ÖNSÖZ
Günümüzde, ticaret gemilerinin tam otomasyona sahip makina ve ekipmanlarla donatılması nedeniyle bu otomasyonda önemli bir yer tutan hidrolik ve pnömatik sistemlerin çok iyi bilinmesi gerekmektedir. Bu çerçevede, gemilerde çalışanlar ve özellikle Gemi Mühendisleri için vazgeçilmez olan temel hedef; sadece Akışkanlar Mekaniği ile Hidrolik ve Pnömatik derslerinde öğrenilen temel ilke ve kavramlarla sınırlı kalınmayıp aynı zamanda gemide kullanılan sistemlerin de doğru olarak kavranması gerektiğidir. Bu kitap, özellikle gemilerde bulunan hidrolik ve pnömatik uygulamaların (sistemlerin) anlaşılmasına katkı sağlamak üzere sadece eğitim amacıyla yazılmıştır. Kitapta, temel kavram ve ilkelerin yanı sıra hidrolik ve pnömatik devrelerdeki bağlantı, devre ve sızdırmazlık elemanlarına da yer verilmiştir. Ancak hidrolik ve pnömatik sistemlerde kullanılan bağlantı, devre ve sızdırmazlık elemanları gemideki yağlama yağı, yakıt, buhar ve su devrelerinde de kullanılabildiğinden bu konularda bazen genel bilgiler verilmesi yoluna gidilmiştir. Bu nedenle de kitapta bazı sözcük ve terimler denizcilikte kullanıldığı şekilde ifade edilmiştir.
Kitabın sadece teorik bilgilerle donatılmasını engellemek için bütün tanımlar ve temel ilkeler örneklerle çeşitlendirilmiştir. Bu çerçevede kitap, hidrolik ve pnömatik olarak iki kısımdan oluşmaktadır. Kitabın daha rahat anlaşılabilmesi için öğrencinin öncelikle Akışkanlar Mekaniği dersini almış olmasında büyük fayda vardır. Buna karşın yine de, hidrolik sistemlerde gerekli olan akışkanlar mekaniği konuları hakkında özet şeklinde hatırlatmalar yapılmıştır. Bu kitapta bulunan hidrolik ve pnömatik devrelerin simülasyon programlarıyla desteklenmesi, konuların pekiştirilmesi bakımından çok önemlidir. Bu nedenle de "FluidSIM" veya "Automation Studio" gibi simülasyon programlarıyla kitaptaki devrelerin kullanılması veya çizilmesi durumunda özellikle de basınç, debi, kuvvet ve yön değişikliği yapmak suretiyle konuların anlaşılması çok daha kolaylaşmış olacaktır. Böylece öğrenciler; görsel uygulamalarla kazandığı bilgileri interaktif sunumlar haline getirebileceklerdir. Gemilerde kullanılan sistemlere ait kitap ve kaynakların tamamının İngilizce olması nedeniyle, bu kitaptaki önemli kelime ve terimlerin İngilizce karşılıklarını içeren bir sözlük hazırlanarak (kolayca bakılabilmesi için) kitabın en son kısmına konmuştur. "Hidrolik-Pnömatik" adlı kitabımın amacına ulaşmasını diler, sevgili kardeşim İ. Deha ER ve beni her zaman destekleyen değerli hocam Fahrettin KÜÇÜKŞAHİN ile basımda emeği geçenlere teşekkür ederim.
Kemal DEMİREL İstanbul, 2016
1965 yılında İstanbul'da doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimlerini Muallim Naci İlkokulu, Alpaslan Ortaokulu ile Gemi Yapı Teknik ve Meslek Lisesi'nde tamamladıktan sonra 1986 yılında Denizcilik Yüksek Okulu (şimdiki adıyla İTÜ Denizcilik Fakültesi) Gemi Makinaları İşletme Mühendisliği Bölümü'nü bitirdi. DB Deniz Nakliyatı TAŞ'nin çeşitli gemilerinde 1986-1989 yılları arasında Vardiya Mühendisi, 1989-1995 yılları arasında 1. Mühendis ve 1995-2000 yılları arasında da Başmühendis olarak görev yaptıktan sonra çalıştığı firmanın özelleştirilmesiyle İTÜ Denizcilik Fakültesi'ne atandı. İTÜ Denizcilik Fakültesi'nde Atölye I, Atölye II, İmal Usulleri, Introduction to Marine Engineering, Introduction to Marine Engines, Marine Engines, Makina Elemanları, Sörvey Yöntemleri, Engine Room Simulator I, Engine Room Simulator II, Gemi Yardımcı Makinaları I, Gemi Yardımcı Makinaları II ve Hidrolik-Pnömatik derslerini okuttu. Yazarın Gemi Yardımcı Makinalarında Sorunlar ve Çözümleri, İTÜ Denizcilik Fakültesi Öğretim Görevlisi Yük. Müh. Günnur DİKEÇ ile birlikte yazdıkları Malzeme Bilgisi, Doç. Dr. İsmail Deha ER ile birlikte yazdıkları Gemi Mühendisleri için Hidrolik Pnömatik Uygulamaları, Gemi Mühendisleri için Pompa Uygulamaları, Gemi Yardımcı Makinaları I ve Gemi Yardımcı Makinaları II olmak üzere altı kitabı bulunmaktadır. Evli ve bir çocuk babasıdır.
İÇİNDEKİLER
Bölüm 1 Hidrolik Sistem ve Kavramların Tanımı .................................................................... 1
1.1 Hidrolik Sistemlerin Özellikleri ......................................................................................... 1
1.1.1 Hidrolik Sistemlerin Avantajları .................................................................................. 1
1.1.2 Hidrolik Sistemlerin Dezavantajları ............................................................................. 2
1.2 Hidrolik Sistem Elemanları ................................................................................................ 3
1.3 Temel Hidrolik Prensipler .................................................................................................. 4
1.3.1 Sıvıların Özellikleri .................................................................................................... 4
1.3.1.1 Yoğunluk ........................................................................................................... 4
1.3.1.2 Özgül Ağırlık ..................................................................................................... 5
1.3.1.3 Bağıl Yoğunluk .................................................................................................. 5
1.3.1.4 Dinamik Viskozite ve Kinematik Viskozite .......................................................... 6
1.3.2 Hidrolikteki Kavramlar ve Hidrostatik Yasalar ............................................................ 7
1.3.2.1 Atmosfer Basıncı ................................................................................................ 7
1.3.2.2 Mutlak Basınç ve Efektif Basınç ......................................................................... 7
1.3.2.3 Vakum ................................................................................................................ 7
1.3.2.4 Statik Basınç, Head (Yükseklik) ve Yoğunluk İlişkisi ........................................... 7
1.3.2.5 Basınç, Kuvvet ve Alan (Yüzey) İlişkisi ............................................................... 9
1.3.2.6 Kuvvet Değiştirme............................................................................................. 11
1.3.2.7 Strok Değiştirme ............................................................................................... 12
1.3.2.8 Basınç Değiştirme ............................................................................................. 13
1.3.3 Hacimsel Debi ve Hidrodinamik Yasalar ................................................................... 14
1.3.3.1 Süreklilik Yasası veya Denklemi ........................................................................ 17
1.3.3.2 Bernoulli Yasası veya Denklemi ........................................................................ 19
1.3.4 Basınç Kayıpları ....................................................................................................... 20
1.3.4.1 Boru Kayıpları ................................................................................................... 22
1.3.4.2 Yersel Kayıplar ................................................................................................. 26
Bölüm 2 Hidrolik Pompalar .................................................................................................... 29
2.1 Dişli Pompalar................................................................................................................. 30
2.1.1 Dıştan Dişli Pompalar ............................................................................................... 30
2.1.2 İçten Dişli Pompalar ................................................................................................. 33
2.1.2.1 İçten Eksantrik (Hilal Ayraçlı) Pompalar ............................................................ 33
2.1.2.2 Gerotor Pompalar .............................................................................................. 35
2.2 Kanatlı (Paletli) Pompalar ................................................................................................ 36
2.2.1 Dengeli (Balanslı) Kanatlı Pompalar ......................................................................... 38
2.2.2 Dengesiz (Balanssız) Kanatlı Pompalar ..................................................................... 38
2.3 Pistonlu Pompalar............................................................................................................ 41
2.3.1 Eksenel Pistonlu Pompalar ........................................................................................ 41
2.3.1.1 Düz Eksenli (Şaftlı) Pistonlu Pompalar ............................................................... 42
2.3.1.2 Eğik Eksenli (Şaftlı) Pistonlu Pompalar .............................................................. 45
2.3.1.3 Açılı Plakalı Pistonlu Pompalar .......................................................................... 46
2.3.1.4 Salınan Plakalı Pistonlu Pompalar ...................................................................... 47
2.3.2 Radyal Pistonlu Pompalar ......................................................................................... 48
2.4 Vakvak Pompa (Kurbağacık Pompa) ................................................................................ 49
Bölüm 3 Hidrolik Hareketlendiriciler (Alıcılar)...................................................................... 51
3.1 Hidromotorlar (Dönel Hareketlendiriciler) ........................................................................ 51
3.2 Silindirler (Doğrusal Hareketlendiriciler) ......................................................................... 54
3.2.1 Tek Etkili Silindirler ................................................................................................. 57
3.2.2 İtme Silindirleri ........................................................................................................ 58
3.2.3 Çift Etkili Silindirler ................................................................................................. 58
3.2.4 Teleskobik Silindirler ............................................................................................... 58
3.2.5 İki (Çift) Piston Kollu Silindirler ............................................................................... 60
3.2.6 Basınç Yükseltici Silindirler...................................................................................... 60
3.2.7 Diferansiyel Silindirler.............................................................................................. 60
3.2.8 Tandem Silindirler .................................................................................................... 61
3.2.9 Yastıklamalı Silindirler ............................................................................................. 61
3.3 Dönel Silindirler (Açısal Motorlar)................................................................................... 64
Bölüm 4 Hidrolik Yağlar ve Özellikleri................................................................................... 65
4.1 Hidrolik Yağların Sınıflandırılması .................................................................................. 65
4.1.1 Petrol Esaslı (Madeni) Yağlar ................................................................................... 66
4.1.2 Ateşe Dayanıklı Yağlar ............................................................................................. 66
4.1.2.1 Yağ-Su Karışımı (HFA) ..................................................................................... 67
4.1.2.2 Su-Yağ Karışımı (HFB) ..................................................................................... 67
4.1.2.3 Su-Glikol Karışımı (HFC) .................................................................................. 67
4.1.2.4 Sentetik Yağ (HFD) ........................................................................................... 67
4.2 Yağların Temel Özellikleri............................................................................................... 68
4.2.1 Viskozite .................................................................................................................. 68
4.2.2 Su ve Tuz ................................................................................................................. 71
4.2.3 Oksitlenme ............................................................................................................... 71
4.2.4 Yağlama Özelliği ...................................................................................................... 72
4.2.5 Akma Noktası .......................................................................................................... 72
4.2.6 Pas Önleyici Özellikler ............................................................................................. 73
4.2.7 Malzemelerle Uyumluluk.......................................................................................... 73
4.2.8 Ateşe Dayanıklılık .................................................................................................... 73
4.2.9 Köpüklenmeme ........................................................................................................ 73
4.2.10 Polimerleşme .......................................................................................................... 73
4.2.11 Sıkıştırılabilirlik...................................................................................................... 73
4.2.12 Isıl Genleşme .......................................................................................................... 74
4.3 Hidrolik Yağ Seçimi ........................................................................................................ 74
Bölüm 5 Hidrolik Yağ Tankları .............................................................................................. 77
5.1 Hidrolik Yağ Tankı ve Kısımları ...................................................................................... 77
5.2 Hidrolik Pompaların Yerleştirilmesi ................................................................................. 79
5.3 Isıtıcılar ........................................................................................................................... 81
5.4 Soğutucular ..................................................................................................................... 82
Bölüm 6 Bağlantı, Devre ve Sızdırmazlık Elemanları ............................................................. 83
6.1 Bağlantı Elemanları ......................................................................................................... 83
6.1.1 Boru ......................................................................................................................... 83
6.1.2 Tüp Boru .................................................................................................................. 85
6.1.3 Hidrolik Hortum ....................................................................................................... 87
6.1.4 Fittingler (Bağlantı Elemanları) ................................................................................. 89
6.1.4.1 Nipel ................................................................................................................. 89
6.1.4.1.1 Redüksiyon Nipel ....................................................................................... 90
6.1.4.1.2 T Nipel ....................................................................................................... 90
6.1.4.1.3 Dirsek Nipel ............................................................................................... 90
6.1.4.1.4 İstavroz Nipel ............................................................................................. 91
6.1.4.2 Manşon ............................................................................................................. 91
6.1.4.2.1 Redüksiyon Manşon ................................................................................... 91
6.1.4.2.2 T Manşon ................................................................................................... 91
6.1.4.2.3 Dirsek Manşon ........................................................................................... 92
6.1.4.2.4 İstavroz Manşon ......................................................................................... 92
6.1.4.3 Redüksiyon ....................................................................................................... 92
6.1.4.4 Adaptör ............................................................................................................. 92
6.1.4.5 Kuyruklu Dirsek ............................................................................................... 93
6.1.4.6 Somun (Rakor) .................................................................................................. 93
6.1.4.7 Konik Rakor (Rakor Union) ............................................................................... 93
6.1.4.8 Kör Tapa ........................................................................................................... 93
6.1.5 Cıvata ...................................................................................................................... 94
6.1.6 Somun...................................................................................................................... 95
6.1.7 Rondela (Pul) ........................................................................................................... 96
6.1.8 Kopilya .................................................................................................................... 98
6.2 Devre Elemanları............................................................................................................. 98
6.2.1 Filtreler .................................................................................................................... 99
6.2.1.1 Emiş Filtreleri ................................................................................................. 100
6.2.1.2 Dönüş Filtreleri ............................................................................................... 100
6.2.1.3 Basınç Hattı Filtreleri....................................................................................... 100
6.2.1.4 Doldurma ve Havalandırma Filtreleri ............................................................... 101
6.2.2 Basınç Şalteri veya Otomatiği (Presostat) ................................................................ 102
6.2.3 Sıcaklık Şalteri (Termostat)..................................................................................... 104
6.2.4 Sıcaklıkölçer (Termometre) .................................................................................... 105
6.2.5 Basınçölçer (Manometre) ........................................................................................ 105
6.2.6 Sınırlama Anahtarı.................................................................................................. 106
6.2.7 Kirlilik Göstergesi (Filtre İndikatörü) ...................................................................... 107
6.2.8 Akümülatör (Hidrolik Biriktirici) ............................................................................ 108
6.3 Sızdırmazlık Elemanları................................................................................................. 109
6.3.1 Statik Sızdırmazlık Elemanları ................................................................................ 110
6.3.1.1 Kendir ............................................................................................................. 110
6.3.1.2 Teflon Bant ..................................................................................................... 110
6.3.1.3 Conta .............................................................................................................. 110
6.3.1.3.1 Lastik (Kauçuk) Conta .............................................................................. 111
6.3.1.3.2 Klingerit Conta ......................................................................................... 111
6.3.1.3.3 Mantar Conta ........................................................................................... 112
6.3.1.3.4 Bakır Conta .............................................................................................. 112
6.3.1.4 Bakır Pul ......................................................................................................... 112
6.3.1.5 O Ring ............................................................................................................ 112
6.3.1.6 Havşa .............................................................................................................. 113
6.3.1.7 Yüksük............................................................................................................ 113
6.3.2 Dinamik Sızdırmazlık Elemanları ............................................................................ 114
6.3.2.1 O Ring ............................................................................................................ 114
6.3.2.2 Sızdırmazlık ve Yağ Keçesi ............................................................................. 114
6.3.2.3 Salmastra (Yumuşak Salmastra) ....................................................................... 117
6.3.2.4 Mekanik Salmastra (Mekanik Keçe veya Mekanik Seal) ................................... 117
Bölüm 7 Hidrolik Valfler ....................................................................................................... 119
7.1 Basınç Kontrol Valfleri .................................................................................................. 120
7.1.1 Emniyet Valfi ......................................................................................................... 121
7.1.2 Basınç Sınırlandırma Valfi ...................................................................................... 123
7.1.3 Basınç Düşürme (Ayarlama) Valfi .......................................................................... 128
7.1.4 Basınç Sıralama Valfi ............................................................................................. 133
7.1.5 Basınç Dengeleme (Karşı Basınç veya Tutma) Valfi ................................................ 135
7.1.6 Boşaltma (Yüksüzleştirme) Valfi ............................................................................ 136
7.1.7 Frenleme (veya Fren) Valfi ..................................................................................... 138
7.2 Akış Kontrol Valfleri ..................................................................................................... 141
7.2.1 Hız Valfi ................................................................................................................ 141
7.2.1.1 Kısma Valfi ve Orifis Valf ............................................................................... 142
7.2.1.2 Akış Ayar Valfi ............................................................................................... 145
7.2.2 Geri Döndürmez Valf (Tek Yönlü Kapama Valfi) .................................................... 151
7.2.3 Geri Döndürmez Valfli (Tek Yönlü) Kısma Valfi .................................................... 153
7.2.3.1 Tek Yönlü Kısma Valfinin Silindir Girişinde Kullanılması................................ 155
7.2.3.2 Tek Yönlü Kısma Valfinin Silindir Çıkışında Kullanılması ............................... 156
7.2.3.3 Akışkanın Bir Kısmının Tanka Gönderilmesi.................................................... 156
7.2.4 Dışarıdan Uyarılı Geri Döndürmez Valf .................................................................. 158
7.2.4.1 Dışarıdan Uyarılı Tek Geri Döndürmez Valf .................................................... 158
7.2.4.2 Dışarıdan Uyarılı Çift (İkili) Geri Döndürmez Valf ........................................... 161
7.2.5 Akış Bölücü Valf .................................................................................................... 164
7.2.6 "VEYA" Valfi ........................................................................................................ 165
7.2.7 "VE" Valfi.............................................................................................................. 167
7.2.8 Kapama Valfi ......................................................................................................... 167
7. 3 Yön Kontrol Valfleri..................................................................................................... 169
7.3.1 2/2 Yön Kontrol Valfi ............................................................................................. 170
7.3.2 3/2 Yön Kontrol Valfi ............................................................................................. 172
7.3.3 4/2 Yön Kontrol Valfi ............................................................................................. 175
7.3.4 3/3 Yön Kontrol Valfi ............................................................................................. 177
7.3.5 4/3 Yön Kontrol Valfi ............................................................................................. 178
7.3.6 5/2 Yön Kontrol Valfi ............................................................................................. 180
7.4 Valf Geçiş Konumları .................................................................................................... 189
Bölüm 8 Hidrolik Sistem Sembolleri ..................................................................................... 193
Bölüm 9 Hidrolik Sistemlerde Sorunlar ve Olası Çözümleri ................................................ 201
9.1 Aşırı Gürültü ................................................................................................................. 202
9.2 Aşırı Isınma .................................................................................................................. 202
9.3 Akışta Sorun ................................................................................................................. 204
9.4 Basınçta Sorun .............................................................................................................. 205
9.5 Hatalı Operasyon ........................................................................................................... 205
Bölüm 10 Pnömatik Sistemlerin Tanımı ............................................................................... 207
10.1 Pnömatik Sistemlerin Avantajları ................................................................................. 207
10.2 Pnömatik Sistemlerin Dezavantajları ............................................................................ 208
10.3 Pnömatik Sistem Elemanları ........................................................................................ 208
10.4 Pnömatikteki Temel Kanunlar ...................................................................................... 209
10.4.1 Boyle-Mariotte Yasası .......................................................................................... 209
10.4.2 Gay-Lussac Yasası ............................................................................................... 210
Bölüm 11 Hava Kompresörleri ve Devre Bileşenleri ............................................................. 211
11.1 Dinamik Kompresörler ................................................................................................ 212
11.1.1 Radyal Akışlı (Santrifüj) Kompresörler ................................................................. 212
11.1.2 Eksenel Akışlı Kompresörler ................................................................................. 212
11.2 Pozitif Deplasmanlı (Hacimsel) Kompresörler .............................................................. 213
11.2.1 Sıvı Halkalı Kompresörler..................................................................................... 213
11.2.2 Vidalı Kompresörler ............................................................................................. 214
11.2.3 Loplu Kompresörler .............................................................................................. 214
11.2.4 Kanatlı (Paletli) Kompresörler............................................................................... 215
11.2.5 Doğrusal Hareketli (Pistonlu) Kompresörler .......................................................... 215
11.3 Kompresör ve Hava Devresi Elemanları ....................................................................... 216
11.3.1 Emiş Filtresi ......................................................................................................... 216
11.3.2 Susturucu ............................................................................................................. 217
11.3.3 Soğutucu (kuler) ................................................................................................... 218
11.3.4 Separatör (Su ve Yağ Ayırıcısı) ............................................................................. 218
11.3.5 Trap ..................................................................................................................... 219
11.3.6 Geri Döndürmez Valf ........................................................................................... 221
11.3.7 Hava Tüpü............................................................................................................ 222
11.3.8 Kurutucu (Nem Alıcı) ........................................................................................... 223
11.3.9 Şartlandırıcı (Filtre-Regülatör-Yağlayıcı) .............................................................. 225
11.3.10 Basınç Ayar (Düşürme) Valfi (Regülatör) ............................................................ 226
11.3.11 Yağlayıcı ............................................................................................................ 226
11.3.12 Emniyet Valfleri ................................................................................................. 227
11.3.13 Kompresör Kontrol Cihazları .............................................................................. 227
11.3.14 Yüksüzleştirici .................................................................................................... 228
11.3.14.1 Emme Valfinin Kontrolü .............................................................................. 230
11.3.14.2 Beş Aşamalı Kapasite Kontrolü .................................................................... 230
11.3.14.3 Selenoid Kumandalı Üç Yollu Valf ile Kapasite Kontrolü ............................. 231
11.3.14.4 Silindir Klerens Ceplerinin Açılması ............................................................ 232
11.3.14.5 İlk Harekette Yüksüzleştirme Cihazı............................................................. 232
11.3.15 Kompresör Kademe Valfleri................................................................................ 232
11.4 Kompresörler ve Çalışması .......................................................................................... 233
11.5 Hava Kompresörlerinde Bakım-Tutum ......................................................................... 239
11.5.1 Kompresör Bakımı ............................................................................................... 239
11.5.2 Segma