Hidrolik
Hidrolik, gücü iletmek ve hareketi kontrol etmek için basınçlı akışkanlardan yararlanan bir mühendislik disiplinidir. Yüksek kuvvet ve verimli kontrol gerektiren otomotiv, tarım, havacılık ve endüstriyel sistemlerde yaygın olarak kullanılır.
Hidrolik Hakkında Bilmeniz Gereken Her Şey
Hidrolik, (Fransızca: Hydraulique, Hydraulique) (İngilizce: Hydraulics, Hydraulics), uygulamalı olarak akışkanların basınç altında kullanılmasını inceleyen bir alandır.
Hidroliğin Tanımı
Hidrolik, basınçlı akışkanların pratik kullanımını inceleyen bir mühendislik disiplinidir.
Hidroliğin Uygulama Alanları
Hidrolik, otomotiv endüstrisinin birçok bölümünde kullanılır. Yaygın örnekler arasında fren sistemleri, araç direksiyonu ve pnömatik koltuk ayarı bulunur. Araç üretiminde hidrolik sistemler gövde üretimi ve sac şekillendirme için de kullanılır.
Tarım
Hidrolik sistemler traktörlerde çok çeşitli işlevlerde akışkan gücü sağlamak için kullanılır. Diğer örnekler arasında harman makineleri, biçerdöverler, meyve toplama makineleri, delme makineleri, ekskavatörler ve benzeri ekipmanlar yer alır.
Uçaklar
Hidrolik sistemler iniş takımı, kanatçıklar ve irtifa dümenleri gibi uçak bileşenlerinde kullanılır. Test sırasında sızıntı veya açıklıkları tespit etmek amacıyla gövde panelleri arasına hava basıncı da uygulanabilir; basınç düşüşü bir kusura işaret edebilir.
Uçak testleri birçok aşama ve bileşeni kapsar. Aşağıdakiler bunlara örnektir:
Kaynağa göre 300 bar basınç gerektiren uçak lastiklerinin test edilmesi.
Uçağın çeşitli hidrolik bölümlerinin test edilmesi.
Uçak gövdesinin açıklık veya sızıntı açısından test edilmesi.
Kaynak, F-14 uçaklarında hidrolik test için Mule ünitesi kullanıldığını belirtmektedir.
Hidroliğin çok çeşitli endüstrilerdeki diğer uygulamaları şunlardır:
Gıda endüstrisinde konserve üretimi ve tek kullanımlık kapların imalatı.
Savunma sanayinde tankların, zırhlı personel taşıyıcıların, füzelerin ve deniz araçlarının kontrolü.
Ağaç işleme endüstrisinde odun kesme ve mobilya yüzeylerini bitirme işlemleri.
Baskı, madencilik, demiryolu, petrol, plastik ve diğer endüstriler.
Modern endüstri, düşük maliyeti yüksek hassasiyetle birleştiren güç aktarım yöntemleri arar ve basınçlı akışkan, güç aktarımı ve kontrolünde bu ihtiyacı karşılamak için yaygın biçimde kullanılır. Akışkan gücü teknolojisi genellikle hidrolik ve pnömatik olarak ikiye ayrılır. Pnömatik, burada yaklaşık bir ton olarak belirtilen daha düşük kuvvetler ve daha yüksek hızlar için kullanılırken hidrolik, yüksek güç ve kontrollü hızlar için daha uygundur.
Hidrolik ve Pnömatik Sistemlerin Avantajları
1. Basit ve Verimli Tasarım
Hidrolik ve pnömatik sistemler, daha az hareketli bileşen kullanarak hassas kontrolle yüksek güçlü doğrusal ve döner hareket sağlayabilir. Güç, borular ve hortumlar aracılığıyla iletilirken mekanik sistemler dişliler, kamlar, kavramalar ve diğer mekanik elemanlara dayanır.
2. Yüksek Kuvvet Ayarlama ve Kontrol Yeteneği
Bu sistemlerin dikkat çekici özelliklerinden biri, nispeten küçük bir giriş kuvvetinden büyük bir kuvvet üretebilmesidir. Üretilen kuvvet de nispeten düşük basınç ve güçle kontrol edilebilir; bu da çalışma hassasiyetini artırır.
3. Kurulum ve Uygulamada Esneklik
Esnek hortumlar, bu sistemlerin farklı koşullarda daha kolay kurulmasını sağlar. Böylece mekanik kısıtlamalar azalır ve tasarım ile uygulamada daha fazla esneklik elde edilir.
4. Yüksek Verim ve Düşük Bakım Maliyeti
Hidrolik ve pnömatik sistemler, nispeten düşük sürtünme, düşük bakım gereksinimi ve ekonomik yapıları sayesinde yüksek çalışma verimi sağlayabilir. Emniyet valfleri ile basınç ve sıcaklık şalterleri de güvenliği ve ani yüklere, ciddi sıcaklık ve basınç değişimlerine karşı dayanımı artırır.
5. Hidrolik ve Pnömatik Sistemler Arasındaki Farklar
İki sistemin çalışma prensipleri benzerdir, ancak temel fark çalışma akışkanıdır. Hidrolik sistemler yağ gibi neredeyse sıkıştırılamayan akışkanlar kullanırken pnömatik sistemler hava gibi sıkıştırılabilir akışkanlar kullanır. Pnömatik sistemde kompresör havayı sıkıştırıp bir tankta depolar; sıkıştırma hava sıcaklığını yükseltir ve doğru yönetilmezse sistemi etkileyebilir.
6. Pnömatik Sistemlerde Isı ve Nem Yönetimi
Pnömatik sistemlerde sıcaklık artışının yol açtığı sorunları azaltmak için sıkıştırılmış hava tanka girmeden önce soğutulur. Hava su buharı içerdiğinden soğutma yoğuşmaya neden olabilir; bu nedenle nemi gidermek ve performansı artırmak için kurutma sistemleri kullanılır.
7. Daha Kolay Tasarım İçin Bileşenlerin Adlandırılması ve Tanımlanması
Teknoloji ve sanayi geliştikçe hidrolik ve pnömatik bileşenler, tasarım ve uygulamayı kolaylaştırmak amacıyla standartlaştırılmış, tanımlanmış ve adlandırılmıştır. Bu, tasarımcıların şemaları daha hızlı hazırlamasına ve teknisyenlerin bunları daha kolay uygulamasına yardımcı olur.
Hidrolik Sistemlerde Basınç Ayarı
Kaynağa göre hidrolik sistemlerde daha yüksek basınç, gerekli tonaja ulaşmak için daha küçük bileşenler ve daha küçük çaplı borular kullanılmasına olanak vererek presin yapım maliyetini düşürebilir. Basıncın artırılması yağ sıcaklığını da yükseltir; bu durum sürtünme ve aşınmayı artırabileceğinden arıza riskini azaltmak için servis aralıklarının kısaltılması gerekebilir.
Hidrolik Sistemlerde Artan Akışkan Viskozitesinin Etkisi
Akışkan viskozitesi akışa karşı direnci belirler ve dolayısıyla hidrolik sistem içindeki hareketi ve sürtünmeyi etkiler. Belirli bir sisteme uygun viskozitede akışkan seçmek önemlidir. Aşırı viskozite aşağıdaki sorunlara yol açabilir:
Hidrolik sistemde akışkan akışına karşı daha fazla direnç.
Daha fazla güç ihtiyacı ve bunun sonucunda artan sürtünme kayıpları.
Sistemde basınç kaybı.
Sürtünme nedeniyle daha yüksek sıcaklık.
Hidrolik Sistemlerde Azalan Akışkan Viskozitesinin Etkisi
Sızdırmazlık noktalarında kaçak.
Hareketli bileşenlerde aşınma ve yağ filminin bozulması.
Hidrolik Sistemlerde Enerji ve Güç
Elektrikli veya yanmalı olabilen ana tahrik elemanı, hidrolik sistemin enerji kaynağıdır. Pompa milini döndürür ve enerjiyi sisteme aktarır. Enerjinin korunumu yasasına göre enerji ne yaratılır ne de yok edilir; sistem içinde potansiyel ve kinetik enerji gibi biçimlerde bulunur. Sistem enerjisi doğru hesaplanırsa enerji dengesi kurulabilir. Bu denge Bernoulli ilkesine dayanır ve yalnızca akışkan enerjisini değil, borular, valfler ve bağlantı parçalarındaki sürtünmeden kaynaklanan enerji kayıplarını ve motor ile pompadaki mekanik kayıpları da dikkate alır.
Hidrolik Sistemlerde Yaygın Sorunlar ve Çözüm Yöntemleri
1. Pompa Kavitasyonu
Kavitasyon, hidrolik sistemlerde yaygın bir sorundur ve hem eski hem de yeni pompalarda görülebilir. Aşırı gürültüye, sistem basıncı ve hızında düşüşe neden olabilir. Bu koşullarda emiş filtresi hattı kademeli olarak daralabilir ve sistem performansı bozulabilir.
2. Filtrenin Temizlenmesi ve Pompa Performansının Kontrolü
Filtre ve süzgeç temizlendikten sonra sorun devam ediyorsa pompa ve basınç tahliye valfi kontrol edilmelidir. Kaynak, pompa çıkışının yön kontrol valfinden ayrılmasını, pompanın çalıştırılmasını ve ardından manometrede basınç görülene kadar tahliye valfi ayarının sıkılmasını tarif eder. Yeterli basınç oluşmazsa sistemin diğer bölümleri incelenmelidir.
3. Tahliye Valfi Çalışmasının ve Yağ Akışının Kontrolü
Yeterli basınç oluşmazsa tahliye valfinin boşaltma bölümü incelenmelidir. Ayar vidasını gevşetip sıkmak yağ akışını değiştirmiyorsa pompa arızası söz konusu olabilir. Kaynak, bu koşullarda yağın pompanın iç kısımlarına girebileceğini ve yüksek sıcaklıkla birlikte aşınmaya katkıda bulunabileceğini belirtir.
4. Arızalı Basınç Tahliye Valfinin Teşhisi
Basit arıza giderme yöntemlerinden biri basınç tahliye valfini değiştirmektir. Valfi incelemek için boğaz veya orifis bölgesi yabancı parçacıklar açısından kontrol edilmeli ve gerekirse temizlenmelidir. Dişli valflerde spool hareketi de sıkışma olmadığından emin olmak için kontrol edilmelidir.
5. Silindir Keçelerinin ve Yağ Kaçağının Kontrolü
Sorun devam ederse devrenin aşağı akışındaki silindir keçeleri gibi parçalar kontrol edilmelidir. Piston bir tarafa alınarak basınç uygulanabilir; ardından ön veya arka portlardaki kaçak, keçelerin durumunu değerlendirmek için kullanılabilir ve arızalı keçeler gerektiğinde değiştirilir. Kaynak ayrıca silindirdeki küçük yüzey çiziklerinin genellikle çalışma üzerinde büyük etkisi olmadığını belirtir.
Hidrolik Güç
Hidrolik güç üç aşamada ele alınabilir: üretim, kontrol ve kullanım. Güç üretimi enerji dönüşümünün yanı sıra akışkan şartlandırmasını da kapsar. Elektrik enerjisinin mekanik enerjiye, ardından hidrolik enerjiye dönüştürülmesinde pompa, elektrik motoru, içten yanmalı motor ve basınç göstergesi yer alır. Filtreler, soğutucular, ısıtıcılar ve termometreler akışkan şartlandırma ve izleme amacıyla kullanılır.
Hidrolik Yağ
Hidrolik sistemler çok farklı uygulamalarda kullanıldığı için "hidrolik yağ" terimi tek bir yağ türünü ifade etmez. Çok çeşitli hidrolik yağlar vardır ve uygun tür her sistemin gereksinimlerine göre seçilir. Genel olarak hidrolik akışkan veya yağlar kuvvet iletebilmeli, hareketli bileşenleri aşınmayı azaltacak şekilde yağlayabilmeli ve sistem içinde üretilen ısıyı emebilmelidir.
Hidrolik Yağın Özellikleri
Yağlayıcı yağ filmi sağlam kalacak yeterli dayanıklılığa sahip olmalıdır; çünkü filmin bozulması hareketli bileşenlerde aşınmaya yol açabilir.
Yağ uygun yağlama sağlamalı ve bu özelliğini yüksek sıcaklık ve basınçlarda korumalıdır.
Emülsiyon oluşumu açısından yağ, viskozitesinin olumsuz etkilenmemesi için yalnızca sınırlı miktarda suyla karışmalıdır.
Yağ yüksek sıcaklıklara zararlı buharlar çıkarmadan dayanmalı ve tercihen bu tür buharlar oluşturabilecek maddelerle karıştırılmamalıdır.
Yağın bileşimi çalışma koşullarında kimyasal olarak kararlı kalmalıdır. Oksidasyon, viskozitede kabul edilemez değişikliklere yol açmamalıdır; çünkü her hidrolik sistem uygun bir viskozite aralığı gerektirir. Örneğin kararsız bir yağ koyulaşırsa basınç kayıpları artabilir ve aktüatörlere ulaşan güç azalabilir, bu da sistem performansının düşmesine neden olur.
Yağ, hortumlar ve sızdırmazlık elemanları gibi önemli hidrolik sistem bileşenlerinde korozyona yol açmamalıdır.
Yağ, yüksek sıcaklıklarda ve oksidasyon koşullarında mekanik özelliklerini korumalıdır.
Yağ, çalışanların sağlığı üzerinde zararlı etkilere sahip olmamalıdır.
Soğuk ortamlarda performansın bozulmaması için yağın akma noktası düşük olmalıdır. Kaynak örnek olarak uçak hidrolik sistemlerinde kullanılan yağların yaklaşık -60°C akma noktasına sahip olabileceğini ve formülasyonlarında mineral yağlar, gliserin, kerosen ve alkol bulunabileceğini belirtir.
Hidrolik Yağ Türleri
Hidrolik yağlar bileşimlerine ve kullanım alanlarına göre birkaç gruba ayrılabilir.
Motorlar, silindirler ve elektrik dönüştürücüleri gibi geleneksel uygulamalar için standart mineral bazlı yağlar.
Yağ-su karışımları ve yağ-içinde-su ile su-içinde-yağ emülsiyonlarını içeren sulu emülsiyonlar.
Diesterler, halojenlenmiş esterler ve klorlu hidrokarbonlar gibi hidrolik akışkan olarak kullanılan susuz sentetik akışkanlar.
Kullanım alanına göre hidrolik yağlar düşük sıcaklık hizmeti için yağlar, yüksek sıcaklığa ve yangına dayanıklı yağlar ile geleneksel veya standart hizmet yağları olarak gruplandırılabilir.
Zehirli buhar açığa çıkaran kimyasal katkılar hidrolik yağlara eklenmemelidir. Kaynakta belirtilen izin verilebilir katkılar arasında köpük önleyiciler, korozyon ve aşınma inhibitörleri ile yağlama ve yağ filmi dayanımını artıran katkılar bulunur.
Hidrolik Yağ Seçimi
Hidrolik yağ türü ve gerekli viskozite, hidrolik sistemin çalışma gereksinimlerine göre seçilmelidir. Kaynak genel olarak daha düşük viskoziteyi tercih eder; çünkü sürtünmeyi ve enerji kaybını azaltır, kontrolü ve hassasiyeti artırabilir. Düşük viskoziteli yağlar kaçağı artırabilir, ancak basınç kayıplarını ve sürtünmeyi azaltabilir. Yağ seçerken aşağıdaki noktalar dikkate alınmalıdır:
Sistem aşınmasını önlemek için güçlü yağlama sağlamalıdır. Önemli yüzey gerilmeleri bulunan sistemlerde yağın yük taşıma kapasitesini artırmak için katkılar kullanılabilir.
Hareketli ve sabit bileşenler arasındaki boşluklar ile sızdırmazlık aralıklarından oluşan kaçak en aza indirilmelidir; bu nedenle yağ uygun viskoziteye sahip olmalıdır.
Sonuç olarak bir sistem için doğru viskozite seçilirken aşağıdaki noktalar göz önünde bulundurulmalıdır:
Viskozite çok düşük olmamalıdır; çünkü çok düşük viskoziteli yağla bir sistemi sızdırmaz hale getirmek zordur.
Viskozite çok yüksek olmamalıdır; çünkü bu durum iç enerji kayıplarını ve basınç düşümünü artırır.
Yağ, sistemde kullanılan pompa türleriyle uyumlu olmalıdır.
Viskozite, dış ortamda çalışan ekipmanlarda mevsimsel sıcaklık değişimleri nedeniyle sık yağ değişimi gerektirmeyecek şekilde uygun olmalıdır.
Hidrolik Yağın Depolanması ve Bakımı
Hidrolik yağlar pahalı olabilir ve sistem içinde kirlenmiş yağın değiştirilmesi zor ve maliyetli olabilir. Bu nedenle dikkatli depolama ve kullanım önemlidir.
Depolama sırasında variller tercihen yan yatırılmalı ve kapalı bir alanda tutulmalı veya başka şekilde korunmalıdır. Açılmadan önce kirin yağa girmesini önlemek için variller iyice temizlenmelidir. Yağın varilden sisteme aktarılmasında temiz kaplar ve hortumlar kullanılmalıdır; pompa kullanılıyorsa kaynak 25 mikronluk filtre önermektedir. Yağ örnekleri temizliği doğrulamak için periyodik olarak laboratuvarda incelenmelidir. Sistemde görülen herhangi bir yağ kaçağı derhal onarılmalıdır.
Merkezi Hidrolik Sistem
Fabrikalar genellikle tesisin tamamına basınçlı hava sağlamak için merkezi bir pnömatik sistem kullanır. Merkezi hidrolik sistem ise kaçak, yüksek çalışma basınçları ve dönüş hatlarına duyulan ihtiyaç gibi zorluklar yaratabilir. Bununla birlikte birbiriyle bağlantılı birkaç makine bulunan fabrikalar için uygun olabilir.
Tasarımcılar merkezi veya ayrı sistem kullanımının daha uygun olduğu konusunda farklı görüşlere sahiptir; her iki yaklaşımın avantaj ve dezavantajları aşağıda özetlenmiştir.
Ayrı Yerel Sistemler
Avantajlar: 1) devreler birbirinden ayrıdır; 2) farklı devrelerde farklı akışkanlar kullanılabilir; 3) her devre farklı bir basınçta çalışabilir; 4) bir devredeki arıza diğerlerinin çalışmasını etkilemez; 5) pompa motoru makinenin yanına yerleştirilebilir.
Dezavantajlar: 1) birden fazla pompa gerekir, bu da bakımı zorlaştırır ve maliyeti artırır; 2) daha fazla kurulum alanı gerekir; 3) güç ve enerji tüketimi daha yüksektir.
Merkezi Hidrolik Sistem
Avantajlar: 1) yalnızca bir depo gerekir; 2) satın alma ve bakım maliyetleri daha düşüktür; 3) daha az alan kaplar; 4) merkezi sistemin tamamında tek tür yağ kullanılabilir, böylece yağ maliyeti azalır; 5) güç ve enerji tüketimi daha düşüktür.
Dezavantajlar: 1) bir devredeki sorun tüm sistemi etkileyebilir; 2) çok sayıda ve yüksek hacimde boru gerekebilir; 3) farklı basınçlar gerekiyorsa basınç kontrol valfleri kullanılmalıdır; 4) tüm sistem devreleri tek bir bölümde yoğunlaştığı için aralarında etkileşim oluşabilir.