Sızdırmazlık Elemanları

Sızdırmazlık problemi en genel halde ortak bir sınırı bulunan iki farklı ortam arasındaki akışkan akışının kontrol edilebilmesi olarak tarif edilebilir. Dinamik uygulamalarda sınır yüzeyin önemli bir izafi hareketi söz konusu iken, statik halde böyle bir hareket söz konusu değildir. “Fonksiyonel boşluğu azaltmak” sızdırmazlık çözümlerinden biri olarak karşımıza çıkabilir. • Bu çözüm çok hassas toleranslarda bir işleme gerektirir ve maliyeti yüksektir. • Bu boşlukları azaltmak için kullanılan elemanlara “sızdırmazlık elemanı” denir.

arasındaki bir aralık daima akışkan moleküllerinin bu bölgeden • Ne kadar küçük boyutta olursa olsun, fonksiyon yüzeyleri arasındaki bir aralık daima akışkan moleküllerinin bu bölgeden geçişine olanak tanır. • Bu nedenle sızdırmazlık kesin olarak moleküler akışın durdurulması olarak düşünülemez. • Bunun yerine, bu akışın kabul edilebilir seviyede tutulması anlamında kullanılması daha doğru olur. • Sızdırma veya kaçak normal durumda sızdırmazlık elemanından geçerek sistem dışına doğru akan akışkan miktarı olarak tarif edilir. • Bununla beraber, bazı hallerde sistem dışındaki akışkanın makina içine doğru akışı da sızdırma veya kaçak olarak tarif edilebilir.

Sızdırmazlık elemanları makinaların veya sistemlerin içinde bulunan yağın, sıvının dışarıya çıkmasını ve dışarıda bulunan sıvının, tozun içeriye girmesini önlemek amacıyla kullanılan makina elemanları olup makinanın sağlıklı çalışabilmesi için gereklidirler. Sızdırmazlık elemanları, statik sızdırmazlık elemanları ve dinamik sızdırmazlık elemanları olarak iki ana sınıfa ayrılabilir. Statik sızdırmazlık elemanları hareketsiz elemanlar arasında sızdırmayı önlemek amacıyla kullanılır Dinamik sızdırmazlık elemanları ise birbirine göre hareketli olan elemanlar arasında sızdırmayı önlemek için kullanılır.

Statik Sızdırmazlık Elemanları Statik sızdırmazlık elemanlarını çalışma prensibine göre iki sınıfa ayırabiliriz. Sızdırmazlık etkisi sıkıştırma oranına bağlı olan elemanlar (contalar) Basınç karşısında davranışı değişen elemanlar. Bunlar basınç arttıkça yüzeye daha fazla baskı yaparlar (O-ring, U-ring)

Statik sızdırmazlık elemanlarının üzerine etki eden kuvvetler Sıkıştırma kuvveti: montaj sırasında elemanı sıkıştırmak için uygulanan kuvvet Hidrostatik kuvvet: çalışma sırasında sıkıştırma kuvvetine ters yönde etki eden kuvvet Akışkan kuvveti: iç basınç (hidrostatik kuvvet) nedeniyle meydana gelen kapak ağırlığından elemanı akmaya zorlayan kuvvet

Contalar Yassı sızdırmazlık elemanlarıdır. Conta malzemesinin akmaması ve çalışma sırasında contanın konumunu koruması için, basıncın yaratacağı yan kuvvet (akışkan kuvveti) conta üzerinde kalan sıkıştırma kuvvetinden (Hidrositatik kuvvet) küçük olmalıdır. Sıkıştırma kuvveti zamanla azalacağından conta çalışma sıcaklığına ulaştıktan bir saat sonra civatalar montaj momenti ile yeniden sıkılmalıdır.

Flanş veya kapak civataları sıkılırken şekildeki sıraya uyulması gerekir. Conta uygulama örnekleri

Amyantlı Contalar Amyant lifleri ve kauçuktan oluşmuşlardır. Amyantlı conta, asbestli conta yada Klingerit isimleri ile anılmaktadır. Baca gazı, dizel motor eksozu gibi düşük basınçlı sistemlerde 500 0C sıcaklığa kadar, kazan kapaklarında 230 0C buhar sıcaklığına kadar, basınçlı kaplarda en fazla 20 bar basınca kadar kullanılırlar

Mantarlı Contalar Mantar meşe ağacının bir türünün kabuğundan elde edilen organik bir maddedir. Mekanik direncinin az olması nedeniyle değişik malzemelerle karışım halinde kullanılır. Kauçuklu mantar: Asit ve Alkali ortamda suyla devamlı temasta dirençli olmayan mantar sentetik kauçukla karıştırıldığında direnci artar. Protein (kazein) katkılı mantar: Antifrizlere dayanıklı suya dayanıksızdır. Reçine (fenolformaldehit) katkılı mantar: bakterilere ve antifrizlere dayanıklı suya dayanıksızdır. Bunlar kağıt, tekstil ve alüminyum takviyeli de olabilirler Mantarlı contalar özellikle otomotiv sanayinde motor kapaklarında kullanılırlar.

Kağıt Contalar Kağıt malzemeden kesilerek elde edilirler Olduğu gibi yada uygun bir ortamda doyurulmuş şekilde kullanılırlar Daha çok toz sızdırmazlığı için uygundurlar Benzin, petrol ve organik çözücülere karşı direnci arttırılmış tipleri karbüratör kapaklarında kullanılır.

Kauçuk Contalar Sıkıştırıldıklarında hacimsel olarak küçülmeyip yan yüzeylere doğru büyürler. Yan yüzeylere taşma eğilimini azaltmak için kauçuk karışımındaki dolgu malzemelerine dikkat edilir veya bezli kauçuk, çelik tel örgülü kauçuk gibi bileşik malzemelerden conta yapılır.

Saçlı Hidrolik Contalar Kaplin, flanş ve cıvata bağlantılarında kullanılan pratik ve uzun ömürlü contalardır. Bu tip contalar düz metal bileziğe dairesel yada trapez kesitli elastomerin içten yada dıştan kaplanmasıyla oluşur. Sızdırmazlık elastomer kısmın sıkıştırılmasıyla sağlanır. Metal bilezik basınç altında elastomer malzemenin akmasını önler. Sıkıştırmadan sonra kauçuğun ısıl genleşmesine ve şişmesine izin verilebilecek boşluk sağlanmalıdır.

Metal Halkalar Bunlar; içi boş, içi boş çevresi yarık, içi dolu (masif) olmak üzere üç tiptir. Yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda kullanılırlar İçi boş metal halkalar vakumda, içi boş ve çevresi yarık metal halkalar bütün basınçlarda kullanılır. Metal ve yumuşak metal bir arada kullanılarak kombine halkalar elde edilmiştir. Yumuşak metal olarak Cu, Pb, Al kullanılır.

Bu sızdırmazlık elemanlarının kullanımında yuva ve karşı yüzey kalitesi çok önemlidir. Çünkü elastomerlerle olduğu gibi pürüzlerin ve çiziklerin kapanması söz konusu değildir. Metal halkanın yumuşak bir malzemeyle kaplanması sızdırmazlık etkisini arttırır. Özellikle gaz sızdırmazlığında çok hassas yüzeyler gerekir.

Sızdırmazlık Macunları ve Sıvı Contalar Daha kolay bakım ve onarım için kağıt, fiber, mantar gibi ince contalar yerine kullanılan macunlar ve sıvı contalar vardır. Bunlar çevre sıcaklığında kendiliğinden sertleşmektedirler. Aralığın 0,1mm den büyük olmaması gerekir. Uygulama yüzeyi temizlenerek sızdırmazlık elemanı, fırça veya rulo ile sürülür.

Kapak Üzerine Otomatik Olarak Sıvı Conta Uygulaması Dişli Kutusu Gövdesinde Sıvı Conta Uygulaması

PTFE (Politetrafuloretilen) malzemeden yapılmış şerit halinde sızdırmazlık malzemeleri de vardır. Yağsız, temiz, kuru uç kısımları birbirinin üzerine gelecek şekilde yerleştirilip plastik deformasyona uğratılarak sızdırmazlık elde edilir

O-Ringler “O” şeklinde kesite sahip kauçuk halkalardır. O-ring kesitinin radyal ve eksenel yönde deformasyona uğramasıyla sızdırmazlık sağlanmaktadır. Uygun malzeme seçimi ve montaj tipine bağlı olarak 1000 bar basınca kadar uygulanabilirler. Statik durumda çok iyi yuva yüzey kalitesi gerekmemektedir. Ancak değişken basınç söz konusu olduğunda yüzey kalitesinin arttırılması ve o-ring malzemesinin en az 80 Shore A sertliğinde olması gerekir.

O-ringler eksenel sıkıştırmalı veya radyal sıkıştırmalı olarak monte edilebilirler. Eksenel sıkıştırmalı O-ringlerde basınç dışardan uygulanıyorsa O-ring iç çapı, yuva iç çapına uygun veya biraz küçük olmalı; basınç içeriden uygulanıyorsa O-ring çapı, yuvanın dış çapına uygun veya biraz küçük olmalıdır. O-ring yuvaları dikdörtgen, üçgen veya trapez şekilli olabilir.

Diyaframlar (Membranlar) Hidrolik ve pnömatik kontrol cihazlarında, ölçme tekniğinde, ince cidarlı izin verilen miktarda eksenel yönde hareket ederek fonksiyonunu yerine getiren ve ayırdığı hacimler arasında sızdırmazlığı da sağlayan kauçuk esaslı malzemeden yapılmış elemanlardır. Diyaframlar (membranlar) düz, çukurlu, tabak veya yuvarlanmalı olarak tiplere ayrılır.

Körükler Körükler eksenel yada radyal yönde hareket eden millerin kolları; toz, kir, su gibi dış etkenlerden korumak amacı ile kullanılırlar. Boyutları maksimum ve minimum aralığında belirtilmektedir. Bu aralığın dışında çalıştırılırda, körükte şekil bozukluğu yada yırtılma olabilir. Genel olarak silindirik ve konik formda olan körüklerin uç kısımları forma bağlı olarak bir bilezik ile sabitlenir.

Dinamik Sızdırmazlık Elemanları

Daha önceden de belirtildiği gibi, birbirine göre hareket eden iki yüzey arasında sızdırmazlığın sağlanmasında kullanılan elemanlardır.

Radyal Sızdırmazlık Halkaları Çevresel (çapsal) yüklü dudaklı yağ keçesi şeklinde tarif edilebilir. Sızdırmazlık mil ile temas eden dudağın bir yay (garter yayı) baskısı altında bulunması ile sağlanır Yayın bulunduğu taraf sızdırmazlığı sağlanacak bölüme bakacak şekilde yerleştirilir. Bu elemanın rijitliğini arttırmak için üst ve yan yüzeylerinde metal bilezik kullanılır. Üstü kauçuk kaplıdır Montaj sırasında zedelenmemesi için verilen ölçülere ve önerilere uyulmalıdır.

Keçe dudağı hiçbir zaman kuru çalışmamalıdır. Milin ilk dönüşünde yağlamayı sağlamak (aynı zamanda montajı da kolaylaştırmak) için keçe ve mile montajdan önce gres veya sıvı yağ sürülmelidir. Yağ bu bölgede yağlamayı sağlamakla kalmayıp keçe dudağının soğutulmasını da sağlamaktadır. Toz dudaklı keçelerde, toz dudağı ile keçe dudağı arasındaki boşluk ilk yağlamayı sağlayan depo görevi de yapar.

Keçe dudağı ile mil arasındaki yağ filminin kırılmaması için mil yüzeyinin taşlanmış olması tercih edilir. Yüzey kalitesinin korunması için yüzeyin sertleştirilmesi de gerekir. Mil ekseni ile yuva ekseni arasındaki farklılık milin yuvaya göre kaçıklığını gösterir. Bu durum radyal sızdırmazlık elemanın dudağının düzgün aşınmamasına ve ömrünün kısalmasına sebep olur. Özellikle dinamik kaçıklık izin verilen sınırları aşarsa radyal sızdırmazlık elemanın kaçırdığı yağ fazlalaşır.

Normal olarak radyal sızdırmazlık elemanı 0,5 bar basınç farkına kadar kullanılabilir. Daha yüksek basınçta keçe dudağının bükülüp mil üzerine yatma riski vardır. Bunu önlemek için destek bileziği kullanılmalıdır.

Yağ keçesi dudakları yüksek devirlerde oluşan sürtünme ısısı nedeniyle sert millerde dahi zamanla iz yapar. Tozlu ortamlar ve yağlamadaki eksiklikler iz oluşma zamanını kısaltır. Yeni bir keçenin aynı bölgede çalışması sakıncalıdır. Milin yeniden üretimi yada kaplama yapılması da pahalı yöntem olduğundan tamir takımı olarak aşınma bilezikleri kullanılır. Bilezik milin aşınma ucuna pres geçme olarak geçirilir.

Keçe dudağındaki tırtılların açıklanması Aşınma bileziği Keçe dudağındaki tırtılların açıklanması Sağa dönen miller için Sola dönen miller için İki yöne dönen miller için

Montaj kuralları Montaj sırasında milin giriş kısmındaki radyüs veya pahlar önemlidir. Keçe mile alın tarafından geçirilecekse, milin ucuna şekilde belirtilen ölçülerde pah kırılmalı ve köşelerin pürüzsüz olmasına dikkat edilmelidir. Eğer keçe mile taban tarafından monte edilecekse, milin ucuna şekil gösterildiği gibi radyüs verilmelidir. Gereken ölçüler keçe kataloglarından alınır.

Eksenel Sızdırmazlık Halkası Şekilde görülen sızdırmazlık elemanları eksenel yönde sızdırmazlığı sağlamaktadır. Temel olarak iki değişik tasarımdan söz edilebilir a- Eksenel sızdırmazlık halkası iç çapı ile mil üzerine oturmuş birlikte dönmekte, dudak ise yuva kenarına temas etmektedir. b- Eksenel sızdırmazlık halkası dış çapı ile gövde üzerine oturmuş, dudak dönen mil üzerindeki faturaya temas etmektedir.

Dudağın temas ettiği yüzey pürüzsüz ve sertleşmiş olmalıdır. Dudağın yuva kenarına temas ettiği tasarımda çevresel hız 10 m/s’ den, dudağın mile temas ettiği tasarımda ise 20 m/s’ den büyük olmamalıdır.

V-Halkaları Diğer sızdırmazlık elemanlarından en büyük farkı eksenel yönde baskı yaparak toz, kir, gres, yağ sıçraması gibi etkenlerden korumasıdır. Mil üzerine ön gerilmeli (sıkı) geçirilerek mil ile birlikte döner veya özel hallerde duran parça üzerine montajı yapılır. Her iki durumda da dudak dik bir yüzeye sürtünerek sızdırmazlık sağlar. Dudak basıncı çok az olduğundan sürtünme kuvveti ve güç kaybı çok azdır. Yüzey hızı 8 m/s’ den fazla ise eksenel yönde, 12 m/s’ den fazla ise eksenel ve radyal yönde sabitlenmelidir.

Dümen mili sızdırmazlığında V-halka kullanımı

Nilo Halkaları Gresle yağlanmış bilyalı ve makaralı rulmanların sızdırmazlığı tamamı metalden yapılmış sızdırmazlık elemanları ile sağlanır. Sızdırmazlık dudağı arada herhangi bir eleman olmaksızın mil ile temas halindedir ve mil bu konstrüksiyonlarda sızdırmazlık yüzeyi olmak yerine sızdırmazlık elemanını merkezleme görevini üstlenir. Nilo halkaları rulmanların iç veya dış bilezik yan kenarı ile mildeki omuz veya kapak arasına sıkıştırılan iki tiptir. Teknik olarak iç sızdırmazlık tipi tercih edilir.

Nilo halkaları boyutlarına bağlı olarak 0,3...0,7 mm kalınlığındadır. Minimum toplam yüksekliği de çapa bağlı olarak 1,5 ile 5 mm arasında değişmektedir.

Mekanik Sızdırmazlık Elemanları Mekanik sızdırmazlık elemanı veya kayma halkalı sızdırmazlık elemanı diye isimlendirilen bu elemanlar, dudaklı sızdırmazlık elemanlarının düşük basınç yada düşük devirle sınırlı olan kullanım alanlarını; basınç x yüzey hızı değerinin yüksek olduğu pompa gibi yada ağır koşullarda çalışan iş makinaları gibi makina ve araçlarda kesin sızdırmazlık sağlayarak geniş alanlara taşıyacak şekilde tasarlanabilen elemanlardır.

Bu elemanlarda başarılı sızdırmazlık; sıcaklık, yağlama, katı parçacık miktarı, ortamın kimyasal yapısı, soğutma, titreşim, basınç değişimi, çalışma aralığı, karşı yüzey kalitesi, eksen kaçıklığı, malzeme gibi etkenlere bağlıdır. Ancak elemanın ömrünü etkileyen en önemli faktör ısı olduğundan, ısıl direncinin çalışma sıcaklığının üzerinde olmasına dikkat etmek gereklidir. Mekanik sızdırmazlık elemanlarında sızdırmazlık düzlemi: Dönüş eksenine dik, biri sabit diğeri hareketli olan iki kayma sızdırmazlık elemanının temasından oluşur. Bu kayma sızdırmazlık elemanları bir yay kuvvetiyle bastırılırlar.

Bir mekanik sızdırmazlık elemanı genel olarak; kayma halkasına baskı uygulayan yay, kayma halkası ile mil arasında statik sızdırmazlık sağlayan O-ring, yaya yataklık saylayan (yay yuvası) ve karşı halkayı tutan bilezik, karşı halka ve gövde arasında statik sızdırmazlık sağlayan O-ring ve karşı halkadan oluşur.

Keçe Halkalar Eski sızdırmazlık elemanlarından olup kullanımı gittikçe azalmaktadır. İşletme sıcaklığı –40 0C ile 100 0C arasında çevresel hızı ise 4 m/s’ den küçük olmalıdır. Keçe halkası gres yapı veya sıvı yağ ile iyice yağlanır. Malzeme olarak grafitlenmiş halkalar, asbest halkaları veya plastik halkalar kullanılır.

Salmastralar Sızdırmazlık sağlamak amacı ile kullanılan en eski elemanlardan biri de salmastralardır. Salmastralar bitkisel kökenli (pamuk, jüt, keten, kenevir); hayvansal kökenli (deri, yün); mineral kökenli (amyant); sentetik kökenli (rayon, naylon, PTFE) malzemelerden kafes, düz, yuvarlak veya bükümlü örgü şeklinde yahutta haddelenerek veya sarılarak elde edilmektedir. Yuvalarına spiral şeklinde sarılarak yada uygun şekilde kesilmiş halkalar halinde yerleştirilirler. Salmastralarda sızdırmazlık yağ emdirilmiş olan salmastra halkalarının eksenel yönde bir kuvvet etkisi ile sıkıştırılması sonucu sağlanır. Bu sızdırmazlık yöntemi daha çok pompalarda, vanalarda uygulanmaktadır.

Temassız Sızdırmazlık Elemanları Mil ile geçtiği delik arasındaki boşluk dar yapıldığı taktirde basınç düşmesine sebep olacağından sızdırmazlık sağlar. Sızdırmazlık etkisi boşluk miktarına ve akış yolunun uzunluğuna bağlıdır. Akış yolundaki engeller arttırılırsa daha fazla basınç düşmesi meydana gelir. Sızdırmazlık sağlayan parçalar birbirine temas etmediklerinden sürtünme ve aşınma meydana gelmez. Bu tip sızdırmazlık elemanları güç kaybına da neden olmaz. Ancak güc kaybını engelleyen boşluk yağ için sızma yolu olduğundan bu elemanlar kesin sızdırmazlık sağlama yerine kontrollü sızma sağlamaktadırlar. Sızma yolundaki engellerin basınç düşümüne etkisi Mil ile yuva arasındaki basınç düşmesi

Temassız sızdırmazlık elemanlarını aralığın durumuna göre: *Düz aralıklı sızdırmazlık elemanları *Tek taraflı labirent *Çift taraflı labirent olmak üzere üç sınıfa labirentin durumuna göre de Eksenel labirent Radyal labirent olmak üzere iki sınıfa ayırabiliriz. Tek taraflı labirent Çift taraflı labirent Düz aralıklı Eksenel labirent Radyal labirent