ZTM 431 HİDROLİK VE PNÖMATİK SİSTEMLER Prof. Dr. Metin Güner

HİDROLİK SİSTEMLER

2.HİDROLİK POMPALAR 2.1.GİRİŞ Pompa, hidrolik sistemin kalbidir. Hidrolik sistemdeki akışın meydana gelmesini sağlar. İnsanın kalbi de bir pompadır(Şekil 2.1). İlk zamanlarda çiftliklerde su pompaları kullanılırdı. Mühendisler daha sonraları hidrolik pompayı geliştirdiler. Önceleri hidrolik kelimesinden hareketli hidrolik akışkanlarla ilgilenen bilim anlaşılırdı ve bu yüzden hidrolik akışkanları harekete geçiren her pompaya hidrolik pompa denirdi.

Günümüzde hidrolik kelimesinden sıvı basıncı, sıvı akışı sıvının iş yapma yeteneğini inceleyen bilim dalı anlaşılmaktadır. ya da kısaca hidrolik sıvıların çevreleriyle olan her türlü olayı inceleyen bilim dalıdır.

Şekil 2.1.Üç farklı pompa

Hidrolik pompa, sıvıları harekete geçirir ve sıvıların iş yapmasını sağlar ya da hidrolik pompa mekanik enerjiyi hidrolik enerjiye dönüştüren bir araçtır. Pompalar basınç meydana getirmezler ya da basınç üretmezler. Akış sağlar ve gücü iletmek için kuvvet uygularlar. Basınç birim alana etkiyen kuvvet olup, akışa karşı gelen direnç tarafından oluşturulur. Pompa, basıncın ortaya çıkması için gerekli akışı sağlamak üzere tasarlanmış bir mekanizmadır. Ancak, kendi akışına karşı bir direnç oluşturamadığından kendi kendine basınç meydana getirebilmesi mümkün değildir

Bir pompa çalışırken iki işlevi yerine getirir. a)Girişinde vakum oluşturarak, akışkanın deposundaki atmosferik basıncın, hidrolik akışkanı giriş süzgecinden pompa emme hattına iletmesine olanak sağlar. b)Mekanik hareketiyle akışkanı, çıkışa ve hidrolik sisteme yönlendirir.

Akışkan pompadan uzaklaştıkça sistemdeki çalışma basıncı ile karşılaşır. Pompalar genel olarak 2 grup altında incelenebilir. a)Pozitif yer değiştirmeli b)Pozitif olmayan yer değiştirmeli (Rotodinamik) Şekil 2.2 de pozitif ve pozitif olmayan yer değiştirmeli pompalar görülmektedir.

2.2. POZİTİF YER DEĞİŞTİRMELİ HİDROLİK POMPALAR Pozitif yer değiştirmeli pompalar; a)Sabit debili b)Değişken debili olmak üzere ikiye ayrılır. Sabit debili pompalarda her bir strokta ya da milin her bir devrinde yer değiştiren akışkan miktarı sabittir ve değiştirilemez.

Debi değişimi ancak pompa devrinin değiştirilmesi ile yapılabilir. Debi, sistem basıncından etkilenebilir ya da sistem basıncı debiyi değiştirebilir. Ancak bu değiştirme kaçakların pompaya geri dönmesi kadardır. Bu da yüksek basınçlarda meydana gelir. Bu nedenle sabit debili pompalar genelde düşük basınçlı yapılırlar ya da yüksek basınçlarda diğer bir pompanın yardımcısı olarak görev yaparlar.

Sabit debili pompa devrelerinde yüksek debiye ihtiyaç duyulduğunda ve hız artırımı da yeterli olmadığında yüksek debiyi sağlayacak büyüklükte pompa kullanılmalıdır. Daha az debi gerektiğinde pompanın ürettiği fazla akış tahliye valfinden dışarı atılmalıdır. Ancak bu işlem, enerjiyi doğrudan doğruya istenmeyen ısı enerjisine dönüştürür. Bu nedenle, sabit debili pompalar yalnızca sabit hız devreli uygulamalarda veya hız kontrolünün çok kısa sürdüğü durumlarda kullanılmalıdır.

Değişken debili pompalarda debi her bir strokta pompanın aynı devrinde bile değiştirilebilir. Bu tip pompalar, sistemde sabit basınç sağlayacak ve aynı zamanda akışkanın debisini değiştirecek biçimde tasarlanmışlardır. Şekil 2.3 de görüldüğü gibi,değişken debili pompalarda sistem basıncı düştüğünde debi artar, basınç arttığında debi düşer. Değişken debili pompalar sadece sistemin sistemin ihtiyacı olduğu zaman ve miktarda akış sağlar. Bu pompaların en önemli üstünlüğü, hareketlendirici çalışmazken, devrede hareket halinde bulunan akışkanın ısı oluşturmamasıdır.

Şekil 2.3.Sabit debili ve değişken debili pompaların karşılaştırlması

Sabit debili pompanın tahliye işlemi yapıldığında bile akışkan hareket halinde olduğu için enerji yalnızca ısıya dönüşür. Değişken debili pompalar ise gerektiğinde bu enerjiyi üretecek şekilde kontrol edilebilir. Bu durumda ısı oluşmaz ve enerji boşa harcanmaz. Ayrıca değişken debili pompalar akış kontrolüne ve basınç düşürme valflerine olan gereksinimi ortadan kaldırarak veya azaltarak yüksek başlangıç maliyetini dengelemiş olurlar.

2.2.1.Hidrolik Pompa Tipleri Hidrolik pompalar, pozitif yer değiştirmeli olarak imal edilmişlerdir. Pozitif yer değiştirmeli kavramı çıkışın girişten tamamen yalıtıldığını gösterir. Buna göre teorik olarak pompaya giren debi ile pompadan çıkan debi birbirine eşittir ya da eşit olmalıdır. Ancak uygulamada bir miktar akışkan aralıklardan ve yağlama kanallarından kaybolur. Bu nedenle aşınmış bir pompa bakımlı bir pompadan daha düşük verime sahiptir.

Pompaların çalışmasındaki temel prensip, pompanın iç hacmi değiştirilerek akışkanın iletilmesidir. Pompanın iç hacmi arttıkça giriş açıklığından, akışkan pompanın içine girer. Sonra, iç hacim küçültülür ve akışkan pompanın basma çıkışından dışarı atılır. Her bir pompa tipinde iç hacmi değiştiren farklı düzenlemeler vardır.

Pozitif yer değiştirmeli pompalar aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir(Şekil 2.4). a)Dişli pompalar a1)Dıştan dişli a2)İçten dişli a21) Hilal tip içten dişli a22) Rotor tip içten dişli b)Kanatlı pompalar b1)Dengelenmiş b2)Dengelenmemiş c) Pistonlu pompalar c1)Aksiyal (eksenel) pistonlu c2)Radyal pistonlu

Şekil 2.4.Hidrolik pompa tipleri

2.4.Pompa seçimi Hidrolik pompaların seçimini etkileyen faktörler aşağıdaki gibi sıralanabilir. a)Maksimum çalışma basıncı b)Maksimum debi c)Kontrol mekanizmasının tipi d)Çalışma hızı e)Akışkan tipi

f)Pompanın kirliliğe karşı toleransı g)Pompanın gürültüsü h)Pompa büyüklüğü ve ağırlığı ı)Pompa verimi j)Maliyet k)Bulunabilirlik ve değiştirilebilirlik l)Bakım ve yedek parça

3.HİDROLİK VALFLER

3.1.Giriş Hidrolik valfler, hidrolik sistemin kontrol elemanlarıdır. Hidrolik devredeki akışın basıncını, debisini ve yönünü ayarlar. Valflerin 3 tipi vardır. a)Basınç kontrol valfleri(Pressure control valves) b)Yön kontrol valfleri(Directional control valves) c)Akış ya da debi kontrol valfleri(Volume control valves)

Şekil 3.1.Hidrolik valfler

Basınç kontrol valfleri, sistem basıncının düşürülmesi ya da kısıtlanması, pompanın boşaltılması ve sisteme giren akışkanın basıncının ayarlanmasında kullanılır. Bu valfler, çalışma basıncının belirli sınırlar arasında düzenli tutulmasını sağlar. Basınç kontrol valfleri genellikle basınç hattına yerleştirilir. Böylece pompadan çıkan akışkan kontrol edilerek sisteme belirli değerlerde gönderilir. Ayrıca hidrolik sistemi aşırı basınçlardan korur. Devre elemanlarına uygun basınçta akışkan gönderilmiş olur

Basınç kontrol valfleri 4 grupta toplanabilir. Bunlar; a)Emniyet valfleri(relief valves) b)Basınç düşürme valfleri(pressure reducing valves) c)Basınç sıralama valfleri(pressure sequence valves) d)Boşaltma valfleridir (unloading valves).

Yön kontrol valfleri, hidrolik sistemdeki akışkanın yönünü kontrol eder. Bu tip valfler, hidrolik akışkanı yönlendirerek silindir veya motorun istenilen yönde hareket etmesini sağlar. Pompanın bastığı akışkan, yön kontrol valfinden geçerek silindir veya hidrolik motora gider, dönüş hattındaki akışkan da yön kontrol valfinden geçerek depoya yönelir. Hidrolik motorların tek yönde dönmesi istendiği zaman yön kontrol valfi kullanılmayabilir.

Basınç hattından çıkan akışkan doğrudan motorun girişine bağlanır ve motordan çıkan akışkan da depoya döner. Ancak silindirlerle elde edilecek ileri geri hareketleri üretmek için mutlaka bir yön kontrol valfi gerekir. Yön kontrol valfleri 3 grupta incelenir. a)Çek valfler(check valves) b)Döner valfler(rotary valves) c)Sürgülü valfler(spool valves)

Akış ya da debi kontrol valfleri, akışkanı kısarak ya da yönünü değiştirerek hacmini ya da miktarını ayarlar. Silindir ve/veya motora gidecek akışkan miktarını ayarlayarak hız kontrolünü yapar. Pompanın debisini her zaman ayarlamak olanaklı olmadığından akışı kısarak hız azaltılır, akışı artırarak hız artırılır. Akış kontrol valflerinin 2 tipi vardır. a)Debi kontrol valfleri (flow control valves) b)Debi bölücü valfler (flow divider valves) Debi kontrol valfleri; elle, hidrolik, elektriksel ve pnömatik olarak komuta edilebilir

Normalde açık olan valflerde, yay serbest durumda iken basınçlı akışkanın önü açıktır. P den akışkan A ya geçmektedir. Sürgüye bir kuvvet uygulandığı zaman yay sıkıştırılır ve gelen basınçlı akışkan P den A ya geçemez. Valfin sürgüsüne etki eden kuvvet ortadan kalkacak olursa, valf tekrar normal konumunu alacak yani açık konuma geçecektir.Şekil 3.33)

Şekil 3.33.Normalde açık olan (2/2) lik valfin kesiti

3.6.2.Üç Yollu ve İki Konumlu Valfler   Aşağı yukarı hareket eden tek etkili silindirlerin kontrolünde kullanılan bu valfler normalde açık veya kapalı olarak yapılırlar. Üç bağlantı ağzı vardır. Bunlar basınç hattına bağlanan P, yağ haznesine bağlanan (R veya T) ile silindire veya diğer amaçlar için kullanılan A dır. Şekil 3.34 de normalde kapalı (3/2) lik bir valfin kesiti ve sembolü verilmiştir. Bu tip valflerde basınçlı akışkanın bağlandığı P ağzının olduğu konum nötr veya 0 konumu, basınçlı akışkanın A geçtiği konuma da çalışma konumu (I )denir.

Şekil 3.34. Normalde kapalı (3/2) lik valfin kesiti ve sembolü

3.6.3.Dört Yollu ve İki Konumlu Valfler  Dört yollu ve iki konumlu valfler genellikle çift etkili silindirlerde doğrusal ileri geri hareketin elde edilmesinde kullanılır(Şekil 3.35). Şekilde görülen valflerin bir konumunda basınçlı akışkan P den A ya giderken, dönen yağ da B den T ye giderken, diğer konumda ise, basınçlı akışkan P den B ye gitmekte ve silindirden dönen yağ A dan T ye geçmektedir.

Şekil 3.35. Dört yollu ve iki konumlu valf