneylerde birbirinin aynı (tip, boyut, malzeme) olan yatakların, tamamen aynı çalışma koşullarında (yük ve yükleme şekli, yerleştirme şekli, hız) farklı ömürlere sahip olduğu görülmekledir. Bu nedenle birbirinin tamamen aynı olan bir yatak grubundaki yataklardan en az %90 inin eriştiği ya da aştığı ömür nominal ömür olurak tanımlanır ve bu ömür %90 güvenilirliğin karşılığıdır. Yataklarda bu ömür genellikle grubun ortalama ömrüne (%50 güvenilirliğe) karşı gelen ömrün 1/5 dir. Dinamik yük sayısı bir yatağın nominal ömrünün 106 devir sayısına eriştiği süredeki yük olarak tanımlanır. Bu değer radyal yataklarda radyal dinamik yük. O, eksenel yataklarda eksenel dinamik yük, C a . olarak kataloglarda yatak tipi ve büyüklüğüne bağlı olarak verilir. Bu değerler 120°C ye (özel durumlarda 150°C ye) kadar sabit çalışma sıcaklıkları için geçerlidir. Daha yüksek sıeakhklardaki çalışmada yalak malzeme yapısının değişmesi nedeni ile dinamik yük sayısı azalır. Bu durumlarda yalağın çalışına sıcaklığı ek sembol olarak yatak sembolünde gösterilir, bu sıcaklıktaki dinamik ve stalik yük sayıları C,= f,.C
ve
(\
(31)
olarak hesaplanır. Burada fi sıcaklık katsayısı kataloglarda verilir. Yatak Büyüklüğünün Belirlenmesi Yük altında duran ya da çok düşük devirlerde (n<3d/dak) dönen ya da çok yavaş salınım hareketi yapan yuvarlanma elemanlı yatakların büyüklüğü statik yük sayısına göre belirlenir. Radyal ve eksenel bileşeni olan statik kuvvet ile yüklenen bir yatak için eşdeğer stalik yük IV aşağıdaki eşitlik ile hesaplanır. P ( ) =X ( ) F r + Y o r a Burada
(32)
F r : maksimum statik yükün radyal bileşeni F a : maksimum statik yükün eksenel bileşeni Xo : yatağın stalik radyal yük katsayısı Yi): yatağın statik eksenel yük katsayısı
Xo ve Yo değerleri yatak tipine bağlı olarak kataloglarda verilir. I'», değeri Frdaıı küçük çıkarsa eksenel yük dikkate alınmaz ve Po = Fr olarak alınır. İşletme koşullarına göre ortaya çıkan maksimum eşdeğer yükün yatağın statik yük sayısına oranı statik yük taşıma emniyeti, So. olarak tanımlanır. So = — (radyal yataklar için) ya da —— (eksenel yutaklar için) *
(33)
1 o
8-50
JL „
YATAKLAR Genci olarak Su için aşağıdaki minimum değerler alınır. İşletme Koşulları
So
Titreşimsiz statik yük varsa ve çalışma gürültüsü çok önemli değilse Normal çalışma şartlarında ve çalışma gürültüsünde Şiddıslli darbeli yüklerde " Özellikle sessiz çalışma isteniyorsa
0.5 1.0 1.5-2.0 > 2.0
Radyal ve eksenel bileşenleri olan bir kuvvet altında dönmekte olan bir yatağın çalışma ömrünün hesaplanabilmesi için eşdeğer dinamik yük P, tanunlamr. V = XFr + YFa Burada
(34)
F r : Radyal yük F' a : Eksenel yük X : Dinamik radyal yük katsayısı Y : Dinamik eksenel yük katsayısı
X ve Y katsayıları kataloglarda eksenel-radyal yük oranına (F a /F r ) bağlı olarak verilir. Bu yük oranının sınır değeri, e, yuvarlanma elemaıılı yatağın geometrisine ve iç yapısına bağlı karakteristik bir değerdir. Tek suali radyal yataklarda : Yük oranı F a /F r
(35)
Eksenel oynak makaralı yataklar ise radyal ve eksenel yük taşıyabiliriler. Genellikle Fr <0.55 Fa olmalıdır. Bu durumda eşdeğer dinamik yük olarak alınır.
l» = F:ı + 1/2F,
(36)
Çalışma Ömrü Hesabı Normal çalışma şartlarında yuvarlanma elemaıılı yataklar genellikle yağlamanın yetersizliği, kirlenme, katı yabancı maddelerin yalağa girmesi, mil ve yuva eksenlerinin birbirini karşılamaması (hatalı yerleştirme) gibi nedenlerle beklenenden önce hasara uğrarlar. Bu olumsuz koşulların olmadığı vaısayılırsa bir yuvarlanma elemaıılı yatağın performansı, yuvarlanma elemanı ve yuvarlanma yolu yüzeylerindeki malzeme yorulması ile sınırlanmaktadu'. Bu da temas bölgelerindeki çok yüksek Hertz temas gerilmelerinin değişken olmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle yatak ömrü uygulanan yüke ve dönme hızına bağlıdır. Yalak hasarına malzeme yorulması neden olduğundan yatak ömrü istatistiksel olarak bulunabilir. Birbirinin aynı olan çok sayıdaki bir yatak grubunu belli bir yük ve dönme hızında kontrollü deney şartlarında deneyerek çalışma ömrü belirlenir. Yuvarlanma elemaıılı yataklarda nominal yatak ömrü dinamik yük sayısı ve eşdeğer dinamik yatak yükü arasındaki eşitlik ile verilir.
'•İ7İ 8-51
YATAKLAR Burada
C: yatağın dinamik yük sayısı P : eşdeğer dinamik yatak yükü k : çalışma ömrü eşitliği üssü bilyalı yataklar için k = 3 makaralı yataklar için k = 10/3 L : ideal şartlarda nominal çalışma ömrü (milyon devir olarak).
Nominal çalışma ömrü yuvarlanma elamanlı yatak çeliğinin iyi kalite, sertleştirilmiş olması ve doğru yerleştirme, iyi yağlama, güvenilir sızdırmazlık, çalışma sıcaklığının çok düşük ya da çok yüksek olmaması ve temiz çalışma koşulları gibi kusursuz işletme ortamı için geçeerlidir. Bu koşullardan sapmalar ideal koşullarda beklenen nominal çalışma ömrünü kısaltır ya da uzatır. ISO düzeltilmiş çalışma ömrü denklemi: — =aı . a 2 3. —I 1>/ Burada
\p/
(38)
a!: güvenilirlik katsayısı a2 : malzeme katsayısı a 3 : işletme koşulları katsaysıdır.
Genellikle yatak malzemesi ve işletme koşullan arasındaki bağımlılık nedeni ile bu her iki katsayıyı kapsayan ortak bir katsayı a,3 kullanılır. Bir rulmanlı yatağın yuvarlanma elemanı yüzeyleri ile yuvarlanma yolu arasında yeterli derecede yük taşuna kabiliyeti olan bir yağ tabakasının oluşabilmesi için yatağın çalışma sıcaklığındaki yağ viskozitesinin belli bir değerin altına inmemesi gereir. Yeterli bir yağlama için gerekli en az yağ kinematik viskozitesi, v, elastohidrodinamik yağlama teorisi kuralları ile belirlenmiştir. Yuvarlanma elemanlı yataklar için olması gereken en az yağ kinematik viskozitesi ortalama yatak çapına, dnı ve mil hızına, n (d/dak), bağlı olarak Şekil, 42 de verilmiştir. Şekil.43 de ISO sınıflandırma sistemine göre Viskozite İndeksi 95 olan ISO VG numaralı yağların viskozitelerinin çalışma sıcaklığına göre değişimi gösterilmiştir. Bu şekil eksenlerinden, çalışma sıcaklığındaki gerekli en az yağ viskozitesi ve yatak çalışma sıcaklığı girilerek kullanılması gereken yağ numarası bulunabilir. Çalışma sıcaklığı ve yağ numarası biliniyor ise yine bu şekil yardunıyla çalışıma sıcaklığındaki kinematik viskozite, v, bulunur. Şekil.44 de 333 katsayısının viskozite oranına, x = v/x>ı, göre değişimi çalışma koşullarına bağlı olarak üç ayrı bölgede tanımlanmıştır. Bu bölgeler ve çalışma koşulları şöyle sıralanabilir : Bölge
B C
Çalışma Koşulları Yatak yüzeylerinin ve yağın en yüksek temizlikte ve yüklemenin aşın olmadığı durumlarda yüzeylerin yağ filmi ile tamamen ayrıldığı ideal işletme koşulları Uygulamada genellikle elde edilebilecek normal çalışma koşullarında Kullanılan yağın yeterli derecede temiz olmadığı ve elverişsiz işletme koşulları
Radyal ve eksenel oynak makaralı yataklarla konik makaralı yataklarda işletme sıcaklığı genellikle aynı çalışma şartlarında ve aynı çaptaki diğer yataklara göre daha yüksektir. Bu nedenle gerekli en az yağ viskozitesi daha yüksektir. Çalışma sıcaklığındaki yağ viskozitesi, olması gerekli en az yağ viskozitesinden daha yüksek seçilerek yatak ömrü artırılabilir. Bununla beraber yüksek viskozite çalışma sıcaklığının aıtmasına da neden olduğundan pratikte yağlamanın bu şekilde geliştirilmesi pek mümkün değildir. Eğer gres kullanılıyorsa x> için gresteki temel yağın çalışma sıcaklığındaki viskozitesi alınır. Genellikle viskozite oranı X = v) A), 1,0 den küçük ise EP katkı maddeli yağların kullanılması tavsiye edilir. Eğer bu oran 0,4 den de küçükse katkı maddeli yağlar kesinlikle kullanılmalıdır. EP katkı maddeli yağlar viskozite oranının 1,0 den yüksek olduğu durumlarda da yatak çalışma güvenilirliğini artırmak için kullanılabilir. Korozyon ve yaşlanmaya karşı katkı maddeleri ile takviye edilmiş yağlar (sembol harf L); ağır yüklerde (C/P < 10) aşınmayı azaltıcı, çalışma ömrünü uzatıcı, yüksek basınç katkı maddeleri bulunan (EP katkılı, sembol harf P) yağlar; düşük yüklerde (C/P < 40) silikon yağlar tavsiye edilir. a, a->j
8-52
k
Jo
p ndt = 10
6
(39)
u
YATAKLAR
Şekil.42- Gerekli en az yağ viskozitesi
Şekii.43- ISO yağların viskozite-sıcaklık değişimi
Değişken Yük ve Hızlarda Yukarıda verilen yatak hesabı sabit radyal ve eksenel yükler için geçerlidir. Uygulamada birçok durumda yatak Üzerindeki radyal, eksenel kuvvetler ve dönme hızı sabit değildir. Şekil.45 de gösterildiği şekilde en genel durumda radyal, eksenel kuvvetler ve hız zaman ile değişiyor ise sonsuz küçük bir zaman aralığı, dt, için eşdeğer dinamik yük, P, (34) numaralı eşitlik yardımıyla hesaplanır. Bu yükün çalışma suresince yatak üzerine uygulanması ile oluşturacağı kalıcı metal yorulma hasan (38) numaralı eşitliğin aşağıdaki şekilde yeniden yazılması ile gerekli yük sayısı hesaplanır.
En Yüksek Hu Sınırı
Yuvarlanma elemanlı yatakların güvenilir olarak çalışabilecekleri en yüksek hız, nmaics (d/dak), yatak tipine, boyutlarına, iç boşluğuna, iç tasarımına, kafes tipine, yükün büyüklüğüne, yağ cinsine, yağlama ve soğutma yöntemine bağlı olarak yatak sıcaklığı ve merkezkaç kuvvetlerin etkisiyle sınırlanmaktadır Küçük yataklarda (d m ya da YDH < 50 mm) 100000 saat çalışma ömrü için yatak tipine bağlı olarak ortalama yatak büyüklüğü ile en yüksek hız çarpımı A sabiti ile verilir. Şekil.46 da radyal, Şekil.47 de ise eksenel yataklar için A sabiti ve erişilebilecek en yüksek hızın yatak büyüklüğüne göre değişimi gösterilmiştir (2). Farklı yatak büyüklükleri ve çalışım ömrü için Radyal Yataklarda dm. rimaks = fı. fj. A Eksenel Yataklarda VüH . n^ = fı . f2 . A eşitlikleri kullanılır. Burada fi, yatak boyut katsayısı ortalama yatak büyüklüğüne göre Şekil.48 de ve f2, yatak ömrü katsayısı ise ortalama yatak büyüklüğüne göre çeşitli çalışma ömür değerleri için Şekü.49 verilmiştir. 100000 saat çalışma ömrü için yatak tipi ve büyüklüğüne bağlı olarak yağ ve gres ile yağlamada elde edilebilecek hız değerleri yapımcı kataloglarında verilmiştir. Gres ile yağlamada erişilebilecek en yüksek hız sıvı yağlamaya göre genellikle %20-30 daha azdır.
8-53
YATAKLAR
5 A
1 1 t 1 1 1
Î3
i
3
/
2 ^
^
/
B
0.5
C
A
0.2
1 1 1 1
0,05
Ot
0,2
0.5
2
Şekil.44- a ; ı katsayısının viskozite oranına güre değişimi
Şekil.46-Radyal yatakların erişebileceği en yüksek hız (2)
dt
Şekil.45- Değişken yüklenme
Şekil.47- Eksenel yatakların erişebileceği en yüksek hız (2)
8-54
ıı r»
YATAKLAR SlOOOOOsoot
,
100 I 50
200 I 100
300 I 150
500 d m (mm)
500 d m Imm)
250 /DH(mnı)
250 v/DHImm)
Şekil. 48- Yatak büyüklük katsayısı (2)
Şekil.49- Çalışma ömrü katsayısı (2)
Yatak Tipinin Seçimini Etkileyen Etmenler Yatak tipinin seçiminde her uygulama için geçerli olabilecek kurallar verilemez. Ancak, yatak tipi seçiminde gözönüne alınması gereken birçok faktör yaıdunıyla yatakların birbiıiyle karşılaştırılması yapılarak en uygun tip belirlenebilir. Bu faktörler şöyle sıralanabilir : Yer durumu : Genellikle yatak delik çapı inil taşanını ile belirlenir. Yatak dış çapı ve genişliği yatağın yerleştirilebileceği gövde içinde ayrılabilecek yer ile sınırlanabilir. Genellikle iğneli, siliııdirik makaralı sabit bilyalı ve oynak makaralı yataklar radyal yerin az olduğu, sabit bilyalı ve silindirik makaralı yataklar dar yatakların gerekli olduğu yerde kullanılır. Yük : Yatak büyüklüğünü belirleyen en önemli faktördür. Genellikle makaralı yataklar aynı boyutlardaki bilyalı yataklardan daha fazla yük taşırlar. Siliııdirik makaralı yataklar dışındaki diğer radyal yataklar ve sabit bilyalı (tek yönlü veya çift yönlü) eksenel yataklar dışında diğer eksenel yataklar radyal ve eksenel yükleri birlikte taşıyabilirler. Genellikle radyal bileşeni eksenel bileşenine göre daha büyük olan yüklemeler için radyal yatak-lar, tersine durumlar için eksenel yataklar kullanılmalıdır. Eğik konumlar: Mil ekseninin yük altında yuva eksenine göre eğilmesi ya da yapım ve montaj sırasında gövdede birbirinden uzak yatak yuvalarının eksenlerinin kaçık olması gibi durumlarda eğik konumlar oluşabilir. Yataklarda izin verilebilen en yüksek mil eğim açılan yatak tipine, iç boşluğuna ve çalışmada istenilen güvenilirliğe bağlıdır. Eğim açısının büyüklüğüne bağlı ol ark yatak iç bileziğinin dış bileziğe göre açısal hareketine olanak sağlayan küresel yüzeyli (oynak) yataklar kullanılmalıdır. En yüksek çalışma hızı : Yataklarda en yüksek çalışma hızı çalışma sıcaklığı ile sınırlanmaktadır. Genellikle, radyal yüklerde sabit bilyalı ya da siliııdirik makaralı, bileşik yüklerde ise eğik bilyalı yataklar sürtünme katsayılarının düşük olması nedeni ile yüksek hızlara erişilebilir. Çalışma duyarlılığı : Yüksek çalışma duyarlılığı istenilen millerde inil ve yuva rijit olarak yapılmalı ve aynı hassasiyetle izlenmelidir. Yüksek çalışma duyarlılığı genellikle sabit bilyalı, eğik bilyalı. iki sıralı silindirik makaralı yalaklar ile eğik bilyalı ekseuel yalaklar ile elde edilir. Rijitlik (esnemezlik) : Yük altında makaralı yatakların aynı çaplı bilyalı yataklara göre elastik şekil değiştirmeleri daha küçük olduğundan daha rijittir. 12. YATAK YEKLEŞ.TİKME YÖNTEMLERİ
Geçmeler çalışma koşullarına uygun sıkılıkta seçilmelidir. Yatak tipine, yatak büyüklüğüne, yük oranına (C/ P) göre tavsiye edilen mil ve yuva tolenanslan yapımcı kataloglarında verilmiştir. Genelde yük ve darbeler ne kadar büyük olursa geçmelerin de o kadar sıkı olması gerekir. Büyük yataklar için (d>2()0mm) genellikle sıkı geçmelerde daha sıkı, boşluklu geçmelerde ise daha boşluklu geçmeler seçilmelidir. Ancak, uygulanan sıkılığın bileziklerde dengesiz bir şekil bozukluğu oluşturmaması gerekir. Normal çalışma duyarlılığı aranan koşullarda milde 6, yuvada ise 7 alıştırma kalitesi yeterlidir. Sessiz çalışma ve mil dönme duyarlılığının yüksek olması iste8-55
YATAKLAR nilen uygulamalarda daha iyi kaliteler seçilmelidir. Yatakların germe veya çakma kovanı ile (manşonu) takılması durumunda mil toleransı b.7 ya da h8, sıkıştırma kovanı ile takılması durumunda da h9 ya da hlO uygundur. Genellikle dönmekte olan bir mili desteklemek, radyal ve eksenel olarak tesbit etmek için iki noktadan yataklanır. Normal olarak bu yataklardan birinin mili eksenel olarak tesbit etmesi gerekir. Bu nedenle bu yatağa sabit yatak denir ve radyal ve eksenel yükü birlikte taşır. Diğer yatağın, ise, milin ve/ya da yuvanın sıcaklık artışı ile uzamasına, ve/ya da elastik esnemesine (şekil değişikliğine) karşı iç ya da dış bileziğinin eksenel yönde kayabilecek şekilde yerleştirilmiş olması gerekir. Bu nedenle bü yatağa serbest yatak denir ve sadece radyal yük taşır. Sabit yataklama için, yatağın iç ve dış bileziklerinin mil ve yuva üzerinde her iki yandan da desteklenmesi gereklidir. Sabit yatak, bir çift eğik bilyalı ya da konik makaralı yatağın iç ya da dış bileziklerinin birbirlerini sabitlemesi ile de sağlanabilir. Silindirik makaralı yatakların N ve NU tiplerinin her iki bilezikleri de sıkı geçme yerleştirilir. Bu yatakların iç düzenleri eksenel kaymaya uygundur. Diğer yataklar için eksenel serbestlik (kayma) mil ya da yuva yüzeyinde boşluklu (kaygan) geçme ile sağlanır. Yatak bileziklerinin tesbitlenmesinde sıkı geçme yeterli olmayabilir. Bu durumlarda bileziğin bir yanı mil ya da yuva üzerindeki faturaya (omuza) dayandırılır. Diğer yanından ise Şekil.SO de gösterildiği şekilde eksenel yönde tesbitleme elemanları kullanılır. Bunlar mil ya da yuva içine yerleştirilmiş emniyet segmanları ya da dış bileziği segmanlı yatak; mil ucuna ya da yuva yan yüzüne vida(lar) ile takılabilen kapak (ya da plaka); gevşemeyi önleyici emniyet sacı ile birlikte mil somunları ya da koni delikli yataklar için somunlu ve emniyet saçlı germe (çektirme) kovanları (manşonları) ya da çakma (sıkıştırma) kovanları olabilir.
• / / / / / / / / .
ta. Emniyet segmanı ile
b. Kapak ya da plaka İle
' / / / / / / / ,
•
' / / / / / / / / .
' / / / / / / / ,
c. Somun ya da Kovan ile Şekil.50- Yatak bileziklerini sabitleme şekilleri
8-56
YATAKLAR Konik makaralı ve eğik bilyalı yataklar çift olarak kullanılır. Bu yatakların birbirine göre yerleştirilme şekli mil-yatak düzeninin direngenliğini belirler. Şekil.51 de konik makaralı yataklar için gösterilen farklı yatak yerleştirme düzenleri, eğik bilyalı yataklar için de geçerlidir. Yataklar arası gerçek uzaklık (geometrik uzaklık) Lg, ve yuvarlanma elemanlarının yüklenme çizgilerinin mil ekseninin kestiği yükleme noktalan arasındaki uzaklık etkin uzaklık Le, olarak tanımlanır. Bu tip yataklar için yükleme noktası ile yatak yan yüzü arasındaki uzaklık, a, kataloglarda verilir. Şekil.51.a daki O-düzeninde etkin uzaklık geometrik uzaklıktan daha büyük olduğundan yatalar dışından yükleme durumunda mil esnemesi daha az olacağı için mil direngenliği daha yüksektir. Şekil.51 b deki X-düzeninde ise etkin uzaklık geometrik uzaklıktan daha küçük olduğundan yataklar arasından yükleme durumunda mil esnemesi daha az olacağı için direngenliği daha yüksektir.
a. O-Düzeni (sırt-sırta yerleştirme)
b. X-Düzeni (yüz-yüze yerleştirme)
ŞekU.51- Konik (ya da eğik bilyalı) yatak yerleştirme şekilleri
KAYNAKÇA (1) SZERI, AZ., Tribology, McGraw-Hill, 1979. (2) NEALE, M. J. (Editör), Tribology Handbook. Butterworths, 1973. (3) General Guide to the Choice of Journal Bearing Type. Engineering Science Data Item No: 65007, Nov. 1965,1. Mech. E. (4) General Guide to the Choice of Journal Bearing Type. Engineering Science Data Item No: 67033, Nov. 1967,1. Mech. E. (5) SHtGLEY, J.E., Mechanical Engineering Design, McGraw-Hill, 1986. (6) FULLER, D.D., Theory and Practice of Lubrication for Engineers, John Wiley and Sons, 1984. (7) HALLING, J., Principles of Tribology, The Macmillan Press, 1975. (8) O'CONNER, J.J., Boyd J., (Editors), Standard Handbook of Lubrication Engineering, McCrawHill, 1968. (9) Dry Rubbing Bearings, Engineering Science Data Item No: 68018,1. Mech. E. (10) PETERSON, M.B., Winer, W.O., (Editors), Wear Control Handbook, ASME, 1980. (11) Mechanical Drives Reference Issue, Machine Design, Penton /IPC, Cleveland, June 18, 1981. (12) HAMROCK, B.J., ANDERSON, W.J., Rolling Element Bearings, NASA RP-1105, June 1983.
8-57
YATAKLAR İLGİLİ TSE STANDARTLARI TS 371 TS 510; 513; 527; 941-42;
966; 3572-73 TS 5102; 5126 TS 3574; 3711; 5639-42 582*4-25 TS 5796
8-58
Bilyalı ve Makaralı Yatakların Statik Yük Değerlerinin Tayin Metotları Bilyalı ve Makaralı Yataklar (Ana ölçüleri, yardımcı parçalar; boyutlar ve toleranslar) Kaynaklı Yataklar (Boyutlar, toleranslar ve Muayene yöntemleri) Rulmanlı Yataklar (Sınır boyutları, serileri, toleranslar, ölçüler) Kaymalı Yataklar-SUrtUnme ve Aşınma ile İlgili Terimler ve Tarifler
Temmuz 1982 1967-1981 Mart 1987 1981 -1988 Nisan 1988
M
MAMA MÜHENDİSLİĞİ
E L KİTABI Ciltl
ÜRETİM VE TASARIM Baskıya Hazırlayan A. Münir CERIT ( Makina Yük. Mühendisi) 2. Baskı
TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Ekim 1994
Yayın no: 169
tmmob makina mühendisleri odası Sümer Sokak 36/1-A 06440 Demirtepe / ANKARA Tel : (0-312) 231 31 59 - 231 80 23 Fax : (0-312) 231 31 65
Yayın no : 169
ISBN : 975-395-124-8 (Tk. No) ISBN : 975-395-125-6 (1. Cilt)
Bu Yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO'nın izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. Ekim 1994 - Ankara
Dizgi: Ali Rıza Falcıoğlu (Makina Mühendisleri Odası) Baskı: MF Ltd. Şti. Tel: (0-312) 425 37 68
BOLUM 9
ISITMA - HAVALANDIRMA VE İKLİMLENDİRME
Hazırlayan Kevork ÇÎLÎNGİROĞLU, Mak. Yük. Mühendisi
Sayfa 1. 2. 3. 4. 5.
Isıtma Levha (Panel) Isıtma Isı Pompalan Havalandırma Hava Şartlandırma KAYNAKÇA
02 15 27 46 52 69
9-01
ISITMA-HAVALANDIRMA
VE İKLİMLENDİRME
1. ISITMA Tarihçe
Eskilerde insanlar, ilk olarak dışarıda, açıkta ateş yakarak ısınmışlardır. Isıtmanın yapı içinde uygulanması, kulübelerde çatıda bırakılan delik altında, kulübenin ortasında açık ateş yakılarak gerçekleştirilebilmiştir. Avrupalılar, açık ateş ile ısınmayı, şömine adı verilen bir mahalde, dumanı çekip götüren bir baca altında uygulayarak yanmayı daha iyi bir hale getirmişlerdir. tır.
Eskilerde, bugünkü çini sobalara benzeyen bir tür sobayı ısınma ya da ısıtma aracı olarak Çinliler kullanmış-
Ruslar da bu sisteme benzer Peç denilen bir tuğla soba inşa ederek birkaç odanın kesiştiği noktaya koymak suretiyle bu odalan ısıtmaktadırlar. Bu sobaya ait sıcak gazlar duvarlar arasındaki kanallardan dolaştınlmaktadır. tik merkezi ısıtma, iki bin yıl önce eski Romalılar taralından kulanılmıştır. Roma hamamlarında uygulanan bu sistemlerde ocaktan çıkan sıcak gazlar, döşeme ve duvarlardaki kanallardan dolaştırılmak suretiyle ısıtma sağlanırdı. Isıtma Tesisatından Beklenen Özellikler Isıtılan bir ortamda hissedilen sıcaklık derecesi (hava ve duvar ortalama sıcaklık derecesi) ± 1 °C lik değisimle (20 °C den 22 "C ye) mümkün olduğu kadar aynı kararda olmalıdır. Isıtma, ayarlanabilir olmalı ve belirli sınırlar içinde değiştirilebilme olanağına sahip olmalıdır. Ayarlama işi, ortamda istenilen sıcaklık derecesini en kısa zamanda sağlayacak şekilde olmalıdır. Ortamdaki hava, ıstma nedeniyle bozulmamalı, yani zararlı gaz, toz ve buhar meydana gelmemeli; aynı zamanda tesisattan rahatsız edici gürültü doğmamalı. Isıtıcılar mümkün mertebe düz yüzeyli, temizlenebilir durumda olmalı ve ortam, zararlı akımlar doğmayacak şekilde dış hava infiltrasyonuna elverişli olmalıdır. Isıtma tesisi, işletme ve bakım masrafları ekonomik olmalıdır. Isıtma işlemi, çevreyi kirletmeyecek şekilde uygulanmalıdır. Isıtma Tesislerinin Sınıflandırılması Enerjilendirme cilıazının bulunduğu yere göre : a) Lokal ısıtma b) Merkezi ısıtma c) Bölgesel ısıtma olarak adlandırılırlar. Kullanılan yakıt cinsine göre : a) Kömürlü ıstma b) Gazlı ısıtma c) Sıvı yakıtlı ısıtma d) Elektrikli ısıtma olarak adlandırılırlar. Isıtıcı akışkan cinsine göre : a) Sıcak sulu ısıtma b) Kaynar (kızgın) sulu ısıtma c) Buharlı ısıtma d) Hava ile ısıtma olarak adlandırılırlar. Isı verine şekillerine göre : a) Konveksiyon ile ısıtma b) Işınım (radyasyon) ile ısıtma c) Ya da bunların birkaçının kombine edilmesiyle meydana gelen ısıtma olarak adlandırılırlar.
9-02
|jj , ' t fjjjj; j
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLİMLİ JMDtRME Isıtma Sistemleri Yerel Isıtma : Isı,ısıtılması istenen hacmin içinde üretilir. Bu nedenle ıstılacak her yenir ayrı bir ısı üreticisi bulunması gerekir. Her türlü yakıt kulanmak münkündür. Lokal ısıtıcı olan sobalar, elektrikli ve gazlı ısıtıcılar ile şömine bu gurubun içindedir. Merkezi ısıtma sistemi: Birçok hacmin ısıtılması için gerekli ısı miktarı, sadece bir yerde (kazan ılaiıe.si veya ısıtma merkezinde ) üretiliyor ve bu hacimlere, ısı taşıyıcı bir akışkan aracılığıyla ısı dağıtılıyor ise , bü ııurkezi ısıtma söz konusu demektir. Merkezi ısıtma sis>--m' ısı taşıyıcı akışkanın cinsine göre çeşitli isimler aiı< Sıcak sulu ısıtma sistemi : Sıcak su ile ısıtma.'ısı taşıyıcı akışkan olarak, sıcaklığı 90 "C den fazia olmayan sıcak su kullanılır. Su, bu sıcaklık derecesinde kaynayıp buharlaşmayacağı için tesisat, en yüksek noktasında atmosfere açılabilir. Bu yüzden böyle sistemlere açık sistem de denebilir. Şekil. 1 de atmosfere açık sıcak sulu bir ısıtma tesisatının şeması görülmektedir, a) En basit tesis, sıcak suyun tesisatta, özel bir sirkülatör (devrettirici) kullanılmadan, gidişte sıcak olan suyun ısıtıcılar üzerinden geçtikten sonra ısısını bir miktar bırakarak soğuyan suyun özgül ağırlıkları arasındaki fark ile dolaşım yaptırılması suretiyle çalıştırılan, doğal dolaşımlı tesisattır. Doğal dolaşım kuvveti: H = (g 2 - gj) N / m 2 ya da 10"1 mm SS dır. Şekil. 1-Doğal Dolaşımlı Isıtma Sistemi A= Genleşme Tankı E= Hava lık SV= Gidiş Emniyet Borusu SR= Dönüş Emniyet Borusu Ü= Taşma
Burada; H = metre cinsinden, hesaplanacak radyatör devresi, radyatör orta noktası ile kazan orta noktası arasındaki ölçü. gı = N / m3 cinsinden, suyun kazan çıkış sıcaklığındaki özgül ağırlığı.
g2 = N / m3 cinsinden, suyun kazana dönüş sıcaklığındaki özgül ağırlığıdır. örnek : Çıkış suyu sıcaklığı 90 °C ve dönüş suyu sıcaklığı 70 °C olan bir ısıtma tesisatında dolaşım kuvveti H (m) a bağlı olarak p = H (9778 - 9665) = 113 x 10 1 H=ll,3HmmSS. Bu durum Şekil. 2 de şematik olarak gösterilmiştir. Kazan seviyesinde ısıtıcı bulunduğu takdirde boru soğumalarını da hesaplayarak dolaşım kuvvetine ek yapmakta yarar vardır. Bu durum özellikle dolaşım için pompa kullanılmayan kat kaloriferlerinde önemlidir. Bu gibi tesisatlarda boruları ısıya karşı yalıtmamak dolaşım kuvvetini artırıcı etkendir. Bu hesap tarzı, az yaygın olan ısıtma tesisatlarında ekonomiktir.
Genleşme Tankı _ Isıtıcı H
90"
70*
Kazan Şekil.2-Doğal Dolaşım Prensip Şeması
Çok yaygın ısıtma tesisatlarında dolaşım için pompalar kullanılır. Bu tesislerde pompa basıncı (dolaşım kuv-
9-03
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLÎMLENDİRME veti) nin yüksekliği dolayısıyla küçük kesitli boru kullanmak mümkün olacağından, boru şebekesi maliyeti ucuz olur. Tulumbah tesisatta pompa nedeniyle ısıtma zamanının (ilk harekette) kısa olması, küçük tesisatların da pompalı sistemde yapılmasına neden olmaktadır. Sıcak sulu ısıtma tesisatları pompalı ve pompasız olmak üzere ikiye ayrıldığı gibi alttan dağıtmalı ve üstten dağıtmalı sistemler olarak da sınıflanabilir. 1) Alttan ısıtmalı sistem (Şekil. 3): Bu sistemde genelde kazan dairesi bodrum katta bulunur. Kazandan çıkan, yapıya doğru yükselerek giden ana dağıtım borularından (gidiş ve dönüş ana boruları) kolon bağlantıları yapılarak katlara ısı sevkıyatı yapılır. Bu kolonlara katlarda ısıtıcılar bağlanmak suretiyle bacımlar ısıtılır. Yapıya doğru yükselerek çıkan gidiş kolonlarının uç kısımları üst katta bulunduğundan bu kısımları, özel bir hava tahliye boru şebekesi ile donatıp, sistemi, genleşme kabına ulaştırmak gerekir. Kapalı genleşmeli tanklı sistemlerde hava tahliye şebekesinin sonunu kapalı bir havalık kabı ile sonuçlanŞekil. 3_ Alttan Dağıtmalı. Diyaframlı dırmak mümkündür. Bazan bu havaKapalı Genleşme Tanklı, lık şebekesi çatı içinde kurulur. Eğer Ponpalı, Isıtma Tesisatı buralarda donma tehlike» var ise ya E: Havalık , S: Emniyet Ventili da çatı soğuk çatı (teras çatı) ise, haA: Kapalı Oenie?me Tankı valık borulan çoğu zaman ısıtılan son katın tavanınna yerleştirilmelidir. Fakat bu halde de, hava toplama borusunda iniş dirseği öngörülmesi gibi bir önlem alınmalıdır. Aksi halde havalık borulan su ile dolar ve tesisin çeşitli kısımları arasında istenmeyen bir sirkülasyon olayı doğabilir. Böyle bir önlem alındığında, ortaya çıkan hava torbacıkları sayesinde her türlü sirkülasyon tehlikesi engellenmiş olur. Üstten dağıtmalı sistem (Şekil. 4) : Eğer kazandan çıkan sıcak su. bir ana çıkış kolonu ile doğrudan doğruya tesisin yüksek bir bölgesine yönlendirilir ve sonra en yüksekteki ısıtıcılardan daha yukanya yerleştirilmiş yatay bir ana dağıtım borusu aracılığıyla gidiş kolonlarına dağıtıma tabi tutulursa, bir üstten dağıtım sistemi söz konusu ediliyor demektir. Sistemin doldurulması sırasında, tüm tesis içinde önceden var olan hava kütlesi ile su içinde eriyik durumda bulunup da. tesis çalıştırıldıktan sonra suyun ısınması sonucu açığa çıkan hava kütlesi, bu durumda, eğer ısıtma sistemi açık genleşme tanklı bir sistem ise doğal bir şekilde sistemi terkeder; eğer sistem kapalı genleşmeli (diyaframlı) tanklı bir sistem ise, en yüksek noktaya ya da noktalara konan hava kapları veya otomatik hava tahliye aletleri ile sistemdeki hava kütlesi dışan atılır. Bu sonuca varabilmek için tüm boru donanımına, kazandan açık genleşme kabına ya da havalık tüp ya da aletlerine doğru yükselen bir eğim verilmelidir. Üstüste, kolonlar boyunca dizilen ısıtıcılardan çıkan soğumuş su kütlesi, aşağıya doğru inen bir dönüş kolonunda toplanır. Ve bu kolonlar, en alt ısıtıcı allında toplanarak kazana vardırılır.
Şekil.I*_Üstten Dağıtmalı, Diyaframlı Kapalı Genleşme Tankü. Ponpatı, Isıtma Tesisatı E: Havalı* , S: Emniyet Ventili A:.Kapalı Genleşme Tankı
9-04
ıiı inim;
ISITMA-IIAVALAND1KMA VE İKLİMLENDİRME İki sistemin yarar ve zararları : Üstten dağılımlı sistemlerde, etkin basınç daha güçlü (pompası/, sistemlerdeki gibi), bu sistemlerin rejim haline geçirilmesi, alttan dağılımlı sistemlere oranla daha çabuk bir şekilde sağlanır. Buna karşılık, bu sistemler. ısı kayıplarının daha yüksek olması gibi bir sakınca doğurur. Bu sistemlerde tavan arası daha sıcak, bodrum katlar daha serin olabilir. Alttan dağılımlı sistemlerde ise dağıtım şebekesi daha az pahalıya malolur. Fazla olarak, gerek duyulduğunda sistemi bölmek ya da geçici bir çalışına olanağı sağlamak için, üst katlardan başlamak kaydıyla, tesisin tamamı faaliyetten alıkonmaksı/.m. kısmi boşaltma yapılmak islenilen katlar devreden çıkarlılabilir. Genelde tesis giderinin mümkün ölçüde az olması istenen durumlarda altlan dağıtmalı sistemi uygulamak; doğal sirkülasyon etkisiyle çalışan tesislerde, sirkülasyon güçlüğıünden korkulan ya da bodrum bölgelerinin kesin olarak serin tutulması gerektiği ya da bodrum katında iki ana borunun birden geçirilmesinin olanaksız göründüğü durumlarda ise üstlen dağılımlı sistemi uygulamak doğru olur. Buharlı Isıtma Sistemleri Bu sistmede ısıtma genellikle alçak basınçlı buhar ile yapılır. Alçak basınçlı buhar en fazla 0.5 bar basınç olarak sınırlanmıştır. 0,5 bar m üstündeki buhar basınçları, yüksek basınçlı buhar sınırına girer. Yüksek basınçlı buhar üreten kazanlar, bazı şartlarda (TS 2736) yerleşim yerlerinin altına lesis edilemezler. Bu sistemlerde de alttan dağıtımlı ve üstten dağılımlı düzenler bulunmaktadır. Buharlı ısıtma sistemleri en eski sistemlerdir. Şimdilerde konut, büro gibi ısıtıcılara dayalı tesislerde pek kullanılmamaktadır. Isıtmada ayarlaması zor bir düzeni vardır. Isıtıcıdaki sıcaklık derecelerinin yüksek olması, iyi hesaplanmamış buharlı ısıtma sistemlerinde, havanın tahliye edilememesi, yoğuşma suyu devrelerine buhar kaçarak gürültü meydana gelmesi ve yoğuşan suyun iyi drene (akıtılma) edilememesi nedeniyle meydana gelen sıkıntılar dolayısıyla bu sistem doğrudan ısıtmada kullanılmamaktadır. Daha ziyade endüstrici maksatlar ile atölye ve fabrikaların ısıtılmasında kullanılmaktadır. Mahallerin ısıtılması işinde kullanılan buharlı sistemlerde Şekil. 5 te görüldüğü gibi ısıtıcılardaki yoğuşma suyu, genellikle serbest havaya açılan borular yardımı ile tahliye edilir. Atmosfer ile olan ilişki (atmosfere açık olma durumu) yoğuşma suyu toplama ana borusu aracılığıyla sağlanır. Isıtıcılara girişte buhar musluğunun ilk ayarı dikkatle yapılırsa, yoğuşma suyu borularına buhar kaçmasından ileri gelen ısı kayıplarının önlenmesi olanağı sağlanmış olur.
Şekil.5. Çift Borulu Alçak Basındı, Alttan Dağıtımlı Yoğuşma Suyu Boruları Buharlı Isıtma Tesisatı: • : Basınç Yüksekliği , C: Havalandırma K: Kazan , K,: YoŞuşma Suyu S: Emniyet Sifonu , W: Su Tahliye Ağzı
Şekil. 6 da çift horulu. alçak basınçlı, üslten dağılımlı yoğuşma suyu boruları ıslak dönüşlü buharlı ısıtma tesisatı sistemi görülmekledir.
Burada buhar kolonlarının, kolonun mümkün mertebe kuru kalması için, ana dağıtım borusundan nasıl alınacağını açıkça görmek mümkündür. Merkezi sistemde buhar ile ısıtma sisteminin yatay doğrultuda yaygınlığına göre minimum çalışma basıncı aşağıdaki gibidir. Sistemin yatay doğrultudaki yaygınlığı
30 m
50 m
200 m
Çalışma basıncı (bar)
0.05
0,07
0.10 9-05
ISITMA-IIAVALANDIRMA VE İKLİMLENDİRME
Mi E
sTj— K
Sakil . ( - C i f t Borulu, Alçak Basınçlı Üstten Dsğttımlı, Yoğusma Suyu Boruları Islak Dönüşlü Buharlı Isıtma Tesisatı: D: Basınç Yüksekliği , E: Havalandırma S: Emniyet Sifonu.„ K: Kazan K,: Yoğusma Suyu
Şayet buhar kazanları, ısıtma işinden başka sanayi veya ticari ihtiyaçlar için buhar üretimi (mutfak, çamaşırhane, süt işletmeleri, strelizasyon, vb.) ödevi ile de yükümlü tutulacaklarsa, bu durumda çalışma basıncı olarak 0,4 + 0,5 bar değerlir seçilir. Bu takdirde yoğusma hattına buhar kaçmasını önleyen cihazlar konmalıdır. Vakum buharlı ısıtma sistemi (Şekil. 7) : Vakum buharlı ısıtma sistemleri, dağıtım şebekesinin bütünü veya yalnız bir kısmı içindeki basınç değerinin atmosfer basıncından düşük olduğu ısıtma sistemleridir. İlk harekat sırasında şebekede mevcut olan ve sonradan sızdırma hataları nedeniyle devreye girmiş bulunan hava kütlesi, yoğusma suyu devresi üzerine monte edilmiş bir vakum pompası aracılığıyla sistemden dışarı atılır.
Bu sistemde de boru düzeni, alçak basınçlı buharlı ısıtma sisteminde olduğu gibidir. Vakum pompası bazı hallerde besleme pompası ödevini de görür. Vakum pompası, basınç farkı ile kumanda edilir. Bu sistemin en büyük üstünlüğü, kondens suyunun çok süratle kazana dönmesi ve tıpkı sıcak sulu sistemler gibi bir merkezden ayarlanabilir olmasıdır. Bu sistemde vakum hali 0,25 bar in altına düşmemelidir. Kızgın Sulu Isıtma Bu sistemde 110 "C den 195 °C ye kadar sıcaklıkta kızgın su kullanılır. Suyun buharlaşmasını önlemek ve su sıcaklığını 100 °C un üstüne çıkaıtabiLnek için tesisatta çeşitli yöntemler ile devamlı bir karşı basınç meydana getirilir. Bu nedenle tesisatın açık hava ile ilişkisi yoktur ve bundan dolayı bu sisteme "kapalı sistem" denir. Basınçlandırma Basınçlandu-ma, kazan dairesi ile kullanma bölgelerinin (yük bölgesinin) bulunduğu yerin yükseklik farklalanna sıkı sıkıya bağlıdır. Yük alanı, kazandan a) Daha yüksekte olabilir b) Daha aşağıda olabilir c) Kazan seviyesinde olabilir.
as
Isıtıcı
Sistemin basıncı, seçilen sıcaklık derecesinin doyma basıncına, yükün kazana nazaran yükseklik seviyesine ve kabul edilen buharlaşmaya karşı emniyet (anti-fhash) basıncına ve kontrol sistemlerindeki basınç farkına göre seçilir. ı
Genelde üç türlü basınçlandırma yapılabilir: a) Pompa ile basınçlandırma (tesislerde) b) Asil (inert) gaz ile basınçlandırma (Orta büyüklükteki tesislerde)
Kazan
Vakum l?onpası
Şekil - 7 _ Vakum Buharlı Isıtma Sistemi:
c) Buhar ile basınçlandırma (Büyük ve yaygın tesislerde). Büyük ve yaygın tesislerde maks. tasarım sıcaklığı 205 "C - 220 "C önerilir. 9-06
Kondehs Hattı
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLİMLENDİRME Kızgın su sistemi genellikle sanayi tesislerinde kullanılır ve bu alanda buharlı sistemler ile rekabet halindedir. Konut olarak kullanılan yerlerde, çeşitli nedenler ile ısıtıcı sıcaklık derecesinin yüksek olmaması istenir; bu yüzden bu gibi yerlerin ısıtılmasında kızgın sulu ısıtma sistemi akışkanı doğrudan ısıtıcıya gönderilmez ve bu gibi hacımlarda kullanılmaz. Hava ile Isıtma Bu sistemde ısı taşıyıcı akışkan havadır. Hava, suya göre daha az miktarda ısı taşır. Örneğin 1 N hava yaklaşık 1,7-2,1 kJ ısı taşırken, su yaklaşık 8,5-10,5 k.1 ısı taşır. Bu nedenle küçük kesitli boru yerine büyük kesitli hava kanalları kullanılması gerekir. Bu sistem, ancak ısıtma ile birlikte kontrollü hava değişiminin de sağlanması gereken yerlerde kullanılır. Uzaktan Isıtma ya da Bölgesel Isıtma Uzaktan ısıtmada gerekli ısı, tekil evler yerine, ev grupları için ya da bir yerleşim bölgesi ya da bir kısmı için, tek bir santralda elde edilir. Isı taşıyıcı olarak yine kızgın su ya ela yüksek basınçlı buhar kullanılır. Isıtılacak bölge, çok büyük ve yoğun bir yerleşim bölgesi olabilir. Bu takdirde bir kent ısıtmasından söz edilebilir. Uzaktan ısıtma şebekesi, yol, su ve elektrik şebekesi gibi bir alt yapıdır. Bu alt yapı, ülkemizde genellikle bir kargir kanal içinden geçirilen ısıya karşı yalıtılmış ısıtıcı akışkanın gönderilmesi şeklinde uygulanmaktadır. Bu sistemin dışında, dış ülkelerde, ısıtıcı akışkan sevk buruları ayın zamanda arada ısı yalıtımı bulunan çift boru şeklinde doğrudan toprağa serilerek uygulama olanağı bulmuştur. Şimdilerde boru sisteminin ucuzlatılması için dış borunun HDPE (lligh Density Poly Elhylen) malzemeden yapılması öngörülmüş ve uygulamaya konmuştur. Ayrıca akıtma, sızdırma, delinme nedeniyle meydana gelecek arıza yerlerinin bulunması için ısı izolasyonu arasında elektriksel sistemler geliştirilmiştir. Bölgesel ısıtma santralları ve ısıtma şebekeleri sayesinde aşağıda belirtilen yararlar elde edilir. Çevre sorunları : Birçok soba ve kaloriler bacası yerine, bir bölge santralında bir tek ve yeterli yükseklikte seçilmiş bir santral bacası ile gerekli likideme ve temizleme tesisleri de öngörülerek çevre kirlenmesi önlenir. Yakacak ekonomisi: Küçük kazan darelerindc yakılamayan (6 no. fuel-oil) ya da çok verimsiz ve büyük işletme güçlükleri ile yakılabilen düşük kalorili (linyit) yakıtlar, büyük merkezi bölge ısıtma santralında verimli olarak yakılabilirler ve böylece enerji tasarrufu elde edilir. işletme ralıatlığı : Her yapı için ayrı ayrı yakıt taşınması, artık malzeme sorunu ve kazan dairesi işletmeciliği, dolayısıyla yetişmiş kaloriferci gereksinimi ortadan kalkar, yapıların işletme giderleri azalır. Yakıt, duman, kurum ve kül pisliği ortadan kalkar. Tesis giderlerinin azalması : Boru şebekesinin yüksek maliyetine karşın tek merkezin maliyetinin, ayrı merkezlerin maliyetlerinin toplamından çok daha az olması nedeniyle tesis giderlerinin zannedilenden az bulunmasıdır. Tehlikelerin azaltılması : Yapılarda ayrı ayrı kazan dairesi ve yakıt depoları bulunmayacağından bunlara dayalı olarak patlama ve yangın tehlikeleri de ortadan kalkacaktır. Isıtma Projelerinin Hazırlanması Burada söz konusu ısıtma projesi, sıcak suyun burularda dolaştırılarak ısıtıcılarda ısısını vermek suretiyle gerçekleştirilen sistemlerdir. Böyle bir projenin düzenlenmesi için aşağıdaki hesap düzenlerine ihtiyaç vardır. • Isı kayıp hesapları • Isıtıcı seçimi ve hesapları • Kazan seçimi ve hesaplan • Boru hesapları • Pompa hesaplan • Güvenlik boruları, genleşme kabı ve hesapları
9-07
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLİMLENDÎRME Isı kayıp hesapları : Bilindiği üzere bir ısıtma tesisatının hesaplanması için önce ısı kayıp hesapları yapılır. Bu suretle toplam ısı gereksinimi saptanır. Isı kayıp hesapları sistem ile ilgili değildir. Yani bir ısı kaybı hesabı ile sıcak sulu ısıtma sistemi, buharlı ısıtma sistemi ya da bir havalandırma sistemi de uygulanabilir. Isı kayıp hesapları, mimari elemanların "K" ısı geçirgenlik değerlerinin bilinmesi ile başlar. Bu durum ise TS 825 ile düzenlenmiştir. Ayrıca komple bir sıcak sulu ısıtma sistemi projesinin düzenlenmesi için Türk Standartları TS 216 Normu ve Makina Mühendisleri Odası yayını "Kalorifer Tesisatı Proje Hazırlama Teknik Esasları" kitaplarına başvurulmalıdır. Ayrıca çok yüksek yapılarda ısı kayıplarına yapılan yükseklik zamlarının yapılabilmesi için DİN 4701 normunun en son baskısı (1983) na başvurulabilir. Yükseklik zamlarını katlı yapılar için 8GA=maks[l(- h -) 4 ' 9 l
L ıo J formülünü kullanarak hesaplayabiliriz. EGA h
: Yükseklik zam faktörü : m cinsinden yapının zeminden itibaren yüksekliği
Formülde, virgülden sonra yuvarlatmak mümkündür. Bu formül, yapı yüksekliğinin 10 metreden sonraki kısımları için uygulanır. Örnek verelim; Çok katlı yüksek bir yapının zeminden itibaren 29 metre yüksekliğindeki katın yükseklik zammını hesaplayalım: E G A = | 1 ( — ) 4 / 9 l = 1 16 bulunur. Bunu, 1,2 alabiliriz. L 10 J ' Isı kaybı hesaplamasında, önce bütün yüzeylerin zamsız ısı kaybı. Qo = K x A (tj - t d )
formülüne göre hesaplanır.
Burada: 2
K
: Isı geçirme katsayısı, W/m "C
A
: Yapı eleman yüzey alanı, m2
ti
: Hacım iç sıcaklığı, °C
t,,
: Dış sıcaklık, °C
Qo
: Yüzeyin ısı kaybı, W
Bundan sonra normun gerektirdiği zamlar uygulanarak hacım I arın ısı gereksinimleri bulunmuş olur. Isıtıcı Seçimi ve Hesapları Kazanda üretilen ısı, odaların istenen sıcaklık derecesinde ısıtılması için ısıtılan su aracığıyla ısıtıcılara iletilir. Bu ısıtıcılar aşağıda belirtilen tiplerde olabilir. Dökme dilimli ve çelik radyatörler: Dökme dilimli radyatörler ayn ayrı dilimler halinde olup nipel ve contalar ile dilimler birleştirilirler ve gruplar oluşturulur. Radyatörler için TS 369 Türk Standardlarına başvurulabilir. Bu konuda Alman DİN 4720 normu da vardır. 9-08
İÜIK
ISITMA-IIAVALANDIRMA VE İKLİMLENDİRME Dökme radyatörler, ömürleri uzun. su içeren hacmi fazla, geç ısınıp geç soğuyan ısıtıcılarda. Dökme radyatörlere paralel olarak çelik radyatörler geliştirilmiştir. Bunlar daha ucuz, daha hafif ve çabuk ısınan ve çabuk soğuyan (dökme dilimli radyatörlere oranla), ömürleri döküm ısıtıcılara göre daha az olan ısıtıcılardır. Yapımları daha kolaydır. Bunlar preste imal edilip sonra iki yarım dilim, kenarlardan ve aradan kaynak dikişi ile dikilerek elde edilirler. Fabrikadan 10 ar dilimlik paketler halinde dilimler birbirine kaynak edilerek gönderilirler. Grup dilimleri için projeye göre sipariş vermek gerekir. Radyatör ısılına alanı : K(tor. - ti) formülü ile hesaplanır. Burada: F Q K
Isıtıcı alanı, m2 Isıtıcının vereceği ısı miktarı. W Isıtıcının ısı geçirme katsayısı. W/ın- "C Oda sıcaklığa °C Akışkanın gidiş-dönüş sıcaklığı ortalaması, °C
Konvektörler : Bu ısıtıcılar, boru üzerine sıkı geçmiş kanatlardan oluşmuştur. Bunlar daha ziyade konveksiyon (ısınan havanın hareketlenmesi) ile ısıtma yaparlar. Bunun için haca etkisi yapan bir kabuğun içine alınırlar. Bunlar borulardan oluştuğu için bacımları az olup kısa zamanda ısıtma rejimine geçebilirler. Levha ısıtıcıları : Çeşitli yüksekliklerde üretilirler, uzunlukları .radyatör gruplarından daha fazla olabilir. Ancak genişlikleri radyatörlere oranla daha azdır. Boru ısıtıcıları : Fn basit ısıtıcı şeklidir. Fazla ısıtma gerektiğinde demet biçiminde yapılırlar. Fabrika ve seralarda çok kullanılırlar. Kazan Seçimi ve Hesapları Kazan ıstıma yüzeyi büyüklüğü, tüm ısı gereksinimi saplandıktan sonra bulunmalıdır. Kazan ısıtma yüzeyinin saptanması: AK = — x ( l + Zı<) m2 formülü ile bulunur. K Burada:
Kazanın ısıtma nücü, k\V K : Kazan ısıtma yüzey verimi, kW/m2 (imalatçı verilerine bağlı) ZR : Yüzde ile belirlenen bir artırma kalsayısıdır ve aşağıda verilen şartlarda alınabilir: a) Ana dağıtım borularının genelde sıcak bacımlardan ısı yalıtımlı olarak geçmesi ve kolonların duvar üstünde bulunmasında. Z R = 0,05 b) Ana dağıtım borularının soğuk bacımlardan ısı yalıtımlı olarak geçmesi ve kolonların duvar üstünde bulunmasında, Z R = 0,10 c) Ana dağıtım borularının soğuk çatı arasından ısı yalıtımlı olarak geçmesi ve kolonların dış dış duvarlara açılmış kanallara (tesisat bacalarına) yerleştirilmesinde, ZR = 0,15 alınır. Genelde iki tip kazan ısıtma tesisatında kullanılmaktadır. QK
a) Dökme dilindi kazanlar Bu kazanlar döküm olup dilimler sonradan birleştirilerek kazan gövdesi ekle edilir. Maksimum 4 bar basınca kadar basınç altında çalışabilirler. Son yapılan tasarımlara göre ortalama % 90 lara varan verim elde edilebilmektedir. Bu kazanlarda, dilim boyutları değiştirilerek ve gruplar oluşturularak yaklaşık 16 kW a kadar tek üniteler 9-09
LSITMA-IIAVALANDIRMA VH İKİ .İMI.KNDİRML' yapılabilmektedir. Ö m ü r l e r i çelik k a z a n d a n d a h a uzun ve k o r o / y u n a m u k a v i m d i r , lîn b ü y ü k üstünlük,.M:, on k ü ç ü k kapı b o y u l l a n n d a ı ı d a h i dilim dilim geçerek istenilen b ü y ü k l ü k t e grupların o l u ş t u r u l m a s ı d ı r . I I . ! ' lürlü yakıt (sıvı, katı ve «a/, gibi) bu k a z a n l a r d a yakılabilir. Yakıt olarak doğal g a z kullanıldığında, o c a k sıcaklığı 2 0 0 0 "C lere vaıabilıneklo ve d ö k ü m kazanları-> bu sıcaklıklara dalıa fazla dayanıklı o k l u ğ u anlaşılmaktadır. Özellikle k o n u t tesisatlarında d ö k m e dilimli kazanlar çok kullanışlıdır. Ancak, yüksek yapılanla bası v. ,-;ı iyi a y a r l a m a k gerekir. b) Çelik kuzaıılıır Isıtma tesislerimle çelik kazanlar son zamanlarda çok kullanılmakladırlar. Özellikle büyük güçler "•• I- '• i'ık basınçlar için bu kazanların uygulaması, dökme dilimli kazanlardan i.ı/ladır. Isıtma tesislerinde kullanılan çelik kazanlar, sıcak su kazanı, kızgın su kazanı ya da buhar kazanı olav ir kazanlarda da katı, sıvı ve gaz yakıtlar yakılabilir.
Bu
Gaz yakıtlarda dikkat edilecek husus, gaz yanışı mavi alev ile y andığından, radyasyon ısınması ile ısı •ietimiiıiiı düşük olmasıdır. Bu nedenle özellikle son zamanlarda kullanılması düşünülen doğul gaz yakacağına göre kazan yanma hücresi tasarımını geliştirmeli ve bu yakacakta sıcaklıklar 2000 C ye kadar yükselebilecc inden. boruların aynalara makineli) ile değil, aynada açılan havsalamı içine hiçbir çıkınlı olmayacak şekilde kay nak ile bağlanması düşünülmelidir. Bu tedbir, diğer aleş ile ilişkisi olan bölümlerde de alınmalıdır. Ayrıca, kaza, konstrüksiyonunda yüksek nitelikli sac ve boru kullanılmalıdır. Boru Hesapları Boru hesaplarına, ısıtıcı hesapları yapıldıktan sonra başlanır. Boru planı (dağıtım) çizilir ve çizimden sonra kolon şeması çıkartılır. Kolon .şemasında, en uzak kolonun en uçla kalmasında yarar vardır. Kolon şeıııa.sıı.^a katları ölçekli çizmek, ölçülendirme olayına kolaylık getirir. Bilindiği üzere boru hesapları iki yönteme göre hesaplanır: Doğal dolaşımh ısılına sistemi : Bu sistem hakkında S. 12-0S de gerekli bilgi verilmişti. Zorunlu (cebri) dolaşımlı ısılına sistemi : Yatay doğrultuda geniş alan kaplayan büyük tesislerde dolaşım gücü pompalar ile sağlanır. Büyük boru çaplan kullanmamak için genelde lünı ısılına tesisleri pompa ile çalıştırılmaktadır. Boru şebekesinin küçük çaplı olması, daha küçük ilk tesis gideri, daha az ısı kaybı, daha az su kitlesi ve dolayısıyla daha çabuk ısılına anlamına gelir. Merkezi ısılına sistemindeki suyun dolaşımı denge yasasına bağlıdır. Dolaşım hızı. dolaşım gücü ile dirençler arasında denge meydana getirecek düzeyde olmalıdır. Buna göre : Dolaşım kuvveti = Dirençler olmalıdır. Bir boru şebekesindeki dirençler, iki gruba ayrılır. a) Düz sürtünme kaybı: Bu kaybı etkileyen çeşitli etmenler vardır. Boru uzunluğu, boru çapı, boru iç yüzeyi pürüzlülük di .'ecesi, su hızı etkisi gibi. b)
Özel dirençler kayıpları : Yön değiştirmeler, boru üzerindeki armatürler, vb. suyun akışına bir direnç gösterir.
Yukarıda açıklananları formüle döktüğümüzde denge denklemi: 11 = R x 1 +Zolur. Burada: II R 1 7.
9- 10
: Hlkili basınç (Dolaşım için inin. kuvvet), ııııııüS ya da l'a. : Düz boruda beher metredeki basınç kaybı, mmSS/m ya da Fa/m : Devrenin boru uzunluğu, m : Devrenin özel dirençleri basınç kaybı. ıımıSS ya da l'a.
ISITMA-IfAVALANDIRMA VE İKLİMLENDÎRME Bu üeğeilerin bulunması v
usî Dasınç
alt Öasın;
fuiumba
Şekil . 8 - T U L U M B A N I N GİDİŞE BAĞLANMASI HALİNDE BASINÇ DAĞILIŞI
Ş e k i l . 9.TULUMBASI GİDİŞE BAGll BİR TESİS
Şekil. 8 de görüldüğü gibi, pompanın gidişe bağlanması halinde tesisatın hemen hemen her kısmında üst basınç meydana gelir. Alt basınçta olması gereken sıfır noktası ile tulumbanın emme noktası arası, kazanın bulunduğu bölümdür. Tesisatın üstte bulunan bütün kısımlarında üst basınç, yani (+) basınç bulunduğundan, tesisata hiçbir yerden hava emilmez. O halde genleşme kabının yüksekteki ısıtıcıdan en az 0,5 m daha yukarıya konması yeterlidir. Pompanın dönüşe (sıfır noktasından önce) bağlanması (Şekil. 10 ve 11) Bu bağlanma düzeninde, güvenlik (genleşme) dönüş hattının tesisat ile birleşme noktası, yani sıfır noktası, pompa ile kazan arasında bulunur.
9-11
ISITMA-HAVALANDIRMA VE tKLİMLENDÎRME
Şekil. 10-TULUMBANIN DÖNÜŞE.SIFIR NOKTASINDAN ÖNCE BAĞLANMASI HALİNDE BASINÇ DAĞILIŞI
Şekil. 11 .TULUMBASI DÖNÜŞE BAĞLI BİR TESİS
Bu durumda, pompa ile sıfır noktası arasındaki kısa aralık hariç, hemen hemen tüm tesisat alt basınç, yani (-) basınçtadır. Bu bağlantı şeklinde ana özelliğe dikkat etmek gerekir.. En üstte bulunan radyatör musluklarında (-) basınç vardır. Bu alt basınç, bundan daha yüksek statik üst basınç ile takviye edilmediği takdirde, muslukların ya da ek yerlerinin salmastralarından tesisata hava emilebilir. Şu halde genleşme kabının, en üst ısıtıcıdan pompa basıncı kadar yüksekte kurulması zorunluluğu vardır. Pompanın dönüşe, sıfır noktasından sonra bağlanması (Şekil. 12 ve 13)
Şekil. 12 .TULUMBANIN DÖNÜŞE, SIFIR NOKTASINDAN SONRA BAĞLANMASI HALİNDE BASINÇ DAĞILIŞI
Ş e k i l . 13-TULUMBASI DÖNÜŞE, SIFIR NOKTASINDAN SONRA BAĞLI BİR TESİS
Bu tür bağlantıda, boru şebekesinin bölümleri güvenlik dönüş hattı olarak çalışırlar. Pompa, güvenlik (genleşme) dolaşımı devresinde bulunduğundan, güvenlik dönüşü için gerekli kesite karşılık gelen boru çapında olmalıdır. Sıfır noktası, yine güvenlik dönüş hattının bir radyatör devresiyle birleşme noktasındadır. Buna göre tesisatın gidiş bölümü (+) basınç, dönüş bölümü (-) basınç etkisindedir. Güvenlik gidiş hattı da (+) basınç etkisinde bulunduğundan, bu hattın genleşme kabından daha yukarıya çe9-12
II l'IIl
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKİ.İMLENDİRME kümesi gerekir. Burada gidiş güvenlik borusunu genleşme kabı üzerine, pompa basıncı kadar çıkartmak gereklidir. Gidiş borularında (+) basınç bulunduğundan, genleşme kabının yüksekte olması özel bir etki yapmaz. Pompanın gidişe mi yoksa dönüşe mi konması gerektiği sorununa yanıt verebilmek için aşağıdaki düşünceleri gözönünde bulundurmak gerekir. Eğer genleşme kabı, en yüksekteki radyatör seviyesinden, en az pompa basıncı yüksekliği kadar yükseğe yerleşüriîebiliyor ise, ancak bu durumda pompanın dönüşe konması mümkündür. Bu koşul yerine getirilemiyor ise pompanın gidişe yerleştirilmesi zorunlu olur. Pompanın kazan çıkışına konması üstünlüğü şudur : Şebekenin hiçbir noktasında basınç değeri (-) işareti almaz, yani atmosfer basıncı altına düşmez. Buna karşılık böyle bir çözümün zayıf yanı ise şudur: Pompanın gidişe konması durumunda, dağıtım şebekesindeki basınç değerleri ile pompanın içinde bulunduğu sıcaklık dereceleri daha yüksek noktalardadır. Pompa kapasitesinin belirlenmesi: Pompalı ısıtma tesislerinde çeşitli sıcaklık düşmeleri düşünülebilir. Örneğin bir 90 "C/70 °C sıcak sulu ısıtma sisteminde At = 80 C - 60 °C = 20 °C kullanılabilir. Bir ışınım yoluyla ısıtmada, örneğin döşeme ısıtmasında: At = 55 °C - 45 °C = 10 °C olabilir. Bu nedenle pompa debileri de buna göre farklı olur. Zira pompa debisini belirleyen bağıntı: ., 86OQ . . . . . 0.860 Q ,3 . .. V = -I- 1 / sa ya da V = —: - I - m / S dır. At 3600 A t Q At V
: Sistemin ısı ihtiyacı, kW : Dolaşan suyun soğuma miktarı, °C : Pompa debisi, 1 / sa ya da m3/s
Güvenlik Boruları, Genleşme Kabı ve Hesapları Güvenlik boruları : Sıcak sulu ısıtma sistemlerinde ısı üreticileri, genleşme deposu ile bağlantılı olurlar. Bu bağlantı, bir güvenlik gidiş borusu ve bir güvenlik dönüş borusu şeklinde olur. Güvenlik gidiş borusu, üreticinin üstünden çıkar ve genleşme kabına üstten bağlanır. Güvenlik boruları iç çapı 250mm den küçük olamaz. Gidiş güvenlik borusu iç çapı aşağıdaki formül ile hesaplanır : d g = 15 + 1.5 V 0,860 Q mm Burada: Q
: kWcinsinden kazan gücü.
Güvenlik dönüş borusu, genleşme kabının alt kısmı ile kazana dönüş borusu arasına bağlanır. Dönüş güvenlik borusu: dd=15 + V0,860 Q
yada
(15+ '
8 6 0
Q ) mm ile hesaplanır. 1,08
Güvenlik boruları için TS 2164, TS 2736, TS 2796 ve TS 2797 ye ya da DİN 4751 e bakınız.
9- 13
, » * ; •
ISITMA-HAVALANDIRMA VI- İKLİMLENDİRMK Açık genleşme kabı : Her sıcak sulu ısıtma tesisatında, tesisatın en yüksek yerinde, TS 713 ya da DİN İK06 ya göre yapılmış bir genleşme kabı bulunmalıdır. Genleşme kabının yeri mümkün olduğu kadar kazan daire i üstünde seçilmelidir.
%Mİ
tnşaat yönünden buna olanak bulunmazsa, yatay doğrultudaki uzaklaşma, kazandan düşey olarak çıkan İs ;isata gidiş borusu uzunluğunun 10 katını geçmemelidir (Şekil. 14). Genleşme kabının üzerinde kapatılmaz havalandırma ve taşıma boruları bulunmalıdır. Aksi halde kapalı genleşme kabı haline gelebilir. Kapalı genleşme tankı : Bilindiği üzere açık genleşme kaplarının en istenmeyen tarafı, dışarıdan hava ji suretiyle tesisin içinde korozyon olayının meydana gelmesidir. Bu nedenle son zamanlarda diyaframlı kapalı genleşme tankları çokça kullanılmaya başlanmıştır. Bu tanklar aynı zamanda çatı arasına kadar güvenlik boruh> •ıtıııı uzatılmasına da engel olmaktadırlar. Kapalı diyaframlı, gaz yastıklı ve güvenlik vanalı genleşme tanklarını !• jzan dairesine koymak mümkün olmaktadır. Şekil. 15 de bir tek kazana bağlanan kapalı diyaframlı genleşme tankı, Şekil. 16 da ise çok kazanlı bir sisteme uygulanan kapalı genleşme tankları görülmektedir.
KISMA DÜZENİ
sva
plmw1
^lıııııııl
İüsL
- EN [OK 10a Sekil .K-GÜVENLİK BORUSU YATAY GİDEBİLME OLASILIĞI
Ş e k i l . 1 5 . T E K KAZANA BAĞLANAN KAPALI D. GENLEŞME TANKI.
9- 14
1- GENLEŞME TANKI. 2- EMNİYET VENTİLİ. 3- HAVA TOPLAMA KABI. t- HAVA TAHLİYE.
!|j
ISITMA-H A YALANDIRMA VE İKLİMİ RNDİRME
Şek.; 1 6 . LÜK K A Z A N L -iıSTf-Mt BAĞLANAN
2. LEVHA (PANEL) ISITMA Radyasyonlu Isıtrmt Tesisatı •Sıcak su ile ıs'.tir>anın ö/e! bir :şek!;d;r Alışılmış merkezi ısıtma tesislerinde, ısıtılması istenen hacımlara ısıtıt.taı yer!eştı;;itnc.;i .»iaSKijr Bu ISIUı,!;ıI a görevi ısıtıcı akışkan tarafından taşınan ısı miktarını oda içine verıiıcltî'n ibarettir. i.)u\ar ya &J tavanlara honı ısıtıcılar yerleştirmek yoluyla hacmi ya da odayı çevreleyen cidarla i'.n bazı kısımlarını ısıtarak, söz konusu edilen ısıücılan ortadan kaldırmak mümkündür. Işınım yoluyla aen, ekleştirilen ısıtma tesisleri içinde duvarlardan, döşemelerden ya da tavanlardan yapılan ısıtma düzenleri birbiri-., ünden ayırdedihr. Bu Sür ısıtma sistemlerinde, ısı aktarılması olayı. ısıtıcılardan olduğu gibi taşınım (Konvokh n. (Vnvecüon) şeklinden /.ivade ışınım (Strahlung. Radiation) olayıyla sağlandığı için bu tip düzenlere (ışınındı ısıt:i:a sistemleri) denilmektedir. Bununla birlikle, bu iki tür ısıtma şekli arasında yapılmış olan böyle bir ayırım kesin oimaku>n u/.akıır. Hır ısıtma sisteminde üretilen ısının °!( 50 oranından fazlası ışınım yolu ile harcanıyor ISO bı/yk" bir düzen radyasyonlu ısıtma sistemi olarak kabul edilmelidir, fakat yüzeyler yoluyla gerçekleştirilen ısıtma sistemlerinde durum genellikle böyle değildir. Örneğin, duvarlar yoluyla yapılan ısıtma sistemlerinde taşınım yolu ile verilen ısı mikiarı da önemli miktarlardadır. Buna karşılık ısıtıcı (radyatör) yüzey sıcaklıkları yüksek ise bu aletlerin ışınım yoluyla verdiği ısı miktarı, taşınım yoluyla verdiği ısı miktarından daha fazla olur. Bıı duruma göre ışının: dr ısıtma deyimi teknik bakımdan yetersiz kalır ve ısıtma sistemini tanunlayamaz. Bu nedenie ek bir terimden daha yararlanmak, örneğin (ışınunlı tavandan ısıtma) gibi bir deyişe baş vurmak sorunu çözümleyebilir. Yüzeyler yolu ile yapılan ısıtma sistemlerinde, ısıtıcı akışkan olarak sıcak su kullanmak doğrudıır Çünkü sıcak sudan yararlanılması halinde. ısıtma yavaş olarak sağlanabileceğinden, oda mimari eleman yü/cyierı çatlama tehlikesiyle karşılaşmaz Ayrıca, yüzey sıcaklıklarının ayarlanabilirle olanağı, dış sıcaklığa göre içeride fizyolojik ve konforsal şartları oluşturma olanakları verebilir. Sağlık ilkeleri : Norma! durumda, insan vücudunun dış yüzey sıcaklığı, çevre sıcaklığından daha yüksek olur ve vücut devamlı sekside ısı verir. Bu durum, vücuttaki ısı dengesini düzenlemek için gereklidir. Bu ısı verme, kiMîicn konveksiydi;, kısııvr, radyasyon, kısmen evaporasyon ve kısmen solunumdan oluşur. Ortalama, normal şarilaida :;syı.s:i! oktruK. insan vücudundaki v,.ı üretimi aşağıdaki gibidir :
9-15
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKT.tMT HNDÎRME Radyasyon kayıplan Konveksiyon kayıplan Evaporasyon kayıplan Solunum kayıpları Toplam
199kJ/h 115 kJ/h 65kJ/h 48kJ/h 427 kJ/h
(55.24 (32.0 (1S.0 (1336
W) W) W) W)
insan vücudunda ısı vermede konveksiyon yolu ile olan ısı verme, vücut ile oda havasının sıcaklık derecesi farkına; radyasyonla ısı verme ise vücut ile çevredeki duvar sıcaklığı farkına bağlıdır. Hissedilen sıcaklık denince, çevredeki duvarların ortalama sıcaklığı ile hava sıcaklığı arasındaki ortalama değer anlaşılır. Radyatörlü ısıtmada, esas olarak hacımdaki hava ısıtılır, sonra bunun ısısı, konveksiyon (dolaşım) yoluyla, duvarlara, tavana ve döşemeye geçer. Radyasyon ısısı (ışınım), havadan havayı ısıtmaksızın geçer. Bu ısı, ışınlan katı ya da sıvı bir cisme çarptığında hissedilir bale gelir. Şu halde radyasyon ile ısıtmada önce duvarlar, tavan ve döşeme ısıtılır. Sonra bu alanlardan, konveksiyon yoluyla odadaki hava ısıtılmış olur. Oturma odaları için yaklaşık olarak aşağıdaki sıcaklık değerleri hesaplanabilir: Radyatörlü ısıtmada : Hacmin hava sıcaklığı: 20 °C ; duvar sıcaklığı: 18 °C Tavandan ısıtmada : Hacmin hava sıcaklığı: 18 °C ; duvar sıcaklığı: 20 °C Bu kabullere göre her iki halde de, ortalama hissedilen sıcaklık 19 "C olmaktadır. Bu durumda ışınım ile ısıtmada, oda sıcaklığının (hava sıcaklığı), diğer ısıtma sistemlerine oranla 2 °C kadar daha düşük olduğu görülüyor. Isı ihtiyacı hesaplarında, radyatörle ısıtma halinde alınan sıcaklıklar esas tutulur, zira bir duvardan geçen ısı, hava sıcaklığına değil, duvar iç tarafının sıcaklığına bağlıdır.
2.7m
1,7m- -
v
L
Olm
: 16 20 24 16 20 2 4 16 20 24 16 20 24 16 ideal Isıtma , Döşemeden Isıtma Tavandan Isıtma Radyatörle Isıtma
20
24 . 28
Sıcak Hava İle Isıtma
Seki 1.17-MUHTELİF ISITMA ŞEKİLLERİ DİYAGRAMI
Şekil. 17 radyasyonun çeşitli şekilleri ile radyatörlü ısıtma hallerine göre oda sıcaklıklarının karşılıklı durumlarını, oda yüksekliğine göre grafiksel olarak göstermektedir. Bu grafiklerde radyasyonlu ısıtma halinde, döşemeden yukarıya çıkıldıkça oda sıcaklığnın azaldığı, baş seviyesinde daha az olduğu görülmektedir .Özellikle döşeme yüzeylerinin eşyalar ile kaplı olması, döşeme sıcaklığının yükselmesine neden olur. Fakat fabrika, büro, okul sınıflarında döşeme alanlarının büyük bir kısmı serbesttir. Radyasyonlu ısıtmanın bir sakıncası; radyatörlü ısıtmada pencere yakınındaki soğuk hava, ısıtıcılar aracılığıyla kuvvetli bir konveksiyon ile karşılandığı halde, radyasyonlu ısıtmada pencere yakınları çok soğuk olur ve ek bir ısıtma yüzeyi gerektirir. Buna çare olarak, pencere önlerinde ısıtıcı boru aralıklannı sıklaştırarak ısı yığılması yapılmaya çalışılmaktadır. Radyasyonlu ısıtmanın, homojen bir ısı dağılımı ve en az toz hareketi meydana getirme üstünlükleri vardır.
9-16
ISITMA-HAVALANDIRMA VF. İKLtMLENDÎRME Ta\>andan (radyasyon) ışınım yoluyla ısıtma : Işınım yoluyla oluşan genel ısı alışverişi kanunlarına göre, tavandan ışınım yoluyla ısıtılan bir hacımdaki düşey duvarların üst kısımları, bu duvarların alt kısımlarına oranla daha fazla ısıŞekil. 18 de tavandan homojen bir şekilde ısıtılan küp şeklindeki bir odanın düşey yüzeyleri (duvarları) ile döşemesi tarafından yutulan ısı miktarları yayılımı şematik olarak gösterilmiştir. Bu durumIsı da, döşeme dahil odayı çevreleyen beş radyasyon yüzeyden herbiri, tavandan ışınım yoluyla yayılan ısı miktarının 1/5 ini alır. Şayet oda küp şeklinde değil ve uygulamada çoğunlukla rastlandığı gibi tavan Ş e k i l . 18_ DUVARLARA VE DÖŞEMEYE kısmi olarak ısıtılıyor ise, hem düşey duvarlar ve hem de döşeme üzerine ışınım YAPILAN ISI RADYASYONU yoluyla yayılan ısı miktarları ve sıcaklıkları farklı bir şekilde dağılmış bulunur. Böyle bir durumdaki ısıtma sisteminin, radyatörlü ısıtma sisteminden daha kötü olmadığı. Berlin Teknik Üniversitesi Isıtma ve Havalandırma Knstitüsünde yapılan deney sonuçlarından anlaşılmıştır.
S e k i 1.19- TAVANDAN IŞINIMLA ISITMA düKULARININ KOLONLARLA BAĞLANIŞI
Ta\>an için kabul edilebilecek sıcaklık değerleri: Sağlığa uygun en yüksek tavan sıcaklığı şimdiye kadar uzmanlarca saptanamamıştır. Oturma ve çalışma odalarında, yaklaşık 32 °C olan kafa derisi sıcaklığının fazla aşılmaması istenmektedir. Buna göre en geçerli değerin 35 °C olması uygun görülmektedir. Bununla birlikte, bu sıcaklık derecesine göre hesaplama ile çok büyük, dolayısıyle pahalı tavan ısıtma yüzeyi bulunur. Fakat bir ısıtma tesisatının maksimum ısı gücü, yılın yalnız birkaç günü için gerekeceğinden, çoğu günler daha düşük gidiş suyu sıcaklık derecesiyle çalıştırma yeter ve bunun sonucu olarak, çoğunlukla en yüksek tavan sıcaklık derecesi yaklaşık 40 - 45 °C kabul edilir ve böylece ısıtma yüzeyi daha küçük çıkar.
Düşük sıcaklıkta tavan (sıvalı tavan) : Sıvalı tavan için ısı taşıma akışkanı olarak yalnız sıcak su kullanılır. Tavan borularının kollektör ile birleştirilen demetler şeklinde olması durumunda, boru kangallarının küçük kısımlara bölünerek doğal dolaşım ile çalışabilmesi mümkündür. Isıtma kangalı borusu fazla uzun ise, direnç yüksek olacağından, tesisat tulumbalı olarak yapılır. Tavanın her tarafından homojen bir sıcaklık derecesi dağılımı elde etmek için, ısıtıcı akışkanın gidiş-dönüş derece farkını 5°C + 10°C gibi küçük bir sıcaklık düşmesinde seçmek gerekir. Bunun sonucu, dolaşım yapan suyun miktarı çoğalır ve aynı şekilde tulumba debisi oldukça yükselir. Büyük hacımlarda tavanın uygun büyüklükte kısımlara ayrılması suretiyle, tüm yapıda aynı modülde ve aynı uzunlukta ısıtma borusunun kullanılması olanaklı olur. Birçok durumlarda ısıtma boruları eğimsiz döşenir. Bu nedenle hava tahliyesi zor olur. Çoğu zaman boru grupları teker teker doldurulur. Bu iş özellikle büyük tesislerde, çok zaman alır ve su kaybı olur. Aynı zamanda işletme sırasında şerbet kalan hava da gözönüne alınmalıdır. Bu amaçla gidiş borusu alttan verilip, dönüş borusu dönüş kolonuna yukarıdan bağlanır (Şekil. 19). Böylece havanın akış yönünde sürüklenmesi sağlanır. 9-17
ISİTMA-HAV M.ANDIRMA VK İK: ,!Mİ J-NDİRME Bıı tavandan iMtnıa tesisatında, dun k'hükcMnc karşı, suyunun boşahılması gerektiğinde, ç o ğ u z a m a n b:ı: • :••)•., lı jfl ' *• hava kullanılır. Iİ • J #<;/<>« içine verii^lınien ısıtma burulan rilmektedır (Şekil. 20).
I .ıuı;
(
b.;,üiaii. l.eUiiı l.t'.'.ın yapılışı sırasında beton içine yer:
:-.ii
Boruların a l ü n a yaklaşık 2,5 cm yüksek M l<.> tatuviiUr fconmak'adır. B o r u l a n n çevresini saran beton, boı ıi:u iyin i%i i'ir k o r u y u c u oKîiiğıından, hasai goı.ır; . I "i:iı / j n ı a n . çelik ve l u k ı r borularda iç tarafta olabilir. Isınır üst döşenıeyo geçişini öııleıisck ICÜ; horiilarııı üst ' >:aiiiid :•.•; S ir •••!' izoiası onu gerekir. Bu sistemin sakıncalı yar:, ataletinin bii\üi. ıltışu.i.u İsıtmaya ba.>!,.iken önce bütün beton tavanın ısınması lıekleıür. Bundan sonra ısının odaya yayuV agı !ıı;.saba kaı-.iısıahd.r
Marley veya Seramik Kaplama
> Refon /
T a v a n d a n Isıtma HtKirdarı Işınım yoluyla yapıiun ısıtma hcs.;_.•..>'• , kuranı ve hesapların sonuçlan bıiviiK İjik!.1., kunun!,uma
: .i.ı /•„;'. ,<.^:ii!İ kimseler tarafından meydana getı :i, r. '.: . .JI',1 .•.:•• ;îec-,k hesap ve abak tö/ümlcri Kolla :,y' 1.
Beton içine göinübu ı.sîtıcı boıulaıın ır.t-iiî.ıma.-ıı. :.ı • • -I IMI'CI ıJaiiinm birim alana düşen q D (W/rn verimi, birçok sayısal etkenleri" bağiıdır. iiiı etkeiilerııı en onemhluTi aşağıdadır: •
Ortalama ısıtma suyu sıcaklığı
•
Boru dış çapı
•
Ortalama boru aralığı
• • •
ıs
Boru üst kenarından döşeme üst alanına kadaı olan tı/.aklık Boru alt kenarından tavası üst alamna katlar olan uzaklık Borularm üst tarafına konan ısı eııt'.elleyıci fi/ola.syonj malzcuıesinin ısı kondüksiyon (İL. imi katsayısı (W/ırrK) • Tavan toplanı alanına oranla ısıtıcı bölüm oranı. Aynı etkenler duvardan ve döşemeden ısıınıa işlemi için de geçerlidir.
<)-
İn
,
'îjlfiS j
1
•?\ı.* v iv* ;v •'"ji ,tl'?\fr .-,.: W !
•••! ' i" i İi-Iİ . : .ı-ıekiî. ,•!; V il ıj.'i.ıııaiühı
l)<'.v.'t)icüt;ii :s>Uı:a i y i n . t Hi.ıı.ıij'a o ' ^ c u o Sü-akiığı :
iiuvar sı.;ak!ıjiı ••I':!) V»vı; K,üW/ir
4.!ik ..,,. ;...
„-•
20";. Qü(- Mı'AK' • ir.AKLÎMI i K;;L'.'
o k l u ğ u n a g ö r e •>'(•:•) d . 1 : • • >
-..iti^; İ J ı
I I I . ı : , ı ' : . î r : , ı . .'.•ı.:..
(.'•
-ı.-. 4 it
Ç o k s o ğ u k g ü n l e r d e b e ü m b ü n y e n i n ısı d e p o i a u ı . i M y e t e n e ğ i n i d ü ş ü n e r e k v e c o k s o ğ u k t ' ü ' i i e r ı n y ı l d a savılar ı n ı n a z l ı ğ ı g ö / . ö n ü n e ü i i r ü ı
sı konmalıdır
ISITMA-H AV AT .ANDIRMA VE ÎKLÎMLENDÎRME Pratik hesaplamalar için Şekil. 22 yi kullanmak yararlı olur.
48 "C
-
=10cm
-260
L
l=15cm
-20cm
« 42
1=25 cm
S" 38
i 36 I 34 1 32 g 30 S 26 74
25
35
40 Q
°C
45
50
55
Isırma suyu sıcaklığı
°C rH
28
•2" 26 L- *İ
J^
-:
O
y
«
cm
10 15 20 25
60
w
'S 20
20 L
60
10cm 25cm
< ^ — - • ,——• —
0
40
45
50
Isıtma suyu sıcaklığı
5S t 60 rH
Şekil.22.BORULAR İLE TAVAN ISITMASI.
Bu şekilde tavan ısıtmasına ait ısı geçirgenlik (K,,) sayısını bağlı tavan yüzeyi ısı verimi, 1/2" çaplı çelik boru için gösterilmiştir. Bir ısıtma alanının çevre boyutlarının ısı verimi, yani kenar ısısı, yaklaşık olarak ısıtma borularının ardarda bağlantılarında QE = 65 (a+b x 0.6)W, Paralel bağlantılarda QE = 65 (a + 2b) W dir. Burada (a) boru uzunluğunca olan boyut (m) cinsinden; (b) ise boru dizisinin dik yönde ölçüsüdür, (m) cin9-20
ISITMA-H AV Al ANDIRMA VE ÎKLİMLENDİRME sinden. (Genauere Werte siehe GesundheiLs Ing. 1963, Heft 7, Arbeitsblatt 63). Örnek: 5 x 6 x 3,1 m3 hacimli bir odanın ısı kaybı Q = 3840 W, tavanın ısı geçiş sayısı K = 0,5 W/m2 °C, ısıtma suyu ortalama sıcaklığı tH = 55 °C, tavan ısıtma alanı büyüklüğünü hesaplayınız. Çözüm: Seçilen ısıtma borusu çapı 1/2" çelik borudur. Borular arası uzaklık 1 = 20 cm, ısı verimi (Şekil. 22 ye göre) qD = 186 W/m2, gerekli ısıtma alanı A = 3840/186 - 20,6 m2 dir. 3 kangal oluşturan ve beher kangalda 7 tane boru olacaktır. Boruların toplam sıra uzunluğu. b=2OxO,2=4,O m. Boru uzunluğu a = 5 metre. Toplam alan A = 5 x 4 = 20 m 2 . Çevre ısısı QE = 65 (5 + 4 x 0,6) = 481 W Toplam ısı verimi Q,op = 20 m2 x 186 + 481 = 4201 W bulunur. Şekil.22 den yukarı kaçan ısıyı da hesaplarsak, QK = 20 m2 x 18 W/m2 = 360 W. Sonuç, Q = 4201 - 360 = 3841 W bulunur. Yapılan düzen uygundur. Tavan yüzeyindeki ısı yayılma derecesi: Burada esas itibariyle, ısı verişine ait ısıtma alanının büyük bölümü tavandadır. Burada özgül ısı verişi: q = («konv. -"ha.) At
W/m2 dir.
a s t r = 5,8 W/m2 °C (40 °C tavan sıcaklığı için) 4ı
a k o n v . = a YAt Burada (a) katsayısı, hacımdaki hava hareketinin kuvvetine, ısıtma alanının ve tavan alanının büyüklüklerine göre geniş sınırlar içinde yaklaşık 0,60 ile 1.25 arasında değişir. Bu değerler At = 20 °C içindir. ( a k o n v ) için böylece sınır değerleri belirlenmiş olur: a k o n v = 1,25 +2,60 W/m°C Tüm tavan alanındaki ısıtma alanı payı ne kadar küçük olursa, özgül ısıtma gücü o kadar büyük olur. Bu olayı bir düzeltme faktörü olan (p) ile göz önüne alabiliriz. Tüm tavanın % 50 sinin ısıtma için boru ile döşenmesinde p = 1,0 olur. Diğer döşeme oranlan için Şekil. 23 den (p) faktörünü bulmak mümkündür. Bakır boru ile tavan ısıtması: Alçı sıvalı, bakır borulu ısıtma tavanlarında gerekli olan ısıtma alanının hesabı için Şekil. 24 deki diyagram kullanılır.
9-21
ISITMA-HAVALANDIRMA Vi İKLİMİ i NDİRMK
1;.
,-, v h—h--K- I i---! 0.8 L . 1 _ 1 _ L .
Ş e k i l . İ 3 _ D FAKTÖRÜ İC.İN TV.'ANPA I f l T M A ALANI ORAN'!
Bu diyagram ela Şekil. 22 deki diyagram şartlarımla düzenlenmiş olup aynı şekilde kullanılır.
boru mesafesi |~ lOcın
iz
25
•JP
35
40
İsitmj suyu skakiigi
45
50
55 °C 6ü
rM
Ş e k i l . 2 it -BAKIR BORULU TAVAN ISITMASI ( Bakır boru çapı: 3 / 8 " . veya 1/2" oda sıcaklığı 20°C).
Şekil. 24 den seçilecek bakır borular, 3/8" ve 1/2" çaplı olup. alçı sıva içine döşenmiştir. Oda sıcaklığı şartı 2O'C dir. Alüminyum lamel tavan ısıtması : Bu tip tavan ısıtmalarının hesaplanmasında Şekil. 25 ve 26 daki diyaframlar kullanılır. Isıtma alanlarının meydana getirilmesinde, alüminyum lamel alanlarının doğrudan ısı verişi (
A-H \ v'A! / \ M M U M - \ V ! ! K
V
İM! r N İ ^
Isıtma sny" SK..<^:.I.JI J_i- •',; 1
Sekil .25- AL-LEVMAU TA"AN
Uygulama şekli aşağıdaki bir örnek :İL- eostenlmistir
vıiil..
ıf^s y a p î l m î s t i r
i ıvaııüı ı*\ vı.ii.'jı ,>tkıi
z.'> viok,
->ro qu - i''2 W/ırr olup. gcıokli IS' alanı A - 26(-< ' ' ') ;
i i r . A l Ü ı ! ı ; . İ V U l ! l ' L ^ n ı ' i Sİ l aS I >'• ••!,!:.:'< S C ç i
s x •\M
Ş e k i l . 27-ÖRNEKTEKİ TAVAN A L A M I N Y U M LEVHA DİZİLİSİ PLAN GÖRÜNÜŞÜ
üt
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLÎMLENDÎRME
gOUSYON
-
-
.
.
.
.
.
;
• • . : - . • •
SIVA TAŞIYICI Sekil.28_STRAMAX
ISITMA
SİSTEMİ
lar, kaba yapısı bitmiş tavan altına asüabilmektedir (Şekil.28).
Lamelli ısıtma alanları yanlış seçilmiş olsaydı, diğer bir düzenleme yapılıp yeni baştan denenmesi gerekecekti. Verimli bir ısıtma etkisi için yapı tekniği açısından doğru bir uygulamadır. Boru ve lamellerin, birbirine iyi bir şekilde temasları sağlanmalıdır. Isıtma işleminin devreye giriş ve çıkışı sırasında sıvalarda herhangi bir çatlama, hasar, çözülme olmaması için alçı sıvanın lameller üzerine mümkün mertebe iyi yapışması gereklidir. Ayrıca sıvanın nemden uzak tutulması önemlidir. Patentli birçok ısıtma sistemlerinde en çok tanınmış olan Stramax dır. Bu sistemde boru-
Borular üzerine geçirilen alüminyum levhalar kapalı bir yüzey meydana getirmektedir. Sıvı taşıyıcı ile sıva, bu yüzey üzerine gelmektedir. Alüminyumun ısı iletkenliği çok iyi olduğundan, borudaki ısı, levhaya yayılmaktadır. Levhadan da kondüksiyon yolu ile sıvaya geçmektedir. Parlak alüminyumun ışınımı çok zayıftır. Buna rağmen üst yüzeyde izolasyon gereklidir. Bu amaçla çoğu zaman cam yünü şiltesi kullanılır. En yüksek gidiş suyu sıcaklığı 65 °C dolaylarındadır. Isıtma yapan bir diğer asma tavan şekli de Frenger tavanıdır (Şekil. 29). Burada sıva tabakasından vazgeçilmiştir. Üzerine levha tipi yalıtım malzemelerinin yerleştirilmiş olduğu alüminyum sac levhaları, boru ısıtıcılar yardımıyla askıya alınmıştır. Gürültüye engel j _ olunması amacıyla bu levhalar üzerine delikIşınım plakaları yoluyla ısıtma Işınım yoluyla ısıtma sistemlerinin özel bir uygulama şekli daha vardır. Şekil. 30 da Şekil. 2 9 _ RADYASYON YAYICI LEVHA kesiti verilen tavan ışınım plakası, tesbit bandı, asma tertibatı ile birlikte yapılmakta( SUNZTRIP ISITICI ) dır. Isı taşıyıcı olarak sıcak su, kızgın su ya a- Boru Isıtıcı , b- Saç Pano da buhar kullanılabilir. Bu nedenle yüzey sıc- Tecrid Malzemesi caklık derecesi oldukça yüksektir. Bu sistem, konut ve bürolar için uygun düşmez. Daha çok insanların bir yerde devamlı olarak kalmaları zorunlu olmayan yerlerde, montaj halleri, depolar, fabrikalar, yüksek olan ve hassas deneyler yapılan (havanın konveksiyon ve cebri hareketlerinden etkilenen) laboratuvarlarda kullanımı uygun olur. Konstrüksiyon, iki, üç, dört,...tane boru ısıtıcı üzerine, uygun şekilde profillendirilmiş ısı iletici özellikte bir sac oturtulmuş şeklidir. 1 + 1,5 mm kalınlığında siyah çelik saçtan yapılmış olan bu sac levhanın üzeri bir yalıtım malzemesi yorganı ile kaplanmıştır. Panoların ısıtılması istenilen mahal içindeki dağılım durumuna göre, mahallin bazı kısımları az çok kuvvetli bir şekilde ısıtılabilir. Örneğin, büyük atölyeler ve fabrikalarda, iş yapılan bölgeleri daha fazla ısıtmak olasıdır. Işınım yoluyla yayılan ısının büyük kısmı, personelin bulunduğu bölgeleri ısıtarak döşemeye kadar ulaşır. 9-24
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLÎMLENDtRME Panoların ısı gücü, aşağıda verilen formüllere ve 2 abaklara göre hesaplanabilir. Panonun m ye düşen 2 ısı verişi q = ( a k o n v + o,) (t^ -tj) W/m dir. a
2
: W/m °C konveksiyon akış sayısı
konv.
2
W/m °C 2
as : W/m °C Radyasyon akış sayısı = P . C 1 2 (Recknagel 88/89, 135-3 bölümüne bakınız.)
p = 'ıoo
Tı-T2
oo/
1 Cl2
=
1 ı 1 C] C 2
>«nar profili.
1 Cs
: Isıtıcı plaka yüzey ortalama sıcaklığı, °C
tL
: Oda sıcaklığı, °C
'ZOİâSyonu
AI-I.VI».
Ş e k i l . 30_fKENGER SİSTEMİ TAVAN ISITMASI.
(A. Kollmar 1957 s. 286; Rietschel 1958. s. 351) ^
ISI
Ortalama ısıtma alanı sıcaklığı t, ısıtıcı akışkan taşıyan boruların plaka üzerine tesbit edilme şekline ve çeşidine bağlı bulunup yaklaşık olarak hesaplanır. Seri hesaplamalar için Şekil.31 deki abaktan yararlanmak mümkündür. Şekil..31 deki abak, ısıtma panelinin siyah sac ve 1,5 mm kalınlıkta olması esasına dayanmaktadır. Alüminyum plakalarda ısı verişi büyüktür. Yaklaşık çelik sac boru aralık ölçüleri aynı kaldığında, alüminyum plakaların verimi % 10 + 25 daha büyük olmaktadır.
ODA SICAKLIĞI. 12°C 1S-C 18°C
130 120 .
Örnek : Isıtıcı akışkan sıcaklığı tH = 90 °C, hacım havası sıcaklığı tL= 15°C, boru aralığı 1 = 20 cm ve boru çapı d = 1" olduğunda, bir ışınım plakasının aşağı doğru olan ısı verişi (qu) nun büyüklüğü nedir?
110 100 90
ao 70
Çözüm : Şekil. 31 den aşağı doğru verilen ısı miktarı:
60
q u = 610W/m 2 ; 1,0
(,5
50
55
60
yukarı doğru verilen ısı miktarı ise
2
YUKARI KAÇAN ISI ao W/m "
S e k i l . 31-ISINIM PLAKALARI (SAC KALINLIĞI 1.5mm).
q o = 47 W/m2 bulunur.
9-25
ISITMA-HAYALANDIRMA VE İKLtMLENDİRME Yüksek sıcaklık dereceli ışınım cihazları : Yüzey sıcaklığının 700+1400 °C gibi yüksek olması halinde, özellikle kısa ışınım dalgalarının etken olması sonunda, ısının büyük bir kısmı ışınım ile yayılır. Bu tür ışınım cihazları ile ısıtma, yalnız yüksekliği 4 metreden fazla olan (Şekil.33) yerlerde, büyük montaj hallerinde, fabrikalarda vb. yerlerde kullanılır. Bu amaç için gaz yakıtlı brülörler uygun düşer. Gaz alevi ile bir seramik plaka 800 + 900 °C ye kadar ısıtılır ve ısı enerjisi buradan yayılır. Doğal gaz için en iyi uygulamalardan birisidir.
«OA
w
i
"''îzalas »on.
200
100
30
İO
SO
60
70
-
80 *C 90
ORTALAMA ISITMA SUYU SICAKLIĞI.
Şekil .33.DUVAR ISITMASI İÇİN ISI DİYAGRAMI.
Elektrik enerjisi kullanan enfraruj ısıtma cihazları günümüzde çok kullanılmaktadır. Duvardan Isıtma Gerçek şekliyle duvardan ısıtma sistemi, tavandan ısıtma sistemlerinde yapıldığı gibi yapı içine gömülmüş ola boru ısıtıcılar aracılığıyla gerçekleştirilir. Bu durumda, boru ısıtıcılar ya betonla tamamen kaplanıp kapatılır ya da bir örtü arkasından gizlenen bir yuva içine alınıp, panosuz bir şekilde ya da araya bir de pano konularak düzenlenir. Dış duvarlarda boru ısıtıcılann arkasına, dışarı doğru oluşacak ısı kayıplarına engel olmak için bir yalıtım tabakası yerleştirilmesi gereklidir. Duvardan ısıtma yüzeyleri genelde, döşeme seviyesinden yaklaşık olarak en çok 1,5 m yüksekliğe kadar yerleştirilir. İnsan vücudu, yanal yönlerde yayılan ısı olayına, tepeden yayman ısıya oranla daha az duyarlı olduğu için duvardan yapılan ısıtmalarda, tavan sıcaklık değerlerinden daha yüksek değerler alınabilir. Isı gücünün seri hesaplanması için Şekil. 32 deki diyagramdan yararlanılabilir. Kenar ısısı yaklaşık tavan kenar ısısı gibidir. Döşeme Isıtması Döşemenin ısıtma yüzeyi olarak kullanılması fikri eskidir. Romalılar zamanında döşeme ısıtması kullanılmıştır. Döşeme içine sıcak hava kanal lan yerleştirilmesi yolu ile gerçekleştirilen bu tip ısıtma şeklinin hayli eski bir geçmişi vardır (hamam ve benzeri yerlerin yeraltı fınnlarıyla ısıtılması). Daha sonra içinde sıcak suyun dolaşım yaptığı, döşeme içine gömülmüş boru ısıtıcılar şekli altında, özellikle döşemesi soğuk olan yerlerde ya da yerlerin bazı kısımlarında (yüzme havuzu kenarlannda, havuzdan çıkıştan sonra yere basıldığında insan vücudunun titremesini önlemek gibi) destekleyici bir ısıtma sistemi olarak uygulanmaktadır. Tavandan ısıtmada görülenin aksine, döşemeden yapılan ısıtma sistemlerinde, bileşke sıcaklık, döşeme seviyesinden yükseldikçe artmaz. Deneyler göstermiştir ki, döşemeden ısıtılan bir yerde sürekli şekilde otururlarsa, hacım içinde bulunan kimseler ister hareketsiz, ister hareketli bulunsunlar, 9-26
Şekil .ji~ YÜKSEK SICAKLIK DERECELİ IŞINIM CİHAZLARI
ISITMA-HAVALANDIRMA VE tKLÎMLENDÎRME döşeme sıcaklığı 25 °C yi aştığında ayaklarda şişmeler ve rahatsızlık duygusu başlamaktadır. Ama pek seyrek şekilde basılan kısımlarda döşeme sıcaklığı 29 °C ye kadar çıkartılabilir. Banyolarda ve hamamlarda döşeme sıcaklık derecesi 30 °C dolaylarında olabilir. 1973-1974 kışında enerji krizi patlak verince enerji tasarrufu yönünden büyük çalışmalar yapıldı. Bu çalışmalarda bulunan yollardan biri de ısıücı akışkanın düşük sıcaklıklarda bulunması nedeniyle yerden ısıtma sisteminin ön plana çıkarılmasıydı. Birçok avantajı ile çok eskiden beri bilinen döşemeden ısıtma sistemiözellikle 15 - 16 yıl içinde yaygınlaşmış, tüm dünyada ısıtma bölümüne tekrar sokulmuştur. Zira 45°C - 55°C gibi olan ısıtma suyunu elde etmek, güneş enerjisi, ısı pompası ve geotermal su enerjisi, vb. ekonomik düzenler ile mümkün olabilmektedir. Yalnız bununla kalmayıp son zamanlarda plastik teknolojisindeki gelişmeler sonucu bulunan, ısıya dayanıklı, sürtünmeden dolayı basınç kayıpları az, nisbeten ucuz özel (PP-C) polyproyplene ya da polybutylene plastik boruların, daha önceleri kullanılmak zorunda bulunulan çelik ya da bakır boruların yerini alması bu tip ısıtma sistemin ön plana çıkması nedenlerinden oldu. Yapı Katmanları Önce kaba beton üzerinde, aşağıya doğru ısı gçişine karşı bir yalıtım tabakası döşenir. Çoğu kez 3/4" borudan düzenlenen ısıtıcılar, düşük dozlu beton içine, üstleri en az 3 cm kadar örtülecek şekilde şerleştirilir. Şekil. 34 de görüldüğü üzere boru aralığı ayarlayıcılar bulunmakta olup üst bölüme fayans, mermer, parke, halı, vb. döşeme kaplaması uygulanabilir. 10mm
Ş e k i l . 31-DÖŞEMEDEN ISITMADA BORU VE İNŞAAT KATMANLARININ DİZİLİŞİ.
3. ISI POMPALARI Yakıt enerjisi tasarrufu, çevre kirliliğinin azaltılması istekleri ısıtmada birçok araştırmalara yol açmıştır. Bu araştırmalar, yeni bir şeyi keşfetme hareketinden ziyade evvelce bilinen birçok olguları gündeme getirmiştir. Örneğin, güneş ısısından faydalanmak, soğutma prosesinde ısı pompası düzenini ıslah ederek düşük sıcaklıkh ısıtma sistemlerinde uygulamaya koymak. Isı pompası olayını kavrayabilmek için soğutma olayının termodinamik çevrimini tekrar incelemek gerekir. Soğutma Çevrimi Bir basınçlı soğutma prosesinde, iş yapan ortamın basınçlaması suretiyle buhar halinden sıvı hale dönüşü, kompresöre verilen mekanik iş aracılığıyla olmaktadır. Bu nedenle, iş yapan ortam (soğutucu akışkan), aşağıda gösterilen bir eğri boyunca hareket edecektir. Bu eğri, çeşitli fazlardan oluşmakta ve proses çevrimi adını almaktadır. 9-27
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLÎMLENDtRME Buharlaşma (Evaporation) : Çevrime buharlaşma prosesinden başlandığım farzedelim. Şekil. 35 de R 12 için basınç-antalpi diyagramı görülmektedir. 0 °C de soğutucu akışkanın buharlaşması A-B hattı boyunca meydana gelmektedir. Bu sıcaklığa karşılık olan basınç 3,1 bardır. Isı, her zaman sıcak- M ! tan soğuk ortama akar; bu akış, evaporatörde, eva- H poratörün şekline göre, iç bölümde bulunan soğutucu akışkan çevresini saran ikinci ortama olur. Bunun sonucu, etrafta bulunan ikinci ortam soğuyacak ve soğutucu akışkan buharlaşacaktır. Bu şekilde soğutucu akışkanın sıcaklığı sabit kaldığı halde gizli ısı halinde antalpisi yüselecektir.
lg p
Çevrimi tamamlamak için, buharlaşma devam ederken kondenserden akışkan gelmeye devam eder. Bu arada kompresör de emişini yapmaktadır.
3,1 Bar
h ( kj/lON )
Şekil.35.R12 İÇİN BASINÇ-ANTALPİ DİYAFRAMINDA BUHARLAŞMA 1 «MARLASTIRICI A-« BUHARLAŞMA ISISI
Basınçlama (Compression) : Evaporatörden emilen soğutucu akışkan gazı, kompresör tarafından sıkıştırılır. Bu sıkıştırma sonucu kızgın buhar meydana gelecek ve akışkanın sıcaklığı ve basıncı artacaktır. Bu işlem Şekil. 36 da (B-C) doğrusu ile gösterilmiştir. Bir fikir vermek için R-12 de bu sıcaklık 50°C ve basınç ise 12 bardır. Antalpi artışı Ah ise B ve C noktalarının (h) ekseni üzerindeki izdüşüm uzunluğu kadardır.
Yoğuşma (Condensation) : Sonradan kızgın gaz, kondüksiyon ile soğumaya başlayacak ve doymuş buhar haline gelecektir. Bu durum, Şekil. 37 de (C-D) yatay hattı ile gösterilmiştir. Bu soğumayı daha çok artırmak için soğutucu akışkanın geçtiği boru kangahnm etrafındaki ortam geçişi artırılır. Bu suretle (C-D) boyunca yoğuşma gerçekleştirilir ve Proses (D) noktasmda tamamlanmış olur. Buharlaşma (evaporation) prosesinde olduğu gibi yoğuşma prosesinde de soğutucu akışkan ile kangal etrafındaki ikinci akışkan sıcaklıkları arasında fark vardır. Ancak, burada durum ters olup kangalın çevresindeki ikinci akışkan, soğutucu akışkana nazaran daha düşük sıcaklıktadır. Soğutma makinasının yapısına bağlı olarak atılmak istenilen bu ısı, hava ya da su aracılığıyla uzaklaştırılır. Fakat "ısı pompası" durumunda bu atık su, ısıtma amacıyla kullanılır ve prosesin bir ürünü olarak kabul edilir. Gerçekte çevrimin faydalı işi, daima eşanjörlerdeki birinci ve ikinci akışkanların sıcaklık farklarına dayanmaktadır. Bu sıcaklık farkları ikinci akışkan su için 5°C - 15°C; hava için ise 10°C - 20°C dir. Genleşme (Expansion) : (D) noktasında akışkan (refrigerant) tekrar sıvı hale gelmiş bulunmaktadır (Şekil. 38). Fakat doğrudan buharlaşüncı (evaporatör) ya girmek için gerek basınç gerekse sıcaklık bakımınndan yüksek değerlerdedir. Soğutucu akışkan, (D-A^ düşey hattı boyunca makaslayın bir sistem ile genleştirilmelidir. Bu düzen, otomatik ya da ısıl genleşme valfı; elle ayarlanan bir valf, bir flot valf ya da kılcal bir boru olabilir. Genleşme prosesinde gaz, ısı çekerek iç değişime uğrar ve bir bölümü buharlaşır. Sıvı-buhar karışımı soğutucu akışkan buharlaştıncıya (evaporatör) girmeye başlar. Makaslama prosesinde, sıvı basıncına kadar düşürülUr. (Şekil.
lg P 12 Bar
3,1 Bar
kj/1ON Seki 1.36- BASINCLANDIRMA 1 BUHARLAŞTIRICI 2 KOMPRESÖR B-C BASINCLANOIRMA
9-28
•ir ıH on
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLÎMLENDÎRME 38) de görülen (A-A) uzunluğu, soğutucu akışkanın buhar-sıvı karışım oranını göstermektedir. Çevrimde kızgın hale ve alt soğutma durumuna getirme işlemi (Superheating and undercooling) : (A-B) yatay doğrusu boyunca ilerleyen ve ısı çeken soğutucu akışkan, buhar hattını kestiği (B) noktasına vardıktan sonra kuru doymuş buhar haline gelecektir. Fakat kompresöre girişte, gaz halindeki soğutucu akışkan içinde sıvı parçacıklarının kalmaması gerekir. Aksi halde kompresörde sıvı darbeleri meydana gelerek, kompresörün harap olmasına neden olabilir. Bu nedenle (B) noktasında soğutucu akışkanı kızdırma söz konusudur (Şekil. 39).
12 Bar
3,1 Bar •
h (kj/1ON) Şekil. 37.Y0GUŞMA OLAYİ 1 BUHARLAŞTIRICI
2 KOMPRESÖR 3 YOGUŞTURUCU C-D YOĞUNLAŞMA
Bu gerçekten hareketle (B) noktası (B,) noktasına ulaştınlarak çevrimin verimi de ıslah edilir.
Diğer taraftan (C-D) hattı, (D) de durmamalıdır. Kondenser o şekilde yapılmalıdır ki (D) noktası ( D ^ varabilsin. Bu durum da alt soğutmayı temsil etmektedir. Alt soğutma (D-D^ hattı ile ifade edilir. (D) noktasının (D t ) noktasına vardınlması, (A t ) in de (A) ya yaklaşmasına neden olur. (A-A^ hattının kısalması da çevrimin veriminin artmasına neden olur. Eğer buharlaştıncı ve yoğuşturucu arasına bir eşanjör konacak olursa alt soğutma bölgesindeki sıvı kızdırma bölgesindeki sıvıyı ısıtarak düzen ıslah edilebilir. Çevrim kayıpları: Basınç-antalpi diyagramında yalnız kayıpsız ideal çevrim gösterilmektedir. Halbuki Şekil. 40 da görüldüğü gibi, gerçek proses ideal prosesten farklıdır. Soğutucu akışkan, kondenser, evaporatör ve kangallardan geçerken, özellikle evaporatör-kompresör arasında emiş borusunda ve kompresör -kondenser arasındaki sıcak gaz borusunda büyük çapta sürtünme ve basınç kaybına uğramaktadır. Aynca, kompresör ve tahrik motorunda sürtünmede olduğu gibi ısı kayıplan vardır. Soğutma ve ısıtma kapasiteleri : Buharlaştırıcıda, soğutucu akışkanın sıvı halden buhar haline geçerken aldığı ısı miktanna makinanın soğutma kapasitesi denir. Hesaplanması, hBphA, antalpi farkı ile evaporatördeki soğutucu akışkanın MK kütlesinin çarpılmasıyla bulunur (Şekil. 41).
12 Bar
Soğutma kapasitesi: 3,1 Bar
h ( kj/lON ) Şekil. 3 8 . GENLEŞME OLAY! 1 BUHARLAŞTICI 2 KOMPRESÖR 3 YOĞUŞTURUCU U GENLEŞME VANASI 0-A, GENLEŞME OLAYI
Bilindiği gibi buharlaşma ısısı, Aı den B[ e kadar soğutucu akışkan tarafından alınmakta; basınçlandırma ısısı, Bi den Cj e kadar kompresör tarafından verilmekte ve Cj den Dj e kadar yoğuşma ısısı sürmektedir. Bu duruma göre, soğutma makinası olarak etraftan ısı çekecek; ısı pompası halinde ise ısı verecektir.
9-29
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLÎMLENDÎRME Kondensasyon (yoğuşma) ısısı: Q h = Isıtma kapasitesi
Qc = Soğutma kapasitesi - kompresöre verilen iş
12Bar
olur. Verim ve performans : Bilindiği üzere bir makinanın ekonomik durumu, verilen iş büyüklüğü ile alınan işin büyüklüğü arasındaki bağıntılara bağlı olup verim ile ilgilidir. Fakat bu ilişki burada her 3,iBar zaman 1 den büyüktür. Hatta ısı pompası halinde bu sayı 1 den çok daha büyüktür. Bu durumda bu sayıya verim değil, makinanın performansı adı verilmektedir. Performans E(epsilon) ile ifade edilir. Soğutma makinası için
h ( kj/1ON )
Şekil. 39_ KIZDIRMA VE ALT SOĞUTMA
_ Buharlaştıncı soğutma kapasitesi (Qc)
1 BUHARLAŞTIRICI 2 KOMPRESÖR 3 YOĞUŞTURUCU U GENLEŞME VALFI 5 KIZDIRICI B-Bı KIZDIRMA D-D1 ALT SOĞUTMA
Kompresörün harcadığı enerji (P)
hci - hui
EK = Soğutma makinası performansı Isı pompası için : Yoğuşma ısısı (Qh) EW = Kompresörün yaptığı iş (P)
Ig p
EK = Isı pompası performansı İdeal çevrim, bilindiği üzere Carnot çevrimidir ve gerek soğutma makinası, gerekse ısı pompasına nazaran farklıdır. Carnot çevriminin ideal performansı aşağıdaki gibi hesaplanır. EKC = T-To Soğutma makinası için:
h ( kJ/10N Sekil. tO_ ÇEVRİM KAYIPLARI
EWC = -
T-To
9-30
İDEAL ÇEVRİM AKTÜEL ÇEVRİM
ISITMA-HAYALANDIRMA VE ÜCLÎMLENDİRME EKC = Soğutma makinası için Carnot performansı. Isı pompası için: Ig p
eWC = Isı pompası için Carnot performansı.
Di
!\
To (Kelvin olarak) = 273 + t,, (termodinamik çevrimin soğutma tarafı mutlak çalışma sıcaklığı). Buharlaşma (evaporation) sıcaklığı.
L
T (Kelvin olarak)= 273 -1 (termodinaik çevrimin sıcak tarafı mutlak çalışma sıcaklığı). Yoğuşma (Condensation) sıcaklığı. /
Örnek
t= 60°C, T= 273+60 = 333 K 10 = 0-0, TO = 273 + 0 = 2 7 3 K
Pratikte, ideal Carnot çevrimine varmak mümkün değildir. Etkin ve ideal performanslar arasındaki oran, verim faktörü adını almakta ve gerçek çevrimi elde etmeye yaramaktadır.
hA,, D,
h ( kj/lON ;
ı
/ r ı /!! hB,
Şekil. 41.SOĞUTMA KAPASİTESİ , ISITMA KAPASİTELERİ A,-B, C,-D,
ÖZGÜR SOĞUTMA KAPASİTESİ ÖZGÜR ISITMA KAPASİTESİ
Soğutma makinası için verim faktörü = -
eK EKC
EW
Isı pompası için verim faktörü = EWC
Verim faktörü her zaman 1 den küçüktür. Basınçlandırma esaslı büyük soğutma makinalannın verim faktörü 0,5 ve 0,6 sayıları arasında değişir. Diğer soğutma makinaları verim faktörü bazen hatırı sayılır miktarlarda düşüktür. Basınçlandırma prosesinde kullanılan soğutucu akışkanlar Soğutucu akışkanın, çevrimdeki tüm fazları bilindiğinden, onlardan beklenen özellikleri anlamak şimdi kolay olacaktır. Soğutucu akışkanlardan istenilen özellikler aşağıdadır : -
Soğutma cihazının ağırlaşmasına engel olmak için seçilen yoğuşma sıcaklığı basıncının düşük olması tercih edilir. Soğutma çevrimine hava girmesini engellemek için buharlaştıncı - kompresör arası emiş devresi basıncının, atmosfer basıncının üstünde olması istenir. Az miktardaki soğutucu akışkan ile ısı transferi mümkün değildir. Bu nedenle soğutucu akışkanın buhar9-31
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLtMLENDİRME laşma ısısının göreceli olarak yüksek olması gereklidir. -
Kompresörün hareketli parçalarını ve kendisini mümkün ölçüde küçük boyutlarda tutabilmek için soğutucu akışkan buharının, göreceli olarak düşük özgül hacımda olması istenir.
-
Genleşme (expansion) valfinden geçerken meydana gelen flash gaz oranının sabit kalması, çevrimin yüksek verimi için gereklidir. Bunun için soğutucu akışkanın özgül ısısının (specific heat) mümkün ölçüde düşük olması istenir.
-
Sistemde kaçakları belirlemek için soğutucu akışkanın tanısı kolay olmalıdır.
-
Soğutucu akışkan, kompresörde yağlama yağı ile kanşabileceğinden, bu karışıma uyum sağlayabilmelidir. Yani yağlama yağından kolay ayrılabilmeli, kimyasal olarak dengeli ve (non-corrosive) korozyona meydan vermemelidir.
-
Soğutucu akışkanın zehirli olmaması, parlayıcı yani alev alıcı olmaması, kolay elde edilebilmesi, kolay kullanılır ve olduğunca ucuz olmasına gereklidir. Amonyak en eski soğutucu akışkanlardan birisidir. Zehirli ve hemen alev alabilir olmasına karşın, termodinamik üstünlükleri dolayısıyla hâlâ kullanılmaktadır. Ancak, yalnız endüstride kullanılmak kaydıyla kullanım alanları kısıtlanmıştır, tklimlendirme tesislerinde (Cloro Floro Carbon)lar çok kullanılmaktadır (*).
Bunlara (halogen) soğutucu akışkanlar denilmektedir. Bu tür soğutucu akışkanlar renksiz, kokusuz ve zehirsiz olup, başlarına konan "R" rumuzu ve numara ile ifade edilmektedirler. Bunların içinde ön önemli halogen soğutucu akışkanlar : R 12 en fazla Avrupa'da kullanılır. R 22 ise en çok Amerika'da tercih edilir. Bu iki soğutucu akışkan karşılaştırıldığında, aynı sıcaklık derecesi için R 22 ye oranla R 12 nin daha düşük basınçta bulunduğu anlaşılır. Örneğin 50°C lik sıvılaşma sıcaklığı için R 12 için 12 bar basınç gerekli iken, R 22 için 20 bar gerekmektedir. Düşük basınç soğutma malcinasını oldukça sadeleştirmektedir. Buna karşılık, R 22 lehine önemli bir üstünlük, bu akışkanın volumetrik soğutma veya ısıtma kapasitesi R 12 ye oranla daha yüksektir. Bu nedenle aynı kapasite için R 22 kullanan makinanın boyutları R 12 kullanan makinaya oranla daha küçüktür. Her ne kadar R 22 yağlama ve sızdırmazhklara karşı agresiv ise de, veriminin yüksek oluşu, Avrupa'da dahi önem kazanmasına (**) neden olmaktadır. Bazı halogen soğutucu akışkanların, kaynama noktalan düşük olduğundan, uçuculuk nitelikleri vardır. Bu akışkanlar, renksiz sıvı ya da gaz-sıvı karışımı halinde bulunurlar. Soğutucu akışkanların buhar halinde tanısı, koku ile ancak ortamda yaklaşık % 20 konsantrasyonda soğutucu akışkanın gaz halinde bulunması durumunda mümkün olur. Ancak, daha küçük konsantrasyonlarda hile gaz, çevre için çok zehirli ve zararlı olmaktadır. Soğutucu akışkanlar, açık alev ile çok sıcak ya da kor halindeki yüzeyler ile ya da elektrik kaynağı arkı ile temasta parçalanıp bölünmektedirler. Bu parçalanma sonucu zehirlenme, kaşıntı, sinirlilik ve tembih hali meydana gelir. Duman halinde atmosferde bulunan soğutucu akışkan, parçalanarak zehirli hale gelir. Bu nedenle soğutucu akışkanlar ile uğraşanlar, akışkanın duman halinden kaçmmahdılar. Hatta soğutucu akışkanın ufak bir parçacığı dahi burun mukozasında tahrişler meydana getirir. Halojen soğutucu akışkanların genellikle hava karışımı, parlayıcı ve patlayıcı karışım oluşturmaz. Soğutucu akışkan buharlarının alev söndürücü olduğu da bilinmektedir. Tüm halogen soğutucu akışkanların, azot gazları gibi olduğunu düşünmekte yarar vardır. Zira hava içindeki oksijenin, hacımsal oranı %15 in altına düştüğü anda nefes alma güçlükleri doğmaya başlar ve gaz. hava içindeki oksijenin yerine yerleşerek bu tehlikeyi doğurur. R 11 ve R 113 soğutucu akışkanların buharları narkotik etki meydana getirir. Bu tip soğutucu akışkanlar, deriye temas ettiğinde dokuları dondurup yanıklar meydana getirir. Deride meydana gelecek yaralar, donmuş organda olduğu gibi sağaltılır. Görülüyor ki soğutucu akışkanların işlem gördüğü bacımlarda, bazı ülkelerde standartlara bağlanmış emniyet tedbirleri alınmaktadır. (•) CFC ler de ozon tabakasını deliliklerinden, 1987 Montreal Bilimsel Toplantısında bu soğutucu akışkanlardan CFC lerin 2000 yılına kadar üretimden ve kullanımdan kaldırılması kararlaştırılmıştır. (**)R 22 ozon tabakasına daha az zarar (% 5 gibi) vermesi nedeniyle. Montreal protokolünde üretim ve kullanımın 2030 yılında kaldırılması kararlaştırılmıştır.
9-32
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLÎMLENDİRME Isı Pompası ve Soğutma Basınçlı Makinalarının Çalışma İlkeleri Basınca dayalı ısı pompası ya da soğutma makinası, genellikle pistonlu, dönel (rotary) ya da turbo kompresörlerdir. Böyle bir makinanın çalışma ilkelerini ve tasarımını daha iyi anlayabilmek için Şekil. 42 deki blok diyagramı incelemekte yarar vardır: - Kompresör (1), buharlaşmış haldeki soğutucu akışkanı düşük basınçta emip gerekli sıvılaştuma derecesi basıncına yükseltir. Basınçlandınna prosesi sırasında, soğutucu akışkan buhan ısınır ve iç sürtünmelerden doğan ısı ile sıvılaşma sıcaklığına ulaşır. Bu nedenle yoğuşma sıcaklığı daima yoğuşma basıncı ile orantılıdır. Isınan ve basınç kazanan soğutucu akışkan buhan, kompröserden kızgın gaz olarak çıkar. - Eğer soğutucu akışkan buhan, birlikte kompresördeki yağlama yağını taşımakta ise, yağ-ayırıcı (6) (oil separator) da, yağı bırakarak yağın kompresöre dönüşünü sağlamış olur. - Yoğuşturucu (3) da, sıcak gaz soğutucu ikinci ortam (su ya da hava) ile temas ederek, yoğuşması için gerekli ısı miktarını ikinci ortama transfer eder. Sıcak gaz yoğuşarak sıvı hale geçer. Sıvı hale gelen soğutucu akışkan, kollektör (3a) de toplanmaya başlar. Bu durumda hala yüksek basınçta ve yüksek sıcaklıktadır. Soğutucu akışkan kurutucu ve filtre (7) den geçerek genleşme valfine (5) gelir. Bu sırada filtreden geçerken sıvı içindeki kirler ve su parçacıklan filtre/kurutucu (7) da kalır. Genleşme valfı iki görevi birlikte yapmaktadır : 1) Soğutucu akışkanı genleştirerek tekrar düşük basınca indirger. 2) Buharlaştuıcı için yeterli miktarda soğutucu akışkan debisini ayarlar. Basınç düşerken birlikte sıcaklık değeri de buharlaşma sıcaklığı değerine düşer.
Şekil.A2_ISI PONPASI VEYA 1 2 3 3a
SOĞUTMA BLOK DİYAFRAMI
KOMPRESÖR TAHRİK EDİCİ MOTOR YOĞUŞTURUCU SOĞUTUCU AKIŞKAN KOLLEKTÖRÜ BUHARLAŞT1RICI GENLEŞME VE DEBİ AYARLAYIP VENTILİ YAĞ AYIRICI FİLTRE / KURUTUCU SOĞUYAN AKIŞKAN ÇIKIŞI ISINAN AKIŞKAN ÇIKISI
- Evaporatörde hala sıvı halde bulunan soğutucu akışkan, soğuyacak ortam ile temas haline gelerek buharlaşma sıcaklığına düşer. Soğutucu ortam su ya da hava olabilir. Soğutucu akışkan, buharlaşması için gerekli ısıyı bu ikinci akışkandan çekerek, ikinci akışkan sıcaklığının (su gibi) daha da düşmesine neden olur. Bu şekilde buhar haline gelen soğutucu akışkan kompröser tarafından emilerek çevrim tekrar başlar. Bu çalışma" ilkesi soğutma makinası ve ısı pompası için geçerli bir uygulamadır. Tek kelime ile eğer soğutma etkinliği isteniyor ise makina soğutma makinasıdır; eğer ısıtma etkinliği isteniyor ise makina ısı pompasıdır. Isı Pompası ve Soğutma Makinaları Topluluğu ve Bölümleri Kompresörler Kompresörlerdeki sıkıştırma olayı birbirinden farklı değişik kompresör düzenleriyle yapılır:
a) Pistonlu kompresörler b) Rotatif kompresörler c) Turbo kompresörler
9-33
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLİMLENDÎRME a) Pistonlu kompresörlerde, soğutucu akışkan, piston hareketi ile sıkışmakta ve supaplar aracılığıyla gaz alış verişleri denetlenmektedir. Pistonlu kompresörler, tek pistonlu ve çok pistonlu olarak tasarımlanırlar ve yüksek sıkıştırma oranlarına sahiptirler. b) Rotatif kompresörler: Bu kompresörler de pistonlu kompresörler gibidir. Fakat pistonlularda olduğu gibi bunların karşılıklı hareket yerine dönel hareketleri vardır. Kompresör, başlıca bir kompresör kabuğu (housing), egzantrik şekilde dönen rotor ve yayı ile rotora baskı yapan bir kaydına (slider) dan oluşmuştur. Saat yönünün aksine egzantrik dönüş yapan rotor, gazı emip sıkıştırarak görevini tamamlar. Bu üp kompresörler de iki türlü olup. tek hacimli (single chamber) kompresörler, çok hacimli (multi chamber) kompresörler adını alırlar. c) Turbo kompresörler: Bu kompresörlerin basınçlandırma işlemi, yüksek basınçlı radyal vantilatörlere benzer. Bu makinalar yüksek devirlerde dönerler. Düşük basınçtaki gazı merkezden emen cihaz yüksek bir hız ile döndüğünden, santrifüj kuvvet ile gazı, rotor koruması (rotor housing) içinde enerjilendirir ve kazanılan dinamik basıncı statik basınca dönüştürür. Bu tip kompresörler, göreceli olarak düşük basınca fakat büyük volumetrik (hacımsal) debiye sahiptirler. Ancak, yüksek basınçlar elde etmek için iki ya da daha fazla türbini birbirine seri bağlamak gereklidir. Bu kompresörler büyük kapasite aralığında, örneğin 350 -15000 kW kullanılır. En büyük avantajları, az yer tutmaları ve pratikte titreşimlerin etkili olmamasıdır. Kabuk (Casing) tasarımına ve çalıştırma kavramasına göre turbo kompresörler aşağıdaki bölümlere ayrılırlar: - Tam kapalı kompresörler (Hermetic) - Yarı kapalı kompresörler (Semi-hermetic) - Açık kompresörler. - Tam kapalı kompresör: Tüm sistem, yani çalıştırma motoru, kompresör sistemi bir kabuk içine konarak sızdırmaz şekilde kaynaklanarak kapatılmıştır. Bu nedenle makinayı pratikte onarmak mümkün değildir. Bu durumda tüm makinayı paket halinde değiştirmek gerekir. Bu kusurlarına karşın bu kompresörler çok geniş ölçüde yapılmakta ve kullanılmaktadır. Doğaldır ki üretim çok küçük kapasiteler için yapılmaktadır (pencere tipi unitler ve küçük air conditioning cihazları gibi). Kapsülün içindeki elektrik motoru, gaz emiş tarafına konarak soğutucu akışkan tarafından soğutulması sağlanmıştır. Buna göre ısı pompası durumunda, elektrik motorunun ısısı geri kazanılmaktadır. - Yarı kapalı kompresör : Bu tiplerde de tüm sistem bir kabuk içindedir. Yine elektrik motoru aynı emiş mahalline konularak soğutulması sağlanmıştır. Tam kapalı kompesörlerden farkı, sistem kabuğunun kaynaklanmayıp, sızdırmaz şekilde vidalı olması ve onarım anında vidanın açılabilmesidir. İçerdeki yağ seviyesi, bir yağ göstergesi (oil sight glass) vasıtası ile gözlenmektedir. Gerek tam kapalı, gerekse yarı kapalı kompresörlerin en büyük sakıncaları, elektrik motoru stator sargılarının soğutucu akışkan tarafından tahrip edilerek parçacıklar halinde soğutma devresini kirletmesidir. Buna çare olarak, elektrik motoru rotoru izole edilerek statordan ayrılmıştır. Bunun faydası, sargılar harap olsa bile soğutucu akışkan devresine karışmamakta ve tortu yapmasına müsaade etmemektedir. ( - Açık kompresörler : Açık kompresörler çalıştırma motoruna bağımlı değildir. Çalıştırma için krank mili, kompresör muhafazasından (kabuğundan) dışarıya çıkmıştır. Bu durumda, çeşitli tiplerde motorların makinaya bağlantı olanağı vardır. Örneğin elektrik motoru, dizel motor, gaz türbini, buhar türbini vb. çalıştırıcılar kullanılabilir. Makinaya kuvvet aktarması, elastik bir kavrama ya da kayış-kasnak sistemi ilegerçekleştirilebilir. Bu tip kompresörlerde soğutucu akışkan kaybına engel olmak mümkün değildir. Çalıştırma (Tahrik) Motorları Kompresörleri çalıştırmak için genelde özel motorlara gereksinim vardır. Özellikle tam ve yarım kapalı kompresörlerde çalıştırma motoru ve kompresör mili ortaktır ve çalışma düzeni buna göre ayarlanarak uyum sağlanmıştır. Bu biçim içerdiği soğutucu akışkan miktarına, emiş ve basma arasındaki basınç farkına bağımlı olarak çalıştırma motoru seçilmesi gerekir. Bu veriler, vantilatör ve pompalar için de geçerlidir; aradaki fark, kompresörün daha çok sistem basıncına karşı kalkış yapacağı düşünülmelidir. Bu nedenle kompresör ek kalkış torkuna özel olarak dikkat etmek gerekir. Diğer tip tahrik motorları (gaz, dizel, buhar) daha ilerde incelenecektir. Yoğuşturucular (Condenser) Soğutma düzeninde yoğuşturucunun görevi, kompresörden sıkıştırılmış ve sıcaklığı yüksek gelen soğutucu akışkanın ısısını alarak gaz halinden sıvı haline gelmesini sağlamaktır. Isı pompalarında, soğutucu akışkandan elde edilen ısıyı yoğuşturucu yoluyla çekmek mümkündür. Yoğuşturucular iki türlüdür: - Hava soğutmalı yoğuşturucular - Su soğutmalı yoğuşturucular. 9-34
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLİMLENDİRME Hava soğutmalı yoğuşturucular: Hava soğutmalı kondenserler, boru ve kanatçıklardan oluşmuş bir bataryadır. Boru içinden soğutucu akışkan geçişinde hava akımı ile temasta bulunur. Hava-boru temasında ısı geçişi zayıf olduğundan düzen, kanatçıklar ve hava üfürücü vantilatör ya da vantilatörler ile takviye edilmiştir. Soğutma tesislerinde havalı yoğuşturucular çok büyük hava debilerine ihtiyaç duyduklarından, yapı dışına konarak mümkün mertebe atmosferin yıpratıcı etkilerine karşı korunurlar. Isı pompalarında ısıtma görevi yapacaklarından, hava ısıtıcısı olarak genelde doğrudan verici kanal içine kurulurlar. Hava soğutmalı yoğuşturucu kontrolü, vantilatörü dur-kalk çalıştırarak yada vantilatör hızını değiştirerek ya da damper konumlarını değiştirmek suretiyle gerçekleştirilebilirler. -,Su soğutmalı yoğuşturucular: Bu sistemde yoğuşturucunun sıcaklığı, soğutma suyu aracıyla alınmaktadır. Yoğuşturucu, esasında boru kangalından oluşmuş bir ısı değiştiricidir (exchanger). Soğutucu su, boruların içindedir ve soğutucu akışkan bunların dışında yoğuşur. Sıcak su ile ısıtma yapan ısı pompası tesislerinde yoğuşturucuyu, soğutucu akışkanın ısısını verdiği bir kazan gibi düşünmek mümkündür. Su soğutmalı yoğuşturuculann kontrolü genelde su tarafından yapılır. Hissedici eleman, yoğuşma basıncını ya da sıcaklığını hisseder. Soğutma tesisatlarında iki yollu, ısı pompalan tesisatında ise üç yollu vanalar ile kontrol gerçekleştirilir. Buharlaştırıcı (Evaporator, cooler) Bilindiği üzere, sıvı haldeki soğutucu akışkan, buharlaştıncıda buharlaşmaktadır. Bu buharlaşma için ikinci akışkandan ısı çekilmesi gereklidir. Bu çekim için ise ikinci akışkan sıcaklığının, soğutucu akışkan buharlaşma sıcaklığından daha yüksek olması gerekir. Bu nedenle buharlaştırıcıya soğutucu demek adet haline gelmiştir. Bir buharlaştırıcı da ısı değiştirici (exchanger) olup yapısı yoğuşturucu gibidir. Bu cihazlar gıda sanayiinde ve iklimlendirme alanında çok kullanılırlar Bunlar soğutma çeriminde iki tiptirler: - Yaş buharlaştırıcı - Kuru buharlaştıncı. Yaş buharlaştıncılar: Yaş buharlaştıncıda borular tamamen soğutucu akışkan ile doludur. Boruların sıvı ile dolu olması ısı transferini iyileştirir, fakat buna karşılık sistemde daha fazla soğutucu akışkan kullanılması gerekir. Boruların bağlı olduğu kaptaki sıvı seviyesi, bir seviye kontrol düzeneği ile sabit tutulur. Boru ve kabuk (Tube and Shell) tipi buharlaştırıcılarda borulann içinden su geçmekte, boru dışında ise soğutucu akışkan bulunmaktadır. Kabuğun üst tarafında buhar kubbesi (domu) boşluğu bırakılır. Bu tip soğutucular daha ziyade turbo makinalarda kullanılmaktadır (Şekil. 43).
2 - L;
Ş e k i l . 43JTAS TIP BUHARLAŞTIRICI Şekil . 4 4 . YATAY BORULU BUHARLAŞTIRICI 1 2 3 t, 5
SOĞUK SU HAVALANDIRMA SOĞUTUCU AKIŞKAN ÇIKIŞI SOĞUTUCU AKIŞKAN GİRİŞİ YAG DRENİ
1 SOĞUTUCU AKIŞKAN GİRİŞİ 2 SOĞUTUCU AKIŞKAN ÇIKIŞI 3 SOĞUK SU GİRİŞİ I, SOfiUK SU ÇIKIŞI 5 ÖN BİRLEŞTİRİCİ KAPAK 6 ARKA TARAF BİRLEŞTİRİCİ KAPAK
Kuru buharlaştıncılar. Bu tip buharlaştıncılarda. sıvı / buhar karışımı giriş yapar. Burada en önemli husus, soğutucu akışkanın ısı eşanjörü yüzeyine uniform olarak dağıtılabilmesidir. Buharlaştırıcıya bir termostatik kontrol sistemi yardımı ile buharlaşacak kadar sıvı gönderilir. Az sıvı gönderilmesi halinde soğutucu akışkan buharı çıkışta kızacağından, termostatın duyar elemanı genişleme valfine kumanda ederek daha fazla sıvı geçmesini sağlar. Buna göre soğutma yükü arttığında daha fazla, azaldığında daha az sıvı kullanılır. Yaş buharlaştıncıda ise daima aynı miktarda sıvı bulunur. Ve soğutma yükünün gerektirdiği kadar buharlaşma olur. 9-35
ISITMA-HAVALANDIRMA VE tKLİMLENDÎRME Havalı soğutucular genelde boru ve kanatlardan oluşur. Standard cihazlarda, bakır boru ve alüminyum ya da bakır kanatlardan oluşturulmuştur. Gelen soğutucu akışkanı hava soğutucusuna üniform olarak dağıtabilmek için bir dağıtıcı (spider) kullandır. Sıvı (su, salamura vb.) soğutucu kuru buharlaştıncüarda, soğutucu akışkan boruların içinde buharlaşır. Genelde (Şekil. 44) de görülen boru demetli buharlaştıncı kullanılır. Makaslayıcı / Debi Ayarlayıcı Birim Her basınçlandıncüı soğutma devresinde, ister soğutma ister ısı pompası makinası olsun, bir yüksek basınç bir de düşük basınç tarafı vardır (Şekil. 45). Yüksek basınç tarafı kompresör çıkışından başlayıp yoğuştunıcuyu geçtikten sonra makaslama / debi ayarlayıcı ünitede biter. Düşük basınç tarafı ise, yine makaslama ünitesinden başlar, buharlaştıncı ve kompresör emişine kadar uzanır. (Şekil. 45) şematik olarak bu durumu ifade etmektedir. Bu suretle düşük basınç, kompresörde yüksek basınca değişmektedir. Makaslayıcıda basınç düşmekle birlikte ihtiyaç duyulan soğutucu akışkan miktarı da ayarlamaktadır. Buna göre makaslayıcı cihaz aynı zamanda debi ayarlayıcı cihaz olarak da bilinmektedir.
»»T
Ş e k i l 45_S0fiUTMA- GRUBUNDA YÜKSEK VE ALÇAK BASINÇ DEVRELERİ
1 2 3 4
9-36
KOMPRESÖR YOGUŞTURUCU GENLEŞME VE DEBİ VENTİLİ BUHARLAŞTIRICI
©
YÜKSEK
Q
ALÇAK
BASINÇ BASINÇ
TARAFI TARAFI
Şekil. t s _ DÜŞÜK BASINÇLI YÜ7ER VALFI a) Detay b) Tespit Sekti 1 Yüksek Basınçta Soğutma Akiskanl . Sivi Durumu 2 Düşük Basintta Soğutucu Akiskan Buhar Durumu 3 Buhjrlastiriclya Giden SM Soğutucu Akiskan t Buharlastiriciya Giden Buhar Halinde Soğutucu Akiskar 5 Buharlastirici
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLİMLENDÎRME Bu cihazın en çok kullanılan ve bilinen tipleri aşağıdadır: - El ile kumanda edilen genleşme valfı - Düşük basınçlı yüzer (float) valf - Yüksek basınçlı yüzer (float) valf - Otomatik genleşme (expansion) valfı - Termostaük genleşme valfı - Kapilcr tüp El ile kumanda edilen genleşme valfı: Sızdırmaz şekilde imal edilmiş ve soğutucu akışkan etkilerine dirençli, pratikte el ile kumanda edilebilen bir valftir. Bu dttzeneğe iğne uçlu valf da denebilir. Ve makaslama dışında debi ayarını da yapabilir. Genelde sabit yüklerde tercih edilir. Yine de bir uzman kimse tarafından yük değiştirmelerinde kontrol edilip düzenlenmelidir. Düşük basınçlı yüzer (float) valf: Adının da ifade ettiği gibi valfın alçak basınç tarafına tesis kurulmuştur. Özellikle yaş buharlaştıncüarda kullanılır. Seviye ayarlayıcı, buharlaştıncımn içine konacağı gibi ayrı bir hücre ile dışına da kurulabilir (Şekil. 46). Eğer ayrı bir yüzer seviye ayarlayıcı kullanılıyor ise, flotörün içinde bulunduğu hücre, alt ve üst kısımlardan (Şekil. 46) da görüldüğü gibi buharlaştıncıya bağlanmalıdır. Bu sistem, pratikte hatasız ve çok iyi bir kontrola elverişlidir. Her cins soğutucu akışkanda kullanılabilir. Bu nedenle yaş sistem buharlaştıncüarda en iyi şekilde debi ayarlayan sistem olarak tanımlanır. Yüksek basınçlı yüzer (float) valf: Bu sistemde yüzer vah7, yüksek basınç tarafına bağlanmıştır (Şekil. 47a). Ve yüksek basınç tarafındaki sıvı tarafından yönlendirilip kontrol edilmektedir. Bu debi ayarlayıcısı, sistem içinde, soğutucu akışkan miktarım ayarlayarak büyük görev yüklenir. Bunun anlamı, cihazın buharlaştıncıya akışkan gönderme işlemi, kendi hücresindeki seviyeye bağlı kalır ki bu da yoğuşturucudaki miktarlara bağlıdır.
-w
Şekil .^8-OTOMATİK GENLEŞME VALPI Şekil t 7 _ Y Ü K S E K BASINCI! YÜZER VALF
SIV] DURUMU 1 OÜSÜK BASINÇTA SOĞUTUCU AKIŞKAN BUHAR DURUMU 3
BUHARLAŞTIRICIYA GİOEN SIVI HALDEKİ SOĞUTUCU AKIŞKAN
i. BUNARLAŞTIRICI
1 2 3 4 5 6 7
YOĞUŞTURUCUDAN VALF PİSTONU SIVI BUHAR KARIŞIMI DİYAFRAM BUHARLAŞTIRICI BASINCI YAY BASINCI AYAR VİDASI
9-37
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLİMLENDİRME Otomatik genleşme (expansion) valfı: Şekil.48 de görülen otomatik genleşme valfının görevi, buharlaştuıcıda basıncın sabit değerde kalmasını sağlamaktır. Buharlaştıncıda basınç yüseldiğinde valf kapanır, basınç azaldığında ise valf açar. Bu suretle buharlaştırıcıda basınç, dolayısıyla buharlaşma sıcaklığı da sabit kalmış olur. Bu valf, ani yük değişimi gösteren tesisler için uygun değildir. Ancak çok küçük yük değişimi gösteren tesislerde kullanılabilir. Termostatik genleşme valfı: Şekil.49 da görülen termostatik genleşme valfi çok kullanılan bir valftır. Bu valfın kontrol alanı, buharlaşmanın başlangıcı ile bitimi arasındaki farkta yapılır. Kontrol ünitesinin detektörü (7), buharlaştıncının çıkışına kurulur. Bilindiği gibi buharlaşma olayı sabit sıcaklıkta olur. Sıcaklık farkı, kızgın (superheating) buhar aralığına karşılıktır. Görüldüğü üzere, esas olarak bu kontrol sistemi, buharlaştıncının tüm yüzeyini kullanabilmesini ayarlayan bir düzendir. Termostatik genleşme valfi, ayar yeteneği bakımından otomatik genleşme valfine göre daha üstündür. Soğutma yükündeki artışa göre soğutucu akışkan debisini devamlı ayarlamak mümkün olur. Aynca, daha önce belirtildiği gibi, termostatik valfda kızma derecesini ayarlayarak buharlaştırıcı çıkışında soğutucu akışkanın bir miktar kızdırılması sağlanabilir. Çok düşük kızma derecesinde, kompresör durduğunda genleşme valfınin tam kapatması mümkün olmayabilir. Bu durumda sisteme, genleşme valfinden önce bir solenoid valf eklemek gerekir.
Ş e k i l . 4 9 . IC BASINÇ DENGELİ TERMOSTATİK EENUŞME- VALFİ 1 2 3 4 İ 6 7 8
DİYAFRAM İĞNE AYAR YAYI AYAR VİDASI MAKASLAYICI AĞIZ YOGUŞTURUCUOAN HİSSEDİCİ BUHARLAŞTIRICIYA
Ş e k i l . 50_CAPILLARY TÜP 1 2 3 4
SIVI HALDEKİ SOĞUTUCU AKIŞKAN CAPIUARY TÜP BUHAR HALİNDEKİ SOĞUTUCU AKIŞKAN KALBUR FİLTRE
Kapiler tüp (boru): Şekil 50 de görülen kapiler tüp çok basit bir makaslayıcıdır. Fakat uygulama aralığı kısıtlıdır. Bunlar, önceden saptanan soğutucu akışkan miktarlan ve basınç düşüş değerleri için yapılırlar. Bu şarlar değiştiğinde, kendi kontrol etkileri de değişir. Çalışma emniyetleri dolayısıyla ev soğutuculan, pencere tipi soğutuculan, iklimlendirme küçük cihazları gibi 5 kW ı geçmeyen seri yapımlarda kullanılırlar. Genellikle spiral şeklinde, ince 0,4 - 2 mm çaplı bakır borulardan 2 m boyunda yapılırlar. Soğutucu akışkan giriş başlangıcında kalbur gibi ince delikli bir filtre bulunur. Bu, kapiler boruya pisliklerin girişini engeller. 9-38
ISITMA-HAV AL ANDIRMA VE İKLİMİ ENDtRME Güvenlik Düzenekleri Yüksek ve düşük basınç presostatı: Bu düzenek kompresör giriş ve çıkışına kılcal borular ile bağlanmıştır. Yüksek basınç şalter (switch) i, üst basınçlar için koruyucu görevini; düşük basınç şalteri ise düşük basınç tarafında meydana gelecek arızalarda koruyucu görevini sürdürerek durdururlar. Yağ basıncı farkı şalteri: Kompresör yağlanmsı bir yağ pompası aracıyla sağlanmaktadır. Bu pompa bir şaltere bağh olup pompa çıkışı ile karterdeki yağın basınç farkı bu düzenek aracıyla kontrol edilmektedir. Eğer bu basınç farkı ayarlanan değerden düşük ise kompresör otomatik olarak durdurulmaktadır. Kompresörün başlama fazında, yağ basınç kontrolü, yağı 15 - 45 saniye kadar, zaman rölesi aracıyla kısadevre yapmaktadır. Duruş anı koruyucu rölesi (zaman rölesi) : Bir soğutma makinasının devre dışı kalışı sırasında bazı tehlikeler vardır. Örneğin, sıcaklığa bağlı olan kontrol sonucu makinanın devreye giriş ve çıkışı ayarlanmış ise bu zaman aralığı çok kısa olur. Kalkış yapan motor yüksek akım çeker. Bu durum ise sargı sıcaklıklarının aniden çok yüksek değerlere ulaşması, dolayısıyla tahribata uğraması demektir. Bu nedenle otomatik işletmelerde duruş anı rölesi kullanıllarak tesis korumaya alınır. Rölenin devreden çıkmasından itibaren 6 - 1 0 dakika duruş zamanı ötelenir. Motor koruması : Akım sigortası, aşın yük termik rölesi ve sargılar arası termisteri. sargılan aşın sıcaklık ve akımdan korumak için kendi aralarında uyum sağlayack şekilde düzenlenir. Genellikle kontrol fazında, çalıştırıcı elektrik motoru, bimetal bir röle ile irtibatlanır. Bu bimetal, izin verilen akım değerine ayarlanmalıdır (set edilmelidir). Krankın ısınma durumu : Kompresör çalışırken durma konumunda ısınmış olur. Bu durum yağ ve soğutucu akışkanın birbiri ile istenmeyen bazı kanşımlan oluşturmasına neden olur. Bunlar da makinanın tekrar kalkışında kompresörde sıvı darbelerine ve arızalara neden olur. Bunu engellemek içi soğutucu akışkanın yoğuşmasına engel olacak ölçüde yağlama yağı ısıtılır. Dondan koruma: Duyargası yoğuşturucu çıkışına konan bir termostat aracıyla koruma yapılır. Bu düzen +1"C ye ayarlanır ve bu suretle su soğutucu donma tehlikesinden kurtulur. Bunun için makina, devreden zamanında çıkartılmış olur. Akış kontrolü: Bu kontrol, boruda minimum akışı sağlamak için gereklidir. Akış miktarı minimum değeri bulmadığı takdirde makina durur. Isı pompası için defrost kontrolü : Hava ile çalışan ısı pompası buharlaştırıcısı, hava çok nemli olduğu zaman donma olayına maruz kalabilir. Bunun sonucu olarak buharlaştıncı basıncı düşer. Normalde seri olarak programlanmış olan diferansiyel basınç presostatı, bu basıncı kontrol eder ve soğutma işlemini 4 yollu vana aracıyla tersine çevirir. Ve kısa bir süre için buharlaştıncı, yoğuşturucu olarak çalışmaya başlar ve ısıyı yükseltir. +20°C'ye ayarlı bir termostat aracıyla sıcaklık yükselerek defrost olayı durur. Sistem tekrar normale döner. Sistemin Diğer Birimleri Filtre / Kurutucu : Soğutma devrelerinde pislik, küçük parçacıklar vb. kirler büyük tahribata ve zararlara neden olurlar. Bu nedenle devreye, çok ince delikli süzgeç ile (silika jel) içeren filtre / kurutucu konur. Silika jel kimyasal olarak su damlalarını tutar. Bu kurutucular, su damlalarını renkli olarak gösteren gözleme camlan (sight-glasses) ile donalıtılmıştır. Turbo kompresörler kurutuculara ihtiyaç göstermezler. Çünkü sisteme eklenen havalandırma düzeni ile bu kurutma yapılabilir. Yağ ayırıcı : Yağ ayırıcılara yalnız pistonlu kompresörlerde gereksinim vardır. Bunlar özellikle yaş buharlaştırıcılarda kullanılır. Genellikle, santrifüj ayırıcı tipinde tasarımlanmışlardır. Krank muhafaza kabuğunda (karterde) bulunur. Ve yüzer iğne uçlu kontrol ile karter arasında otomatik olarak yağ devri yaptınr. Isı Kaynakları ve Isı Geçiş Ortamı Isı pompasında en büyük rolü ısı kaynaklan yüklenmiştir. B unlan yakından incelemek gerekir. Bilindiği üzere günümüzde ısı kaynaklan deyince su, hava, toprak, güneş enerjisi ve teknik olarak ısı kaynağı olabilecek ortamlar akla gelmektedir. Yukarıda belirtilen ısı kaynaklanın inceleyelim. 9-39
ISITMA-HAVALANDIRMA VE tKLÎMLENDİRME Su: özgül ısısı en büyük kaynak olması nedeniyle çok elverişli bir durumu vardır. Örneğin, bir metre küp su ]j, eğer 5°C soğutuluyor ise ısı değeri 5,8 kW olur. Su, doğada yeraltı suyu. nehir, göl, sel suyu ve deniz suyu olarak Wl bol miktarda bulunmaktadır. Ancak, doğal su rezervuarlarını birkaç (°C) fark için kullanmak gerekir. Zira çevre suyuna bağlı bitki ve hayvan topluluğu büyük değişimlerden zarar görebilir. Özel ısı kaynaklarını seçerken aşağıdaki kurallara uymak gerekir. Bu kurallar : - Yerel olanaklar ve yeterlilik, - Yeterli ısı miktarı ve uygun sıcaklık ve zamanlama, - Yerel yetkili makamların onayı, - Kirlilik derecesi - Suyun koroziv etkisi. Yeraltı suyu : Yeraltı suyu, ısı pompası için en iyi kaynaklardan bir tanesidir. Zira onun sıcaklığı yaz ve kış çevreden en az 10°C daha düşüktür. Bu da 1 m3/s için 8 - 1 0 kW ısı atılması anlamına gelir. Önce pilot kuyular açarak su kapasitesini, seviye düşüşünü ve suyun kalitesini ölçmek gerekir. Kötü bir su kalitesi, koroziyon tehlikesini ve ilk yatırım fiyatlarının yükselmesini sonuçlar. Şekil.51 de kuyular ile çalışan bir ısı pompası düzeni gösterilmiştir. Burada (3) numaralı kuyu yeraltı suyunu veren, (4) numaralı kuyu ise dönüş yapan ve filtre görevini yapan kuyudur. Şekil. 51.ISI VERİP DÖNÜŞ YAPAN YER SUYU 1 ISI POMPASI 2 YER ISITMASI 3 ISI VEREN YER SUYU i, YER SUYU DÖNÜŞ KUYUSU
İşin doğru olanı, yeraltı suyunun buharlaştıncıya sızmasını önlemek için Şekil.52 de gösterildiği gibi bir ara eşanjör (ısı değiştirgeci) kullanmaktır.
Yüzeysel sular : Göl ve nehir suyunu kullanan ısı pompası düzenlerinde, ısıtma proseslerinde ekonomik bir sonuç almak için su sıcaklığı 4°C soğutulacak şekilde hesaplanır. Bu da buharlaştıncının 0°C de olması demektir. Bu şartlarda ısı transferi sonuçlarından emin olmak için soğutucu akışkan buharlaşma sıcaklığının (-5°C) alınması gereklidir. Bu üretim ise buharlaştırıcıdaki su yüzeyinin 0°C olması dolayısıyla donma tehlikesinin birlikte gelmesi demektir. Bu nedenle arada antifriz karışımlı bir devre kullanmakta yarar vardır (Şekil.53). FİLTRE KUYU
Deniz suyunda ise yosun ve deniz suyunun korozif etkisi dolayısıyla uygun bir buharlaşüncı tipi seçmekte yarar vardır. Bu nedenle levha (pleyt) evaporatör kullanarak bakım giderlerini azaltmak ve sürekli temizlemeyi kolaylaştırmak mümkündür. Hava : Isı pompası ısıtma prosesinde şüphesiz hava, en mükemmel bir ısı kaynağıdır. Çünkü her yerde ve her zaman vardır. Diğer yandan, havanın bazı sakıncaları vardır. Örneğin, dış hava sıcaklık derecesinin düşmesi, ısı pompasının ısıtma üretiminin hızla düşmesine neden olur. Havanın diğer bir sakıncası, düşük özgül ısıya sahip olmasıdır. Bu da büyük miktarlarda havaya ihtiyaç duyularak onun iletimini pahalılaştınr. Aynca, enerji kaybı ve gürültü problemleri yaratır. Kirli hava daima temizleme gereksinimi ve korozyon tehlikesi yaratabilir. Son olarak havadaki nem, birlikte defrost ve yoğuşma problemini getirir. Bu problemler de ancak parasal güç ile çözümlenebilir. Buna göre hava pek fazla ekonomik bir çözüm getirmez. Hava daha çok ara mevsim geçişlerinde yararlı olabilir. 9-40
ISITMA-IIAVALANDIRMA VE İKLİMLENDİRME Toprak (Yer) : Bundan 30 yıl önce. toprak (yer) kullanılarak, borular aracıyla ısı boşalmasının araştırmaları başladı. Halen bu araştırına sürmektedir. Yağmur ve güneş enerjisini depolayan toprak, ısı üretimi yapar. Yerin ancak küçük bir bölümü, yü/.eye yakın olarak jeotcrınal ısı akımını kapsar. Öyle ki yer sıcaklığı, dış atmosfer sıcaklığının bir fonksiyonudur.
c
O
Şekil. 52 _YER SUYU İÇİN ARA EŞANJÖR 1 2 3 4 5 6
BUHARLAŞTIRICI SOĞUTUCU AKIŞKAN GİRİŞ VE ÇIKIŞI ARA ÇEVRİM ISI EŞANJÖRÜ ISI EŞANJÖRÜ ISI VERİCİ YER SUYU YER SUYU DÖNÜŞÜ
Toprak derinliğine indikçe dış tesirler azalarak küçülür. Sonunda, 10 metre derinliklen itibaren aşağıya doğru pratikte yaklaşık olarak sıcaklık sabit kabul edilebilir. Bu sabit sayı, yıllık ortalama sıcaklığa karşılıktır, lllbette bu sayı, coğral'ik konu, kliınatik şartlara da bağlıdır. Ayrıca derinlik arttıkça, sıcaklık az miktarlarda değişmektedir. Deneyler 1,2 m ile 1,5 nı arasındaki derinliklerin yeterli olduğunu göstermiştir. Üç etken, yer sıcaklığında büyük rol oynamaktadır. Bunlar: - Özgül ısı kapasitesi, kJ/kg.K - İsı kondüksiyon katsayısı, W/m K - Yoğunluk, kg/nr 1-akat bu üç etken, toprağın içerdiği neme bağlıdır. Eğer zemin doyma noktasına kadar zenginleştirilmiş ise kuru zemine göre % 30-50 daha iyi bir ısı transferi özelliğine sahip olur. Diğer taraftan, toprağın nemliliği, yerin yapısına bağlıdır; çünkü toprak yapısı kayalı, kumlu ya da killi olabilir. Bunun sonucu olarak, killi arazi yüksek nem absorbe etmesi nedeniyle zemin kollektörü olmaya olağanüstü derecede elverişlidir. Toprağa döşenen bu boruların metresinden 25-58W/m ısı boşaltmak mümkündür. Örneğin, verilen ısıtma yükü ve metresi 40 W/m yük boşaltan boru uzunluğu 250 m bulunur. Buna göre iki boru aralığı 1 metre olmalıda'. Buna karşılık olan alan ise 250 m2 bulunur. Isıtma peryodunda, ısı çekişi dolayısıyla zemin soğuyacakta'. Boru çevresindeki su buharı yoğuşacak ve ısı atışı artacaktır. Sonuç olarak su donacak, çözülmede ısı serbest kalacak ve ısı çıkışı daha da artacaktır.
Şekil. S J _ ARA ÇEVRİM ( ARA EŞANJÖR ) YÜZEY SUYU 1 2 3 4
BUHARLAŞTIRICI SOĞUTUCU AKIŞKAN GİRİŞ VE ÇIKIŞI ARA ÇEVRİM ISI EŞANJÖRÜ
Sebze yetiştirmeye engel olacak kalıcı kırağı (tröst) nın sabitleşmesini önlemek için çatıya boru yerleştirilerek zemin borularına bağlanır. Böylece, zemin sıcaklık seviyesi yaz aylarında yükselir ve kış aylarında ısı akümülatörü gibi çalışır (Şekil.54). 9-41
ISITMA-H A YALANDIRMA VE ÎKLÎMLENDÎRME
Şek i 1.54 -TOPRAĞA DÖŞENEN BORULU SİSTEM 1 2 3 l>
ISI POMPASI YER ISITMASI ÇATI KOLLEKTÖRÜ TOPRAK KOLLEKTÖRÜ
Plastik ya da çelik boru kullanılabilir. Ve antifriz karışımı akışkanda ısı transfer ortamı olabilir. Pratikte ısı kaynağı olarak çok avantajlıdır. Çünkü uzun ömürlü ve düşük onarım hareamalıdır. Sakıncalı yönü ise geniş alanlara ihtiyaç göstermesi ve kazıyı gerektirerek ilk yatırımı artırmasıdır. Güneş enerjisi: Hava gibi güneş ışınları da bir ısı kaynağıdır. Çünkü her yerde vardır. Yalnız kış aylarında konuyu düşünmek gerekil'. Buna çare olarak da ısı depolumu tankı sisteme bağlanabilir. Dünya atmosferi dışında güneş radyasyonu şiddetlidir. Pratik olarak sabit ve yaklaşık 1,35 kW/m2 dir Yer yüzeyinde ise radyasyon .şiddeti atmosfer tarafından azaltılır. F.tkili güneş enerjisi radyasyon ışınlarının geliş açısına, yerel zamana, güneş ışınının devam süresine bağlıdır. Merkezi Avrupa'da senelik güneşli günlerin toplam saati bazen 1300 den azdır, lın fazla da 2000 dir. Türkiye için bu ortalama yılda 2000-2400 alınabilir. Örneğin, hesaplarda Kasım ayında, günlük ortalama olarak, kollektör m2 si başına 1,5 kW-sa./m2 güneş enerjisi toplandığı kabul edilebilir. Bu değer Ocak ayında 2.2 kW-sal/m2' Şubat'ta ise yaklaşık 3 kW-sa./m2 dir. Dünya yüzüne varan güneş radyasyonu iki kısımdan oluşur: Direkt radyasyon ve havaya bağlı olarak yayılmış diffused radyasyon. Kış aylarında optimum ışın için kollektör açısı düşey ile 25° dir. Bu açı diffused ışın için en uygun olanıdır. Fakat yapılan deneyler, her mevsim geçerli olmak üzere 45° lik açı kullanmanın duha faydalı olacağım ortaya koymuştur. Bir yapıyı yalnız güneş enerjisiyle ısıtmak için gerekli kollektör yüzeyleri ile ısı depolama tankının kuruluşunun ekonomik olmadığı bilinen bir gerçektir. Bu nedenle, direkt güneş enerjisini ısıtmada kullanmaktan ise kollektör ısısını ısı pompasında kullanmak daha avantajlıdır. Alıklardan ısı geri kazanımı: Soğutma suyu, atık su, egzost havası ve egzost gazından teknik ısı kaynağı olarak bahsetmek mümkündür. Soğutma suyu ve alık su doğrudan ısı kaynağı olup koıoziv olmamasına dikkat etmek gerekir. Kirli su halinde bu sıvılardan ara media olarak yararlanmak ve bunun için araya uyttun malzemeli bir ısı değiştirici koymak gerekir. Sistemler isi kaynaklarına ve ısı kullanımına göre muhtelif ısı pompası kombinasyonları vardır. Örneğin hava-hava, 9-42
II !
ISITMA-1IAVALANDIRMA VI- İKLİMİ.ENDİRME hava-su, su-hava, su-su gibi. Bu sıralamada birinci terim ısı kaynağının, ikinci terim ise kullanılan ısının cinsini vermektedir. Bunları teker teker güzden geçilelim. Hcıva-hava ısı pompası : Şekil.55 de bir hava-hava akış şeması görülmektedir. Bu sistemde ısı kaynağı olarak çevredeki hava kullanılmıştır. Ilacımlarm ısıtılması için ise kondenser (yoğuşturucu) üzerinden geçen sıcak hava bacımlara gönderilmiştir. Bu sistemde en büyük sakınca, ısı kaynağı olarak kullanılan çevre havasının sıcaklığının düşmesi halinde büyük ısı miktarlarına ihtiyaç duyulmasıdır. Bu sistemlerde çevre havası sıcaklığının +5"C den aşağı düşmesi istenmez.
Şekil. 5 ı . HAVA-HAVA ISI POMPASINDA ISITMA VE SOĞUTMA İŞLEMİ A ISITMA İŞLEMİ B BL" ;OZME İŞLEMİ ' AKI' YÖNÜ ..LAŞTIRICI 3 KOMPRESÖR l, KOLLEKTÖR 5 t, YOLLU VANA 6 YOÖUŞTURUCU 7 ISITMA İŞLEMİ , GENLEŞME VALFI 8 SOĞUTMA İŞLEMİ , GENLEŞME VALFI
Çok iyi yalıtılmış tek ailelik bir ev için 15 kW-sa. ısıya ihtiyaç olduğunda bu ısıyı sağlıyacak hava miktarı yaklaşık 9000 kg/sa olacaktır. Bu da sıcaklık ve neme bağlı olarak 7200 ııvVsa lık bir hava debisini verecektir. Bu sistemlerde çevre sıcaklığının düşüşü dolayısıyla daima buz çözme tedbirlerini almak gerekil'. Bu durum Şekil.55 te belirtilmiştir. Bu düzenlerde performans yaklaşık £=2,5 dolaylarında hesap edilmelidir. Çünkü sisteme yılda %3540 eklemek gerekir. Bu enerji ise gaz, akaryakıt yada elektrik enerjisi
olabilir. Hava-su ısı pompası: Bu sistemde de ısı kaynağı dış, havadır, Başlıca fark, ısılına taralında sıcak su olmasıdır. Genellikle ısıtma tarafı panel ısıtıcılar olup su sıcaklığı 4O'C 50 C arasıdır.
Bu sistemin avantajı basit kombinezonlar ile yardımcı ısı üreticiler olan gaz, akaryakıt veya elektrik ısıtıcılarına bağlanabilmesidir. Örneğin, dış hava +5C nin altına indiğinde bir ısı üreticisi, ek ısı ihtiyacını karşılamak üzere otomatik olarak devreye girebilir. Bu sistemin ortalama performans şekli e =2,5 - 3,0 alınabilir. Isı kaynağı hava her yerde bulunduğundan bu tip ısı pompası çokça kullanılmakladır. Su-su ısı pompası : Kuyudaki ısı kaynağı zemin suyu, yıl boyunca. 8"C - 12'C arasında sabit sıcaklıkta kalmaktadır. Bu suyu ısı pompası 4°C - 6°C soğutmaktadır. Bu su sonradan filtre kuyusuna pompalanmaktadır, l'iltre. kuyu suyunun alındığı kuyudan itibaren yaklaşık 15-20 metre uzaklıkta olmalıdır. Su kaynağının sabit sıcaklıkla olması nedeniyle ısı pompasının buharlaşma sıcaklığı da 0 O nin üstünde sabit kalacaktır. Bunun sonucu, sistemin performans şekli önemli oranda düzeldiğinden e =3.0 - 3,5 olur. Kirlenmelere engel olmak için önceki paragraflarda belirtilen ara değiştiricileri kullanmakta yarar vardır. Korozyon tehlikesine karşı, ısı kaynağı olacak suyu güvenlik açısından test etmek ve buna göre gerekli önlemleri almak uygun olur. 9-43
ISITMA-HAYALANDIRMA VE tKLİMLENDÎRME
Havuz Hacmi Isıt
Serpatini
Isı Kaynağı " " Serpantini HAVUZ HACMİ
TEMİZ HAVA GİRİŞİ
EXZOST
I Kızdırıcı Kompresör | Buharlaştırıcı
T Sıcak Su Isıtıcısı
Sekil.56_ HAVA-HAVA ISIPOMPASI
Eğer ısı kaynağı olarak toprak kullanılıyor ise, borulara antifrizli su ya da salamura su doldurmakta yarar vardır. Bu salamura -10°C ye kadar donmadan inebilmelidir. Isı transferi boru çapına bağlı olmadan 30-40 W/m2 alınabilir. Performans şekli E = 3,0 tür. Isı kaynağı olan toprak alanı, ısıtılan alandan 2-3 defa daha büyük olur. Bu sistemin tasarımı çok basit olup uzun bir ömre sahiptir. Nehir ve göl suları ancak 2°C fark ile çalışabilir ve korozyon bakımından zemin sularından daha tehlikelidir. Bu nedenle muhakkak bir ara media kullanmak gerekir. Su-hava ısı pompası : Isı kaynağı su olup su-suda görüldüğü gibi çalışır. Yoğuşturucu tarafındaki hava ısıtma işlemi de hava-hava da olduğu gibi işler. Uygulamada Bazı Isı Pompası Düzenleri Hava-hava ısı pompası uygulaması : Şekil.56 da bir kapalı yüzme havuzu hava-hava ısı pompası düzeni görülmektedir. Burada kapalı yüzme havuzu hacmi yoğuşturucu ısısı ile ısıtılmakta, evaporatöre ısı ise havuz hacmi egzost havasından verilmektedir. Yangın ve büyük yapılar için su ısı kaynaklı küçük ısı pompalan : Şekil.57-a da yaz durumu görülmektedir. Yaklaşık tüm birimler soğutma durumunda olup havamn ısısı dönüş suyuna geçmektedir. Soğutma kulesine giden bu su yaklaşık 40°C olup kuleden çıktıktan sonra 33°C gibi küçük birim (unit) yoğuşturucularına gelmektedir. Şekil.57-b ara mevsim durumunu göstermektedir. Yapının bir bölümü ısıtma isterken diğer bölümü soğutma istmektedir. Buna göre soğutma kulesine dönen suyun ortalama sıcaklığı düşerek soğutma kulesini kısmen çalıştırmaktadır.
9-44
ıı fi mı
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLİMLENDÎRME Şekil.57-c ise aynı tesisin kış durumunu göstermektedir. Ekstrem havalarda sisteme ısı eklenmesi gerekebilir. Dönüş suyu minimum değerin altına düştüğünde, su ısıtıcısı otomatik olarak devreye girer. Bazı birimler soğutmaya geçtiğinde, dönüş suyu sıcaklığı yükseleceğinden, ısıtıcı devreden çıkar. Şekil.57-d de kuvvetli iç kaynaklan olan bir uygulama durumu görülmektedir. Soğurma Yapan Unit Şekil. 57_a:
YAZ DURUMU
tç zon ısı kazancı ışık, insan, cihaz vb. olabilir. îç zon, tüm mevsimlerde yani sene boyunca soğutulmaya gereksinim duyabilir. Buradan çekilen ısı miktarları çevrime katılabilir.
Soğutma Yapan Üniteler Sekil.57-b:
Eğer yaklaşık tüm sistemin 1/3 birimi tüm mevsimler boyunca soğutma yapıyor ise ısı talebini dengeleyecek kadar ısıyı sisteme ekleyebilir.
Isıtma Yapan Üniteler
ARA MEVSİM DURUMU
Gtnlesme Tankı va Ayırıcı
Genleşme Tankı LHava Ayırıcı
Soğutms Kulesi Su Isıtıcısı
—Çf
2t"C 2VC
Soğutma Yapan Üniteler Şekil. 57_:c:
KIS DURUMU
Isıtma Yapan Üniteler
Soğutma Yapan Üniteler
Isıtma Yapan Üniteler
Şekil.57_d: KUVVETLİ İÇ KAYNAKLI
9-45
1SITMA-IIAVALANDIRMA VE İKLİMLENDİRME
s4. HAVALANDIRMA Havanın Niteliği Havanın bileşiminde, yaklaşık olarak, hucmcn %21 oranında oksijen ve %79 9 oranında azot, ayrıca az inik- M tarda diğer gazlar bulunur. Bunların haricinde havadaki su buharından söz edilmesi gerek: Havanın bileşiminde nl esi gerekir. bulunan su buharının yüzdesi daima değişir. Oturulan yapılarda, insanların bedensel fonksiyonları ve hareketleri hava bileşimini etkiler. Solunumla çıkan havada CO2 ile su buharı vardır. Solunum, aksırık ve öksürük sırasında havaya bakteriler yayılabilir. Duman üretimi olması ya da açık alevli bir yanma olayının meydana gelmesi halinde, yanma ürünleri aracılığıyla hava kirlenir.
j?
Aynı şekilde endüstriyel işlemler sonunda ortaya çıkan dumanlar, gazlar ya da tozlar da havanın kirlenmesine yol açar.
«ifti « W
Mahal içi havasında bulunan COj gazının oranı, genellikle dış havadan daha fazladır. Bununla birlikle, bu durum nadiren zararlı sonuçlar doğurur. Gerçekte CO2 gazı zehirli değildir ve bu gazın oranı istisnai hallerde %1 değerini aşar. Oysa bu oranın %2 mertebesinde bulunması bile. zararlı tesirler doğurmaz. COı miktarının yüksek oluşunun tek sakıncası, havadaki oksijen oranında azalma olmasıdır. Havanın bileşiminde bulunan en hayati bileşen oksijen olmasına karşın, oksijen oranının bir hayli azalması bile zararlı etkiler yapmaz. Oksijen oranı %17 ye indiği zaman, yanmakta olan bir mumun alevi söner. Halbuki, bu oran sadece %13 mertebesinde bulunsa bile insanın yaşamı bazı şartlarda devam edebilir. İnsan vücudundan çıkan kokular: içinde çok sayıda insan bulunan mahallelerde hafif bir nemlilik duygusunun hissedilmesinin asıl nedeni, vücuttan yayman organik maddelerdir. Vücut kokularının zehirlerden ibaret olduğu kesinlikle söylenemez. Bununla birlikte, bu kokuların havada organik maddelerin bulunmasından ileri geldiği ve insanların sağlık durumları bozuldukça koku şiddetinin arttığı anlaşılmıştır. Bazı araştırmacılar, vücut kokularından dolayı zararlı etkilerin meydana gelebildiğini göstermektedir. Örneğin, iştahın azalması gibi fiziksel bir tepki gözlenmiş, bazı hallerde mide bulantıları hissedilmiş ve kalabalık yerlerde insanlardan çıkan kokulardan dolayı baş ağrılarının duyulduğu görülmüştür. İçinde fazla miktarda insan bulunan bir hacme hangi nedenlerle ve ne miktar hava vermek gerekliğini inceleyelim.
C J
jj V\j diı-.
Oksijen ölçütü : Doğal olarak ilk akla gelen kriter, solunuma gerekli oksijen miktarını temin maksadı ile laze hava verilmesi-
Konu, fizyolojik bakımdan şöyle düşünülebilir: Deniz seviyesinde bulunan normal bir insan her solunum devresinde 500 cm' havayı ciğerlerine alır. Normal şartlarda dakikada 16 kez solunum hareketi yapıldığı göz önüne alınacak olursa, solunum için kullanılan hava miktarı S l/dak. dır ve bu miktar hareket haline bağlı olarak 360 l/dak. ya kadar çıkar. Karbondioksit ölçütü: Akla gelen ikinci ölçüt, kapalı mahallerin havası içindeki dh miktarını zararsız bir değerde tutacak kadar hava vermektir. İlk zamanlarda, kullanılmış havanın sağlık üzerindeki kötü etkisi, bu hava içerisinde bulunan zehirli bir gaza yüklenmişti. l:akat böyle bir gazın varlığı hiçbir /.aman ispat edilememiştir. Daha somaları buna neden olarak kullanılmış hava içersindeki COı yoğunluğu gösterilmiştir. Atmosfer havası içinde normal olarak %().O3 ya da 0.04 katlar CO2 gazı bulunur. Halbuki insan tarafından çıkarılan COı miktarı, solunmuş olan hava miktarının CAA3 ünü oluşturur. O hakle içinde çok sayıda insan bulunan kapalı mahallerin CO2 yoğunluğu yavaş yavaş artacaktır. Normal şartlar altında hava içersinde %l-2 kadar CO2 in bulunması fark edilir bir rahatsızlık meydana getirmez. Hatta bu değer %3 e kadar yükseldiği zaman bile önemli bir rahatsızlık görülmemektedir. Takat %5 den %10 a kadar- olan^CO: yoğunluğu, daha önce de belirtildiği gibi nefes almakta zorluk, kalp çarpıntısı ve yorgunluk hissedilmesine neden olur. Bu bakımdan CO2 yoğunluğunu islenilen bir değerde tutmak için kapalı hacme verilecek taze hava miktarı da havalandırma için en düşük bir ölçül olarak ele alınabilir. Takat bu amaçla verile9-46
Sp^Ü | , } ' *, " *"
{)
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLÎMLENDİRME cek olan hava miktarı da küçük bir miktardır. Örneğin, hafif işler gören insanlar için ve CO2 yoğunluğunu %0,5 de sabit tutmak üzere insan başına 114 1/dak. dış hava vermek yeterli olmaktadır. Daha sonra yapılan deneyler göstermiştir ki COı yoğunluğunu sabit tutmak amacıyla normal şartlarda verilmesi uygun görülen 100-150 1/dak. dış hava miktarı konfor sağlamaktan çok uzaktır. İnsan vücudundan ve çeşitli organik maddelerden çıkan koku ölçütü: Fazla sayıda insanın toplanmış bulunduğu kapalı bir mahalde insan vücudundan ve çeşitli organik maddelerden çıkan kokular fazla rahatsız edici olurlar. Ayrıca, sigara içilmesine izin verilmiş olan mahallerde toplanan duman, özellikle sigara kullanmayanları çok rahatsız eder. insanların kokuya alışma yeteneği büyüktür. Kapalı bir mahalde uzun sure kalan bir kimse yavaş yavaş bulunduğu yerin ne kadar fena koktuğunu hissetmemeye başlar. Bununla birlikte insan mekanizması bu gibi durumlarda bile kokuların kötü etkisi altındadır. Sigara dumanları ise sigaraya alışık kimselerde bile nabzın artmasına neden olur. Yapılan bazı deneylerde ısıtılmış ve havası değişmeyen evler içindeki hafif toz kokusunun, insanlar tarafından fazla hissedilmemesine karşın, iştah kesici sonuçlar doğurduğu görülmüştür. tçinde az insan bulunan mahallerde genellikle doğal enfiltrasyon (sızıntı) gerekli taze havayı sağlar. Bu nedenle evlerde havalandırma tesisatı bulunması zorunluluğu yoktur. Tersine, sinema, tiyatro, dershane, lokanta, genel ofis gibi kalabalık yerlerde mekanik havalandırma yapmak zorunluluğu vardır. Bu gibi yerlere verilmesi gereken dış hava miktarları için, ASHRAE 62-1989 (Ventilation for acceptable indoor air qualitiy) standardına ya da TS 3419 numaralı Türk standardındaki çizelgelere başvurulabilir. Endüstriyel yapıların havalanma gereksinimi: Endüstriyel işlemler sonunda ortaya çıkan duman, gaz ve tozların çoğunluğu insan sağlığı için zararlıdır. Hava içinde kabul edilen yüzde oranlan genellikle çok düşük değerdedir. Oturulan bir mahal içine bu tür zararlı ürünlerin girmemesi gerekir. Bu gibi ürünlerin, çıktıkları kaynaktan alınarak dışarıya atılması uygun olur. Çıkış yerlerinin üzerinde davlumbaz tesisleri ve atış yerlerinde ise temizleyici yöntemlerin kullanılması zorunluluğu vardır. Havalandırma Yöntemleri Hava hareketini sağlayan kuvvetlere göre: - Doğal havalandırma, - Zorunlu (cebri) havalandırma yapılabilir. Doğal havalandırma: Doğal havalandırmada, havanın hacım içindeki hareketi ve dolayısıyla yenilenmesi, sıcaklık farklarına ve rüzgar etkisine bağlıdır. Bu da iç ve dış mekanın basınç farkı demektir. Vantilatör kullanmadan doğal havalandırma işlemi de ayrıca aşağıdaki gibi bölümlere ayrılır: - Derz aralıklarından ya da birleşme yerlerinden havalanma, - Pencere aracıyla havalanma, - Baca (şaft) aracıyla havalanma, - Tepe-kule pencereler ile havalandırma. Den aralıklarından ya da gözeneklerinden havalanma : Eğer kapalı bir hacım ısıtılmış ise ve dış hava sıcaklığından daha sıcak ise iç hava hacmin yüksek bölümlerine çıkarak bu kısımlarda basınç yükselmesi meydana getirecektir. Buna karşılık hacmin alçak bölümleri daha düşük basınçta kalacak ve dış soğuk hava, pencere ya da kapı aralıklarından ve duvar gözeneklerinden içeriye sızacaktır. Aynı şekilde iç hava dışarıya sızacaktır. Olay tersinedir. Eğer içerdeki hava dış havadan daha soğuk ise aynı olaylar meydana gelecektir. Bu hava değişiminin büyüklüğü, pencere ve kapıların derz uzunluklarına ve sızdırma durumlarına bağlıdır. Normal bir yaşama hacminde kış aylarında hava değişimi saatte 0,5 ya da 1 defa olur. Doğal olarak, rüzgar arttığı takdirde hava değişim miktarı da artacaktır. Yaşama hacımlarındaki normal derz infiltrasyonu konfor limitlerini sabit tutmaktadır. Eğer daha fazla havalandırmaya ihtiyaç var ise, pencerelerden yararlanmak mümkündür. 9-47
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLİMLENDİRME Pencere aracıyla havalanma : Pencereyi açmak suretiyle havalandırmayı artırmak mümkündür. Eğer dış hava iç hacım havasından daha soğuk ise pencere açıldıkça dış hava pencerenin alt tarafından içeriye girer, odanın kullanılmış sıcak havası ise pencerenin üst tarafından dışarıya çıkar. Yaz aylarında pencere aralığından havalanma, büyük ölçüde rüzgara bağımlıdır. Baca (şaft) aracıyla havalanma: Kış aylarında önemli miktarda doğal bir hava değişimi uygulaması istendiğinde, hacmin yüksek bölümünden başlayarak çatıya varan bir baca kurmak yeterlidir. Bu bacada çekme kuvveti, duman bacalarında olduğu gibi, iç ve dış hava yoğunluk farkı ile meydana gelmektedir. Dış ve iç hava sıcaklığı birbirine eşit oldukça hava hareketi durur. Yaz durumunda, dış hava daha sıcak olduğundan hava akımı ters yöne dönerek dış havanın içeriye girmesine neden olur. Baca vantilasyonu büyük ölçüde dış sıcaklık ve rüzgar durumuna bağlıdır. Yaz aylarında tam gerektiği anda görevini yapmayabilir. Bu nedenle uygulaması sınırlı olup havalanmanın çok ciddi olmadığı mahallere uygulanması olasıdır. Tepe-kule pencereler ile havalandırma: Bu tip havalandırma kısa bacalı bir havalandırma şeklidir. Ve yapıların çatısına konur. Yine bu tip havalandırma iç-dış sıcaklık farkı ile çalışır. Rüzgarlı devrelerde tepe-kule pencereler ile havalandırma yetersiz kalır. Çünkü rüzgarın yönüne bağlı olarak, kısmen dışarı çıkan hava kısmen içeriye üfürülür. Hava değişimini kontrol etmek için düzenek, ayarlanabilir kontrol damperleri ile donatılır. Tepe-kule pencere ile havalandırmada tepekule pencere sayısı havalanacak hacmin büyüklüğüne ve havanın kötülük derecesine bağlıdır. Bu tip havalandırma, düz çatılı, endüstriyel yapılarda, özellikle yüksek sıcaklık alanları olan, enerji üreten tesislerde, çelik ve demir döküm tesislerinde çok yaygın olarak kullanılır. Zorunlu havalandırma: Hava şartlarının uygun bir satndartta tutulmasının sağlanması bakımından çoğu kez, vantilatörler aracılığı ile havalandırma yapılması zorunludur. Bu amaç ile üç çeşit sistem uygulanabilir: - Havanın mahal içinden çekilerek egzost edilmesi, - Havanın mahal içine basılarak ya da üflenerek gönderilmesi, - Her iki sistemin ortaklaşa uygulanması. Havanın mahal içinden çekilerek egzost edilmesi : Bu tip havalandırma sistemleri en yaygın şekilde uygulanmaktadır. Basit ve ekonomik oluşu nedeniyle, bir çok halde bu tip sistemler tavsiye edilmektedir. Aspiratör tarafından hacımdan çekilen hava, bir kanal yoluyla ya da doğrudan dışarı atılmaktadır. Hacımda vakum yaratıldığı için, buraya hava dışarıdan menfezler aracıyla, kapı, pencere vb. bölümlerden girmektedir. Bu yöntem genelde küçük hacımlann havalanması için çokça kullanılır. Gaz, buhar ve koku ya da oda yüksek sıcaklığı nedeniyle, orta boy ve küçük mutfaklarda, tuvalet mahallerinde, küçük laboratuar, akü odalarında vb. hacımlarda kullanılır. Havanın mahal içine basılarak ya da üflenerek gönderilmesi : Bu yöntem, bundan önce incelemiş olduğumz yöntemin tam anlamıyla karşıtıdır. Temiz hava vantilatör ve basit bir dağıtım sistemi aracılığıyla mahal içine basılmak ya da üflenmek suretiyle gönderilir. Basınç altında kalan hacımdan hava, bulabildiği bütün açıklıklardan geçerek dışarıya çıkar. Bu tip basınç altında kalan hacıma çevreden herhangi bir enfiltrasyon ya da kötü bir hava sızıntısı olamaz. Temiz havanın vantilatör aracılığıyla mahal içine uygun bir şekilde sokulmakta olması, hava dağılımının, hava hacmi ve hızının uygun bir şekilde kontrol altında tutulabilmesi olanağı, bu sistemin üstünlükleri arasında sayılabilir. Gerektiği takdirde, içeriye sokulan havanın temizlenmesi ve ısıtılması da olanaklıdır. Her iki sistemin ortaklasa uygulanması (Compound ventilation): Havalandırma işleminin en güvenilir bir şekilde kontrolü, hem çekiş (aspiratör) ve hem de basış (vantilatör) düzeneklerinin kullanılması yolu ile gerçekleşebilir. Ancak bu şekilde üniform bir hava dağılımı sağlanabilir. Ancak bu takdirde, temiz hava gerekil olan bölümlere gönderilebilir, tüm oturulan mahal içindeki hava dağılımının, giriş ve çıkış açıklıkları arasında olumlu bir akış elde edilebilir. Vantilatörün, aspiratöre oranla yaklaşık %10-20 oranında daha büyük bir hava debisi sağlayacak şekilde seçilmesi ile mahal içindeki hava basıncının dışarıya oranla daha yüksek bir düzeyde tutulması sağlanmış olacaktır. Bu ise hava akımlarının meydana gelme olasılığını azaltacaktır. Bu şekilde hareket edilmekle, dışarıdan kirli havanın girmesi de engellenmiş olacaktır. 9-48
ni
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLÎMLENDÎRME Bu sistemin, genellikle bilgisayar cihaz odalarına uygulandığını unutmamak gerekir. Tozların ve dumanların dışarıya atılması: Hacım içindeki tozlar ve kokular sakıncalı olduğu zaman, havanın yenilenmesi ya da değişim sayısının artırılması suretiyle bu sakınca bir ölçüde önlebilir. Fakat bu çare genel olarak ekonomik bir çözüm yolu değildir. Özellikle tozların ortadan kaldırılması söz konusu olduğu zaman hava yenileme ya da değişim sayısının artırılması, bazı hallerde bir işe yaramaz. En uygun çözüm yolu, bu kirlenmenin çıktığı kaynakta tedbir alınarak kirlenmenin bertaraf edilmesidir. Normal olarak bu gibi hallerde, sonuca varabilmek için en iyi çözüm mahal içinde toz ve duman çıkışına yol açan cihazların mümkün mertebe en iyi şekilde çevreleyen bir davlumbaz sisteminin içine alınması ve manhal içindeki havanın bu bölgeden çekilerek davlumbaz sistemi aracılığıyla dışarı atılmasıdır. Ancak, davlumbaz sistemine giren havanın hızı toz ve dumanların davlumbazın alt kısmından hacmin diğer bölgelerine savrulmasını önleyecek ölçüde yüksek olmalıdır. Tozların sürüklenebilmesi için, kanallar içinde hava hızı değerleri yeterince yüksek olmalıdır. Tozlar ile dumanlar arasında Şekil.58 deki diygramda belirtilen farkın dışında, esas olarak hiçbir ayrılık yoktur. Genellikle havada asılı halde bulunan sıvı damlacıklarından oluşan sis çökeltileri ile aynı şekil ve boyutlara sahip olan toz parçacıkları arasında fark yoktur. Mahal içinde bulunan dumanların ve buharların kontrol edilmesi ve dışarı atılması için çeşitli tip parçacıkların çökelti hızlarından daha yüksek değerlerde hava hızlarından yararlanılması zorunluluğunu unutmamak gerekir. Bu gerçek esas alınmak ve daha ziyade deneysel verilerden hareket edilmek suretiyle, tozların ve dumanların dışarıya atılması için genellikle gerekliliği kabul edilen hız değerleri Çizelge. 1 ve Çizelge.2 de gösterilmiştir. Çizelge. 1 - Çeşitli Tip Davlumbaz ve Hacımlar için Tavsiye Edilen Minimum Hava Hızı Değerleri İş yapılan hacmin ismi
Tavsiye edilen Hız değeri m/s
- Elektroliz atölyeleri
0,75
Davlumbaz açıklığının önü
0,75
Davlumbaz açıldığının önü
0,2 •*• 0,5
Davlumbaz açıklığının önü
- Elektrik ark kaynağı atölyeleri - Mutfaklar
Hızın etki alanı
- Pistole ile boyayapılan mahal
0,75
İşçilerin solunum yaptıkları seviye
- Kum püskürtme yolu ile yüzey temizleme işleminin yapıldığı mahal
2,5 0,4
Girişlerde, aşağıya doğru Mahal içinde
Çizelge.2 - Malzemelerin Nakli için Gerekli Minimum Hava Hızı Değerleri Malzemelerin cinsi
Hava hızı değerleri m/s
- Üstüpü ya da kıtık cinsinden malzemeler - Tahıl tozları - Jüt ya da hint elyafı tozları - Kauçuk tozları -Un - Taşlama ya da rektifikasyon işlemeleri sonucunda açığa çıkan metal tozlan - Ahşap malzeme yongaları - Testere talaşları - İnce kömür parçacıkları - İnce pirinç talaşları - Kurşun tozlan
7.5 10.0 10.0 10.0 15.0 15.0 1X.O 15,0 20.0 20.0 25.0 9-49
ISITMA-H AV AL ANDIRMA VE İKLİMLENDİRME
Mtkron Cinsinden Partikül Boyuflari
Daha fazla bilgi edinilmek istendiğinde 1988 ASIIRAE IIANDBOOK Equipınent Chuptcr II, Recknagel-Sprenger-Hönmann Taschenbuch fiir Hcizung + Klimatechnik 88/ 89 5. Iııdustriclle Absaugungen bölümlerine bakılması. Havanın Temizlenmesi Havada asılı durumda bulunan pisliklerden olumsuz yönde elkilenebilen işlerin yapıldığı bir mahalle hava gönderileceği zaman, havadaki pisliklerin ortadan kaldırılması gerekil-. Örneğin saat, ölçü cihazları fabrikaları, gıda maddeleri imalathaneleri vb. yerlerde durum bu şekildedir, insan vücudunun nazik bir yapıya sahip olduğu, günde 23000 defa solunum yaptığı havanın özelliklerinden büyük ölçüde etkilenebileceği hususu da göz önüne alınmalıdır. Bir mahalle giren ya da bu mahalden çıkan tozların ve dumanların kontrol altına alınması sorunu bir uzmanlık konusudur. Problemin karmaşıklığı nedeniyle burada sadece uygulanan yöntemlerin basil bir tanımı yapılacaktır. Dumanlar ve tozlar gibi kirlilik ürünlerinin havadan ayrılmasının sağlanması için, öncelikle bu malzemelerin boyutlarının ve diğer fiziksel özelliklerinin bilinmesi zorunludur. Şekil.58 deki grafikte bu konuda bazı fikirler verilmiştir. Iın iri partiküller (parçacıklar) öncelikle ele alınırsa, havanın temizlenmesi işleminde en yaygın şekilde uygulanan yöntemler aşağıda açıklandığı gibi sıralanabilir.
Çökelti odalarından ve su huzmelerinden yararlanılması: Çökelti odaları, genellikle tozlarla yüklü havayı taşıyan kanallarla bağlantı halinde bulunan büyük boyutlu bacımlardır. Kirli hava. bu tip bir odaya girince hızını ve dolayısıyla taşıma gücünü kaybeder. Bunun soŞekiL58- Havada Süspansiyon Yani Askı Halinde Bulunan Partikülleıie İlgili nucu olarak havada bulunan tozlar odanın dip Boyutlar Ve Özellikler tarafına çökelir. Havanın yol değiştirmesi için genellikle engeller öngörülür ve ayrıca plakalar yerleştirilerek, toz parçacıklarının bu plakalara çarpması ve böylece kinetik enerjilerinin azaltılması sağlanır Bazı hallerde bu odaların içine su huzmeleri püskürtülmek suretiyle tozlar agırlaştırılarak dibe çokturulür Pistole ile boya işlerinin yapıldığı mahallerde ve özellikle içinde yabancı buharların mevcut olduğu yer erde bu yöntemin uygulanması önerilir. Bu tip çökelti odalarının havanın geçişme karşı gösterdiği direnç genellikle çok az ise de özellikle engel ve perdelere bağlıdır. Siklonlardan yararlanılması: _ . . .. Siklonlar, içlerindeki havanın bir silindire teğet doğrultuda püsküıtiildtigü dinamik çökelti odalarından ıbaıettir (şekil.59). Santrifüj kuvvet etkisiyle tozlar dönme hareketi yapmaya ve silindirin cidarlarına çökmeye zorlanırlar. Çöken tozlar, Şekil.59 da görüldüğü gibi. zaman zaman boşaltılan bir depoya dokulur. Siklonların verimi genellikle düşüktür. Çünkü havanın çıkış açıklığı iç çevrinti bölgesinin üstünde bulunmaktadır ve bu açıklığın boyutları küçüktür. 9-50
ISITMA-IIAVALANDIRMA Vlî İKLİMLENDİRME Bu durumun sonucu olarak, tıpkı çok ince udıınlı bir vida gibi, büyük bir hıza sahip çevrinti halinde yükselen bir hava kütlesi meydana gelir. Dönme enerjisinin büyük bir kısmını kaybetmeksizin bu dayiresel hareketin bir eksenel hareket haline dönüştürülmesi güçtür. Bu nedenle vantilatör yapımcısına danışılmadan, siklon tesisleri eksenel vantilatörlere doğrudan doğruya bağlanmamalıdır. Daha fazla bilgi için (Design of Industrial Exhaust Systems, John L.Alden) e başvurulabilir. Fili relerden yararlanılması: Hava kirlenmesine yolaçan elemanların kaynaklarının kontrol edilmesi, atmosferimizde bulunan kirliliği azaltsa da bu sorunu tümüyle ortadan kaldıramaz. Bu durum, havanın yapı içine verilmeden ya da başka bir amaç için kullanılmadan önce temizlenmesi gerektiğine olan bilincin artmasına yol açmıştır. Günümüzde filtre elemanları en çok cam lifi ya da senetik viskon malzeme ile metalik yapıdan oluşan tiplerde meydana getirilmiştir. Bu filtreleri üç sınıfta toplamak mümkündür.
Hava Girişi
Dış Çevrinti
Konik Gövde
Toz Çıkışı Şekil.59_ BİR SİKLONUN PRENSİP ŞEMASI.
Kalın filtreler: Genel havalandırma ve iklimlendirme sistemlerinin hava temizliği gereksinimleri bu sınıftaki filtreler tarafından sağlanır. Bunlar genellikle yüksek bir toz tutma kapasitesi ile hava akımına karşı düşük direnç gösterme niteliklerini bir arada toplayan, çeşitli biçim ve karakteristikteki filtre elemanlarından oluşlular. Toz tutma kapasitesi bir filtrenin normal çalışma şartlan altında değiştirilmeye ihtiyaç göstermeden önceki ömrünü ifade etler. Amaç, modern hava filtrelerinde, özel bir şekilde bükülmüş ve böylece hava temizleyici nitelik kazandırılmış cam liflerini büyük ölçüde kullanmaktır. Bunlar toz tutma kapasitesini artıran yapışkan bir sıvı ile de kaplanabilirler. Bu suretle 1-3 mikron çapındaki tozlar bile maksimum kapasite ile filtre edilebilirler.
Bu tiplerde filtre verimleri, AS1IRAE 5276 standardlarına uygun olarak "Dııst Spot F.fficiency" cinsinden ya da başka bir standarda göre verilirler. Hassas Filtreler: 1-3 mikrondan daha küçük parçacıklar, kütleleri ufak olduğundan kaba filtreler ile tutulamazlar. Atmosferik toz, ağırlık itibariyle ortalama olarak /'< 10 oranında bu parçacıkları içerir. Bu parçacıkların leke yapma özellikleri olduğundan kompüler odaları, elektrik ve elektronik yapını vb. işlemleri gibi işlerin yapıldığı yerlerde hassas uygulamalarda sakıncalı olabilirler. Değişik kalınlık ve miktarlarda mikroskopik liflerden oluşan cam lifi elemanlardan yapılan hassas filtreler bu bölümde kullanılır. Bu ince toz parçacıklarının leke yapma özellikleri bu sınıfa giren filtrelerin performanslarının ölçülmesinde kullanılır. Bu sınıftaki filtre verimleri. ASHRAIv 52-76 standartlarına uygun olarak "Syntelic Dusl VVeight Arrestanee" cinsi ya da benzeri yöntemlerle ölçülmelidir.
9-51
IS1TMA-IIAVALANDIRMA VE İKLİMLIıNDIRME Mikro Fili reler: Bugün elde edilebilen en yüksek derecele hava temizliği sağlayan eihazlara ait sınıftır. Filtre yapımında çok inee cam filtrelerinden oluşan elemanlar kullanılmaktadır. Bu filtreler, çaplan 1 mikrondun küçük olan parçacıkları bile atmosferik havadan çekebilirler. Fikre ömrünün uzatılmasını sağlamak için bir ön filtre kullanılması gerekir. Bu filtreler, nükleer enerji santrallarmda, ameliyathanelerde ve steril odalarda, optik, ilaç ve elektronik sanayiinde geniş ölçüde kullanılır. Filtre verimleri 0,3 mikron çapındaki parçacıklar kullanılarak "D(i) o (ctyl) P (htalale)" test yöntemine ya da "Sodium Flame Test Yöntemi B.S. 3928" e göre ya da benzeri yöntemlerle ölçülmelidir. Elektrostatik Çökeltme Yönteminin Uygulanması : Son derece ince yapılı tozlar, hafif dumanlar, havada devamlı şekilde varolan mikıoskopik pislikler bu yol ile temizlenir. Elektrik kanunu uyarınca zıt işaretli elektrik yüklerine sahip olan iki parçacık arasında bir çekme küveti doğar. Bu parçacıklar birbirlerine yaklaşma eğilimi gösterir, Elektrostatik toz tutucuların gerçekleşmesinde bu ilke esas alınmışUr. Kirli hava, yaklaşık 13000 V dolaylarında pozitif bir gerilime sahip, bir doğru akım kaynağına bağlanmış bulunması nedeniyle yüksek düzeyde elektrostatik bir yük kazanan ince teller arasından geçirilir. Bu teller, toprağa bağlanan çubuk ya da borular ile birbirlerinden ayrılmış durumdadır. Teller ile çubuklar arasındaki elektrostatik alandan geçişleri sırasında, parçacıklar pozitif bir yük kazanu-. Bundan sonra, hava ile toz karışımı, aralarında yaklaşık 8 mm kadar açıklıklar bulunan birbirlerine paralel bir seri plaka ya da levha arasından geçer. Bu plakalardan herbiri yaklaşık 6000 V dolaylarında pozitif bir gerilime sahip olan bir doğru akım kaynağına bağlıdır. Pozitif yüklü tozlar, viskoziteli bir madde ile kaplanan, toprağa bağlı başka bir takım plakalara doğru itilirler. Bu plakalar üzerinde biriken tozlar, yıkama yoluyla ya da başka herhangi bir yöntemle ortadan kaldırılır. Çok etkili bir yapıya sahip olan bu tip hava temi/.leme düzenekleri, çok ince toz parçacıklarının tutulmasına olanak sağlar. Elektrostatik tipte bir toz tutucu içinde meydana gelen yük kaybı 10 Pa gibi çok küçük bir mertebededir. Fakat yatırım masraflarının yüksek olması, bu tip cihazların yaygın biçimde kullanılmasını engellemektedir. Değerli tozların geri kazanılmasının son derece önemli olduğu hallerde, filtre için yapılan yatırımın kayıp olmadığı inancını veren bir yapım yönteminin uygulanması, çevre kirliliğini önlemek durumunda, yatırım giderlerinin yüksekliğine karşın bu lip filtrelerden yararlanılması doğru ve yerinde olur. S. HAVA ŞARTLANDIRMA Isılına, havalandırma ve iklim tesislerinin son senelerde kazanmış oldukları önem çok büyüktür, insanların konfor kavramına verdikleri değer sonucu olarak her türlü yapının inşaatı kadar iç tesislerin de önemi anlaşılmış bulunmaktadır. Son gelişmelere göre iklim tesislerini iki ana bölümde toplamak mümkündür : 1) Endüstriyel iklim tesisleri 2) Konfor iklim tesisleri Bunlardan birincisi, endüstride bazı ürünlerin yapımında en uygun hava koşullarını sağlamaktır. Deneyler göstermiştir ki tekstil sanayiinde, gıda ve sigara vb. sanayiinde hava belirli bir sıcaklık ve nemde tutulduğu takdirde üretim daha verimli ve daha kaliteli olmaktadır. Bunlardan ikincisi, yani insanların sağlık ve konforu için yapılan iklim tesisleri bazı bölümlere ayrılabilir: a) Yaz iklim tesisi, b) Kış iklim tesisi. c) Tam (yaz-kış) iklim tesisi. 3u ıtip iklim tesisleri fonksiyon ve ekonomik düşünceler ile seçilir. Örneğin, bir kampusla sınıflar ya da laboBu ırlar 'yalnız kış dönemlerinde kullanılır. Bu nedenle iklim koşullarına göre buralarda yaz kliması yapmaya ratuarlar gerek yoktur. Fakat kampusta bulunan bir bilgisayar makina hacını için tam iklimlendirme uygulamak gerekir. Bu örnekleri çoğaltmak mümkündür. İklimlendirme ya da Tam İklimlcııdirmcTcsislerıııdcn İSeklcııiMi Görevler Tüm mevsimler boyunca havayı filtrelerden geçirerek içeriye almak, yapı içine toz, pislik ve hatta mikropların girmesine engel olmak. 9-52
ıııMJK:
ISITMA-IIAVALANDIRMA VH İKLİMLENDİRMH Yapıların içinde sağlık ve konfora gerekli olan her türlü koku ve sigara dumanlarını bertaraf etmeye yeterli ölçüde taze hava sağlamak Not 1- ASI1RAE 62-1989 standardında verdiği kabul edilebilir dış hava kalitesi Çi/.elge.3 de verilmiştir. Çizolj>o.3 - ABD Çevre Koruma Hakanlığı Tarafından Saptanan Dış Hava Kalite Standardı Uzun vadede
Kısa vadede
Kirlilik
Ortalama konsantrasyon (i j>/m3 ppnı.
Ortalama konsantrasyon ı3 ppnı.
Kükürtdioksit Toplam parçacık Karbon moııoksit Karbon moııoksit Oksidan (Ozon) Azot dioksit Kurşun
80
0.03
75
100 1.5
0,155
1 yıl 1 yıl
1 yıl 3 ay
0,14
365 260
35 9
40000 10000
0.12
235
24 saat 24 saat 1 saat 8 saat 1 saat
Not 2- Yine aynı ASIIRA1İ 62-1989 standardında iç bacımlarda kabul edilebilen bava kalitesi verilmiş bulunmaktadır. Havanın gürültü ve titreşimler meydana getirmeden iletilmesini, rahatsız edici bir hava akımı etkisi meydana getirmeden her tarafa homojen dağıtımını sağlamak. Kışın havanın konfor sağlayan bir sıcaklığa (21C-24 C) kadar her tarafı ısıtmasını sağlamak. Yazın iç mekanların. dış hava sıcaklığından 7 0-8"C daha aşağı bir sıcaklığa kadar soğutulmasını sağlamak. Kış aylarında içeriye alman havanın bağıl nem değerinin konfor derecesine yükseltilmesini sağlamak. Yaz aylarında içeriye alman havanın soğutulduktan sonra bağıl nem derecesinin %55 in altında kalmasını sağlamak amacıyla kurutma yapmak. Psikrometri Iklimlendirme mühendisinin uğraş konusunu nemli hava oluşturur. İçinde su buharı bulunmayan havaya kuru hava adı verilir ve bu havanın bileşimi genelde sabittir. Mutlak kuru havanın içerdiği maddeler aşağıda görülmektedir. Kimyasal simgesi Azot
Hacıınca
Ağırlıkça
78.060
75,490
20.960
23,170
Oksijen
O2
Argon
Ar CO 2
0.930
1.290
0.030
0,040
Il 2 Ne
0,010
0,001
0.002
0.001
0.008
0.008
Karbondioksit Hidrojen Neon Helium Kryplon Xenoıı
ile Kr Xe
9-53
ISITMA-HAVALANDIRMA VE
IKLÎMLENDÎRME
Şekil.60_ Psikometrik diyagram ve karakteristik eğrleri 1- Kuru Termometre Sıcaklık Eğrisi 2- Özgül Nem Miktarı Eğrisi 3- Özgül Neır. Skalası A- Yaş Termometre Sıcaklığı Eğrisi 5- Özgül Hacim Eğrisi 6- Antalpi Skalası 7- Doyma Veya Ciğ Noktası Sıcaklığı Skalası 8- İzafi Nem Eğrisi , 9- Su Buharı Basıncı Skalası 10- Duyulur Isı Oranı Skalası A- Duyulur Isı Oranı Referans Noktası
Halbuki nemli hava içindeki su buharı inikları havanın şartlarına bağlı olarak önemli oranda değişil'. Bu değişik şartlar altında, hava içindeki nem miktarını ve bu havanın diğer termodinamik özelliklerini hesaplayabilmemiz gerekecektir. Kuru lıavanın ağırlığı: 10P Gh = N/m3 formülü ile bulunur. 2,1529 (273 + t)
d)
Burada Gı,: Kuru hava ağırlığı (N/m3) P : Barometreb asıncı (mmllg) t : Havanın sıcaklığı (O, kuru termometre) Formülün incelenmesinden anlaşıldığı üzere kuru havanın 1 m3 ünün ağırlığı barometre basıncı ile doğru, mutlak sıcaklık ile ters orantılı olarak değişmektedir. Sıcaklık ve barometre düzeltmelerini sağlayabilen aşağıdaki formül de düzenlenebilir: G = Go 273 + to 273 + t
N/m3
(2)
Burada G, t sıcaklığında ve P basmcındaki kuru hava ağırlığını; Go ise to sıcakklığında ve Po basıncmdaki kuru hava ağırlığını göstermektedir.
9-54
HIlHff!
Hava için sıcaklıklar
ISITMA-HAVALANDIRMA VH İKİ JMLBNDİRME
Havanın kuru tenııoıııetre sıcaklığı : Havanın, içindeki su buharı ya da radyasyon etkisinde kalmadan, herhangi bir termometre ya da termokupl ile ölçülen sıeaklığıdu'. Havanın yaş temıometre sıcaklığı : Pratikte, haznesi ıslak pamuk ya da ıslak keçe ile sarılmak suretiyle yaklaşık 5 m/s hava akımı içinde ölçülen sıcaklığa yaş termometre sıcaklığı denir. Aynı mahalde hava doymuş değilse ölçülen kuru ve yaş termometre sıcaklıkları birbirinden farklıdırlar. Zira hava, pamuk ya da keçedeki suyu buharlaştırmak suretiyle doymuş hale geldiğine göre bu suyu buharlaştırmak için gerekli ısıyı kendinden verir ve duyulur ısısı azalır. Takat aynı miktarda da gizli ısısı artar. Tam doymuş hale karşılık olan sıcaklık da yaş termometre sıcaklığıdır. Bir hava doymuş olmaktan ne kadar u/.ak ise kuru ve yaş termometreler aramdaki fark o kadar fazla olur. Dolayısıyla yaş ve kuru termometrelerin ölçülmesi, havanın nem miktarının bir ölçüsü olarak kullanılabilir. Yoğuşma noktası sıcaklığı (Çiğ noktası): Şartları verilmiş olan bir havanın yoğuşma noktası sıcaklığı diye aynı barometrik şartlar altında aynı miktar su buharı içeren doymuş havanın sıcaklığına denir. Bir hava-buhar karışımının sıcaklığında bir azalma olduğu zaman öyle bir an gelir ki içindeki su buharının bir miktarı yoğuşmaya başlar, yani var olan nem havayı doyurmuş olur ve fazlası yoğuşur. Bu durumda çiğ noktası, aşın lîir soğutma yapıldığında, yoğuşmamn başladığı doyma sıcaklığı olarak da tanımlanabilir. Nem : Havanın içerdiği su buharı, havanın nemi olarak ifade edilir. Verilen bir bacımdaki havanın tutabileceği maksimum su buharı, hava sıcaklığının bir fonksiyonudur. Mutlak nem (H) : Havanın birim hacmi içerisindeki su buharı kütlesine mutlak nem denir. Birimi kg/ın3dür. Özgül nem (X) : Birim kütledeki nemli havanın içerdiği su buharı ya da nemin miktarına özgül nem denir. Birimi g/kg (kuru hava) dır. Nemli havanın içersindeki nem miktarı her zaman değişebileceğinden bilimlerde kuru havaya kıyaslanan değerler kullanılır. Burada nemli hava için birim külle olarak öyle bir miktar alınmaktadır ki bu miktarın içinde, nem dışında kalan net kuru hava kısmı 1 kg olsun. Bağıl nem (RH) : Verilen şartlardaki havanın içindeki su buharı kütlesinin, aynı şartlardaki havanın içinde bulunması mümkün olan maksimum su buharı kütlesine olan oranına denir. Diğer bir deyimle, aynı kuru termometre ve barometrik basınç şartlarındaki havanın doymamış ve doymuş haldeki mutlak nemlerinin oranıdır. RH=Ü-
(3)
Aynı zamanda da bu iki haldeki buhar basınçları oranına eşittir : D
,,_P.
Doyma derecesi: Verilen şartlardaki bir havanın aynı kuru termometre sıcaklığı ve ayın barometrik basınç şartlarındaki doymuş havanın özgül nemleri oranına doyma derecesi denir. s
_x,
£
(5)
Buhar basıncı (f\) : Su buharının nemli hava içindeki kısmi basıncına buhar basıncı denir. Nemli hava. su buharı ile kuru hava9-55
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLİMLENDİRME nın karışımı olduğuna ve bu gaz karışımının toplam basıncı da atmosfer basıncı olduğuna göre, P= Pı, + Pb
(6)
yazılabilir. Burada (P) mmllg olarak baroınelrik basıncı, Pı, kuru havanın, Pb ise su buharı kısmi basınçlarını gösteril". Aynı zamanda yoğuşma noktası sıcaklığı, aynı buhur basıııeındaki doymuş havanın sıcaklığıdır diye de tanımlanabilir. Psikroınetrik ilişkiler : İdeal gazlar için kurulan, lamım verilen ve basil matematik ifadeleri çıkartılan birçok fizik kanunlarının, hassas ölçme tekniği ve yöntemleri sonucu gerçek gaz ve buhar karışımlarının fiziksel özelliklerini taın olarak yansıtamadıkJarı anlaşılmıştır. Takat uygulamalı mühendislikte, problemleri yeteri kadar yakın bir yaklaşıklık ile çözmekte istenen sonuçları vermekledir ( l ) . Bu bakımdan havayı, kuru hava ile su buharı karışımından oluşan bir gaz kabul ederek termodinamik kanunlarını uygulayacağı/. Mükemmel gazlar kanunu: îzotermik değişmelere uygulanan Maıiotte Kanunu PV = Sabit (t= sabit) ile
(7)
sabit basınçlı ve sabit hacimli değişmelere uygulanan Gay-l.ussac Kanununu birleştirerek bulunan, — =Sabil(P=sabil) T
(8)
— = Sabil( V=suhit)
(9)
Mükemmel gazlar kanununu uygulayalım:
Buradaki (R) sabiti, psikrometrido bamçlar N/m" (Pascal) ile gösterildiğinden aşağıdaki gibi bulunur : 101366,73N/m"baıometrik basınçta ve Ü'C sıcaklığındaki hava için: D
Ru=
PoV» To
=
101366.73x0,773 273
, U 1 I . „ ,.. ... .... = 287J/kg.K (Ilavaıım ideal gaz sabiti)
Aynı şartlardaki su buharı için: ,101366.73 x 1.24 273
= 460 J/kg.K (Su buharının gaz sabiti)
Dalton Kanunu : Dalton, karışım halinde bulunan ga/.lann basıncının, karışımı oluşturan gazların toplam hacmi aynı sıcaklıkta tek başlarına işgal ellikleri andaki basınçlarının, yani kısmi basınçlarının toplamına eşit olduğunu ifade etmiştir. Daha sonra bu kanun (îibbs tarafından biraz genişletilerek aşağıdaki biçime sokulmuştur
'^Tlırelked 1970 de bu hatanın
1
ii mı ma
ISITMA-II AV ABANDIRMA VE İKÜML1-NDİRME -
Gaz karışımının basıncı, karışımı oluşturan gazların kısmi basınçlarının toplamına elittir.
-
Gaz karışımının iç enerji, anlalpi ve antropisi. gazların her birinin aynı sıcaklıkta toplum hacmi tek başlarına işgal ettikleri zamanki kendi iç enerji, antalpi ve untropilerinin toplamına eşittir.
Dalton-Gibbs Kanunu, iklimlendinnede kullanılan basınçlar için de yeterli bir yaklaşıklık ile nemli havaya uygulanabilir ve aşağıdaki denklemler ile temsil edilir:
V = V,, = V,,
(11)
T=T,, = T,,
(12)
1' = l'ı, + l'b
(13)
Gı = G|, ii! + Gı, ih
(14)
(G) burada karışımın toplam ağırlığını, (Giı) kuru havanın ağırlığını ve (Gb) su buharının ağırlığını gösterir. Mükemmel gazlar kanununun (10) ifadesinde. (V) özgül hacmi gösterir. Aynı kanun (G) N gaz için aşağıdaki gibi yazılabilir:
PV = °- RT (u=9.81 m/s : ): buradan. 8 "
Ç, = ¥-.Â.. p T R
bulunur.
(15)
Söz konusu nemli hava her zaman doymuş halde olmayacaktır. Bu bakımdan buhar basıncı (l'b), doymuş buhar basıncı (IV) olmak üzere Pb = cp 1>S
(16)
Maksimum buhar basıncı, doymuş buhar basıncı (l's) olacağından, buradaki cp katsayısı için cp
(17)
Bunlara göre ağırlığı veren (15) denkleminde (R) yerine yukarıda bulunan değeri koymak suretiyle sırasıyla kuru hava, su buharı ağırlıklarını veren denklemler aşağıdaki gibi bulunur:
R,,.T
287 T
l\) = 0,0341 y~ ( l ' - ı T
Q, = -İl- cpp 1\ = -İl- = 0.0213 ^ cp 1\ RT 460 T T 1' R,,.T 460
(18)
Burada : G h . G h : N; V: m3: T: K: 1». l's: N/m2 (l'a) dır. Buna göre nemli havanın ağırlığı. G = Gı,+ Gh olduğundan : G = ^-'( 0.0341 1' - 0.01275 cp l' s ) bulunur.
(20) 9-57
ISITMA-IIAVALANDIRMA VB İKLİMLENDİRME (20) denkleminde V = 1 n» yapılacak olursa nemli havanın özgül ağırlığı : G 'V = SJ=
Jf
V
0,0341 P- 0.0128 (P 1>S N / m'
T
ya
da (21)
r.. 0,0341 P 0,0128 cp l's 'y = — : N / n l 3 olur. / T T (21) numaralı denklemde ilk terim (P) başmandaki kuru havanın ağırlığıdır. O halde her iki terim de aynı basınçta bulundukları /.aman nemli hava, kuru havadan daha hafiftir. Özgül nemin hesabına gelince.bu nem hava içindeki su ağırlığının kuru hava ağırlığına oranı olarak verilmiş olduğundan,(18) ve (19) formüllerini kullanarak ve her ikisinin de (nımllg) basıncına göre ölçüldüğünü düşünerek: i|j ,-' 0,0213 G,,
0,0341 ( 1'- c p P s )
P -
(22)
bulunur. Burada X = N / N (Kuru hava) ; V - N / ur (pascal) dır. Doymuş buhar için: X s = 0,624
— dir. P-P,
(23)
Şimdi bağıl nem derecesi ile doyma derecesi arasındaki bağıntıyı araştıralım. Doyma derecesi (S) : v
Buradan (24)
cp=
S -(1-S)P S /P
bağıntısı
bulunur.
Doymuş buharın kısmi basıncını hesaplamak için (23) denkleminden (Ps) çekilir. I\= P
X
(25)
0,024+ Xs
Kuru havanın kısmi basıncı, (25) ifadesi yardımıyla ve P|, = P - l's olduğu gözönüne alınarak hesaplanır ve ı> =ı> P Px h
0.624+Xs
bulunur.
(26)
Bağıl nem derecesini veren formül de (22) denkleminden (p = — — Ps 0,624 + X
9-58
olarak bulunur.
(27)
ISITMA-IIAVALANDIRMA VI- İKLİMİ.ENDİRME Yukarıda bulunmuş olan bir di/.i psikrometrik denklemler yardımıyla barometrik basınç, hacım, sıcaklık ve kısmi buhar basıncı gibi ölçülebilen delerlerden hareket ederek nemli havaya ait tüm hesaplar yapılabilir. Uygulama : I 20°C sıcaklıktaki doymuş nemli havanın 760 nıınllg baroıııetrik basınçla özgül nemi 0,0147 N/N dir. Aynı havanın %50 bağıl nemli halindeki a) b) c) d)
Buhar basıncım Kuru hava kısmi basıncını Özgül nemini Özgül ağırlığını hesaplayınız.
Çözüm : Önce doymuş haldeki buhar basıncını bulalım : a)MP>=
PX
0.624+X s
= 760x0,0147 = 17.40mnıllu 0,624+0,0147
olduğundan %50 bağıl nemli haldeki buhar basıncı :
l\ = (p ps = 0.5 x 17,49 = 8,75 mmllg b) Kuru havanın kısmi basıncı : Pu = 1' - Pı, = 760 - 8,75 = 751,25 mmllg c) %50 bağıl nemli haldeki özgül nem
P - (p Ps Yani (p = %50 için X = 7,3
- 7 5 = 0.0073 N/N 760 - 8,75 m N / N dir.
d) Özgül ağırlık (21) formülünden heaplanabilir ( P= 760 mmllg = 100000 Pa) :
y y
=
0,()34x 100000 O.O128xO,5x 17.49.x 100000 273+20 (273+20)760 3 4 1 0 0 . 1 1 1 0 3 . 6 = ı 1.638 - 0,()S = 11.588 203 222680
N I ıııy bulunur.
Nemli havanın antalpisi: Nemli havanın antalpisi, karışımı oluşturan kuru hava ve su buharının ısı tutumlarının toplamından ibarettir. Karışım havasının antalpisi. 1 N kuru havaya oranlanarak hesaplanır. 0"C den itibaren l'C ye getirilmesi için verilmesi gereken ısı miktarı : iı, = Cı, x t olur. 9-59
IS1TMA-IIAVALANDIRMA VI < İKLİMLKNDİRME Burada Q, kuru havanın ö/gül ısısı olup
Bu suretle :
d, = 102.43
J/N. "Çalınır
i,, = 102.43
J/N bulunur.
t°C de 1 N su buharının içerdiği ısı miktarı ise iı, = ı\, + ("ı, t
J/N ckır.
Burada (r o ), 1 N suyun 0"C de buharlaşması için gereken ısı (r o = 254,79 kJ/N) dır. ( d , t) ise, 0"C deki 1 -N su buharının İ'C ye kadar ısıtılması ile alacayı ısı miktarıdır. Burada (C'ı,) sabit basınçta su buharının özgül ısısı olup değeri : C b = 196,32 J/N C d ir. Şu halde 1 N kuru hava ile birlikte (X) N su buharının antalpisi aşağıdaki formül ile hesaplanabilir : i ı « = 102.431+ (254,790+ J96,32t)X
(28)
Kah») 1. Verilmiş şartlardaki doymamış bir havanın aıılalpisi yerine, bu havanın adyabalik olarak doymuş halindeki antalpisiııi almak ile çok ulak bir hata yapılır. Verilen hava şartları (1) olsun, bu havanın antalpisi : iı = 102,43 ti + (254790 + 196.32 ti) X, dir. Bu hava adyabatik olarak doymuş duruma getirildiğinde .şartlar Is. x.solur. Burada xs > xı ve L, < t| dir. (ts) bu havanın yaş termometre sıcaklığıdır. Bu durumdaki antalpi : is = 102.43 ls + (254790 + 196.32 ıs) Xs dir. Bu iki denklemin farkı alındığında : is - i, = 102.43 (t s -1,) + 254790 (X s - X,) + 196,32 ( t s X s - t, X,) olur. Ilava-nem karışımının adyabalik olarak doymuş hale gelmesinde, gerekli gizli ısı havanın duyulur ısısından alınır ve : 254790 ( X s - X , ) = 102.43 (t s - t,)+ 196.32 X, (t, - t s )olur. Şu halde : is - i, = 196,32 Is (X s - X,) bulunur. Bu fark çok küçüktür, zira burada t onlar mertebesinde ve (X s - X,) binde onlar mertebesindedir. Diğer yönden (i s - iı) farkını veren denklem, aşağıdaki gibi de yazılabilir : Bu denklemde ts = sabit içiir Sabit = i - 196,32 tsX yazılabilir. Bu fonksiyona X fonksiyonu adı verilir ve gerçek aııtalpiden farkı, XN buharın (t s ) dereceye kadar ısıtılması için gerekli olan ısının hesaba katılmış olmamasıdır. fonksiyonunun tam ifadesi : S = 102.43 t, +[(254 790 + 196.32 (I, - t s ))] X,
dir.
(2
9)
Uygulamada, doymuş hale getirmek için kullanılan su. (ı s )sıcaklığımlaclır ve buharlaşma bu sıcaklıkta olur. 9-60
\wmili
LSITMA-IIAVAF.ANDIRMA V1.İ İKLİMU-NDİRMIÎ X, N buhar, (t, - t s ) kadar ısıtılmış kabul edilir. Burada ()'(' deki buharlaşma gi/.li ısısı kullanıldığına göre, buharın t°C ye kadar ısıtılması da hesaba katılmalıydı. Takat aradaki laik çok küçüktür. Örnek : t, = 20 C ; X, = 0.0076 N / N: U = 1 4 C ulan nemli havanın ^fonksiyonuna ve genel antalpi (28) formülüne göre aradaki farkın hesabı istenmektedir. i, = 102,43 x 20 + (254790 + 190.32 x 20)0.0076 = 4014.84 I = 102,43 x 2 0 + [(254790
+196.32(20-14)] Fark
0.0076 =
J/N
3993.96 .1 / N 20.88
J/N
Kabul 2. (X- t) diyagramında (anlalpi) fonkiyonu yerine (Z) fonksiyonu alındığında, yaş termometre sıcaklığı sabit doğruları ile (Z= sabit) doğruları üslüste gelir. Duyulur ısı: Herhangi bir cismin sıcaklığını yükseltmek için verilmesi gereken ısı miktarına duyulur ısı denir. Herhangi bir cismin duyulur ısı miktarındaki değişme, kuru termometre sıcaklıklarındaki fark ve bu cisme ait ortalama özgül ısının bilinmesi halinde birim ağırlık başına aşağıdaki gibi hesaplanır. q = ( ' x At Burada :
C : Ortalama özgül ısı. J / N C At : Kuru termometre sıcaklık farkı. C q : Beher nevvton başına duyulur ısı. .1 / N
Gizli ısı: Herhangi bir cismin sıcaklığı değişmeden hal değiştirmesi için verilen ya da alman ısı miktarına gizli ısı denir. Bir acık kapta kaynayan su, 760 mini Ig bahsine altında 100 (' de buharlaşmaya başlar. Kaptaki tüm s u buharlaşıncaya kadar sıcaklık sabit 100C de kalır. 1 kn suyun 100 t' de buhar olması için gerekli üizli ısı 2255 kJ/kg dır. Psikroınelrik diyagram : Nemli havanın termodinamik özelliklerinin grafik olarak gösterilmiş şekline nemli havanın psikronıetrik diyagramı denir. Psikrometrik diyagram, iklinılendirme mühendislerinin en çok kullandığı ve çok kolay ve çabuk havanın özelliklerini bulabildiği, ayrıca iklinılendirme tesisatlarında hava problemlerini çözdüğü bir yardımcıdır. Psikroınelrik diyagramı olmayan bir iklinılendirme mühendisi düşünülemez. Psikroınelrik diyagramın kullanılışı :• Yukarıda belirtildiği gibi, psikrometrik diyagram, nemli havanın karakteristiklerini en çabuk bulmamızı sağladığı gibi. bazı grafik hal şekilleri yardımıyla iklinılendirme problemlerinin kolayca halledilmesine yarar. Aşağıda nemli havanın bazı karakteristik hava hazırlanması işlemleri incelenecektir. Şekil.60 da bir psikrometrik diyagramda eksenler, eğriler ve hatlar gösterilmiştir. Bu eğri. hat. eksen ve çizgilerinin anlamı numaralanmak sureliyle belirlenmiştir. Nemli havanın ısıtılması : Nemli havanın sabit basınç allında içine hiç nem eklemeden bir ısıtıcı serpantinden geçirilmek suretiyle ısıtılması halimle özgül nemi sabit kalır ve işlem psikrometrik diyagramda, başlangıçtaki hava konumunun sahip olduğu özgül nem doğrusu üzerimle 12 yalay doğrusu ile temsil edilir (Şekil.6 î). Şekil 61: Havanın ısıtılması 9-61
LSITMA-IIAVALANDlkMA VL' İKLİMİ.l'NDİRMH Havanın sıcak yü/ey ile teması sonucu, ö/gül nemi deği.şnıeyip sıcaklığı arılığından, havanın aklığı ısı yalnız duyulur ısı şeklinde olmaktadır. İşlemin enerji denklemi : Giı + Qı; = C1İ2 yada Qi2 = G (i: - i) tür. Uygulama 2. (1) 20°C sıcaklığında. %4() bağıl nemli 1 N hava 25 C sıcaklığına kadar ısıtılmaktadır. İkinci (2) durumdaki havanın karakteristiklerini ve eklenen ısı miktarını bulunuz. Psikromelrik Diagramdaıı
Nokta (1) de: t, = 20C; Xı = 0.0059 N/N; iı = 3.54 kj/N Nokta (2) de: i; = 25 C; X2 = 0.0059 N/N; i2 = 4.054 kj/N
Eklenen ısı miktarı : Q ı 2 = 1 x (4.054 - 3.54) = 0.514 kJ/N (514 J/N) Bu ısı duyulur ısıdır ve aşağıdaki gibi de hesaplanabilir. Qı 2 = 1 x 102.43 (25 - 20) = 512.15 .I/N Nemli havanın soğutulması: Nemli havanın soğutulması iki kademede meydana yelmekledir. Önce hava 12 yatay doğrusu boyunca soğur. Bu bölümde yalnız duyulur ısı alınmıştır. (2) noktasında doymuş hale gelen havanın buradan öteye soğuması yoğuşma ile olur. Nokia (2) den (3) e kadar y ='/< 100 eğrisi üzerinde hareket eder. (Şekil 62). Olayın enerji denklemleri aşağıda belirtildiği gibidir. Cıİ2 + Q i 2 = ( î i |
Ve Cıİ.î + Q-.M = C İ İ 2
Uygulama 3. 30°C sıcaklığında %5() bağıl nemli I N 15 (' sıcaklığa kadar soğutulacaklır. (2) ve (3) noktalarının karakteristiklerini (l'sikrometrik diagramdaıı) çıkartınız. (2) ve (3) noktalarının çıkartılan ısı miktarlarını bulunuz. Bu ısının ne miktarı gizli ısıdır? Nokta (1) : ti = 3 0 C . y = %50. Xı = 0.0137 N/N. i, = 6.531 kJ/N Nokta (2) : b = 18.8V. y= "A 100. X2 = 0.0137 N/N. n = 5.359 k.I/N Nokta ( 3 ) : t3 = 15°C. y=%\00. X, = 0.0106 N/N. i., = 4.187 k.I/N 12 arasında çıkartılan ısı : Q ı : = G (iı - i : ) = 1 x (6.531 -5.359)= 1.172 k.l/N 23 arasında çıkartılan ısı : O.:.? = G ( i : - ij) = I x (5.359 - 4.187) = 1.172 k.I/N Çıkartılan toplam ısı : Qı., = 1 x (6.531 - 4.187) = 2.344 k.I/N Yoğuşturulan su miktarı : X = X; -X; = 0.0137 -0.0106 = 0.0031 N/N
9-62
•ıııınr
n
ISITMA-HAVALANDIRMA VE İKLÎMLENDİRME Gizli ısı miktarı: Qg = (254790 + 196,32 t) AX denkleminden hareketle Qg = (254790 + 196,32 x 18,8) 0,0031 = 801,29 J/N
Şekii.62_Nemli havanın soğutulması
Kuru soğutma : Soğutma serpantini üzerinden lıava geçirmek sureliyle yapılım soğulmada iki lürlü soğutma vardır. Bunlarlan bir tanesi kuru soğutmadır. Curada serpantin yüzey sıcaklığı, havanın çiğ noktası sıcaklığından yüksek ise, 'ani tc > tı,v ise, olay kuru soğulmadır. Bu durumda serpantin yüzeyimle herhangi bir ıslanma olmaz. Burada (k) erpantin yüzey sıcaklığını: (üıV) havanın çiğ noktasını göstermekledir. Örnek: Serpantine giren soğutulmuş su sıcaklığı t» = l.i'C, su çıkış sıcaklığı ly = 19'C dir. Hava giriş sıaklığı ise 29'C (KT) ve bağıl nemi 'A40, havanın çıkış sıcaklığı 20"C (KT) dir. Ortalama serpantin yüzey sıcaklığı : l
c
c
+
2
1
2 C d i r . ı 2
t
,
Psikroınelrik diagramdan verilen şartlardaki havanın çiğ noktası l h v = 1 4 C bulunur. Buna göre t,.= 1 7 C > l l K . = 14 C Yaş soğulma : Yaş soğutmada, soğutma serpaıılini ortalama yüzey sıcaklığının havanın çiğ noktasından daha düşük sıcakıkta, yani U- < Uıv olması gerekir. 9-63
,#••«.
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLİMLENDİRME
Sekil.63_iki hava akımının karıştırılması
u
W İti' " Uygulama 3 te verilen hava değerlerinde üw = İS.H'C olduğu görülmektedir. Soğutucu serpantin içinden ; , / * ' • geçen soğutulmuş su giriş sıcaklığı tg = 7"C ve çıkış sıcaklığı tv = 1 \'C olduğunu düşünürsek W
bulunur. Bu ise tt. = l l " C < t ı , v = 18.8'C şartını gerçekleştirmektedir. /fcı hava kütlesinin, adyabalik olarak karıştırılması: Genellikle iklimlendirme uygulamalarında ayrı şartlarda bulunan iki havanın karıştırılması söz konusu olur. Şekil.63 de görülen psikrometrik diagranı üzerinde görülen (1) ve (2) konumuııda'iki hava kütlesinin dışarısı ile hiçbir ısı alışverişi olmayacak şekilde çeperleri yalıtılmış bir mekan içinde karıştırıldığını düşünelim. Kitle ve enerjinin korunması prensibine dayanarak aşağıdaki denklemler yazılabilir. 1) Kuru havanın kitle dengesine göre: G, + G : = G 3 2) işlemin enerji dengesine göre: G| iı + G2 i: = G3 b yazılabilir.
9-64
ISITMA-IIAVALAND1RMA Vl> İKİ.İMLENDİRME 3) Ö z g ü l n e m i n kitle d e n g e s i n e göre : Gı Xı + G 2 X 2 = CÎ3 X.ı yazılabilir G3 ü eleyerek:
Gı (iı - İ3) = G-> (i-, - i->) G,(X, - X J ) = G 2 ( X J -X2)
Sonuçta: G, _ j } - i 2 _ Xı - X2 G2 i3 - i, X-, -X
Bu denklemden anlaşıldığına göre karışımın son durumunu gösteren nokta, bu iki noktayı birleştiren doğru üzerindedir. (3) noktası, 12 doğrusunu hava ıııiktarlanyla ters orantılı olarak bölmektedir. Uygulama 4. 2Ö°C sıcaklığında %40 bağıl nemli iç hava ile 30 C sıcaklığındaki %50 bağıl nemli dış hava sırasıyla 3/4 ve 1/4 oranlarında karışlınlacaktır. Karışını havasının son durumunu bulunuz. Çözüm 1. Psikromctrik diagram ile (1) ve (2) noktaları birleştirilir ve (2) noktasına 1/4 uzaklıkta (3) noktası karakteristikleri okunur. Dış hava (1) : I, = 30 C, cp, = '7,50, X, = 0.0137 N/N. i, = 6.65S k.l/N iç hava (2) : b = 20"C. q>, = %40, X2 = 0.0059 N/N. h = 3.5X5 k.I/N Karışım noktası (3): t3 = 22,5C, (p, = •>{ 45,5, X3 = 0,007X5 N/N. i-, = 4,353 k.l/N Çözüm 2. 3 o = I x 3 0 + -x20=22.5 C 3 4 4 X3 =-i- x 0,0137 + 3- x 0.0059 = 0.007X5 N/N 4 4 i3 = 1 x 6.658 + i x 3,5X5 = 4,3525
kJ/N
Havanın su akımı ile temasa ^dirilmesi : Doymamış halde bulunan bir hava, iyice parçacıklara ayrılmış duş halinde püskürtülen su akımı ile temasa getirilecek olursa hava doymuş hale gelir. l:akat duş halinde dökülen suyun sıcaklığına bağlı olarak havanın özgül nemi ya artar ya da eksilir, yani püskürtülen su. yeteri miktarda soğuk olduğu zaman hava doymuş hale gelmekle birlikle bir miktar su bırakır. Havanın bu şekilde ısıtılması ya da soğutulması da mümkündür. Adyabalik nemlendirme : Püskürtülen suyun sıcaklığı havanın ilk yaş termometre sıcaklığında ise hava adyabalik olarak doymuş hale gelir. Yani havanın ilk durumunu gösteren (1) noktası, yaş termometre sabit doğrusu boyunca hareket ederek bir (2) noktasına gelir (Şekil.64). Bu şekilde (S) noktası püskürtülen suyu temsil etmekledir. (2) noktasının (S) ye yakınlığı yıkayıcının verimine bağlıdır. Uygulamada bu olay şu şekilde olur: Aynı su, ısıtma ve soğutma yapılmadan devamlı devredilir ise sonuçta bu su havanın yaş termometre sıcak9-65
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLtMLENDÎRME lığına gelir ve sıcaklığı artık sabit kalır. Uygulamada kullanılan bazı değerler: a) 1 N hava için püskürtülecek su miktarı 0,3 + 1,5N su. b) Püskürtme ağızlan (nozzle) nın kapasitesi 0,15+ 0,8 mVsadir. c) Püskürtme ağızlarına uygulanacak basınç 2,5 + 4,5 bardır (Recknagel 88/89 dan). Püskürtme suyu sıcaklığının havanın kuru termometre sıcaklığından yüksek olması hali:
i(kJ/10N) "o Şekil. 61* - AdyabsHk doyma
,o
"
2ı
,
Şekil.65-Değişik su sıcaklıkları ile nemlendirme
Şekil.65 de (P) havanın ilk halini, (A) da suyun sıcaklığını göstersin ve tA > t olsun. Hava ile temas sırasında su sıcaklığının sabit kaldığı kabul edilirse havanın hal değiştirmesi PA ile gösterilir. Fakat havanın son hali PA üzerinde bir Aı noktası ile gösterilir. Püskürtülen su sıcaklığının havanın kuru termometre sıcaklığına eşit olması hali: Şekil.65 de (P) havanın ilk halini, (B) de suyun sıcaklığını göstersin ve t = te olsun; yani havanın (KT) sıcaklığı su sıcaklığına eşit olsun. Sıcaklıklar eşit olduğu için duyulur ısıda herhangi bir değişiklik olmayacaktır. Fakat gizli ısı değişecektir. Bu durum hava sıcaklığında herhangi bir değişim meydana getirmeyecektir. Fakat havanın içerdiği su buhan miktan, dolayısıyla ısı miktan değişecektir. Şu halde havanın ilk hali (B) haline değişecektir. Pratikte bu nokta (Bı) gibi bir noktada kalacaktır. Püskürtülen su sıcaklığının, havanın kuru ve yas termometre sıcaklığı arasında olma hali; yani t < tp > ty : Bu taktirde hava bir miktar soğuyacak ve kuru termometre sıcaklığı düşecektir. Fakat yaş termometre sıcaklığı yükseleceğinden havanın antalpisi yükselecektir. Antalpinin artmasına neden, havanın kazanmış olduğu gizli ısının, kaybetmiş olduğu duyulur ısıdan fazla oluşudur. Bu durum Şekil.65 de PF doğrusu ile gözükmektedir. Doğal olarak tam (F) noktasına varılmayacak ve biraz geride kalacaktır. Püskürtülen su sıcaklığının, havanın yaş termometre sıcaklığına eşit olma hali; tc = t: Bu durum adyabatik nemlendirme adı altında incelenmiştir. Püskürtülen su sıcaklığının, havanın yaş termometre ve çiğ noktası arasında bulunması hali; tv > tG >td: Bu durumda havanın yaş ve kuru termometre sıcaklığı ve antalpisi düşecektir. Buna karşılık çiğ noktası 9-66
<
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLÎMLENDtRME [dew point) sıcaklığı yükselir. Yani havadan antalpi çıkarılmış fakat su eklenmiştir. Havanın kaybetmiş olduğu duyulur ısı, hem gerekli buharlaşma ısısını ve hem de suyu ısıtmıştır. Bu durum Şekil.65 de (G) noktası ile temsil edilmektedir. Püskürtülen su sıcaklığının havanın çiğ noktası (dew point) sıcaklığının altında bulunması hali; td < t E : Bu durumda havanın kuru, yaş ve çiğ noktası sıcaklıkları hep birden düşer, yani havadan hem antalpi ve hem de su çıkarılmış olur. Bu durum Şekil.65 de (E) noktası Ue temsil edilmektedir. Havanın kaybettiği gizli ve duyulur ısılar, ısınan su tarafından alınmış olur. Böyle bir yıkayıcının hem soğutma hem de kurutma yapmaya devam etmesi, devrettirilen suyun bir soğutucudan geçirilerek veriş sıcaklığının sabit tutulması ile mümkün olur. i(kJMON) -'
yo
KkJ /10N)o 5>ekit.66_ Buharlı nemlendirme
Havanın buhar ile nemlendirilmesi: Bu sistemde doymuş buhar havaya doğrudan püskürtülür. Buhar, ya merkezi bir sistemden alınır ya da ayrı küçük bir buhar jeneratöründen elde edilir. Bu işlemde buhar, sonuç olarak havaya nem eklemekte ve havanın ısı değerini artırmaktadır. Buharın havaya eklediği nem miktarı Ax, ısı miktarı ise Ai olsun. Buhann 100°C de sahip olduğu gizli ısı is = 272,78 kJ/N dur. Şekil.66 da görüldüğü gibi buhann : t, = 20°C; Xı = 0,005 N/N; iı = 3,312 kJ/N daki havaya eklediği antalpi Ai = 272,78 x 0,006 = 1,637 kJ/N olur. Havanın h durumundaki şartlan ise aşağıdaki gibi: i2 = 3,312 kj/N+1,637 kJ/N i2 = 4,95 kJ/N; X2 = Xı+AX = 5 + 6 = l l x l 0 3 N / N olur. Psikrometrik diagram üzerinde yeni nokta İ2 ve X: doğrularının kesiştiği noktadır. Yine diagramdan görüldüğü gibi hava tı sıcaklığında kalmamakta, buhann yüksek ısı eklemesi dolayısıyla bir miktar artmakta, yani t2 > tı olmaktadır. 9-67
ISITMA-HAVALANDIRMA VE ÎKLÎMLENDÎRME Buhar ile nemlendirme olayı çok önemlidir. Günümüzde buhar ile nemlendirme hijyenik yönden ön plana geçmiştir. Bir hastane iklimlendirme tesisatında nemlendirme, su ile değil kesinlikle buhar ile yapılmalıdır. Suyun meydana getirdiği ve beslediği mikrobik ortam, bu şekilde bertaraf edilmektedir. Bu nemlendirme şekli yalnız hastahane değil, diğer sahalardaki iklimlendirme santrallarında da kullanılmaya başlamıştır. Havanın neminin alınması: Havanın nem olarak içerdiği suyu alabilmek için bazı yöntemler kullanlır: - Havanın soğutulması suretiyle neminin alınması: Yoğusturma yöntemi. - Havayı su tutan malzeme üzerinden geçirererk neminin alınması: Absorplama yöntemi. - Farklı konumdaki iki havayı karıştırmak suretiyle havanın neminin düşürülmesi. i(kJ/1ON)
/
80
/
i.rcı
<
6C /
/
/ 2C
50 / /
A ,_-—
g
}== o re:
c "_-~^ ^ - — 20** 5
KkJ/10N) o
c
ı ıc
'A/// /
s
1
-
4~7,
/
t[-t> ^ 15
to'Kg!
•<
/
~ ^
A. -
J1 V r % X-_-^ T
20
T
25
I
30
20
Şekil. 67-Absorpsiyon ve yoğuşrna prosesi İle hava neminin alınması Yoğuşturma yöntemi: Bu yöntemde çiğ noktası sıcaklığı (t
9-68
j
1SITMA-I1AVAI.ANDIRMA VM İKI.İMLHNDİRME Farklı konumdaki iki lıavayı karıştırmak .sureliyle havanın neminin düşürülmesi: Bu yönlümde esas. Şekil.63 de görüldüğü gibi, nemi yüksek (1) konumlu havanın, nemi düşük (2) konumundaki hava ile karıştırılması sureliyle islenen (3) noktası konumundaki havayı ekle etmektir. Buradaki karışım belirli bü' oran dahilinde yapılmakladır. Görüldüğü gibi özgül nem AX = Xı - XÎ katlar düşmekledir. Bu yöntem genelde yüzme havuzu hacmılanııJa, havalandırma düzenlerinde çokça kullanılmakladır. KAYNAKÇA 1. Isıtma 1) ROTU, O., Uygulamalı Isıtma Kılavuzu, C'ilt.l, Çaviren BAŞ TKMHR, II., M M O Yayını No. 54 2) Kalorifer Tesisatı Proje Hazırlama Teknik Ksaslurı (7. baskı), M M O Yayını No. 84 3) RII'TSCIII'L , (Dr. imi. VV.RAISS; Dr. Ina. I-.KOIİDI.IİK). İsıtma ve H a v a l a n d ı r m a Tekniği I. ve I I . Cilt, Çeviren: KÖKTÜRK.U. 4) Reckııagel. Sprenger. Ilönmann Taschanbueh liir Hci/.ung + Klimateelınik 88/89 5) KOLLMAR, A.; LIliSF., W., DicStrahhııı^s Heizıın^ l'hıchcıı - Strahlplatten ıınd Infrarutlıuizııııgcn 6) Nordrolır Fıı.s.sbaclenhei/.ung, NordrolırkutıstolTrolıen VVerk (îmbll 2 ('o. K. 7) ADLAM, T. Napier, Kadiant Heatiııj; 2. Isı Pompaları 1) DUNIIAM-B1JS1I, Heat keclaim l'ackageıl Chillers 51) Uz Operation 2) LANDLS & GYR Heat Pıımps (Part I and Part II) 3) TRANF., Air Coııditioninj^ Applications ljı^ineerin^ Manııal (Water Souıee I icat Puinps System Design) 4) 1987 ASHRAI: Handbook. HVAC System and Applications 5) ASHRAE Technical Data Bıılletiıı. Heat keeovery (A Colleclion of l'apers İroni tlıe ASIIRA1İ Meetings at Oltavva and Vaııcouver. June 19S8 and June 19S9) 3. İklinılcnclirme 1) AYBIİRS. N., Isıtma, Havalandırma ve İklim Tesisleri, Cilt 1. 2) TAMIİR, Ş., Klima ve Havalandırma, Cilt 1. 3) LANDLS & GYR., P.syclırometrie Clıart, Veıuilating and Air Conditioııing. \:J50 - 221 4) TRANI: Air Conditioııinn Manııal, The Trane Ca. 5) R I I C K N A G I - L . SPRİİNGIİR, IIÖRMANN, Taselıenbueh fiir HKI/UNG + KLİMATECHNİK, 88/89 6) ASIIRAF. STANDARD 62 - 1989. Ventilation lor Aecept;ıble Iııdoor Air Qııality
9-60
İt
•
•
MAKINA MÜHENDİSLİĞİ
E L KİTABI Cilt 1
ÜRETİM VE TASARIM Baskıya Hazırlayan A. Münir CERIT ( Makina Yük. Mühendisi) 2. Baskı
TMMOB MAKINA MÜHENDİSLERİ ODASI
Ekim 1994
Yayın no: 169
tmmob makina mühendisleri odası Sümer Sokak 36/1-A 06440 Demirtepe / ANKARA Tel : (0-312) 231 31 59 - 231 80 23 Fax : (0-312) 231 31 65
Yayın no : 169
ISBN : 975-395-124-8 (Tk. No) ISBN : 975-395-125-6 (1. Cilt)
Bu Yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO'nın izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. Ekim 1994 - Ankara
Dizgi: Ali Rıza Falcıoğlu (Makina Mühendisleri Odası) Baskı: MF Ltd. Şti. Tel: (0-312) 425 37 68
BÖLÜM 10 BASINÇLI HAVA DONANIMLARI
Hazırlayan Efdal DEMİREL, Mak. Mühendisi, Atlas Copco A.Ş. - Ankara
Sayfa 1. Tarihsel Gelişim 2. Basınçlı Havanın Özellikleri 3. Basınçlı Havanın Üretimi ve Kullanıma Hazırlanması 4. Basınçlı Hava Şebekeleri 5. Kompresörlerde Atık Isının Geri Kazanılması 6. Sistemin Koruyucu Bakımı ve Önemi KAYNAKÇA
02 03 05 16 21 23 23
10-01
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI 1. TARİHSEL GELİŞİM Giriş Basınçlı hava, hidrolik ve elektrik gibi bir enerji çeşididir. Birçok işi daha kolay ve daha etkili yapmak için kullanılan makinalan çalıştıran güç kaynağıdır. Basınçlı hava yüzyıllardır kullanılmaktadır. Bu süreç içerisinde basınçlı hava motorları yardımı ile endüstrideki bir çok işlem mekanikleştirilmiştir. Her ne kadar modern anlamda basınçlı havanın kullanımı 19. yüzyılın sonlarındaki teknik açıdan zengin atmosfere dayanıyor ise de daha düşük basınçlardaki havanın kullanımı birkaç yüzyıl gerilerden başlamaktadır. Bazı cesur karşılaştırmalar yapmak isteyenler insan akciğerinin bir anlamda en ilkel ve orijinal kompresör olduğunu kabul ederler. Jnsan akciğeri yaklaşık olarak dakikada 100 litrelik bir havayı 0.02-0.08 bar arasındaki bir basınçla dolaştırabilir. Bununla birlikte ilk metali üreten kültürlerde dakikada 0.1 m3 den daha yüksek kapasitelerde basınçlı hava kullanımı başlamıştır. Metal oksitleri kimyasal reaksiyonlara sokmak için 1000 C° den daha yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyuldu. Hayvan derisinden yapılan ve elle kumanda edilen ilkel körükler yapılmıştır. Bunların daha gelişmişlerinin M.Ö. 1500 yıllarında kullanılmış olduğu Mısır mezar taşlarındaki resimlerden görülmektedir. Pneuına eski yunancada hayat veren nefes anlamına gelmektedir. Bundan sonra 18. yüzyıla kadar su darbeleri ile dönen eksantrik bir çarkın çalıştırdığı ilkel piston-silindir düzenleri ile basınçlı hava üretimi sürdürülmüştür. James VVatt'ın (1789-1819) buhar makinasını bulması ile birlikte endüstriyel devrim başlamıştır. Bir noktaya bağlı olmayan enerji kaynağı bulunmuştur. Önceleri enerji üretiminin pahalı oluşu küçük endüstriyel tesislerde kullanımını mümkün kümamıştır. Zamanla merkezi büyük bir enerji kaynağından bütün birimlere dağıtım düşüncesi daha fazla endüstriyel tesisin bu enerji çeşidinden faydalanmasını sağlamıştır. Ancak, buharın yoğuşması sorunu onun büyük uzaklıklara taşınmasını önlemiştir. Buhar makinalarının, içten yanmalı motorların ve nihayet elektriğin güç kaynağı olarak kullanılması sonucu daha verimli, daha ergonomik ve her yere taşınabilir şekilde imal edilmeye başlanmıştır. Basınçlı hava büyük bir kullanım alanı yaratarak birçok özelliğinden dolayı enerji türleri ile karşılaştırabilir duruma gelmiştir. Basınçlı Havanın Üstünlükleri Basınçlı hava elektrik ve hidrolik gibi diğer enerji türleri ile karşılaştırıldığında enerji iletimi ve depolamada esneklik, pratiklik ve emniyet gibi üstünlüklere sahiptir. Elektrik daha verimli olup enerji kullanımı daha iyidir. Buna karşılık basınçlı hava ile iş hızının arttırılmış olması ve sistemlere daha fazla emniyet kazandırılmış olması, bir miktar enerji kaybından fedakarlık edilebileceğini gündeme getirmiştir. Havalı el aletlerinin elektriklilere oranla daha hafif ve ufak yapıda olması, kullanıcının daha az güç harcamasını sağlamıştır, tş; alet ağırlığının aletin ortaya koyduğu güce oranı bakımından, insan gücünün daha iyi kullanılmasını mümkün kıldığı için daha ucuza malolmaktadır. Bu, gerçekten enerji maliyeti ile işçilik maliyetinin dengelendiği bir durum yaratmaktadır. Bugün yalnızca bu nedenden dolayı basınçlı hava birçok endüstri dalında kabul ve geniş uygulama alanı bulmuştur. Ancak, daha yüksek basınçların kullanılmasının gerekli olduğu işlerde hidrolik sistemlerin kullanılması daha uygundur. Basınçlı hava elektriğe göre çok daha güvenlidir. Aşırı yük altında kalan bir havalı el aleti sonuçta duracak ama hiçbir parçası harap olmayacaktır. Bunun aksine elektrikli el aleti aşırı yük altında durduğu zaman üzerinden geçen aşırı akım yüzünden sargılarının yanması söz konusudur. Yine nemli ya da sulu ortamlardaki kablolarda meydana gelecek harap olmalar yüzünden elektrikli aletlerin kullanılmasının sakıncaları da vardır. Halbuki hortumlar ya da boruların sudan etkilenmesi söz konusu değildir. Basınçlı Havanın Kullanım Alanları Basınçlı hava teknolojisi termodinamik, gaz dinamiği, mekanik kumanda tekniği, ergonomi gibi bilim dallarını içeren gelişmiş ve çağdaş bir teknolojidir. İmalat, proses mühendisliği, madencilik ve çevre koruması ajanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. İnsanların yaşama koşullarının geliştirilmesi amacıyla basınçlı hava çeşitli kullanım alanlarında sınır tanımamaktadır. Basınçlı hava ağırlıklı olarak çimento, tekstil, kağıt ya da dökümhaneler ve haddehaneler, madencilik, otomotiv sanayii, tünel yapımı, altyapı yatırımları, yüzer sondaj platformları, nükleer santrallerin kontrolü, tersaneler, gıda ve ilaç sanayii, mobilya ve sunta yapımı, tıp merkezleri ve hastaneler gibi sektörlerde kulanılmaktadır.
10-02
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI 2. BASINIÇLI HAVANIN ÖZKLLİKLERİ Havanın (Atmosferin) Yapısı Bilindiği gibi çevremizi saran hava renksiz, kokusuz, tatsız bir gazdır. Hava tek başına bir gaz olmayıp çeşitli gazların karışımından oluşmaktadır. Yani bir bileşik değildir. Bu karışımın ana yapıcıları azot ve oksijendir. Yapıcıların su buharı taşımayan kuru ve temiz hava içindeki gerek hacim, gerekse ağırlık olarak oranları aşağıda verilmiştir:
% Hacim
% Ağırlık
Azot
78.09
75.51
Oksijen
20.05
23.15
Argon
0.93
1.23
Karbondioksit
0.03
0.046
Neon
0.001818
0.00125
Helyum
0.00052
0.000072
Metan
0.00015
0.000094
Kripton
0.000114
0.00029
Yapıcı
Bunların dışında hidrojen, ozon, ve karbonmonoksit de bulunmaktadır. Normal olarak soluduğumuz havada, içinde bulunulan coğrafi bölge ve meteorolojik şartlara bağlı olarak değişen miktarda, su buharı bulunmaktadır. Ayrıca, çevre kirlenmesinin söz konusu olduğu ortamlarda, büyük sanayi bölgelerinde havanın içinde bir takım diğer gazlar (kükürtdioksit ve azot oksitleri) ile toz bulunmaktadır. Az kirlilikte bir şehirde 1 m' havanın içindeki toz taneleri yaklaşık 500 000 tanedir. Buna her yıl uzaydan dünyaya yağmakta olan 14 milyon ton kozmik toz dahil değildir. Havadaki Su Buharı Suyun ısı etksiyile dönüştüğü renksiz ve kokusuz gaz halindedir. Havanın alabileceği maksimum su buharının miktarı hacim olarak % 4 ü geçemez. Havanın içinde su buharı şeklinde taşınabilecek suyun miktarını havanın sıcaklığı belirler. Hava sıcaklığı yükseldikçe taşıyabileceği su miktarı arlar. Sıcaklığın düşmesi ile taşınabilen su miktarı da düşer. Mutlak Nem Alabileceği su buharının hepsini taşıyan havaya doymuş hava denir. Atmosferik basınç altında 1 m3 hava içinde bulunabilecek maksimum su buharı miktarına mutlak nem denir. En yaygın kullanılan birimi ise g/m3 dür. Bazı sıcaklık kademelerinde, basınç değişimi ile birlikle- 1 m' havanın doyma noktasında taşıyabileceği su buharı miktarı diğer sayfadaki tabloda verilmiştir. Bağıl Nem Belli bii" hacimdeki havanın içinde bulunan su buharının, bu havanın doymuş durumda iken alabileceği maksimum su buharı miktarına oranına yüzdesine bağıl nem denir. Bir anlamda bu ifade havanın kuruluğunu göstermektedir. Örneğin, 1 m3 sabit hacimde. 10 (' sıcaklıkla havanın maksimum su alma kapasitesi (mutlak nem) 9.40 g/m3 iken, sıcaklığın 30 C ye çıkartılması ile 30.3-7 g/m3 olur. Böylece birinci durumda doymuş halde bulunan hava10 - 03
BASINÇLI HAVA D O N A N I M L A R I nın, sıcaklığın artması ile birlikte bağıl nem oranı % 100 den 9.40 : 30.37 = % 30 a düşmüş olur.
t f C) -60
-55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 - 15 - 10 _5 0
+5 + 10 + 15 + 20 + 23 + 26 + 30 + 33 + 36 + 40
3
p (ıııl)ar)
r (}j/ııı )
t CC)
p (ıııbur)
r fe/m )
0.009 0.020 0.039 0.070 0.124 0.223 0.374 0.63 1.03 1.65 2.60 4.01 6.11 8.72 12.27 17.04 23.37 28.08 33.60 42.42 50.30 59.40 73.75
0.011 0.021 0.038 0.069 0.117 0.198 0.333 0.55 0.88 1.38 2.14 3.24 4.85 6.80 9.40 12.82 17.29 20.57 24.37 30.37 35.66 41.72 51.16
+ 43 + 46 + 50 + 54 + 58 + (>0 + 64 + 68 + 70 + 74 + 78 + 80 + 84 + 88 + 90 + 92 + 96
86.4 100.9 123.4 150.0 181.5 199.2 239.1 285.6 311.6 369.6 436.5 473.6 555.7 649.5 701.1 756.1 876.4
59.4 68.7 83.0 99.8 119.3 130.2 154.6 182.7 198.2 232.6 271.3 293.4 340.8 394.3 423.6 454.6 522.1
t CC)
p (bar)
r (k g /m J )
+ 100 + 110 + 200
1.0133 1.4326 15.550
0.5977 0.8264 7.862
J
Çiğlenme Noktusı Belli bir basınç altında havadaki su buharının artması durumunda doyma noktasını aşarak yoğuşmaya başladığı sıcaklığa çiğlenme noktası denir. Basınç değişiminin bu olayı doğrudan etkilemesi nedeniyle çiğlenme noktasını iki şekilde inceleyeceğiz. a) Atmosferik Çiğlenme Noktası : Atmosferik basınç altında havadaki su buharının yoğuşmaya başladığı sıcakhktır. b) Basınç Altındaki Çiğlenme Noktası : Herhangi bir basınç kademesinde bulunan havanın içindeki su buharının yoğuşmaya başladığı sıcaklıktır. Atmosferik basınç altındaki 1 m3 hava sıkıştıııldığı zaman daha küçük bir hacim işgal edeceğinden çiğlenme noktası daima farklı olacaktır. Farklı iki çiğlenme noktası arasındaki bağlantı Şekil.1 deki grafikte görülmektedir. Kurutucuların tanımlanmasında sıkça sö/.U geçen çiğlenme noktası daima basınç altındaki çiğlenme noktası olarak düşünülmelidir. Çünkü kompresörden çıkan hava arlık belirli bir basınç kademesine kadar sıkıştırılmış demektir.
10-04
}I"f l' l.*~
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI 3. BASINÇLI HAVANIN ÜRETİMİ VE KULLANIMA HAZIRLANMASI Kompresör Çeşitleri Basınçlı hava sistemlerinin ilk elemanı olan kompresörler, mekanik enerjiyi basınç enerjisine dönüştüren makınalardır. Sıkıştırılan akışkan hava olabileceği gibi azot, hidrojen, karbondioksit gibi gazlar da olabilir. Hava kompresörlerinde genellikle atmosferik koşullardaki hava emilir ve çalışma basıncına çıkartılır. Ancak yüksek basınçta hava ya da gaz emip basıncı daha da arttıran kompresörler de vardır. Kompresörleri genel olarak sınıflandırırsak (Şekil. 2): a) Pozitif Yerdeğiştirmeli Kompresörler Bu tip kompresörlerde hava bir silindir içerisine çekilir, bir krank mili ile hareket ettirilen piston tarafından sıkıştınlır. Emme ve çıkış basıncı arasındaki fark kompresör tarafından ortaya konulan işi tanımlar. Pistonun havayı sıkıştırması ile moleküller birbirine daha yakın bir duruma gelerek hızlanın arttırırlar. Molekül hızındaki bu artış sıcaklığı arttırır. Sıcaklık artışının büyüklüğü şu faktörlere bağlıdır:
-60 -50-40-30-20 -10 0 10 20 30 40 50 °C
Şekil. 1- Değişik basınçlarda çiğlenme noktaları
10-05:
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI 1 - Gazın cinsi
3- Sıkıştırma oranı
2- Emme sıcaklığı
4- Soğutma sistemi KOMPRESÖRLER
DİNAMİK
EJEKTÖR
SANTRİFÜJ
AKSİYAL
POZİTİF DEPLASMANLI
DÖNER ELEMANLI (ROTATİF)
PALETLİ SU HALKALI
VÎDALI
BİYEL KOLLU
PİSTONLU
ROOTS
KROSEDLI
SERBEST PİSTONLU LABİRENT
DİYAFRAM
Şekil. 2- Kompresörlerin sınıflandırılması
Ağır gazlara oranla hafif gazların sıcaklığı, aynı sıkıştırma oranında daha fazla artış gösterir. Örneğin 20°C giriş sıcaklığında 4/1 sıkıştırma oranında helyumun çıkış sıcaklığı 236 °C iken propanın çıkış sıcaklığı 78 °C dir. Kompresör tarafından emilen havanın emiş basıncından, istenilen çıkış basıncına kadar sıkıştırılması bir defada, değişmeyen termodinamik ve mekanik aşamada gerçekleşiyorsa buna tek aşamalı (kademeli) sıkıştırma denir. Bazen istenilen basıncı birkaç kademede sağlamak mümkündür. İstenilen basınç yüksek ve kapasite fazla ise ilk sıkıştırma kademesinden sonra ara soğutucuda soğutulan hava ikinci bir silindirde istenilen çıkış basıncına ulaştırılır. Buna da iki aşamalı sıkıştırma denir. Başlangıçtaki basıncın, çıkış basıncına oranına bağlı olarak ara soğutmalı birçok sıkıştırma aşaması olabilir. Pozitif yerdeğiştirmeli kompresörler, tasarım farklılığı nedeniyle başlıca iki ana gruba ayrılır: a.l- Döner Elemanlı (Rotatif) Tip Kompresörler a.2- Pistonlu Tip Kompresörler 10-06
lill
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI a.l- Döner Elemanlı Rotatif Tip Kompresörler Paletli Tip Kompresörler: Sıkıştırma, gövde içerisinde merkezden kaçık olarak yataklanmış bir rotor üzerine açılan yarıklara yerleştirilmiş kayar paletlerle sağlanır. Rotor gövde içinde eksantrik olarak dönmekte olan paletler yuvalarından dışarı doğru kayarak gövdenin iç duvarlarına değmektedir. Birbirini izleyen iki palet, rotor ve gövde yüzeyleri arasında oluşan cebe emilen havayı, rotorun eksantrikliği nedeniyle hacim küçülterek sıkıştırma ve basma işlemi yapmaktadır. Bu kompresörler aynı zamanda vakum pompası uygulamalarında da kullanılmaktadır. 25 bar basınç ve 170 mVdak. kapasiteye kadar çıkan tipleri vardır. Basınç ve kapasite sınırları kompresörün yağlama ve soğutma şekline göre değişmektedir. Su Halkalı Kompresörler : Genel olarak pek verimli çalışmayan bir kompresör tipi olmakla birlikte, çok korozif özellikli hava ve gazların sıkıştırılmasında, özellikle kağıt sanayiinde kağıttan su buharının emilmesinde vakum pompası olarak kullamlagelmektedir. Çalışma ilkesi paletli kompresörü andırır. Yalnız burada paletler yerine rotora sabitlenmiş kanatlar vardır. Rotor gövde içinde eksantrik olarak yerleştirilmiştir. Gövde içindeki bir miktar su (akışkan) rotor dönmeye başlayınca santrifüj kuvvetle gövde üzerinde katı bir tabaka oluşturur. Sıkıştırma işte bu tabaka ile kanatlar arasında gerçekleşir. Akışkan, dış bir kaynaktan açık sistem olarak sağlanabileceği gibi, bir eşanjörde soğutularak da devamlı kullanılabilir. Su halkalı kompresörler 7 bar basınç ve 450 mVdak. kapasiteye kadar uygulamalarda kullanılabilir. Roots Tipi Kompresörler : Bu tip körükler daha çok vakum pompası ve debimetre olarak kullanılmaktadır. İki simetrik rotor (Şekil. 3 A ve B) silindirik bir gövde içinde birbirine zıt yönde dönmektedir. Gövde içinde hiçbir sıkıştırma olmamakta, rotorlar sadece gazı emiş tarafından alıp basma flanşına taşımaktadırlar. Sıkıştırma, herbir rotor basma ağzına açıldığından, basma hattında meydana gelen karşı basınca karşı oluşan basınçtan elde edilmektedir. Şekil. 3 de 1. konumunda A lobu giriş basıncında havayı emerken, B lobu çıkış basıncında hava (ya da gaz) basmaktadır. 2. konumunda A lobunun emişle bağlantısı kesilmiş, B lobunun basması sürmektedir. 3.konumunda hem A hem de B lobu basmakta, bu arada A lobunun diğer yanında emiş başlamaktadır. 4. ko_ ,., „ _ .. ..... numunda A lobu bir yanda basmakta. Şekil. 3-Roots koruğu diğer yanda emmekte; B lobu ise emişini tamamlamış bulunmaktadır. Tüm bu işlemler rotorların 90° dönüşü sırasında gerçekleştiğinden her turda dört kez basma olmaktadır. 0.15 ile 1300 mVdak. arasında kapasitelerde kullanılmakta olan Roots tipi körüklerde kademe başına elde edilen basınç oranı 1.8-2 dir. Pnömatik malzeme iletiminde, atık su arıtma tesislerinde havalandırma için, gaz iletiminde, dökümhane ve vakum tesislerinde, metan, helyum, hidrojen, oksijen, hidrokarbonlar, kükürtlü hidrojen ve azot gibi gazların transferi için kullanılır. Vidalı Kompresörler : Çalışma prensibi açısından ana hatlarıyla aynı olmakla birlikte, yağ püskürtmeli ve yağsız tipler olarak iki grupta ele alınabilir. Birbirine zıt yönde dönen asimetrik profilli iki vida elemanı arasında tutulan hava, dönme devam ettikçe hacmin daralması nedeni ile sıkışmaktadır. Emme supabından emilen hava filtre edilerek vida grubuna geçer. Vida grubunda erkek ve dişi rotor olarak tanımlanan iki tane vida elemanı mevcuttur. Sıkıştırma işlemini yerine getiren birimler vida grubu içerisindeki rotorlardır. Bütün kompresörlerde erkek rotor dış güçle döndürülmekte, dişi rotor erkeğe bağımlı olarak dönmektedir. İyi bir temas ve sızdırmazlık sağlayarak verimi arttırmak, ayrı bir dişli kullanımını ortadan kaldırmak amacıyla genelde çapları aynı olmak kaydı ile erkek rotor (vida) üzerinde dört lob, dişi rotor (vida) üzerinde ise altı yiv bulunmaktadır. Vida elemanlarının dönmesi ile birlikte hava sıkışarak vida grubunu terkeder. Ancak vida elemanları arasında birbirlerine değmeden çalışabilmeleri çin az bir boşluk vardır. Sıkıştırma anında havanın geri kaçmaması için sı10-07
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI kıstırma yönü ile aynı yönde ve basınçta yağ püskürtülür. Böylece vida grubundan yağ ile sıkışmış hava birlikte çıkar. Yağsız çalışan vidalı kompresörlerde ise vida elemanlarının üzeri teflon alaşımlı malzemelerle kaplanır. 'Belirli bir esneklik kazandırılan vida elemanları birbirlerine çok tatlı temas ederek çakşırlar. Yağ püskürtmeli tip vidalı kompresörlerde yağ, sistem içerisinde oluşan basınç ile dolaştırılır ve dört görevi vardın 1 - Vida grubunda rotorlar arasında sıkıştırılan havanın geri kaçmasını önlemek için sızdırmazlık sağlamak. 2- Sıkışan havanın üzerindeki ısıyı alarak soğutma sağlamak. 3- Çalışan parçalarda meydana gelen ısınmadan dolayı sistemde oluşabilecek parçacıkları ve emiş filtresinden geçen tozları taşımak sureti ile temizliği sağlamak. Şekil. 4- Vidalı kompresör
4-
Rotorların rulmanlarını yağlamak.
Vida grubundan çıkan yağ+hava karışımı separatör tankına belli bir açı ile girer ve kazandığı dönü nedeniyle yağın % 95 i tankın alt kısmında toplanır. Hava içerisinde kalan yağ ise separatör filtresinde süzülür. Böylece 3 ppm (mg/m3) hassasiyetine kadar basınçlı hava yağdan arındırılmış olur. Separatör tankında havadan aynştırılan yağ, filtre edilerek yağ soğutucusuna gider ve burada ısısını bırakarak tekrar kullanılmak üzere vida grubuna gönderilir. Separatör tankında yağdan ayrıştırılan hava ise hava soğutucusunda ısısını bırakarak su aynştırıcıya gider. Su ayrıştıncısı basınçlı hava içerisindeki suyun bir kısmını mekanik yöntemlerle ayrıştırır ve otomatik olarak boşaltır. Suyunun bir kısmını bırakan basınçlı hava, kullanılmak üzere kompresörden basınçlı hava devrelerine gönderilir. Vidalı kompresörlerin pozitif yerdeğiştirme ilkesine göre çalışmaları dolayısıyla rotorların dönüş hızının arttırılması sonucunda daha fazla hava basılacağı düşünülebilir. Ancak, rotor hızının artması ile birlikte ortaya çıkacak kayıpların da artacağı ve verimi doğrudan etkileyeceği açıktır. Bu nedenle rotor hızları maksimum verimin sağlanacağı değerle sınırlandırılmıştır. Dönüş hızının artması ile mekanik (sürtünme) ve dinamik (çıkış ağzında türbUlans) kayıpları artmakta, hacimsel (sızdırmazlık) kayıpları azalmaktadır. Kayıpların en düşük olduğu noktada seçilen dönüş hızı, optimum değeri ortaya çıkarmaktadır. Bu değer bugün için vida dış yüzey hızı olarak, yağ püskürtmeli kompresörlerde 30 m/s, yağsız kompresörlerde ise 85 m/s olarak tesbit edilmiştir. a.2- Pistonlu Tip Kompresörler Pozitif yer değiştirmeli kompresörlerin en eski ve en yaygın kullanıma sahip olan tipleridir. (Şekil.6) Çalışma ilkelerini incelersek şekilde görülen I noktasında silindir atmosfer (ya da emiş) busıııcındu havayla lamamen doludur. Pistonun yukarıya harekeli sırasında (1-2) emine supabı artan iç basınçla kapanır. 2 noktasında silindir içindeki Pı basıncına ulaşılmıştır ve basınca ayarlı basma supabı açılarak havayı hatta basar. Piston üst ölü noktaya gelinceye kadar (2-3) hava sabit basınçta (P,) basılmaya devanı eder. Piston dönüş stıokuna başlayınca si10-08
Kayıplar
30
«5
D Dinamik kayıplar V Hacimsel kayıplar T Toplam kayıplar (D.V) — Yağ püskürtmeli kompresörde —Yağsız kompresörde
Şekil. 5- Optimum hızın bulunuşu
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI lindir basıncı Pı basıncının altına düşeceği için basma supabı kapanır. Silindir içinde kalan hava, pistonun dönüş hareketi ile (3-4) artan hacimde genleşir. Silindir basıncı emme basıncına (P o ) düşünce emme supabı açılır ve piston alt ölü noktaya gelinceye kadar (4-1) Po basıncında emiş devam eder. Burada incelenen tek etkili bir pistondur. Çift etkili piston yarım strokla sıkıştırmayı sağlar. Alt ölü noktadan üst ölü noktaya gelinceye kadar silindirin üst yarısında sıkıştırma, alt yansında emme vardır. Üst ölü noktadan dönüşte de üstte emme, altta sıkıştırma gerçekleşir. A. Labirent Kompresörler: Bu tiplerde piston segmanı bulunmamakta, pistonla silindirin iç duvarı arasında sızdırmadık, bir dizi labirent ile sağlanmaktadır. Silindirin iç yüzeyinde gayet ince yivler bulunmakta olup, piston üzerine de keskin diş açılmıştır. Segmanh kompresörlere nazaran hava kaçaklan daha fazla ise de daha az sürtünme ile çalışmakta ve tamamen yağsız hava üretmektedirler. 0-20 bar arasında, 0.3-160 mVdak kapasite aralığında hava, CO 2 , N 2 , O 2 , korozif ve patlayıcı gazların sıkıştırılmasında soğutma kompresörü ve vakum pompası olarak kullanılırlar. B. Diyafrafnlı Kompresörler: Bu tiplerde sıkıştırma silindir içinde hareket eden pistonla değil, esnek bir diyafram aracılığı ile elde edilir. Diyafram mekanik ya da hidrolik olarak çalıştırılabilir. Şekil.7 de mekanik tip görülmektedir. Kompresörün çalıştırma miline bağlı bir eksantrik, biyel kolu aracı ile diyaframa ileri-geri hareketi verir. Hidrolik tipte ise diyaframın alt yüzeyinde değişken bir hidrolik basınç vardır. Bu basınç genellikle pistonlu bir yağ pompası ile sağlanır. Yağ kullanımına elverişli olmayan uygulamalarda sabunlu su ya da asal florokarbonlar kullanılır.
Basınç
Mekanik tipler sadece düşük basınçlarda (4-7 bar) ve küçük kapasitelerde (1.8-18 mVdak) hidrolik tipler ise 154000 bar basınç, 0.02-1.7 m3/dak kapasite aralığında vardır. Daha çok solunum havası sağlanması, alkollü içki Üretiminde karbondioksit sıkıştırılmasında, temiz kuru buz üretiminde, nükleer reaktörlerde karbondioksit soğutmada, argon, neon, azot, heyum, klor, bütan, propan ve diğer korozif gazların transferinde, füzelerin ve geri tepmeli silahların pnömatik sistemlerinde kullanılır.
Hacım
C. Serbest Pistonlu Kompresörler: Bu tip kompresörlerle entegre çalışan iki zamanlı bir dizel motoru vardır, Şekil. 6- Pistonlu tip kompresörün pv diyagramı tike olarak biyel kolu, krank mili, volan ve kavrama gerektirmediğinden basit görünmesine karşın, pistonların senkronizasyonu oldukça karmaşıktır. Kompresör pistonlarının içe doğru hareketini pistonlara dıştan emilen hava sağlar. Yanma odasında hava sıkışınca yakıt püskürtülür ve ateşlenir. Ortaya çıkan basınç pistonları dışan iter ve sıkıştırma odalarında hava sıkıştırılır. Bu arada motor pistonları egzostu açarak yanan gazları dışarı atar. Sıkıştırma odasında artan basınç kompresyon pistonlannı stoklarının sonunda durdurur ve çevrim tekrarlanır. Pistonların aynı ağırlıkta olması ve aynı hat üzerinde hareket etmesi sonucu hareket simetrik olduğundan dış kuvvet ya da moment bulunmamakta ve dengeli çalışma sağlanmaktadır. D. Biyel Kollu Kompresörler: Pistonlu kompresörlerin en yaygın kullanıma sahip olan tipleridir. Genellikle tek etkili olan kompresörlerdir. Bir krank milinden, biyel kolu aracı ile hareketli pistonlar, yukarı doğru hareketlerinde sıkıştırma, aşağı doğru hareketlerinde genleşme ortamı yaratırlar. W, V, Boxer, I. tipi gibi çeşitli yapım biçimleri vardır. Çok geniş bir basınç ve kapasite aralığında tasarımlanırlar. Her türlü sanayi tesisinde kullanılmaktadır.
Şekil.7- Diyaframlı kompresör 10-09
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI Basınçlı hava çıkışı
1
Rezervuar
ı
İL
İİ
1 ||
|
ı
=;T
i!
j
UT
Vakit enjektörü
Egzost Şekil. 8- Serbest pistonlu kompresör
E. Krosedli Kompresörler: Biyel kollu kompresörlerin çift etkili olarak yapılmış tipleridir. Piston üst ölü noktaya çıkarken de alt ölü noktaya inerken de sıkıştırma yapmaktadır. Biyel kolu iki aşamada pistona ulaşmaktadır. İlk aşamada dengeleyici silindirin alt ucuna bağlanan biyel kolu, ikinci aşamada dengeleme silindirini pistona bağlamaktadır. Pistonun iki yönlü çalışması hassas tasarım gerektirmektedir. Genel amaçlı kompresörlerdir. Dinamik Kompresörler Bir dinamik kompresörde basınç artışı, sürekli akan bir gaza kinetik enerji vererek ve bu gazın bir genişleme bölümünde hızının düşürülerek basınç enerjisine dönüştürülmesi sonucu sağlanır. Bu, değişik şekillerde olabilir. Santrifüj Tip Kompresörler: Bu tip kompresörlerde gaz, rotor kanatlan tarafından santrifüj bir kuvvetle duvarlara atılır. Hava bir sonraki kanada gönderilmeden önce bir difüzörden geçerek kinetik enerji basınca dönüştürülür. Akışkan kanatçıklar arasında kademeli olarak hız ve basınç kazanır. Santrifüj tip kompresörlerde çıkış basıncı yükseldikçe çalışma ilkeleri gereği kapasite düşmektedir. Santrifüj kompresörlerde çalışma basıncı daima taşma noktası ile sınırlanır. Taşma noktası bir santrifüj kompresörün kararlı çalışabilmesi için gerekli olan minimum kapasiteyi belirler. Basınç arttıkça hava akış hızı azalmaya başlar. Belli bir basınca ulaşınca kompresördeki hava akış hızı. karşı basınç yüzünden tamamen kesilir. Bu durumda kompresörde tersine bir hava akışı başlayacaktır. Tersine oluşan hava akışı çıkış basıncını azaltarak verimi düşürecektir. Bu olayın önüne geçmek için uygun değerler titizlikle seçilmelidir.
Basınç
TAŞMA NOKTASI /
Hava akis hızı
Şekil. 9- Santrifüj kompresörde taşma noktası
Santrifüj kompresörler 100 m3/dak. ve üzeri kapasitelerin sağlanması için kullanımı uygun olan tiplerdir. Diğer kompresör tiplerine göre zayıf yanları şunlardır: 1. Kademe sayılarının az olabilmesi için çok yüksek dönüş hızlarına (20 000 - 50 000 d/dak) sahip olmaları gerekmektedir. 2. Kontrol ve denetim donatımları çok çeşitli ve karmaşıktır. 3. Taşma olayının önlenmesi kontrol sistemlerinin başarısına bağlıdır.
10-10
ti .1 i» * * * *
II I'
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI 4. Kanatçıklar özel tasarımlandığından pahalıdır. Çevresel hızlarının fazla olması nedeniyle kınlına tehlikeleri fazladır. 5. Kompresörün verimli havanın (ya da gazın) yoğunluğuna bağlı olduğu için yaz ve kıs, aylarında verimleri ve enerji tüketimleri farklılık gösterir. 6. Bakım giderleri fazladır. Aksiyal Tip Kompresörler Bu tip kompresörlerde gaz birbirini izleyen döner ve sabit kanatlar arasından geçerek önce hız sonra basınç kazanır. Aksiyal kompresörler daha çok orta basınç aralıklarında ve sabit tüketim koşullarında kullanılırlar. Çok yüksek basınçlı hava gereksinimi olan tesisler için (deınir-çelik tesisleri ve yüksek fırınlar) en iyi çözümdür. 14 bar basınca ve 4000 mVdak. nın üzerindeki kapasitelerde kullanılır. Vidalı ve Pistonlu Tip Kompresörlerin Karşılaştırılması Pistonlu tip kompresörlerden vidalı tiplere geçişin bir takını önemli üstünlüklerini bir karşılaştırma tablosu ile gösterelim. VİDALI TİP KOMPRESÖRLER
PİSTONLU TIP KOMPRESÖRLER
1- Aşınma minimumdur. İki helisel vida birbirine değmeden döndüğü için aşınma söz konusu değildir. Sadece vida elemanlarını taşıyan bilyalı yataklarda aşınma vardır.
1. Aşınma en yüksektir. Silindir içinde çalışan piston ve segmunlur sürekli sürtünmeye maruz kaldığından aşınma miktarının yüksek olması kaçınılmazdır.
2. Bakımları kolaydır. Yağ ve filtre elemanlarının çalışma süreleri sonunda değiştirilmesi dışında herhangi bir bakım gerekli değildir. Yedek parça miktarı azdır.
2. Aşınma miktarlarının yüksek olması nedeniyle mutlaka her yıllık çalışma sonunda komple revizyona alınması gereklidir. Yedek parçaları çok çeşiLli ve fazladır.
3. Yıllık yedek parça tüketimi makina bedelinin ortalama % 3-5 i kadardır.
3. Pistonlu tip kompresörlerde yıllık yedek parça tüketimi, makina bedelinin % 25-30 u kadardır.
4. Basınçlı hava çıkış sıcaklığı ortam sıcaklığının 10-15 °C kadar üzerindedir. Çiğlenme az olur.
4. Basınçlı havanın çıkış sıcaklığı 135-195 °C olup, son soğutucu kullanılması gereklidir.
5. Hava akışı düzgün ve süreklidir. Herhangi bir hava tankında toplamadan doğrudan doğruya kullanım noktasına Gönderilebilir.
5. Zaman devresi nedeniyle pistonlar kesikli olarak hava basar. Tank kullanılması zorunludur. Kesikli üretim, kullanım noktalarında vuruntuya neden olur.
6. Vida tipi kompresörler darbesi/, çalıştığından düz bir zemine konulması yeterlidir. Herhangi özel bir temel gerektirmez.
6. Büyük bir sarsıntı ile çalıştıklarından dolayı özel bir temel ve zemin gerekmektedir.
7. Vida tipi kompresörlerde sadece dönme harekeli olması nedeniyle motor gücü daha verimli bir şekilde kullanılır.
7. Bu tiple, motor gücünün bir kısmı pistonların ataletini yenmek için kullanılır. Verimleri düşüktür.
Kompresör Seçimi Kompresörlerde de her makinada olduğu gibi belirlenmiş bir güçle iş yapılmaktadır. Buna göre kompresörün basacağı havanın, basıncı ile birim zamanda üretilebileceği hava miktarı arasında daima bir bağlantı bulunmaktadır. Gücü değişmeksizin. bir kompresörün çalışına basıncı yükseltilecek olursa; ürettiği hava miktarı azalacaktır. Buna bir örnek verecek olursak: 55 kW lık elektrik gücü ile çalıştırılan bir kompresörün çeşitli basınç kademelerindeki kapasitelerini inceleyelim. Motor Gücü Maksimum Basınç Serbest Hava Verimi 55 kW 7.5 bar 9.5 mVdak. 55 kW lObar 7.7 mVdak. 55 k\V 13 bar 6.2 mVdak. 10-11
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI Basıncın 7.5 bardan 10 bara çıkması kapasitede % 18.94 oranında, 7.5 bardan 13 bara çıkması ise kapasitede % 34.73 oranında bir kayba neden olmaktadır. Bu değerler birim zamanda harcanan enerjinin artan yüzdeleridir. Hiçbir zaman, emniyetli davranmak için, bir üst basınç kademesi seçilmemelidir. Normal bir sistemde en fazla 1 bar basınç kaybı olabileceği göz önünde bulundurularak sistem için gerekli basınç ve kapasite tesbit edilmelidir. Bir sisteme kompresör seçmek için kesinlikle çalışma basıncı ve bu basınçta Üretebileceği hava miktarı bilinmelidir. Kurutucu Çeşitleri Basınçlı hava devrelerinde su çok zararlı bir maddedir. Su buharı proseslere zarar verir, yoğuşan su kompresör yağını bozar, toz tutarak hava geçişlerini tıkar, korozyona ve havalı aletlerde aşınmaya neden olur. Atmosferik hava içinde zararsız gibi görünen nemin basınç altında çok miktarda yoğunlaşma eğilimi vardır. Belirli bir bağıl nemdeki atmosferik hava kompresör tarafından emilerek sıkıştırılır. Her nekadar hava hacmi sıkıştırma oranında azalarak su tutma kapasitesi düşerse de sıkıştırma işleminin sonucu ortaya çıkan ısı, hava sıcaklığının artmasına neden olur. Dolayısıyla sıkıştırma anında yoğuşma meydana gelemez. Kompresör tasarımı içerisinde yer alan soğutucu ünitelerde elde edilen soğutmayla birlikte yoğuşma belirir ve yoğuşan sular kondenstoplar aracılığıyla otomatik olarak boşaltılır. Soğutucularda belirli sıcaklık kademesine kadar soğutulan hava, o sıcaklık kademesindeki doyma noktasındaki (mutlak nem) kadar su taşıyabilir. Fazlası yoğuşur. Ancak, hala doymuş halde olduğundan, soğutucu grubundan çıkan hava şebekede oluşabilecek en ufak bir sıcaklık kaybı ile tekrak yoğuşmaya uğrar. Bunu bir örnekle açıklayalım. Sistemde çalışan kompresörün serbest hava verimi
10 mVdak.
Kompresörün çalışma basıncı
7 bar
Havanın kompresöre giriş sıcaklığı
25 °C
Bölgedeki havanın bağıl nemi
%80
Kompresör soğutma grubundan çıkan havanın sıcaklığı
40 °C
Fabrika ortam sıcaklığı
15 °C
Kompresör dairesi sıcaklığı ortam sıcaklığından bir miktar fazladır. Bu nedenle 25 °C olarak alınmıştır. Birinci aşamada kompresör tarafından emilen havanın yapısını inceleyelim. İzleyen alt bölümdeki mutlak nem tablosundan yararlanarak 25 °C deki havanın mutlak nemi 23.04 g/m3 olarak bulunur. Bağıl nem %80 ise havanın taşığıdı su miktarı= 23.04 g/m3 x 0.80 = 18.43 g/m3 bulunur. Üretilen hava miktarı 10 m3/dak ve günde 8 saat çalışıldığını varsayalım. 10 m3/dak x 18.43 g/m3 x 60 dak/saat x 8 saat/gün =88 464 g/gün=88.464 kg/gün su devreye basılır. İkinci aşamada sisteme basılan havanın ortam sıcaklığı ile değişen yapısını inceleyelim. Ortam sıcaklığı 15 °C ise mutlak nem
: 12.82 g/m3
Giriş havası ile aradaki fark
: 18.43-12.82=5.61 g/m3
8saatlik vardiyada devreye basılan toplam su miktarı 5.61 g/m3 x 10 mVdak x 60 dak/saat x 8 saat/gün + 26 928 g/gün = 26.928 kg/gün bulunur. Görüldüğü gibi yaklaşık 27 kg su basınçlı hava ile birlikte sisteme taşınmaktadır. Bir yılın sonunda 8 tonun üzerinde bir değere ulaşır. Bu nedenle kurutucular basınçlı hava sistemlerinin vaz geçilmez parçalandır.
10-12
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI Genelde kurutucular, soğutucular ile karıştırılır. Soğutucular, özellikle vidalı kompresörlerde kompresörün içerisinde yer alan, sistemdeki yağın ve havanın aşın ısınmasına önlem olarak çalışan ünitelerdir. Sıcaklığın 40°Cyi geçmesi durumunda devreye girerek sıcaklığın 110°Cyi geçmemesini sağlar. Pratikte çıkış sıcaklıkları fazla olan (80-100°C)pistonlu tip kompresörlerin sonuna eklenerek bir miktar yoğunlaşma sağlasalar da kesin ve uygun çözüm değildir. Soğutma: Su buharının hava içerisinde bulunma miktarının sıcaklıkla doğrudan değişmesi prensibinden yararlanılarak kurutma gerçekleştirilmektedir. Basınçlı hava, içerisindeki tüm su buharının yoğunlaşacağı sıcaklığa kadar soğutulur. Bu işlem için Freon 22 gazı kullanılır. Genleşme sonucu -40°Cde tamamen buharlaşan freon gazı, kompresörden çıkan basınçlı havanın ısısını alarak -23.5°Cye kadar soğumasını sağlamaktadır. Soğumayla birlikte basınçlı hava içerisinde bulunan su yoğuşarak otomatik olarak sistemden dışarı atılmaktadır. Karışık olmayan yapıları, kolay bakımları ve yüksek verimleri nedeniyle sanayi tesislerinde en çok kullanılan kurutucu tipi, soğutmalı tip kurutuculardır. Basınç altındaki çiğlerime noktaları +2°C olup bu değer dünya standardıdır. Adsorbsiyon: Adsorbsiyon yolu ile kurutma fiziksel bir işlemdir. Bu işlemde su, buhar emici maddenin moleküllerine adezyon kuvveti ile bağlanmaktadır. Bu tür kurutma işlemi basınçlı havanın oldukça düşük çiğlerime noktasına ulaşmasını (-40 °C) sağlar. Bu tip kurutucular iki bölümlü olup, bu bölümlerde su emici madde bulunmaktadır. Basınçlı hava önce birinci bölüme girerek içerisindeki nemi bu maddeye bırakır. Emici maddenin su ile doymasına kadar bu işlem devam eder. Doymuş olan emici madde ısıtılarak rejenerasyona uğratılırken, basınçlı hava, kurutucunun ikinci bölümünde bulunan kurumuş emici madde içine gönderilmeye başlanır. Nem alıcı madde olarak genellikle aktif alümina (A12O3) kullanılmaktadır. Ancak bazı özel uygulamalarda özellikle suyun pH değerinin S den aşağı olduğu ortamlarda silikajel (SiO2) tercih edilmektedir. Nem tutucu malzeme su ile temasa geldiğinde su molekülleri malzeme moleküllerine adezyon kuvveti ile bağlanırlar. Bu bağlanmayı, nem alıcı malzeme ile su buharı arasındaki kısmi basınç farkı sağlar. Suyun tutulması nem alıcı ile su buharı basınçlarının kısmi basınçları aynı olana kadar devam eder. Üzerinde su tutma yeteneğini kaybeden nem alıcı malzemenin tekrar ısıtılarak rejenerasyona uğratılması gerekmektedir. Nem alıcı malzeme ya içerisinden sıcak hava geçirilerek ya da elektrik dirençleri aracılığı ile ısıtılarak yapısındaki suyun buharlaşması sağlanır. Çıkan su buharı ise nem alıcılar içinden bir hava akışı sağlanarak atmosfere atılır. Atmosfere atılan hava, kompresör kapasitesinde % 15 kayıba neden olur. Absorbsiyon: Bu yolla kurutma tamamen kimyasal bir prosestir. Bu işlemde havanın içindeki su, sıvı ya da katı anhidrit bir madde tarafından kimyasal reaksiyon sonucu alınmakta ve yeni bir bileşik ortaya çıkmaktadır. Bu tür kurutucuların zayıf yanlan: 1. Kurutucu devamlı bir emici malzeme harcanmasını gerektirdiğinden yüksek işletme gideri vardır, ekonomik değildir. dır.
2. En fazla + 15 °C lik bir çiğlenme noktası elde edilebileceğinden tam kuruluk sağlanamaması olasılığı var3. Kurutucudan dışarı atılan su genellikle asidik olduğundan özel devrelere gereksinim vardır.
Sorption (Emilme): Islak hava, özel bir yapı kazandırılan tuzla kaplanmış emici malzeme içinden geçirilerek kurutma elde edilmektedir. Kurutucu malzeme bal peteği biçiminde düzenlenmiş, çok geniş bir emme düzeyi oluşturularak bir rotor üzerine konulmuştur. 1 dm 2 rotor yüzeyinde 200 den fazla hava akış kanalı vardır. Kağıt üzerine lityum klorür tuzu emdirilerek kurutucu malzeme oluşturulmuştur. Kurutucu malzeme devamlı olarak sıcak hava ile rejenarasyona uğratılmakladır. Su, lityum klorür tuzunun suyu kristal şeklinde tutması ya da su ile konsantre bir eriyik yapması, buna ek olarak aynı anda cam elyafından olan kağıdın suyu emerek alması yoluyla tutulmaktadır. Rejenerasyonu sağlayan sıcak hava da bu arada kurutulmaktadır. Bu sistemde ayrıca bir ısıtma düzeneği bulunmadığından kurutucunun getirdiği ek bir ekonomik yük yoktur. Kurutucuda sadece rotorun döndürülmesi için 0.1 kW dan daha az bir elektrik enerjisi harcanmaktadır. Bu tür kurutucunun en büyük üstünlüğü çiğlenme noktasının -50°C dolaylara düşürülmüş olmasıdır.
10-13
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI Kurutucu Seçimi Kurutucularda çıkış havasının kuruluğu seçime etki eden en önemli faktördür. Kuru hava gereksinimi olan ünitelerin çalışmakta olduktan ortam sıcaklığı gözönünde bulundurulmalıdır. Soğutma tipi bir kurutucunun basınç altındaki çiğlerime noktası +2°C ise, basınçlı havanın kurutucudan çıktıktan sonra kullanım yerine kadarki uzaklık +2°C nin altında bir sıcaklıkla karşılaşmamalıdır. Aksi halde tekrar çiğlerime olacaktır. Ancak, bu çiğlerime miktarı -23.5°C sıcaklıkta, hava içerisinde bulunabilecek nem kadar olabilecektir. Eğer kullanım alanı çok soğuk bir ortamda ise ya da kurutucudan sonraki basınçlı hava hattı açıktan, araziden geçmek zorunda ise kış şartlarında bölgesel olarak değişmek kaydı ile -10°C ile -30°C sıcaklığa maruz kalması sıkça rastlanan bir durumdur. Her ne kadar kanal yapmak, basınçlı hava hattını izole etmek mümkün olsa da sistemin sıcaklığının +2°C altına düşmesine engel olamayız. Bu durumda basınç altındaki çiğlerime noktası -20°C ile -40°C arasında değişen kimyasal tip kurutucular seçilmelidir. Hiç bir zaman emniyetli davranmak düşüncesi ile gerekli olmayan hallerde kimyasal tip kurutucular seçilmemelidir. Çünkü hem ilk yatırım maliyetleri, hem de işletme giderleri (%15 hava kaybı ile çalışırlar) yüksektir. Filtre Çeşitleri Atmosferin yapısından daha önce söz edilmişti. Hava kirliliğinin büyük boyutlara ulaşması, bu kirliliğin çevresel faktörlere bağlı olarak yöresel farklılıklar ve artışlar göstermesi, üzerinde durulması gereken önemli bir konudur. Hava kirliliği ve zararları hemen hemen herkes tarafından bilinmekle birlikte basınçlı havanın kirliliği ve doğurabileceği zararlar hakkında çok az şey bilinmektedir. Bir sanayi bölgesinde yapılan araştırma sonucunda var olan toz parçacıklarının % 80 inin 2 mikrondan daha küçük olduğu anlaşılmıştır, tç yanma sırasında oluşan tam yanmamış yakıtlardan dolayı havada hidrokarbon gazına da rastlanmaktadır. Bu kirliliğin 0.004 mg/litre oranına ulaşması sık rastlanan bir durumdur. Kömür madenleri, demir-çelik ve çimento sanayiinin bulunduğu bölgelerde ise bu değerler bir kaç kat fazladır. Kompresör tarafından emilen toz, sistemdeki yağ, su ve aşınma sonucu oluşan parçacıklar birleşerek basınçlı hava sisteminde ve çalışan birimlerde paslanmalara, tıkanmalara, aşınmalara neden olmaktadır. Bunun sonucu olarak malzeme ömrü kısalır, bakım harcamaları artar. Genel amaçlı filtreler Burada sözünü edeceğimiz filtreler tozu ve yağı aynı anda tutabilen ve basınçlı hava hattında kullanılan filtrelerdir. Bunlar su tutmazlar. Önceleri kaba katı parçacıkları tutabilen filtreler, cam yünü teknolojisinin gelişmesi ile çok küçük parçacıkları bile süzecek şekilde yapılabilmektedirler. Muhafazaları içinde bulunan filtre elemanları değiştirilebilir. Genel amaçlı filtreler 1 mikrona kadar toz, 0.5 ppm (mg/m3) duyarlılığında yağı tutabilen filtrelerdir. Bu filtre tipi, tekstil makinalarında, kağıt, mukavva yapımında, sunta ve mobilya yapımında kullanılan makinalarda, matbaa makinalarında kurutuculardan önce kullanılır. Hassas filtreler. Filtre elemanlarının en büyük özelliklerinden biri basınca karşı dayanıldı olmalarıdır. Filtreler her iki yöndeki hava akışına karşı dayanıklı olacak şekilde yapılmalıdır. Filtre elemanlarında meydana gelen aşınma ve kopma sonucu ortaya çıkan parçalar basınçlı hava ile birlikte sisteme taşınırlar. 3
Hassas filtreler 0.01 mikrona kadar toz, 0.01 ppm (mg/m ) duyarlılığında yağ tutabilen birimlerdir. Daima genel amaçlı filtrelerle birlikte kullanılır. Aksi takdirde filtre elemanının ömrü kısa olur. Otomotiv sektöründe boyahanelerde kullanılan havanın temizlenmesinde, termik santrallerde, elektrik-elektronik sektöründe kullanım alanları bulmaktadırlar. Özel amaçlı filtreler: Bazı proseslerde basınçlı hava içindeki artık maddeler tamamen atılarak, hava en temiz şekli ile kullanılır. Hava içerisinde tesbit edilmesi ve ayrıştırılması son derece zor olan yağ buğuları, kütle sıvılar ve kokular bulunmaktadır. Bunların filtre edilmesi bir kaç aşamada mümkündür. En son aşamada aktive edilmiş karbon kullanılmaktadır. 0.01 mikron tozu ve 0.003 ppm (mg/m3) yağı filtre edebilirler. Yukarıda anlatılan diğer filtrelerle birlikte kullanılırlar. Gıda sektöründe basınçlı havanın gıda maddeleri ile karşı karşıya gelmesi durumunda, kumlama işi yapan operatörün toz maskesi içerisine verilen solunum havasının temizlenmesinde, hastanelerde solunum havası olarak kullanılan basınçlı havaların temizlenmesinde kullanılmaktadır. Basınçlı Hava Deposu Basınçlı hava sistemlerinin vazgeçilmez bir parçasıdır. Kompresörün boşta çalışma ve yüke geçme anında oluşan ani basınç dalgalanmalarını sönümleyerek sistemdeki diğer birimlerin bu durumdan zarar görmesini önlemek için hava depolan daima kompresörden sonra ilk birim olarak yerleştirilmelidir. Yatay ya da dikey olarak 10-14
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI yerleştirilebilirler. Basınçlı hava, depoya hangi yönden girerse zıt yönden çıkmalı ve çıkışı deponun üst seviyesinden olmalıdır. Böylelikle hem dolaşım sağlanmış hem de tank tabanında biriken suyun devreye basılması önlenmiş olur. 3
Basınçlı hava depoları uygulamada sistemde kullanılan basınçlı havanın m /dak. cinsinden miktarının 1/10 oranında seçilmelidir. Ani ve bol miktarda hava tüketen ünitelerden önce ikinci bir hava deposu da sisteme yerleştirilebilir. Hava depolarının yararlarını şöyle sırlayabiliriz: 1- Kompresörün yüke girmesi ve boşta çalışması durumlarında oluşan ani basınç dalgalanmalarım sönümlemek. 2- Kompresörden çıkan havanın sıcaklığı ortam sıcaklığından yüksektir. Depoda biriken havanın sıcaklığı ortam sıcaklığına kadar düşer ve bu arada içerisindeki suyun bir kısmı yoğuşur. 3- Sanıldığı kadar büyük miktarlarda olmamakla birlikte bir miktar hava depolanır. Bu durum ilk etapta sistemin beslenmesini sağlar ve kompresörün sık sık devreye girip, çıkmasını önler. 4- Üzerlerinde manometre ve emniyet ventilli olması dolayısıyla basınçlı havanın kontrol altında tutulduğu birimlerdir. Uygun Donanım Tasarımı Bir basınçlı hava sisteminde, üretilen havanın kaliteli olması için sırasıyla kompresör, basınçlı hava deposu, filtreler ve kurutucu bulunmalıdır. Bunlaın şekilde görüldüğü gibi montajı gerçekleştirilmelidir.
KOMPRESÖR
KURUTUCU
Şekil. 10- Uygun bir basınçlı hava donanımı Donanımda filtre ve kurutucu giriş çıkışlarına yapılan kısa devre (by-pass) hatları, bu birimlerden herhangi birinin arızalanması durumunda, basınçlı havanın ana üretim hattına ulaşmasını sağlamaktadır.
10-15
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI 4. BASINÇLI HAVA ŞEBEKELERİ Basınç Hava Ue Çalışan El Aletleri !| Basınçlı hava üretiminin yeni tasarımlarla oldukça ekonomik bir hale gelmesi ve sanayi tesislerinde kullanıminin yaygınlaşması ile birlikte basınçlı hava ile çalışan el aletleri de önem kazanmıştır. Havalı el aletleri üstün' lükleri nedeni ile elektrikli el aletlerinin yerini almaktadır. Bu üstünlükleri şunlardır: [M v j 1 - Ağırlık ve hacim oranlarına göre yüksek verimli olup, daha etkili ve uygun çalışma ortamları yaratırlar. Daha ergonomik olmaları nedeniyle çalışan personelin verimini arttırır.
:f" jj jjl j^g |j»;, ''
2. Basit tasarımları ile düşük servis giderleri vardır. 3- Dış etkilerden etkilenmezler. 4- Aşırı yüklenemezler. El aletleri kullanım yerlerinde aşırı yüklenmeden dolayı sıkışırsa, çalışmalar durur. Üzerlerindeki yük kalktığında tekrar asğlıklı biçimde çalışabilirler, motor ve rotorlarının yanması durumu söz konusu değildir. 5- Daha uzun ömürlü olmaları nedeniyle daha ucuza gelirler. El aletlerinin kullanışlı ve ömürlü olması için gürültü ve sarsıntı seviyelerinin düşük, rahat kavrama ve toz !jj V j tutma yeteneklerinin yüksek olması gereklidir. El aletlerini çalıştıran ve durduran mekanizmalar uygun yerlere iJitiİ yerleştirilerek, birkaç parmağı değiştirmek sureti ile kullanım şansı olmalıdır. Böylece kullanıcının parmağı yo- £' f J» rulmaz ve adale yorgunluğu azalır. rç,W ij;'., '' 1. Hatasız bir basınçlı hava şebekesinin önemi Tüm bir basınçlı hava sistemi üç ana bölümden meydana gelmektedir: 1. Kompresör dairesi 2. Basınçlı hava hattı 3. Servis hatlan. Basınçlı havanın üretilmiş olduğu kompresör dairesi, basınçlı havayı kullanılacak mahallere taşıyan hat ve son kullanım birimlerine kadar uzanan servis hatları bir zincir gibidir. Hiçbir zincir en zayıf halkasından daha güçlü olamaz. Hava dağıtım sistemi kurulurken en kısa uzaklıklar seçilmeli, mümkün olduğunca dirseklerden kaçınılmalı ve kullanılacak hava kapasitesine uygun boru çapları tesbit edilmelidir. Çoğu zaman sistemin yanlış ve hatalı kurulmuş olması, basınçlı havanın son tüketim noktalarına ulaşıncaya kadar gereksiz basınç ve kapasite kayıplarının oluşmasına neden olur. Bu durum ise en başta enerji kaybma neden olmakla birlikte havayla çalışan el aletlerinin verimini düşürür ve ömrünü kısaltır. Doğru bir hava dağıtım sisteminde: 1. Tüketim noktalarına yeterli hava basıncı ulaştırılabilmelidir. 2. Sistem minimum hava kaçağı olacak şekilde kurulmalıdır. 3. Tüketim noktalarına yeterli hava miktarı ulaştırılabilmelidir. 4. Yeterli derecede hava kalitesi elde edilmelidir. 5. Önceden planlanmış olan tüm genişlemenin hava gereksinimini karşılayacak şekilde toleranslı bir sistem kurulmalıdır. 6. Hava dağıtım sisteminin optimal yerleşiminin saptanması gerekir. 7. Uygun ve gerekli hat yardımcı parçalan (aksesuar) seçilmelidir. 10-16
IH it i i
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI 2. Basınçlı hava hatlı aksesuarları Valfler, hava şartlandırma üniteleri (yağlayıcı, regülatör, su filtreleri, manometreler), hortumlar ve bunları hava hattına bağlayan her türlü bağlantı elemanları basınçlı hava hattı aksesuarlarını oluşturmaktadır. Basınç kaybı ve hava kaçaklarından doğan kayıpları azaltmak için kaliteli ve uygun aksesuarların seçimi çok önemlidir. 3. Kötü bir sistemin maliyeti Yetersiz bir sistem, hava ile çalışan üniteler için son derece masraflıdır. Hedefimiz en az kayıpla basınçlı havayı tüketim noktasına ulaştırmak olmalıdır, lin başta gelen ve en belirgin olan kayıp nedeni sistemde bağlantı noktalarında gündeme gelen kaçaklardır. Hava kapasite yetmezliği ve artan enerji tüketimi hava kaybı sonucudur. Bir hava dağıtım sisteminde rastlanabilecek en sık ve pahalı eksiklik budur. Kompresör kapasitesinin % 20 sinin kaçakla kayba uğraması çok görülen bir durumdur. Çeşitli çapta boru deliklerinden kaybedilen hava miktarı ve karşılığı güç kaybı aşağıda gösterilmiştir. Delik Çapı (mm)
6 Hurda Hava Kuçuğı (litre/saniye)
Güç Kaybı (kW)
1
0.3
3
10
3.1
5
27
8.3
10
105
33.0
1
Basınçlı hava ile çalışan el aletleri üstünlüklü olmaları nedeniyle endüstriyel ve sanayi tesislerinde kullanılmakta ve gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır. 1:1 aletlerinin verimli çalışma basıncı 6 bar olarak standartlaştırıhnıştır. Giriş basıncının 5 bar olması durumunda, el aletinin çıkış gücünde % 25;4 bar olması durumunda ise % 49 düşüş olmaktadır. Bu durum bir taşlama motorunda birim zamanda kaldırılan talaş miktarının azalması, bir matkap motorunda delik açma süresinin uzaması, bir somun sıkma tabancasının torkunun zayıflaması ve bir büyük tipin kullanılması mecburiyeti anlamına gelmektedir. Bir başka deyişle 1 barlık basınç düşümü ile kullanım sonucu: 1. % 25 daha fazla enerji harcanır. 2. işlem süresi uzayacağından işçilik maliyeti arlar. 3. Sarf malzemeleri (matkap ucu. zımpara taşı vb.) kullanım ömrü içerisinde daha az iş çıkartarak ömrünü tamamlamış olur. 4. El aletinin ekonomik ömrü kısalır. 5. Bakım, onarım giderleri artar. Kötü bir sistem nedeniyle oluşan düşük çalışma basıncı, aletin çıkış kapasitesinin düşmesine neden olacağından işlem süresi uzayacak ve bunun doğal sonucu olarak saat başına işletme maliyeti artacaktır. Ayrıca, uygun nitelikte seçilmeyen borularda zamanla oluşan pas parçacıkları, sistemdeki su ve toz. yetersiz yağlama pnömatik cihazların hasar görmesine neden olmakladır. Ana Hat ve Şebeke Tasarımı için Gerekli Bilgiler Bir basınçlı hava sisteminin amacı, tüketim noktalarına islenilen kalitede, kapasitede ve basınçta hava sağlamaktır. Bunun mümkün olan en düşük maliyetle sağlanması açısından kompresör, hava hatları ve aksesuarlarının seçimi ve montaj şekli çok önemlidir. Bir hava dağıtım şebekesinde dört ana bölüm vardır: 1. Ana hat,
3. Servis haltı.
2. Dağıtım hatları,
4. Hava haltı aksesuarları.
10-17
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI Şimdi bir hava dağıtım sisteminin planlanmasındaki evreleri sırasıyla inceleyelim. Basınçlı hava ihtiyacının saptanması: Bu bölümde işletmede basınçlı hava gereksinimi olan bütün birimler, aletler ve cihazlar saptanır. Bir liste oluşturularak hava tüketimleri hesap edilir. Vardiya süresince sürekli hava tüketimi olan birimler ile zaman içerisinde belirli aralıklarla kullanılan havalı aletlerin harcamaları hesap edilirken dikkatli davranıknalıdır. Çalışma süresindeki kullanım yoğunluğunu ifade eden "Kullanım Faktörleri" sanayideki sektörler bazında farklılık göstermektedir. En yaygın kullanılan havalı el aletleri için yaklaşık hava tüketimi ve kullanım faktörleri aşağıda verilmiştir.
Alet Cinsi
Hava Tüketimi (l/s)
Kullanım Faktörü 1
2
3
4
5
Darbeli Somun Sıkma
£ 1/2" > 1/2"
8 13
0.2 0.3
0.1 0.2
0.2 0.1
0.2
0.05 0.15
Somun Sıkma
£M8 >M10
9 19
0.35 0.4
0.1 0.1
0.05 0.01
0.2 0.05
-
Matkap
S 12 mm > 12mm
5 10
0.15 0.2
0.1 0.1
0.25 0.1
0.3 0.1
0.2 0.25
8
0.05
0.1
-
0.1
-
10 54
0.01 0.01
0.2 0.35
0.2 0.4
0.15 0.15
0.2 0.3
-
-
0.1
0.1
-
0.1 0.15
0.01 0.05
0.05 0.05
0.1 0.05
0.05
Kalıp Freze Taşlama
<6" >6"
6
Kılavuz Motoru Ceraskal
£lt >1 t
35 45
1- Araba montaj endüstrisi
2- Otomotiv endüstrisi
4- Üretim endüstrisi
5- Taahhüt işleri
3- Ağır makina endüstrisi
Belirli aralıklarda kullanılan havalı aletlerin hava tüketimleri toplanır, kullanım faktörleri ile çarpılarak gerçek tüketim değerleri bulunur. Sürekli çalışan pnömatik birimlerin hava tüketimlerine eklenerek tesisin toplam hava tüketimi bulunur. Kapasite belirleme ile sisteme uygun kompresör seçimi yapılır. Ana hat tasarımı: Basınçlı havayı kompresör dairesinden tüketim alanlarına kadar kadar taşıyan hatta ana hat denir. Birçok atölye ve bölüme hizmet eden büyük bir basınçlı hava şebekesinde ana hat tasarımı, belirli bir birim devre dışı bırakıldığında diğer ünitelere normal hava gidebilecek şekilde olmalıdır. Ana hat dağıtım hattı yatay olarak ve tavana yakın uzaklıklara yerleştirilir. Boru çapı, bütün bölümlerdeki toplam hava kapasitesini taşıyabilecek şekilde seçilmelidir.
10-18
flfâ.-
BASINÇLJ HAVA DONANIMLARI Sistemde hava kurutucusu varsa ortam sıcaklığının +2 °C nin altında (fazla miktarda kullanılan Freonlu kurutucular için basınç altındaki çiğlenme noktasıdır) olduğu ortamlarda, boru içerisindeki çiğlenmeyi önlemek için gerekirse izolasyon yapılmalıdır. Eğer hava dış ortamdan fabrikaya taşınacaksa, bir kanal içerisinde taşımak en doğru çözümdür. Böylece borulara kontrol amacı ile ulaşmak kolaylaşır, büyük sıcaklık farklarından doğacak boru boyu değişiklikleri önlenir, bakım ve onanm çalışmaları ile boru değiştirme daha ekonomik olarak yapılır. Sistemde basınçlı hava kurutucusu yoksa, ana ve dağıtım hatlarında hava akımı yönünde en az 1:200 oranında bir eğim olmalıdır. En alçak noktalara ise su tutucular konmalıdır.
Yüzey hazırlama
Kompresör Dairesi
Dağıtım hattı tasarımı: Dağıtım hatlarının tasarımı, servis hatlarının mümkün olduğu kadar kısa tutulmasına imkan vermelidir. Böylelikle servis hatlarında küçük çaplar kullanılabilir. Ayrıca, dağıtım hattını hava kullanılan alanın etrafında bir ring teşkil edecek şekilde kurmak gereklidir. Sistemin her iki yönden basınçlı hava ile beslenmesi, basıncın tüm şebeke içinde aynı obuasını sağladığı gibi, hatlardan birinin arızalanması durumunda diğer hattın kullanılarak ilgili birimlerin hava gereksiniminin rahatlıkla karşılanmasını asğlar. Servis hattı tasarımı: Sabit boruların son bölümünü servis hatlan meydana getirir. Hortum boyunu kısa tutmak için servis hatlan alete mümkün olan en yakın yerde olmalıdır.
Şebekenin herhangi bir yerinde su yoğuşma tehlikesine karşı servis hatlan, dağıtım hattı borulanna hatta görüldüğü şekilde bağlanmalıdır. Kavis yarıçapı boru çapının iki katı olmalıdır. Servis hattı yerden rahatça kullanılabilecek yüksekliğe kadar indirilir. Servis hatlan dağıüm borulanna kaynakla bağlandığı için muhtemel ek kapasiteler için boru çaplan toleranslı seçilmelidir.
Kurutucu yoksa
Kurutucu varsa
Aksesuarların seçimi: Rahat kullanım aralığmda servis hattı ucuna, kayıplann az ohnası nedeniyle küresel bir vana takdir. Servis vanası ile alet arasında hangi aksesuarın takılacağı kullanılan alete bağl olmakla birlikte, en sık kullanılan aksesuarlar; yan otomatik drenajlı kombine su tutucu filtreler.basınç regülatörleri, yağlayıcılar, hortumlar ve bağlantı parçalandır. 10-19
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI Boru malzemesinin ve bağlantı yöntemlerinin seçimi: En çok kullanılan boru malzemeleri çelik, paslanmaz çelik, bakır ve plastiktir. Herhangi özel bir istek yoksa çelik, kır döküm ya da galvanizli boru kullanılabilir. Boru bağlantı yerlerinin ve iç yüzeylerinin temiz ve çapaksız olması esastır. Kompresör ve hava deposu arasında metal boru kullanılmak üzere, sistemde plastik borular da kullanılabilir. Ancak standartlara uygunluğu kontrol edilmeli ve patladığı zaman dağılmaması için ABS tipler kullanılmalıdır. Montaj kolaylığı, hafif oluşu, sızdırmazlığı, paslanmaması ve düzgün yüzeyi gibi üstünlükleri yanında, bazı yağlara ve titreşime karşı dayanıksız oluşları gibi zayıf yanları vardır. Hastanelerde, gıda ve kimya sanayiinde genellikle paslanmaz çelik boru kullanılır. Havanın saf ve temiz olması gereken elektrik ve mekanik endüstrisinde de bu çeşit boru kullanımı olanaklıdır. Bakır boru paslanmaz çeliğe alternatif olarak kullanılır. Paslanmaz çelik borulara oranla montajı daha kolaydır. Bağlantı şekilleri genellikle sert ve lehim ve kelepçeli bağlantıdır. Kaynakla boru birleştirme genellikle kılavuzlu bağlantıya tercih edilir. Kaynaklı bir boru sisteminde daha düzgün bir yüzey elde edilir. Korozyon ve kaçak muayenesi daha kolaydır. Hava aksesuarlarının monte edilebilmesi için boru uçlarında flanş bulunur. Kılavuzlu bağlantılarda boru uçlarının birbiri ile tam temas edememesi durumunda arada oluşan boşluk nedeni ile basınç kaybı, kılavuz kısmında sızdırmazlığın sağlanamaması durumunda ise hava kaçağı meydana gelmektedir. Uygun boru çaplarının saptanması: Boru çapını saptanması için sistemde gerekli hava miktarının hesaplanması, kompresör dairesi ile kullanım alanı arasındaki uzaklıkların belirlenmesi ve izin verilebilir basınç düşmelerinin hesaplanması gerekmektedir. Toplam gerekli hava debisini hesaplamak önemli ve dikkat isteyen bir konudur. Bütün havalı birimlerin ve el aletlerinin hava tüketimleri kataloglarından bulunmalı, bulunamıyorsa imalatçı firmalardan bilgi alınmalıdır. Kumlama ve püskürtme boyama birimleri sürekli hava harcayan sistemler olarak değerlendirilmelidir. Havalı aletlerle ilgili teknik bilgiler aletlerin yeni iken gösterdikleri performansa göre verilmiştir. Yıpranma ve aşınma olasılıklarına karşı %5 lik bir tolerans konmalıdır. Tüm kaçakların önlenmesi halinde bile % 10 luk bir kayıp olabileceği göz önünde bulundurulmalıdır. Mevcut aletlerin daha sık kullanımı, daha fazla aletin devreye alınması, mevcut aletlerin devre dışı kalması gibi nedenler basınçlı hava ihtiyacını sürekli arttırır. Elde bu konuda kesin bilgiler yoksa % 30 luk bir tolerans kullanmak gereklidir. Sistemde bulunan dirsekler, vanalar, aksesuarlar, redüksiyonlar ve servis hattı bağlantıları basınç kaybı oluşturmaktadırlar. Bu basınç düşümü toplamda en fazla 1 bar olmalıdır. Ana hat boru çapları toplam hava kapasitesine yeterli olacak şekilde hesaplanmalıdır. Dağıtım hatları mevcut birimdeki hava tüketimine göre ölçülendirilmelidir. Servis hatları ise beslemekte olduğu birim ve aletlerin tüketimlerine göre ölçülendirilmelidir. Aşağıda sistemde gerekli hava kapasitesi (kompresörün serbest hava verimi) ile kullanılması gereken boru iç çapı arasındaki oranlar, hava akış hızına uygun olarak verilmiştir. Boru İç Çapı Serbest Hava Verimi 3 mm (m /dak.) • Eğer kompresör hava tüketim alanına yakınsa bu boru çaplarını kullanınız. 10 0.2 • Eğer ana hat dağıtım borunuz 100 m den uzunsa 13 0.3 yandaki boru çaplarının bir üst kademesini seçiniz. 0.6 19 25 1 • Eğer tesiste gelecekte hava tüketimine ilişkin yatı2 32 rım düşünülüyorsa hava miktarını % 50 fazla varsa40 3 yarak boru seçiniz. 50 7 • Eğer 2-3 bar gibi düşük basınçlarda çalışan kompre12 65 sörleriniz varsa, tabloya göre % 50 büyük boru çapı 20 80 seçiniz. 100 30 150 90 Kompresör Dairesinin Planlanması 200 120 Kompresör dairesi mümkün olduğu kadar basınçlı hava sistemine göre merkezi bir yerde düşünülmelidir. Eğer basınçlı hava tüketim noktasına gelinceye kadar uzun bir yol alıyorsa, boru çapları artacağından yatırım maliyeti yükselecektir. Bu nedenle kompresör dairesi özellikle çok hava tüketen noktalara yakın olmalıdır.
10-20
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI Kompresör dairesi herşeyden önce temiz olmalıdır. Kompresörlerin konulduğu yerler beton tartanlarla 15-20 cm yerden yükseltilmeli, su ve yağ akıntısına karşı korunmalıdır. Duvarla kompresör ve kurutucular arasındaki uzaklık en az 1 m olmalı, bakını ve onarım için hareket alanı bırakılmalıdır. Yüksek ve havadar olmalıdır. Mümkünse iki cepheden 100 cm x 100 cm boyutunda, yerden 100 cm yükseklikte pencereler açılarak havalandırılması sağlanmalıdır. Kompresör emiş paneli bir davlumbazla dışarıya bağlanmalı, bir filtre davlumbaz çıkışma takılarak temiz ve soğuk hava emişi sağlanmalıdır. Birden ta/la kompresörün aynı alanda çalışarak ortamı ısıtması söz kousu ise yine bir davlumbazla kompresörlerin çıkışlarından sıcak hava alınarak dışarı atılmalıdır. Gerekirse kompresör dairesi vantilatörlerle cebri olarak havalaiklınlabilir. 5. KOMPRESÖRLERDE ATIK İSININ GERİ KAZANILMASI Isı Kazanım Ekonomisi Enerjinin maliyetinin oldukça pahalı olduğu günümüzde büyük bir tasarruf zorunluluğu ortadadır. Özellikle uzun kışların yaşandığı ülke ve yörelerde ısıtma ve sıcak su gereksinimleri büyük boyutlara ulaşmaktadır. Teknolojinin gelişen çizgisi üzerinde yerini alan ve her yıl yeni değişikliklerle verimleri ve pazar paylan sürekli artan vidalı tip kompresörler, alık ısının geri kazanılması için en uygun olan tiplerdir. Burada sözü edilen değerler vidalı tip kompresörler (hava ya da su soğutmalı) için geçerlidir. Ancak, bu tasarımlar esas alınarak diğer tip kompresörler için de benzer sistenılcrikurnıak mümkündür. Yağ püskürtmeli vidalı bir kompresörde ısı dağılımı analizi için şaft gücü (elektrik motoru çıkış gücü) % 100 kabul edilirse; Yağ soğutucusunda kaybedilen ısı
'A 7(>
Hava soğutucusunda kaybedilen ısı
''A 13
Soğutma vantilatörü tarafından çekilen güç
'/t 5
S i s t e m i ç e r i s i n d e k i ısıl k a y ı p l a r
'/<
2 .
S ı k ı ş t ı r ı l m ı ş h a v a d a k a l a n ısı
'/<
4
'/{ 100
Görüldüğü gibi teorik olarak dışarı atılan ısının '/i 4 ünün geri kazanılması mümkündür. Ancak bu değer pratikte % 70 dolayındadır. Örneğin. 110 k\V gücünde elektrik motoru olan bir kompresörde sürekli çekilen gücün 102 kW olduğundan hareketle % 70 geri kazanılan ısı miktarını hesap edersek; 102 x "A 70 71.4 kW-sa enerji tasarrufu söz konusudur. Yıllık tasarruf ise: 300 gün/yıl x 8 saat/gün x 71.4 kW-sa =171 360 kVV-sa bulunur. Isı Kazanım Yöntemleri Genel olarak kompresörlerdeki atık ısı iki şekilde geri kazanılabilir. ismin geri kazanılmasında kullanılan ısı transfer akışkanı hava ya da su olabilir. Yöntemin belirlenmesinde, kompresörün hava ya da su soğutmalı olması durumuna göre seçim yapılır. Su soğutmalı tip vidalı kompresörlerde yalnızca dolaylı ısıtma yöntemi uygulanır. Hava soğuünalı tip vidalı kompresörlerde aşağıda anlatacağımız her iki tip yöntem de kullanılabilir. Türkiye'de sanayide kullanılan sabit, vidalı tip kompresörerin /'< 95 i hava soğutmalıdır. Direkt ısıtma yöntemi: Kompresör içerisindeki hava ya yağ soğutucu'a'i ile elektrik motorunun soğutucusundan ortama atılan sıcak havanın kullanımı esasına dayanır. Akışkan olarak hava kullanılır. Bu sistem ile kurutma odalarının gereksinimi olan sıcak hava akışı, personel yerlerinin ısıtılması ve kazanlara gerekli körük havası sağlanır. Paket üniteler olan sabit, vidalı tip kompresörlerde kanopi tasarımı içerisinde hava emiş ve çıkış panelleri vardır. Kompresör ortamdan emmiş olduğu havayı, elektrik motoru, yağ soğutucusu ve hava soğutucusu devrelerinde kullanır. Kullanılan hava bu birimlerdeki soğutucu devrelerinde kullanılır. Kullanılan hava bu birimlerdeki ısıyı üzerine alır ve sıcaklığı artmış olarak kompresörden dışarı atılır. Dışarı atılan sıcak hava davlumbazlar aracılığı ile ısıtılması istenilen yerlere taşınır. 10-21
Kompresörün hava çıkış mazgalı üzerine monte edilen davlumbaz içerisine hava sirkülasyonunu sağlamak için vantilatör yerleştirilir. Davlumbaz kompresör çıkışından sonra bir ucu havayı atmosfere taşımak üzere, diğer ucu ise havayı kullanım alanlarına taşıyacak şekilde tasarlanır. İstenildiğinde sıcak havanın atmosfere çıkışını sağlamak için davlumbaz içerisinde elle kumanda edilebilen kelebek vana bulunmalıdır. Bu yöntemde sıcak hava, ısıtılması hedeflenen ortamlara direkt üflenmek yoluyla ısı kazanımı söz konusudur. Özellikle ortamın yaşam için normal eşğerlerine ulaşması halinde sistemden gelen sıcak havanın atmosfere atılması gerektiğinden bu da kayıp demektir. Bu anlamda ekonomik olup olmayacağı düşündürücüdür.
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI
Dolaylı ısıtma yöntemi: Kompresör içerisinde kapalı bir devrede dolaşan yağın, sıkışma sonucu kazandığı ısısını bir eşanjöre alma ilkesine dayanır. Suyun havadan daha yüksek ısı taşıyabilme kapasitesine sahip olması nedeniyle bu yönemle kazanılan ısı verimi daha yüksektir. Su soğutmalı kompresörler genelde ısı geri kazanma programlarına daha iyi adapte olurlar. Kompresörle birlikte oluşturulan soğutma kuleleri ve hatları ek bir eşanjör sistemi ile desteklenerek devri tamamlanmış olur. Hava soğutmalı kompresörlerde ise sistemde biraz değişiklik yapmak gerekmektedir. Stanadrt vidalı kompresör tasarımında separatör tankından sıcak halde çıkan yağ doğruca son soğutucuya gider ve ısısını bırakarak tekrar kullanılmak üzere vida grubuna geçer. Isının geri kazanılması düşünülüre, separatörden çıkan yağ borusu elle kumandalı valf, termostatik valf ve eşanjörden geçirilerek son soğutucuya gönderilmelidir. Şekilde görülen valf açık konumuna getirilerek kompresör çalıştırılır. Sistemdeki T2 termostatik vanası yağın sıcaklığının 30°C yi geçmesi durumunda devreye girmekte ve yağın eşanjöre gitmesine izin vermektedir. Eşanjöre belirli sıcaklıkta giren su, yağın üzerindeki ısıyı yapısına alarak sıcaklığnı arttırmış bir durumda eşanjörü terk etmektedir. Tl termostatik vanası 82°C de devreye girmektedir. Eşanjörde ısısını suya bırakan yağ, sıcaklığı 82 °C nin alünda ise doğruca vida grubuna gitmektedir. Eğer yağın sıcaklığı 82 °C nin üzerinde ise Tl termostatik vanası yağı son soğutucuya gönderir. Burada soğutulan yağ tekrar vida grubuna gider. Isıyı kullanım alanlarına taşıyan su eşanjörde yeterli soğutma yaptığı sürece Tl termostatik vanası devreye girmemekte ve son soğutucu çalışmamaktadır. Bu tür uygulamalarda kullanılan suyun sıcaklığının At değeri (suyun eşanjöre giriş ve çıkış sıcaklık farkı) düşük ise suyun akış hızı yüksek olmalıdır.
10-22
İli
BASINÇLI HAVA DONANIMLARI Kompresör Elektrik Motoru Gücü
kW
30
37
45
55
75
110
132
Kazanılan Enerji
kW
20.6
24.3
31.6
36.4
50
714
84.7
Su Akış Hızı
l/s
0.4
0.4
0.55
0.55
0.55
0.83
1
Su Giriş Sıcaklığı
°C
68
64
65
60
63.5
59
58
Su Çıkış Sıcaklığı °
°C
78
74
74
70
76.5
71
66
At değeri yüksek ise suyun akış hızı düşük olmalıdır. Kompresör Elektrik Motoru Gücü
kW
30
37
45
55
75
110
132
Kazanılan Enerji
kW
20.6
24.3
31.6
36.4
50
714
84.7
Su Akış Hızı
l/s
0.08
0.1
0.13
0.158
0.219
0.288
0.366
Su Giriş Sıcaklığı
°C
22
18
21
22
19
20
21
Su Çıkış Sıcaklığı
°C
78
80
77
75
74
79
75
Bu sistemle elde edilen sıcak su, çalışılan ortamların ısıtılması, temizlik ve banyo yapılması, diğer ısıtma sistemlerinin takviye edilmesi amacıyla kullanılabilir. 6. SİSTEMİN KORUYUCU BAKIMI VE ÖNEMİ Bir basınçlı hava sisteminin en aktif ünitesi kompresörlerdir. Kompresörlerle ilgili işletme esasları şunlardır: 1. Rahatça bakım ve servis hizmeti verebilmesi için kompresörlerin yerleştirileceği yerlerde gerekli manevra alanları bırakılmalıdır. 2. Kompresörler, gerektiğinde hava giriş ve çıkış panellerine davlumbaz yapılabilecek şekilde çalışma alınlarına yerleştirilmelidir. 3. Kompresör içerisinden geçen ve radyatörlerde soğutmayı sağladıktan sonra dışarı çıkan socak havanın tekrar kompresör içine girmesi önlenmelidir. 4. Kompresörün gerek devreye bastığı havanın, gerekse kendi soğutmasında kullandığı havanın tozdan arındırılmış olması efektif ömrünü arttırıcı bir faktördür. Bu bakımdan kompresör tozlu ortamlarda mutlaka kapalı ve mümkün derece tozdan arındırılmış odalarda çalıştırılmalıdır. 5. Kompresörün ekonomik ve verimli çalışması ancak yükte kaldığı sürece mümkündür. Bu nedenle yükte ve boşta çalışma süreleri arasındaki farkın az olması için gerekli önlemler alınmalıdır. 6. Kompresörün fonksiyonunu yerine getirirken en büyük etkenin yağ olduğu göz önünde tutulursa, kalite ve özellikleri bakımından uygun yapıda yağın kullanılması gereklidir. 7. Kompresörün fonksiyonel ömrünün ancak planlı bir bakımla uzatılabileceği ve bu işlemin de eğitilmiş personelle gerçekleştirilebileceği unutulmamalıdır. 8. Önemli noktalardan birisi de kompresörün kapasitesinin üzerinde çalışmayacağım bilinmesidir. Aksine uygulamalarda alınacak sonuçların kabahati kompresöre yüklenmemelidir.
10-23
BASINÇLI 11 AVA DONANIMLARI Kompresörlerle tlg'di Bakım ve Tulum Esasları Şunlardır: Bilindiği gibi, her çalıdan parçanın belli ölçütlere göre ortaya çıkmış bir ömrü vardır. Bu ömrün teorik olan değerleri pratikte sarılara göre değişmektedir. Olaya bu açıdan bakıldığında öncelikle öııırü belirlenmiş parçaların bakını tutumları arasında daha idare eder düşüncesine kapılmaksızın değiştirilmesi gerekmektedir. Belli ilkeler üzerine kurulmuş bakım lutum esaslarına uyulmalıdır. 1. Hava filtreleri sık sık kontrol edilip temizlenmeli ve her 500 saatte bir değiştirilmelidir. 2. Kompresör radyatörleri dış temizliği her 1000 saatte bir yapılmalıdır. 3. Kompresör yağı ve yağ filtresi her 1000 saatte değiştirilmelidir. Tozlu ve sıcak ortamlarda bu süre daha da kısa olabilir. 4. Kornpresör çek vanansı, yağ stop vanası . minimum basınç vanası ve hava emiş kelebeği 3000 çalışma saatinde kontrol edilip, temizlenmelidir. 5. Solenoid vanaları ve havalandırma vanası ile egzost pencereleri her zaman temiz ve açık tutulmalıdır. 6. Her 3000 çalışma saatinde separalör filtresi değiştirilmelidir. 7. iler 2000 çalışma saatinde elektirik motoru rulmanlarına gres basılmalıdır. 8. Her bakım sırasında bilyalı yatakların gürültüsü dikkatlice dönlennıelidir. 9. Her 20 000 çalışma saatinden sonra vida grubu rulmanlarının değiştirilmesinde yarar vardır (bu süreyi sistemde kullanılan rulmanların cinsine bağımlı olarak, rulman imalatçısı firmalar belirlenmiştir.) KAYNAKÇA (1) ATLAS COI'CO Manuel (2) ATLAS COPCO AŞ. Teknik Kyitim Yayınları (3) Iııtruductioıı to l'ııeumatic.s, Festo Yayını (4) Maintunance of Pncunıaties, Festo Yayını (5) DEPPERT, W., STOOL, K.; Pııeumatic Control (6) DEPPERT, W., STOLL, K.; Pııeumatic Application (7) Hydrocarbon Processing, U.S.A. (8) European Commitlee of Manufacturers of Compressors. Vacııııııı Pıınıps and Pneıııııatic Tools, Pncurop.
10-24
M
M A M A MÜHENDİSLİĞİ E L KİTABI Cilt 1 ÜRETİM VE TASARIM Baskıya Hazırlayan A. Münir CERIT ( Makina Yük. Mühendisi) 2. Baskı
TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Ekim 1994
Yayın no : 169
tmmob makina mühendisleri odası Sümer Sokak 36/1-A 06440 Dcmirtepe / ANKARA Tel : (0-312) 231 31 59 - 231 80 23 Fax : (0-312) 231 31 65
Yayın no : 169
ISBN : 975-395-124-8 (Tk. No) ISBN : 975-395-125-6 (1. Cilt)
Bu Yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO'nın izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. Ekim 1994 - Ankara
Dizgi: Ali Rıza Falcıoğlu (Makina Mühendisleri Odası) Baskı: MF Ltd. Şti. Tel: (0-312) 425 37 68
BOLUM 11 MÜHENDİSLİK
EKONOMİSİ
Hazırlayan Yard. Doç. Dr. Sibel GÜVEN, ODTÜ End. Mühendisliği Bölümü
Sayfa 1. Giriş
02
2. Eşdeğerlik Kavramı
03
3. Yatırım Alternatiflerinin Değerlendirilmesinde Kullanılan Ölçütler
10
4. Kullanımdan Kaldırma ve Yenileme (Değiştirme) Analizi
16
5. Vergi Sonrası Ekonomik Analizin Esasları EKLER
19 22
KAYNAKÇA
27
11-01
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ 1. GİRİŞ Kişilerin hem özel hayatlarında, hem de iş ortamında üstlendikleri görevler çerçevesinde ulaşmak istedikleri amaçlar ve bu amaçlara ulaşmak için izleyebilecekleri birden fazla yol vardır. Karar verme süreci bu seçeneklerden hangisinin amaca ulaşmada "en iyi" olduğunun saptanmasını kapsar. Alternatif tasarım, yöntem, plan ve yöntemler arasından seçim gerektiren mühendislik uygulamaları çerçevesinde, seçeneklerin değerlendirilmesi metodolojisi ile, ekonomik analiz tekniklerinin bütünü Mühendislik Ekonomisi olarak tanımlanır. Mühendislik uygulamalarında hemen hemen her zaman değişken yatırım maliyetleri, değişken beklendik gelir ve harcamalar söz konusu olduğundan hangi seçeneğin daha ekonomik olduğu sorusuna cevap aramak kaçınılmaz olmaktadır. Örneğin; • Bir üretim bandının tamamında mı otomasyona geçilmeli yoksa otomasyon istasyon istasyon mu gerçekleştirilmeli? • Yeni bir tezgah ya da makina gereksinimi satın alınarak mı, kiralanarak mı karşılanmalı? • Halihazırda kullanılan bir makinaya yatırılan paranın getirişinin en az % 20 olması için makinanın ömrü kaç yıl olmalı? • Yatırım bütçesi kısıtı altında teknik uygunluğu saptanmış makina ya da donatımın hangileri seçilmeli? • 10 yıllık bir perspektifte, işçilik ve malzeme maliyetlerini düşüreceği öngörülen üretim teknolojisine geçilmesi mi, halihazır üretim sistemiyle üretime devam etmek mi daha ekonomiktir? Benzeri sorulara yönelik mühendislik uygulamalarında temel problem teknik uygunluğu saptanmış seçeneklerin hangisinin en ekonomik olduğuna karar verilmesidir. Bu tür kararların deneyim ve sağduyu yerine ekonomik analize dayandırılması daha sağlıklı olacaktır. Ekonomik analiz, belirlenmiş yatırım alternatiflerinin parasal olarak ifade edilmesiyle, kabul edilmiş ölçütlere (kriterlere) göre karşılaştırılarak en iyisinin seçilmesi sürecidir. Belirtilmesi gerekli bir nokta söz konusu tekniklerin belirlenen seçeneklerin en iyisini seçmeye yardımcı olacağıdır. Bu teknikler alternatiflerin belirlenmesinde yararlı olamayacaklarından seçilen "en iyi" alternatif, ancak belirlenenlerin en iyisi olacaktır. Seçeneklerin değerlendirilmesinde genellikle herbir seçeneğin ilk alım maliyeti ya da ilk yatırım harcaması, ekonomik ömrü, ekonomik ömrü sonunda beklenen hurda değeri, yıllık bakım onarım ve işletme maliyetleri gibi parasal olarak ifade edilen özellikleri karşılaştırılır. En iyi seçeneğin belirlenmesi ise iyinin ne olduğunu saptayacak bir değerlendirme ölçütü gerektirir. Söz konusu ölçüt, parasal olarak ifade edilen seçeneklerin toplam maliyet ya da net gelirlerinin karşılaştırılarak, en düşük toplam maliyeti, ya da en yüksek toplam getirişi olan seçeneği seçmektir. Parasal olarak ifade edilmesi güç özellikler ise toplam maliyetin aynı ya da yakın olması durumunda seçenekler arasındaki tercihi belirlemekte kullanılır. Parasal olarak ifade edilen seçeneklerin karşılaştırılmasında en önemli özellik paranın zaman değerinin gözönüne alınmasıdır, t zamanındaki x liranın ekonomik değeri aynı paranın t+1 zamanındaki değerinden daha yüksektir, t zamanındaki x lira hemen o anda kişilerin isteklerinin karşılanmasında kullanılabilir, isteklerin karşılanmasının t+1 zamanına ertelenmesi, isteği ertelenen kişiler açısından, ek bir getiriyi gerektirir. Aynı şekilde, parayı kullanacak kişilerin ödünç aldığı miktar ile ödeyeceği miktar arasında da fark olmasını gerekir. Faiz diye tanımlanan bu fark, paranın kullanımı için ödenen kira, ya da paranın fırsat maliyeti olarak düşünülüp, paranın zaman değerini yansıtmakta kullanılır. Mühendislik ekonomisindeki en önemli kavram olan paranın zaman değeri, değişik zamanlarda, değişken harcama ve getirilerin söz konusu olduğu seçeneklerin karşılaştırılmasında, eşdeğer nakit akımlarının karşılaştırmasını gerektirmektedir. Başka bir deyişle, seçeneklerin toplam nakit akışları, değişik zamanarda yapılan harcamaların ve getirilerin aritmetik toplamı olmayıp, harcamaların hangi zamanlarda yapıldığı gözönüne alınarak belli bir zamana indirgenmiş eşdeğer nakit akımlarının toplamıdır. Seçeneklerin değerlendirme ölçütleri, bu ölçütlerin temelini oluşturan eşdeğerlik kavramı ile bileşik faiz faktörleri ve kullanımları aşağıdaki bölümlerde açıklanmaktadır.
11-02
MÜHENDİSLİK
EKONOMİSİ
2. EŞDEĞERLİK KAVRAMI Eşdeğer Maliyet ve Getirilerin Hesaplanmasındakl Faizin RoiU Paranın zaman değerinin ölçüsü olan faiz, ödünç alınan paranın kirası, ya da ödünç verilen paranın fırsat maliyeti (o paranın başka bir şekilde kullanılması halinde elde edilebilecek gelirin kaybedilmesinin maliyeti) olarak tanımlanabilir. Bu tanıma göre; Ödünç veren açısından faiz geliri: dönem sonunda alınacak miktar - ödünç verilen miktar, Ödünç alan açısından faiz gideri: ödenecek miktar- ödünç alınan miktarda. Faiz oranı ise faiz geliri ya da giderinin, ödünç alınan ya da verilen miktar olan ana paraya bölünmesiyle hesaplanır. Genellikle % olarak ifade edilen faiz oranları yllık faiz oranlarını belirtir. Paranın zaman değeri ile bu kavramın ölçüsü olarak kullanılan faiz oranlarının doğal uzantısı, değişik zamanlardaki değişken miktarlardaki paranın ekonomik değerinin eşit ya da eşdeğer olmasıdır. Örneğin, faiz oranı ya da kişinin öngördüğü paranın fırsat maliyeti 10 ise, o kişi için bugünkü 100 TL ile 1 yıl sonraki 110 TL eşdeğerdir. Bir başka deyişle, bu kişi bugün 100 TL tu 1 yıllığına ödünç vermeye, ancak 1 yıl sonra 110 TL alacaksa razı olacaktır. Grant ve Ireson, eşdeğerlik kavramını cebirden analoji yaparak şöyle açıklamaktadırlar: "Cebirde birden fazla elemanın tek bir değere eşit olması durumunda her bir eleman birbirine eşittir. Aynı şekilde, belli bir faiz oranı için bugünkü bir miktar paranın, belirlenen faiz oranını da içerecek şekilde, ileride bir defada ya da düzenli eşit taksitlerle geri ödenmesi halinde, bugünkü miktar ile ileride bir defada ödenen, ya da düzenli eşit taksitlerle ödenen miktarlar birbirine eşdeğerdir." Bir örnek vermek gerekirse, faiz oranının % 10 olması durumunda bugünkü 1000 TL ile 10 yıl sonra yapılacak 2593,70 TLlık bir ödeme, ya da 10 yıl boyunca her yıl eşit miktarlar olan 162,75 TL lık ödemeler birbirlerine eşdeğerdir, eşdeğerin belirlenmesindeki en önemli faktör faiz oranıdır. Bugünkü 1000 TL nın 10 yıl sonraki eşdeğeri ya da düzenli eşit taksitlerle ödenmesi durumundaki eşdeğer ödeme planı, faiz oranının bir fonkisyonudur. Burada belirtilmesi gereken bir nokta eşdeğerlik kavramının ya da zaman değerinin, enflasyon nedeniyle paranın alım gücünün değişmesinden bağımsız olduğudur. Bir başka deyişle, değişik zamanlardaki değişken miktarlardaki paraların belli faiz oranlarında birbirlerine eşdeğer olması enflasyonun sıfır olması durumunda tanımlanmıştır. Enflasyon oranı genel fiyat seeviyesindeki artışın göstergesi olup, paranın alım gücündeki değişmeyi belirtmektedir. Örneğin yıllık enflasyonun % 10 olması durumunda yıl başında 100 TL na satın alınabilen mal ve hizmetler için yıl sonunda 110 TL ödemek gerekmektedir. Ama yıl sonundaki 110 TL yıl başındaki 100 TL na eşdeğer değildir. Bir başka deyişle, yıllık enflasyonun % 10 olduğu bir dönemde 1 yıl sonra 110 TL ödemeyi vadeden birine bugün 100 TL vermeye razı olmak, paranın fırsat maliyetini hesaba katmaksızın, sadece alım gücündeki değişmeyi sabit kılacak ödemeye razı olmak demektir. Dolayısıyla enflasyon oranı % 10, paranın zaman değeri olan faiz oranı da % 10 ise yıl sonundaki 110 TL nın yıl başındaki eşdeğeri 90,91 TL dır. Enflasyonun eşdeğer nakit akımının hesaplanmasında nasıl ele alındığı sonraki paragraflarda açıklanmaktadır. Burada vurgulanmak istenen, paranın zaman değeri kavramının genel fiyat seviyesindeki değişmelerden bağımsız olduğudur. Bu nedenle, Enflasyonun Eşdeğer Maliyet ve Getirilerin Hesaplanmasında Gözönüne Alınması ayrımı dışında, eşdeğerliğin hesaplanmasında kullanılan formüllerde ve seçeneklerin değerlendirilmesi ölçütlerinin tartışılmasında, alım gücü sabitleştirilmiş (belli bir yılın fiyatlarına indirgenmiş) parasal büyüklükler kullanılmaktadır. Bileşik Faiz Belli bir dönem için faiz gelir ya da gideri "dönem sonunda alınacak ya da ödenecek miktar - ana para" olarak tanımlanmıştı. Ödünç alınan ya da verilen paranın birden fazla dönemi kapsaması durumunda faiz gideri ya da geliri basit ve bileşik faiz ayrımını gerektirir. Basit faiz geliri önceki dönemlerde kazanılan faizi hesaba katmaksızın ana para üzerinden aşağıdaki ilişki kullanılaarak hesaplanır: Toplam faiz geliri = Ana para x Dönemlik faiz oranı x Dönem sayısı Bu hesaplamada temel varsayım bir önceki dönemde kazanılan faiz gelirinin bir sonraki dönemde faiz geliri elde edecek ana paraya eklenmemesidir. Bileşik faiz geliri ise, her dönemin faiz gelirinin, o döneme kadarki faiz gelirlerinin ana paraya eklenmesiyle elde edilmiş tutarın, dönemlik faiz oranı ile çarpılmasıyla elde edilir. Dolayısıyla bileşik faiz, paranın zaman değerinin faiz gelirine yansıtılmış hali olup (faiz geliri her dönem sonunda tahsil edilmiyorsa, faiz gelirinin başka bir şekilde değerlendirilmemesinden kaynaklanan fırsat maliyeti söz konusudur) faiz gelirinin faizi olarak tanımlanabilir. Birden fazla dönem üzerinden, değişik zamanlardaki değişken miktarlardaki ödeme ve getirilerinin eşdeğerliklerinin hesaplanmasında bileşik faiz kullanılır. 11-03
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Bileşik Faiz Faktörleri ve Kullanımları Bu ayrımda, bugün yapılan bir ödemenin belli sayıdaki faiz dönemi sonundaki eşeğeri ya da her dönem eşit taksitlerle yapılacak eşdeğer ödemeleri ile ilerdeki bir tarihte yapılacak bir ödemenin bugünkü eşdeğeri ve o tarihe kadarki her dönem boyunca eşit taksitlerle yapılacak eşdeğer ödemelerinin hesaplanmasında kullanılacak bileşik faiz faktörleri açıklanmaktadır. Mühendislik ekonomisi analizlerinde kullanılan bileşik faiz faktörlerinin hesaplanmasında, muhasebe kayıtlarından çıkartılmış dönem gelir ve giderleri değil, her dönemdeki nakit gelir ve harcamalar hesaplamalara temel oluşturur. Bilindiği gibi, muhasebe kayıtlarının yansıttığı dönem gelir ve giderleri; örneğin, her dönem için tamamı tahsil edilsin ya da edilmesin, satıştan elde edilen geliri ve bu satışları gerçekleştirmek için nakit ödeme sözkonusu olmasa da, yapılan harcamaları gösterir. Mühendislik ekonomisi hesaplamalarında ise paranın zaman değeri önemli olduğundan, tanımlanmış dönemlerdeki (hafta, ay, yıl gibi) net nakit akışı kullanılır. Net nakit akışı belirlenmiş bir dönemdeki nakit gelirler eksi nakit giderler olarak tanımlanır. Örneğin, bir ticari kuruluş için nakit gelirler, o dönemde yapılan nakit satış hasılatı ile önceki dönemlerde yapılan vadeli satışlardan tahsilat ile taşınır ya da taşınmaz değerlerin satışından elde edilen nakit olabilir. Aynı şekilde nakit giderler o dönemde satın alınan mal ve hizmetler için yapılan ödemeler ile önceki dönemlerde satın alınan mal ve hizmetlerin nakit ödemeleri olabilir. Amortisman gibi nakit ödeme gerektirmeyen giderler gözönüne alınmaz. Nakit akışı, belirlenmiş bir dönem boyunca, değişik sıklıkta ve değişik zaman aralığında gerçekleşebilir. Bileşik faiz faktörlerinin hesaplanmasında, kolaylaştırıcı bir varsayım olarak bir faiz dönemi boyunca gerçekleşen nakit girdi ve çıktıların her faiz dönemi sonunda gerçekleştiği kabul edilmektedir. Dönem sonu konvansiyonu olarak bilinen bu varsayım altındaki net nakit akışının zaman ekseni üzerinde gösterimi, nakit akış şeması olarak adlandırılır. Nakit akış şemasında sıfır zamanı bugünü, zaman ekseni üzerindeki 1, 2, 3, ... vb., gibi sıralama ise bugünden sonraki faiz dönemlerini simgeler. Zaman ekseni üzerindeki düşey ve dikey oklar o dönemlerin sonundaki net nakit harcamaları (-) ve net nakit getirileri (+) gösterir. Aşağıdaki nakit akış şeması bugün yatırılan 1000 TLnın 5 faiz dönemi boyunca, her dönem eşit taksitlerle ödenmesi durumunda, eşdeğer geri ödeme miktarının faiz oram % i iken. ne olması gerektiğini belirtmektedir.
A
ÎI
A
1 2
A
A
A -?
3
4
5
ti t
P-1000 TL Bu örnekte ve bileşik faiz faktörlerinin hesaplanmasında: Bugün diye tanımlanan zaman dilimindeki paranın değerini (TL ya da bir başka para cinsinden), P i Dönemlik faiz oranım, n Faiz dönemleri sayısını, F Bugünkü P TLnın, dönemlik faiz oranı i iken n faiz dönemi sonundaki eşdeğerini, A Bugünkü P TLnın ya da n faiz dönemi sonunudaki F TLnın (dönemlik faz oranı i yi de içerecek şekilde) n dönem boyunca eşit taksitler halinde ödenmesi durumunda dönemlik ödeme miktarını göstermektedir. Yukarıdaki tanımlardan da anlaşılacağı gibi faiz dönemlerinin yıl, dönemlik faiz oranlarının yıllık faiz oranları olması gerekmez. Bileşik faiz faktörlerinin kullanımında dikkat edilmesi gereken nokta, kullanılan dönem 11-04
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ uzunluğunun o dönemde geçerli faiz oranı ile tutarlı olmasıdır. Örneğin; yıllık faiz oranı, 6 ayda bir ödemeli % 10 ise, dönem sayısı 6şar aylık dönemlerin sayısı olmalı 6 aylık faiz ise % S alınmalı, ya da dönem uzunluğu 1 yıl olarak tanımlanıyorsa, i yıllık efektif faiz oranını göstermelidir. Tek Ödemeli Bileşik Faiz Faktörleri 1. Tek Ödeme Bileşik Değer Faktörü Bugünkü P TLnın, dönemlik faiz oranı i iken, n dönem sonundaki tek ödemelik eşdeğerinin hesaplanmasında kullanılan faktördür. Bileşik faiz tanımından hareketle, sıfır zamanı olarak tanımlanan bir dönem başında ödünç alınan P TLnın o dönemin sonundaki eşdeğeri, (P+Pi) ya da P(l+i) dir. İlk dönemi takip eden dönemde ise, faiz gideri artık P üzerinden değil P(l+i) üzerinden hesap edilecektir. Dolayısıyla 2. dönem sonunda birinci dönem 2 başında alınan P TLnın eşdeğer ödemesi P(l+i)+P(l+i)i=P(l+i) dir. Aynı şekilde devam edildiğinde bugünkü P TLnın n dönem sonundaki eşdeğeri F=P(l+i) n olacaktır. (l+i) n ifadesi tek ödeme bileşik değer faktörü olarak anılır ve mühendislik ekonomisi yazınında (F/P. %i, n) kısaltmasıyla gösterilir. Bu kısaltma dönemlik faiz oranı i iken bugünkü değeri P olan miktarın n faiz dönemi sonundaki eşdeğeri olan F yi verecek tek ödeme bileşik değer faktörünü belirtir. Örneğin, yıllık faiz oranı % 10 iken bugünkü 1000 TLnın 5 yıl sonra bir defada yapılacak geri ödemesinde kullanılacak tek ödeme bileşik değer faktörü (1+0,1)5 = 1,61051 dir. Dolayısıyla bugünkü 1000 TLnın 5 yıl sonraki eşdeğeri 1000 x 1,61051 = 1610.51 TLdır. 2. Tek Ödeme Bugünkü Değer Faktörü F=P(l+i) n ilişkisi kullanılarak n faiz dönemi sonrasında yapılacak F tutarındaki ödemenin, dönemlik faiz oranı i olduğunda, bugünkü eşdeğerini hesaplamakta kullanılan faktör: l/(l+i) n , tek ödeme bugünkü değer faktörü olarak tanımlanır. (P/F, %i, n) kısaltmasıyla gösterilir. Örneğin, 5 yıl sonra 1000 TL ödemeyi vadeden birine bugün kaç TL verirsek getirişi %10 olur sorusunun cevabı P = 1000 [l/(l+i)] = 1000 (P/F, % 10, 5) = 620,92 TLdır. Burada (P/F, % 10, 5) 5 yıl sonraki F değerindeki bir defalık ödemenin faiz oranı % 10 iken bugünkü eşdeğeri P yi veren faktördür. Düzenli Eşit Ödemeli Bileşik Faiz Faktörleri 1. Düzenli Eşit Ödeme Bileşik Değer Faktörü Bu faktör, düzenli olarak her faiz dönemi sonunda, eşit miktarlar olan A kadarlık ödemelerin, dönemlik faiz oranı i iken, n dönem sonundaki değerini hesaplamakta kullanılan faktördür. Örneğin, n faiz dönemi boyunca düzenli olarak her dönem sonunda A kadar parayı bankaya yatırdığınızı varsayalım ve dönemlik faiz oranı da % i olsun, n dönem sonunda yatıracağınız A TL hiç faiz kazanmayacaktır. (n-1) dönem sonunda yatırdığınız A TL bir dönemlik faiz kazanacaktır. Dolayısıyla n dönem boyunca her dönem sonunda düzenli olarak A kadar yatırılan eşit miktarların n dönem sonundaki eşdeğeri:
olacaktır. Bu ifade F = A {[l+i)"-l] / i} olarak da yazılabilir. Burada ([l+i) n -l] / i} düzenli eşit ödeme bileşik değer faktörü olup (F/A, %i, n) kısaltmasıyla gösterilir. Örneğin, her ay sonunda düzenli-olarak bankaya yatırılan 1 milyon TL nın aylık faiz oranı % 6 iken, yıl sonundaki bileşik değeri F = (F/A, %6,12) = 1 (16.8699) = 16,87 milyon TL dır. Burada (F/A, % 6,12), dönemlik faiz oranı % 6 iken 12. dönem sonunda 12 dönem boyunca düzenli olarak dönem sonunda eşit taksiter halinde yapılan A İık ödemelerin bileşik değerini veren faktördür. 2. Düzenli Eşit Ödeme Bugünkü Değer Faktörü Her dönem sonunda düzenli olarak eşit miktarlarda yapılan ödemelerin bugünkü değerini hesaplamakta kullanılan faktör olup F = A{[l+i)n-l]/[i(l+i)n]} ilişkisinde parantez içindeki ifade düzenli dönem sonu eşit ödemelerin bugünkü değer faktörüdür ve (P/A, %i,n) kısaltmasıyla gösterilir. Örneğin, borcunu 5 yıl boyunca her yıl sonunda 1 milyon TL İlk eşit taksitlerle geri ödemeyi vadeden birine yatırdığınız paranın getirişinin %10 olmasını istiyorsanız bugün kaç para verirdiniz, sorusunun cevabı; P=1(P/A, %10,5)= l(3,7908)=3,79 Milyon Tl. dır. Burada (P/A, %10,5) yıllık faiz oranı %10 iken 5 yıl boyunca her yıl sonunda eşit miktarlardaki A İık ödemelerin bugünkü değerini veren faktördür. 3. Yatırımın Geri Ödeme Faktörü Düzenli eşit ödemelerin bugünkü değerini veren ilişkideki terimlerin yerlerinin değiştirilerek çözümlenmesi, bugün yatırılan P TL nın her dönem sonunda eşit taksitlerle ödenmesi durumunda eşit ödemelerin miktarını verir. Buna göre A=P{i(l+i)7[(l+i) n -l]J olup, parantez içindeki ifade (A/P, %i,n) kısaltmasıyla gösterilir ve yatırımın geri ödeme faktörünü belirtir. Örneğin, yıllık faiz oranı %65 olduğunda bugün alınan 1 milyon TL tutarındaki tüketici kredisinin aylık eşit taksitleri A=1(A/P, %6, 12) = 1(0.11928) = 119 280 TL olacaktır. Burada, (A/P, %6, 12) bugünkü P TL tutarındaki yatırımın dönemlik faizi % 6 olduğunda 12 dönem boyunca her dönem sonundaki eşdeğerini verecek geri ödeme faktörüdür. 11-05
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Bu faktörün, ekonomik ömrü 1 yıldan daha uzun olan makina ve donatım için şöyle bir anlamı da söz konusudur. Bilindiği gibi ekonomik ömrü bir yıldan daha uzun olan yatırımlarda, makinanın kullanma ve yıpranma payı olan yıllık amortisman bir anlamda o makinaya yapılan yatırımın kullanıldığı ölçüde geri ödemesini belirtir, örneğin, düz amortisman, bir makinanın her yıl eşit şekilde kullanıldığı ve yıprandığı varsayımıyla makinaya yapılan yatırımın makinanın ömrüne bölünmesiyle elde edilir. Bu hesaplamada paranın fırsat maliyeti düşünülmez. Halbuki söz konusu makinaya, makinanın alım maliyeti olan P kadarlık yatırım yapılmasaydı, para başka bir şekilde değerlendirilip, fırsat maliyetinin i olması durumunda, ilk yıl Pi kadar gelir getirecekti, ikinci yılın başında makinaya yapılan yatırım yıllık amortisman ölçüsünde küçüleceği için, ikinci yılın fırsat maliyeti (P-yıllık amorn n tisman)! kadar olacaktı. Dolayısıyla A=P{i(l+i) /[(l=i) -l]} ilişkisinde, yatırımın geri ödenmesi faktörü, düz amortismanın yanı sıra paranın fırsat maliyetini de gözönüne alarak yatırımın eşdeğer geri ödenmesini hesaplamakta kullanlıır. Standart Faktör Notasyonu ve Faiz Tabloları Kullanımı Yukarıda açıklanan bileşik faiz faktörlerinin değişik faiz oranları ve dönem sayıları için değeri bir kere hesaplandıktan sonra değişmez. Bu nedenle mühendislik ekonomisi yazınında standart faktör notasyonu beninsenmiş ve her faiz oranı için her bir faktörün değeri çeşitli dönem sayıları için ayn ayn hesaplanıp bileşik faiz faktör tabloları hazırlanmıştır. Bu tablolar her mühendislik ekonomisi ve finans kitabında bulunur. Kullanılan standart notasyonun genel formu (X/Y, %i,n)dir. Burada X hesaplanmak istenen değeri, Y bilinen değeri, %i dönemlik faiz oranını, n ise dönem sayısını belirtir. Yukarıdaki bölümlerde kullanılan kısaltmalar bu standart notasyona göredir. Örneğin, (P/F, %10,5) 5 faiz dönemi sonunda yapılacak F kadarlık bir ödemenin faiz oranı %10 iken bugünkü değerini veren faktördür. Çizelge. 1 de eşdeğerliğin hesaplanmasında kullanılan formüller ile bunların içerdiği bileşik faiz faktörlerinin kısaltmaları özetlenmiştir. Eklerde ise bu faktörlerin değişik faiz oranlan ve dönem sayılan için hazırlanmış tabloları verilmektedir. Çizelge. 1 de özetlenen formüller ve ekte verilen faiz tabloları kullanılarak değişik zamanlardaki ödemelerin eşdeğerleri hesaplanabilir. Ayrıca, bu formüller ve tablolar kullanılarak bugünkü değeri ve n faiz dönemi sonundaki değeri ya da her dönem sonundaki eşit taksitleri belirlenmiş yatırımların geliri oranı da çözülebilir. Örneğin, bugün yatırılan 50 milyon TL nm 15 yıl boyunca her yıl 7 milyon TL gelir getirmesi bekleniyorsa bu yatırımın getiri oranı A=P{i(l+i) n /[(l+i)M]} eşitliğindeki A=7, P=50, n=15 değerleri için çözülecek faiz oranı i dir. Dolayısıyla söz konusu yatırımın getiri oranı %11,1 dir. Çizelge. 1- Standart Faktör Notasyonu ve Eşdeğerlik Formülleri Standart Notasyon
Formül
(P/F, % i, n)
P=F/(1+İ) n
(F/P, % i, n)
F=P (l+i) n
(P/A, 9iji, n)
P=A{[(1+İ) n -1]/İ(l+İ) n }
(A/P, 9iji, n) (A/F, 9iii, n)
A=F {i
(F/A, 91i>i,n) Aynı şekilde bileşik faiz ilişkileri kullanılarak bir yatırımın, faiz oranını da içerecek şekilde, kaç yılda ya da faiz döneminde kendini geri ödeyeceği, ya da bugün yatırılan P TL nın kaç faiz döneminde 2 ya da 3 katına çıkacağı heasplanabilir. Nominal ve Efektif Faiz Önceki bölümde birden fazla faiz dönemi söz konusu olduğunda basit ve bileşik faiz ayrımının gerektiği belirtilmişti. Bileşik faiz gelirinin basit faizden farkı ise önceki dönemlerde kazanılan faiz geliri üzerinden de faiz geliri kazanıldığıdır. Nominal ve efektif faiz arasında da buna benzer bir ilişki vardır. Buradaki tek fark bileşik faizin bir yıldan az süreli faiz uygulama dönemleri için hesaplanmasıdır. Örneğin, yıllık faiz oranı %12, faiz uy11-06
IIIIÜFIS2
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ gulama dönemleri ayhksa, %12 nominal faizi ifade eder. Bu durumda aylık efektif faiz ya da aylık fiilen kazanılacak faiz %1 dir. Ama yıllık fiili faiz geliri %12 olmayıp aylık %1 lik faizin 12 aylık faiz dönemleri sonundaki 12 bileşik değeri olan F=(l+i) = 1,1268 ya da % 12,68 dir. Dolayısıyla, % 12 olan yıllık nominal faizin efektif değeri, yıl içindeki faiz uygulama sıklığının fonksiyonu olup, yıllık nominal faizden daha büyüktür. Nominal ve efektif faiz arasındaki ilişki matematiksel olarak aşağıdaki gibi ifade edilir. i = (1 + r/mf -1 Burada; i = Belirlenen bir dönemdeki (bir yıl ya da daha kısa bir dönem) efektif faiz oranını, r = Belirlenen dönemdeki nominal faiz oranını, m = Belirlenen dönemdeki faiz uygulama sayısını göstermektedir. Örneğin, aylık %1 efektif faizin 3 aylık efektif değeri, 6 aylık efektif değeri ve 1 yıllık efektif değeri şu şekilde heasplanır: i) Aylık % 1 efektif faizin 3 aylık nominal değeri 3 x 0,01 = 0,03, 3 aylık efektif değeri ise i = [l+(0,03/3)M] = 0,0303 ya da % 3,03 dür. ii) Aylık % 1 efektif faizin 6 aylık nominal değeri 0,06 dır. 6 aylık efektif değeri ise i = [l+(0,06//6)6-l] = 0,06152 ya da % 6,152 dîr. iii) Yıllık % 12 nominal faizin yıllık efektif değeri ise i = [l+(O,12/12)ı2-l] = 0,1268, %12,68 dir. Yukarıdaki örnekten de anlaşılacağı gibi yıl içindeki faiz uygulama sıklığı birbirinden farklı nominal faizlerin, yıllık efektif değerleri hesaplanmadan, karşılaştırılması mümkün değildir. Örneğin, aşağıdaki mevduat hesaplarının hangisinin yıllık getirişi en yüksektir? a) Aylık faiz uygulamalı % 61 b) 3 aylık faiz uygulamalı % 72 c) 6 aylık faiz uygulamalı % 75 d) Yıllık faiz uygulamalı % 78 a) Aylık faiz uygulamalı % 61 in efektif değeri i = [l+(0,61/12)12-l] =0,813 ya da % 81,3/yıl b) 3 er aylık faiz uygulamalı % 72 nin efektif değeri i = [l+(0,72/4)M] = 0,93878 ya d.a % 93,88/yü c) Yıllık faiz uygulamalı % 78 in efektif değeri i = [l+(0,78/l)'-l] = 0,78 ya da % 78/yıl Görüldüğü gibi nominal faiz oranı en yüksek hesap yıllık faiz uygulamalı mevduat hesabı olduğu halde yıllık getirişi en yüksek mevduat tipi, yıllık efektif faizi % 93,88 olan 3 aylık faiz uygulamalı mevduat hesabıdır. Bu örnekten de anlaşılacağı gibi, nominal ve efektif faiz arasındaki fark, nominal faizin mertebesi ve faiz uygulama sıklığı ite artmaktadır. Daha önce de belirtildiği gibi, bileşik faiz faktörlerinin hesaplanmasında kullanılan 11-07
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ faiz oranı yıllık faiz oranı, faiz dönemi de yıl olmak zorunda değildir. Dikkat edilmesi gereken nokta, formüllerde kullanılan (i) nin belirlenen dönemdeki efektif faiz olması gerektiğidir. Dolayısıyla dönemin uzunluğu ve o dönemdeki faiz uygulama sıklığına bağlı olarak nominal değeri verilen faiz oranlarının efektif değerlerinin hesaplanması gerekir. Örnek: 6 ayda bir faiz uygulamalı yıllık nominal % 10 dan bugün bankaya yatırılan 1000 TL nın 5 yıl sonraki bileşik eşdeğeri iki ayrı şekilde hesaplanabilir. a) 6 aylık efektif faiz (0,1 )/2 = 0,05 dir. 5 yılda 10 tane 6 şar aylık dönem vardır. Dolayısıyla F = 1000(1+0,05)'°= 1628,89 TL dır. b) 1 yıllık efektif faiz [l+(0,10/2)]2-l = 0,1025 dir. Beş yılda 5 tane yıllık dönem vardır. Dolayısıyla F = 1000(1,1025)5 = 1628,89 TL dır. Enflasyonun Eşdeğer Maliyet ve Getirilerin Hesaplanmasında Gözöniine Alınması Enflasyon, fiyatların genel seviyesindeki artış oranı olarak tanımlanıp paranın alım gücündeki düşüşü gösterir. Fiyatların genel seviyesindeki artışların ölçülmesinde fiayt endeksleri kullanılır. Fiyat endeksleri bir grup mal ve hizmetin t zamanındaki fiyatının, temel (baz) yılı olarak tanımlanan yıldaki fiyatına oranı olarak hesaplanır ve baz yılındaki fiyatının kendisine bölünmesiyle elde edildiği için, 100 değerini alır. Grup içindeki mal ve hizmetlerin sıklığı da değişebilir. Dolayısıyla, bir grup mal ve hizmetten oluşan tüketim sepetinin fiyatının hesaplanmasında, gruptaki her bir malın önemini yansıtan ağırlıklar kullanılır. Değişik mal ve hizmet gruplarından tüketim sepetlerinin fiyat artışları birbirinden farklı olacağından, enflasyonun göstergesi olarak değişik amaçlı fiyat endeksleri geliştirilmiştir. Örneğin, illere göre hesaplanan geçinme endeksleri her ilde bir ailenin tüketebileceği tipik mal ve hizmetlerden oluşan tüketim sepetinin baz yılına göre fiyat artışını gösterir. Tüketici fiyat endeksleri olarak da anılan geçinme endeksleri, tüketici fiyatlarındaki artışın ölçüsü olarak kullanılır. Aynı şekilde toptan eşya fiyatları endeksi belli bir bölge ya da ülke genelinde alım ve satımı toptan yapılan tipik bir mal grubunun baz yılı olarak tanımlanmış yıla göre toptancı fiyatlarının artış oranını gösterir. Her iki endekste de, belirlenen mal ve hizmetlerin baz yılı ve izleyen yıllardaki ortalama fiyatları kullanılır. Aynı malın aynı zaman dilimi içinde değişik fiyatları olabileceği gibi, endeksin hangi amaçla kullanıldığına bağlı olarak sepete alınması gerekli mal ve hizmetlerin neler olması gerektiği, ağırlıkların nasıl saptanacağı çeşitli ölçüm problemlerini içerir. Burada amaç fiyat endekslerinin nasıl hesaplanması gerektiği ve hangi fiyat endeksinin enflasyonun göstergesi olduğu tartışmasını yapmak olmayıp enflasyonun değişik zamanlardaki paraların eşdeğerliğinin hesaplanmasında nasıl ele alınması gerektiği üzerinde durmaktır. Dolayısıyla bundan böyle enflasyon oranı diye anılacak değer, içinde bulunulan duruma en uygun ve yayınlanan fiyat endekslerinden biri olabilecektir. Burada üzerinde durulacak nokta enflasyonun, paranın alım gücünü bileşik faiz gibi etkilemesidir. Örneğin, önümüzdeki 3 yıl için yıllık enflasyon tahmini % 10 ise, ilk yıl sonunda fiyatlar genel seviyesi bugüne göre % 10 daha yüksek olacaktır. İkinci yıl sonunda ise fiyatların genel seviyesi birinci yılın sonundaki fiyatların % 10 üzerinde olacaktır. Dolayısıyla bugün 1000 TL na-satın alınabilen mal ve hizmetler için birinci yıl sonunda 1100 TL, ikinci yıl sounnda ise 1000 ( İ . I O ) ^ 1210 TL ödemek gerekecektir. Bir başka deyişle, iki yıl sonraki 1210 TL nın bugünkü alım gücü 1000 TL na eşit olacaktır. Daha yüksek enflasyon oranlan için bu fark daha da büyüyecektir. Dolayısıyla iki basamaklı yüksek enflasyonun yaşandığı ekonomilerde değişik zamanlarda, değişik alım gücüne sahip paraların eşdeğerliğinin hesaplanmasında, paranın zaman değerinin yanı sıra alım gücündeki değişmelerin de göz önüne alınması gerekir. Yukarıdaki bölümlerde açıklandığı gibi eşdeğerlerin hesaplanmasında kullanılan faiz oranları paranın zaman değeri ya da fırsat maliyetinin göstergesi olan reel faiz oranlandır ve enflasyonu içermemektedir. Enflasyonun sıfırdan yüsek olduğu dönemlerde, değişik zamanlarda yapılan harcamaların ve getirilerin eşdeğerliğinin hesaplanmasında aşağıdaki düzeltmelerden birinin yapılması gerekir. 1. Değişik zamanlarda yapılan harcamalar ve gelirlerin enflasyon oranı ile seçilen bir yılın ya da dönemin sabit fıyatlanna indirgenmesinden sonra, reel faiz oranları kulanılarak eşdeğerliğinin hesaplanması. Örnek: Bundan 5 yıl önce bir arsa 13 milyon TL na alınmış, 5 yıl boyunca araba parkı olarak işletilmiş, 5. yıl sonun-
:ı ı -08
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ da da 75 milyon TL na satılmış olsun. Bu yatırımın harcamalardan sonraki yıllık nakit getirilen ve yıllara göre toptan eşya fiyat endeksi aşağıdaki tabloda verildiği gibi gerçekleşti ise, bu yatırımın reel getirişi nedir?
Yıl Sonu
Nakit Getiri (Milyon TL) 5,0 8,0 10,5 15,0 20,0
Toptan Eşya Fiyat Endeksi 0 yılı sonu = 100 131 183 266 380 575
Bu sorunun cevabını vermek için önce yatırımın içerdiği nakit harcama ve gelinlerinin belli bir yıl ya da dönemin sabit fiyatlarıyla ifade edilmesi gerekir.
Yü Sonu
Nakit Akışı (Milyon TL) (Cari fiyatlarla) -13 5 8 10,5 15 20 + 75
Nakit Akışı (Milyon TL) (0 yılı sabit fiyatlarıyla) -13/1,00 5/1, 131 8/1,83 10,5/2,66 15/3,80 95/5.75
=
-13 3,8168 4,3716 = 3,9474 = 3,9474 = 16,5217
Dolayısıyla bu yatırımın reel getirişi; - 13 = 3,8168 (1+i)-' + 4,3716 (1+i)"2 + 3,9474 (1+i)"3 + 3,9474 (1+i)-4 + 16,5217 (1+i)"5 eşitliğini sağlayan faiz oranı (i) dir. Bir başka deyişle bu yatırımın getirişi, bugün yatınlan 13 Mliyon TL ile birinci yıl sonunda 3,8168 Milyon TL nı, ikinci yıl sonunda 4,3716 Milyon TL nı beşinci yıl sonunda 16,5217 Milyon TL nı eşdeğer yapan faiz oranı olan % 30.49 dur. 2. Enflasyonun sıfırdan yüksek olduğu dönemlerde, cari fiyatlarla verilen nakit akışlarının eşdeğerliğinin hesaplanmasında paranın zaman değeri ya da fırsat maliyetini yansıtan reel faiz yerine, enflasyonu da içeren "piyasa" faiz oranının kullanılması. Bugün diye tanımlanmış bir dönemden n faiz dönemi sonra F kadar bir harcamanın bugünkü eşdeğeri P = F[l/i)n]dir. Enflasyon oranı sıfırdan farklı ve söz konusu her dönem için % e ise bu harcamanm önce bugün diye tanımlanmış dönemin sabit fiyatlarına indirgenip, daha sonra reel faiz kullanılarak bugünkü eşdeğerinin hesaplanması gerekir. Buna göre P=F [l/(l+e) n ] [l/(l+i) n ] = F {l/(l+i+e+ie)n) olacaktır.
11-09
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Bu ifadedeki (i+e+ie) terimi L diye tanımlanırsa n
P = F [l/(l+ip) ] = F (P/F, %ip, n) olacaktır. Bu ifade n faiz dönemi sonunda F turanndaki bir harcamanın dönemlik faiz oranı ip iken bugünkü değerini göstermektedir. Burada i piyasa faiz oranıdır ve ip = i+e+i p ilişkisinde görüldüğü gibi reel faiz ile enflasyon oranının bir fonksiyonudur. Enflsayonun sıfırdan büyük olduğu ekonomilerde, hesaplamalarda kullanılan ve bankalarda uygulanan oran piyasa faiz oranıdır. Dolayısıyla herhangi bir yatırımın reel getirişinin hesaplanmasında (1+i) = (1+ip) / (1+e) ilişkisi kullanılır. Açıklamak gerekirse, bugünkü P TL nın dönemlik reel faiz % i iken, bir dönem sonraki eşdeğeri P(l+i) dir. Aynı şekilde bugünkü P TL nın, dönemlik piyasa faiz oranı % ip iken, bir dönem sonraki değeri P(l+ip)dir. Ama bugünkü P TL nm alım gücüne sahip eşdeğeri, {P(l+ip)} nin dönemlik enflasyon oranı ile iskonto edilmiş değeri olan P = {(l+ipV( 1+e)} dir. örnek: 3 aylık mevduat faizinin yıllık nominal değeri % 66, efektif değeri % 84,206 dır. % 10 luk stopaj düşüldüğünde net getirişi % 75,785 dir. Yıllık enflasyon oranı % 70 ise 3 aylık mevduata yatırılan paranın net reel getirişi % 3,403 dir. Dolayısıyla enflasyonun sıfırdan büyük olduğu durumlarda, değişik zamanlarda, değişken miktarlardaki nakit akışlarının eşdeğerlikleri; a) ya belli bir dönemin sabit fiyatlarına indirgenmiş nakit akışlarına reel faiz uygulayarak, b) ya da cari fiyatlarla ifade edlmiş nakit akışlarında piyasa faiz oranı kullanarak, hesaplanır. Alternatiflerin değerlendirme ölçütlerinin anlatıldığı aşağıdaki bölümlerde enflasyon oranının sıfır olduğu varsayımı ile geliştirilen bileşik faiz faktörleri ve reel faiz kullanılmaktadır. 3. YATIRIM ALTERNATİFLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİNDE KULLANILAN ÖLÇÜTLER Alternatif yöntem ve tasarımlar arasından seçim gerektiren mühendislik uygulamaları hemen hemen her zaman yatırım seçeneklerinin değerlendirilerek en ekonomiğinin seçilmesini öngörür. En genel anlamda yatırım, kaynakların ve özellikle paranın, isteklerin hemen bugün tatmini sağlayacak şekilde kullanılması yerine ileride daha yüksek getiriler getireceği beklentisiyle kullanılması ve bugünkü kesin tatminin daha yüksek tatmin beklentisiyle ertelenmesidir. Bir başka deyişle, yatırım ilerideki getirilerin beklentisiyle bugün yapılan harcamalardır. Bu tanımdan da anlaşılacağı gibi yatırım kararlarının özelliği, kararın alınmasından hemen sonra çok kısa bir zaman süresinde büyük harcamalar gerektirmesi ve getirilerin uzun bir döneme yayılmasıdır. Dolayısıyla değişik zamanlarda, değişken nakit harcama ve getirilen olan yatırım seçeneklerinin belli kriterlere göre değerlendirilip ekonomik olurluklarının araştırılması gerekir. Yatırım alternatiflerinin değerlendirme ölçütleri; a) Net bugünkü değer ölçütü b) Yıllık eşdeğer getiri/maliyet ölçütü c) İç getiri oram ölçütü d) Geri ödeme süresi ölçütü e) Yarar/maliyet ölçütü olarak sıralanabilir. Bu ölçütlere göre değerlendirmenin nasıl yapılacağı aşağıdaki bölümlerde anlatılmaktadır. Bir yatırım projesinin ekonomik olarak kabul edilebilir olup olmadığı, ya da alternatif projelerin hangilerinin kabul edilebilir olduğu, bu ölçütlerden biri kullanılarak saptanabileceği gibi, ölçütlerin doğru uygulanması koşuluyla, verilecek karar her bir ölçüt için aynı olacaktır. 11-10
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Net Bugünkü Değer (NBD) Ölçütü Bu ölçütün uygulanmasında en önemli nokta karar vericinin bulunulan ekonomik konjonktür içinde minumum kabul edilebilir getiri oranını tesbit etmesidir. Bundan sonra yapılacak olan bu getiri oranı kullanılarak her bir yatırım projesinin planlama dönemi boyunca ya da yatırımın ömrü boyunca nakit akımlarının bugünkü değerini bulmaktır. Söz konusu projeler birbirlerinden bağımsızlarsa, bir başka deyişle, bir projenin kabulü diğer projelerin kabul edilip edilmemesini etkilemiyorsa ve bütçe kısıtı söz konusu değilse, NBD i sıfırdan büyük bütün projeler ekonomik olarak kabul edilebilir projeler olacaktır. J projesinin net bugünkü değeri olan NBDj NBDj = E Yjt (1+i)-' olarak hesaplanır. Burada, Yj, - j projesinin t dönemindeki nakit akışını [(+) nakit girdi, (-) nakit harcama] t = 0,...., Nj i - minimum kabul edilebilir getiri oranı ya da iskonto oranını Nj - j projesinin ömrünü göstermektedir. Değerlendirilen projeler birbirlerine bağımlı projelerse, bağımlılığın türü dikkate alınarak söz konusu projelerden birbiriyle tam ikame edilebilir proje grupları oluşturulmalıdır. Birbiriyle tam ikame edilebilir projeler ya da proje grupları, bir proje ya da proje grubunun seçilmesi durumunda, diğer bütün projelerin ya da proje gruplarının reddedilmesi olarak tanımlanır. Örneğin, 3 alternatif yatırım projesi olsun ve proje A ile proje B tam ikame edilebilir projeler, proje C ise ancak proje A nın kabul edilmesi durumunda yürürlüğe konabilecek bir proje olsun. Bu durumda tam ikame edilebilir proje grupları A, B ve AC olacaktır. Tam ikame edilebilir proje gruplarının saptanmasından sonra bu proje gruplarının minimum kabul edilebilir getiri oranı kullanılarak NBD leri hesaplanır. Pozitif NBD i en yüksek olan proje grubu seçilir. Söz konusu alternatifler sadece harcama içeriyorlarsa, NBD i en küçük olan proje grubu seçilir. Proje grupları tam ikame edilebilir proje grupları olduğundan bu seçim sonucu diğer proje grupları otomatik olarak reddedilir. Net bugünkü değer ölçütünün kullanılmasında dikkat edilecek nokta alternatiflerin karşılaştırılmasının eşit ömür üzerinden yapılmasıdır. Bunun temel nedeni, nakit akışının pozitif olduğu projeler için NBD nin uzun ömürlü projelerde daha yüksek olacağı, sadece harcamaların NBD nin karşılaştırıldığı durumlarda ise ömrü uzun olan projelerin daima reddedileceğidir. Ömrü birbirinden farklı alternatiflerin NBD ölçütü kullanılarak karşılaştırılmasında aşağıdaki iki yöntemden biri kullanılır. 1. Alternatif projeler, tüm seçeneklerin en küçük ortak çarpan (F.KOÇ) ömürleri üzerinden karşılaştırılır. 2. Projelerin ömürleri ne olursa olsun seçenekler seçilmiş bir planlama dönemi üzerinden karşılaştırılır. Birinci yöntem, projelerden beklenen hizmetin en az alternatiflerinin EKOÇ yıl kadar gerekli olduğu ve bu dönem boyunca herbir projenin öngörülen nakit akışının değişmeyeceği varsayımına dayanmaktadır. Bu varsayımın geçerli olmadığı durumlarda, örneğin teknolojinin hızla geliştiği ve değiştiği ortamlarda, söz konusu seçeneklerin kullanılmasının öngörüldüğü süre planlama dönemi olarak tanımlanır. Seçeneklerin ömürleri ne olursa olsun her bir proje ya da proje grubunun NBD i, planlama dönemi boyunca öngörülen nakit akışları kullanılarak hesaplanır. Örnek: Aşağıdaki ilk alım maliyetleri, yıllık işletme maliyetleri, ekonomik ömürleri, ekonomik ömürleri sonundaki hurda değerleri verilen alternatif makinalardan hangisi daha ekonomiktir? Minimum kabul edilebilir getiri oranının yılda %15 olduğunu varsayınız. Makina A
Makina B
İlk alım maliyeti (Milyon TL)
62
77
Yıllık işletme maliyeti (Milyon Tl.)
15
21
Hurda değeri (Milyon TL)
8
10
Ekonomik ömür (yıl)
4
6 11-11
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ NBD A = 62 + (62-8) (P/F, %15,4) + (62-8) (P/F, %15,8) + 15 8(P/A, %15,12) - (P/F, %15,12) = 190,3436 Milyon TL NBD B = 77 + (77-10) (P/F, %15,6) + 21(P/A, %15,12) - 10(P/F, %15,12) = 217,9277 Milyon TL. NBD A < NBD B olduğu için makina A tercih edilmelidir. Örnek: Eğer makinalann EKOÇ yıl kadar değil de sadece 10 yıl kullanılacağı düşünülüyorsa ve makinaların hurda değerlerinin ve tüm maliyetlerinin aynı kalacağı varsayılma, hangi makina seçilmelidir? NBD A = 62 + (62-8) (P/F, %15,4) + (62-8) (P/F, %15,8) + 15 (P/A, %15,10) - 8 (P/F, %15,10) = 183,8342 Milyon TL NBD B = 77 + (77-10) (P/F, %15,6) + 21(P/A, %15,10) -10 (P/F, %15,10) = 208,8869 Milyon TL. NBD A < NBD B olduğu için makina A tercih edilecektir. Yıllık Eşdeğer Getir! (Maliyet) Ölçütü Net bugünkü değer ölçütünün bir başka şekli olan yıllık eşdeğer getiri (maliyet) ölçütünde de, NBDölçütünde olduğu gibi, eldeki projeler tam ikame edilebilir proje gruplarına dönüştürülür. Bu proje gruplarının nakit akışlarının yıllık eşdeğerleri hesaplanır. Yıllık eşdeğer getirişi en yüksek, ya da karşılaştırma harcamalar üzerinden yapılıyorsa, yıllık eşdeğer maliyeti en küçük proje grubu seçilir. Bu ölçütün NBD ölçütü yerine kullanılmasının temel nedeni yıllık maliyet ya da getirinin yöneticiler açısından daha kolay anlaşılır olmasıdır. Bir değer neden ise alternatiflerin ömürlerinin farklı olması durumunda, en küçük ortak çarpan yıl üzerinden yapılacak karşılaştırmalarda, hesaplamanın daha kolay olmasıdır. Bu ölçüt NBD ölçütünün bir- başka şekli olduğundan, karşılaştırmaların ortak ömür üzerinden yapılması gereği bu yöntem için de geçerlidir. Ne varki herhangi bir seçeneğin yıllık eşdeğer maliyeti hesaplanırken tüm seçeneklerin en küçük ortak çarpan ömrü yerine, her seçeneğin ömrü üzerinden hesaplama yapmak yeterlidir. Çünkü, örneğin bugünkü P TL nın 10 yıl üzerinden yıllık eşdeğeri A ise, onuncu yıl sonunda tekrarlanacak P kadarlık yatıruiun (ki F e eşdeğer olacaktır) ikinci on yıl üzerinden yıllık eşdeğeri yine A olacaktır. Bu, en küçük ortak çarpan yıl üzerinden tekrarlanacaktır. Örnek: Makina A ve makina B birbirleriyle tam ikame edilebilir alternatiflerdir. Minimum kabul edilebilir getiri oranı % 15 ve herbir makinanın beklenen maliyetleri aşağıdaki tabloda verildiği gibiyse, hangi makina seçilmelidir? Makina A İlk alım maliyeti (Milyon TL) Yıllık bakım onarım maliyeti (Milyon TL) Yıllık işgücü maliyeti (Milyon TL) Ekonomik ömür (yıl) Hurda değeri (Milyon TL)
260 8 110 6 20
Makina B 360 3 70 10 30
Makina A nın yıllık eşdeğer maliyeti = YEM A Makina B nin yıllık eşdeğer maliyeti = YEMB YEM A = 260 (A/P, %15,6) - 20 (A/F, %15,6) + 8 + 110= 184,4176 Milyon TL 11-12
rjır
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ YEM B = 360 (A/P, %15,10) - 30 (A/F, %15,10) + 3 + 70 = 143,2525 Milyon Tl. YEM B < YEM A olduğu için Makina B tercih edilmelidir. Yatırımın tekrarlanması durumunda seçeneklerin ömürleri süresince öngörlüen nakit akışlarının değişeceği düşünülüyorsa projelerin karşılaştırılması seçilen bir planlama dönemi üzerinden yapılır. Aynı şekilde, yatırımdan beklenen hizmet EKOÇ yıldan daha kısa sureler için gerekliyse karşılaştırma seçilmiş bir planlama dönemi üzerinden yapılır. Her iki durumda da yıllık eşdeğer getiri ya da maliyetler seçeneklerin ömürleri üzerinden değil, planlama dönemi olarak seçilen ömür üzerinden hesaplanır. İç Getiri Oranı Ölçütü Bir projenin nakit akışının bugünkü değerini sıfıra eşitleyen, ya da projenin nakit getirilerinin bugünkü değerini, nakit harcamaların bugünkü değerine eşitleyen faiz oranı o projenin iç getiri oranı olarak tanımlanır. Bağım sız projelerin ekonomik olup olmadığına, projelerin iç getiri oranlarının minimum kabul edilebilir getiri oranından büyük olup olmamasına göre karar verilir, iç getiri oranı minimum kabul edilebilir getiri oranından büyük projeler kabul edilebilir, diğerleri ise ekonomik olmayan projelerdir. Burada belirtilmesi gereken nokta iç getiri oranının ilk yatırımın getirişi olmayıp, projenin ömrü boyunca azalarak değişen ve ancak projenin bitiminde tamamı geri dönen yatırımın getirişi olduğudur. Örneğin t+1 zamanın da geri dönmemiş yatırım tutan F ı + 1 ,
Burada, F,
: t zamanındaki geri dönmemiş yatırımı
i
: faiz oranı ya da iç getiri oranını
C t + 1 : t+1 dönemindeki net nakit akışını göstermektedir. Dolayısıyla bugünkü P tutarındaki yatırımın t+1 dönemi sonundaki geri dönmemiş miktarı P den farklı olduğu gibi, söz konusu projenin t+1 dönemine kadarki nakit akışının bir fonksiyonudur. Bu nedenle her projenin iç getiri oranı o projenin zamana yayılmış nakit akışına özgü olup projelerin iç getiri oranları birbirleriy le karşılaştırılamaz. Birbirlerine bağımlı projeler arasından getiri oranı ölçütü kullanılarak seçim yapmak için bağımlı seçenekler birbirleriyle tam ikame edilebilir proje gruplarına dönüştürülüp yeniden tanımlanır. Yeniden oluşturulmuş tam ikame edilebilir proje grupları, ilk yatırımı en düşük proje grubundan, en yüksek ilk yatırım maliyetine göre sıralanır. İlk yatırım maliyeti en düşük olan proje grubunun iç getiri oranı hesaplanır. Eğer hesaplanan iç getiri oranı minimum kabul edilebilir getiri oranından küçükse ilk proje grubu ekonomik olmadığı gerekçesiyle değerlendirmeden çıkarılır. İkinci en düşük yatırım gerektiren proje grubunun iç getiri oranı hesaplanır. Bu proje grubunun da iç getiri oranı minumum kabul edilebilir getiri oranından küçükse bir sonraki proje grubuna geçilip iç getiri oranı minimum kabul edilebilir getiri oranından büyük olan proje grubuna kadar bu işlem devam ettirilir. Bundan sonra yapılacak olan ikili karşılaştırmalardır. Ekonomik bulunan en düşük ilk yatırım maliyetli proje grubu (1) ile ondan sonra en düşük yatırım gerektiren proje grubu (2) karşılaştırılır. (1) ve (2) tam ikame edilebilir olduğundan, (2) nin tercih edilmesi bu proje grubunun seçilmesi durumunda yapılacak ek yatırımın getirişinin minimum kabul edilebilir getiri oranından büyük olmasını gerektirir.. (2). grubun seçilmesi (1). grubun elenmesi anlamına geldiğinden, bundan sonra karşılaştırma (2). grup ile ondan sonra gelen, yatırım maliyeti daha yüksek grup (3), arasında yapılacaktır. Eğer (2). grubun gerektirdiği ek yatırımın getirişi minimum kabul edilebilir getiriden küçükse bu kez (2). proje grubu değerlendirmeden çıkarılacak, karşılaştırma (1). proje grubu ile (3). proje grubu arasında yapılacaktır. Bu işlemler ilk yatırım maliyeti en yüksek proje grubuyla karşılaştırma yapıncaya kadar devam edecektir. Ek yatırımın getirişi minimum kabul edilebilir getiri oranından daha yüksek en son proje grubu seçilecektir. Örnek: Bir fabrika yapımı için 4 ayn bölge söz konusudur. Her bir bölgenin arazi maliyeti, bölgelere uygulanan vergi indirimi, işgücü maliyetleri, taşıma maliyetleri, vb. gibi birbirinden farklı olduğundan, fabrikanın hangi bölgede kurulacağına bağlı olarak nakit akışları aşağıdaki tabloda verildiği gibi değişmektedir. Minimum getiri oranı % 15 ise fabrika hangi bölgede yapılmalıdır ? 11-13
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ
İlk yatırım maliyeti (Milyar TL) Yıllık net nakit akışı (Milyar TL) Ekonomik ömür (yıl)
1
2
Bölge 3
4
-100 22 50
-175 35 50
-90 9,5 50
-250 42 50
Birbiriyle tam ikame edilebilir bu seçenekler, artan ilk yatırım maliyetlerine göre sıraya dizildikten sonra, ek yatırımın ek getirişinin minimum kabul edilebilir getiri oranından büyük olmasına göre aşağıdaki gibi değerlendirilecektir.
İlk yatırım maliyeti (Milyar TL) Yıllık net nakit akışı (Milyar TL) Karşılaştırılan seçenekler Ek maliyet (Milyar TL) Ek net getiri (Milyar TL) Ek yatırımın ek getirişi Seçilen bölge
3
1
Bölge 2
4
-90 9,5 3 ile hiçbiri -90 9,5 %10,6 Hiçbiri
-100 22 1 ile hiçbiri -100 22 %22 1
-175 35 2 ile 1 -75 13 %17,3 2
-250 42 4 ile 2 -75 7 %9,3 2
Dolayısıyla fabrikanın ikinci bölgede yapılması daha ekonomik olacaktır. Bütçe kısıtı söz konusuysa oluşturulan tam ikame edilebilir proje gruplarından, toplam ilk yatırım harcaması yatırım bütçesini aşan proje grupları çıkarıldıktan sonra değerlendirme yapılacaktır. Geri Ödeme Süresi Ölçütü Bir projenin getirilerinin o projenin ilk yatırım maliyetini karşılama süresi o projenin geri ödeme süresi olarak tanımlanır. Buna göre ödeme süresi 0 : e SY,= 0 ilişkisiyle hesaplanır. Burada Y projenin t = 0,1, 2,
9 zamanındaki net nakit akışını göstermektedir.
Bu ölçüte göre önceden belirlenmiş kabul edilebilir geri ödeme süresinden kısa geri ödeme süresi olan projeler kabul edilir, diğer projeler ise reddedilir. Geri ödeme süresi sıralama ölçütü olarak da kullanılır. Bağımsız projeler, en düşük geri ödeme süresi olan projeden en yüksek geri ödeme süresi olan projeye doğru sıralanır. Bu sıralamada amaç, örneğin bütçe kısıtı söz konusuysa, bütçe kısıtını geçmeyecek şekilde ilk sıradaki projeleri seçmektir. Her iki değerlendirmede de temel varsayım, geri ödeme süresinin kısa olmasının tercih nedeni olmasıdır. Böylece, özellikle belirsizlik ortamında seçim yapılırken, yatırılan paranın biran önce geri dönmesi garanti edilmek istenmektedir. Ne varki, tanımından da anlaşılacağı gibi, geri ödeme süresinin hesabında paranın zaman değeri göz önüne alınmamaktadır. Değişik zamanlarda değişken miktarlardaki harcama ve getiriler toplanmakta, daha da önemlisi geri ödeme süresi dışındaki nakit akışları değerlendirmeyi etkilememektedir. Dolayısıyla diğer ölçütler kullanıldığında ekonomik bulunan bir proje, geri ödeme süresinin uzun olması durumunda reddedilebilmektedir. İstikrarsız ekonomilerde yatırılan 11-14
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ paranın en kısa zamanda geri dönmesini sağladığı için tercih edilen bu yöntem, yukarıda sıralanan eksiklikleri nedeniyle proje seçiminde tek başına kullanılmamalıdır. Diğer değerlendirme ölçütlerinin yanı sıra belirsizliğin bir ölçüsü olarak hesaplanmalı, aynı derecede tercih edilir projeler arasında seçim yapmada göz önüne alınmalıdır. Yarar/Maliyet Oranı Ölçütü Bu ölçüt özellikle kamu yatırımlarını değerlendirmede kullanılır. Adından da anlaşılacağı gibi, Yarar/Maliyet oranı bir projeden beklenen yararların bugünkü değerinin, projenin yatırım maliyetinin bugünkü değerine oranı olarak hesaplanır. Bu oran birden büyük olduğunda (pojeden beklenen yararların projenin gerektirdiği harcamlardan büyük olduğu durumlarda), proje kabul edilebilir, aksi halde kabul edilemez olarak değerlendirilir. Yarar/maliyet analizinde ilk yapılacak iş projeden beklenen yarar ve projenin maliyetlerinin belirlenmesidir. Projeden beklenen yarar kamuya sağlanacak yararların parasal ifadesidir. Projenin maliyeti ise projenin yürürlüğe konması durumunda, söz konusu kamu kuruluşu ya da devletin yapacağı yatırım, işletme, bakım ve onarım harcamalarıdır. Burada dikkat edilmesi gereken nokta projeden beklenen yararların yanı sıra projenin neden olacağı rahatsızlık ya da dezavantajların parasal ifadesinin bir maliyet gibi düşünülmeyip, yararlan eksiltici faktörler olarak hesaplanması gerektiğidir. Hangi kalemlerin yarar, hangilerinin yararı azaltıcı etken, hangilerinin maliyet olduğunun belirlenmesi her bir faktörün sonucunun kimi etkilediğine göre gruplandınlır. Kişileri ve genel olarak halkı etkileyen faktörler yarar ve eksi yarar, ödemesi devlet ya da kamu kuruluşlarınca yapılan harcamalar ise maliyet olarak sınıflandırılır. Bir projenin yarar/maliyet oranı Y/M, Y/M = (Y - D) / M olarak hesaplanır. Burada; Y:
projeden beklenen yararların parasal değerinin t=o zamanındaki eşdeğerini,
D:
projenin neden olacağı rahatsızlık ve dezavantajlann parasal değerinin t=0 zamanındaki eşdeğerini,
M:
projenin gerektirdiği yatırım, işletme, bakım, onarım, vb. gibi harcamaların t=0 zamanındaki değerini
göstermektedir. Bağımsız projelerden Y/M oranı birden büyük olanlar ekonomik, diğerleri ise ekonomik olmayan projeler olarak tanımlanır. Birbirleriyle tam ikame edilebilir projelerden hangisinin seçileceğine karar vermek için ek yararın ek maliyetten büyük olması koşulu aranır. Buna göre birbirleriyle tam ikame edilebilir projeler en düşük ilk yatırım harcaması gerektiren projeden, en yüksek ilk yatırım harcaması gerektiren projeye doğru sıralanır. İlk seçeneğin Y/M oranı hesaplanır, birden küçükse bu proje değerlendirmeden çıkarılır. Bir sonraki projenin Y/M oranı hesaplanır. Y/M oranı birden büyük ilk projeye kadar bu işlem tekrarlanır. Kalan projeler, en küçük ilk yatırım harcaması gerektiren ilk proje ile ondan sonra en düşük ilk yatırım harcaması gerektiren projeden başlamak üzere ikili olarak ele alınır. Daha yüksek yatırım olarak ifade edilmiş projenin ek yaran, iki projenin parasal olarak ifade edilmiş yararlarının NBD indeki artış olarak tanımlanır. Ek maliyet ise seçeneklerin ilk yatınm maliyetleri arasındaki farktır. Ek yarar/maliyet oranı, ek yararın ek maliyete oranı olarak hesaplanır. Bu oran birden büyükse ilk yatırım maliyeti daha yüksek proje geçici olarak seçilir ve bir sonraki projeyle karşılaştırılır. Ek yarar/maliyet oranı birden küçükse yatırım harcaması daha yüksek olan proje değerlendirmeden çıkanlır. En düşük yatırım harcaması gerektiren proje ile değerlendirmeden çıkanlan projeden sonraki projenin ek Y/M oranı hesaplanır. Bu karşılaştırma en yüksek yatınm harcaması gerektiren projenin ek Y/M oranı hesaplanıncaya kadar devam eder. Ek yarar/maliyet oranı birden büyük, en yüksek yatırım harcaması gerektiren proje seçilir.
11-15
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ 4. KULLANIMDAN KALDIRMA VE YENİLEME (DEĞİŞTİRME) ANALİZİ Alternatiflerin değerlendirilmesinde amaç, en ekonomik alternatif ya da alternatiflerin seçilerek hizmete sokulmasıdır. Aradan zaman geçip seçilmiş yöntem, tasarım ya da makinalar eskimeye, yıpranmaya başladıklarında, önceden planlanan ömürleri dolmuş ya da dolmamış olsun, yenilenmeleri gündeme gelecektir. Kullanımdan kaldırma ve yenileme analizinin amacı seçilmiş projelerin ekonomik ömrünü doldurup doldurmadığının araştırılarak yerine konacak alternatiflerin ne olacağına karar verilmesidir.
iA
Kullanımdan Kaldırma ve Yenileme Hesaplarındaki Gerekli Maliyet Tanımları Yenileme analizi de alternatiflerin değerlendirilerek en ekonomiğinin seçilmesini gerektirir.'Tek fark, alternatiflerin birinin halihazırda kullanımda bulunan alternatif olmasıdır. Verilecek karar mevcut sistem ya da seçeneğin kullanılmasına devam edilip edilmeyeceği, edilmeyecekse hangi yeni alternatifin daha ekonomik olduğunun belirlenmesidir. Mevcut projenin kullanımına devam edip etmemek ve yenilemek ileriye dönük bi karar olacağından, geçmişte verilmiş kararların sonucu oluşan maliyetlerin kullanılması yanlıştır. Bu nedenle, mevcut proje bir alternatif gibi algılanırken, bu projenin o andaki yatırım maliyeti, devamı halinde işletme ve bakım harcamalarının ne olacağı ve kalan kullanım ömrünün ne olduğu yeniden belirlenmelidir. Bu amaçla yenileme analizinde iki yöntem kullanılır: 1. Alışılmış yaklaşım 2. Nakit akımı yaklaşımı Alışılmış yaklaşımda mevcut projenin yatırım maliyeti hesaplanırken, mevcut projenin birikmiş amortisman düşüldükten sonraki defter değeri kullanılmaz. Çünkü bu değer, geçmişte verilmiş kararlar ve kullanılan amortisman yöntemi sonucu ortaya çıkmıştır. Mevcut projenin o andaki yatırım maliyeti, söz konusu sistem ya da makinanın o andaki piyasa değeridir. Bunun gerekçesi ise şöyle açıklanabilir: mevcut sistem ya da makinaya sahip olunmasaydı ve bir seçenek de sahip olunan sistem ya da makinanın yaşında, aynı öcüde kullanılmış ve yıpranmış bir makina alımı olsaydı, bu seçeneğin ilk yatırım maliyeti o andaki piyasa değeri olacaktı. Nakit akımı yaklaşımında ise mevcut sistemin ya da makinanın kullanılmaya devam edilmesi ya da değiştirilmesi halinde yapılacak nakit harcama, karşılaştırılacak maliyetlere baz olur. Mevcut sistemin kullanılmaya devam edilmesi halinde, sisteme sahip olmak için yapılacak nakit harcama sıfır olacaktır. Zira ilk yatırım harcaması söz konusu proje kabul edildiğinde yapılmıştır. Mevcut sistemin başka bir alternatifle değiştirilmesi halinde yapılacak nakit harcama ise seçilen alternatifin ilk yatırım harcamasından, mevcut sistemin satılması ya da hurdaya aynimasıyla elde edilecek nakit gelirin çıkartılmasıyla elde edilir. Dolayısıyla karşılaştırmada mevcut projenin ilk yatırım harcaması sıfır, alternatif sistemin yatırım harcaması ise yeni sistemin yürürlüğe konması için yapılacak harcama eksi mevcut sistemin değiştirilmesinden elde edilecek gelir olacaktır. Her iki yaklaşımda da yatırım harcamaları dışında değerlendirmede gözönüne alınacak diğer getiri ve harcamalar: • Yıllık eşdeğer işletme ve bakım harcamaları, • Kalan ömürlerinin sonundaki beklendik hurda değerleri, • Getiri olarak algılanacak harcamalardan tasarruflardır. Mevcut sistemin devam etmesi durumunda sistemin ilk seçildiği zaman öngörülen harcamalarının değişeceği düşünülüyorsa değerlendirmede bu harcama kalemlerinin geçmiş değerleri yerine, beklenen değerleri kullanılır. Belirlenmiş Bir Planlama Dönemi için Yenileme Analizinin Esasları Yenileme analizinde karşılaştırılan alternatiflerin ömürleri birbirlerine eşit değildir. Çoğunlukla mevcut sistemin kalan ömrü, yerine konması düşünülen yeni sistemlere göre daha kısadır. Dolayısıyla alternatiflerin karşılaştırılması için bir planlama dönemi seçmek gerekmektedir. Genellikle en uzun ömrü olan alternatifin ömrü uzunluğunda bir planlama dönemi seçilir. Mevcut sistemin ömrü bu dönemden kısa ise mevcut sistemin kalan ömrü dolduğunda, bu sistemin sağladığı hizmetlerin, aynı yıllık eşdeğer maliyetle, planlama dönemi sonuna kadar satın alınabileceği varsayılır. Söz konusu varsayım geçerli değilse mevcut sistemin ömrü dolduğunda aynı hizmet için planlama dönemi sonuna kadar yapılması gerekli harcama hesaba katılarak mevcut sistemin yıllık eşdeğer maliyeti hesaplanır. 11-16
r
II t "
İt
"illi
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Yenileme analizinde planlama döneminin seçimi oldukça kritiktir. Karşılaştırma en uzun ömürlü olan alternatifin ömrü üzerinden yapıldığında, tüm alternatiflerin ilk yatırım maliyetlerinin, zamanın para değerini de gözönüne alan, geri ödemesi mümkün olmaktadır. Ne varki, hızlı teknolojik değişimin yaşandığı günümüzde tam geri ödemeyi olurlu kılacak uzun bir planlama dönemi, değişime ayak uydurmayı sağlayacak kısa dönemli çözümlerin aleyhine olmaktadır. Hızlı değişmeye uyumu sağlayacak kısa planlama dönemleri ise ömrü uzun olan alternatiflerin tam geri ödemesine olanak vermediğinden, uzun ömürlü alternatifleri başından dezavantajlı bir konumda bırakmaktadır. Bu ikilemin aşılmasına yardımcı olacağı düşünülen yaklaşım ise mevcut sistemin benzer nitelikte yeni bir sistemle takviye edildikten sonra yepyeni bir sistemle karşılaştırılmasıdır. Bu karşılaştırma ise en uzun ömrü olan alternatifin ömrü üzerinden değil, değişimin etkili olacağı düşünülen süre üzerinden yapılmalıdır. Karşılaştırma yapılacak dönem belirlendikten sonra her bir alternatifin yıllık eşdeğer maliyeti, o alternatifin ömrü planlama döneminden kısa ise alternatifin ömrü üzerinden, değilse planlama dönemi üzerinden, aşağıdaki ilişki kullanılarak hesaplanır: YEMj = Pj (A/Pj, %i, nj) - HDj (A/Fj, %i, n}) + YBOMj j = 1
n
Burada, YEMj
: j alternatifinin yıllık eşdeğer maliyetini,
Pj
: j alternatifinin ilk yatırım harcamasını,
i
: Yıllık faiz oranını,
nj
: j alternatifinin ömrünü (eğer ^ planlama döneminden kısa ise) Planlama dönemini (eğer j alternatifinin ömrü planlama döneminden uzunsa)
HDj
: j alternatifinin ömrü planlama döneminden kısa ise ömrünün sonundaki hurda değerini, : j alternatifinin ömrü planlama döneminden uzunsa planlama dönemi sonundaki hurda değerini,
YBOMj : j alternatifinin yıllık eşdeğer bakım onarım harcamasını göstermektedir. Genellikle j = 1 alternatifi mevcut sistemin kullanılması seçeneğini simgelemektedir. Bütün alternatiflerin yıllık eşdeğer maliyeti hesaplandıktan sonra YEMj i en küçük olan alternatif seçilir. Bir Yıl Daha Kullanma ya da Değiştirme Kararının Verilmesi Mevcut sistem beklenenden daha hızlı eskimeye ya da teknolojik değişim nedeniyle istenilen düzeyde hizmet vermemeye başladığında, her yıl yinelenecek bir başka soru söz konusudur. Bu da mevcut sistemin bir yıl daha kullanılmasının ekonomik olup olmadığı, kullanılacaksa daha ne kadar kullanılmasının ekonomik olacağıdır. Böyle bir sorunun cevabı ise sadece mevcut sistemin kalan ömrü üzerinden hesaplanan yıllık eşdeğer maliyetle, yeni bir başka sistemin yıllık eşdeğer maliyetinin karşılaştınlmasıyla verilemez. Yapılacak olan, mevcut sistemin bir yıl daha kullanılması halinde yıllık eşdeğer maliyetinin ne olacağının hesaplanmasıdır. Mevcut sistemin bir yıl daha kullanılmasının yıllık eşdeğer maliyeti CD (1 )aşağıdaki gibi hesaplanır: CD(1) = P^A/P, %i, 1) - P2(A/F, %i. 1) + YBOMı Burada; P!
: Mevcut sistemin, analizin yapıldığı zamandaki piyasa değerini,
P2
: Mevcut sistemin, analizin yapıldığı dönemden bir sonraki dönemde piyasa değerini,
YBOM!: Sistemin bir yıl daha kullanılması durumunda, yıllık bakım-onarım ve işletme harcamasını göstermektedir. 11-17
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Mevcut sistemin bir yıl daha kullanılıp kullanılmamasına karar vermek için CD (1), sistemin yenilenmesi halinde yenileme alternatifinin yılık eşdeğer maliyeti YEMy ile karşılaştırılır. CD(1)
(A/P, %i, n M ) -
(A/F, %i, n M ) + [ I YBOMk (P/F,
i, k)] x (A/P, %i, n M )
Burada: YEMM
: Mevcut sistemin kalan ömrü üzerinden yıllık eşdeğer maliyetini,
HDM
: Mevcut sistemin kalan ömrünün sonundaki hurda değerini,
nM
: Mevcut sistemin kalan ömrünü,
YBOMk : Mevcut sistemin k yılındaki bakım, onarım ve işletme harcamalarını, k = 1, 2,....,nM göstermektedir. Eğer, YEM M < YEM Y ise mevcut sistemin bir yıl daha kullanılması daha ekonomikir. Sistem bir yıl daha kullanıldıktan sonra bu analiz tekrarlanır. Eğer YEM M > YEMY ise, mevcut sistem yeni sistemle değiştirilir. Çünkü mevcut sistemin bir yıl daha kullanılması, ya da ömrünün sonuna kadar kullanılmasının yıllık eşedeğer maliyeti, yeni bir sisteminkinden daha yüksektir. Yatırım Seçeneklerinin Ekonomik Ömürlerinin Belirlenmesi Şimdiye kadar alternatiflerin değerlendirilmesinde her bir seçeneğin ekonomik ömrünün bilindiği varsayılmıştır. Burada belirtilmesi gereken nokta, herhangi bir makina ya da alternatif projenin tasarımında öngörülen teknolojik kullanım süresinin, o seçeneğin ekonomik ömrüne eşit olmayabileceğidir. Bir makina ya da projenin ekonomik ömrü, kullanım süresiyle değişen ve belirlenen yıllık eşdeğer maliyetlerin en küçük olduğu ömür olarak tanımlanır. Bir makina ya da projenin k yıl kullanılması halinde yıllık eşdeğer maliyeti, YEMk, aşağıdaki gibi hesaplanır. k YEMk = P (A/P, %i, k) - HD k (A/F, %i, k) + [ X YBOMj (P/F, %i, j)] x (A/P, %i, k) Tanımlar yukarıdaki bölümlerde verildiği gibidir. Bir maikna ya da projenin k = 1, 2 N (N beklenen en uzun kullanma süresini belirtir) yıl kullanılması halindeki yıllık eşdeğer maliyetler, YEMk, hesaplanır. Makina ya da projenin ekonomik ömrü, YEMk sı en küçük olan k yıldır. Genellikle YEMk ler, k = 1, 2, ..., N için k mn arttırılmasıyla, önce düşen, sonra yükselen bir değişim gösterir, (k) mn küçük olduğu durumlarda makinanın ya da sistemin yeni olması nedeniyle bakım-onarım ve işletme harcamaları düşüktür. Buna karşılık, ilk yatınmın paranın zaman değerini de gözönüne alan geri ödemesi, ya da kullanma payı kısa süre üzerinden hesaplandığından, yüksektir, k yükseldikçe yıllık bakım, onarım ve işletme harcamaları artarken ilk yatırımın yıllık eşdeğer maliyeti düşecektir. Yıllık eşdeğer maliyetin parçalarını oluşturan bu harcamaların hangisinin baskın olduğuna bağlı olarak yıllık eşdeğer maliyetler genellikle önce düşüp sonra artar. Böylece hesaplanan ekonomik ömürler, söz konusu alternatiflerin bilindiği varsayılan ömürleri olarak, alternatiflerin karşılaştırılmasında kullanılırlar.
11-18
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ 5. VERGİ SONRASI EKONOMİK ANALİZİN ESASLARI Eşdeğerliğin hesaplanmasında ve yatırım alternatiflerinin değerlendirilmesinde projelerin net nakit akışları değerlendirmeye baz oluşturur. Daha önce de belirtildiği gibi, bir projenin net nakit akışı, projenin beklendik gelirlerinden gidelerinin düşülmüş hali değildir. Net nakit akışı, projenin dönemler itibariyle nakit getirilerinden nakit harcamalarının düşülmesiyle hesaplanır. Vergi öncesi ve vergi sonrası nakit akışı olmak üzere iki ayrı nakit akışı söz konusudur. Yukarıdaki bölümlerde vergi öncesi nakit akışları kullanıldığı varsayılmıştı, izleyen paragraflarda gelir ya da kurumlar vergisinin nakit akışına etkisi ve vergi sonrası nakit akışının hesaplanması açıklanmaktadır. Vergi Sonrası Nakit Akışının Hesaplanması Bir projenin, belirlenmiş bir dönem için, vergi öncesi nakit akışı (VÖNA) VÖNA = Nakit Gelirler - Nakit Harcamalar olarak tanımlanmıştı. Aynı dönem için bir projenin vergilendirilecek geliri (VG) VG = VÖNA - Amortisman Giderleri Ödenecek vergi (VERGİ) ise, VERGİ = VO x VG dir. Burada VO gelir ya da kurumlar vergisi oranını göstermektedir. Vergi sonrası nakit akışı (VSNA) da vergi öncesi nakit akışından verginin dUşülmesiyle hesaplanır: VSNA = VÖNA - VERGİ Amortisman, vergilendirilecek gelirden bir gider gibi düşülmekle birlikte, nakit bir gider olmadığından, sadece ödenecek vergi miktarını azaltmakta, başkaca nakit akışını etkilememektedir. VSNA nın hesaplanmasında göz önüne alınacak bir diğer nokta da söz konusu projenin nasıl finanse edileceğidir. Proje tamamiyle öz kaynaklardan finanse edilecekse VSNA nın tanımı yukarıda verildiği gibidir. Proje için gerekli fonların bir kısmının borçlanma yoluyla karşılanması durumunda finansman giderleri (alınan borcun faiz ödemeleri), vergilendirilecek gelirden düşülür. Dolayısıyla VG = VÖNA - Amortisman Giderleri - Finansman Giderleri VERGÎ = VO x VG dir. Buna karşılık, hem faiz ödemeleri hem ana para ödemeleri nakit harcamalar olup nakit akışını doğrudan etkilediklerinden. VSNA aşağıdaki şekilde hesaplanır. VSNA = VÖNA - VERGİ - Finansman Giderleri - Anapara Ödemeleri Örnek: İlk yatırım harcaması P = 100 milyon TL, ekonomik ömrü 5 yıl, ekonomik ömrünün sonundaki hurda değeri sıfır olan bir projenin yıllık nakit gelirlerinin 65 Milyon TL, nakit giderlerinin ise 20 Milyon TL olacağı tahmin edilmektedir. Düz amortisman yöntemi kullanıldığı ve Kurumlar Vergisi oranının % 45 olduğu varsayılırsa bu projenin: a) Tamamının öz kaynaklardan finanse edilmesi durumunda yıllık VSNA nedir? b) % 40 nın % 55 den borçlanarak, % 60 nın öz kaynaklardan finanse edilmesi durumunda yıllara göre VSNA nedir? Borcun faiz ve ana para geri ödeme planının şu şekilde olduğunu varsayınız: Her yıl sonunda kalan borç üzerinden % 55 faiz ödemesi, 5 eşit taksitte ana para geri ödemesi (yıl sonu). a) VÖNA = 65 - 20 = 45 milyon TL (1-5 yılları arasında) Yıllık Amortisman Gideri = 100/5 = 20 milyon TL VG = 45 - 20 = 25 milyon TL VERGt = 0.45 x 25 = 11.25 milyon TL VSNA = 45 - 11.25 = 33.75 milyon TL (1 -5 yılları arasında) 11-19
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ b)
VÖNA = 65-20 = 45milyonTL Yıllık Amortisman Gideri = 20 milyon TL Borçlanılan miktar = 100 x 0.40 = 40 milyon TL Yıllık ana para geri ödemesi = 40/5 = 8 milyon TL 1. Yılın faiz gideri = 40 (0.55) = 22 milyon TL 2. Yılın faiz gideri = (40 - 8) (0.55) = 17.6 milyon TL 3. Yılın faiz gideri = (40-16) (0.55) = 13.2 milyon TL 4. Yılın faiz gideri = (40 - 24) (0.55) = 8.8 milyon TL 5. Yılın faiz gideri = (40 - 32) (0.55) = 4.4 milyon TL
Buna göre,
Yü 0 1 2 3 4 5
VONA
Amortisman Giderleri
-60 45 45 45
20 20 20
45
20
45
20
Finansman Giderleri
22 17,6 13,2 8,8 4.4
Ana para (Milyon TL) VERGİ Ödemesi VG
8 8 8 8 8
3 7,4 11,8 16,2 20,6
1,35 3,33 5,31 7,29 9,27
VSNA -60 13,65 16,07 18,49 20,91 23,33
Vergi Sonrası Nakit Akışıyla NBD ve Yıllık Eşdeğer Maliyetlerin Hesaplanması Bir projenin ömrü boyunca beklenen net nakit akışlarının minimum kabul edilebilir iskonto oranı kullanılarak hesaplanan bugünkü eşdeğeri, o projenin NBD olarak tanımlanmıştı. Bu tanımda net nakit akışları vergi öncesi nakit akışlarını, faiz ya da iskonto oranı vergi öncesi oranı belirtmektedir. Vergi sonrası nakit akışlarını kullanılarak, vergi sonrası minimum kabul edilebilir iskonto oranıyla bugüne indirgenmiş değere, vergi sonrası NBD denir. Vergi sonrası NBD ölçütü kullanılarak projeler arasından seçim yaparken kurallar yine aynıdır. Vergi sonrası NBD i sıfırdan büyük tüm birbirinden bağımsız projeler ekonomik oldukları için seçilirler. Birbirleriyle tam ikame edilebilir projeler arasından ise vergi sonrası NBD i en yüksek olan proje seçilir. Aynı şekilde VSNA lan ve vergi sonrası faiz oranı kullanılarak projelerin vergi sonrası yıllık eşdeğer maliyetleri hesaplanabilir. Birbirleriyle tam ikame edilebilir projelerden, vergi sonrası yıllık eşdeğer maliyeti en küçük olan proje seçilir. Projeler arasında seçim yaparken vergi öncesi ve vergi sonrası NBD ya da yıllık eşdeğer maliyet ölçütleri kullanılarak yapılan değerlendirmede aynı esaslar geçerlidir. Ne var ki ülkedeki vergi kanunları, uygulanan amortisman yöntemleri ve projelerin öz kaynaklar ya da dış kaynaklardan finanse edilmesine bağlı olarak vergi öncesi ve vergi sonrası nakit akışları çok değişebileceğinden, vergi öncesi değerlendirmede ekonomik bulunmayan bir proje vergi sonrası değerlendirmede ekonmik olabilir. Vergi Sonrası İç Getiri Oranının Hesaplanması Bir projenin vergi sonrası iç getiri oranı söz konusu projenin vergi sonrası nakit getirilerinin bugünkü değerini sıfıra eşitleyen faiz oranıdır. Bu oran minimum kabul edilebilir vergi sonrası getiri oranından yüksekse proje ekonomiktir, aksi halde söz konusu projeye yatırım yapmak anlamsızdır. Görüldüğü gibi, vergi sonrası iç getiri oranının hesaplanması da, buna dayanılarak karar verilmesi de vergi öncesinden farksızdır. En önemli ayraç, kulanılan net nakit akışının vergi sonrası nakit akışı olmasıdır. Birbirleriyle tam ikame edilebilir projeler arasından vergi sonrası iç getiri oranı kullanılarak seçim yapmak 3. ayrımda da anlatılan yöntem, VSNA kullanılarak uygulanır.
11-20
t*
<*
A
4»
MI
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ
EKLER DEĞİŞİK FAİZ ORANLARI İÇİN EŞDEĞERLİK FAKTÖRLERİ TABLOLARI
11-21
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Çizelge. 1- % 5 Bileşik Faiz Faktörleri Tek Ödeme Bileşik Değer Faktörü
n
F/P
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.0500 1.1025 1.1576 1.2155 1.2763 1.3401 1.4071 1.4775 1.5513 1.6289 1.7103 1.7959 1.8856 1.9800 2.0789 2.1829 2.2920 2.4066 2.5270 2.6533 2.7860 2.9253 3.0715 3.2251 3.3864 3.5557 3.7335 3.9201 4.1161 4.3219 4.5380 4.7649 5.0032 5.2533 5.5160 7.0400 8.9850 11.4674 14.6356 18.6792 23.8399 30.4264 38.8327 49.5614 63.2544 80.7304 103.0357 131.5013
11
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31 32 33
34 35 40 45
50 55 60
65 70
75 80 85 90 95 100
11-22
Düzenli Eşit Ödeme
Bugünkü Değer Faktörü
Eşit Ödeme
0.9524 0.9070 0.8638 0.8227 0:7835 0.7462 0.7107 0.6768 0.6446 0.6139 0.5847 0.5568 0.5303 0.5051 0.4810 0.4581 0.4363 0.4155 0.3957 0.3769 0.3589 0.3418 0.3256 0.3101 0.2953 0.2812 0.2678 0.2551 0.2429 0.2314 0.2204 0.2099 0.1999 0.1904 0.1813 0.1420 0.1113 0.0872 0.0683 0.0535 0.0419 0.0329 0.0258 0.0202 0.0158 0.0124 0.0097 0.0076
1.000 00 0.487 80 0.317 21 0.232 01 0.180 97 0.147 02 0.122 82 0.104 72 0.090 69 0.079 50 0.070 39 0.062 83 0.056 46 0.051 02 0.046 34 0.042 27 0.038 70 0.035 55 0.032 75 0.30 24 0.028 00 0.025 97 0.024 14 0.022 47 0.020 95 0.019 56 0.018 29 0.017 12 0.016 05 0.015 05 0.014 13 0.013 28 0.012 49 0.011 76 0.011 07 0.008 28 0.006 26 0.004 78 0.003 67 0.002 83 0.002 19 0.001 70 0.001 32 0.001 03 0.000 80 0.000 63 0.000 49 0.000 38
P/F
Faktörü A/F
Faktörü A/P
Değer Faktörü F/A
Bugünkü Değer Faktörü P/A
1.050 00 0.537 80 0.367 21 0.282 01 0.230 97 0.197 02 0.172 82 0.154 72 0.140 69 0.129 50 0.120 39 0.112 83 0.106 46 0.101 02 0.096 34 0.092 27 0.088 70 0.085 55 0.082 75 0.080 24 0.078 00 0.075 97 0.074 14 0.072 47 0.07095 0.069 56 0.068 29 0.067 12 0.066 05 0.065 05 0.064 13 0.063 28 0.062 49 0.061 76 0.061 07 0.58 28 0.056 26 0.054 78 0.053 67 0.052 83 0.052 19 0.051 70 0.051 32 0.051 03 0.050 80 0.050 63 0.050 49 0.050 38
1.000 2.050 3.153 4.310 5.526 6.802 8.142 9.549 11.027 12.578 14.207 15.917 17.713 19.599 21.579 23.657 25.840 28.132 30.539 33.066 35.719 38.505 41.430 44.502 47.727 51.113 54.669 58.403 62.323 66.439 70.761 75.299 80.064 85.067 90.320 120.800 159.700 209.348 272.713 353.584 456.798 588.529 756.654 971.229 1 245 087 1 594.607 2 040.694 2 610.025
0.952 1.859 2.723 3.546 4.329 5.076 5.786 6.463 7.108 7.722 8.306 8.863 9.394 9.899 10.380 10.838 11.274 11.690 12.085 12.462 12.821 13.163 13.489 13.799 14.094 14.375 14.643 14.898 15.141 15.372 15.593 15.803 16.003 16.193 16.374 17.159 17.774 18.256 18.633 18.929 19.161 19.343 19.485 19.596 19.684 19.752 19.806 19.848
Yatırınım Geri ödem
Bileşik
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Çizelge. 2- % 10 Bileşik Faiz Faktörleri Tek Ödeme Bileşik Değer Faktörü n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
F/P 1.1000 1.2100 1.3310 1.4641 1.6105 1.7716 1.9487 2.1436 2.3579 2.5937 2.8531 3.1384 3.4523 3.7975 4.1772 4.5950 5.0545 5.5599 6.1159 6.7275 7.4002 8.1403 8.9543 9.8347 10.8247 11.9182 13.1100 14.4210 15.8631 17.4494 19.1943 21.1138 23.2252 25.5477 28.1024 45.2593 72.8905 117.3909 189.0591 304.4816 490.3707 789.7470 1 271.8952 2 048.4002 3 298.9690 5 313.0226 8 556.6760 13 780.6123
DüzenU Eşit Ödeme
Bugünkü Değer Faktörü
Eşit Ödeme Faktörü
P/F
A/F
0.9091 0.8664 0.7513 0.6830 0.6209 0.5645 0.5132 0.4241 0.4241 0.3855 0.3505 0.3186 0.2897 0.2633 0.2394 0.2176 0.1978 0.1799 0.1635 0.1486 0.1351 0.1228 0.1117 0.1015 0.0923 0.0839 0.0763 00693 0.0630 0.0573 0.0521 0.0474 0.0431 0.0391 0.0356 0.0221 0.0137 0.0085 0.0053 0.0033 0.0020 0.0013 0.0008 0.0005 0.0003 0.0002 0.0001 0.0001
1.000 00 0.476 19 0.302 11 0.215 47 0.163 80 0.129 61 0.105 41 0.073 64 0.073 64 0.062 75 0.05396 0.046 76 0.040 78 0.035 75 0.031 47 0.027 82 0.024 66 0.021 93 0.019 55 0.017 46 0.015 62 0.014 01 0.012 57 0.011 30 0.010 17 0.009 16 0.008 26 0.007 45 0.006 73 0.006 08 0.005 50 0.004 97 0.004 50 0.004 07 0.003 69 0.002 26 0.001 39 0.000 86 0.000 53 0.000 33 0.000 20 0.00013 0.000 08 0.000 05 0.000 03 0.000 02 0.000 01 0.000 01
Yatırımın Geri ödeme Faktörü A/P 1.10000 0.576 19 0.402 11 0.315 47 0.263 80 0.229 61 0.205 41 0.173 64 0.173 64 0.162 75 0.153 96 0.146 76 0.140 78 0.135 75 0.131 47 0.127 82 0.124 66 0.121 93 0.119 55 0.117 46 0.115 62 0.11401 0.112 57 0.11130 0.110 17 0.109 16 0.108 26 0.107 45 0.106 73 0.106 08 0.105 50 0.104 97 0.104 50 0.104 07 0.10 3 69 0.102 26 0.101 39 0.100 86 0.100 53 0.100 33 0.100 20 0.10013 0.10008 0.100 05 0.100 03 0.100 02 0.100 01 0.100 01
Bileşik Değer Faktörü
F/A
1.000 2.100 3.310 4.641 6.105 7.716 9.487 13.579 13.579 15.937 18.531 21.384 24.523 27.975 31.772 35.950 40.545 45.599 51.159 57.275 64 002 71.403 79.543 88.497 98.347 109.182 121.100 134.210 148.631 164.494 181.943 201.138 222.252 245.477 271.024 442.593 718.905 1 163 909 1 880.591 3 034.816 4 893.707 7 887.470 12 708.954 20.474.002 32 979.690 53 120.226 85 556.760 137 796.123
Bugünkü Değer Faktörü P/A 0.909 1.736 2.487 3.170 3.791 4.355 4.868 5.335 5.759 6.144 6.495 6.814 7.103 7.367 7.606 7.824 8.022 8.201 8.365 8.154 8.649 8.772 8.883 8.985 9.077 9.161 9.237 9.307 9.370 9.427 9.479 9.526 9.569 9.609 9.6444 9.779 9.863 9.915 9.947 9.967 9.980 9.987 9.992 9.995 9.997 9.9998 9.999 9.999 11-23
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Çizelge. 3- %15 BUeşik Faiz Faktörleri Tek Ödeme BUeşik Değer Faktörü n 1 2 3 4
5 6 7 8 9 10
11
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 40 45 50
11-24
F/P
1.1500 1.3225 1.5209 1.7490 2.0114 2.3131 2.6600 3.0590 3.5179 4.0456 4.6527 5.3503 6.1528 7.0757 8.1371 9.3576 10.7613 12.3755 14.2318 16.3665 18.8215 21.6447 24.8915 28.6252 32.9190 37.8568 43.5353 50.0656 57.5755 66.2118 76.1435 87.5651 100.6998 115.8048 133.1755 267.8635 538.7693 1 083.6574
Düzenli Eşit Ödeme
Bugünkü Değer Faktörü P/F
Eşit Ödeme Faktörü
0.8696 0.7561 0.6575 0.5718 0.4972 0.4323 0.3759 0.3269 0.2843 0.2472 0.2149 0.1869 0.1625 0.1413 0.1229 0.1069 0.0929 0.0808 0.0703 0.0611 0.0531 0.0462 0.0402 0.0349 0.0304 0.0264 0.0230 0.0200 0.0174 0.0151 0.0131 0.0114 0.0099 0.0086 0.0075 0.0037 0.0019 0.0009
1.00000 0.465 12 0.287 98 1.200 26 0.148 32 0.114 24 0.090 36 0.072 85 0.059 57 0.049 25 0.041 07 0.034 48 0.02911 0.024 69 0.02102 0.017 95 0.015 37 0.013 19 0.011 34 0.009 76 0.008 42 0.007 27 0.006 28 0.005 43 0.004 70 0.004 07 0.003 53 0.003 06 0.002 65 0.002 30 0.002 00 0.001 73 0.001 50
A/F
0.001 31 0.001 13 0.000 56 0.000 28 0.00014
Yatırımın Geri ödeme Faktörü A/P
BUeşik Değer Faktörü F/A
1.150 00 0.615 12 0.437 98 0.350 27 0.298 32 0.264 24 0.240 36 0.222 85 0.209 57 0.199 25 0.191 07 0.184 48 0.179 11 0.174 69 0.171 02 0.167 95 0.165 37 0.163 19 0.161 34 0.159 76 0.158 42 0.157 27 0.125 28 0.155 43 0.154 70 0.15407 0.153 53 0.153 06 0.152 65 0.152 30 0.152 00 0.151 73 0.151 50 0.151 31 0.151 13 0.150 56
1.000 2.150 3.472 4.993 6.742 8.754 11.067 13.727 16.786 20.304 24.349 29.002 34.352 40505 47.580 55.717 65.075 75.836 88.212 102.444 118.810 137.632 159.276 184.168 212.793 245.712 283.569 327.104 377.170 434.745 500.957 577.100 664.666 765.365 881.170 1 779.090 3.585.128 7 217.716
0.15028 0.150 14 0.150 00
Bugünkü Değer
Faktörü P/A
0.870 1.626 2.283 2.855 3.352 3.784 4.160 4.487 4.772 5.019 5.234 5.421 5.583 5.724 5.847 5.954 6.047 6.128 6.198 6.259 6.312 6.359 6.399 6.434 6.464 6.491 6.514 6.534 6.551 6.566 6.566 6.591 6.600 6.609 6.617 6.642 6.654 6.661 6.667
û
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Çizelge. 4- % 20 Bileşik Faiz Faktörleri Tek Ödeme Bileşik Değer Faktörü n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 40 45 50 oo
F/P 1.2000 1.4400 1.7280 2.0736 2.4883 2.9860 3.5832 4.2998 5.1598 6.1917 7.4301 8.9161 10.6993 12.8392 15.4070 18.4884 22.1861 26.6233 31.9480 38.3376 46.0051 55.2061 66.2474 79.4968 95.3962 114.4755 137.3706 164.8447 197.8136 237.3763 284.8516 341.8219 410.1863 492.2235 590.6682 1469 7716 3 657.2620 9 100.4382
Düzenli Eşit Ödeme
Bugünkü Değer Faktörü P/F
Eşit Ödeme Faktörü
0.8333 0.6944 0.5787 0.4823 0.4019 0.3349 0.2791 0.2326 0.1938 0.1615 0.1346 0.1122 0.0935 0.0779 0.0649 0.0541 0.0451 0.0376 0.0313 0.0261 0.0217 0.0181 0.0151 0.0126 0.0105 0.0087 0.0073 0.0061 0.0051 0.0042 0.0035 0.0029 0.0024 0.0020 0.0017 0.0007 00003 0.0001
1.00000 0.454 55 0.274 73 0.186 29 0.134 38 0.100 71 0.07742 0.060 61 0.048 08 0.038 52 0.031 10 0.025 26 0.020 62 0.016 89 0.013 88 0.011 44 0.009 44 0.007 81 0.006 46 0.005 36 0.004 44 0.003 69 0.003 07 0.002 55 0.002 12 0.001 76 0.001 47 0.001 22 0.001 02 0.000 85 0.000 70 0.000 59 0.000 49 0.000 41 0.000 34 0.00014 0.000 05 0.000 02
A/F
Yatırımın Geri ödeme Faktörü A/P
Bileşik Değer Faktörü F/A
Bugünkü Değer Faktörü P/A
1.200 00 0.654 55 0.474 73 0.386 29 0.334 38 0.300 71 0.277 42 0.260 61 0.248 08 0.238 52 0.231 10 0.225 26 0.220 62 0.216 89 0.213 88 0.211 44 0.209 44 0.207 81 0.206 46 0.205 36 0.204 44 0.203 69 0.203 07 0.202 55 0.202 12 0.201 76 0.201 47 0.201 22 0.201 02 0.200 85 0.200 70 0.200 59 0.200 49 0.200 41 0.200 34 0.200 14 0.200 05 0.200 02 0.200 00
1.000 2.200 3.640 5.368 7.442 9.930 12.916 16.499 20.799 25.959 32.150 39.581 48.497 59.196 72.035 87.442 105.931 128 117 154 740 186 688 225.026 271231 326.237 392.484 471.981 567.377 581 853 819.223 984.068 1 181.882 1 419.258 1 704.109 2 045.931 2.456.118 2 948.341 7 343.858 18 281.310 45 497.191
0.833 1.528 2.106 2.589 2.991 3.326 3.605 3.837 4.031 4.192 4.327 4.439 4.533 4.613 4.675 4.730 4.775 4.812 4.844 4.870 4.891 4.909 4.925 4.937 4.948 4.956 4.964 4.970 4.975 4.979 4.982 4.985 4.988 4.990 4.992 4.997 4.999 4.999 5.000
11-25
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ Çizelge. 5- % 25 Bileşik Faiz Faktörleri Tek Ödeme Bileşik Değer Faktörü F/P
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 40 45 50
11-26
1.2500 1.5625 1.9531 2.4414 3.0518 3.8147 4.7684 5.9605 7.4506 9.3132 11.6415 14.5519 18.1899 22.7374 28.4217 35.5271 44.4089 55.5112 69.3889 86.7362 108 4202 135.5253 169.4066 211.7582 264.6978 330.8722 413.5903 516.9879 646.2349 807.7936 1 009.7420 1 262.1774 1 577.7218 1 972.1523 2 465.1903 7 523.1S38 22 958.8740 70064.9232
Düzenli Eşit Ödeme
Bugünkü Değer Faktörü P/F
0.8000 0.6400 0.5120 0.4096 0.3277 0.2621 0.2097 0.1678 0.1342 0.1074 0.0859 0.0687 0.0550 0.0440 0.0352 0.0281 0.0225 0.0180 0.0144 0.0115 0.0092 0.0074 0.0059 0.0047 0.0038 0.0030 0.0024 0.0019 0.0015 0.0012 0.0010. 0.0008 0.0006 0.0005 0.0004 0.0001 0.0001 0.0000
Eşit Ödeme Faktörü A/F
1.000 00 0.444 44 0.262 30 0.173 44 0.121 85 0.088 82 0.066 34 0.050 40 0.038 76 0.030 07 0.023 49 0.018 45 0.014 54 0.01150 0.009 12 0.007 24 0.005 76 0.004 59 0.003 66 0.002 92 0.002 33 0.001 86 0.001 48 0.001 19 0.000 95 0.000 76 0.000 61 0.000 48 0.000 39 0.000 31 0.000 25 0.000 20 0.00016 0.00013 0.00010 0.000 01 0.000 01 0.000 00
Yatırımın Geri ödeme Faktörü A/P
1.250 00 0.694 44 0.512 30 0.423 44 0.371 85 0.338 82 0.316 34 0.300 40 0.288 76 0.280 07 0.273 49 0.268 45 0.264 54 0.261 50 0.259 12 0.257 24 0.255 76 0.254 59 0.253 66 0.252 92 0.252 33 0.251 86 0.251 48 0.251 19 0.250 95 0.250 76 0.250 61 0.250 48 0.250 39 0.250 31 0.250 25 0.250 20 0.250 16 0.250 13 0.250 10 0.250 01 0.250 01 0.250 00 0.250 00
Bileşik Değer
Bugünkü Değer
Faktörü F/A
Faktörü P/A
1.000 2.250 3.813 5.766 8.207 11.259 15.073 19.842 25.802 33.253 42.566 54 208 68.760 86.949 109.687 138.109 173.636 218.045 273.556 342.945 429.681 538.101 673.626 843.033 1 054.791 1 319.489 1 650.361 2 063.952 2 580.939 3 227.174 4 034.968 5 044.710 6 306.887 7 884.609 9 856.761 91 831.496 91 831.496 280 255.693
0.800 1.440 1.952 2.362 2.689 2.951 3.161 3.319 3.463 3.571 3.656 3.725 3.780 3.824 3.859 3.887 3.910 3.928 3.910 3.954 3.963 3.970 3.976 3.981 3.985 3.988 3.990 3.992 3.994 3.995 3.996 3.997 3.997 3.998 3.998 4.000 4.000 4.000 4.000
MÜHENDİSLİK EKONOMİSİ KAYNAKÇA (1) BARISH, N.N., and KAPLAN, S., Economic Analysis for Englneering and Managerial Decision Making Mc. Graw Hill, 1978. (2) BLANK, L.T., and TARQUtN, A.J., Engineerlng Economy Mc. Graw Hill, 1989. (3) BUSSY, L.E., The Ecnoomk Analysis of Industrial Projects Prentice HaU Inc., 1979. (4) FABRYCKY, W.J., and THUESEN, G.J., Economic Decision Analysis Prentice HaU Inc., 1980. (5) GRANT, EL., IRESON, W.G., and LEAVENWORTH, R.S., Principles of Engineering Economy John Wiley and Sons, 1990. (6) JELEN, F.C., Cost and Optimization Engineering Mc. Graw HU1, 1970. (7) KAVRAKOĞLU, î., Decision Ecomics Boğaziçi Üniversitesi Mezunlar Derneği, 1992. (8) PARK, C.S., and SHARP-BETTE, G.P., Advanced Engineering Economics John Wiley and Sons, 1990. (9) Yatırım Projelerinin Hazırlanması ve Değerlendirilmesi Devlet Yatırım Bankası Araştırma ve Dış Dişkiler Daire Başkanlığı, 1985.
11-27
M
MAKINA MÜHENDİSLİĞİ
E L KİTABI Cilt 1
ÜRETİM VE TASARIM Baskıya Hazırlayan A. Münir CERİT ( Makina Yük. Mühendisi) 2. Baskı
TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Ekim 1994
Yayın no: 169
tmmob makina mühendisleri odası
Sümer Sokak 36/1-A 06440 Demirtepe / ANKARA Tel : (0-312) 231 31 59 - 231 80 23 Fax : (0-312) 231 31 65
Yayın no : 169
ISBN : 975-395-124-8 (Tk. No) ISBN : 975-395-125-6 (1. Cilt)
Bu Yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO'nın izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. Ekim 1994 - Ankara
Dizgi: Ali Rıza Falcıoğlu (Makina Mühendisleri Odası) Baskı: MF Ltd. Şti. Tel: (0-312) 425 37 68
BOLUM 12 TESİS
PLANLAMASI
Hazırlayan Yrd. Doç. Dr. Canan SEPtL, ODTÜ End. Mühendisliği Bölümü
Sayfa 1. Tesis Yerinin Seçimi
02
2. Tesis Yerleşim Düzeni Tasannu 3. Nicel Çözümleme Modelleri ve Teknikleri KAYNAKÇA
04 14 23
12-01
TESİS PLANLAMASI Tesis planlaması, tanım olarak, bir endüstriyel kuruluşun en etkili biçimde çalıştırılabilmesi amacını göz önünde bulundurarak bu kuruluşun nerede kurulacağının saptanması ve kurulacak tesisin yerleştirme planının hazırlanmasıdır. Tanımdan da anlaşılacağı gibi tesis planlaması kavramını, kuruluş yeri seçimi ve tesis yerleşim düzeni tasarımı adı altında iki bölümde incelemek mümkündür. Burada ilk olarak kuruluş yeri seçimi ve tesis yerleşim düzeni tasarımı ayrı olarak incelenecektir. Daha sonraki bölümlerde ise genel olarak tesis planlaması için geliştirilmiş çözümsel model ve teknikler tanıtılacaktır. 1. TESİS YEKİNİN SEÇİMİ Yeni kurulan bir kuruluşun doğal olarak sorunlardan biri kuruluş yeri seçimidir. Ayrıca kuruluşlar stratejik kaynak kullanımı planları sonucunda kapasite artırımı kararına varabilirler. Kapasite artırımı varolan tesislerin genişletilmesi ile olabileceği gibi yeni bir tesisin kurulması ile de mümkün olabilir. Bazı kuruluşlar için varolan tesisler teknolojik eskime, değişen sosyal ve ekonomik durumlar nedeniyle elverişsiz duruma dönüşebilir. Kuruluşun daha etkin çalışması, maliyet kontrolü ve/veya daha iyi servise sunabilme olanağı gibi sebeplerle kuruluş özeksizleştirme kararı alabilir. Bütün bu durumlar yeni bir tesis iyin yer seçimi kararını getirebilir. Yeni tesis kurulması yüksek miktarlarda yatırım gerektirmekte ve kurulan tesisin uzun yıllar boyunca hizmet vermesi beklenmektedir. Yanlış bir tesis yeri seçimi kuruluş için uzun yıllar boyunca gereksiz yüksek masraflar doğurur. Tesis yeri seçimi kararı verilirken uzun vadede toplam tedarik, üretim ve dağıtım sistemi ile kuruluşun etkinliğini artırıcı bütün faktörler göz önünen alınmalı ve uzun vadede toplam maliyeti en azlayan ve etkinliği en çoklayan yerin seçimi yapılmalıdır. Tesis Yeri Seçimini Etkileyen Faktörler Yerleşim yeri seçimi genelde üç aşamada yapılır : a) Bölge seçimi b) il veya ilçe seçimi c) Konum yeri (arsa) seçimi Her aşamada yerleşim yeri seçimini etkileyen çok çeşitli faktörler vardır. Bu faktörlerden bazıları birden fazla aşamada geçerli olabilir ancak bu faktörler değişik aşamalarda değişik ekonomik düzeyde ele alınırlar. Bölge seçiminde tesisin kurulacağı coğrafi bölgenin seçimi yapılır. Burada ekonomik faktörlerin makıo düzeyde ele alınıp değerlendirilmesi yapılmalıdır. Bölge seçiminde değerlendirilmesi gereken faktörler şunlardır: a) Pazar Faktörü Yerleşim yeri seçimini etkileyen en önemli faktörlerden biri pazara yakınlıktır. Her üretim faaliyeti tüketicilerin bir ihtiyacını karşılamak üzere yapılmaktadır. Üretilen ürünün özelliğine göre, tüketiciler belli bir bölgede toplanmış bulunabilirler ya da yaygın bir halde olabilirler. Tüketicilerin bir bölgede yoğunlaşmış olması ya da üretilen ürünün dayanıksız tüketim malı olması, seçilecek yerin pazara yakın bir yer olmasını gerektirir. Tüketiciler dağınık bir durumda iseler yerin bütün tüketicilere en etkili şekilde ulaşılabilecek, taşıma giderlerini en azlayacak bir yer olması gerekmekledir. Ayrıca pazar yakınlığın iyi servis verebilme, tüketici ile iyi ilişki kurabilme gibi konularda etkisi önemlidir. b) Hammadde Faktörü Bütün endüstriyel kuruluşlar, üretim sistemi için gerekli hanı ve yardımcı maddeleri satın almak ve kurulacak tesise getirmek zorundadır. Hammadde giderleri ve taşıma giderleri üretim maliyetlerini direk olarak etkilemektedir. Maden ve tarım gibi sektörlerdeki kuruluşlar için hammaddeye yakınlık ve önemli faktörlerden biri olduğundan bu gibi kuruluşlar hammaddenin bulunduğu yeri kuruluş yeri olarak seçerler. Genellikle kuruluş yeri seçilirken hammadde ve yardımcı maddelerin taşıma giderlerinin göz önüne alınması gerekmektedir. Hammaddelerin şimdiki ve gelecekteki durumu da yer seçimini etkileyen önemli faktörlerdendir. c) işgücü Faktörü Üretim sisteminin en önemli girdilerinden olan işgücünün bulunabilirliği de kuruluş yeri seçimini etkileyen önemli faktörlerden biridir. Hem düz işgücünün, hem de kalifiye işgücünün kolaylıkla bulunabildiği yerleri seçmek kuruluşun etkili bir şekilde faaliyet göstermesini sağlayacaktır. d) Teşvik Tedbirleri Faktörü Devlet, öncelikle geri kalmış bölgelerde, bazen de istenilen bazı bölgelerde yatırımların yapılması için özen12-02
THSİS PLANLAMASI dil'ici bazı tedbirler alır. Özendirme tedbirleri iki türde olabilir: - Enerji, ulaştırma gibi alt yapı tesislerinin önceden devletçe yapılması, - Gelir vergisi veya gümrük vergisi gibi vergilerde indirim yapılması ya da muaf tutulması, kredi kolaylıkları gibi ted.irlerle yatırımcılara devletin destek olması. Kuruluş yeri seçiminde bu teşvik tedbirlerinin göz önüne alınması avantaj sağlayabilir. e) Zorlayıcı Önlemler Devlet sağlık, güvenlik ve benzeri nedenlerle bazı kuruluşlun belirli bölgelerin dışında kuruluş yeri seçmeye zorlar. Ağır saanyi kuruluşlarının sınırdan uzak kurulmaları, değişik endüstrilerin şehirden uzak kurulmaları gibi durumlar zorlayıcı önlemlere örnek olarak verilebilirler. f) iklim Faktörü İklim çalışanların sağlığı ve verimliliğini etkileyceği gibi üretim sistemini de doğrudan etkileyebilir. Yukarıda sayılan faktörler dışında yatırımcının şahsi tercihleri, enerji, su gibi kaynaklara yakınlık, topluluğun etkisi gibi faktörler de bölge seçimini etkileyebilir. Yukarıda sayılan faktörler dışında yatırımcının şahsi tercihleri, enerji, su gibi kaynaklara yakınlık, topluluğun etkisi gibi faktörler de bölge seçimini etkileyebilir. il veya ilçe seçimi yapılırken uzun vadede üretim faaliyetlerinin en verimli ve etkili şekilde yürütülmesini sağlayacak faktörler göz önüne alınmalıdır. Bu faktörlerin arasında, pazara hammaddeye yakınlık, ulaşım ve işgücü olanakları, enerji ve su kaynaklarına yakınlık, toplumsal yapı. yaşam koşullan bulunmaktadır. Arsa seçimi yapılırken ise günlük üretim kararlarını etkileyecek teknik faktörler ve mikro düzeyde ekonomik faktörler göz önüne alınmalıdır. Burada arazi fiyatları, arazinin topografik yapısı, inşaat maliyetleri, belediye hizmetleri, genişleme olanakları, ulaşım olanakları önemli faktörlerdendir. Değişik aşamalarda geçerli olan bu faktörleri parayla ifade edilebilen ve edilemeyen faktörler olarak sınıflandırmak mümkündür. Parayla ifade edilebilen faktörler ulaşım ya da malzeme aktarma giderleri, ücretler, enerji masrafları, vergiler, arsa fiyatları gibi faktörlerdir, l'ara ile ifade edilemeyen faktörler de değeri ölçülebilen (nitel) ve ölçülemeyen (nicel) faktörler olarak .sınıflandırılabilirler. Tesis Yeri Seçimi Analizi Yer seçiminin her aşamasında genellikle birkaç değişik seçenek yer bulunmaktadır. Bu seçeneklerin her bilimi önemli faktörler cinsinden değerlendirmek ve kuruluşun en etkili bir şekilde işletilmesini sağlayacak seçeneği seçmek gerekmektedir. Önemli faktörler sadece para ile ifade edilebilen faktörler ise, doğal olarak, seçeneklerden, belirli bir dönem içinde maliyeti en azlayacak ulan seçilmelidir. Bu seçim mühendislik ekonomisi kavramları kullanılarak yapılmalıdır. Ancak birçok durumlarda para ile ifade edilemeyen faktörler de belirli bir kuruluş için yer seçimini etkileyen önemli faktörlerdendir. Böyle durumlarda bütün faktörlerin genci değerlendirilmesi yapılarak seçeneklerden biri seçilir. Bu değerlendirmede faktörleri, mümkün okluğu kadar değeri ölçülebilecek cinsten ifade etmenin faydası vardır. Örnek olarak pazara yakınlık ulaşım giderleri dışında da önemli bir faktör olabilir. Bu faktör nitel bir faktör olarak görülebildiği gibi ortalama ulaşma süresi gibi saal cinsinden de ifade edilebilir. Böyle bir yaklaşımla ölçülebilir duruma getirelemeyen diğer bütün nitel faktörler için ise seçenekler 100 gibi ortak bir ölçek üzerinden grup uzlaşımı adı verilen yöntem ile puanlandırılırlar. Grup u/.laşımı yönteminde konuyla ilgili uzmaların belirli bir ölçeğe göre yaptıkları değerlendirmelerin ortalama birbirlerine yaklaştırmak için bazı ek çalışmaların yapıldığı grup uzlaşımı adı verilen yöntem ile puunlandırılarlar. Grup uzlaşımı yönteminde konuyla ilgili uzmanların belirli bir ölçeğe göre yaptıkları değerlendirmelerin ortalama değerleri alınır. Uzmanların birbirlerine göre çok farklı olan değerlendirmelerini birbirlerine yaklaştırmak için bazı ek çalışmaların yapıldığı grup uzlaşımı yöntemi ise "delphi tekniği" adı altında anılmaktadır. Nitel faktörler için kullanılan ölçeğe göre nicel faktörlerin de aynı ölçeğe indirgenmesi gerekir. 100 ortak ölçeği kullanıldığında bu indirgemeyi yapmak için. belirli bir faktör göz önünde alındığında, seçenekler arasında bu faktörün en çok ve en az istenen değerleri bulunur, liğer j faktörü için en çok islenen Cj ve en az istenen değeri A[ ile gösterirsek, i seçeneği için I'J: ile gösterilmiş j faktörü değerini r^ ile gösterilen değere aşağıdaki formülle indirgeyebiliriz: 12-03
TESİS PLANLAMASI r =
" c7x;
Örneğin tesis yeri olarak düşünülen üç değişik seçeneğin pazara yakınlıkları önemli bir faktör olarak görüldüğünde ortalama pazara ulaşma süresi saat cinsinden sırasıyla 4 saat, 14 saat ve 24 saat olarak verilmiştir. Bu örnekte j faktörü pazara yakınlığı gösterirken Aj değeri 24 ve Cj değeri ise 4 tür. Birinci seçenek için indirgenmiş faktör değeri verilen formülün kullanımıyla 100 olarak bulunurken, ikinci seçenek için 50, üçüncüsü için ise 0 olarak bulunur. Yer seçeneklerinden birinin seçiminin yapılabilmesi için gereken başka bir unsur da faktörlerin kuruluş için olan önemlerinin belirlenmesi, başka bir deyişle faktör ağırlıklarının belirlenmesidir, j faktörünün ağırlığı, Wj, sıfır ile bir arasında bir değer olarak ifade edilmeli ve bütün faktörlerin ağırlık toplamının bire eşit olması sağlanmalıdır. Burada faktör ağırlıkları grup uzlaşımı yöntemi ile bulunabilir. Her seçenek için indirgenmiş faktör değerleri ile faktör ağırlıklarının bilinmesi ile her seçeneğin toplam puanını hesaplamak mümkündür, n tane faktörün kullanıldığı bir durumda, i seçeneğinin toplam puanı, TPj. şöyle ifade edilebilir:
Böylece toplam punı en yüksek olan seçenek diğerlerine göre en elverişli olan seçenek olarak görülmelidir. Tesis yerleştirme problemlerinde geçerli olan ve daha önce tanımladığımız gibi birçok nitel ve nicel öğelerin göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Nicel öğelerden biri olan ulaşım giderlerinin katedilen uzaklık ile doğru orantılı olduğu göz önüne alındığında katedilen uzaklığı, böylece ulaşım giderlerini en azlayacak değişik modeller kurulabilir. Bu modeller üçüncü bölümde incelenecektir.
2. TESİS YERLEŞİM DÜZENİ TASARIMI Tesis yerleşim düzeni tasarımı, bir üretim ya da hizmet kuruluşunda, kuruluşun en etkin şekilde işletilmesini sağlayacak ve verimliliği artıracak şekilde bölümlerin, makinaların, yardımcı hizmet ve tesislerin yerlerinin belirlenmesi ve düzenlenmesidir. Tesis yerleşim düzeni tasarımı, her tasarım gibi sistem yaklaşımı ile çözümlenmelidir. Sistem yaklaşımının temel felsefesi sistemi oluşturan unsurların tümünün birden ele alınması ve yapılacak çalışmaların bir bütünsellik içinde yürütülmesidir. Sistem yaklaşımını oluşturan evreleri şöyle sıralamak mümkündür: a) Problemin tanımlanması b) Bilgilerin toplanması c) Çeşitli çözüm önerilerinin çıkarılması d) Önerilerin karşılaştırılıp en uygununun seçilmesi Bu aşamaları aşağıdaki şekilde incelemek mümkündür: Problemin Tanımlanması Tesis yerleşim düzeni problemi yeni bir tesis kurulduğu zaman ortaya çıkan bir problem olduğu gibi var olan bir kuruluşta da değişik ortamlarda göz önüne alınması gereken bir problemdir. Tesis yerleşim düzeni tasarımını gerektirebilecek gelişmeler şöyle sıralanabilir:
| * ık >
w» a) Üretimde yapılan değişiklikler b) Ürün tasarımında yapılan değişiklikler
>
r
•A
TESİS PLANLAMASI c) Üretim miktarlarının değiştirilmesi d) Üretim sürecinin değiştirilmesi e) Yeni makina ve teçhizatın alınması Ayrıca uzun zaman boyunca biriken problemlerin çözümü için de tesis yerleşim düzeninin yeniden gözden geçirilmesi gereği duyulabilir. Malzeme aktarma zamanlarının toplam üretim zamanına göre yüksek olması, kalabalık çalışma ortamları, yetersiz işlemler, makinalarda darboğazlar, açıklanamayan gecikmeler ve boş zamanlar ve kötü çalışma ortamı böyle durumlara ömek olarak gösterilebilir. Bu aşamada tasarımda kullanılan amaçlar tanımlanır. Sonraki aşamalarda geliştirilen çözüm önerilerinin karşılaştırılmalarında kullanılacak olan amaçlar ve etkinlik ölçüleri saptanır. Etkinlik ölçüleri önerilerin amacı ne denli gerçekleştirdiklerimi saptamada kullanılan değerlendirme ölçüleridir. Tesis yerleşim düzeni tasarımında çeşitli amaçlar tanımlanabilir: a) Toplam üretim süresinin enazlanması b) Malzeme aktarma giderlerinin enazlanması c) Makina, araç ve gereçlere yapılacak yatırımın enazlanması d) Makina ve işgücünden daha verimli bir şekilde faydalanılması e) Çalışanların rahatlığının ve güvenliğinin sağlanması f) Yan işlenmiş ürün yığılmalarının azaltılması Bir yerleştirme düzeni tasarımında bu amaçların tümünü saağlayan seçeneklerin üzerinde durulması beklenir. Kuruluş yeri seçimi probleminde geçerli olan faktörlerde olduğu gibi bu amaçların bir kısmı için nicel etkinlik ölçüleri tanımlamak mümkündür. Etkinlik ölçülerinden en çok kullanılanı malzeme aktarma giderleri ya da malzeme aktarmaları sırasında katedilen uzaklıktır. Bilgilerin Toplanması Yukarıda belirtilen ve yerleşim düzeni tasarımını gerektiren durumlar göz önüne alındığında, bu tasarımın diğer bazı tasarımlarla, özellikle ürün tasarımı, süreç tasarımı ve üretim planlaması ile içice olduğu ve birbirleri ile etkileşim içinde olduğu görülür. Bilgi toplama aşamasında amaç ürünler, üretim süreçleri ve üretim planlan hakkında veriler toplayıp bunların yerleşim düzeni tasannu için gerekli bilgilere dönüşmesidir. Ürün tasarımı, yerleşim düzeni tasarımını doğrudan etkilemektedir. Ürünün hangi hammaddelerden yapıldığı, üzerinde ne gibi işlemlerin yapıldığı yerleşim düzenini doğrudan etkiler. Ürün tasarımı hakkında gerekli bilgiler ürün resimlerinden, çizimlerden, prototiplerden, parça listelerinden, ürün ağaçlarından ve montaj çizelgelerinden elde edilebilir. Ürün ağaçlarının parça listelerinden farkı bir ürünün, içindeki parçalarla olan ilişkisini hiyerarşik bir şekilde göstermesidir. Montaj çizelgeleri bir ürünün üzerinde yapılacak tüm işlem ve montajların sırasını gösteren grafiksel bir gösterimdir. Süreç tasarımından bir üründe kullanılan parçaların kuruluş dışından mı alınacağı yoksa kuruluş içinde mi üretileceği; parçaların üretiminin nasıl yapılacağı; hangi makina araç ve gereçlerin kullanılacağı; operasyonların ne kadar zamanda yapılacağı gibi bilgiler elde edilebilir. Bu veriler operasyon çizelgeler ve rota çizelgelerinden elde edilebilir. Operasyon çizelgesinde üretim için gerekli olan işlemleri, işlemlerin yapılması gereken şurayı, kullanılması gereken makina araç ve gereçleri, parça başına makina hazırlama ve işleme zamanlan gösterilir. Süreç tasarımı ile ilgili veriler toplanırken, var olan süreç taşırımın in en iyi süreci tanımlaması özen göstermek gerekmektedir. Etkili bir yerleşim düzeni taşırımı için, var olan ancak düzeltilmesi gereken süreçler değil, en uygun sürecin tanımlanası gerekir. Üretim planlarından ise ürünlerin üretim zamanları ve miktarları ile ilgili bilgiler toplanır. Üretim için gerekli makina, araç ve gereç sayısı, iş gücü gereksinimleri üretim planlanndan elde edilir. Bunların dışında üretim faaliyetlerinin sağlıklı bir şekilde yürütülmesini sağlamak için gerekli olan yardımcı 12-05
TESİS PLANLAMASI hizmet veren bölümler ile ilgili bilgiler de toplanmalıdır. Bakım, onanm, takım odası, soyunma odalan, yükleme ve teslim alma alanlan, depo alanları, kafeterya ve sağlık odalan gibi hizmet alanlan hakkındaki bilgiler bunlara örnektir. Çözüm Önerilerinin Geliştirilmesi Çözüm önerilerinin geliştirilmesi aşamasında "Sistematik Yerleşim Düzeni Tasannu" adı ile anılan Muther (S) tarafından bulunmuş ve Francis, White (2) tarafından geliştirilmiş olan yaklaşım kullanılır. Bu yaklaşım Şekil. 1 de özetlenmiştir.
TTTT
İLİŞKİ ÇİZITI
ALAN GEREKSİNİMLERİ
MEVCUT ALAN
" ALAN IUŞKI ÇİZITI
DEĞİŞİKLİK ÖNERLERİ
~~ ^ NİCEL ÇÖZÜMLEME
-«.
fr
KISITLAMALAR
YERLEŞTİRME SEÇENEKLERİNİN GELİSTIRIIMESI
DEĞERLENDİRME
Şekil. 1- Sistematik yerleşim düzeni tasarımı aşamaları Şekil. 1 de göstirlen aşamalar şöyle incelenebilir: Hareket Analizi: Ürün tasarımı, süreç tasarımı ve üretim planlamasından gerekli bilgiler elde edildikten sonra, hareket analizinde malzemelerin, parçaların, ürünlerin ve çeşitli araçların değişik makina ve bölümler arasındaki hareketlerinin sayısal olarak özellikleri saptanır. Hareketin Niceliğini Etkileyen Faktörler: Hareketin niceliğini etkileyen çok çeşitli faktörlerden bahsetmek mümkündür. Bunların arasında ürün sayısı, ürünlerin içerdiği parça ve işlem sayısı, sürecin tipi gibi ürüne ve sürece bağlı faktörler sayılabilir. Ayrıca mevcut alan kısıtlamaları, kullanılacak depolama yöntemleri hareketin niceliğini etkileyen faktörlerdendir. Bunların dışında hareketin niceliğini etkileyen en önemli faktörlerden biri yerleştirme düzeni türüdür. Genel olanak dört çeşit yerleştirme düzeni vardır: a. Sabit konum yerleştirme düzeni b. Ürüne göre yerleştirme düzeni c. Grup yerleştirme düzeni d. Sürece göre yerleştirme düzeni 12-06
TESİS PLANLAMASI Sabit konum yerleştirme düzeninde üretilen ürün değişmez bir konumda durmakta, gerekli makina ve servisler ürüne getirilmektedir. Bu yerleşim düzeni daha çok gemi ve uçak gibi çok büyük yer kaplayan ürünler için kullanılır. Ürüne göre yerleştirme düzeninde ürünün üretiminde kullanılan makina ve yardımcı servislerin ürün işlem sırasına göre yerleştirmesi yapılır. Ürüne göre yerleştirmede makinalar değişik ürünler tarafından paylaşümadığından makinalardan yararlanma oranlarının yüksek olmasını sağlamak için ancak üretim hacmi çok yüksek olan ürünler için bu yerleştirme şekli uygun olmaktadır. Sürece göre yerleştirme düzeninde ise aynı ya da benzer tip makina ve servisler birbirlerine yakın yerleştirilirler. Bu tip yerleştirme düzeni genellikle çok sayıda ürünün, göreceli olarak az hacimde üretildiği işletmelerde kullanılır. Grup yerleşim düzeni ise ürüne göre yerletirme düzeni ile sürece göre yerleştirme düzeninin bir ara noktası olarak görülebilir. Bu yerleşim düzeni, ürünlerin üretim hacimleri ürüne göre yerleştirme düzenim uygun kılacak büyüklükte olmadığı durumlarda, bazı ürünleri kendi içlerinde gruplandırıp. gruba göre yerleştirme düzeni yapılmasıyla oluşmuş bir düzendir. Ürünlerin kendi aralarında gruplandırılmaîan Grup Teknolojisi adlı çalışmaların sonucunda yapılır. Değişik yerleştirme düzenlerinin şematik görünümü Şekil. 2 de gösterilmiştir. riz:
Değişik yerleşim düzenlerini karşılaştırabilmek için her birinin yararlarını ve sakıncalarını şöyle sıralayabiliSabit konum yerleştirme düzeninin yararlan: 1. Yan işlenmiş ürün hareketi azdır. 2. Ekip çalışması yapılması işten duyulan zevki artınp sorumluluğu fazlalaştırır. 3. Ürün tasarımındaki ve üretim hacmindeki değişikliklere karşı esnektir. Sabit konum yerleştirme düzeninin sakıncaları: 1. İnsan ve araç gereçlerin hareketi fazladır. 2. İşgücü için yüksek beceri ister. 3. Makinalardan yararlanma oranlan düşüktür. 4. Malzeme ve makinaların yerleştirilmeleri zor olabilir. Ürüne göre yerleştirme düzeninin yararları: 1. Üretimde kullanılan makina ve servisler ürünün üzerinde yapılan operasyon sırasına göre yerleştirildiğinden düzgün ve ussal bir akım hattı oluşur. 2. Operasyonlar arasında biriktirilen yan-işlenmiş stok mikan düşüktür ve stoklama alanları az yer kaplar. 3. Birim üretim zamanı düşüktür. 4. Malzeme aktarma giderleri düşüktür. 5. Üretim hattında gerekli olan beceri düşük seviyeli olduğundan eğitim kolay, kısa ve ucuzdur. 6. Ürünün hareketi belirli bir sıra izlediği için üretim planlama ve kontrol sistemi karmaşık değildir. Ürüne göre yerleştirme düzeninin sakıncaları: 1. Yerleşim düzeni ürüne göre belirlendiği için üretim tasarımındaki değişiklikler, yerleşim düzeninde büyük değişikliklere neden olabilir. 12-07
TESİS PLANLAMASI
( a ) SABİT KONUM YERLEŞTİRME DÜZENİ
ı "1
1
LJ
TOHN»
|
**| MATKAP
I
1
PlANYA
I
~*|
|
"*
1 *»»
ı
MATKAP
•(
ICJC
1
T
""*[_
S
«L
ı—ı
2—-
|
( b ) ÜRÜNE GÖRE YERLEŞTİRME DÜZENİ
— -H
I
]
MATKAP
I AGRUBU
BGRUBU
J ( c ) GRUP YERLEŞTİRME DÜZENİ
( d ) SÜRECE GÖRE YERLEŞTİRME DÜZENİ
Şekil. 2- Değişik yerleştirme düzenleri 12-08
j—-
t
L—-»
TESİS PLANLAMASI 2. Üretim hattındaki makinalardan birinin bozulması bütün hattın durmasına neden olabilir. 3. Üretim hızı hattaki en yavaş makinanın hızı ile kısıtlanır. 4. Özel amaçlı makinalar kullanıldığı için makinalara yapılan yatırım diğer yerleştirme düzenlerinin gerektirdiği yatırıma göre daha yüksektir. Grup yerleştirme düzeninin yararları: 1. Ürüne göre yerleştirme düzenine göre makinalardan yararlanma oranları daha yüksektir. 2. Daha genel amaçlı makinaların kullanılması makinalara yapılan yatırımı ürüne göre yerleştirme düzenine göre daha azaltır. 3. Malzeme aktarma sırasında katedilen uzaklık sürece göre yerleştirme düzenine göre daha kısadır. Grup yerleştirme düzeninin sakıncaları: 1. Ürüne göre yerleştirme düzeninde gereken işgücünün seviyesi daha yüksektir. 2. Sürece göre yerleştirme düzenine göre makinalardan yararlanma oranlan daha düşüktür. 3. Grup içinde dengelenmiş malzeme akımı olmadığı durumlarda yarı işlenmiş stok miktarları yüksek olabilir. Sürece göre yerleştirme düzeninin yararları: 1. Makinalardan yararlanma oranları yüksek olduğundan göreceli olarak az sayıda mikanaya ihtiyaç duyulur. Böylece makinalara daha az yatırım gerektirir. 2. Ürün ve süreç tasarımındaki değişikliklere karşı esnektir. 3. Gözetim daha kolay ve etkilidir. 4. Bir makinanın bozulması durumunda işler diğer makinalara kaydırılabileceği için üretim durmaz. Sürece göre yerleştirme düzeninin sakıncaları: 1. Birim üretim zamanı daha uzundur. 2. Üretim planlama ve kontrol sistemi daha karmaşıktır. 3. Yan-işlenmiş stok miktarları daha yüksektir. Böylece daha fazla depolama yeri ve stoğa yatırım gerektirir. 4. işgücü için daha yüksek beceri ister. Ürüne göre yerleşim düzeni genellikle üretim hacmi yüksek olan az sayıda ürünün üretildiği kuruluşlarda; sürece göre yerleşim düzeni ise genellikle üretim hacmi çok yüksek olmayan çok sayıda ürünün üretildiği kuruluşlarda kullanılır. Ancak bir çok kuruluşta bu düzenlerin karma bir şekilde kullanıldığı gözlenmektedir. Kuruluş için uygun olan yerleşim düzenlerinin belirlenmesinde Şekil. 3 de gösterildiği gibi ürün çeşitleri ve üretim hacimlerinin karşılaştırıldığı çizitlerden faydalanarak üretim hacmi yüksek olan ürünler için ürüne göre yerleşim düzeni, üretim hacmi düşük olan ürünler için sürece göre yerleşim düzeni ve üretim hacmi ortalama bir değer olan ürünler için ise grup yerleşim düzeni kullanılabilir.
12-09
TESİS PLANLAMASI ÜRÜNE GÖRE YERLEŞTİRME
GRUP YERLEŞTİRME
SÜRECE GÖRE YERLEŞTİRME
ÜRETİM HACİMLERİ
ÜRÜN
YERLEŞTİRME
Şekil. 3- Yerleşim düzeni tipinin belirlenmesinde kullanılan ürün çeşit-hacim çiziti Hareket Niceliğinin Ölçülmesi: Yerleşim düzeni tipi ve hareketin niceliğini etkileyen diğer bütün faktörlerin etkisinin göz önünde alınmasıyla değişik ürünler için malzemelerin ve yan işlenmiş ürünlerin tesis içindeki hareketlerinin incelenmesi ve ölçülmesi gerekir. Bu amaçla işlem süreç çizitleri, çok ürünlü çizitleri ve gezi çizelgelerinden faydalanılır. İşlem süreç çizitleri işlemlerin yuvarlaklar, kontrollerin kareler, aktarmaların oklar, depolamaların üçgenler ve duraksamaların D harfi ile gösterildiği grafiksel çizitlerdir. Ürüne göre yerleşim düzeni uygulamasına karar verilen ürünler için malzeme akımları süreç çizitlerinin yardımıyla çıkanlır. Bu tip ürünlerin sayısı fazla olduğu durumlarda ise çok ürünlü süreç çizitlerinden faydalanılır. Gezi çizelgeleri ise grup ve sürece göre yerleşim düzenlerinden kullanılan bir araçtır. Gezi çizelgesi malzemelerin, parçaların, işçilerin ya da malzeme aktarma araçlarının değşik bölüm ya da makinalar arasında belli bir zaman dönemindeki hareketlerini sayısal olarak gösteren bir çizelgedir. Ürünlerin süreçlerinden faydalanarak ve üretim planlarından elde edilen üretim miktarları ve üretim zamanlarını kullanarak değişik makina ve bölümler arasındaki hareket sayısal olarak belirlenip gezi çizelgeleri oluşturulur. Bu çizelgeler makina ve bölümlerin yerleştirilmelerinde büyük önem taşır. Aralarında sayısal olarak çok hareket bulunan makina ve bölümlerin birbirlerine yakın yerleştirilmelerine özen göstermek gerekmektedir. /Ufki Analizi: Hareket analizinde tesis içindeki değişik bölüm, makina ve yardımcı tesisler arasındaki nicel olarak ifade edilebilen ilişkiler incelenir. İlişki analizinde ise tesis içindeki değişik bölüm, makina ve yardımcı tesisler arasında nitel olarak ifade edilebilen ilişkiler ilişki çizelgesi üzerinde toplanır, ilişki çizelgesinde bölümler arasındaki nitel ilişkiler göz önüne alınarak iki bölüm arasında istenen yakınlık derecesi belirlenir. Şekil. 4 de gösterilen ilişki çizelgesinden ve görülebileceği gibi istenen yakınlık derecesi altı değişik harf ile belirtilmekte ve istenen yakınlık derecesini gösteren harflerin hangi gerekçe ile yazıldığı belirtilmektedir. Şekil. 4- İlişki çizelgesi 12-10
TESİS PLANLAMASI
NSEN
TESLİM ALMA
^
^
1. Görüşme gereksinimi 2. Aynı eşyayı paylaşma 3. Kolaylık
^
^^Z~Z^^>^
GÖM3ERME
DEPOLAMA
^^ZT^^^TZ^ ^f^ZTZ^^^^Z^^>^
BAKIM VE ONARIM
Ş ^ Ş ^ Ş ^ Ş ^
ALETODAS, SEKRETER
^
BAŞMÜHENDİS
^
S >
^
"
^
^
YAKINLIK DERECELERİ A E I 0 X
KESİNLİKLE GEREKLİ ÇOK ÖNEMLİ ÖNEMLİ İSTENİR İSTENMEZ
Şekil.4- İlişki Çizelgesi istenen yakınlık derecelerini açıklayan bazı nedenler şunlar olabilir: a) Gözetim ve kontrol b) Yönetim istekleri c) Aynı çalışanı paylaşma d) Kolaylık e) Görüşme gereği İlişki Çiziti: Nicel ilişkilerin gezi çizelgelerinde ve nitel ilişkilerin ilişki çizelgesinde özeüenmesinden sonra bu ilişkiler bir bütün olarak ilişki çiziti üzerinde gösterilir, ilişki çizitinde her bölüm ya da makina arasında istenilen yakınlık derecesi çeşitli sayılarda çizgiler çizilerek gösterilir. Burada dört çizgi bölUmlerarası yakınlığın çok önemli olduğunu, tek çizgi ise normal yakınlığın uygun olduğunu göstermektedir. Yakınlığı arzu edilmeyen bölümler arasında ise kırık çizgiler çizilir. Şekil. 5 de bir ilişki çiziti gösterilmiştir.
12-11
TESİS PLANLAMASI
1
2
3
5
6
S.
N \
4
Şekil. 5- İlişki çlziti
Alan Gereksinimleri ve Mevcut Alan
İlişki çizitinin hazırlanmasından sonra bu çizitte bulunan bölümlerin alanlarının hesaplanması ve buna göre blok planların çizilmesi gerekmektedir. Bölüm alan hesaplanmasının en önemli bilgi gereksinimi bölümlerde bulunan makina ve araçlann tip ve sayılandır. Kullanılacak makinaların tipleri ile ilgili bilgiler süreç tasarımından, amaçlanan üretimi sağlamak için gerekli olan makina sayılan ise kapasite ve üretim planlarından elde edilmelidir. Makinaların tiplerinin bilinmesi ile bu makinaların boyutları, enerji, su gibi gereksinimleri belirlenir. Bölüm alan gereksinimlerinin hesaplanmasında makina ve araçların dışında aşağıda belirtilen etkinlikler için de alan ayrılması gerekmektedir: a) Hammadde, yan mamul ürün ve ürün depolama b) Yardımcı araç ve alet depolama c) Malzeme giriş ve çıkışları d) Ara geçiş yolları e) Bakım-onarım faaliyetleri f) Kalite kontrol faaliyetleri g) Gözetim faaliyetleri Alan gereksinimlerinin hesaplanmasında kullanılan değişik yöntemler bulunmaktadır. Bunları şöyle özetlemek mümkündür: a) Üretim merkezi yöntemi Bu yöntemde öncelikle bir tek makinanın uygun bir şekilde çalışması için gerekli olan alan hesaplanır. Burada bu makinanın çalıştırılması için gereksinim duyulan çalışma alanı, kullanılan yardımcı araçlar, yardımcı servislerve depobama için gerken alan ile ara yollar için gereken alan hesaplanır. Daha sonra bir tek makina için gereken bu alan benzer makina sayısı ile çarpılıp bölüm alan gereksinimi hesaplanır. Üretim ile ilgili alanların bulunmasında en çok kullanılan yöntem bu yöntemdir. b) Dönüştürme yöntemi Bu yöntemde bölümlerin şimdiki durumda kapladıkları alan bulunup önerilen yerleştirme düzeninde yapılması düşünülen değişiklikler göz önüne alınarak yeni düzen için alan gereksinimleri hesaplanır. Bu yöntem genellikle hizmet ve depolama alan gereksinimlerinin hesaplanmasında kullanılır. c) Alan standardları yöntemi 12-12
TESÎS PLANLAMASI Bu yöntemde değişik endüstrilerde kullanılan çeşitli makina ve araç için geliştirilmiş olan alan standardlanndan faydalanılır. Ancak bu standardların hesaplanmasında kullanılan varsayımların ne olduklarının bilinmesi ve şimdii duruma uygun olduklarının tespit edilmesinden sonra bu yöntemin kullanılması gerekir. d) Kabataslak yerleştirme yöntemi Bu yöntemde ölçekli bir plan üzerinde ölçekli modellerle kabataslak yerleştirme yapılıp bölümlerin alan gereksinimleri hesaplanır. e) Oranlama yöntemi Genellikle büyük depolar gibi genel yerlerin alan gereksinimlerinin bulunmasında kullanılan bu yöntemde alan ile ölçülebilir faktörler arasında belirli bir oran kullanılır, örnek olarak birim üretim başına m2, kişi başına m2 oranlan kullanılabilir. Geçmiş dönemler için geçerli oranlar bulunduktan sonra geliştirilmekte olan yerleşim düzenleri için bu oranlar geleceğe yansıtılır. Alan ilişki Çizili: Alan ilişki çizitleri, ilişki çizitinde olduğu gibi, her bölüm ya makina arasında istenilen yakınlık derecei çeşitli sayılarda çizgiler çizilerek hazırlanır. Ancak burada bölümlerin alanları da göz önüne alınır. Çözüm Önerilerinin Karşılaştırılması ve Seçim Alan ilişki çizitleri ve alan kısıtlamaları göz önüne alınarak blok planların hazırlanması gerekir. Blok planlarının hazırlanması aşamasında tasarımın amaçlarını göz önünde bulundurarak ve bölüm. 3 de tanıtılacak nicel çözümleme tekniklerinden de yararlanarak çeşitli çözüm önerileri geliştirilmelidir. Bu çözüm önerilerinin değişik amaçlan nasıl karşıladıktan tesis yeri seçimi bölümünde bahsedilen faktör analizi metoduyla çözümlenip en uygun önerinin bulunması mümkündür. Yerleşim düzeni tasarımında bilgisayarların kullanılması 1960 lı yılların başından beri görülmektedir. Ancak son yıllarda veri tabanı yönetim sistemleri ve bilgisayar destekli tasarım sistemlerinde görülen ilerlemeler yerleşim düzeni tasarımının her aşamasında bilgisayar kullanılmasını kolaylaştırmıştır. Bilgilerin toplanması aşamasında veri tabanı yönetim sistemlerinden yararlanarak verileri toparlayıp bunları gezi çizelgelerine dönüştürmek mümkündür. Bilgisayar destekli tasarım sistemlerinin yardımıyla tasarım çizimlerinin oluşturulması, değiştirilmesi ve saklanması mümkün olmaktadır. Değişik seçeneklerin geliştirilmesinde kullanılmak üzere ise 1960 lı yıllarınbaşından beri çeşitli sezgisel yöntemler kulandan bilgisayar destekli algoritmalar geliştirilmektedir, sezgisel yöntemler yapı ve büyüklük yönünden en iyi sonuca kabul edilebilir bir sürede ulaşmakta sorun çıkaran problemlerin çözümünde kullanılırlar. Bu yöntemler belirli bir mantık içinde geliştirilmiş deneme ve yanılma tipi yöntemlerdir ki en iyi ya da en iyiye yakın sonuçlara hızlı bir şekilde ulaşmayı hedeflerler. Bilgisayar destekli tesis yerleşim düzeni ve sezgisel yöntemlerini kullanan modeller genel olarak iki bölümde incelenebilir. a) Kurucu modeller : Bu tip modellerde boş bir alandan başlanarak belirli bir değerlendirme ölçütüne göre bölümler tek tek ele alınıp bu alana yerleştirilir ve sonuçta bir blok plan elde edilir. Kurucu modellere örnek olarak başlıca CORELAP, ALDEP, PLANET verilebilir. Bu modellerde değerlendirme ölçütü olarak genellikle ilişki çizelgesi ve ilişki çizitinde çeşitli bölümler arasında arzu edilen yakınlıkları gösteren harf ve çizgilere karşılık gelen sabit değerleri kullanılır. Amaç toplam yakınlık derecesini alan kısıtları altında sayısal olarak enfazlayan yerleşim düzenini elde etmektir. b) Geliştirici modeller: Bu tip modellere girdi olarak kurucu model girdilerine ek olarak bir başlangıç yerleştirme düzeni planı verilir. Bu modeller, verilen yerleştirme düzeninden yola çıkarak ve belirli bir değerlendirme ölçütüne göre plan üzerinde bölümlerin birbirleriyle yerlerini değiştirerek iyileştirilmiş bir yerleştirme düzeni planı elde ederler. Bu modellere örnek olarak CRAFT verilebilir. Burada kullanılan değerlendirme ölçütü ise malzeme aktarma uzaklıklarına doğru orantılı olduğu kab.ul edilen malzeme aktarma giderleridir ve amaç kısıtları altında toplam malzeme aktarma giderlerini enazlayan yerleşim düzenini elde etmektedir.
12-13
TESÎS PLANLAMASI 3. NİCEL ÇÖZÜMLEME MODELLERİ VE TEKNİKLERİ Tesis yeri seçiminde ve tesis yerleşim düzeni tasarımında kullanılan bazı yöneylem araştırması modelleri ve çözüm teknikleri bu bölümde incelenecektir. Tesis planlamasında kullanılan modelleri başlıca iki bölümde incelemek mümkündür. Bunlar düzlemsel tesis yerleştirme modelleri ve aynk yerleşim modelleridir. Düzlemsel Tesis Yerleştirme Modelleri Düzlemsel tesis yerleştirme problemlerinde var olan tesisler ile eetkileşim içerisinde olacak bir ya da daha fazla yeni tesisin düzlem üzerindeki herhangi bir noktaya yerleştirilmesi problemi ele alınmaktadır. Burada kullanılan tesis tanımı içinde farbira, depo gibi endüstriyel kuruluşlar ya da hastane, kütüphane, itfaiye gibi servis kuruluşları olabileceği gibi bu kuruluşların içinde yer alan malana, bölüm gibi kuruluş alt parçaları da olabilir. Bu modellerde yeni ve var olan tesisler bir nokta ile gösterilmekte, böylece tesislerin kapladıktan alan sıfır olarak varsayılmaktadır. Tesis yerleşimi ile ilgili olarak sabit giderler göz önüne alınmamaktadır. Böylece sabit giderlerin seçilecek yerden bağımsız olduğu varsayımı yapılmaktadır. Burada sabit giderlerin içine arsa Hatları, kira giderleri, inşaat giderleri gibi sabit pozisyon ile ilgili giderler girebilir. Diğer bir varsayım ise yerleştirilecek yeni tesisler ile var olan tesisler arasındaki etkileşimin sabit olarak alındığı yani seçilecek yerlerden bağımsız olduğudur. Düzlemsel tesis yerleştirme modelleri kullanılan amaç fonksiyonunun özelliklerine göre değişiklik gösterirlere. En çok kullanılan amaç fonksiyonu, toplam yıllık malzeme aktarma giderlerini enazlamayı amaçlamaktadır. Bu amaç altında çeşitli uzaklık ölçülerine göre geliştirilmiş çeşitli model ve çözüm teknikleri bulunmaktadır. Dilzlemsel Tek Tesis Yerleştirme Modelleri: Bu bölümde önce bahsedilen modellerin en basiti olan düzlemsel tek tesis yerleştirme problemi ele alınacaktır. Düzlemsel tek tesis yerleştirme problemi aşağıdaki şekilde açıklanabilir: Bilinmeyen X = (x, y) noktasına yerleştirilecek bir yeni tesis P,, P2 ,... Pm (Pj = (a^ bj)) bilinen noktalarında yerleşik olan m tesisle etkileşim içinde olacaktır. Problemin girdilerinden biri olan w,, i=l, nunmm, m değerleri belirli bir dönemde, mesela yılda, X ve P, noktalan arasındaki etkileşimi gösteren ağırlık değerleridir ki bunlar belirli bir dönemde iki nokta arasındaki toplam malzeme aktarma sayısını, tj, ya da malzeme aktarma sayısının, bir birim uzaklık maliyeti, q, ile çarpılmış değerini, c^, göstermektedir. d(X, P,) ise X ve P, arasındaki uzaklığı simgelerse toplam yıllık malzeme aktarma giderini enazlayacak model aşağıdai şekilde yazılabilir.
enazla
f(X)= f(x,y)= £ ı-ı
Burada d(X, P,) uzaklık ölçüsünü değişik şekillerde tanımlamak mümkündür. En çok kullanılan uzaklık ölçüleri metropolitan uzaklık, öklid uzaklık ve çebişev uzaklıktır. Metropolitan uzaklık iki nokta arasındaki malzeme aktarma işlemleri bina içinde birbirine dik koridorlar boyunca yapıldığında ya da kent içinde birbirine dik sokaklar boyunca yapıldığında ortaya çıkan uzaklıktır. Öklid uzaklık ise iki nokta arasındaki düz çizgi uzaklığıdu- ki bu uzaklık malzeme aktarma işlemleri iki nokta arasında kısıtsız olarak yapılırsa ortaya çıkar. Çebişev uzaklık ise özellikle özişlerleştirilmiş depolama sistemlerinde geçerli olan uzaklıktır. Böyle sistemlerde depolama aracı yatay ve dikey yönlerde aynı anda hareket edebilmektedir. Böylece iki nokta arasındaki uzaklık yatay ya da dikey yöndeki en fazla uzaklığa eşittir. Toplam malzeme aktarma giderini enazlayan bu modellerin dışında en fazla uzaklığı ya da gideri enazalayan modeller de vardır. Çebişev uzaklık ile ilgili modellerin de kapsandığı bu tip model ve çözüm teknikleri burada işlenmeyecektir. Bu konularla ilgili detaylı bilgi Francis ve White in (2) nolu kaynakçasında bulunabilir, uzaklık ölçüsü olarak metropolitan ve Öklid uzaklıkları kullanan ve toplam malzeme aktarma giderini enazlayan modeller aşağıdaki bölümlerde incelenecektir. Metropolitan Uzaklık Tek Tesis Yerleştirme Modeli: Metropolitan uzaklık kullanıldığından (1) numaralı formül aşağıdaki şekilde yazılabilir. 12-14
TESİS PLANLAMASI enazla f(X> f(x,y)= f > , ( 1 x-a.l +1 y-b,l)
(2)
f(x) fonksiyonu incelendiğinde, bu fonksiyonun birbirinden bağımsız iki fonksiyon ile ifade edilebildiği görülmektedir. x e bağlı fj (x) ve y ye bağlı f2 (y) fonksyionlan aşağıdaki şekilde tanımlanırsa
(2) numaralı formül aşağıdaki şekilde yazılabilir, enazla f(X) = enazla f, (x) + enazla f2 (y) x, y
x
y
Böylece yeni tesis için x-yönünde malzeme aktarma giderini enazlayacak x-koordinatı ve y-yönünde malzeme aktarma giderini enazlayacak y-koordinatı birbirinden bağımsız olarak bulunabilir. Bu modelin çözüm tekniği bir örnek aracılığı ile tanıtılacaktır. örnek: Bir fabrikaya yeni bir makina alınacaktır ve bu makina ile varolan dört makina arasında malzeme akımı olacaktır. Varolan makinalann koordinatları ile günlük aktarılan öbek sayıları, w t , aşağıda tabloda verilmiştir. Varolan Makinalar 1
2
(5,3) 1
3 (2,4)
4
(1,5)
3,6)
3
4
2
Burada fj(x) = 4 I x-l I + 2 I x-2 I + 3 I x-3 I + 1 I x-5 I ve h(y) = 1 I y-3 I + 2 I y-4 I + 3 I y-5 I + 4 I y-6 I olarak tanımlanır. Örnekte f,(x) fonksiyonunu enazlayan x noktasının bulunması incelenecek, aynı yöntemi f,(y) fonksiyonunun bulunmasında da kullanılacaktır. Şekil. 6 da örnek f ,(x) fonksiyonunun grafiksel çizimi verilmiştir. Şekil. 6 da görüldüğü gibi fL(x) fonksiyonunu enazalyan x noktası fonksiyonun eğiminin artı olmayan değerden eksi olmayan değere geçtiği noktadır. ft(x) fonksiyonu tüm aralıklarda aşağıdaki şekilde incelenebilir. [0,1] aralığında f, (x) = 4(1 - x) + 2(2-x) + 3(3-x) + l(5-x) = 22-10x [ 1,2] aralığında f, (x) = 4(x -1) + 2(2-x) + 3(3-x) + 1 (5-x) = 14-2x [2,3] aralığında f, (x) = 4(x -1) + 2(2-x) + 3(3-x) + 1 (5-x) = 6+2x [3,5] aralığında f, (x) = 4(x -1) + 2(2-x) + 3(3-x) + l(5-x) = -12+8x [5,a] aralığında f, (x) = 4(x -1) + 2(2-x) + 3(3-x) + l(5-x) = -22+10x 12-15
TESİS PLANLAMASI
24
3 | X-3 |
| X-5 |
Şekil. 6- Örnek f, (x) fonksiyonu Fonksiyonun ilk aralıktaki eğimi ağırlık değerlerinin toplamının eksilisi, (-^Wj=-W)
te
j
; son aralıktaki eğimi ise ağırlık değerlerinin toplamıdır. Diğer aralıklarda fonksiyonun eğimi ise
aşağıda belirtilen özelliği taşımaktadır. Belirli bir aralıkta fonksiyonun eğimi bir öneki aralıktaki eğime iki aralık arasındaki ortak noktanın, a; noktasının ağırlık değerinin iki katının eklenmesi ile bulunur. Bu bilgiler ışığında problemin çözümü için şu yöntem kullanılabilir, tik aralıkta tanımlı olan -W eğinliyle başlayıp, bir sonraki aralığa geçerken iki aralık arasındaki orak noktanın, aj noktasının, ağırlık değerinin iki katının eklenmesi ile yeni eğim bulunur. Bu işlem eğimin artı olmayan değerden eksi olmayan değere geçtiği ara nokta fonksiyonu enazlayan noktadır. Örnekte bu nokta x=2 noktasıdır. Problemin çözümü için kullanılan Haşka bir yöntem ise x-koordinatının en solunda bulunan a( noktasından başlayarak noktaların ağırlıktık değerlerinin kısmi toplamlarının bulunması ve bu değerlerin W/2 den büyük olduğu ilk a noktası fj (x) fonksiyonunu enuzlayan noktadır. Örnekteki ilk kısmi toplam Tj = 4, ikinci kısmi toplam T2 = 6, üçüncü kısmi değer T3 = 9, dördüncü kısmi değer T4 = 10 dur. W/2 değeri 5 olduğuna göre x koordinatı üzerinde soldan ikinci sıradaki af = 2 noktası fonksiyonu enazlayan noktadır. 12-16
lifli
TESİS PLANLAMASI lür.
Aynı yöntem f2 (y) fonksiyonu için kullanıldığında f2 (y) fonksiyonunu enazlayan noktanın y=5 olduğu görü-
örnekten de görüleceği gibi yeni tesis için malzeme aktarma giderini enazlayacak şekilde bulunan noktanın bir özelliği vardır. Bulunan noktanın x-koordinatı varolan tesislerden birinin (ya da birkaçının) x-koordinatı ile aynıdır. Aynı durum bulunan noktanın y-koordinatı için de geçerlidir. Böylece varolan tesislerin birinin bulunduğu bir nokta, yeni tesisin yerleştirilmesi için en uygun nokta olabilir. Bu durum uygulama zorlukları getirebilir. Böyle durumlarda en iyi çözüm noktasından başka uygun yerleşim noktalarının malzeme aktarma gideri açısından değerlendirilmesinde yarar vardır. Bu amaç için kullanılan yaklaşım eş gider çizgileri ya da çevrit çizgileridir. Çevrit çizgileri düzlem üzerindeki aynı malzeme aktarma gideri getiren noktaların oluşturdukları çizgilerdir. Böylece çevrit çizgisi üzerindeki her nokta f fonksiyonunda aynı değeri verir. Daha önce verdiğimiz örneği kullanarak çevrit çizgilerinin nasıl bulunduğunu görebiliriz. Şekil. 7 de varolan tesislerin nokta yerleri verilmiştir. Fonksiyonu enazlayan X=(2.5) noktası belirtilmiştir. Varolan tesis noktaların her birinden geçen dikey ve yatay çizgiler çizilmiştir. Bu çizgilerle x- ve y- koordinatlarından oluşan aralıklara daha önceki örnekte görüldüğü gibi bu aralıklardaki f, (x) ve f2 (y) fonksiyonlarının eğimleri belirtilmiştir.
Şekil. 7- Örnek çevrit çizgileri Dikey ve yatay çizgilerden oluşan bir bölge ele alındığında bu bölgeden geçen bir çevrit çizgisinin eğimini bulmak mümkündür. Örnek olarak x in [2,3], y nin de [3,4] aralığında olduğu bölge ele alındığında bu bölgede f(x.y) = f, (x) + f2 (y) = (6+2x) + (44-8y) = 5O+2x-8y
(3)
olarak bulnur. Çevrit çizgileri üzerindeki her nokta f fonksiyonunda aynı değeri verdiğinden, sabit bir k değeri için aaşğıdaki denklem yazılabilir: 5O+2x-8y = k
(4)
Denklem y için çözüldüğünde y = 50/8 + l/4x - k
(5) 12-17
TESİS PLANLAMASI olarak bulunur. Buradan ele aldığımız bölgedeki çeyrit çizgisinin eğiminin 1/4 olduğu görülmektedir. Bu durum genelleştirildiğinde her bölgeden geçen çevrit çizgisinin eğimi o bölgeye karşılık gelen x aralığındaki f, (x) fonksiyonunun eğiminin, y aralığındaki f2 (y) fonksiyonunun eğimine oranının ekşili değeridir. Her bölgedeki çevrit çizgilerinin eğimi bulunduğunda ise çevrit çizgilerini eğimlere uygun olarak çizmek mümkündür. Şekil. 7 de her bölgedeki eğim belirtilmiş ve bir örnek çevrit çizgisi çizilmiştir. Öklid Uzaklıklı Tek Tesis Yerleştirme Problemi: Öklid uzaklıktı tek tesis yerleştirme problemi aşağıdaki şe' kildemodellenebilir: I ,'i m r 2 a" 2 enazla f (x)= f (x,y)= £ [ ( M + (y-ttf J
(6)
Modelin çözümü için ilk akla gelen yaklaşım, f fonksiyonunun kısmi türevlerini hesaplamak ve sıfıra eşitlemektir, f fonksiyonunun x e ve y ye göre kısmi türevleri şöyledir: 6 f(x.y) _
Wj(x- a ı ) 2
M [(x-ai) 2 -Ky-bı) 2 ]" 2
8x
wj(x-bi)2
S f(x,y) _ £
M [(x- a i ) 2 + (y-bi) 2 ]" 2
6y
(7)
(8)
Eğer ı(x,y) =
Wi 2
uı [(x-aı ) + (y-b, )2]h
(9)
olarak tanımlanırsa kısmi türevlerden en iyi x ve y değerleri aşağıdaki gibi bulunur: ı=ı
(10)
>igi(x-y)
(11)
£g,(x,y) Weiszfeld yöntemi olarak bilinen bir yöntem (10) ve (11) de verilen denklemleri yinelemeli olarak kullanarak çözüme ulaşabilir. Burada (k-l)
(k-il
-y J
12-18
"!,
I" (k-l) (k-il
ii
-y J
TESİS PLANLAMASI y*-'> ]
denklemleri kullanılır. Üssel ifadeler yineleme sayısını belirtir. Yönteme başlamak için bir başlangıç noktasına 0) (ı) 0 (ı) (x(0) i yo») ihtiyaç yardır. Daha sonra (x<°>, y< ) noktası kullanılarak (x , y *) noktası, (x<" , y ) noktası kullanı<2) (2) larak (x , y ) bulunur ve böylece sürdürülür. Yinelemeli yöntem, arka arkaya bulunan iki nokta arasında kayda değer bir fark olmayana değin sürdürülür. Başlangıç noktası olarak metropoliten uzaklık kullanıldığında bulunan en iyi çözüm noktası seçilebilir. Yukarıda özetlenen Weiszfeld metodunu her durumda uygulamak mümkün değildir. Herhangi bir "i" için (x,y) = (aj.bj) noktasında belirtilen kısmi türevler tanımlı değildir. Böylece yeni tesis için modelin yer varolan bir tesisin yeri ile çakıştığında kısmi türevlerin tanımlı olmamasından ortaya zorluklar çıkar. Bunu önlemek için öklid uzaklık tanımı aşağıdaki şekilde değiştirilebilir.
Böylece kısmi türevlerin her noktada tanımlı olanı sağlanır ve e ( > 0) sıfıra çok yakın bir değer olarak seçilirse uzaklıklar çok az değiştirildiğinden doğruluktan sapma sorumu olmaz. Düzlemsel Birçok Tesis Yerleştirme Modelleri Düzlemsel birçok tesis yerleştirme problemi aşağıdaki şekilde açıklanabilir: Bilinmeyen Xj = (x^, yj), j=l,....,n, noktalarına yerleştirilecek n tane yeni tesis P,, P2 ,P m (Pi=(aj,bj)) bilinen noktalarında yerleşik olan m tane varolan tesisle etkileşim içinde olacaktır ve Wj(, j=l,...,n, i=l,....m, değerleri belirli bir dönemde, mesela yılda, Xj ve Pj noktalan arasındaki etkileşimi gösteren ağırlık değerleridir. Ayrıca yeni tesiser de birbirleri arasında etkileşim içinde olacaklardır ki Vjk değerleri Xj ve Xk noktaları arasındaki etkileşimi gösteren ağırlık değerleridir. Böylece toplam yıllık malzeme aktarma giderini enazlayacak model aşağıdaki gibi yazılabilir: f(X,,...,X n )=I ı , j < k , n
i=lj=l
Düzlemsel tek tesis yerleştirme modellerinde olduğu gibi bu modelleri de değişik uzaklık tanımlarına göre incelemek mümkündür. Metropolitan Uzaklıktı Birçok Tesis Yerleştirme Modeli Metropolitan uzaklık geçerli olduğu durumda tek tesis yerleştirme modelinde olduğu gibi bağımsız fi ve f2 fonksiyonları tanımlanabilir:
f ı (x,,...,x n )=I ı s j < k S n v j k lx r
yr b ı '
06)
Böylece f fonksiyonu aşağıdaki şekilde yazılabilir: enazla f(Xı,...,Xn) = enazla f^ x,y
x
x n ) + enazla f2(yn,...,yn). y 12-19
TESİS PLANLAMASI f, ve f2 fonksiyonlarının aynı özelliklere sahip olması biri için geçerli olan çözüm yönteminin öteki için de kullanılmasını gerektirir. Bu bölümde f, fonksiyonunun enazlanması ele alınacaktır. fj fonksiyonunu enazlamak problemini değişim uygulayarak bir doğrusal programlama problemine döndürmek mümkündür. Bu doğrusal programlama modeli aşağıda verildiği gibi tanımlanır:
enazla
kısıtlar 0,
- xkk -- p jl£ + q jk
aj Pjk . % ^ 0
15j
değerleri için j=l,...,m değerleri için
1 < j < k <> n i=l,...,n ve
değerleri için j=l m değerleri için
Bu doğrusal programlama modelinin çözümü fj fonkisyonunu enazlayacak x, değerlerini, yani yıllık toplam malzeme aktarma giderlerini enazlayacak şekilde bulunan yeni tesislerin x-koordinatlannı verecektir. Aynı yöntemle f2 fonksiyonunu enazlayacak y değerleri, yani yıllık toplam malzeme aktarma giderlerini enazlayacak şekilde bulunan yeni tesislerin y-koordinatları bulunabilir. Öklid Uzattıktı Birçok Tesis Yerleştirme Modeli: Metropolitan uzaklığın geçerli olduğu durumlarda (14) numaralı fonksiyon aşağıdaki şekilde tanımlanır: f(X,
Xn) =
n
vjk
((XJ
- x k ))ı / 2
- x k )2
Metropolitan uzaklıklı tek tesis yerleştirme probleminde olduğu gibi kısmi türevlerin bütün noktalarda tanımlı olması için uzaklıkları e > o gibi küçük bir sabit ile değiştirdikten sonra belirli bir başlangıç noktasından başlayarak aşağıda verilen yenilemeli yaklaşımla sonuç elde edilir. Burada Ussel ifadeler yineleme sayısını belirtir. vitxt (h+l)
I D
D',.
ji
(18) (lı)
•"E 1 .
bi ••..
o»
(19)
XlSj
(18) ve (19) numaralı denklemlerde E r |(
12-20
-aj
dır.
TESİS PLANLAMASI Ayrık Yerleşim Modelleri Düzlemsel yerleşim modellerinin ortak özelliği düzlem üzerindeki herhangi bir noktanın tesis yerleşimi için aday nokta olmasıdır. Ayrıca tesis yerleşiminden doğan arsa fiatı, inşaat giderleri gibi sabit giderleri bu modeller göz önüne almaktadır. Birçok tesis yerleşim probleminde bu kısıtlar gerçekçi olmaktan uzaktır. Aynca yerleştirilecek yeni tesisler ile var olan tesisler arasındaki etkileşimin seçilecek yerlerden bağımsız olduğu varsayımı da her durum geçerli değildir. Ayrık yerleşim modelleri bu kısıtlan ortadan kaldıran modellerdir. Ayrık yerleşim modelleri karışık tamsayı modelleme yaklaşımı kullanılarak kurulur ve bu tip modellemeler için geliştirilmiş olan tekniklerin kullanımıyla çözülür. Ayrık yerleşim modellerinin en basitinde m tane ady bölge (arsa) üzerine bir ya da daha fazla yeni tesisin kurulması ve tesislerin n tane mevcut tesis ile etkileşim içinde olacağı durumlar modellenmektedir. Burada yeni tesisler depo, mevcut tesisler ise müşteri olarak gösterilmekte ve depolardan müşterilere tek bir ürün taşınmaktadır. Modellerin tanımında kullanılan bu gösterim dışında da değişik durumlarda aynı modelin kullanılması mümkündür. Fabrikalar ve depolar; hastane ve hastalar; dükkan ve müşteriler yeni ve mevcut tesislerin yorumu için gösterilebilecek örneklerden bazılarıdır. Bu modelde i arsasında tesis kurulması ft ile gösterilen bir sabit gider getirmektedir, i arsasından j müşterisine bir birim ürün taşıma gideri Cy ile, ürün için j müşterisinin toplam talebi ise dj ile gösterilmektedir. Amaç toplam müşteri talebini karşılama kısıtı altında toplam giderleri enazlayacak tesis yerlerinin saptanmasıdır. Bu problemin modellenmesinde karar değişkenleri şöyle tanımlanır: Xjj = i arsasına kurulu tesisten j müşterisine taşınan ürün miktarını gösterir. y( = 0-1 değeri alan bir değişkendir. Eğer i arsasında tesis kurulursa 1; kurulmaz ise 0 değeri alır. Bu tanımlar ışığında (Pl) diye adlandırılan model şöyle kurulabilir:
(Pl) enazla
j£ fi yi + L £ CU *ij i=ı
(20)
ı-ı j=ı
(21)
lxij
i=l
m
(22)
j=ı
yi=0,l
(Pl) modelinde (21) numaralı kısıt bütün müşteriler için talebin hepsinin karşılanması gerektiğini göstermek tedir. (22) numaralı kısıtta ise Xy ve yi karar değişkenleri arasındaki ilişki gösterilmektedir. Eğer çözümde xy değişkenleri pozitif değer alırsa, yani i deposundan değişik müşterilere ürün yollanıyorsa, i arsasında bir deponun açılmış olması gerektiğini göstermektedir.
TESİS PLANLAMASI Birçok ürünün fabrikalardan depolara ve depolardan müşteriye ulaştırıldığı bir sistemde depolann aday arsalardan hangisine kurulacağının saptanmasında kullanılan ve toplam giderleri enazlamayı amaçlayan bir modelde aşağıda belirtilen parametre ve karar değişkenleri tanımlanabilir: i indisi fabrikalar için kullanılmaktadır. i=l,...,I j indisi depo yerleşim aday arsaları için kullanılmaktadır, j=l,...,J k indisi müşteriler için kullanılmaktadır, k=l,...,K 1 indisi ürünler için kullanılmaktadır, 1=1,...,L Xjjkı = i fabrikasından j deposu aracılığıyla k müşterisine taşınan 1 ürünün miktarı Cjjkı = i fabrikasından j deposu aracılığıyla k müşterisine taşınan 1 ürününün birim taşıma gideri Vj = 0-1 değeri alan bir değişkendir. Eğer j arsasında tepo kurulursa 1; kurulmaz ise 0 değeri alır. fj = j arsasında depo kurulmasının sabit gideri d k l = k müşterisinin 1 ürünü için toplam talebi Bu tanımlar ışığında (P2) diye adlandırılan model şöyle kurulabilir:
(P2)enazla
Cijld
j=ı
(25)
Xjjkl
1=1 j = l lc=l 1-1
I J x
l=l
uu= da
K
L
(26)
(27)
k=l
I J x
XX ijkpdkl
(28)
(P2) modeline değişik durumlan yansıtan çeşitli yeni kısıtlamalar eklemek mümkündür. Bunlardan bir tanesi fabrikalar için üretim hacmi, depolar için ise depolama hacmi kısıtlarıdır. Bu kısıtlann (P2) modeline eklenmesi için aşağıdaki parametrelerin tanımlanması gerekir: Pü = i fabrikasında 1 ürününü üretme kapasitesi Wj = j arsasında kurulacak deponun kapasitesi Bu tanımlarla (P2) modeline aşağıdaki kısıtlar eklenir:
12-22
TESİS PLANLAMASI
İ=1,...JU=1
İİİ^yj
j , ,
L
(29)
(30)
Birçok bilgisayar sisteminde karışık tamsayı modellerini çözmek amacıyla geliştirilmiş genel amaçlı yazılımlar bulunmaktadır (IBM sisteminde MPSX-M1P, Univac sisteminde UMPIRE, kişisel bUgisayarda LİNDO gibi). Ayrık yerleşim modellerini bu yazılunlann yardımıyla çözmek mümkündür. Ancak, kısıtlann ve değişkenlerin çok fazla olduğu büyük modellerin çözümüne bu yazılımların kullanılması çok uzun bilgisayar zamanlan gerektirebilir. Bu tip modellerin çözümünde problemin özelliklerini göz önüne alan özel yazılımlardan faydalanılmalıdır.
KAYNAKÇA
(1)
APPLE, J.M., Plant Layout and Materials Handling, John Wiley, Sons Inc., New York, 1977.
(2)
FRANCIS, R.L., ve WHİTE, J.A.: Facility Layout and Location : An Analytical Approach, Prentice Hail, Inc., New Jersey, 1992.
(3)
HAX, C.A. ve CANDEA, C.: Production and Inventory Management, Prentice Hail, Inc., New Jersey, 1984.
(4)
MOORE, J.M.: Plant Layout and Design, The Macmillan Company, New York, 1962.
(5)
MUTHER, R.: Systematic Layout Planning, Industrial Education Institute, Boston, 1961.
(6)
ÖZDEN, KENAN . Çizgisel ve ÇözUmsel Yaklaşımlarla Yerleştirme Düzeni Yaklaşımı, Hv. H. O. Yayın No: 76, İstanbul, 1988.
(7)
TOMPKINS, J.A. VE WHITE, J.A.: Facilitles Planning, John Wiley, Sons Inc., New York, 1984.
12-23
II
•
1 * 1
MAKINA MÜHENDİSLİĞİ E L KİTABI Ciltl ÜRETİM VE TASARIM Baskıya Hazırlayan A. Münir CERIT ( Makina Yük. Mühendisi) 2. Baskı
TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI
Ekim 1994
Yayın no: 169
tntmob makina mühendisleri odası
Sümer Sokak 36/1-A 06440 Dcmirtepc / ANKARA Tel : (0-312) 231 31 59 - 231 80 23 Fax : (0-312) 231 31 65
Yayın no : 169
ISBN : 975-395-124-8 (Tk. No) ISBN : 975-395-125-6 (1. Cilt)
1 Bu Yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabın hiçbir bölümü değiştirilemez. MMO'nın izni olmadan kitabın hiçbir bölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz. Kaynak gösterilmek kaydı ile alıntı yapılabilir. Ekim 1994 - Ankara
Dizgi: Ali Rıza Falcıoğlu (Makina Mühendisleri Odası) Baskı: MF Ltd. Şti. Tel: (0-312) 425 37 68
BÖLÜM 13 ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ
Hazırlayanlar Gülfem BAKAN, Çevre Yük. Mühendisi, Araştırma Görevlisi Aysun TUNCER, Çevre Mühendisi, Araştırma Görevlisi ODTÜ Çevre Mühendisliği Bölümü
Sayfa 1. Giriş
02
2. Çevre Bilimleri
03
3. Çevre Mikrobiyolojisi
06
4. Çevre Teknolojileri
07
5. içme Suyu Arıtımı ve Dağıtımı
08
6. Endüstri Giriş Suyu ve Endüstriyel Atık Suların Arıtımı 7. Yumuşatma
12 13
8. Türkiye'deki Çevre Kanunu, Yönetmelikler ve Uygulamaları
15
KAYNAKÇA
19
İLGİLİ TSE STANDARTLARI
19
13-01
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ 1. GİRİŞ Çevre dünyanın bütününde ya da bir bölümünde yaşayan canlı varlıklar ile cansız nesne ve ortamların tümünde oluşan çok bileşenli bir sistemdir. İnsanı da içine alan bu sistemin bileşenleri arasındaki doğal dengeyi etkileyip bozabilecek her türlü etken kısa ve uzun vadede sistemin bütününü ve ayrı ayrı bileşenlerini etkilemektedir. İnsanın kendi yaşamı ve gelişimi için gerçekleştirdiği tüm etkinlerin çevreyi değişik biçim ve ölçülerde etkilemesi kaçınılmazdır. Ancak, insan bu yaşam ve gelişimini sürekli kılabilmek için çevre olarak nitelediğimiz sistemin canlı ve cansız varlıklarına gereksinim duymakta ve onları kullanmaktadır. Dolayısıyla, bu varlıkların herhangi bir dış etkenle kalitelerinin bozulması ve giderek tükenmeleri, insan gelişiminin önünü tıkayacak bir tehdit unsuru haline gelmektedir. Bu durumda kalkınma ve sanayileşmenin sürekliliğini sağlamak açısından, çevre sisteminin canlı ve cansız bileşenlerini geri dönülmez ve onanlmaz derecede olumsuz yönde etkileyecek insan kaynaklı etkilerin azaltılması, en iyisi ortadan kaldırılması zorunluluğu ortaya çıkmaktadır. Tüm bu nedenlerle çevre boyutu, insanın tüm etkinliklerine, üretimine yönelik yatırımlarına ve tüm kararlarına zaman, mekan, hukuk ve maliyet gibi bir boyut olarak girmiştir. Yaşamdaki bu gelişmelerin sonucunda üretim ve hizmet sektörlerine yönelik çok çeşitli meslek dallarından ayrı olarak, her tür etkinliğe çevre boyutunu gözönüne alarak yaklaşacak ve insan etkinliklerinin çevresel sistemlerde yaratacağı etkileri en az ve zararsız hale getirmek için yöntemler geliştirecek bir meslek dalı ihtiyacı doğmuştur. Bu mesleğin tüketime değil, ancak korumaya yönelik teknolojiler üretmesi gerekeceğinden mühendislik niteliği ön plana çıkmış ve sonuçta sağlık mühendisliği olarak yaşama geçmiştir. Birçok Avrupa ülkesinde Dünya Sağlık örgütü kuruluna kadar sağlık mühendisliği kavramı bilinmemekte ve bu alandaki işler diğer mühendislik dallarınca yürütülmekteydi. Dünya Sağlık Örgütü, kuruluşunun ardından Avrupa'da inşaat mühendisliği yerine sağlık mühendisliği kavramım yerleştirmeye çalışmıştır. Sağlık mühendisliğinin çalışma alanı da halk sağlığı problemlerini çözmede mühendislik çalışmalarının tıp çalışmalarından daha etkin olduğu her alanı kapsar şeklinde tanımlanmaktaydı. Çevresel sistemler arasındaki dengede insan kaynaklı olumsuz etkileri azaltmaya yönelik mühendislik dalı başlangıçta inşaat mühendisliği bünyesinde oluşturulmuştur, inşaat mühendisliğine temel dersleri alan öğrenciler, sağlık mühendisliği branşına kaydırılmış, sağlıklı içme suyu sağlanması, iletimi ve dağıtımı, kullanılmış suların uzaklaştırılması, hava kirliliğinin kontrolü üzerine dersler alarak bu konularda uzmanlaştırılmıştır. Günümüzde Avrupa ve Amerika'da sağlık ya da çevre mühendisliği eğitimi ağırlıklı olarak bu sistemle verilmekte ve bu eğitimi olan meslek sahipleri çevre mühendisi ya da sağlık mühendisi olarak adlandırılmaktadır. Çevre mühendisliği günümüzdeki tanımıyla, insanları çevrenin, çevreyi de insanların olumuz etkilerinden korumak, insan sağlığı ve refahı için çevre koşullarını iyileştirmek yönünde temel bilimsel kavranılan uygulamaya koyan mühendislik dalıdır. Çevre mühendisliğinin temel yaklaşımı toplumun refahını artırmaya yönelik tüm etkinliklerin, çevreye zararsız ve temiz olarak gerçekleştirilmesi ve sürdürülmesini sağlamaktır. Sanayileşerek kalkınmanın hedef ve gerekçesi tüm insanların refah ve mutluluğunu sağlama olarak gösterilmektedir. Burada kalkınmada kullanılacak çevresel bileşenlerin sürekliliğini sağlamak zorunluluğu doğduğuna göre çevre mühendisliği bu hedefe ulaşmaya yönelik önemli bir işlevi de üstlenmektedir. Bu temel yaklaşım günümüzde genişkabul gören sürdürülebilir kalkınma kavramının gerçekleştirilmesi anlamına gelmekte ve çevre mühendisliği de bu kavramı yaşama geçirmeyi üstlenen meslek dalı olmaktadır. Çevre mühendisliği çok yönlü ve çok boyutlu bir meslek dalıdır. Bu anlamda, Türkiye'de Yüksek öğretim Kurulu Başkanlığı tarafından yapılan tanımda, Çevre Mühendisliği görev ve yetkileri aşağıdaki şekilde belirlenmiştir: 1. Alt yapı teknolojisi olarak adlandırılan her türlü şehirsel ve endüstriyel su sağlanması, su iletimi, su dağıtımı ve su arıtımı konularında her türlü tasarım, planlama ve mühendislik hizmetleri; 2. Şehirsel ve endüstriyel atık su toplama, arıtma ve alıcı ortama verme konularındaki her tür tesislerin tasarım, planlama ve mühendislik hizmetleri; 13-02
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ 3. Katı atık toplama, taşıma, son uzaklaştırma (yakma, kompostlama, düzenli depolama) konularında her türlü planlama ve tasarım hizmetleri; 4. Hava kirlenmesinin önlenmesi ile ilgili ısıtma sistemi ve yakıt seçimi, haca gazlarının arıtımı konularında mühendislik hizmetleri; 5. Çevresel etki değerlendirme konularında disiplinler arası çalışma gruplarına koordinatörlük etınek; 6. Endüstriyel kirlenmenin önlenmesi ve en aza indirilmesi için gereken kontrol sistemlerinin tasarım ve planlaması; 7. Farklı çevresel kesimlerden (su. toprak, hava. canlılar vh.) numune alalını, analiz ve değerlendirme çalışmalarında bulunmak; 8. Çevre kirliliği ve doğal güzelliklerin korunması konularında, halkı ve ilgili mercileri uyarmak, tedbir önermek, uygulatmak ve denetlemek. Sonuç olarak, çevre mühendisi, çevre kirlenmesinin önlenmesi yada kirlenerek bozulan çevresel sistemlerin tekrar sağlıklı hale gelebilmesi için gereken her türlü mühendislik yapı ve sistemlerinin tasarımı, işletilmesi, kontrolü ve inşaatında görev alabilen ve bu konuda hazırlanan projeleri kontrol edebilen yetkilere sahip bir elemandır. Öyleyse, şimdi çevre mühendisliği eğitiminin içerdiği bu ana konuları genel hatlarıyla çevre bilimleri ve çevre teknolojileri olarak kısaca inceleyebiliriz. 2. ÇEVREBİLİMLERİ Çevre mühendisliği eğiliminde, çevre bilimleri allında ağırlıklı olarak çevre kimyası ve çevre mikrobiyolojii çalışılır. Çevre teknolojilerinin geliştirilmesinde temel alman tüm parametreler ve bunların ölçüm yöntemleri ve yöntemlerin geliştirilmesi, çevre kimyası ve mikrobiyolojisi içinde yer almaktadır. Çevre Kimyası Çevre kimyası özde. su. hava. toprak ve canlılarla, bu kesimlerin birbiri ile etkileşimlerini inceleşen künya dalı olarak tanımlanır. Klasik kimyasal ölçümlerde, ölçüm örneği seçilen ölçüm yöntemine uygun olarak hazırlanıp uyarlanırken, çevre kimyasal işlemlerde ölçüm yöntemi eldeki örneğe uyarlanmak zorundadır. Çevre kimyasında ölçülecek parametreler için alınacak numunelerde, numune alma zamanı, numune alına yeri, numune alma sıklığı ve numune sayısı, numunenin saklanması, seçilecek ölçüm yöntemleri ve hata düzeyleri (çoğunlukla, çevre kimyasında mg/l yada u.g/1 seviyesinde ölçümler yapıldığı için) önemli birer unsurdur. Böylece, sularda ölçüm planlamasına girişenler, amaca yarayacak yeterli sayıdaki numuneyi, amaca yarar duyarlılık düzeyinde, yürüttüklerinde yeterli faydalı bilgi sahibi olacaklardır. Toplumların endüstrileşmesiyle birlikte doğaya yapay sentetik maddeler atılmaya başlanmıştır. Genellikle alıcı ortam dediğimiz toprak ve yüzey sulan doğal alıkları kolaylıkla asiınile edip mikroorganizmalar aracılığıyla son ürünlere dönüştürülebilir. Ancak bu dönüşümün de bir smın vardır ve kirlenme hızı mikroorganizmal asimilasyon hızının üzerine çıkacak olursa alıklar doğada birikmeye başlamakla ve çevre kirlenmesine neden olmaktadular. Kirliliğin ve kirleticilerin fiziksel, kimyasal ve biyolojik parametrelerle nitelendirilmesinde aşağıdaki tanımlan verebiliriz: Biyolojik Oksijen Ilıtiyacı (BOI) : Mikroorganizmaların organik maddeleri parçalarken kullanacakları oksijen miktarının ölçüsüdür. Başka bir ifade ile BOI, bozulabilir organik maddelerin aerobik (havasal hayat) şartlarda dengeli duruma getirilmesi için gerekli oksijen miktarıdır. Organik madde, bakteriler için besleyici görevi yapar. Organiklerin oksitlenmesi enerji verir. Kirlilik yükü ölçümü için en sık kullanılan parametre BO/'dir. BOI deneyi için 3Ü0 mi standart şişelere su örnekleri konulur. Ağızları kapatıldıktan sonra cışı organizmaları da eklenip sonra 20 C'de inkübasyona bırakılır. Iııkübasyon süresinin sıfıııncı gününde 1. şişede ve 5. gününde ikinci şişede E.O. (erimiş oksijen) bulunur, aradaki fark bakteriler tarafından kullanılan E.O.'e eşittir. BOI inkübasyon süresi organik madde miktarına bağımlıdır. Şekil, l'den anlaşılacağı üzere ancak sonsuza E.O. kullanımı gerçekleştiği zaman sonuçlanabilir. Bu nedenle standart olarak 5 günlük inkübasyon süresi getirilmiştir. 13-03
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ
UZAKLAŞTIRILAN BOI
Y(t)
Zaman (gün)
Şekil. 1- BOI eğrisi BOI eğrisinin tanımı için aşağıdaki formül kullanılabilir: dL/dt=-KL
(1)
Burada dL/dt: BOI uzaklaştırma hızı, L : kalan BOI konsantrasyonu (mg/1) K : reaksiyon hız sabiti (zaman-'). Bu formülün integrali alındığında, (2) Buna göre t zaman içerisinde doyurulan BOI Y olursa, Yt = L-Lt
Y= L(l-e*)
(3)
L o = bakteri etkisinden önceki orijinal BOI yada organik madde miktarı (mg/1) L ı = t zamanındaki BOI miktarı (mg/1) Kimyasal Oksijen ihtiyacı (KOI) : Bu parametre de organiklere bağlı olarak oksijen harcamasını ölçmek için kullanılır. Ancak flOfden farklı olarak bu deneyde harcanan oksijen kimyasal reaksiyonlar tarafından ortaya çıkarılır. Reaksiyon, esasen kuvvetli yükseltgen bileşiklerin asit ortamda organikleri CO2 ve H2O gibi son ürünlere kadar oksitleyebilme özelliklerine dayandırılır. Genellikle kullanılan yükseltgen madde potasyum dikromattır. KOI deneyinde sonuç BOt deneyindeki 5 gün yerine 2-3 saat içinde elde edilebilir. KOt sonuçları genel olarak BOl sonuuçlarından yüksek çıkmaktadır. Bunun ana nedeni flö/de organiklerin tümünün organizmalar tarafından kullanılmayladır. KO\ sonuçları endüstriyel atık sulardan gelen toksik madde yükünü de içermektedir. Toplam Organik Karbon, TOK: Son zamanlarda KOt deneyi yerine çok daha hızlı enstrümental TOK deneyi geliştirilmiştir. Bu deneyde organikleri içeren sıvı, içinde bakır tel bulunan 950°C dolayında ısıtılmış bir kolona şırınga aracılığıyla basılır, organikler kolonda yakılarak CO2 ve suya dönüşür. Daha sonra hava akımı ile CO2 analizörüne gelen CO2 burada hissedilir. Bu şekilde erimiş organik karbon miktarı kolaylıkla ölçülebilmektedir. Çözgendeki inorganik karbon ise ya daha önce ortam asit yapılıp havalandırma yoluyla uzaklaştırılır ya da orta sıcaklıkta ısıtılmış ikinci bir kolondan geçirilerek ölçülür. Bu değer toplam karbon değerinden çıkarılarak organik karbon miktarı bulunur. 13-04
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ Azot: Azot canlılar için önemli bir besin tuzu olması nedeniyle atık tasfiyesinde dikkati çeker. Besin tuzu olarak azotun iki rolü vardır. Birincisi canlı bir sistem olan biyolojik filtrelerde organizmaların dengeli üremeleri için besin tuzlarının gerektiği miktarlarda bulunması lazımdır. Diğer bir nokta ise azot ve fosfat tuzlarının alıcı sulara bırakıldıkları taktirde alglerin aşın Üremelerine ve sonuçta bataklıklaşmaya neden olmalarıdır. Azotun -3 ve +5 valans değerleri arasında pek çok değişken değerlikli inorganik bileşikleri bulunduğu halde NH3 , A/2, NO?, NOZ çevre kimyası açısından en önemli bileşiklerdir. Nitratlar bitki ve alg yaşamı için bir tür gübredir. Bitkilerin nitratı güneş ışığı ve CO2 aracılığıyla organik azot şeklinde tutarlar. Aynı şekilde bir grup bakteri de ZV2yi tutar. Amonyum bileşikleri yine bir grup bitkinin ve özellikle bakterilerin vücutlarını sentez edebilmeleri için gereklidir. Çürükçül bakterilerin aerobik ve aneorobik koşullarda organikleri yıkımı sırasında NH3 ortaya çıkmaktadır. Protein (Organik-N) + bakteri
> NH3
(4)
Amonyak ya doğrudan bitki ve mikroorganizmalar tarafından ya da ototrof dediğimiz CCh'yi tutabilen nitrosomonas grubu bakteriler tarafından NO2 ye oksitlenir. bakteri 2NH3 + 30 2 > 2NO-2 + 2H+ + 2H2O (5) oluşan NOr Nitrobakter adı verilen diğer bir grup bakteri tarafından NO3'e yükseltgenir. bakteri 2NO-3 + O2
> 2NO3-
,,--. (6>
Nitrat iyonları içme sularında yüksek konsantrasyonda bulunduğu takdirde sağlık için tehlikeli olabilir. Örneğin NO"3 96 mg/1 üzerinde içme suyunda bulunduğu taktirde özellikle çocuklarda görülen "mavi bebek" hastalığına neden olduğu bilinmektedir. Ayrıca, azot tayini, biyolojik arıtma aşamasını belirlemek için sık kullanılan bir ölçüdür. Katı Madde : Katı madde en az BOİ ve KOİ kadar önemli bir parametredir. Hem atıkların nitelendirilmesinde hem de arıtma tesislerinin ölçüsü olarak kullanılır. Sularda bulunan katı maddelerin tanımı özelliklerine göre değişik şekillerde yapılmıştır. Başlıca önemli olanları şunlardır : Toplam Katı Madde : Sabit tartıma getirilmiş porselen kroze içine konulan belirli hacimdeki su örneği bir iki saat 103°C'de bekletilir ve soğuduktan sonra tartılır. Darası çıkarıldıktan sonra kalan miktar toplam katı maddedir. Bu parametre özellikle içme ve temiz sular için önemlidir. İçme sulan için arzu edilen değer 500 mgA'nin altıdır. Öte yandan endüstride kullanılan suların düşük toplam katı madde içermesi istenir. Özellikle suyun yumuşatılması için anam gerekiyorsa arıtım şeklinin saptanmasında toplam katı madde önemli rol oynar. Eğer yumuşatılacak suda bu parametre yüksek bulunmuşsa çöktürme gibi toplam katı maddeyi de azaltıcı yöntemler seçilmelidir. Eğer tersi var ise o taktirde iyon değiştirme gibi yöntemler denenebilir. Uçucu Toplam Katı Madde : Toplam katı madde tartılıp saptandıktan sonra kroze 600°C dolayında 15 dakika ısıtılır ve soğutulduktan sonra tartılan miktar ile toplam katı madde arasındaki fark uçucu toplam katı maddeyi verir. Genellikle atık tasviyesi ve kirli suların nitelendirilmesinde kullanılır. Askıdaki Katı Madde : Bu parametre özellikle kirli sular için geçerlidir. Askıdaki katı madde arttıkça kirlilik te artar. Ölçümü için örnek belirli kalitedeki filtreden süzülür ve filtre kağıdı 103°C'de yarım saat bekletilip kağıt darası alındıktan sonraki fark askıdaki katı madde miktarını verir. Erimiş Katı Madde : Askıdaki katı madde belirlenmesi sırasında süzüntüye geçen kısımdaki katı madde miktarına erimiş katı madde denir. Genellikle inorganik tuzlar içerdiği için endüstri ve yüzey sularının nitelendirilmesinde önemlidir. Çökebilen Katı Madde : Bu parametre atık tasfiyesi konusunda en önemli parametredir. Durgun şartlarda çöken katı madde miktarını ifade etmeye yarar. Belirleme için sivri bir koniye benzeyen cam Imhoff hunisinde 1 saat içinde çökelme gözlenir. Sonuç ml/1 çökebilen katı madde cinsinden verilir. Bu parametre aktif çamur sisteminde çamur geri dönüşü için kullanılacak çöktürme ve ön çöktürme havuzlarının tasarımı için çok önemlidir. Ayrıca askıdaki katı madde ile birlikte evsel atıkların kuvvetini belirleyen önemli bir parametredir.
13-05
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ 3. ÇEVRE MİKROBİYOLOJİSİ Mikroorganizmalar, atık maddelerin arıtılması ve yeniden kullanılabilir hale gelebilmesi açısından büyük önem taşırlar. %0.1 den az, çok küçük sayıda bazı mikroplar insan, hayvan ve bitkilerde hastalık yapmakta ve patojen olarak adlandırılmaktadır. Patojenler, hastalık yapan organizma tarafından enfekte edilmiş insanlardan idrar ve dışkı yoluyla atılmaktadır. Evsel atık sular ile araziden süzülen suların, su kaynaklarını patojenlerle kirletmesi söz konusudur. Su kaynaklarının hijyenik açıdan güvenli olabilmesi için suyun fekal kirlenmeye maruz kalıp kalmadığının belirlenmesi gereklidir. Bu amaçla bazı yöntemler geliştirilmiş olup bunların çoğu indikatör organizmanın varlığının belirlenmesine dayanır. Indikatörler, normal olarak hastalık yapmayan, dışkıda çok sayıda bulunan ve patojenlere oranla çok daha kolay belirlenebilen mikroorganizmalardır. En çok kullanılan indikatör organizmalar, koliform bakteri olup tanım olarak; aerob ve fakilltatif aerob, gram-negatif, spor yapmayan, 35°C de 48 saatte laktozu gaz oluşumuyla fermente eden çubuk şeklindeki bakterilerin tümü içermektedir. Bu grupta Escherichia koli ( 1 0 6 - 10 9 ) hücre/g dışkı) ile normal olarak bağırsakta bulunmayan Enterobakter aerogenes sayılabilir. Etkin bir biyolojik arıtma tesisi tasannu yapabilmek için mikrobiyolojinin ana kavramları hakkında bilgi edinmek gerekmektedir. Tüm biyolojik arıtım sistemleri, erimiş organiklerin mikroorganizmalar ve özellikle bakterileri tarafından biyokütleye dönüştürülerek şu fazından ayrıştırılma ilkesine dayanır. Buradan da anlaşılacağı üzere bakterilerin dengeli beslenmeleri ve üremeleri biyolojik filtrelerin verimi bakımından önemlidir. Besinler, mikroorganizmalara hücre sentezi için gerekli olduğu kadar yaşamsal faaliyetler için gerekli enerjiyi sağlamak bakımından da önemlidir. Ayrıca, besin maddeleri enerji veren yükseltgenme reaksiyonlarında elektron alıcı ve elektron verici maddeleri sağlayarak mikroorganizmalann faaliyetlerinde etkili olur. Mikroorganizmalar karbon gereksinmelerini ya organik karbondan ya da inorganik karbondan, yani CO2 den karşılayabilirler. Organikleri kullananlara heterotroflar, CO2 yi kullananlara ise ototroflar adı verilir. Örneğin, algler ve yeşil bitkiler güneş enerjisi ile birlikte CO2 yi hücre malzemesi şeklinde tutabildikleri için ototrofturlar. Öte yandan, organiklerin arıtımında biyolojik filtrelerde iş gören mikroorganizmalar ise genellikle hetrotrofturlar. Hastalık yapan mikroorganizmaların öldürülerek suların sağlığa uygun kılınması, çevre sağlığı açısından önemli bir husustur. İçme suları ve arıtılmış atık sular, dezenfeksiyon yöntemleriyle bu mikroorganizmalardan anndırılabilir. Suların dezenfekte edilebilmesi için pek çok dezenfektan kullanılmaktadır. Suların dezenfeksiyonu patojen ve indikatör organizmaların giderilmesi içindir. Suların tüm mikroorganizmalardan arıtılması (sterilizasyon) gerekli değildir. Sularda kullanılan dezenfeksiyon yöntemleri : 1. 2. 3. 4. 5.
Suyun bekletilmesi ya da ısıtılması yoluyla fiziksel arıtma, Ultraviyole ışınına maruz bırakma, Bakır ve gümüş gibi metal iyonları; Kuvvetli asit davranıştı ya da bazik yapma, Cfc, Br2,12, O3, CIO2, KMnÜ4 organohalojen bileşikler gibi yükseltgen maddelerin kullanılmasıdır.
Bir dezenfektanın büyük ölçekte ve içme ve kullanma suyu dezenfeksiyonunda kullanılabilmesi bazı koşullan yerine getirmesi gerekir : 1. Dezenfektan, arıtılacak suyun bileşimi, derişimi ve miktarında beklenen değişik durumlarda, beklenen sıcaklık aralığında ve sağlanan temas suresinde patojen organizmaların uzaklaştırılması için uygun olmalıdır. 2. Dezenfektan, makul bir fiyatla kolaylıkla elde edilebilmeli, uygulanması doğru ve güvenli bir şekilde yapılabilmelidir. 3. Dezenfektan, uygulanan derişimlerde,toksik ya da estetik yönden istenmeyen özellikler göstermemelidir. 4. Dezenfektan su dağıtımı sırasında yeniden kirlenme olasılığına karşı dayanıklı olmalıdır. 13-06
ÜıTÎıHI' A
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ 5. Arıtma sürecinin belirtilen kontrol altında tutulabilmesi ve dezenfeksiyon etkinliğinin belirlenebilmesi için dezenfektanın kolay, doğru ve pratik bir biçimde analizi olmalıdır. Klor yukarıda belirtilen nitelikler açısından çok uygun bir dezenfektan niteliği taşımaktadır. Bu nedenle dezenfeksiyon işlemlerinin çok büyük bir yüzdesi klorla yapılmaktadır. Ancak yapılan çalışmalar, klorun, suda bulunan organik maddelerle irihalometanlar (THM) oluşturduğunu ortaya koymaktadır. Bunların da sağlık açısından kanserojen olma olasılığı fazladır. Klorlama için ya doğrudan klor gazı (denklem 7), ya da bipoklorit (denklem 8) kullanıldığı halde aşağıdaki denklemden de anüşılacağı gibi, daima pH 4 Un üzerinde suda klor hipoklorus (HOCI) asidi şeklinde bulunur. (7) klor gazı NaOCİ + H 2 O = Na+ + OCl" + H 2 O
(8)
Hipoklorit iyonları da sudaki H+ iyonları ile bir dengededir (denklem 9). OC1- + H+ = HOCI
(9)
HOCI en kuvvetli dezenfektan olduğu için pH 4-5 arasında klorlama en etkindir. 4. ÇEVRE TEKNOLOJİLERİ Çevre Mühendisliği çalışmalarında, çevre teknolojileri başlığı altında ağırlıklı olarak içme, kullanma, atık ve endüstri suyu arıtım teknolojileri geliştirilir. Bunlara ek olarak diğer çevre problemleri olan hava kirliliği, katı atık, gürültü vb. için de yeni çevre teknolojileri geliştirilir ya da eldeki mevcut sistemlerin yenilenmesi çalışmaları yapılır. Çevre Mühendislerince içme suyu ve atık su arıtımında kullanılan başlıca süreçler aşağıda sıralanmıştır. 1. Fiziksel Süreçler : Bunlar sırasıyla çökeltme, filtrasyon ve gaz transferidir. Başlıca kullanım amaçlan ham suda bulunan katı maddeleri ve kimyasal-biyolojik tepkimelerin sonucunda oluşan maddeleri uzaklaştırmaktır. 2. Kimyasal Süreçler : Kimyasal oksidasyon, koagülasyon (pıhtılaştırma), yumuşatma ve klorlama en çok kullanılan kimyasal süreçlerdir. Kimyasallar sudaki denge şartlarını değiştirmek ve suda istenmeyen maddeleri çökeltip uzaklaştırmak amacıyla kullanılmaktadır. 3. Biyolojik Süreçleri: Bu tur süreçler genelde atık sular için kullanılmaktadır. Biyolojik süreçlerde temel olarak suda bulunan çözünmüş ve askıdaki organikler bio-kütleye dönüştürülür ve daha sonra çöktrülerek sudan ayrılır. Sudan ayrılan bio-küüe için ileri arıtım gereklidir. Çevre Mühendislerinin yukarıda tanımlanan çevre teknolojilerini kullandıkları başlıca alanlar şunlardır: - Yerleşim birimleri için gerekli su kaynağım bulmak ve kullanım amacına uygun olarak arıtmak, - Arıtılan suyu kullanım bölgelerine dağıtmak, - Kullanım sonrasında oluşan atık suları toplamak ve arıtmak, - Endüstri giriş proses suyu hazırlamak ve endüstriyel atık sulan toplayıp arıtmak.
13-07
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ 5. İÇME SUYU ARITIMI ve DAĞITIMI Yerleşim birimleri için su gereksinimini ilk adım su kaynağının seçilmesidir. Seçilecek su kaynağı yeterli miktarda ve istenilen kalitede olmalıdır. Ne var ki, çoğunlukla kaynak olarak kullanılan yüzey suları yeterince temiz değildir ve kullanım amacına uygun olacak düzeyde arıtılması gerekmektedir. Su arıtımının başlıca amacı güvenilir ve içilebilir kalitede su elde etmektir. Bu amaçla genelde aşağıdaki akım şemasında gösterilen arıtım uygulanır.
Klorlama ŞEHIRE
HAM SU
Kt
II
Yoğunlaşmış Çamur Ki: Kalın Izgara İl : İnce Izgara Ha: Havalandırma
H: Hızlı Karıştırma Y: Yavaş Karıştırma Ç: Çökeltme
F: Filtrasyon 0: Depolama P: Pompa
PFrPres Filtre
Şekil.2 - İçme suyu arıtım tesisi akım şeması Şemada gösterilen arıtım üniteleri ve kullanım amaçlan aşağıda açıklanmıştır: Kalın ızgara: Sudaki büyük maddeleri (dal, yaprak, vb.) tutmak için kullanılır. İnce ızgara : Daha küçük maddeleri arıtım öncesi sudan ayırmak için kullanılır. Böylece arıtma tesisinde kullanılacak pompa vb. gibi ekipmalardaki hasar ve tıkanma önlenmiş olur. Havalandırma : Suda bulunan istenmeyen gazlan (CO2, vb.) yok etmek, suda gerekli çözünmüş oksijen miktannı sağlamak ve suda çözünmüş halde bulunan demir ve manganı oksitleyerek uzaklaştırmak amacıyla kullanılır. Koagülasyon : Koagülasyon (pıhtılaştırma), su içindeki genellikle negatif (-) yükte olan askıdaki katı maddeleri kimyasal (koagülan) madde yardımıyla nötürleştirmek ve daha sonra yavaş karıştırmada kimyasal madde ve askıdaki katıların yumaklanmalarını sağlamaktır. Ülkemizde en sık kullanılan koagülan madde Alum olarak da adlandırılan alüminyum sülfattır. Aİ2(SO4), I8H2O, ferrik klorit (FeCb). ferrik sülfat [(Fe3(SO4)4], ferros sülfat (FeSO4 7 H2O) da diğer kullanılan koagülan maddelerdir. Alumun sudaki reaksiyonu aşağıdaki gibidir : Ah (SO4)3 + 3 Ca(IICO3)2
> 2 A1(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO 2
(10)
Bu reaksiyona göre ülkemizde çoğunlukla uygulanan dozlama şöyledir : Minimum 15, ortalama 25, maksimum 50 ppm Ab(SO4)3 Yukanda verilen değerler sıkça kullanılan dozlardır. Fakat dozlama yapılacak suyun niteliğine göre koagülan dozu ayarlanır. Bu amaçla laboratuvarda kavanoz deneyi yapılmalıdır. Bu deneyde bir seri örnek içerisinde değişik dozlarda, 0. 10.20, 30, 40, 50 mg/l gibi koagülan madde eklenir. Koagülan maddenin su içinde iyi kan 13-08
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ şabilmesi için örnekler karıştırıcılarda önce hızlı ve sonra yavaş karıştırılır. Karıştırma işleminden sonra örnekler çökeltmeye bırakılır. Çökelmiş örnekler renk ve bulanıklılık yönünden incelenir ve doyurucu arıtma sağlayan en düşük doz bulunur, ikinci aşamada daha önce bulunan doz farklı pH değerlerinde (5, 6,7, 7.5, 8 gibi) denenir. Tekrar karıştırma ve çökelme işlemi uygulanır ve en iyi bulanıklılık ve renk arıtımını veren pH, optimum pH olarak seçilir. Koagülan maddenin askıdaki katıları nötilrleştirebilmesi için su içinde çok iyi dağılması gerekmektedir. Bu nedenle arıtma tesislerinde hızlı karıştırma olarak adlandırılan bölümde koagülan madde suya katılır. Karıştırma işlemi tankın orta merkezine daldırılan pervaneler aracılığıyla gerçekleştirilir. Farklı karıştırıcı tipleri de vardır. Yavaş Karıştırma ve Çökeltme : Koagülasyon sırasında nötürleştirilen askıdaki katılar, yavaş karıştırma sırasında yumaklaştınlır ve çökeltme işlemiyle oluşan yumaklar (floklar) uzaklaştırılır. Koagülasyon. yumaklaştırma ve çökeltmeyi izleyen arıtım zincirinde suda renk oluşumuna sebep olan büyük oraganik moleküllerin arıtımı da sağlanır. Filtrasyon : Daha küçük parçacıkları ve çökeltmeden kaçan bulanıklılığı arıtmak için uygulanır. Ana prensibi, askıdaki katı maddelerin geçirgen bir ortamdan (kum, çakıl vb. yataklar) süzülmesidir. Içmesuyu arıtılmasında, hızlı kum filtreleri yaygın olarak kullanılır. Klorlama : Sudaki patojenleri yok etmek ve dağıtım şebekesinde uzun süreli biyolojik korunma sağlayan artık klor oluşturmak için kullanılır. Kaynağından alınıp gerekli ölçüde arıtılan suyun kullanıcıya istenilen kalitede, miktarda ve basınçta ulaşabilmesi için borular, su depolan, pompalar ve diğer gerekli donatımdan oluşan kombine bir sistem gereklidir. Bu sistem su getirme hattı ve bunu izleyen su dağıtım şebekesinden oluşmaktadır. Dağıtım kanallarla, tünellerle, ya da borularla yapılabilir. Ağırlıklı, basınçlı (terfili), ya da her ikisini de içeren sistemler vardır. Eğer su kaynağı istenilen basıncı her noktada sağlayacak kadar yüksekteyse su ağırlıkla dağıtılır. Diğer durumlarda istenilen basıncı sağlamak için pompalanır. ' Basınçlı sistemlerde su hızının alt ve üst limitleri suyun kalitesine (berraklığına) ve boru cinsine göre değişir. Minimum hız (0.5 - 0.6 m/s) borudaki çökelmeyi önleyecek yeterliktedir. Maksimum hız sının 1.5 m/s den 5 m/s ye kadar değişir. Boru çapları su gereksinimine göre değişir. Minimum boru çapı ara dallarda 80 mm ve ana borularda 100 mm olarak belirlenmiştir. Yumuşak çelik, dökme demir, çelik ve galvanizli sacdan küçük borular (d<15 cm) için en uygun malzemedir. Galvanizli sac borular daha uzun ömürlü ve korozyona karşı dayanıklı olduklarından tercih edilir. Çelik ve betonarme borular büyük çaplar (d>30 cm) için uygundur. Son zamanlarda PVC borular da kullanılmaktadır. Su getirme hatlarında ve şebeke borulannda, 1) Darcy - Weisbach 2) Hazen - Williams gibi çok bilinen hidrolik formüllerle hesaplamalar yapılır. Darcy-Weisbach denkleminde yük kaybı, Ah = X,(LV2)/(2dg)
(11)
Hidrolik eğim ise, J = (V=X) / (2 d g)
(12)
denklemleri ile hesaplanır. Burada : X = pürüzlülük katsayısı, V = su hızı. (ft/s) L = boru uzunluğu, (ft) d = boru çapı, (ft) g = yer çekimi ivmesi, (ft/s2) Ah = L uzunluğunda meydana gelen yük kaybı, (ft) 13-09
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ J=
hidrolik eğimdir.
Hazen-Williams formülünde, V = 0.85 ( d / 4 ) 2
063
63
J
0 5 4
0
Q = 0.278Cd - J -
54
hız ve debi denklemleri kullanılır. Burada, 3
Q = debi (m / sn) d = boru çapı (m) c = Hazen katsayısıdır. Atık Su Toplanması ve Arıtımı Atık su sistemleri genelde : 1) Atık su toplanması 2) Atık su antunı ve 3) Arıtılan suyun boşaltımı olarak üç bölümden oluşur. Atık su toplama (kanalizasyon) sistemi, temelde ikiye ayrılır. Birleşik sistemlerde kullanılmış sular ve yağmur ve drenaj suları aynı kanalda toplanır. Bu sistemlerde su hızı toplam debiye göre hesaplanır. Ayrıca kanalizasyon sisteminde kullanılmış sular bir kanalda ve yağmur ve drenaj sularıda ayrı bir kanalda toplanır. Son yıllara eğilim bu yöndedir. Diğer bir sistem de her iki sistemin birlikte kullanıldığı karışık sistemdir. Bu sistemde su dağıtılan bölgenin bazı bölümleri, birleşik bölümleri ayırıcı sistemden oluşur. Kanalizasyon sisteminde toplanılan kullanılmış sular asıl olarak evsel atık sulardır. Ayrıca, kanal sistemine boşaltım yapabilecek endüstrilerde, gerekli boşaltım standartlarına ulaşacak şekilde ön arıtım yaptıktan sonra, kanalizasyona endüstriyel atık su verebilmektedir. Atık su sistemlerinde kanallar olabildiğince minimum derinlikte ve caddelere paralel olarak döşenir. Kanalların derinliği caddedeki bodrum katlarının sularını toplacak şekilde seçilir. Bodrum katı yoksa kanal derinliği donma derinliğine ve trafik yüküne göre seçilmelidir. Atık sulardaki katı maddelerin kanal dibine çökmemesi için kanallarda hız minimum 0.4 - 0.5 m/s seviyesinde tutulur. Kanal eğimi kanal içindeki atık suyun hızını belirleyen faktördür. Maksimum 6 m kanal derinliği öngörülmüştür. Eğer bu miktardaki kazı minimum hız limitine ulaştırmazsa, daha fazla kazı yapılmamalı ve atık su pompaları kullanılmalıdır. Ayırıcı sistemlerde, kanalların yarı dolu akması halinde, genelde kullanılan hidrolik denklem Manning denklemidir. HIZ = l/n • R<2/3> •SW
(15)
Burada, V : Atık su hızı, m/s n : Sürtünme faktörü R : Hidrolik yarıçap S : Hidrolik eğim Kanalizasyon sistemlerinin tasarlandığı gibi işleyebilmesi için bir takım işletme elemanlarına gereksinim vardır. Bunlar; a) Bina iç tesisatı ve bağlantı boruları : Bina iç tesisatı ve düşey borular binada kullanılan suları avlu kanalına toplar ve buradan bağlantı borularıyla atık sular cadde kanalına verilir. b) Bacalar : Kanalların kontrolü, temizlenmesi ve havalandırılması bacalar yardımıyla yapılır. Kanalların kavşak yerlerinde eğim ve çapın değiştiği yerlerde, kanal yönünün değiştiği noktalarda ve yol başlarında bacalar konulmalıdır. c) Yağmur suyu ağızlıkları : Cadde arklarında biriken yağış sularının kanallara toplanmasını sağlayan elemanlardır. Yağmur suyu ağızlıkları girişi ızgara ile örtülür, böylece yağış sularının sürüklediği katı maddeler bir ölçüde tutulmuş olur. Kimi zaman ızgara altına üzerinde delikler bulunan bir kova asılarak daha çok katı madde tutumu sağlanır. 13-10
A
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ d) Yağmur suyu biriktirme hazneleri : Şiddetli yağış sonrası gelen fazla suyun bir süre tutularak geciktirilmesi veya yüzey sularını kirletmeye karşı korumak için tasarlanmıştır. e) Ters sifonlar : Kanal gidiş yönü akarsu, tünel veya başka bir engeller kesilirse ters sifonlar kullanılır. f) Atık su pompalan : Topografik yapısı uygun olmayan yerlerde, kanalların ekonomik olmayacak ölçüde derinde döşenmesi gerekebilir. Bu tür durumlarda atık sular atık su pompalan ile yükseltilir. Fiziksel (birinci) arıtma, biyolojik (ikinci) arıtma, ileri (üçüncü) arıtma ve fiziksel - Kimyasal arıtma, atık su arıtım tesislerinde sıkça kullanılan arıtım sistemleridir. Fiziksel arıtım, atık suda bulunan askıdaki katıların büyük bir bölümünü uzaklaştırmak için uygulanır. Uzaklaştırılan katılar ileri işlem görürler. Biyolojik antım, fiziksel arıtımdan arta kalan askıdaki organik maddelerin ve suda çözünmüş halde bulunan organiklerin arıtımını içerir. Aşağıdaki akım şeması, evsel atık sular için konvansiyonel aktif çamur aritmi sistemini göstermektedir.
Ki KT
KLORLAMA
ATIK SU
DEŞARJ
YOĞUNLAŞMIŞ ÇAMUR
Süzüntü
Süzüntü
Ki : Kalın İzgara
P. Çamur Pompası
KT : Kum Tutucu
Y : Yoğunlaştırdı
ÖÇ: Ön Çökeltme Tankı H : Havalandırma SÇ : Son Çökeltme tankı
AÇÇ : Aneorobik Çamur Çürütücü VF : Vakum Filtrasyonu
- Konvansiyonel aktif çamur arıtım sistemi akım şeması Atık Su Arıtımı Kalın Izgara : Büyük katı maddeleri arıtım öncesi tutmak için kullanılır. Kum Tutucu : Atık suda bulunan kum ve çakıl gibi ağır inorganiklerin tutulmasını sağlar. Ön Çökeltme Tankı: Askıdaki katı maddeleri ve kum tutucudan kaçan kum parçacıklannı çöktürmek için kullanılır. 13-11
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ Havalandırma Tankı: Fiziksel arıtımdan arta kalan organik maddeler havalandırma tankında bakteriler tarafından biyolojik kütleye çevrilir. Son çökeltme tankındaki çamurun geri dönüşü sayesinde, havalandırma tankında bakteri konsantrasonu sabit tutulur. Biyolojik organik tüketimi hava verilerek hızlandırılır. Son Çökeltme Tankı : Biyolojik katıların giderimi için tasarlanmıştır. Uzaklaştırılan biyolojik kütlenin bir kısmı havalandırma tankı girişine çevrilirken, kalan kısmı fiziksel arıtımdan gelen çamurla birleşip ileri arıtımı gider. Biyolojik ve fiziksel işlemlerden oluşan çamurlar ayn ayn da arıtılabilir. Dezenfeksiyon : Biyolojik arıtım sonrası kalan patojenik organizmaları yok etmek için klorlama yapılır. Böylece atık su, boşaltım standartlarına uygun hale getirilir.
Çamur Arıtımı
İçme suyu ve atık su arıtımının en önemli problemlerinden biri de çamurun antılmasıdır. Özellikle, çökeltme tanklarından su oranı yüksek olan büyük hacimlerde çamur elde edilir. Bu çamurun, suyunun alınması ve arıtılması gereklidir. Çamurların etkisiz hale getirilmeleri aşağıda verilen süreçlerden herhangi biri ile gerçekleştirebilir : a) Yoğunlaştırma, b) Stabilizasyon, c) Şartlandırma, d) Suyunu alma, e) Isıda kurutma. Adı geçen süreçler gerekli görülürse birbirini izleyen biçimde kullanılabilir. Yoğunlaştırma : Yoğunlaştırma işlemi, arıtma birimlerinde üretilen çamurun katı madde konsantrasyonunu artırmak için kullanılan bir yöntemdir. Yoğunlaştırma için genellikle mekanik yoğunlaştırıcılar veya çözünmüş hava yüzdürücüleri kullanılmaktadır. Anaerobik Çamur Çürütme : Atıkların anaerobik biyolojik reaksiyonlar sonucunda parçalanması, birbirini izleyen asit ve metan fermantasyonları sonucunda gerçekleşmektedir. Pratikte uygulanan iki tip anaerobik çamur çürütme yöntemi bulunmaktadır : Standart hızlı ve yüksek hızlı prosesler. Her iki prosesde de sistem ısıtılır ve 30 ile 60 gün bekleme süresi vardır. Vakum Filtrasyonu : Vakum fıltrasyonu ham, çürütülmüş ya da yıkanmış çamurun nem miktarını azaltmak için uygulanan bir işlemdir. Bu işlemin esası, vakum altında gözenekli bir ortamdan yararlanarak çamurun suyunun uzaklaştırılması ve katı maddelerin ortam yüzeyinde tutulmasıdır. Vakum filtrasyonu ile çamurdaki katı madde oranı %S den %30 a çıkarmak mümkündür. Filtre ortamı olarak genellikle sentetik elyaf kullanılmaktadır. Bu işlemlerden sonra suyu alınmış ve stabilize edilmiş çamur düzenli depolama ya da çamur havuzuna gönderme sistemiyle depolanır. Ayrıca işlenmiş çamurun gübre olarak kullanılması ya da toprağa gömülmesi de mümkündür. 6. ENDÜSTRİ GİRİŞ (SÜREÇ) SUYU VE ENDÜSTRİYEL ATIK SULARIN ARITIMI Endüstrilerde genellikle kaynatma kazanlarında ve soğutma suyu olarak kullanılan proses sulan normal içme sulanndan daha ileri antım gerektirir. Ayrıca, içecek üreten endüstrilerde kullanılan sulann da bu tür ileri arıtımdan geçmeleri gereklidir. Proses sularında genellikle yumuşatma işlemi başlıca arıtım birimidir. Yumuşatma, su içinde bulunan ve sertliğe neden olan metal iyonlarını kimyasal çökeltme ya da iyon değiştirme yöntemi ile uzaklaştırarak suyun tıkama ve ısıtma suyu olarak kullanılmaya uygun hale getirilmesidir. Süreç sulan için diğer bir arıtım birimi demineralizasyondur. Yüksek basınçlı kazanlarda kullanılan sular taş yapma ve korozyonu önlemek için demineralize edilmelidir.
13-12
ti a fa"
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ 7. YUMUŞATMA a) Kimyasal Çökeltme : Su bileşimi bir çubuk diagram halinde gösterilebilir. Çubuk diagramda her bir iyonun su bileşimindeki miktarı, kendisi için ayın lan bölümün son çizgisi üstüne yazılır. Böylece su bileşimi ve toplam sertlik rahatça görülebilir. Sert sular, fazla miktarda kalsiyum ve magnezyum içeren sular, yıkama ve ısıtma suyu olarak kullanılabilmesi için yumuşatılırlar. Sertlik normal olarak kalsiyum karbonat cinsinden ifade edilir. Bu nedenle iyon ölçüm sonuçlarının hepsinin bu şekilde ifade edilmesi gerekir, bunun içinde aşağıdaki formül kullanılır : X (mg/l CaCO3) = X (mg/l)
C a C 3 (eşde f
°
f
(16)
(X) in eşdeğer ağırlığı
X = herhangi bir iyon ölçüm sonucu (mg/l) Örnek olarak, tipik bir su analizi için aşağıdaki şekilde dönüştürme yapılabilir: 40 mg/l Ca++ x - § £ _ = 99.0 mg/l Ca CO 3 20.04 24 mg/l Mg++ x
5 0 - = 98.5 mg/l Ca CO 3 12.16
+ sn 92 mg/l Na x — = 20.0mg/l CaCo3 183 mg/l NCO, x ^ - = 150.0 mg/l CaCOj 61 = sn 57.5mg/lSO 4 x— = 58.0mg/l CaCO3 48 - SO 70mg/lClx — = 9.5mg/l
CaCO3
Örnek, her bir iyonun su içinde 1 mol bulunması halindeki dönüştürmeyi göstermektedir. Dikkat edilirse anyon ve katyonların toplamı 217.5 mg/l olmaktadır. Suyun bileşimi bir çubuk diagram halinde gösterilebilir. Toplam sertlik : 107.5 mg/l Karbonat sertliği: 150 mg/l
99
107.5
Na*
Mg + *
so;
NCO3
150
217.5
cf 208 217 5
Şekil.4-Su örneğinin CaCO3 cinsinden çubuk diagram gösterimi 13-13
ÇL-VRI- MÜIIİİNDİSLİĞİ Kireçle Yumuşatma Karbonat haldeki kalsiyum sertliği için uygulanır. Bulunan bikarbonat kadar kirce eklenmesi halinde çözünmeyen karbonat elde edilir. 2 CaCO.ı + 21hO
Ca(IICO.î) 2 + Ca(0M)2
(17)
Borulardaki suda OaCOj taşlaşmasını önlemek için. CaCC)3, suyun kaıbonasyonu ile çözülüp Ca(IICO3)2 haline getirilir ve suya foslat eklenir. Kireç-Soda ile Yumuşatma
Kalsiyum sertliği için uygulanır. Soda külü (Na^COî) ekleyerek karbonat olmayan sertlik CaCOıe dönüştürülüp çöktüıülür. CaSO4 + 4 Na2 COs
> Ca CO., + Na: SO4
(18)
Ek Kireç ile Yumuşatma Magnezyum karbonat sertliği için uygulanır. Mg (1ICO.,)2 + Ca (Ollh
> CaCO., + MgCO3 + 211:0
(19)
pil = 11 dolayında iken, MgCO., + Ca(OII)2
> Mg (011)2 + CaCO.,
(20)
kireç eklenerek :
Ca(Oll) : = Mg++ 50 mg/1 ek Ca (Ol 1)2 pil yükseltmek için kullanılır. Yüksek pil aynı zamanda de/enfeksiyon sağlar. Ek Kireç-Soda ile Yumuşatma iler türlü magnezyum sertliği için uygulanır. CaCO, + ısı CM + 1 IjO
> CaO + CO2 > Ca (Ol 1)2
(21) (22)
Bu şekilde üretilen l'a/la kireç ekonomik katkı sağlayabilir. İyon Değiştirme Bazı doğal maddeler, özellikle karışık sodyum alüminyum silikatlardan oluşan zeolitler ve yeşil kumların, iyon değiştirme özellikleri vardır. Doğal zeoliller sudaki kaisiymn ve magnezyum iyonlarım bünyelerindeki sodyum iyonu ile değiştirerek suyu tamamen yumuşatır. Bir zeoliti Na2X ile gösterirsek; Ca++
+Na,X-
>X+2Na
+
(23)
liu şekilde yumuşatılan suda sodyum miktarı yükselir. Sonuçta bütün sodyum iyonları, sertliğe sebep olan metal iyonları ile değişir ve daha fazla bir yumuşatma mümkün olmaz. Bu durumda iyon değiştirme malzemesi kuvvetli bir sodyum iyonu solüsyonu ile geri kazanılabilir. Ca" + 2 N a C l - ~ - > N a X + 2
MÜ"
13-14
(24)
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ Son günlerde doğal iyon değiştiricilerin yanısıra sentetik reçineler de kullanılmaktadır. Sentetik reçineler daha kolay temizlenirler ve iyon değişimi yapabilecek alan toplanılan daha geniştir. Dem i neralizasyon Suda bulunan bütün inorganik minerallerin ayırılmasıdır. Bu işlem için değiştiriciler seri olarak kullanılır, + tik iyon değiştirici hidrojen reçinedir ve suda bulunan bütün katyonları H ile değiştirir. Daha sonra su hidroksit reçinesine girer. Burada su içinde bulunan bütün anyonlar OH- iyonu ile değiştirilir. Reçinelerin rejenerasyonu kuvvetli asit ve baz solüsyonları ile yapılır. 8. TÜRKİYE'DEKİ ÇEVRE KANUNU, YÖNETMELİKLER VE UYGULAMALARI Çevre kanununun amacı, bütün vatandaşların ortak varlığı olan çevrenin korunması, iyileştirilmesi; kırsal ve kentsel alanda arazinin ve doğal kaynakların en uygun şekilde kullanılması ve korunması; su, toprak ve hava kirlenmesinin önlenmesi: ülkenin bitki ve hayvan varlığı ile doğal ve tarihsel zenginliklerinin korunarak bugünkü ve gelecek kuşakların sağlık, uygarlık ve yaşam düzeyinin geliştirilmesi ve güvence altına alınması için yapılacak düzenlemeleri ve alınacak önlemleri, ekonomik ve sosyal kalkınma hedefleriyle uyumlu olarak belirli hukuksal ve teknik esaslara göre düzenlemektir. Türkiye'de 11.08.1993 tarihli resmi gazetede yayınlanan 2872 numaralı Çevre Kanunu kapsamında 1992 yılında çıkanları en son çevre mevzuatında bulunan katı atıkların kontrolü, gürültü kirliliği ve kontrolü, hava kirliliği ve korunması, su kirliliği kontrolü ve son olarak çıkarılan çevresel etki değerlendirme konularıyla ilgili tüm yönetmelikleri, konularına paralel olarak inceleyeceğiz. Katı Atıklar ve Katı Atıkların Kontrolü Yönetmeliği Bu yönetmelik, meskûn bölgelerde evlerden atılan evsel katı atıkların, park, bahçe ve yeşil alanlardan atılan bitki atıklarının, iri katı atıkların, zararlı atık olmamakla birlikte evsel katı atık özelliklerine sahip sanayi ve ticarethane katı atıklarının, evsel atık su arıtma tesisinden elde edilen (atılan) antma çamurlarının, zararlı atık sınıfına girmeyen sanayi arıtma tesisi çamurlarının, kazı toprağı ve inşaat molozunun toplanması, taşınması, geri kazanılması, değerlendirilmesi, uzaklaştırılması ve zararsız hale geliştirilmesine ilişkin esasları kapsar. Katı atık üreten kişi ve kuruluşlar, en az katı atık üreten teknolojiyi seçmekle, mevcut üretimdeki katı atık miktarını azaltmakla, katı atık içinde zararlı madde bulundurmamakla, katı atıkların değerlendirilmesi ve maddesel geri kazanma konusunda yapısal çalışmalara katılmakla yükümlüdür. Ayrı uzaklaştırılması gereken atıkları üreten hastanelerin, kliniklerin, laboratuvarların ve benzeri yerlerin, hastalık bulaşürıcı kimyasal ve radyoaktif atıkları ile tehlikeli atıklarını evsel atıklar ile birlikte atmaları, tüketicilerin kullanılmış akü ve piller ile ilaç artıklarını evsel katı atık ile birlikte karışık şekilde atmaları yasaktır. Bakanlık, doğada ayrışması uzun süreler alan plastik ve metal esaslı malzemelerden yapılan madde ve ürünleri içinde bulunduran kapların kullanımını ve atık oranını kontrol altına almak, ekolojik sistemlerin dengesinin bozulmasını önlemek amacı ile kota ya da depozito uygulamasını zorunlu kılar. Evsel ve evsel nitelikli endüstriyel katı atıkların öncelikle geri kazanılması esastır. Geri kazanmanın ekonomik ve teknik olarak mümkün olmaması halinde, atıklar çevrenin sağlığının korunması, katı atık hacminin azaltılması, kısmen enerji ya da kompost elde edilmesi amacıyla termik ya da biyolojik işlemlere tabi tutulur. Ancak, termik ya da biyolojik işlemlere elverişli olmayan ya da bu işlemler sonucu yan ürün olarak ortaya çıkan atıkların depolanması zorunludur. Katı atık depolanmasında dikkat edilecek hususlar şunlardır: Kazı toprağının depolanması, katı atık depo tesislerinin yer seçimi, depo tesisleri, depo tabanının oluşturulması ve sızıntı suyu toplanması, depo gazının uzaklaştırılması - depo kütlesinde havasız kalan organik maddenin, mikrobiyolojik olarak ayrışması sonucu çevreye yayılarak patlamaları, zehirlenmelere neden olabilecek metan gazı ağırlıklı olmak üzere karbon dioksit, kükürtlü hidrojen, amonyak ve azot bileşikleri yatay ve düşey gaz toplama sistemi ile toplanır ve kontrollü olarak atmosfere verilir ya da enerji üretmek sureti ile değerlendirilir - arıtma çamurunun evsel katı atıklarla birlikte depolanması, depo tesisinin olumsuz etkisinin önlenmesi, depo sahasının yeşillendirilmesi konuları önemlidir. Öte yandan, organik katı atıkların oksijenli ortamda indirgenmesi suretiyle elde edilen kompostun toprağın yapısını iyileştirici bir görev görmesi için bahçe ve mutfak atıklarının, bu iş için kurulmuş tesislerde kompostlaştınlması, kompost üretimini kolaylaştırmak için komposta elverişli organik atıkların ayrı toplanması gerekir. 13-15
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ Yıllık kapasitesi 200 tondan büyük olan kompost tesislerde : i)
Kompost tesisi havalandırılarak çalıştınkyorsa, emilen havanın filtreden geçirilmek suretiyle temizlendikten sonra atmosfere verilmesi,
ii)
Kompost sahasından toplanan sızıntı suyu kompostun ıslatılması için kullanılmıyorsa, sızıntı suyu arıtıldıktan sonra alıcı ortalama verilmesi ve bu konuda Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliğinin alıcı ortam standartlarına uyulması,
iii) Tesise gelen katı atıklar için ön depolama ve dengeleme görevi yapan ön deponun kapalı olması, iv) Kompost tesislerinde yeraltı ve yerüstü su kaynaklarının koruma alanı içine inşa edilmemesi, v)
Yerleşim alanlarına en yakın mesafenin 1000 metre olması, gerekir.
Kompost reaksiyonunun optimum koşullarda gerçekleşmesi, daha ekonomik kompost üretilebilmesi için katı atığın minimum organik madde ya da yanma kaybı içeriğinin oranı kuru maddenin %50 si olması, tesise giren katı atığın C / N oranının 35 den küçük olması gerekir. Katı atıkların yakılması: Katı atıkları hijyenik hale getirmek, hacmini azaltmak ve kısmen enerji elde etmek amacı ile inşa edilen yakma tesislerinin; i)
Kapasitesi 0.7S ton/saat den küçük olan evsel atık yakma tesislerinde baca gazı içindeki oksijen fazlalığı %17, kapasitesi 0.75 ton/saat den büyük olan tesislerde ise %11 olması,
ii)
Katı atık yakma tesislerinde katı atık miktarlarındaki günlük ve haftalık değişimleri dengelemek ve atıkların yanma hücresine verilmesinin sağlanması,
iii) Sıvı atıklar ve arıtma çamurunun da tesiste yakılması halinde, bu maddelerin kapalı kaplar için depolanması, üstü açık olan boşaltma yerlerinde bir hava emme düzeneği yada vakum bulundurulması, iv) Yakma hücresinin devreye alınabilmesi, hücredeki sıcaklığın belirli bir değerin altına düşmesi halinde ani olarak devreye girecek yakıtla çalışan yedek yakma sisteminin bulunması, v)
Yakma tesislerinin bacaları ile ilgili olarak Hava Kalitesinin Korunması Yönctmeliğindeki teknik hususların yerine getirilmesi,
vi) Yanma sonucunda çıkan cüruf içinde yanmamış atık miktarının ağırlık olarak, külün %2 sini geçmemesi ve tesiste arıtma çamuru yakılması halinde bu değerin %3 e kadar çıkabilmesi, vii) Cüruf ve baca gazı parçacaklarının ayrı ayrı toplanması, viii) Yakma sonucu ortaya çıkan ısı ve cürufun değerlendirilmesi için gereken önlemlerin alınması, ix) Tesiste, Hava Kalitesinin Korunması Yönetmeliğinde belirtilen sınır emisyon değerinin buunması gerekir. Gürültü Kirliliği ve Gürültü Kontrol Yönetmeliği İnsan ve çevresi üzerindeki etkileri giderek artan gürültü, hoşa gitmeyen, rahatsız edici duygular uyandıran bir akustik olgu yada beğenilmeyen, istenmeyen sesler topluluğu olarak tanımlanmaktadır. Gürültünün, insan ve çevresi üzerindeki etkileri, bunları denetim altına almayı amaçlayan bir kamu politikasının konusu olmaktadır. Bu konuda çıkarılan yönetmeliğin amacı, kişilerin huzur ve sükununu, beden ve ruh sağlığını gürültü ile ilgili terimlerin tanımı ile gürültü kontrolünün uygulanacağı sınırlanıl belirlenmesi esaslarını kapsar. Gürültü kirliliği konusundaki başlıca terimler şunlardır: Ses Basınç Seviyesi yada Gürültü Seviyesi: Ses yayılması sırasında değişen atmosferik basınç denge basıncına göre farklıdır. 0.0002 Newton/m2 lik standart referans ses basınç seviyesine oranlanan ses basınç düzeyinin birimi desibel (dB) dir. Desibel: Verilmiş bir ses şiddetinin kendisinden 10 kat az diğer bir ses şiddetine oranının 10 tabanına göre logaritmasına eşit ses şiddetine bel; bunun 1/10 una da desibel denir. Ses şiddeti seviyesi Lp = 10 log (P/P o ) 2 = 20 log P/Po
(25)
biçiminde tanımlanır. 13-16
ııı.IıFIF:ı
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ Burada: Lp = Ses şiddeti seviyesi (dB) 2 P = Ses basıncı (N/m ) 4 2 Po = Referans ses basıncı (TS 187 ye göre 2x10 N/m ) dir. dBA = İnsan kulağının en çok hassas olduğu orta ve yüksek frekansların özellikle vurgulandığı bir ses değerlendirmesi birimidir. Gürültü azaltılması ya da kontrolunda çok kullanılan dBA birimi, ses yüksekliğinin sübjektif değerlendirilmesi ile de ilişkilidir. Eşdeğer Gürültü Seviyesi (Leg) : Verilmiş bir süre içinde süreklilik gösteren esas enerjisinin yada ses basınçlarının ortalama değerini veren dBA biriminde bir gürültü ölçeğidir. Simgesi Leg olup aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır. Ixq = 10 log l/n 1 1 0 " " ° , dBA n = gürültü sayısı Li = gürültü düzeyleri. dBA
(26)
Başlıca gürültü kaynakları olarak karayolu, havayolu taşıma araçları, sanayi, yol ve inşaat makinalan, demiryolları sayılabilir. Trafik gürültüsü için temel kriterler 35 dBA-45 dBA aralığında seçilir. Hava Kirliliği ve Hava Kalitesinin Korunması Yönetmeliği Hava, atmosferi oluşturan gazların karışımıdır. Hacim olarak %78.09 azot, %20.95 oksijen. %0.93 argon ve %0.03 karbon dioksit bulunan havada, çok küçük oranlarda diğer gazlar da bulunmaktadır. Su buharı da atmosfer şartlarına bağlı olarak değişme göstermektedir. Havanın gerek insan sağlığına, gerekse doğaya zarar verici hale gelmesi, kirletici denen unsurların artmasıyla olur. Kirleticiler, belirli bir kaynaktan atmosfere bırakılan 1. derecede kirleticiler ve atmosferdeki kimyasal reaksiyonlar sonucu meydana gelen 2. derecede kirleticiler olarak ikiye ayrılır. Bu kirleticilerin, havada belirli ölçülerin üstüne çıkması durumunda hava kirliliği meydana gelmektedir. Bu kirleticilerin tanımları ve kriterlerin belirlenmesi amacıyla bir yönetmelik çıkartmıştır. Bu yönetmeliğin amacı, her türlü etkinlik sonucu atmosfere yayılan is, duman, toz, gaz, buhar ve aerosol halindeki emisyonlan kontrol altına almak: insanı ve çevresini hava alıcı ortamındaki kirlenmelerden doğacak tehlikelerden korumak; hava kirlenmeleri nedeniyle çevrede ortaya çıkan halka ve komşuluk ilişkilerine önemli zararlar veren olumsuz etkileri gidermek ve bu etkilerin ortaya çıkmamasını sağlamaktır. İnsan ve çevresi üzerine etki eden hava kirliliğinin göstergesi olan, çevre havasında bulunan hava kirleticilerinin artan miktarıyla azalan kalitesine hava kalitesi denir. Yakıt ve benzerlerinin yanmasıyla: sentez, ayrışma, buharlaşma ve benzeri işlemlerle; maddelerin yığılması ayrılması, taşınması ve bu gibi diğer mekanik işlemler sonucu bir tesisten atmosfere yayılan hava kirleticilere emisyon denir. İnsan sağlığının korunması, çevrede, kısa ve uzun vadeli olumsuz etkilerin ortaya çıkmaması için atmosferdeki hava kirleticilerinin, bir arada bulunduklarında, değişen zararlı etkileri de gözönüne alınarak tespit edilmiş konsantrasyon birimleriyle ifade edilen seviyelere Hava Kalitesi sınır değerleri denir. Uzun vadeli sınır değerleri (UVS), aşılmaması gerekeni bütün ölçüm sonuçlarının aritmetik ortalaması olan değerlerdir. Kısa Vadeli sınır değerleri (KVS). maksimum günlük ortalama değerler veya istatistik olarak bütün ölçüm sonuçlan sayısal değerlerinin büyüklüğüne göre dizildiğinde, ölçüm sonuçlarının %95'ini aşmaması gereken değerlerdir. 1. Kükürt dioksit (SO2) a) Genel b) Endüstri bölgeleri 2. Karbon monoksit (CO) 3. Azot dioksit (NO2) 4. Azot monoksit (NO) 5. Havada asılı parçacık maddeler (ppm) a) Genel b) Endüstri bölgeleri
Birim
UVS
KVS
ug/m3 ug/m3 Hg/m3 Hg/m3 Hg/m3
150 250 10000 100 200
400 (900) 400(900) 30000 300 600
ug/m3 Ug/m3
150 200
300 400 13-17
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ Su Kirliliği Kontrol Yönetmeliği Bu yönetmeliğin amacı, ülkenin yeraltı ve yerüstü su kaynakları potansiyelinin her türlü kullanım amacıyla korunmasını, en iyi bir biçimde kullanımının sağlanması ve su kirlenmesinin önlenmesini ekonomik ve sosyal kalkınma hedefleriyle uyumlu bir şekilde gerçekleştirmek üzere, su kirliliğinin kontrolü esaslarının belirlenmesi için gerekli olan hukuksal ve teknik esasları ortaya koymaktır. Yönetmelikte yer alan önemli başlıklar şunlardır: Su ortamlarının kalite sınıflandırması, su kalitesine ilişkin planlama esasları ve yasaklar, atık suların boşaltım ilkeleri, boşaltım izni esasları, atık su altyapı tesislerindeki uygulamalar. Akarsu, göl ve baraj rezervuarlannda biriktirilen kıtaiçi yüzeysel suların kalitelerine göre yapılan sınıflama aşağıda verilmiştir : Sınıfl Sınıf 11 Sınıflll Sınıf IV
: : : :
Yükek kaliteli su Az kirlenmiş su Kirli su Çok kirlenmiş su
Yönetmelikteki çizelgede sınıflandırma için geçerli su kalite parametreleri ve bunlara ilişkin sınır değerleri her sınıf için ayn ayrı verilmiştir. Bir su kaynağının bu sınıflardan herhangi birine sokulabilmesi için bütün parametre değerleri, o sınıf için verilen parametre değerleriyle uyum halinde bulunmalıdır. Yeraltı sularının kalitlerine göre tanımlanan sınıflar aşağıda verilmiştir : Sınıf Yas 1 : Yüksek kaliteli yeraltı suları, içme suyunda ve gıda sanayinde kullanılabilen sulardır. Sınıf Yas 11 : Orta kaliteli yeraltı sulan, bir arıtma işleminden sonra içme suyu olarak kullanılabilecek sulardır. Sınıf Yas 111: Düşük kaliteli yeraltı suları, bu suların kullanım yeri, ekonomik, teknolojik ve sağlık açısından sağlanabilecek antma derecesi ile belirlenir. Su kalitesi yönetmeliğinde, aynca. atık su boşaltım ilkeleri başlıklı bölüm, kanalizasyon sistemlerine boşaltım, alıcı su ortamına doğrudan boşaltım, atık suların sulamada kullanımı, kompozit numune alma ve değerlendirme esasları, endütriyel atık su deşarj standartları, evsel nitelikli atık sular için deşarj standartları, derin deniz deşarjlanyla alıcı ortamlara boşaltım ve kriterleri içermektedir. Çevresel Etki Değerlendirmesi ve Yönetmeliği Gerçekleştirilmesi plananan faaliyetlerin çevreye olabilecek olumlu ya da olumsuz etkilerinin belirlenmesinde, olumsuz yöndeki etkilerin önlenmesi ya da zarar vermeyecek ölçüde en aza indirilmesi için alınacak önlemlerin, seçilen yer ve teknoloji alternatiflerinin saptanarak değerlendirilmesinde ve faaliyetlerin uygulamada izlenmesi- denetlenmesinde sürdürülecek çalışmalara Çevresel etki değerlendirilmesi denir. Bu yönetmelik uyarınca ÇED uygulanacak faaliyetler için hazırlanacak ÇED raporlarında, faaliyetlerle ilgili yer, teknoloji, kaynak seçiminin, çevreye etkilerinin, inşaat, işletme ve işletme sonrası olası çevre sorunlarına karşı alınacak önlemlerin ve bu hususlarda olabilecek alternatiflerin fayda-maliyet analizi, yatırım ve yapılacak işlerin programı, akış şemaları ile izleme esaslarının açıklandığı yazılı metin, harita, imar ve oturum planı, grafik gibi bilgi ve belgelerle birlikte, ilgili kamu kurum ve kuruluşlarıdan alınan, planlanan faaliyetlerin yeri hakkında ilgili mevzuat gereğince bir engel bulunmadığını belirten belgelerin bulunması koşulu aranır. ÇED raporu, şu alt başlıktan içermelidir: Projenin tanımı ve amacı, proje için seçilen yerin konumu, çevresel özellikleri, projenin ekonomik ve sosyal boyutlan, projenin çevre üzerine etkileri ve alınacak önlemler, işletme faaliyete kapandıktan sonra olabilecek ve süren etkiler ve bu etkilere karşı alınacak önlemler ve sonuçlar.
13-18
A
ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KAYNAKÇA (1) BARNES, D., et al., VVater and Wastewater Engineering Systems, Pitman Publishing Inc., 1981. (2) CANTER, L.W., Environmental Impact Assessment, Mc Graw - Hill Inc., 1977. Çevre Bakanlığı., Çevre Mevzuatı, Çevre Eğitimi ve Yayın Dairesi Başkanlığı Yayın No.l, Ankara, 1992. Çevre Kanunu : 11.08.1983 Tarih ve 18132 Sayılı Resmi Gazete, Ankara, 1983. (3) DEGREMONT., VVater Treatment Handbook, 6th ed., 1991. (4) FAÎR, M.G., GEYER, J.C., OKUN, DA., VVater and Wastewater Engineering, Vol. 1 & 11, John Wiley & Sons. Inc, 1981. (5) KARPUZCU, M., Su Temini ve Çevre Sağlığı, İTÜ, Inş. Fak. Çevre Müh. Bl., 1985. (6) METCALF & EDDY., Wastewater Engineering: CoIIection and Pumping of Wastewater, Mc Graw-Hill Inc., 1981. (7) METCALF & EDDY., Wastewater Engineering: Treatment, Disposal & Reuse, Mc Graw - Hill Inc, 1978. (8) O.D.T.Ü. Çevre Müh. Bl.. Atık Suların Arıtılması ve Alıcı Ortama Deşarj Kurs Notları, Ankara, 1983. (9) PEAVY, H.S., et al., Environmental Engineering, Mc Graw - Hill Inc., 1985. (10) REYNOLDS, T.D., Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, Wadsworth Inc., Califorrnia., 1982. (11) SAWYER. C.N., Mc CARTY P.L.. Chemistry for Environmental Engineering, Mc Graw - Hill Inc., 3rdEd., 1978. (12)
SOYUPAK, S., Biyolojik Arıtma ve Biyolojik Arıtma Sistemleri. Ankara, 1987.
(13) TCHOBANOGLOUS, G.. Solid Waste Disposal, Mc Graw Hill - Inc., 1981. (14) TEBBUTT T H Y . , (Çeviren: Vahap B( )I MAN); Su Kalitesi Kontrol Prensipleri, Ankara, 1984. (15) TMMOB Çevre Müh Oda^ı.. Tiirkm'ık Çevre Mühendisliği Eğitimi ve Sorunları, Ankara, 1984. Türkiye Çevre Sorunları Vakh Yayını Türkiye'nin Çevre Sorunları, Ankara 1992. (16) USLU O.. TÜRKMAN A.. Su Kirlilimi ve Kontrolü. TC. Başbakanlık Çevre Genel Müd. Yayınları Eğitim Dizisi 1, Ankara. 1987 İLGİLİ TSE STANDARTLARI 13.010 13.020 13.030 13.040 13.040.10 13.060 13.040.20 13.040.50 13.060 13.060.10 13.060.20 13.06030 13.060.40 13.080 13.080
Numune Alma ve Dene\ M. ıodI m Çevre Koruma (Genel > Katı Atıklar Hava Kalitesi Genel Kavramlar Hava Kirliliği Ölçme Metotları ÇevreHavası Taşıma Araçları F.g/os linıisyonl.ın Su Kalitesi Doğal Su Kaynakları (Kirlenmeye karşı koruma dahil) İçme Sulan Kanalizasyon Suyu Boşaltımı ve Arıtımı Su, Atık Su ve Çamurun İncelenmesi (Su mikrobiyolojisi, bkz. 07.100.20) Suyun Analiz Metodları Toprak Kalitesi - Pedoloji
12 standart 1982-93 4 standart 1992 - 93 1 standart 11 -1992 6 standart 1984 - 92 1 standart 04 - 1976 6 standart 1976 8 standart 1986 - 92 3 standart 1988 - 93 76 standart 1958 - 93 15 standart 1989 - 92 5 standart 1984 - 92 2 standart 1984-92 71 standart 1981 -90 27 standart 1990 - 93 38 standart 1983 - 93 13-19
ALFABETİK DEIN f
I
I
ALFABETİK
Abrasion, 3-08 Absorbsiyon, 10-13 Açı(sı), bükülme, 2-79 Açı(sı), dinamik şev, 7-05, 7-06 Açı(sı), dönme, 4-02 Açı(sı), Euler, 4-21 Açı(sı), kayıp, 6-31 Açı(sı), sarılma, 7-67 Açı(sı), statik sürtünme, 4-24, 4-28 Açı(sı), statik şev, 4-24, 4-28, 7-05 Açı(sı), sürtünme, 7-06 Açı(sı), şev, 7-05, 7-06, 7-27, 7-58 Ağırlık(ğı), giden malzemenin, 7-37 Ağırlık, özgül, 7-04, 7-05 Ağırhk(ğı), yığma, 7-04, 7-05, 7-06 Akım(ı), Eddy, 6-21, 6-23, 6-35 Akım(ı), sinüsel olmayan alternatif, 6-35 Akım(ı), yağ, 8-02, 8-24 Akış(ı), elektron, 3-19 Akış, laminer, 3-16 Akış(ı), nakit, 11-09, 11-11, 11-13, 11-18, 11-19 Akış(ı), net para, 11-04 Akışkan, 3-15, 5-19 Akışkan, yağlayıcı, 8-32 Akma(sı), malzeme, 5-52 Aktarım(ı), malzeme, 12-14 Aksiyal, 10-06 Akustik(ği), oda, 6-46 Alan (ı), çınlama, 6-44, 6-45 Alan (ı), dağınık ses, 6-44 Alan (ı), serbest ses, 6-43, 6-44, 6-46 Alan, uzak, 6-43 Alan, yakın, 6-43 Alaşım(ı), alüminyum, 2-43, 2-92, 2-94, 3-09 Alaşım(ı), bakır, 2-51, 3-09 Alaşım(ı), çinko, 2-57 Alaşım, döküm, 2-43 Alaşım(ı), işlem, 2-43 Alaşım(ı), magnesum, 2-09 Alaşım, mıknatıs, 2-61 Alaşım(ı), nikel, 2-59, 3-11 Alaşım, tavlanmış, 2-44 Alaşım, termoelement, 2-61 Alaşım(ı), titan, 2-60 Alaşım(ı), titanyum, 2-09, 3-10 Alkalizasyon, 2-94 Allatropik, 2-03 Alternatif, ekonomik, 11-16 Alternatif, en iyi, 11-02 Alternatifleri), yatırım, 11-11 Altlık, 7-17 Alümina, 2-01, 2-08
DİZİN
Amalgam, -diş dolgusu, 2-18 Amortisman, 11-06, 11-16 Amortisman, düz, 11-06, 11-19 Amplifikatör, 6-40 Analiz(i), eğilim, 6-33 Analiz(i), elek, 7-02 Analiz(i), faktör, 12-13 Analiz(i), gerilme, 2-08, 2-90 Analiz, gravimetrik, 5-86, 5-88 Analiz(i), hareket, 12-07 Analiz, harmonik, 6-03 Analiz(i), hasar, 2-08, 2-90 Analiz, ısıl, 2-90 Analiz(i), ilişki, 12-11 Analiz, spektrofotometrik, 5-86, 5-88 Analiz(i), tesis yeri seçimi, 12-03 Analiz(i), yenileme, 11-16 Anizotropik, 2-88, 2-89, 2-90 Ankastre, 4-04, 6-13, 6-16 Araba, çatallı, 7-16 Araba, dört tekerli, 7-15 Araba(sı), el 7-14 Araba(lar), endüstriyel, 7-14, 7-16 Araba, kendiliğinden hareketli, 7-16 Araba(lan), motorsuz kaldırma, 7-24 Arabanları), üç tekerli, 7-15 Aralık, dinamik, 6-20 Arahk(ğı), frekans, 6-20 Aralık, kılcal, 3-20 Aralık(ğı), korozyon, 2-01 Aralık(ğı), ses düzeyi ölçme, 6-40 Armatür(ü), elektrik motoru, 6-27 Arttırım(ı), kapasite, 12-02 Asbest, reçine bağlı, 5-66 Asit, çözücü, 2-96 Asit, hidroflorik, 2-112 Asit, stearat, 2-69 Astar(lama), 2-04 Astar(lama), metal, 2-04 Aşındırıcılık, 7-06 Aşınma, 5-19, 5-21, 5-23, 5-61, 5-80, 6-94, 8-02 Aşındırıcı, sentetik, 2-08 Atalet, asal, 6-28 Atış. eğik, 4-14 Atmosferik korozyon, 2-01 Atomizasyon, 2-02 Atomizasyon, santrifüj, 2-02 B Bağ, Bağ. Bağ. Bağ,
atomik, 2-107 çapraz, 2-99 iyonik, 2-100, 2-106, 2-109 kovalent, 2-100, 2-106, 2-109
ALFABETİK DİZİN Bağlayıcı, 2-96, 2-100, 2-103, 2-108, Bağlayıcı, cam, 2-107 Bağlayıcı, organik, 2-101, 2-106, 2-107 Bakım, kestirimci, 6-33 Bakım, periyodik, 6-32, 6-33 Bakım, sürekli, 6-32, 6-33 Bakteri(ler), çürükçül, 13-05 Bakteri, koliform, 13-06 Bandı, oktav, 6-38 Bariyer, 6-46 Basınç(cı), akışkan, 5-63 Basınç(cı), bant düzeyi, 6-39 Basınç(cı), besleme, 8-37 Basınç(cı), buhar, 9-57 Basınç(cı), cep, 8-32, 8-34, 8-35, 8-36 Basınç(cı), doymuş buhar, 9-59 Basınç(cı), harmonik ses, 6-38 Basınç, hidrodinamik, 5-34 Basınçlama, 9-26 Basınçlandırma, 9-06 Basma, 2-50 Bebek, mavi, 13-06 Berilya, 2-111 Besleyici(ler), 7-28 Besleyici(ler), helezon, 7-31 Besleyici(ler), kayışlı, 7-29 Besleyici(ler), paletli, 7-29 Besleyici(ler), tablalı, 7-32 Besleyici(ler), titreşimli, 7-31 Biçimlenebilirlik, 2-21 Bileşik, 3-02 Bileşik(ler) ferri, 2-03 Bileşik(ler) ferro, 2-03 Bileşim(i), anma, 2-53 Bilim(leri), çevre, 13-03 Bilezik, 8-04 Bilezik(ği), destek, 5-20, 5-35 Bilezik, dış, 8-44, 8-47 Bilezik, iç, 8-44, 8-47 Bilezik(leri), rulman, 11-34 Boksit, 2-43 Boru, dikişsiz çelik çekme, 3-35 Boru, döner, 7-33 Boru(su), yoğuşma, 3-16 Boşluk(ğu), çalışma, 5-35 Boşluk, radyal, 8-19, 8-24, 8-47 Boşluk(ğu), yatak, 8-24, 8-25, 8-47 Boy(u), tambur, 7-70 Bozulma, spiral, 5-25 Bozunma, yoğruk, 2-8, 2-9, 2-11, 2-15 Bölge, esnek, 2-08 Bölge(si), germe, 2-38 Bölge, kritik, 2-38 Bölge, yoğruk, 2-08 Bronz(u), fosfor, 5-66 Bronz, kurşun-bakır alaşımlı, 5-67 Brülör, gaz yakıtlı, 9-25 Buharlaşma, 9-26 Buharlaştırıcı, 9-34 Buharlaştırıcı, kuru, 9-34
Buharlaştıncı, yaş, 9-34 Burç, 2-72 Burulma, 6-16 Büyüklük, vektörel, 4-19
Cam(ı), bor, 2-113 Cam(ı), E- 2-83, 2-84, 2-88 Cam elyafı, 2-83, 2-90 Cam(ı), S- 2-83, 2-84 Cam(ı), kurşun, 2-113 Cihaz(lan), FFT, 6-41, 6-42 Conta, 5-02, 5-43, 5-44, 5-45, 5-46 Conta, amyantlı (asbestli), 5-46 Conta, elastomer, 5-52 Conta, hidrolik, 5-50 Conta, kağıt, 5-49 Conta, kauçuk, 5-49 Conta, mantarlı, 5-48 Conta, sıvı, 5-51
Çamur, plastik, 2-100, 2-101 Çap(ı), keçe dış, 5-12 Çap(ı), kesit, 5-28 Çap(ı), mü, 5-11 Çap(ı), muylu, 7-46 Çap(ı), tekerlek, 7-46 Çap(ı), yuva, 5-11 Çark, kepçeli döner, 7-22 Çark(ları), dengeleme, 7-52 Çarpma, 4-20 Çarpma, plastik, 4-20 ÇED, 13-18 Çekici, 7-15 Çekme, 2-06, 2-09, 2-16 Çekme mukavemeti, 2-74, 2-78 Çelik, alaşımlı, 2-90 Çelik, çift fazlı paslanmaz, 3-09 Çelik, derin, 2-21 Çelik, dökme, 2-64 Çelik, düşük alaşımlı, 2-94, 2-04 Çelik, galvanizlik, 2-97, 3-16 Çelik(ği), karbon, 2-04, 2-20, 2-24, 2-34, 2-35, 3-08 Çelik, martensetik, 2-94 Çelik, sertleşen, 2-21 Çelik, sığ, 2-21 Çelik(ği), takım, 2-64, 2-70, 2-75 Çevrim(i), Carnot, 9-29 Çevrim(i), soğutma, 9-26 Çevrim(i), tasarım, 2-88 Çınlama, 6-43, 6-45 Çinkoblend, 2-57 Çinkografi, 2-57 Çizelge(si), ilişki, 12-11 Çizelge(si), montaj, 12-06 Çizelge(si), operasyon, 12-06
ALFABETİK DİZİN Çizelge(si), rota, 12-06 Çizgi(si), biçimleme kısıt, 2-21 Çizgi(si), çevrit, 12-17, 12-18 Çizgi(si), etki, 4-03, 4-04 Çizgi(leri), Lüder, 2-08 Çizit(i), alan ilişki, 12-13 Çizit(i), ilişki, 12-12 Çizikleri), işlem süreç, 12-10 Çökelme, 13-05, 3-18 Çökeltme, 13-09, 2-66, 3-17 Çökeltme, kimyasal, 13-13 Çöktürü(cü), elektrostatik, 3-11 Çözelme, 2-66 Çözelti, alkali, 2-95 Çözüm, genel, 6-08 Çözüm, homojen, 6-06 Çözünürlük(ğü), azot, 30-8 Çözünürlük(ğü), karbon, 3-08 Çürütme, anaerobik çamur, 13-12 D Daire(si), kampresör, 13-20, 13-21 Dalga, boyu, 6-36 Dalga, elektromagnetik, 6-23 Dalga(sı), ses, 6-37 Dalga, ultrasonik, 6-23 Damper, 2-77 Daralma, 3-94 Darbe(leri), sıvı, 9-27 Davranım, gevrek, 2-13, 2-15, 2-16 Davranım, sünek, 2-13, 2-15, 2-16 Dayanç(cı), akma, 2-23, 2-26, 2-33 Dayanç(cı), çarpma, 2-12 Dayanıklılık, aşınmaya, 2-85, 2-88 Dayanım(ı), akma, 2-48, 2-50 Dayanım(ı), aşınma, 2-85 Dayanım(ı), basınç-entalpi, 9-23 Dayanım(ı), basma, 3-17 Dayanım(ı), çekme, 2-48, 2-50, 2-51, 2-105, 2-84, 2-85, 2-93, 2-83, 2-85, 2-92, 2-07, 2-17, 2-26, 2-33, 2-46 Dayanım(ı), dielektrik, 2-104 Dayanım(ı), hava, 9-49 Dayanım(ı), kayma, 8-03 Dayanım(ı), kesme, 2-50 Dayanım, psikrometrik, 9-64, 9-71, 9-72 Dayanım(ı), uzama, 2-58 Dayanım(ı), yorulma, 2-46, 2-51 Dağılma(sı), ışık, 2-66 Debi, 8-34, 8-35, 13-14 Debi(si), hava, 9-50 Defrost, 9-38 Değer(i), ağırlık, 12-16, 12-19 Değer(i), efektif, 6-02, 6-03, 6-23, 6-33, 6-34, 6-40 Değer(i), ekonomik, 11-02 Değer(i), gerinim, 2-39, 2-40 Değer(i), hurda, 11-11, 11-12, 11-16 Değer, karesel ortalama, 6-02
Değer, net bugünkü, 11-04 Değer(i), NR, 6-39 Değer, optimum, 6-32 Değer(i) ortalama, 6-02 De|er(i), paranın bugünkü, 11-04 Değer(i), paranın zaman, 11-02 Değer(i), sınır, 6-43 Değer, tepeden tepeye, 6-03, 6-23 Değer(i), tolerans, 11-12 Değişken(i), debi, 8-27, 8-30 Değişken(i), sıcaklık artış, 8-27 Değişken(i), yağ, 8-27 Değiştirme, iyon, 13-12, 13-14 Dekape, 2-37 Dernineralizasyon, 13-21 Demir, benekli, 2-03 Demir, dikme, 2-03 Demir, dökme, 2-04, 2-107, 3-14, 3-15, 3-16, 5-67Demir, emayelik, 2-35 Demir, gri, 2-03 Demir, pik, 2-03 Demir, sfero, 2-03 Demir, sünger, 2-65 Denetlenmesi, korozon, 3-18 Deney(i), aşınma, 5-88 Deney(i), elastiklik, 5-88 Deney (i), Jominy, 2-21, 2-22 Deney(i), yapışma, 5-88 Deney (i), yeğinlik, 2-21 Denge, 3-03, 4-03, 4-04, 4-05, 4-12, 4-24 Denge, statik, 6-28 Dengeleme devri, 6-29 Dengeleme, dinamik, 6-28 Dengeleme, modal, 6-30 Dengeleme, statik, 6-28 Dengeleme, yerinde, 6-30 Dengesizlik artığı, 6-28, 6-29 Dengesizlik, dinamik, 6-28 Dengesi, mekanik keçe, 5-63 Dengesizlik, statik, 6-06 Denklem(i), Darc-Weisbach, 13-13 Denklem(i), denge, 4-04, 8-24 Denklem(i), diferansiyel, 4-29 Denklem(i), Hazen-Williams, 13-13 Denklem(i), Nerst, 3-05 Denklem(i), Reynolds, 8-20, 8-26 Depolama, hammadde, 12-12 Depolama, ürün, 12-12 Depolama, yardımcı araç ve alet, 12-12 Derece(si), bağıl nem, 9-60 Derece(si), doyma, 9-57 Derece(si), ergime Derece(si), kızma, 9-35 Derece(si), serbestik, 6-06, 6-07 Derinliği, çentik, 5-88 Desibel, 13-16 Destekleyici, aşınmaya, 2-83, 2-84, 2-85, 2-86, 2-88, 2-89 Devre(si), analog elektrik, 6-42
ALFABETİK DİZİN Devre(si), digital elektrik, 6-42 Devre(si), düzeltme, 6-41 Devre(si), emiş, 9-30 Devre(si), filtre ve redresör, 6-30 Devre(si), korozyon, 3-03 Dezenfeksion, 13-12 DİN, 2-06 Diaspor, 2-111 Direnç, 2-104, 2-18 Direnci, akışkan, 5-90 Direnci, akma, 2-49 Direnci, aşınma, 2-05, 2-18, 2-19, 2-22, 2-24, 2-97, 5-26, 5-66, 5-79 Direnci, çekme, 2-46, 5-87 Direnci, darbe, 5-90 Direnç, endüktif, 7-38 Direnci, esneklik, 5-90 Direnci, hava ve ozon, 5-90 Direnci, ısı, 5-88 Direnç, ısıl, 5-55 Direnci, leke, 5-90 Direnç, kimyasal, 5-77 Direnci, kopma, 5-88 Direnci, korozyon, 2-27, 2-46, 2-53, 2-60, 2-90, 2-97, 3-08, 3-09, 3-13, 3-14, 5-66, 5-72 Direnç, mekanik, 5-49 Direnç, özgül, 2-35, 3-08 Direnci, oksidasyon, 2-59 Direnci, oksitlenme, 2-49 Direnci, su, 5-90 Direni, yağ, 5-88 Direnci, yorulma, 2-22 Direnci, yırtılma, 5-87, 5-90 Direnci, yuvarlanma, 4-25, 4-26 Direngenlik(ği), ayarlama, 6-30 Direngenlikti), burulma, 6-11, 6-12 Direngenlik, eşdeğer, 6-12, 6-13, 6-14, 6-16 Direngenlikti), katman, 6-32 Direngenlik(ği), kontrol, 6-23 Direngenlik(ği), yatak, 8-17 Disk, elmas, 2-108 Disk(i), taşlama, 2-108 Diyafram, 5-4, 5-79 Diyagram, 4-05, 4-13 Diagram(ı), PV, 5-70 Dolgu, organik, 5-66 Dolgu, inorganik, 5-66 Dolomit, 2-49 Dökme demir, 2-03 Dökme, kır, 2-24 Dökülebilirlik, 2-19 Döküm, 5-14 Döküm, gri, 2-22 Döküm, kontinü, 2-12 Döküm, sfero, 2-22 Döküm, süspansiyon, 2-101 Döngü(sü), kayıp, 6-30 Dönme, 4-10 Dönüşürücü(sü), asılı kütleli titreşim, 6-20 Dönüştürücü(sü), asılı olmayan titreşim, 6-20,
6-23 Dönüştürücü(sü), Bessemer, 2-04 Dönüştürücü(sü), elektromaynetik yakın konum, 6-23 Dönüştürücü(sü), oksijen, 2-05 Dönüştürücü(sü), titreşim, 6-20 Dövülme, 2-04 Dövülebilme, 2-51 Dudak(ğı), halka, 5-32 Dudak(ğı), keçe, 5-07, 5-08, 5-09, 5-12 Duyarlılık, ileri, 8-47 Duyarlılık, özel, 8-47 Duyarlılık, yüksek, 8-47 Düşü(ler), basamaklı, 7-33 Düşü(leri), besleme, 7-32 Düşü(ler), helisel, 7-33, 7-35 Düşü(leri), iletim, 7-06 Düzen(i), grup yerleştirme, 12-07 Düzen(i), ürüne göre yerleştirme, 12-07, 12-09, 12-10 Düzen(i), sabit konumda yerleştirme, 12-07, 12-08 Düzen(i), sürece göre yerleştirme, 12-07, 1209 Düzen(i), tesis yerleşim, 12-02, 12-04 Düzenek(leri), boşaltma, 7-25 Düzenek(leri), gerdirme, 7-54, 7-70 Düzenek(ği), güç aktarma, 7-70 Düzenek(leri), kayış ekleme, 7-62 Düzenek(leri), malzeme iletimi, 7-02 Düzenek(leri), merkezleme, 7-65 Düzenek(leri), yükleme, 7-25 Düzey, 6-36 Düzey(i), dayanç, 2-26 Düzey(i), ses, 6-38 Düzey(i), ses şiddeti, 6-37, 6-38, 6-39 Düzey(i), ses gücü, 6-37, 6-38, 6-39, 6-41, 6-42 E Eğim(li) değişken, 8-26 Eğri(si), biçimleme kısıtı, 2-21 Eğri(si), çevrim, 6-38 Eğri(si), desibel toplam, 6-37 Eğri(si), düzeltme, 6-39 Eğri(si), eşyükseklik, 6-38 Eğri(si), polarizasyon, 3-04, 3-13 • Eğri(si), sinüs, 4-08 Eğri(si), sürünme, 2-17 Eğri(si), uzay, 4-09 Ejektör, 10-06 Ekonomi, istikrarsız, 11-15 Ekonomi(si), işletme, 11-08, 2-39 Ekonomi(si), mühendislik, 11-02, 11-04, 11-06, 12-03 Eksantrik, 4-20 Eksen, 4-07 Eksen(i), ani dönme, 4-10 Eksen(i), çarpışma, 4-20 Eksen(i), dönme, 4-10
A
ALFABETİK DİZİN Eksen(i), koordinat, 4-04 Eksen(i), referans, 4-15 Eksen(i), simetri, 4-05, 4-21 Eksen, yatay, 4-28, 8-23 Ekstrüzyon, 2-101, 2-69, 2-92, 5-77 Ekstrüzyon, sıcak, 2-44 Ekzotermik, 2-81 Eleman, elastik, 6-12 Elastik, 6-02, 6-05, 6-12, 4-20, 2-97 Elastomer, 2-97, 5-07, 5-20, 5-25, 5-49, 5-50, 5-57, 5-79, 5-80, 5-85 Elastoplastik, 4-23 Elektrodinamik, 6-21 Elektroliz, 2-66 Elektrostatik, 2-108 Eleman(ları), çekme, 7-52 Eleman(ları), sızdırmazlık, 5-02, 5-17, 5-18, 5-32, 5-37, 5-39, 5-49, 5-54, 5-69, 5-78 Eleman(lar), standart, 5-41 Elyaf, 2-83, 2-85, 2-88, 2-89 Elyaf(ı), cam, 5-78 Elyaf(ı), karbon, grafit, 2-83, 2-84, 2-90, 2-92 Elyaf, organik, 2-85 Emaye, 2-34, 2-35 Emaye, porselen, 2-34 Emdirme, 5-53 Emme, aspiratörde, 7-13 Emöri, 2-107 Emülsiyon, akrilik, 5-78 Endeks(i), fiyat, 11-08 Endeks(i), toptan eşa fiyat, 11-09 Enerji, 4-17, 4-28 Enerji(si), aktivasyon, 3-02 Enerji(si), darbe, 2-74 Enerji, iç, 9-58 Enerji(si), kırılma, 2-92 Enerji, kinetik, 4-18, 9-52 Enerji, mekanik, 2-78, 4-02, 4-18, 5-80 Enerji, potansiyel, 4-18 Enflasyon(u), nokta, 11-08 Engelleme, galvanik, 2-46 Entagratör, 6-20 Epoksi, 2-84, 2-87, 2-90, 5-66 Epoksi(ler), 2-83 Ergitme, 2-03, 2-64 Ergodik, 5-76, 6-05 Esnekliği, amyant, 5-46 Esneme, 5-08 Esneme, elastik, 8-24 Eşanjör, 9-28, 9-39 Eşantör, 10-07 Eşdeğer(i), Grant ve Ireson, 11-03 Eşitlik, eksponansiyel, 2-09 Etki, fizyolojik, 6-39, 6-40 Etki(si), halat, 7-49 Etki, jiroskopik, 4-22 Etki, psikolojik, 6-39, 6-40
Faiz, 11-02, 11-03 Faiz, bileşik, 11-03, 11-04, 11-05, 11-06 Faiz, efektif, 11-06, 11-07, 11-08 Faiz, nominal, 11-06, 11-07 Faiz, reel, 11-09 Faktör(ü), bileşik değer, 11-22 Faktör(ü), bileşik faiz, 11-02, 11-04 Faktör(ü), bugünkü değer, 11-22 Faktör(ü), debi, 8-21 Faktör(ü), düzenli eşit ödeme bugünkü değer, 11-05 Faktör(ü), düzenli ödeme bileşik değer, 11-05 Faktör(ü), eşit ödeme, 11-22 Faktör(ü), hammadde, 12-02 Faktör(ü), iklim, 12-03 Faktör(ü), j- 12-04 Faktör(ü), kayıp, 6-30, 6-31, 2-104 Faktör, nicel, 12-03, 12-04 Faktör, nitel, 12-03, 12-04 Faktör(ü), sürtünme, 13-10 Faktör(ü), sürtünme katsayısı, 8-26, 8-27, 2-104 Faktör(ü), teşvik tedbirleri, 12-03 Faktör(ü), geri ödeme, 11-05, 11-06, 11-27 Faktör(ü), yükseklik zam, 9-08 Faz, 2-102, 2-103, 2-106 Faz açısı, 6-03, 6+05, 6-09, 6-21, 6-90 Faz distorsiyonu, 6-20 Faz(ı), elyaf, 2-76 Faz gecikmesi, 6-07, 6-09 Faz, iki sürekli, 2-84 Faz, iki süreksiz, 2-84 Faz, spektrumu, 6-05, 6-23 Feldspat, 2-103, 2-107, 2-43 Ferritik, 2-04, 2-05, 2-20 Fırın(ı), elektrik ark, 2-05, Film(i), boya, 2-96 Film, camsı, 3-15 Film(i), oksit, 3-14 Film, pasif, 3-16, 3-17 Film(i), yağ, 5-05, 5-10, 5-19, 5-64, 5-65, 5-74, 8-20, 8-28, 8-30 Filtre, 9-38 Filtre, bant geçiren, 6-42 Filtre, hassas, 9-52 Filtre, kaba, 9-52 Filtre, mikro, 9-52 Filtre, organik, 2-78 Filtre(si), oktav, 6-42 Flanş, 10-20 Floroelastomer, 5-30 Fonksiyon, harmonik, 6-11 Fonksiyon(u), özellik, 6-05 Formül, amprik, 7-27 Fosfat, havası giderilmiş, 3-11 Fosforit, 2-104 Fourier dönüşümü, 6-05, 6-23, 6-42 Fourier serisi, 6-03, 6-05, 6-42 Fourier ters dönüşümü, 6-05
ALFABETİK DİZİN Frekans, 6-03, 6-25, 6-30, 6-32, 6-36, 6-37, 6-38, 6-39, 6-42, 6-45, 6-46 Frekans, açısal, 6-03, 6-09 Frekans analizi, 6-05, 6-42, 6-38, 6-23 Frekans aralığı, 6-42 Frekans bağıntıları, 6-36 Frekans bantları, 6-33 Frekans, doğal, 6-06, 6-07, 6-11, 6-12, 6-13, 6-14, 6-16, 6-17, 6-19, 6-21, 6-22, 6-24, 6-29 Frekans, doğal açısal, 6-07, 6-09 Frekans, doğal sönümlü, 6-07 Frekans(ı), genlik, 6-09 Frekans(ı), rezonans, 6-06, 6-09, 6-24, 6-29 Frekans(ı), ses, 6-38 Frekans sepektrumu, 6-05, 6-42 Frekans(ı), titreşim, 6-22 Fren diski, 6-29 Fren kampanası, 6-29
Gaz, ekso, 2-71 Gaz, endo, 2-71 Gaz(ı), metan, 13-15 Geçirgenlik(ği), gaz, 5-77, 5-78, 5-86 Gelir(i), faiz, 11-03 Gelir(leri), yıllık nakit, 11-19 Genleşme, 2-06, 5-74, 9-27 Genlik, 6-02, 6-03, 6-09 Genlik(ği), rejim, 6-09 Genlik(ği), rejim titreşimi, 6-10 Genlik(ği), rezonans, 6-09 Genlik sepektrumu, 6-05, 6-33, 6-34 Genlik(ği), sürekli faz titreşimlerinin, 6-07 Genlik(ği), titreşim, 6-23, 6-33 Geometri(si), yatak, 8-43 Gerdirme, 7-70 Gerdirme(ler), ağırlıklı, 7-70 Gereç(ci), mil, 5-10 Gereç(ler), bileşik, 2-83, 2-84, 2-85, 2-88, 2-91, 2-92 Gereç(ler), yüksek dayanım bileşik, 2-90 Gerilme, 2-07, 2-86, 2-87, 3-09, 3-18 Gerilim(i), akma, 2-03, 2-07, 2-08 Gerilim(i), basma, 3-17, 2-92, 2-23 Gerilim(i), çekme, 2-91, 3-17, 3-18, 2-91, 2-91, 2-11 Gerilme(si), çekme emniyet, 2-03, 2-16, 2-83, 2-87 Gerilim, çevrimli, 2-23 Gerilme, dinamik, 7-49, 7-50 Gerilme, ısıl, 6-28, 3-13 Gerilme(si), kesme emniyet, 2-88 Gerilme, mekanik sistemde, 6-02 Gerilme(si), polarizasyon, 6-42 Gerilim, titreşimli, 2-23 Gerilme(si), yüzey, 5-44 Gerinim, 2-07, 2-08, 2-09, 2-38
Gerinim, esnek, 2-07 Gerinim, kalıcı, 2-07 Gerinim, orantısız, 2-07 Gerinim, toplam, 2-07 Getiri, 11-02 Getiri(si), nakit, 11-09 Getiri(si), yıllık eşdeğer, 11-12 Gevrek, 2-22, 5-76 Gider(leri), amortisman, 11-19, 11-20 Gider(i), faiz, 11-03, 11-05, 11-20 Gider(leri), finansman, 11-19, 11-20 Gider(i), hammadde, 12-02 Gider(i), malzeme aktarma, 12-05, 12-09, 12-11, 12-19 Giderilme(si), oksijen, 3-12 Giderme, gaz, 2-23 Göbek(leri), röle, 2-80 Götürücü, hareketli, 7-19, 7-20 Götürücü, hareketli paletli, 7-21 Götürücü, helezon, 7-11, 7-22 Götürücü(sü), hidrolik iletim, 7-11 Götürücü, kayışlı, 7-11, 7-35, 7-45, 7-58, 7-60, 7-68 Götürücü, kesikli çalışan, 7-22 Götürücü(ler), paletli, 7-29 Götürücü(ler), pnömatik, 7-13 Gözenek, mikro, 5-53 Grafit, 8-06 Gres, 8-05, 8-06, 8-12, 8-12, 8-13, 8-18, 8-40, 5-08, 5-73 Gres, kaü, 8-13 Gres, yumuşak, 8-13 Güç(ü), paranın alım, 11-03, 11-08 Gücü, ses, 6-37 Gürültü dozu, 6-43 Gürültü düzeyi sının, 6-43 H Haddeleme, 2-09, 2-22, 2-69, 2-92, 2-93 Haddeleme; sıcak, 2-28, 2-35, 2-36, 2-37 Hail hunisi, 2-67 Halka(sı), O, 5-19, 5-32, 5-33, 5-36, 5-42, 5-61, 5-70, 5-71, 5-72 Halka(sı), X, 5-31 Halka(sı), salmastra, 5-56, 7-64 Halka(sı), sızdımazlık, 5-31, 5-61, 5-64, 5-65, 5-67, 5-71, 5-72 Halka, takım, 5-36, 5-79 Halka(sı), V, 5-32, 5-36, 5-37 Halko pirit, 2-51 Hareket, açısal, 4-10, 4-19, 4-22 Hareket, bağıl, 4-11 Hareket, çevresel, 5-15 Hareket, doğrusal, 4-02, 4-08, 4-12, 4-19, 4-20 Hareket(i), dönme, 4-29 Hareket, düzlemde eğrisel, 4-08, 4-09, 4-14 Hareket, düzlemsel, 4-10, 4-11 Hareket, eksenel, 5-34, 5-37
ALFABETİK DİZİN Hareket, harmonik, 4-08 Hareket, jiroskopik, 4-21 Harekeı, mekanik, 2-105 Hasar(ı), kavitason, 3-16 Hasar(ı), korozyon, 3-17 Hat(tı), üretim, 12-09 Hava, basınçlı, 10-02 Havalandırma, 9-46, 13-08 Havalandırma, doğal, 9-48 Havalandırma, zorunlu, 9-48, 9-49 Hazne(leri), depolama, 7-26 Hazne(leri), yükleme, 7-25 Hetetroflar, 13-06 Hız, açısal, 4-08, 4-10, 4-11, 4-14, 4-18, 4-21, 6-09, 6-28 Hız(ı), açısal dönme, 8-02 Hız(ı), akma, 3-10, 3-13 Hız(ı), akış, 10-23, 7-10 Hız(ı) asimilasyon, 13-03 Hız(ı), atık su, 13-10 Hız(ı), çalışma, 8-15 Hız, çevresel, 5-05, 7-17 Hız(ı), çökelme, 7-03 Hız, doğrusal, 4-02, 4-08, 4-10 Hız(ı), dönme, 5-05, 6-33 Hız, eksenel, 5-35 Hız(ı), genlik, 6-03 Hız(ı), işletme, 6-30 Hız(ı), kayma, 4-23, 8-03, 8-19, 8-24, 8-30 Hız(ı), korozyon, 2-94, 2-96, 3-04, 3-07, 3-14, 3-18 Hız, kritik, 6-12, 6-13, 6-14, 6-15, 6-16, 6-24 Hız(ı), reaksiyon, 3-02 Hız(ı), sertleşme, 2-09 Hız(ı), ses, 6-45 Hız(ı), su, 13-09 Hız(ı), sürtünme, 2-17 Hız(ı), titreşim, 6-02, 6-20, 6-33 Hız(ı), yayılma, 6-36 Hız(ı), yüzey, 5-10, 5-17, 5-27, 5-32 Hiperstatik, 4-01 Hipoklorit, 13-07 Hipoklorous, 13-07 Honi, 7-25 Honlama, 5-35 Hub, 7-48 Hücre, galvanik, 3-06 Hücre, ses yalıtıcısı, 6-45 I Işın(ı), ultraviyole, 13-06 Işınım, 9-14 Isı, duyulur, 9-63 Isı, gizli, 9-63, 9-70 Isı, jeotermal, 9-41 Isı, özgül, 9-40, 9-62 Isı(sı), yoğuşma, 9-29 Isıtıcı(ları), boru, 9-09 Isıtıcı(ları), levha, 9-09
Isıtma, Isıtma, Isıtma, Isıtma, Isıtma, Isıtma, Isıtma,
bölgesel, 9-07 hava ile, 9-07 kızgın sulu, 9-06 levha, 9-14 merkezi, 13-03 radyasyonlu, 9-16 yerel, 13-03
İ İçyapı, martensitli, 2-18 ihtiyacı, biyolojik oksijen, (BOI), 13-03 ihtiyacı, kimyasal oksijen (KOI), 13-04 tklimlendirme, 9-31 iletimi, elektrik, 2-44 îletken(liği), elektrik, 2-53, 2-80 lletken(liği), ısı, 2-46 iletken, süper, 2-79 Uke(leri), tasarım, 7-02 îndex(i), vizkosite, 8-08, 8-09 indirgenme, 2-65, 3-02, 3-06 îndis(i), biçimleme yeğinliği, 2-38 Inflitrasyon, 12-02 Inflitrason(u), derz, 12-49 Integrasyon, 4-08, 4-19 Integrasyon, elektriksel, 6-20 Isostatik, 2-101 tşlem(i), çözelti ısıl, 2-44 Işlem(i), derin çekme, 2-46 tşlem(i), eloksal, 2-46 İşlem, ısü, 2-23, 2-25, 2-33, 2-75, 2-84, 2-101, 3-09, 3-18 İşlem, polar, 2-89 Işlem(i), püskürtme, 5-54 Işlem(i), sarma-örme, 2-88, 2-89 işleme, 2-03, 2-89 İşleme, eloksal, 2-46 işleme, soğuk, 2-44, 2-59 İvme, açısal, 4-15, 4-16 ivme, bağıl, 4-11 Ivme(si), Coriolis, 4-11 İvme, dik, 4-08, 4-14 İvme, effektif, 6-11 Ivme(si), genlik, 6-03 ivme, sabit, 4-08, 4-13 ivme, teğetsel, 4-08, 4-14 Ivme(si), titreşim, 6-02 Ivme(si), yerçekim, 4-02, 4-14 Izaçar, 2-12 tzolatör, 2-100, 2-101, 2-102, 2-112 tzolatör(ü), alçak voltaj, 2-104 tzolatör(ü), elektrik, 2-103 Izolatör(ü), yüksek voltaj, 2-104 İzotermik, 9-58 Izotop(u), radyoaktif, 2-03
Jet(i), gaz, 2-65 Jet(i), su, 2-65
ALFABETİK DİZİN Jiroskop, 6-29, 4-21, 4-22 Jiroskop, serbest, 4-22 K Kabestan kafası, 7-08 Kablo(ları), gruzi, 5-76 Kaçak(ğı), hava, 5-29 Kaçık, 5-40, 8-33 Kaçıklık, dinamik, 5-80 Kaçıklık(ğı), eksen, 8-33, 8-39 Kaçıklık, mekezden, 8-19 Kaçıklık, yağ keçelerinden, 8-19 Kaçıklık, yuvada, 8-19 Kağıdı, zımpara, 2-108 Kaldırma, işlemede, 7-02 Kaldırma, manila kendirinden halatla, 7-07 Kaldırma, talaş, 2-24 Kaldırma, tel halatla, 7-07 Kaldırma, yük, 7-11 Kalemel elektrot, 3-05 Kahnlık(ğı), yağ, 8-23 Kalıp, 2-101 Kalibrasyon, 6-20, 6-29, 6-40, 6-41 Kalite(si), kesme, 5-08, 5-09, 5-10, 5-24, 5-35, 5-44, 5-55 Kama, 4-27 Kanalizasyon, 13-14 Kanun(u), çekim, 4-02 Kanun(u), çevre, 13-21 Kanun(u), Dalton, 9-58 Kanun(u), enerji sakinimi, 4-18 Kanun(u), Dalton-Gblas, 9-59 Kanun(u), hareket miktarının sakinimi, 4-02 Kanun(u), Hook, 5-79 Kanun(u), iş ve enerji, 4-17 Kanun(u), kütlenin sakinimi, 4-02 Kanun(lan), Newton, 4-02 Kanun(u), ters kare, 6-43 Kaolin, 2-103, 2-110, 2-111 Kantar(lan), götürücü, 7-36 Kantar, tumbah, 7-39 Kapasite(si), halat, 7-10 Kapasite(si), ısı, 2-46, 2-53 Kapasite(leri), ısıtma, 9-28 Kapasite(si), pompa, 9-13 Kapasite(si), soğutma, 9-28 Kapasite(si), yük, 7-35 Kapasitif, 6-20, 6-23 Kaplama, alüminyum, 2-68 Kaplama, çinko, 2-67 Kaplama, difüzyonla, 2-67 Kaplama, grafit, 2-60 Kaplama, elektrolitik, 2-60, 2-97, 6-02 Kaplama, galvaniz, 2-98 Kaplama, inoganik, 3-17 Kaplama, kadmiyum, 2-90 Kaplama, kalay, 2-98 Kaplama, koruyucu, 6-08 Kaplama, nikel, 2-98
Kaplama, püskürtme metal, 2-97 Karbonasyon, 2-94 Karbür, 2-75, 2-76, 2-85 Karbür, bor, 2-107 Karbür, silisyum, 2-107 Kardan, kavraması, 6-29 Kanncalama, 3-06, 3-08 Kartezyen, 4-09 Kasnak, 4-30 Katık, 8-10 Katılaşma, 2-19, 2-84, 2-89 Katman(ları), yapı, 9-26 Katsayı(sı), basınç, 8-32 Katsayı(sı), basınç vizkosite, 8-01 Katsayı(sı), debi, 8-32 Katsayı(sı), dielektrik, 2-104 Katsayı(sı), direnç, 7-35 Katsayı(sı), direngenlik, 6-24 Katsayı(sı), emniyet, 7-62 Katsayı(sı), güç, 8-32 Katsayı(sı), güvenirlik, 8-50 Katsayı(sı), ısı genleşme, 5-04, 5-12, 5-79, 8-39 Katsayı(sı), ısı iletim, 8-39, 8-42 Katsayı(sı), ısıl iletkenlik, 2-112 Katsayı(sı), işletme koşulları, 8-50 Katsayı(sı), kayış, 7-62 Katsayı(sı), malzeme, 8-50 Katsayı(sı), pürüzlülük, 13-09 Katsayı(sı), sabit, 5-35 Katsayı(sı), ses yutma, 6-44, 6-45, 6-46 Katsayı(sı), sıçrama, 4-20 Katsayı(sı), sönüm, 6-06 Katsayı(sı), sürtünme, 2-79, 4-12, 4-13, 4-15, 4-23, 4-24, 4-28, 4-29, 5-42, 5-42, 5-65, 5-18, 7-47, 8-02, 8-05, 8-16, 8-17, 8-71 Katsayı(sı), tesir, 6-30 Katsayı(sı), uzama, 2-46, 2-53, 2-58 Katsayı(sı), Williams-Hazen, 13-10 Katsayı(sı), yatak büyüklük, 8-53 Katsayı(sı), yuvarlanma, 4-26 Katyon, 13-13 Kauçuk, Butadien, 5-76 Kauçuk, Butil, 5-77 Kauçuk, doğal, 5-75 Kauçuk, epikloridrin, 5-78 Kauçuk, etilen propilen, 5-77 Kauçuk, nitril, 5-80 Kauçuk, alinorbarnen, 5-77 Kauçuk, polisulfid, 5-76 Kauçuk, silikon, 5-77 Kauçuk, sitren butadien, 5-76 Kayganlık(ğı), parçacıkların, 7-05 Kaybı, borudaki sürtünme, 7-13 Kayıp(ları), çevrim, 9-28 Kaybı, düz sürtünme, 9-10 Kayıp(ları), evaporasyon, 9-15 Kaybı, 9-22 Kaybı, konveksi yon, 9-15 Kaybı, özel dirençler, 9-10
ALFABETİK DİZİN Kayıp(ları), radyasyon, 9-15 Kayıp(ları), teneffüs, 9-15 Kazıyu, metal, 5-40 Kazıyıcı, mil, 5-39 Kaynama, karbon, 2-35 Kaynalanabilirlik, 2-20 Kayış, kauçuk kaplanmış dokuma, 7-60, 7-61 Keçe(si), .basınç, 5-52 Keçe(si), basınçlı ortam, 5-14 Keçe, çelik, 5-72, 5-73 Keçe, çift dudaklı, 5-14 Keçe, çift bileşik, 5-13 Keçe, dengeli, 5-63, 5-64 Keçe, dengesiz, 5-63 Keçe, labirent, 5-74, 5-75 Keçe(si), piston, 5-37 Keçe, toz dudaklı, 5-14 Keçe, toz koruyucu, 5-14 Keçe, V, 5-17 Keçe(si), yağ, 5-05, 5-09, 5-12, 5-14 Keçe, yaysız, 5-14 Kepçe, büyük boyu, 7-23 Kepçe, motorlu, 7-22, 7-23 Kestirimci, grafik, 6-32 Kırılgan, 2-106 Kınlma(sı), 2-15, 2-87, 2-90 Kırılma, çapraz, 2-106 Kırılma, gevrek, 2-13, 2-16 Kırılma, sünek, 2-15 Kırılma, yorgunluk, 2-17 Kısıt, oranüsal, 2-08 Kıvam Kızak(ları), iletim, 7-35 Kızak(ları), kılavuz, 7-45, 7-46, 7-48, 7-58 Kil(i), bilya, 2-103 Killeri, refrakter, 2-110 Kimya(sı), çevre, 13-03 Kinetik, 4-12, 4-24 Kinetik(ği), karazyon reaksiyonu, 4-14 Kinetik(ği), rigid cisim, 4-14 Kinematik, 4-12, 4-24 Kirlenme, endüstriyel, 13-03 Kirlilik(ği), çevre, 13-03 Kirlilik(ği), gürültü Klorlama, 13-09, 13-10, 13-12 Koagülasyon, 13-11 Kol, biyel, 2-73 Kontakları, elektrik, 2-79 Korozyon(u), açık hava, 2-58 Korozyon(u), gerilme, 3-14 Korozyon, katadik, 2-90 Korozyon(u), oyulma, 2-94, 3-17 Körük, 5-04 Körük, keskin kenarlı, 5-59 Körük monajı, 5-59 Körük, yuvarlak kenarlı, 5-59 Kreyn, 7-11 Kreyn, gezer köprülü, 7-11 Kreyn, partal, 7-11 Kriko, 4-29, 4-30
Kromatlama, 6-02 Kum, silika, 2-107 Kumlama, 2-108 Kuram(ları), Kollmar, 9-17 Kurutucu, Freonlu, 10-19 Kurutucu(su), hava, 10-19 Kuvvet, 4-02, 4-03 Kuwet(i), aerodinamik, 6-06 Kuwet(i), akışkan, 5-42 Kuwet(i) atalet, 6-06 Kuwet(i), basit harmonik, 6-10, 6-24 Kuvvet, bileşke, 4-02, 4-03, 4-05, 4-12 Kuvvet, çarpma, 6-06 Kuvvet(i)., çekme, 4-12, 5-559, 5-87, 7-18, 7-48, 7-51 Kuvvet çift, 4-03, 4-04 Kuwet(i), dengesizlik, 6-24 Kuwet(i), dış, 4-03, 4-04, 4-05, 4-15, 4-16, 4-19 Kuwet(i), direnç, 7-49 Kuwet(i), hidrolik, 5-42 Kuwet(i), iç, 4-03, 4-05 Kuwet(i), impulsif, 4-20 Kuvvet©, kaldırma, 7-13 Kuvvet(i), Koersit, 2-80 Kuwet(i), manyetik, 6-06 Kuvvet(i), merkezkaç, 4-14, 6-09, 6-27, 6-28, 8-04, 8-16, 8-53 Kuvvet(i), sıkıştırma, 5-42, 5-43, 5-45, 5-52 Kuwet(i), statik, 6-12 Kuvvet(i), statik sürtünme, 4-23 Kuvvet(i), sürtünme, 4-23, 4-24, 4-25, 4-29, 5-32, 5-36, 5-80, 8-02, 8-38 Kuvvet(i), yerçekimi, 4-02 Kuvvet(i), zorlama, 6-24, 6-25 Kür. 2-96 Kütle, 4-02, 4-03, 4-04, 4-05, 4-06 Kütle, ayarlaması, 6-30 Kütle, deneme, 6-29 Kütle, dengesiz, 6-09 Kütle(si), disk, 6-13 Küüe, eşdeğer, 6-12, 6-14 Kütle, kontrolü, 6-23 Küüe, saf, 6-23
Labirent, kömür, 5-75 Ixhim, 2-98 Lehim, sert, 2-61 Lehim, sert gümüşlü, 2-62 Leplenen, 5-42, 5-61, 5-66, 5-73 Lif, 2-83, 2-90 Limit(leri), konfor, 9-49 Logaritma, 3-02 Logaritmik azaltma, 6-07 Lokma(lı), sabit, 8-26
ALFABETİK DİZİN M Madde, askıda katı, 13-05 Madde, çökebilen katı, 13-05 Madde, erimiş katı, 13-05 Madde, inorganik, 2-37 Madde, kanserojen, 5-48 Madde, toksik, 13-04 Madde, toplam katı, 13-06 Madde, sentetik, 13-03 Madde, yükseltgen, 13-04 Magnet(leri), kaldırma, 7-17 Magnet, oksriktif, 6-20 Magnezya, 2-111 Makara(lar), avara, 7-63 Makara, iç kovanh, 7-64 Makara(ları), kayış kılavuzlama, 7-66 Makara(ları), kılavuzlama, 7-65 Makara, maksimum avara, 7-64 Makara(lar), : ışıyıcı, 7-63 Makaslama, 9-35 Makina(sı), sürekli götürme, 7-41 Makroskopik, 2-83 Mal(ı), dayanıksız tüketim, 12-02 Malahit, 2-51 Maliyet(i), alım, 11-02, 11-11 Maliyet, ek, 11-14 Maliyet(i), enflasyonun eşdeğer, 11-08 Maliyet, eşdeğer, 11-12, 11-16, 11-17, 11-18 Maliyet(i), fırsat, 11-03, 11-06 Maliyet(i), ilk alım, 11-11 Maliyet(i), ilk yatırım, 11-14, 11-15 Maliyet(i), toplam, 11-02 Maliyet(i), üretim, 2-05, 12-02 Maliyet(i), yatırım, 11-02, 11-16 Maliyet(i), yıllık eşdeğer, 11-12, 11-16, 11-17, 11-18 Maliyet(i), yıllık işletme, 11-11 Malzeme, atmosferik korozyona dirençli, 2-94 Malzeme, basınçlı döküm, 2-57 Malzeme, bileşik, 2-84, 2-85 Malzeme, çok yüksek kimyasal, 2-61 Malzeme, kompozit, 6-31 Malzeme(si), konstrüksiyon, 3-008 Malzeme, PFTE, 5-40 Malzeme, pres döküm, 2-58 Malzeme, sert, 5-25 Malzeme, ses yutucu, 6-46 Malzeme, sülfürik aside dirençli, 2-64 Malzeme, tuz asidine dirençli Malzeme, yüksek kimyasal dirençli, 2-61 Mandrel, 2-88, 2-89 Mastik, 3-20 Manşet, kauçuk, 5-61 Matris(i), direngenlik, 6-12, 6-16 Matris(i), esneklik, 6-16 Matris(i), metal, 6-16 Mekanik, büyüklük, 6-20 Mekanizma*sı), krank-biyel, 8-04 Meme(leri), yağ, 8-04 Menevişleme, 2-05, 2-11, 2-16, 2-22, 2-23, 2-24, 2-27
Mengene, 4-27 Merkez(i), ağırlık, 4-05, 4-15 Merkez(i), çarpma, 4-15 Merkez(i), dönme, 4-10, 4-11, 4-16, 4-18 Merkez(i), eğrilik, 4-08 Merkez(i), kütle, 4-15, 4-16, 4-20 Metal, demirdışı, 2-44 Metal, klişe, 2-62 Metal, refraktör, 2-64 Metal, sert, 2-101, 5-66 Metal, sıvı, 2-65 Metal, toz, 2-43 Metal yorulması, 6-17 Metalürji, hidro- 2-66 Metalurji(si), toz, 2-64, 2-91, 2-92, 2-93, 2-100 Mikrobiyolojisi), çevre, 13-06 Mikrofon, kandansatör, 6-41 Mikrofon, piezoelektrik, 6-41 Mikroskop, elektro, 2-67 Model(i), ayrık yerleşim, 12-21 Model, çözümsel, 12-02 Model(i), düzlemsel, bir çok tesis yerleştirme, 12-19 Model(i), düzlemsel tesis yerleştirme, 12-14 Model, enazlayan, 12-15 Model, geliştirici, 12-13 Model, kurucu, 12-13 Model(i), metropolitan uzaklıklı bir çok tesis yerleştirme, 12-15 Model(i), nicel çözümleme, 12-14 Model(i), oklid uzaklık bir çok tesis yeliştirme, 12-20 Model(i), sürekli sistem, 6-05 Model(i), tek serbestlik dereceli titreşim, 6-24 Model, toplanmış parametreli, 6-05 Modül(ü), elastik, 2-83, 2-85, 2-86, 2-88, 2-90, 2-92, 6-14, 6-15, 6-16, 6-23, 6-23, 5-65 Moment, 4-02, 4-03, 4-04 Moment(i), asal eylemsizlik, 4-07 Moment(i), bileşke, 4-04 Moment(i), burulma, 4-27, 4-28 Moment(i), devrilme, 8-34 Moment(i), eylemsizlik, 4-06, 4-15, 4-19, 4-21, 6-11 Moment(i), ikinci, 4-06 Moment(i), jiroskop, 8-45 Moment(i), montaj, 5-43 Moment, polar eylemsizlik, 4-06 Moment, statik, 6-12 Moment(i), sürtünme, 5-64 Moment, toplam, 4-16 Montaj, 2-89, 2-90, 5-38, 5-42, 5-51, 5-57 Motur(u), çalıştırma, 9-33 Motor, içten yanmalı, 2-22 Motor(u), Roket, 2-91 Motor(u), rotor, 2-88 Motor, sürat, 2-91 Mukavemet çekme, 3-04 Mukavemet(i), darbe, 2-74 Mukavemet, ham, 2-68, 2-69, 2-71
ALFABETİK DİZİN Mukavemet(i), kırılma, 2-76 Mukavemet(i), kopma, 3-04 Mühendisliği), çevre, 13-02 N Nem, bağıl, 10-03, 10-12, 9-37, 9-67 Nem, mutlak, 10-03, 9-57 Nemlendirme, adyabatik, 9-69, 9-70 Nitelik, tecimsel, 2-36 Nitrosomonas, 13-06 Nitrobakteri, 13-06 Nitrürleme, 5-10 Nitrürleşme, 2-49 Nokta(sı), atmosferik çiğlenme, 10-04 Nokta(sı), çiğ, 9-57, 9-66, 9-70 Nokta(sı), çiğlenme, 10-04 Nokta, enazlayan, 12-15, 12-16 Nokta(sı), ergime, 2-97, 2-44, 2-49, 2-53, 2-58 Nokta(sı), karışım, 9-68 Nokta(sı), kaynama, 2-03, 2-44, 2-49, 9-31 Nokta, kuru, 9-70 Nokta(sı), sıfır, 9-11, 9-12 Nokta, üst ölü, 10-09 Nokta, yaş, 9-70 Notasyon, Standard, 11-06 Notasyon(u), standard faktör, 11-06 O Ocak(lan), kireç, 2-110 Oda(lan), çökelti, 9-51 Oksitlenme, 2-05, 2-92, 8-04 Olgu, akustik, 13-16 Olgu(su), aşınma, 2-18, 2-24 Olgu(su), sürünme, 2-17 Olgu(su), yorulma, 2-17 Opak, 3-16 Optimum, 6-32 Oran(ı), artış, 11-08 Oran(ı), belverme, 2-09 Oran(ı), dönemlik faiz, 11-03, 11-04, 11-05, 11-06, 11-10 Oran(ı), efektif faiz, 11-07 Oran(ı), eksantrisite, 8-19 Oran(ı), enflasyon, 11-08 Oran(ı), esneklik, 5-45 Oran(ı), faiz, 11-05, 11-07, 11-08, 11-17 Oran(ı), gerilme, 5-29 Oran(ı), getiri, 11-11, 11-12, 11-13 Oran(ı), hurda, 2-39 Oran(ı), iç geüri, 11-13, 11-19, 11-20 Oran(ı), nominal faiz, 11-07 Oran(ı), piyasa faiz, 11-09, 11-10 Oran(ı), Poisson, 2-87, 2-88 Oran(ı), sıkışabilme, 5-45 Oran(ı), sıkıştırma, 5-27, 5-49 Oran(ı), uzama, 2-09 Oran(ı), vizkosite, 8-49 Oran(ı), yağ debi, 8-30
Organ(ı), korti, 5-39 Orifis, 8-35 Ortalama, aritmetik, 6-37, 6-38 Ortamlar(ı), korozyon, 2-94 Ortay, kenar, 4-05 Osilaskop, 6-23 Osilatör, 6-23 Ototraflar, 13-06
Ö Ödeme, eşdeğer geri, 11-04 Öğütme, 2-65 Ölçek(ği), ivme, 6-11 Ölçek(ğe), ortak, 12-04 Ölçek(leri), gürültü dozu, 6-41 Ölçek(leri), ses düzeyi, 6-40, 6-41 Ölçü(sü), doğru yiv, 7-09 Ölçü(sü), pah, 5-10 Ölçüm(ü), sertlik Ölçüt(ü), geri ödeme süresi, 11-10, 11-14 Ölçütfü), iç getiri oranı, 11-10, 11-13 Ölçüt(ü), karbondioksit, 9-47 Ölçüt(ü), koku, 9-48 Ölçüt(ü), yarar / maliyet, 11-10, 11-15 Ölçüt(ü), oksijen, 9-47 Ömür, alternatif, 11-17 Ömür, ekonomik, 10-17, 11-06, 11-11, 11-14, 11-18 Ömrü, çalışma, 8-49 Ömür, nominal, 8-48 Örgü(sü), bütünlük, 5-55 Örgü, düz, 5-55 Örgü, kafes, 5-55 Örgü, yuvarlak, 5-55 Örgütü, Dünya Sağlık, 13-02 Örneği, su, 13-03 Ötektik, 3-15 özellik, fiziksel, 2-04, 2-06, 2-27 Özellik(leri), ısıl, 2-06 Özellik(ği), manyetik, 2-06 Özellik, mekanik, 2-04, 2-06, 2-27, 5-78, 5-79, 7-02 Özellik(ği), yağ tutma, 5-78
Panel(i), ısıtma, 9-24 Para, ana, 11-03 Parametre, bağımlı, 8-20 Parametre, bağımsız, 8-20 Parametre(si), boyutlu tasarım, 8-29 Parametre, boyutsuz, 8-34, 8-36 Parametre(leri), matematik model, 6-05 Parametre(leri), performans, 8-20, 8-21, 8-25, 8-31 Parametre(si), tasarım, 8-20, 8-22, 8-38 Parça, hadde, 2-73 Parmak, beyaz, 6-09 Pasif film, 2-95
ALFABETİK DİZİN Pasiflendirme, 3-06, 3-08 Paslanmazlar, feritik, 2-94 Paslanmazlar, ostenitik, 2-94 Patojen, 13-08 Pay(ı), yıpranma, 11-06 Pekleşme, 2-17 Perlit, 2-04 Piezo elektrik, 2-105 Piezo elektrik, ferro seramik, 6-22 Piezorezistif, 6-20, 6-23 Pirinçleri, basınçlı döküm, 2-62 Pirotekni, 2-49 Pişme, 5-54 Plan(ı), blok, 12-12, 12-13 Plan(ı), üretim, 12-06, 12-09 Plan(ı), yerleştirme düzeni, 12-14 Planlama(sı), tesis, 12-02 Plastikleştirilmiş PVC, 3-15 Pneuma, 10-02 Polarize, 3-17 Polarizasyon, 3-04 Polarizasyon(u), direnç, 3-04 Poliester, 2-83 Polimer, 2-83, 2-86, 2-89, 2-90 Polimer, fenolik, 2-92 Pompa(lan), hava-hava ısı, 9-44 Pompa(lan), ısı, 9-26, 9-27, 9-29, 9-32, 9-39 Pompa(lan), su-hava ısı, 9-44 Postkür, 5-30 Pota, 2-65, 2-101 Pota(sı), sıvı çelik, 2-110, 2-111 Potansiyel(i), denge, 3-05 Potansiyel, elektriksel, 3-05 Potansiyel(i), korozyon, 3-04 Potansiyametre, 6-21, 6-22 Presleme, 2-100, 2-113 Presleme, izostatik, 2-100, 2-101, 2-69 Presleme, kuru, 2-100 Problem(i), özdeğer, 6-13, 6-16 Programlama, lineer, 12-20 Proje(si), alternatif yatırım, 11-14 Proje, bağımlı, 11-11 Proje, bağımsız, 11-15 Pul, 2-18 Pul, çelik, 2-81 Pul, folya, 2-81 Pul, metal, 2-81 Pürüzlülük, 8-02, 8-25 Püskürtme, 5-54
Radyatör, dökme, 9-09 Radyasyon(u), ultraviyole, 2-96 Rafinasyon(u), bakır, 2-111 Reaksiyon(u), çözünme, 3-05 Reaksiyon(ları), elektrot, 3-05, 3-07 Reaksiyon(u), indirgenme, 3-02 Reaksiyon, katodik, 3-17 Reaksiyon(u), korozyon, 3-02
Reçine, epoksi, 2-96 Reçine, elyaf, 2-89 Reçine, fenolik, 5-70 Reçine(si), iyon değişimi, 3-13 Reçine, poliester, 5-54 Refraktör, 2-102, 2-103, 2-109, 2-111 Rejim(i), akış, 3-16 Rezistif, 6-20 Rezonans, 6-13, 6-24, 6-30 Rijid, 4-03, 4-06, 4-11, 4-15, 8-53 Rotor, 6-27, 6-28
Sabit(i), oda, 6-44, 6-46 Sabit(i), reaksiyon, 3-02 Sabit(i), reaksiyon hız, 13-04 Safsızlık, 2-44 Salgı, yanal, 8-47 Salgı, eksenel, 8-47 Salmastra, 5-02, 5-03, 5-54 Salmastra, örgülü, 5-55, 5-56, 5-57 Savrulma, 6-29, 6-30 Sayı(sı), dinamik yük, 8-48 Sayı(sı), eksenel statik yük, 8-48 Sayı, sanal, 6-31 Sayı(sı), Stribeck, 8-02 Sehim, statik, 6-12, 6-14, 6-16 Sembol, ek, 8-46 Sembol, ön ek, 8-46 Sembol, son ek, 8-46 Sembol(ü), yatak, 8-46 Senkromeş, 2-75 Seramik, 2-100 Seramik(leri), kapasitör, 2-104, 2-105 Seri(si), boyut, 8-46 Seri, elektrokimyasal, 3-07 Seri, galvanik, 3-07, 3-19 Seri(si), yatak, 8-46 Serpantin, 9-66 Sertleşme, 2-49 Sertleşme(si), gerilim, 2-49 Sertleştirilmiş, ısıl işlemle, 2-49 Sertlik, kalsiyum, 13-13 Sertlik(ği), karbonat, 13-13 Sertlik, toplam, 13-13 Ses, arı, 6-38 Ses basıncı, 6-36, 6-37, 6-38 Ses basıncı düzeyi, 6-36, 6-37, 6-38, 6-40 Ses(i), darbe, 6-40 Ses, harmonik, 6-38 Ses, periyodik, 6-38 Seviye(si), eşdeğer gürültü, 13-17 Sıcaklık(ğı), buharlaşma, 9-29 Sıcaklık(ğı), cam geçiş, 2-113 Sıcaklık(ğı), ergime, 2-111 Sıcaklık(ğı), erime, 2-111 Sıcaklık(ğı), geçiş, 2-90 Sıcaklık(ğı), kuru termometre, 9-69, 9-70 Sıcaklık(ğı), oda, 9-24
ALFABETİK DİZİN Sıcaklık(ğı), tavan, 9-18 Sıcaklık(ğı), yoğuşma, 9-30 Sıkıştınlabilme, 7-06 Sıkıştırma, dinamik, 7-06 Sıkıştırma, statik, 7-05 Sınıflandırmalar(ı), alüminyum, 2-43 Sınıflandırmalar(ı), bakır, 2-51 Sıyıncı, açılı kesitli, 5-39 Sıyırıcı, dikdörtgen kesitli, 5-39 Sıyıncı, elastomer, 5-40 Sıyırıcı, mil. 5-39 Sıyıncı, özel kesitli, 5-39 Sızdırmazlık, 5-02, 5-07, 5-15, 5-17, 5-19, 5-25, 5-30, 5-33, 5-38, 5-39, 5-40, 5-44, 5-52, 5-53, 5-57, 5-77, 5-78 Sızdırmazlık flanşı, 5-52 Sızdırmadık, gres, 5-13, 5-14 Sızdırmazlık, statik, 5-33, 5-73, 5-74 Sızdırmazlık, yağ, 5-13, 5-76 Siklon, 9-52 Silikon, poliakrilik, 5-30 Simetri, eksenel, 4-21 Simetrik, 4-14 Simülasyon, 6-30 Sinterleme, 2-100 Sistem(i), AĞMA, 8-10 Sistem, alttan ısıtmalı, 9-04 Sistem, buhar ısıtmalı, 9-04 Sistem, çok serbestlik dereceli, 6-12 Sistem, diyaframh, 8-36 Sistem, doğrusal, 6-05 Sistem(i), ISO, 8-10 Sistem, kapalı, 9-06 Sistem(i), kontrol, 12-09 Sistem(i), SAE, 8-10 Sistem(i), SUS, 8-12 Sistem, sürekli, 6-16 Sistem, tek serbestlik dereceli, 6-11, 6-12 Sistem, üstten dağıtmalı, 9-04 Skala(sı), MOH, 2-106, 2-107 Skaler, 4-07 Soğutma, kuru, 9-66 Solvent, 5-55 Sorption, 10-13 Sönüm, 6-05, 6-24, 6-27, 6-30 Sönüm(ü), Coulomb, 6-32 Sönüm faktörü, 6-06, 6-07, 6-09 Sönüm(ü), katman, 6-31, 6-32 Sönüm(ü), kayma, 6-32 Sönüm, kritik, 6-07 Sönüm(ü), malzeme, 6-30, 6-32 Sönüm(lü), vizkos, 6-31, 6-32 Sönümleme, viskoelastik katmanlı, 6-31, 6-32 Spektro, 2-113 Spektrum(u), maske, 6-34 Spektrum(u), titreşim genlik, 6-20 Standardizasyon(u), magnezyum, 2-49 Standart(lan), alüminyum, 2-43 Standart(lan), bakır, 2-51 Standartları), çinko, 2-57
Statik(ği), rijid cisimlerin, 4-03 Steatit, 2-104 Sterilizasyon, 13-06 Stok, yarı işlenmiş, 12-09 Stramax, 9-23 Su, atık, 13-07, 13-10 Su, az kirlenmiş, 13-18 Su drenajı, 13-10 Su, kirli, 13-18 Su. yüksek kaliteli, 13-18 Superposition, 6-06 Susturucu, genleşme odalı, 6-45 Sünek, 2-15 Süneklilik, 2-06, 2-09, 2-16, 2-84, 2-100 Süre(si), çınlama, 6-44, 6-45 Süre(si), inkübasyon, 13-03 Süre(si), rodaj, 5-72 Süreç(ci), açık ocak, 2-05 Süreç(ci), arıtma, 13-07 Süreç(ler), biyolojik Süreç(ler), fiziksel, 13-07 Süreç(ler), kimyasal, 13-07 Sürtünme, 4-23, 4-26, 4-28, 5-17 Sürtünme(si), disk, 4-29 Sürtünme, katı, 4-23 Sürtünme, kuru, 8-03 Sürtünme, s;vı, 4-23 Sürünme, 2-18 Sürünme, birincil, 2-17 Sürünme, geçici, 2-17 Sürünme, üçüncül, 2-17, 2-18
Şaft(ı), türbin, 6-25 Şartlandırma, 9-53 Şelak, 2-107 Şok, 6-07
Talaş, 2-92 Tambur, 7-10 Tamburi», baş, 7-58 Tambur(ları), döndürme, 7-70 Tambur, düz, 7-07 Tambur(u), halat, 7-07 Tambur, hücreli, 7-39 Tambur, yivli, 7-07, 7-08 Tank(ı), atomizasyon, 2-65 Tank(ı), separatör Tasarım, bilgisiyar destekli, 12-13 Tasanm(ı), donatım, 7-03 Tasanm(ı), süreç, 12-06, 12-09, 12-12 Tasanm(ı), ürün, 12-05, 12-07, 12-09 Tasanm(ı), yerleşim düzeni, 12-05, 12-06 Tasarruf(u), ağırlık, 2-91 Taş(ı), zımpara, 2-107 Taşlama, 2-59 Taşlama, form, 2-51
ALFABETİK DİZİN Tavlama, silis, 2-35 Tavlama, yumuşak, 2-53 Tecimsel, 2-34, 2-35 Teknik(ği), empreyne, 5-54 Teknik(leri), metalürji, 2-91 Teknoloji(si), grup, 12-07 Tel(i), uzama, 6-22, 6-23 Temizleme, ısıl, 3-12 Temizleme, kimyasal oksijen, 3-13 Temper, 2-37, 2-38 Temperleme, 2-114 Termodinamik, 10-02 Termoplastik, 2-85 Teorem(i), paralel eksen, 4-07 Test, tahribatsız, 2-90 Titreşim, 5-08 Titreşim, basit harmonik, 6-03 Titreşim, basit ve zorlanmış, 6-06, 6-08, 6-11 Titreşim, boyuna, 6-16 Titreşim(i) burulma, 6-11, 6-16, 6-32 Titreşim, doğal, 6-06, 6-13, 6-16 Titreşim(i), geçiş, 6-06 Titreşim, gelişigüzel, 6-02, 6-05 Titreşim, hemen hemen periyodik, 6-02, 6-04 Titreşim, mekanik, 6-02, 6-20 Titreşim, mikro, 2-105 Titreşim, periyodik, 6-02, 6-05 Titreşim, periyodik olmayan, 6-02, 6-04 Titreşim(i), sürekli rejim, 6-06, 6-08 Titreşim, süreksiz, 6-02, 6-05 Titreşim(i), kiriş, 6-17 Titreşim(i), yatak, 6-30 Tokluk, 2-11, 2-13, 2-16, 2-22, 2-100 Tokluk(ğu), çarpma, 2-13 Tokluk(ğu), Charpy, 2-33 Tokluk(ğu), kırılma, 2-16 Tolerans(ı), kırılma, 2-39 Toz, 2-64, 2-65, 2-66, 2-67, 2-68, 2-69, 2-71, 2-76, 2-78, 2-81, 2-101, 2-102 Toz çelik, 2-64 Toz demir, 2-64. 2-65, 2-80 Toz, emdirilmiş demir, 2-64 Toz, kuru, 2-104 Toz, küresel, 2-67, 2-68 Toz(u), oksit, 2-66 Toz magnesyum, 3-12 Transformatör(ü), differensiyel, 6-22 Treyler, 7-15 Tuğla, alimuna, 2-110 Tuğla(sı), ateş, 2-110 Tuğla, bazik, 2-111, 2-112 Tuğla, kromlu, 2-111 Tuğla(sı), magnezit, 2-110, 2-111 Tuğla, refraktör, 2-101, 2-110, 2-111 Tuğla, silika, 2-110 Turbalans, 3-16 Tuz(u), kalsiyum, 3-12 Tuz(u), magnezyum, 3-12
U-Ü Uzakhk(ğı), Çebişev, 12-14 Uzaklık, metropolitan, 12-14, 12-19 Uzaklık, Öklid, 12-14, 12-19 Uzama, 2-86, 2-33, 5-79 Uzama, kalıcı, 2-08 Uzama, maksimum birim, 2-91 Uzlaşım(ı), grup, 12-03, 12-04 Üniform, 2-97 Ütüleme, 2-73
Vakum, 5-59, 5-78 Vakum, basınçlı ıslak, 5-54 Vakum, ıslak, 5-53 Vakum, kuru, 5-54 Vektör(ü), yarıçap, 6-28 Valf, 9-35 Valf, düşük basınçlı yüzer, 9-35 Valf(i), otomatik genleşme, 9-35 Valf(i), termostatik genleşme, 9-35 Verim, 4-26 Verme, bel, 3-13 Vernik, 5-52 Vida, 4-27, 4-28 Vida, kare dişli, 4-27, 4-28 Vizkoz, 6-05, 2-113 Vizkozite, 2-89, 5-34, 5-35, 8-03, 8-05, 8-07, 8-08, 8-10, 8-11, 8-13, 8-19 Viskozite, dinamik, 8-07 Viskozite, kinematik, 8-07, 8-09, 8-50 Viskosite, plastik, 8-14 Viskosite(si), reçine, 2-89 Viskosite(si), yağ, 8-24, 8-49 Volan, 6-29 Volan, kasnak, 6-24 Voltaj, tipik, 2-79 Vulkanize, 5-52, 5-87 Vuru, 6-04
Yağ Yağ(lan), alçak sıcaklık, 8-10 Yağ(lar), doğal, 8-05 Yağ(ı), ester, 8-13 Yağ, hipoid, 5-07 Yağ, ince, 5-73 Yağ(lan), ISO ve AĞMA, 8-11 Yağ, madeni, 8-05, 8-12, 8-13 Yağ(ı), Saybolt, 8-12 Yağ, sentetik, 8-05, 8-12, 8-13 Yağ(ı), silikon, 8-13 Yağ, temel, 8-13 Yağlama, 8-02 Yağlama, bilezikle, 8-03 Yağlama, dalma ve banyo, 8-04 Yağlama, damlalıkla, 8-03
ALFABETİK DİZİN Yağlama, el ile, 8-03 Yağlama, fitil ile, 8-03 Yağlama, hidrodinamik, 8-18 Yağlama, hidrostatik, 8-03 Yağlama, karışık, 8-03 Yağlama, kendinden, 8-41 Yağlama, pompalı, 8-04 Yağlama, sıçratma, 8-04 Yağlayanlar Yağlayanlar, gaz, 8-04 Yağlayanlar, katı, 8-04, 8-06 Yağlayanlar, polimer, 8-07 Yağlayanlar, sıvı, 8-04, 8-14 Yağlayıcı, 5-56 Yaktım, 5-78 Yalıtkan, ısıl, 2-109 Yakınlık Yakınhk(ğı), pazara, 12-04 Yaklaşım Yaklaşım, alışılmış, 11-16 Yaklaşım(ı), nakit alım, 11-16 Yanak(ğı), kesme, 2-15, 2-16 Yapı Yapı(sı), arazinin topografik, 12-03 Yapı, granülometrik, 7-02, 7-03 Yapı, haddelenmiş, 5-56 Yapı, sarılı, 5-56 Yapıcı(lan), elektrokimyasal korozyon, 3-05 Yapıştırma, 2-90 Yançap(ı), eğrilik, 4-08 Yançap(ı), eylemsizlik, 4-06 Yank, 5-51 Yastık Yastık(lar), elastik, 3-15 Yaşlandırma, yapay, 2-44, 2-49 Yatak, 2-64, 2-77 Yatak basıncı, 4-29 Yatak(ları), bilezik, 4-29 Yatak, çift sıra bilyalı, 8-43 Yatak, doğrusal, 8-15 Yatak, eğik bilyalı, 8-44, 8-45 Yatak, eğik düzlem, 8-25 Yatak, eksenel, 8-14, 8-15, 8-44, 8-45, 8-47 Yatak, eksenel hidrostatik, 8-32, 8-53 Yatak, eksenel yuvarlanma elemanlı, 8-49 Yatak, hidrodinamik, 8-15, 8-17 Yatak, hidrostatik, 8-16, 8-32, 8-33, 8-36 Yatak, kalın yağ tabakalı, 8-17 Yatak(lar), kaymalı, 8-15, 8-18, 8-28, 8-42 Yatak, kendinden yağlamak, 8-40 Yatak, kılavuz, 7-63 Yataklar(ı), konveyör, 8-05 Yatak, lokmalı, 8-26, 8-30 Yatak(ları), mü, 4-28 Yatak(ları), omuz bilyalı, 8-44 Yatak, oynak lokmalı, 8-29 Yatak, oynak makaralı, 8-44, 8-53 Yatak(ğı), piston, 5-79 Yatak, radyal, 8-19, 8-43, 8-47, 8-49, 8-14, 8-15
Yatak, sabit, 8-57 Yatak, sabit bilyalı, 8-43 Yatak, sabit lokmalı, 8-27 Yatak, segmanh, 8-54 Yatak, serbest, 8-54 Yatak, sert, 6-29 Yatak, silindirik makaralı, 8-44, 8-45, 8-54 Yatak, sürtünmeli, 8-38 Yatak, uç, 4-29 Yatak, yağ emdirilmiş gözenekli, 8-16 Yatak, yumuşak, 6-29 Yatak, yuvalı, 8-43 Yatık, 8-31 Yay, DİN çelikleri, 2-27 Yay, elastik, 4-18 Yay(ı), garter, 5-79 Yay, saf, 6-05 Yay, sıcak sarılmış, 2-27 Yay, soğuk sarılmış, 2-27 Yay, yaprak, 2-27 Yay, yaysı, 2-27 Yeğinlik(ği), çekme, 2-36 Yeğinlik(ği), gerilim, 2-16 Yerleşim(i), tesis, 12-14 Yoğunluk, 4-05, 2-72, 2-79, 2-80, 2-85, 2-88 Yoğunluk(ğu), akım, 3-03, 3-19 Yoğunluk(ğu), akışkan, 8-35 Yoğunluk dağılımı, 2-69 Yoğunluk, düşük, 2-86 Yoğunluk, görünür, 2-67 Yoğunluk, oto spektral, 6-05 Yön(ü), gerilme, 2-87 Yöntem(i), alan standartları, 12-13 TüJntemii), buhar çökme, 2-83 Yöntem(i), çekme, 7-38 Yöntem(i), dönüştürme, 12-13 Yöntem(i), Durkley, 6-15 Yöntem(i), endüksiyon, 7-38 Yöntem(i), hata eğrileri, 6-13 Yöntem(i), holografi, 6-23 Yöntem(i), kabataslak yerleştirme, 12-13 Yöntem(i), oranlama, 12-13 Yöntem, sezgisel, 12-13 Yöntem(i), üretim merkezi, 12-12 Yöntem(i), yüzdürme, 2-114 Yörünge, 4-08, 4-09, 4-14 Yörünge, dairesel, 4-14 Yumuşatma, 3-12 Yuva, dayanma flanşlı, 5-15 Yuva(sı), dinamik O-halkası, 5-22, 5-23 Yuva, segmanh, 5-15 Yuva(sı), salmastra, 5-56 Yuva, trapez Yuva, üçgen, 5-23 Yuva(sı), yağ, 5-12 Yük, 2-07, 2-08, 2-11 Yük, çevrimsel, 2-17 Yük, dinamik, 2-27 Yük, dökme, 7-02 Yük, eksenel dinamik, 8-48
ALFABETİK DİZİN Yük, eşdeğer dinamik, 8-49 Yük, ön, 5-45 Yük, statik, 2-78, 2-27 Yük, zincirdeki dinamik, 7-51 Yükseklikli), ses, 6-38, 6-44 Yükleyici(ler), 7-19 Yükleyici(ler), götürücü, 7-19, 7-21, 7-22 Yükleyici(ler), sürekli, 7-20 Yükleyici, tek kepçeli, 7-20 Yükselüci, kepçeli, 7-22 Yükseltme, 7-02, 7-09 Yüksük, 5-15, 5-70 Yüzey, ara, 2-83, 2-87 Yüzey(i), flanş, 5-42, 5-44 Yüzey, kırık, 2-90 Yüzey(i), yatak, 8-19 Yüzük, kömür, 5-75
Zaman, 4-02, 4-07 Zaman(ı), sıfır, 11-05 Zaman(ı), üretim, 12-09, 12-10 Zincir(leri), birleşim, 7-54, 7-55 Zincirleri), çekme, 7-53 Zincir(leri), lamelli-baklalı, 7-54 Zincir, temper döküm, 7-53 Zincir, yuvarlak baklalı, 7-53 Zirkon, 2-113 Zorlama, 6-06 Zorlama(sı), hareket, 6-06 Zorlama(sı), harmonik kuvvet, 6-08, 6-09, 6-31 Zorlama(sı), mesnet, 6-06