Hidrolik Pompaların Temelleri

Hidrolik Pompaların Temelleri

Hidrolik Pompaların Temelleri

Hidrolik pompa, mekanik gücü hidrolik enerjiye dönüştüren mekanik bir cihazdır. Çalışma sırasında iki temel işlevi yerine getirir:

1. Vakum Oluşturma: Mekanik hareket, pompa girişinde vakum oluşturarak atmosfer basıncının sıvıyı hazneden pompa giriş hattına zorlamasını sağlar.
2. Sıvıyı İletme: Mekanik hareket, sıvıyı pompa çıkışına aktarır ve hidrolik sisteme iletir.

Pompa, sıvı hareketi veya akışı üretir; ancak basınç üretmez. Sistemdeki sıvı akışına karşı oluşan direnç sayesinde basınç meydana gelir. Örneğin, sisteme bağlı olmayan bir pompadaki çıkış sıvısının basıncı sıfır iken, sisteme dağıtım yapan bir pompadaki basınç yalnızca yükün direncini aşmak için gereken seviyeye kadar yükselir.

Hidrolik Pompaların Sınıflandırılması

Tüm pompalar pozitif deplasmanlı veya pozitif olmayan deplasmanlı olarak sınıflandırılabilir. Hidrolik sistemlerde kullanılan pompaların çoğu pozitif deplasmanlıdır.

• Pozitif Olmayan Deplasmanlı Pompalar: Sürekli bir akış üretirler; ancak, kaymaya karşı pozitif bir iç sızdırmazlık sağlamadıkları için basınç değiştikçe çıkış akışı da önemli ölçüde değişir. Santrifüjlü ve pervaneli pompalar bu gruba örnektir.
• Çıkış portu kapatıldığında basınç yükselir, ancak kayma nedeniyle akış durur.
• Pozitif Deplasmanlı Pompalar: Pompa elemanının her dönen çevrimi için sabit miktarda sıvıyı yerinden oynatır. Pompa elemanı ile pompa kasası arasındaki sıkı tolerans uyumu sayesinde her çevrimde sabit dağıtım sağlanır. Çevrim başına sıvı dağıtımı, basınç değişikliklerinden bağımsız olarak neredeyse sabittir. Sıvı kayması ihmal edilebilecek düzeydedir.
• Pozitif deplasmanlı pompalar, sabit veya değişken deplasmanlı olabilir. Sabit deplasmanlı pompada her çevrimde sabit dağıtım sağlanırken, değişken deplasmanlı pompada pompa odasının geometrisi değiştirilerek dağıtım ayarlanabilir.
• Diğer adlandırmaları: pozitif deplasmanlı hidrostatik veya pozitif deplasmanlı sız hidrodinamik pompalar. Hidrostatik pompalarda mekanik enerji, nispeten küçük bir sıvı hızıyla hidrolik enerjiye dönüştürülürken; hidrodinamik pompada sıvı hızı ve hareketi daha belirgindir ve çıkış basıncı sıvının aktığı hıza bağlıdır.

Pozitif Deplasmanlı Pompaların Türleri

1. Doğrusal Hareketli Pompalar

Pozitif deplasman ilkesinin en temel örneği olan alternatif tip pompada, piston ileri hareket ettiğinde pompa haznesinde kısmi vakum oluşur ve bu vakum, sıvıyı hazneden giriş kontrol valfi aracılığıyla çekerek hazneye çeker. Piston geri çekildiğinde ise giriş kontrol valfi kapanır; pistonun kuvveti çıkış kontrol valfini hareket ettirir, sıvıyı pompadan sisteme zorlar. Böylece her ileri-geri hareket döngüsünde aynı miktarda sıvı iletilir.

2. Dairesel Hareketli Pompalar

Döner tip pompada, rotorun dönme hareketi sıvıyı pompa girişinden çıkışa taşır. Bu pompalar; dişli, lob, kanatlı veya piston tipi olarak sınıflandırılır.

• Dış Dişli Pompalar: Düz mahmuz, helezon veya balık sırtı dişlilerle gelir. Düz mahmuz dişliler en yaygın olanlardır; helezon ve balık sırtı dişliler ise daha sessiz çalışır fakat maliyetlidir.
• İki dişlinin birbirine geçmesiyle girişte kısmi vakum oluşur, sıvı boşluğu doldurmak üzere içeri çekilir ve dişlilerin dış tarafında taşınır. Dişlerin çıkış ucunda tekrar birleşmesiyle sıvı dışarı zorlanır.
• Dişli pompaların optimum koşullarda hacimsel verimliliği %93’e kadar çıkabilir. Ancak düşük hızlarda ve akışlarda verimlilik düşebilir; bu nedenle maksimum nominal hızlarda çalıştırılması tercih edilir.

• Vidalı Pompalar: Döner vidalı kompresöre benzer şekilde çalışan, eksenel akışlı dişli pompalar grubuna girer. Tek, iki veya üç vidalı tipleri mevcuttur.
• Spiral rotor ya da iki paralel birbirine geçen rotorlar kullanılarak sıvı eksenel olarak iletilir. Vidalı pompalarda sıvı, rotorların sürekli ileri hareket eden sonsuz pistonlar gibi çalışması sayesinde iletilir; bu da titreşimsiz ve sessiz bir çalışma sağlar.
• İç Dişli Pompalar: Bir iç dişli ve bir dış dişli bulunur. İç dişlide, dış dişliye göre bir veya iki diş eksik olması nedeniyle düşük bağıl hızlar oluşur. Bu durum, düşük aşınma oranı sağlar.
• Hilal Contalı İç Dişli Pompalar: Hilal şeklindeki conta ile iç ve dış dişli arasındaki boşluk kontrol altında tutulur.
• Gerotor Pompalar: Her zaman kayan temas halinde olan çift dişli tasarımıyla çalışır; dişlerin kayan temasından kaynaklanan sızdırmazlık sağlanır. Genelde diş sırtı basınç sızdırmazlığına sahip olup, düşük hızlarda yüksek verimlilik sunar.
• Paletli Pompalar: Rotordaki yuvalarda kayan kanatlar kullanılır.
• Rotasyon sırasında, kanatlar pompalanan sıvıyı hem emme hem de boşaltma işlemini gerçekleştirir.
• Paletli pompalar; dengesiz veya dengeli tiplerde olabilir. Dengesiz paletli pompalar, rotor ve şaft üzerinde yan yük oluşturur. Dengeli tasarımlarda ise eliptik gövde ile iki ayrı pompalama alanı oluşturularak yan yükler dengelenir.
• Değişken hacimli dengesiz pompalar, yer değiştirme miktarı harici kontrol cihazlarıyla ayarlanabilir. Düşük hızlarda verimli çalışmaları için genellikle 600 rpm’nin üzerinde çalıştırılmaları önerilir.

3. Pistonlu Pompalar

Pistonlu pompalar, alternatif hareket prensibini döner bir ünitede uygular. Tek piston yerine çok sayıda piston-silindir kombinasyonu kullanılır.

• Eksenel Pistonlu Pompalar: Pistonlar, tahrik milinin merkez hattına paralel olarak ileri geri hareket eder. Genellikle çoklu piston kullanılarak çek valfler veya port plakaları yardımıyla sıvı akışı sağlanır.
• Sıralı Pistonlu Pompalar: Tahrik mili tarafından döndürülen eğik plakaya bağlı pistonlar sayesinde ileri geri hareket gerçekleşir. Eğik plaka açısına göre strok uzunluğu belirlenir. Değişken deplasmanlı modellerde, eğik plakanın açısı kontrol edilerek piston strok uzunluğu ayarlanabilir.
• Eğik Eksenli Pompalar: Tahrik mili, silindir bloğuna göre açısal olarak yerleştirilmiştir; bu nedenle piston ile valf yüzeyi arasındaki mesafe sürekli değişir. Pistonlar, dönüş sırasında sıvıyı giriş haznesinden kendi silindir deliklerine ve çıkış haznesine doğru yönlendirir.
• Radyal Pistonlu Pompalar: Pistonlar, silindir bloğunda radyal olarak düzenlenmiştir. Silindirik veya bilyalı pistonlar kullanılabilir; port düzenlemesi çek valf veya pintle valf şeklinde olabilir. Sabit veya değişken deplasmanlı modeller bulunur.

Plunger Pompalar: Döner piston tiplerine benzer şekilde çalışsa da, silindirler sabittir. Pistonlar, krank mili veya eksantrik hareketle ileri geri itilir. Bu pompalar, giriş ve çıkış arasında daha pozitif bir sızdırmazlık sağlayarak yüksek basınçlarda çalışmaya imkan tanır; ayrıca, yağlanmanın pompalanan sıvıdan bağımsız olmasını mümkün kılar.

Hidrolik Pompa Performansının Ölçülmesi

Pompanın devir başına ilettiği sıvı hacmi, yağ taşıyan odaların geometrik özelliklerine bağlı olarak hesaplanır. Ancak, pompa asla teorik sıvı miktarını tam olarak iletmez. Hacimsel verimlilik, hesaplanan iletim ile gerçek iletim arasındaki oranı ifade eder ve hıza, basınca ile pompanın yapısına göre değişiklik gösterir.

Mekanik verimlilik de idealden uzaktır; çünkü giriş enerjisinin bir kısmı sürtünme nedeniyle kaybedilir. Dolayısıyla, hidrolik pompanın genel verimliliği, hacimsel ve mekanik verimliliğin çarpımına eşittir. Pompalar, maksimum çalışma basıncı kapasiteleri ve belirli tahrik hızlarındaki (rpm) çıkışları (gpm veya lpm) esas alınarak derecelendirilir.

Pompa Gücünü Yükle Eşleştirme

Basınç dengeleme ve yük algılama, pompa performansını artıran özelliklerdir. Bu kavramlar bazen birbirinin yerine kullanılsa da, çalışma prensiplerinde önemli farklılıklar mevcuttur.

Örneğin, sabit hızda çalışan sabit deplasmanlı bir pompa, yalnızca yük maksimum güç talep ettiğinde verimli çalışır. Sistem, tahliye vanası ile yüksek basınçlı sıvıyı tanka yönlendirerek aşırı basıncı önler. Yük, tam akış veya tam basınç ihtiyacının altında kaldığında, pompa tarafından üretilen fazlalık sıvı ısıya dönüşür. Bu durumda, genel sistem verimliliği %25 veya daha düşük olabilir.

Birden fazla yükü çalıştıran sistemlerde, akış ve basınç eşleştirme özellikleri bozulabilir. Böyle durumlarda, orantılı basınç kompanzatörü kullanılarak çözüm sağlanır. Pompa, kompanzatör yayı sayesinde yük basıncını algılar; basınç belirli bir seviyeyi aştığında, pompa deplasmanı azalır ve böylece sistemde gereksiz güç tüketimi önlenir.

Değişken deplasmanlı, basınç telafili pompalar ise sabit deplasmanlı pompaya göre sistem beygir gücü gereksinimlerini önemli ölçüde düşürür. Bu tip pompaların çıkış akışı, kompanzatörde algılanan önceden belirlenmiş deşarj basıncına göre ayarlanır. İki aşamalı basınç kompanzatör kontrolü, pilot akış yardımıyla basınç düşüşü yaratarak daha dinamik bir pompa performansı sunar.

Yük algılama, son zamanlarda popüler hale gelen bir kontrol teknolojisidir. Yük algılayan pompalar, boş, çalışıyor ve boşaltıyor modlarında çalışır:

• Boş Mod: Yük basıncının olmaması nedeniyle, pompa önyargı veya boş basınçta sıfır deşarj akışı üretir.
• Çalışırken: Yük basıncı, belirlenen önyargı basıncı veya basınç düşüşüne göre deşarj akışı üretir.
• Maksimum Basınç: Sistem maksimum basınca ulaştığında, pompa akışı ayarlanarak basınç korunur.

Bu tür pompalar, yük ve akış gereksinimlerine göre hacimsel çıkışı ayarlayabilmekte, böylece güç kayıplarını azaltırken sistem verimliliğini artırmaktadır.

Yük Algılamalı Dişli Pompalar

Yük algılamalı dişli pompalar, pozitif deplasmanlı eksenel piston veya kanatlı pompaların çok yönlülüğünü, daha düşük maliyetle sunar. Bu pompalar:

• Yük algılamanın yüksek verimliliğini, pistonlu veya kanatlı pompalarla ilişkili yüksek maliyet olmadan sağlar.
• 40 milisaniyeden daha kısa sürede sıfırdan tam çıkış akışına ulaşır.
• Düşük boşaltma basınçlarında çalışabilen tahrik devreleri sunar.
• Öncelikli ve ikincil akış sağlayarak bekleme ve ek yüklü güç çekimini azaltır.
• Sistem bileşenlerinin boyutlarını değiştirmeye gerek kalmadan yük algılamalı pompalarla değişime olanak tanır.

Yük algılayan piston ve dişli pompalar, pompa tahliye basıncı ve akışını kontrol etmek için tek bir yük algılama sinyali kullanır. Bu sinyal, hidrostatın yardımıyla, sisteme gereken akış ile yük basıncı arasındaki farkı ölçer ve buna göre hacimsel çıkışı ayarlar. Böylece, sistem rölantide veya çalışmama modunda güç tasarrufu sağlanır ve gereksiz ısı üretimi en aza indirilir.

Ek olarak, boşaltıcı kontrolü sayesinde, pompa devresindeki bekleme modunda güç tüketimi %90 oranına kadar azaltılabilir. Bu kontrol, hidrostat ve yük algılama sinyaline paralel çalışarak, pompa tahliye basıncının belirli bir oranın üzerine çıkması durumunda devreye girer.

Çift ve Kombine Kontroller

Kombine kontrol, hidrostatın pilot kontrollü tahliye vanasının ana aşaması gibi çalışmasını sağlayan bir pilot tahliye vanasının eklenmesiyle elde edilir. Yük algılama sinyali, uzaktan algılama hattındaki basıncı sınırlayarak, pompanın hem hidrostat hem de boşaltıcı kontrolünün, koşullandırılmış sinyale yanıt vermesini sağlar. Bu sayede, yüksek deplasmanlı pompalar için de uygun bir tasarım ortaya çıkar.

Yukarıdaki düzenleme, metindeki teknik bilgileri ve detayları koruyarak, imla kuralları ve akıcılık açısından daha okunabilir bir hale getirmeyi amaçlamaktadır. Metnin içeriğindeki tüm kavramlar, örnekler ve açıklamalar detaylı şekilde ele alınmış olup, okuyucunun konuyu daha iyi kavramasını sağlayacaktır.