Hidrolik ve Pnömatik Sistemler

Varolan her sistem, gücünü bir güç kaynağından almak ve ona yüklenilmiş vazifeyi yerine getirmek için bu enerjiyi harcamak zorundadır. Hidrolik ve Pnömatik sistemler de aynı prensiple çalışan ve gücünü bir akışkan veya havadan alan, otomasyon teknolojisinde sıkça kullanılan sistemlerdir.

Hidrolik sistem nedir?

En basit anlatım ile basınçlı bir yağın, sahip olduğu basınç sayesinde iş yapan iş elemanlarının olduğu ve yağı sıkıştıran bir hidrolik pompanın da yer aldığı akışkan gücüne dayalı, borular ve hortumlar ile güç iletiminin sağlandığı sistemlerdir, gelin bu sistemi daha yakından inceleyelim ve güç ünitesi, kontrol ünitesi ve iş elemanlarının yer aldığı 3 farklı kategorideki hidrolik sistem elemanlarını inceleyelim.

1.Hidrolik güç nasıl oluşur?

Hidrolik pompalar, elektrik enerjisi ile mekanik enerji üreten elektrikli motorlar sayesinde döndürülüp, mekanik enerjiyi hidrolik enerjiye çevirirler. Yanda dıştan dişli bir pompanın içerisine giren yağ akışkanını nasıl sıkıştırıp basınçlı hale getirdiğini görebilirsiniz.

Bu sıkıştırma ve akışkana bir basınç kazandırma işlemini 3 tip hidrolik pompa ile yapabiliriz, bunlar; Pistonlu hidrolik pompalar, dişli hidrolik pompalar ve paletli hidrolik pompalardır. Şimdi bu hidrolik güç kaynağı olan hidrolik pompaları kategorize edelim ve zaman içerisinde daha detaylı incelediğimiz blog yazılarımıza erişebilmek adına bu listedeki her bir hidrolik pompa elemanına birer bağlantı ekleyelim.

Dişli pompalar;

• Dıştan dişli pompalar
• İçten dişli pompalar
• Orbit pompalar ( Düşük basınçlı sistemler içindir! )
• Vida dişli pompalar

Paletli pompalar;

• Sabit deplasmanlı paletli pompalar
• Değişken deplasmanlı paletli pompalar

Pistonlu pompalar

• Eksenel pistonlu, eğik eksenli pompalar
• Eksenel pistonlu, eğik diskli pompalar
• Radyal pistonlu pompalar
• Pistonlu el pompaları

2.Nedir bu hidrolik akışkan?

Hidrolik pompa resimlerinde sıkça gördüğümüz mavi veya kırmızı renkte olabilen bu akışkan, pratikte, uygulamada genellikle mineral yağlardır. Hidrolik sistemlerden bahseden bir kişi size hidrolik akışkan dediğinde akla ilk gelecek akışkan yağ olmalıdır.

Bu tip sistemlerde kullanılan akışkanın viskozite değeri ve sıcaklık ile viskozitesinde oluşan değişimler çok önemlidir, bu yüzdendir ki su gibi çok bulunan ve kullanılması basit bir akışkan hidrolik güç sistemlerine hayat verememektedir, hem düşük viskozite yüzünden ekipmanların ömrünü kısaltıcı hem de düşük güç iletimi kabiliyetine sahiptir. Hidrolik sistemler her halükarda 60 barın üstünde bir basınç iletimi sağlayan sistemler olduğu için su bu sistemler için uygun bir akışkan değildir. Genelde petrol bazlı yağlar, ister kimyasal olarak sentezlenerek sentetik istenilirse de madeni yağlardan sentezlenerek mineral yağlar üretilir ve hidrolik sistemlere hayat verirler.

Hidrolik yağlar, kullanılacakları sistemlerin çalışma standardına ve kullanıldıkları amaca uygun şekilde seçilmelidirler, örneğin çok sıcak bir pres ortamında çalışacak bir hidrolik pistonun hidrolik sisteminde sıcaklığa dayanıklı ve sıcaklıkla viskozitesindeki değişim az olan bir hidrolik yağ seçilmelidir. Bunu da yapmanın standardı ISO standartları altında bulunan ISO ISO 6743 / 4 numaralı standart belgesinde yer almaktadır. Bu standartlar aşağıdaki gibidir ve devam etmektedir, bunu hidrolik yağları inceleyen bir başka blog yazımızda daha detaylı görebilirsiniz;

• ISO-L-HH – İçerisinde herhangi bir etken madde bulunmayan korozyon direnci düşük ve sıcaklıktan çabuk etkilenen hidrolik yağlardır, bu yüzdendir ki pratikte kullanım alanları oldukça düşüktür.
• ISO-L-HL – Oksidasyon ( parçalanma ) direnci arttırıcı ve aynı zamanda antikorozif madde içeren, korozyon direnci geliştirilmiş hidrolik yağlardır.
• ISO-L-HM – HL yağları ile aynı özelliktedirler fakat bir diğer aktif madde olarak aşınmayı azaltıcı maddeler içerir.
• ISO-L-HR – HM yağlarına ek olarak yüksek viskozite direncine sahiptir, sıcaklık ile viskozite değişimleri diğer yağlara nazaran daha azdır.
• ISO-L-HV– HR yağının viskozite direncinin daha da geliştirilmiş versiyonudur.
• ISO-L-HG – Darbelere karşı direnç kazanmış hidrolik mineral yağdır.
• ISO-L-HS – Sentetik hidrolik mineral yağlardır.
• …

Bu liste bu şekilde uzatılabilir, her ne kadar ISO eki ile kullanılan kısaltmalar olsalar da pratikte HH,HL,HR şeklinde anılırlar, ayrıca bir diğer standart olan DIN 51524 standardındaki adları biraz farklılık gösterebilir, bunu da şöyle açıklayalım;

• ISO-L-HH, DIN 51524 standardında H ya da HH olarak adlandırılır.
• ISO-L-HL, DIN 51524 standardında HL olarak adlandırılır.
• ISO-L-HR, DIN standartlarında HLP olarak nitelendirilir.

her ne kadar isim farklılıkları olsa da aşağı yukarı aynı kimyasal bileşenlere sahip yüksek oranda karbon, düşük oranlarda nitrojen, sülfür ve hidrojen içeren mineral yağlardan bahsediyoruz. Hidrolik yağları konu alan detaylı bir blog yazısında bu isimlerin korozyonun, viskozitenin, sıcaklığın bir mineral yağ için ne anlama geldiğini daha detaylı anlatacağımızdan emin olabilirsiniz, şimdi bir diğer hidrolik sistem elemanı olan kontrol elemanlarını kısaca tanıtarak hidrolik sistemlerin tanıtımına bir son verelim.

3. Hidrolik yağ filtreleyicileri ve soğutucular

Hidrolik sistem içerisinde gezen yağın basıncın artması ve sürekli bir sıkıştırılma eğiliminde olması, sürtünme faktörünün de etkisi ile akışkanı yani yağı sürekli olarak ısındırır. Hattan tanka geri dönen akışkan, çıktığındaki sıcaklığa nazaran çok daha sıcaktır. Bu yüzden hatta tekrardan girecek olan bu akışkanın soğutulması ayrıca tanka dönüşü aşamasındaki içinde bulunan kirin temizlenip tutulması için hem filtreler hem de soğutucu radyatörler görev yapar.

Hidrolik sistemlerde akışkan soğuk gitmeli soğuk dönmeli, temiz gitmeli temiz dönmeli prensibi vardır. Bu yüzdendir ki hattaki elemanlar ile etkileşimde bulunan ve zamanla yıpranan boru içler, valfler, iş elemanları, kontrol elemanlarının parça partiküllerini taşıyan yağların temizlenmesi için filtreler, sıcak dönen yağın soğutulması için ise soğutucu düzenekler genelde tankın üzerine konumlandırılmıştır.

Tanka yağ ilave edilirken de yağı filtreleyecek ve eklenmek istenen yağın temiz bir şekilde hatta takviyesini sağlayacak filtreler de doldurma haznelerine konumlandırılırlar.

4. Kontrol elemanları ve valfler

Hidrolik akışkan olan mineral yağ, hatta pompalandıktan sonra basınç pompanın kaldırabileceği aralığa kadar sürekli artar, eğer ki devrede oransal valfler, çek valfler, emniyet valfleri ve diğer hem emniyet hem de kontrol amaçlı kullanılan elemanlar olmazsa bu basınç hidrolik pompanın ve devredeki hortum, boruların kaldıramayacağı seviyeye kadar ulaşır ve muhteşem bir patlama ile hidrolik sistem çalışmaz hale gelebilir. Mal kaybına kesin, can kaybına ise yüksek oranlarda sebep olabilir. Devrede bir emniyet mekanizması oluşturan kontrol elemanları;

• Akışkanın debisini düzenlerler, istenilen yerlerde istenilen hızlarda yağ akışına izin verirler,
• Akışkanın basıncını düzenlerler, istenilen seviyelerdeki basıncın hatta var olmasını sağlarlar, yani 250 bar olarak tasarlanan hatta sürekli olarak 250 barın bulunmasını sağlarlar.
• İş elemanlarının çalışmasını sağlarlar, yağı doğru noktaya doğru kontrol yöntemleri ile iletirler.

Bu kontrol elemanı olan valflerin tipleri ise şöyledir;

• Yön kontrol valfleri ( Akışkanın hangi yönde hareket edeceğini tespit ederler. )
• Emniyet valfleri ( Belirli noktalarda, basınç etkisi ile açılarak akışkanın tanka dönmesini ve hattın basıncının istenilen değere kadar azaltılmasını sağlarlar. )
• Çek valfler ( Akışkanın bir yönde hareketine izin verirler, yani hem ileri hem geri hareketi engellerler. )
• Akış kontrol valfleri
• Basınç kontrol valfleri

Valfler devreye direkt olarak bir hortum bir boru yardımı ile bağlanılacağı gibi modern hidrolik devrelerinde standartlaşmış Entegre Hidrolik bloklar üzerinde görevlerini yerine getirirler, bu entegre bloklar piyasadaki birçok hidrolik devre üreticisi tarafından devrenin ihritaçlarına göre özel olarak dizayn edilebilmekte ve çok yüksek basınç aralıklarında rahatlıkla çalışabilmektedirler. Entegre bloklar ( NG6,NG25,…), hem devrenin karmaşık yapısını bir yere toplamış hem de gereksiz hat uzantılarının yok olmasını sağlamıştır.

Şimdiye kadar öğrendiğimiz elemanlar ile yukarıdaki hidrolik güç ve kontrol ünitesini tanıyabiliriz diye düşünüyorum, birkaç valf, güçlü bir elektrik motoru, güzel bir hidrolik pompa ve filtreye bağlanmış hortumları gördüğümüz bu resim, sistemde çalışacak iş elemanı olan hidrolik silindirlere ve motorlara basınçlı akışkanı istenilen zamanda istenilen basınç ve akış düzeninde yollamaya yarar.

5. İş elemanları – Hidrolik Silindir ve Motorlar

Bunca hidrolik gücü, faydalı işe çevirecek ve kullanılmaya müsadece edecek elemanlarında devreye dahil edilmesi gerekir öyle değil mi? İşte bu işi gerçekleştiren elemanlar, hidrolik güç ile mekanik güç üreten iş elemanlarıdır;

Hidrolik Silindirler;

• Tek etkili silindirler
  • Dalma tipi silindirler
  • Yay geri dönüşlü silindirler
• Çift etkili silindirler
  • Tek milli silindirler
  • Çift milli silindirler.

Burada etkiden kastımız silindirin sadece ileri yöndeki veya geri yöndeki hareketinin hidrolik akışkan tarafından sağlanmasıdır, eğer silindir akışkan tarafından ileri itilip bir yay vasıtası ile silindirin içinde geri geliyorsa piston bu tip pistonlar sadece 1 etkiye sahip olduğu için tek etkili olarak nitelendirilirler.

Şimdilik bu silindirlerin içerisine giren akışkan sayesinde pistonun ilerlemesi sonucu kolunda ilerlemesine dayanan ve bu sayede devrede iş yapan silindirler olduğunu bilmemiz yeterlidir, ilerleyen zamanlarda hidrolik silindirleri de konu alan bir blog yazısı yazmaya kararlıyız.

Hidrolik motorlar da yazımızın başında anlattığımız hidrolik gücün kaynağı olan hidrolik pompaların tam tersini gerçekleştirecek esasta çalışırlar, içlerine giren basınçlı yağın etkisi ile dönü hareketi oluşturular. Hidrolik motorların tipleri ise aynı pompalar gibi dişli, paletli ve pistonludurlar. Genelde hız ayarlarının rahatlıkla yapılabilmesi, yağ akışının ayarlanması ile kolaylıkla dönü hareketlerinin kısıtlanabilmesi ile ünlüdürler.

• Dişli hidrolik pompalar
• Paletli hidrolik pompalar
• Pistonlu hidrolik pompalar

Hidrolik sistemler hakkında giriş aşamasında anlatılabilecek temel bilgileri aktardığımızı düşünüyorum, şimdi bir diğer sistemimiz olan pnömatik sistemlere bir göz atalım. Pnömatik sistemler hidrolik sistemlere nazaran daha düşük basınçta çalıştıkları için yatırım maliyetleri daha azdır ve otomasyon teknolojisinde, robot teknolojisinde kullanılma sıklıkları daha fazladır.