pnomatik devre ekemanları

1.Pnömatiğin Tanımı Ve Özellikleri
1.1 Pnömatiğin Tarihçesi ve Gelişimi
Basınçlı hava (sıkıştırılmış hava), insanların fiziksel gücünü artırmak için kullandığı,
bilinen en eski enerji iletim türüdür. Havanın bir enerji iletim türü olarak
kullanılabileceğinin farkedilmesi 1000 yıl kadar öncelere dayanır. Kesin olarak bilinen
ilk basınçlı hava uygulamasını Yunanlı Ktesibios 2000 yıl kadar önce yaptığı basınçlı
hava mancınığı ile gerçekleştirmiştir. Enerji taşıyıcı eleman olarak basınçlı havanın
kullanılması hakkındaki ilk kitaplar M.S. 1. yüzyıldan itibaren yazılmaya başlanmıştır.
Pnömatik, Yunanca "nefes alıp verme" anlamına gelen "Pneuma" kelimesinden
türetilmiştir. Daha sonraları havanın ve tüm diğer gazların özelliklerini, etkilerini ve
uygulamalarını içeren bilim dalına "Pnömatik" ismi verilmiştir.
Hava basıncı veya vakum etkisi ile çalışan makinalar, aletler ve sistemlerin hepsine
pratikte "Pnömatik Donatım", pnömatik donatımların tüm uygulamalarını ve
özelliklerini içeren bilim dalına da "pnömatik" diyoruz.
İnsanoğlu, ilk büyük buluşu olan ateşi yakabilmek ve kontrol altına alabilmek için
önce ciğerlerini doğal bir kompresör olarak kullanmış, daha sonra M.Ö. 1500
yıllarında elle ve ayakla kullanılan ilk kompresörleri bulmuştur.
Pnömatik esasların çok eskilerden beri bilinmesine rağmen sistematik olarak
araştırılmasına ancak geçen yüzyılda başlanmıştır. Gerçek anlamda Endüstriyel
Pnömatik uygulamaları 1950 yılından sonra başlamıştır. Daha önceleri sadece
maden
endüstrisinde,
yapı
endüstrisinde
ve
demiryollarında
(havalı
tren)
kullanılmaktaydı. Pnömatiğin endüstriye asıl girişi ve yayılması seri üretimlerde
modernleşme ve otomasyona kuvvetle ihtiyaç duyulmasıyla başladı. Başlangıçta bu
tekniğe, daha çok bilgisizlikten kaynaklanan karşı çıkmalara rağmen kullanım sahası
her geçen gün daha da artmış olup bugün artık çok değişik endüstriyel
uygulamalarda bile pnömatik cihazlar tercih edilmektedir.
1
1.2 Havanın Özellikleri
Gazların uygun bir karışımı olan hava yaklaşık % 78 Nitrojen ve % 21 Oksijen içerir.
Ayrıca içersinde küçük oranlarda Karbondioksit, Argon, Hidrojen, Neon. Helyum,
Kripton ve Ksenon gibi gazlar da mevcuttur.
Havayı meydana getiren gaz karışımı deniz seviyesinden 20 km. yüksekliğe kadar
değişken değildir. Yüksekliğin artmasıyla birim hacimdeki gaz molekülleri mikları
azalır. Bu nedenle havanın temel karakteristikleri değişebilir. Belirli sıcaklık ve basınç
altında birim hacimdeki molekül sayısı sabittir, örneğin, 0° C ve 1 atmosfer basınç
altında 1 cm3 hava içersinde 2.705x1019 molekül bulunur.
Deniz seviyesindeki (+15°C ve 1.013 bar) kuru havanın bazı fiziksel sabitleri:
Kaynama noktası
Kritik basınç (mutlak)
78,8 °K.
37,66 bar
Kritik sıcaklık
132,52 °K
Yoğunluk
1,225 kg/m3
Dinamik yapışkanlık
17,89.10-6 Pa.s.
Donma noktası
57-61 °K
Gaz sabiti
287,1 J/(kg.°K)
Kinematik yapışkanlık
14,61.10-6 m2/s.
Ortalama çarpışma çapı
0,365.10-9 m.
Molar kütle
28,964 (Boyutsuz) Sabit basınçtaki özgül
Isı kapasitesi
1,004 kJ/(kg.°K)
Özgül ısı kapasitesi oranı
1,40 (boyutsuz)
Ses hızı
340,29 m/s.
Isıl iletkenlik
0,025 W/(m.°K)
2
Basınçlı Havanın Özellikleri:
Pnömatiğin kısa sürede hızla yaygınlaşması diğer sistemlere göre basınçlı havanın
daha uygun özelliklere sahip olmasından ileri gelmektedir.
• Basınçlı Havanın Olumlu Özellikleri:
1-Miktar: Hava sınırsız ölçüde her yerde bulunur ve her an kullanıma hazırdır.
2-İletimi: Basınçlı hava çok uzak mesafelere kolayca iletilebilir. Kullanılan basınçlı
havanın geri çevrilip tekrar kullanılması gibi bir sorun yoktur.
3-Depo Edilebilirlik: Basınçlı hava gerektiğinde kullanılmak üzere depo edilebilir. Bu
da kompresörün (sıkıştırıcının) sürekli çalışmasını gerektirmez.
4-Sıcaklık: Basınçlı hava sıcaklık değişimlerine karsı hassas değildir. Bu nedenle
yüksek sıcaklıklarda bile emniyetli bir çalışmayı garanti eder.
5-Patlama Emniyeti: Patlama ve yanma tehlikesi yoktur.Bu nedenle patlamaya karşı
koruma cihazlarına gerek duyulmaz.
6-Temizlik: Basınçlı hava temizdir. İletim hatları ya da devre elemanlarında
oluşabilecek herhangi bir sızma (hava kaçağı) çevreyi kirletmez. Temizlik, gıda, ağaç,
tekstil ve deri endüstrisinde önemli ölçüde gereklidir.
7-Konstrüksiyon: Pnömatik elemanların konstrüksiyonu basittir. Bu nedenle de
ucuzdurlar.
8-Hız: Basınçlı hava sistemleri çok yüksek hızlara ulaşabilirler. Pnömatik silindirlerde
piston hızları 1-2 m/s 'ye kadar ulaşabilir.
9-Ayarlanabilirlik: Hızlar ve kuvvetler kademesiz olarak ayarlanabilir.
10-Aşırı Yük Emniyeti: Havalı el aletleri veya çalışma elemanları
(Silindirler,
hava motorları) aşırı yük halinde sadece dururlar. Yük kalktığında tekrar çalışmaya
devam ederler.Pnömatiğin kullanım sahalarının sınırlarını tam olarak belirleyebilmek
için basınçlı havanın olumsuz özelliklerini de bilmek gerekir.
3
• Basınçlı Havanın Olumsuz Özellikleri:
1- Havanın Hazırlanması: Basınçlı hava kullanılmadan önce bazı ön hazırlıklar
yapılmalıdır. Hava içerisinde toz ve nem bulunmamalıdır.
2- Sıkıştırılabilirlik: Basınçlı hava ile üniform (düzgün) ve sabit piston hızlarının elde
edilmesi mümkün değildir.
3- Kuvvet Sınırlaması: Basınçlı hava ancak belirli kuvvet seviyesine kadar
ekonomiktir. Bu seviye normal şartlarda kullanılan 7 bar çalışma basıncında (yola ve
hıza bağlı olarak) 2000-3000 daN.'dur.
4- Tahliye Havası: Tahliye havası gürültülüdür. Bu problem son zamanlarda
susturucuların geliştirilmesiyle büyük oranda giderilmiştir.
5- Fiyat: Basınçlı hava enerji kaynağı olarak pahalıdır. Pnömatik sistemdeki devre
elemanlarının ucuzluğu ve yüksek performansı bu dezavantajı bir ölçüde dengeler.
2. Basınçlı Havanın Hazırlanması
2.1 Basınçlı Havanın Üretilmesi
Pnömatik sistemlerde kullanılan basınçlı havanın üretimi kompresörler tarafından
gerçekleştirilir. Basınçlı hava üretimi genellikle merkezi bir basınç kaynağından
sağlanır ve sisteme boru ya da hortumlarla iletilir. Böylece her kullanıcı için ayrı
basınç kaynağı kullanmaya gerek kalmaz. Yer değiştiren makina ya da el aletleri için
seyyar kompresörlerden yararlanılır.
Kompresör seçiminde tesisin hava ihtiyacının belirlenmesi (kapasite tayini) seçimi
etkileyen en önemli unsurdur. İhtiyaçtan daha düşük kapasiteli bir kompresör
seçimi,üretim verimini düşürdüğü gibi kompresörün sürekli olarak devreye girip çıkması nedeniyle ömrünü de etkiler. İhtiyacın çok üzerindeki bir kompresör seçimi ise
gerek yatırım gerekse işletme maliyetini arttırır.
4
Uluslararası standartlar tarafından yapılan tanımlamaya göre;
Kompresör Kapasitesi:
Giriş noktasında standart sıcaklık, standart basınç v.b. koşullarda sıkıştırılan gazın
çıkış noktasındaki gerçek hacimsel debisidir.
Kompresörlerin tanımlanması çıkış debisi ve basınç değerleri ile yapılır. "Çıkış debisi"
standart basınç ve sıcaklık koşulları altında Nm3/dk. ya da Nlt/dk., çevre koşulları
altında ise m3/dk. veya It/dk. olarak ifade edilir. "Çıkış basıncı" ise bar olarak ifade
edilir. Kompresör tipine bağlı olarak çıkış debisi birkaç It/dk.'dan 50000 m3/dk.'ya
kadar, çıkış basıncı ise 1000 bar'a kadar değişebilir.
Bir hava komprösürü 7 bar'da, 1 m3 hava üretmek için 6,5 kW'lık güç gerektirir.
2.2 Yaygın Olarak Kullanılan Kompresör Tipleri ve Özellikleri
İşletme şartları gereğince çalışma basıncı ve gerekli hava miktarı bakımından değişik
tiplerde kompresörler kullanılır.Genel olarak, sıkıştırma şekline göre kompresörler iki
tiptir. Bunlardan birincisinde kapalı bir kap içersindeki hava, kabın hacmi küçültülerek
sıkıştırılır.(Pistonlu kompresörler, döner elemanlı kompresörler) İkinci tipte ise hava
bir taraftan emilerek hızlandırılır. Daha sonra bu hız enerjisi basınç enerjisine
dönüştürülerek çıkış hattında istenen basınca ulaşılır. (Türbin tipi kompresörler)
Şekil 1 - Kompresör Tipleri
5
A) Pistonlu Kompresörler
İki tip pistonlu kompresör vardır.
1-)Biyel Kollu Kompresörler
En çok kullanılan kompresör tiplerindendir. Düşük ve orta basınçlar yanında yüksek
basınç sağlayan tipleri de vardır.
Yüksek basınçlı tipleri birden fazla kademelidir. Birden fazla kademeli olanlarda
kademeler arası soğutma (hava veya su soğutma) uygulanır. Ardarda gelen
sıkıştırma hacimleri bir öncekinden küçüktür. Böylece toplam sıkıştırma oranı
büyütülmek suretiyle çıkış basıncının yüksek değerlere ulaşması sağlanmış olur.
Genellikle 4 bara kadar tek kademeli, 15 bara kadar çift kademeli, 15 barın üzerindeki
basınç değerleri için ise 3 ya da çok kademeli pistonlu kompresörler avantajlıdır. 12
bara kadar tek kademeli, 30 bara kadar iki kademeli, 220 bara kadar 3 kademeli
tipleri ekonomik değildir.
Şekil 2 - İki kademeli pistonlu kompresör
6
Buraya kadar açıklanan pistonlu kompresörler "tek etkili" tip kompresörlerdir. "Çift
etkili" pistonlu kompresörlerin çalışması tek etkili tiplere benzemekle birlikte biraz
farklıdır. Bu tip kompresörlerde piston alt ölü noktadan üst ölü noktaya gelene kadar
silindirin üst yarısında sıkıştırma, alt yarısında emme vardır. Dönüşte ise tam tersi
gerçekleşir.
2-)Diyaframlı kompresörler
Bu tip kompresörlerde piston emme odasından bir diyafram ile ayrılmıştır.
Kompresörün tahrik miline bağlı bir biyel kolu vasıtasıyla diyaframa ileri ve geri
hareket verilerek emme ve basma gerçekleştirilir. Böylece havanın hareketli
elemanlarla teması önlenerek temiz kalması sağlanır. Diyaframlı kompresörler
teneffüs havası sağlanmasında, gıda, ecza ve kimya endüstrisi gibi temiz hava gereği
olan uygulamalarda kullanılır.
Şekil 3 - Diyaframlı kompresör
7
B) Döner Elemanlı Kompresörler
Üç tip döner elemanlı kompresör vardır.
1-)Paletli Kompresörler:
Silindirik bir gövde içerisine eksantrik olarak yerleştirilmiş bir rotor ve rotora açılan
yarıklara yerleştirilen paletlerden (kanatlardan) oluşur. Rotorun dönmesiyle oluşan
santrifüj kuvvet gereğince paletler yarıklardan dışarıya doğru savrularak gövdeye
temas ederler. Birbirini takip eden iki palet arasına emiş sırasında giren hava, rotorun
eksantrikliği nedeniyle küçülen hacimde sıkışarak sisteme basılır. Bu tip kompresörler
küçük boyutludurlar, sessiz çalışıp düzgün bir hava çıkışı sağlarlar. Vakum pompası
uygulamalarında da kullanılırlar.
Şekil 4 - Paletli kompresör
8
2-)Vidalı Kompresörler
Birbiri ile ters yönde dönen asimetrik profilli iki vida elemanı arasında tutulan hava
dönme devam ettikçe hacmin daralması nedeniyle sıkışır.
Şekil 5 - Vidalı kompresör
Yağlı ya da yağsız olmak üzere 2 tipi vardır. Yağlı tiplerde yağ 3 amaçla püskürtülür:
a. Yağlama yapmak,
b. Yağ filmi oluşturarak havanın geriye kaçmasını önlemek,
c. Soğutma yapmak.
Basit bir yapıya sahiptirler. Yüksek hızda çalışabilirler.
9
3-)Roots Kompresörler :
Daha çok vakum pompası olarak kullanılırlar. İki simetrik rotor bir gövde içersinde
birbirinin tersi yönde döner. Gövdede herhangi bir sıkıştırma olmaz. Sıkıştırma, her
rotor basma ağzına açıldığında basma hattından geriye doğru oluşan dirençle elde
edilir.
Şekil 6 - Roots kompresör
.
C) Türbin Tipi Kompresörler
Bu tip kompresörlerde hava bir taraftan emilerek hızlandırılır. Daha sonra bu hız
enerjisi basınca dönüştürülerek istenen çıkış basıncı elde edilir. Türbin tipi
kompresörler eksenel ve radyal tip olmak üzere iki tipte imal edilirler.
10
1-)Radyal Kompresörler:
Yüksek hızla dönen çok kanatlı (kademeli) bir rotor ve bir gövdeden oluşur. Kanatlar
arasına alınan hava hızlandırılarak dışa doğru (radyal) savrulur. Bu işlem kademeli
olarak devam eder. Son kademede çıkış basıncına ulaşılır.
Şekil 7 - Radyal turbo tip kompresör
2-)Eksenel Kompresörler :
Bir rotor üzerine yerleştirilmiş kanatlar ve bir gövdeden oluşur. Kanatlar emilen
havayı hızlandırarak bir kinetik enerji kazandırır. Daha sonra bu enerji basınç
enerjisine dönüşür.
11
Şekil 8 Eksenel turbo tip kompresör
3.Basınçlı Havanın Denetimi
Pnömatik devreden gelen basınçlı havanın istenilen yere , istenilen şekilde
gönderilebilmesi için kontrol edilmesi gereklidir.Bu amaç doğrultusunda kullanılan
elemanlara kontrol valfleri denir. DİN 24300'e göre valfler şu şekilde tanımlanır.
Valfler, bir hidropompa, kompresör veya vakum pompası tarafından üretilen ya da bir
kaptan depolanmış olan basınçlı ortamın akışını başlatma, durdurma veya kontrolünü
sağlayan aletlerdir. Valf, sürgülü, küresel, tabak-valfler, musluklar ve benzeri tüm
yapı şekilleri için geçerli uluslararası kullanıma uygun genel bir adlandırmadır. Bir
pnömatik kumanda'da valfin yapı şekli genellikle ikinci plandadır. Önemli olan sadece
gerçekleşen işlev, devreye sokma şekli ve bağlantı büyüklüğüdür. Bağlantı büyüklüğü
ile ilişkili olarak debi miktarı da belirlenmiş olur.Pnömatikte valfler genellikle kumanda
da kullanılırlar. Kumanda; bir işlev ya da büyüklüğü başlatmak, değiştirmek,
saptırmak ya da kaldırmak amacını güder. Kumanda için kumanda enerjisi gereklidir.
Amaç küçük sarfiyat ile en büyük etkiyi sağlamaktır. Kumanda enerjisi valfin çalışma
şekline bağlı olarak manuel, mekanik, elektrik/elektronik, hidrolik veya pnömatik
olarak uygulanır.
Valfleri fonksiyonlarına göre üç grupta toplayabiliriz:
1. Basınç kontrol valfleri: Basıncı kontrol eden ve ayarlanan değerde tutan valflerdir.
12
2.
Yön kontrol valfleri: En geniş ve önemli gruptur. Bu grup, girişten çıkışa havanın
geçişini açıp kapayan veya yönünü değiştiren valfleri kapsar.
3. Akış kontrol valfleri:Kısma ile akış hacmini ayarlarlar.
3.1 Basınç Denetim Valfleri
Basınç kontrol valfleri; pnömatik ve elektropnömatik kontrollerde hava basıncını
etkilerler.Bu tip valfler pnömatik sistemlerde sabit bir basınç elde etmek için
kullanılırlar. Basıncı sabitleyebilmeleri için, giriş basıncının çıkış basıncından daima
büyük olması gereklidir.
Basınç vaflerini şu şekilde sıralayabiliriz.
1-)Basınç Emniyet Valfi
2-)Basınç Sıralama Valfi
3-)Basınç Kontrol (Basınç Düşürme) Valfi
4-)Oransal Basınç Kontrol Valfi
5- )Basınca Bağlı Valf Kumandası, Basınç Şalteri
1-)Basınç Emniyet Valfi :
Bir sistemdeki hava basıncının, izin verilen en yüksek değeri aşmamasını sağlar. Her
basınçlı hava üretim tesisinin bir parçası olmakla birlikte pnömatik devrelerde ender
kullanılırlar. Basınç emniyet valfi sistemdeki geçerli en yüksek basınç aşıldığında,
emniyet sağlamak üzere bir çıkışını açar ve yüksek basınç öngörülen değere
düşünceye kadar, havayı dışarıya atar. Referans değere ulaşınca hava atma işlemi
kesilir. Kompresörlerde emniyet supabı olarak bu valfler kullanılır.
13
Şekil 9 - Basınç emniyet valfi
2-)Basınç Sıralama Valfi:
Yaptığı iş açısından basınç emniyet valfine çok benzemekle birlikte kullanım yeri
farklıdır. Açma valfinin A çıkışı ayarlanan basınca erişilinceye kadar kapalı kalır.
Basınç ayarlanan değere ulaşınca, valf açılır ve basınçlı hava P'den A’ya akmaya
başlar. Pnömatik kumandalarda açma valfleri bir işlevin gerçekleşmesi için belirli bir
basıncın bulunması ya da düşük basınçta bağlanma işleminin önlenmesi
istenildiğinde kullanılır. Pnömatik sistemlerde belli bir basınç değerlerinden sonra
devreye girmesi gereken elemanlar olduğunda bunlar için kullanılır.
Şekil 10 - Basınç sıralama valfi
14
3-)Basınç Regülatörü :
Çalışma basıncını dalgalanan hat basıncından bağımsız olarak sabit tutmak için
kullanılırlar. Giriş basıncı çıkış basıncından daima fazla olmalıdır. Basınç kontrol
valfinin üzerinde çıkış basıncının ayarlanabileceği bir diyafram bulunur. Diyaframın
bir tarafına çıkış basıncı uygulanırken diğer tarafına değeri ayar vidasıyla ayarlanan
bir yayın karşı kuvveti uygulanır. Ayar vidasının çevrilmesi ile, yay kuvveti ve çıkış
basıncının değeri değişir. Çıkış basıncı arttığında diyafram yaya doğru hareket
ederek (pistonun üstünde bulunan yayın baskısıyla) geçiş kesitini kısmen veya
tamamen kapatır. Çıkış kısmındaki basınç kullanıma bağlı olarak azalmaya başladığı
andan itibaren alt yay diyaframı yukarı doğru iter, buna bağlı olarak üst kısımdaki
pistonda yukarı doğru gider ve geçiş kesiti açılır (veya büyür) ve diyafram hareketine
bağlı olarak basınçlı hava akışı başlar. Çıkış havasının kontrolü, geçiş kesitinin
diyafram hareketine bağlı olarak sürekli açılıp kapanmasıyla sağlanır. Basınç
regülatörlerinin;
a)Tahliyeli
b)Tahliyesiz
olmak üzere iki tipi vardır.
a)Tahliyeli Tip Basınç Regülatörü:
Çıkış kısmındaki basınçlı havanın değeri ayarlanan basınç değerinin üzerine
çıktığında valfte bulunan tahliye kısmından tahliye yapılarak çıkış kısmındaki
basıncın ayarlanan değere gelmesi sağlanır.Basıncı ayrıca düşürmek gerekmez.
Pnömatik sistemlerde kullanılan bir valftir.
15
Şekil 11 - Tahliyeli tip basınç regülatörü
b)Tahliyesiz Tip Basınç Regülatörü:
Çıkış kısmındaki basınçlı havanın değeri ayarlanan basınç değerinin üzerine
çıktığında bu basınç değerinin ayrı bir valf kullanılarak düşürülmesi gereklidir. Bu
valfler tahliye edildiğinde can ve mal güvenliğine zarar verecek gaz sistemlerinde
kullanılır.
Şekil 12 - Tahliyesiz tip basınç regülatörü
16
Çıkış kısmındaki basıncın çok hassas ayarlanması istendiğinde çift diyaframlı özel
basınç kontrol valfleri kullanılabilir.
4-)Oransal Basınç Kontrol Valfi:
Valften geçen havanın basıncını bir referans büyüklüğe göre değiştirmeyi
amaçlar.Basınç kontrol valfinin bir havalandırma çıkışı bulunduğundan hacmi sınırlı
statik basınçları da değiştirebilir. Buna göre pnömatik basınç, akım ya da gerilim
olarak verilen bir elektrik referans değerine göre, sürekli ayarlanabilir. Bunun ve
kontrol mıknatısı için bir sabit akım kontrolü gereklidir. Oransal kontrol mıknatısı
akımı pnömatik çıkış basıncını kontrol eder.Basınç değişimi önceden belirlenen bir
programa göre proglamlanabilir.Lojik kontrolör (PLC) ile de kontrol edilebilir.
Silindirlerde yüke bağlı bir karşı basınç oluşturmada, pnömatik sürücü ve tahrik
elemanlarının konumlandırılmasında bu valf kullanılabilir.
Şekil 13 - Oransal basınç regülatörü
5-)Basınç Şalteri
Gerekli basınca ulaşıldığında devreye giren ve bir sinyal değeri üreten elemanlar
sistem basıncının belirli değer aralıklarında çalışmasını sağlarlar. Şalt basıncı
minimum ve maksimum ayar değerleri aralığında kademesiz olarak ayarlanabilir.
Bu tür bir kontrol elemanı ile sistem veya sistemin belirli bir bölümündeki basıncın alt
ve üst değerlerini belirlemek, bu değerlerin aşılması durumunda uyarı sinyali almak
17
mümkündür.Basınç şalterlerinin pnömatik sinyal gönderen tipleri de mevcuttur. Pilot
hattından gelen basınç değeri belirli bir değere ulaşmadan çıkış vermeyen ancak bu
değer aşıldığında pnömatik sinyal üreten bu elemanlar ile büyük bir valfin belirli bir
basıncın üzerinde devreye sokulması gibi kontrol işlemleri yapılabilir.
Şekil 14 - Basınç şalteri
3.2 Yön Denetim Valfleri
Valflerin üzerinde özelliklerini belirtecek semboller bulunur. Bu semboller valflarin
fonksiyonları ile ilgili bilgi verirler , iç yapıları ile ilgili bilgi vermezler. Sembollerdeki
kare sayısı konumu, karelere dışarıdan yapılan bağlantı sayısı yol sayısını belirler.
İşaretleme; 5/2 , 5/3 , 3/2 , 2/2 vs şeklinde yapılır.Burada ilk rakam yol sayısını (ön
kumanda, pilotlar hariç) ikinci rakam konum sayısını belirtir.
Yolların bağlantıları rakam ya da harflerle şu şekilde belirtilebilir.
18
-
Basınçlı hava bağlantısı (giriş) P ya da 1;
-
Çalışma elemanı (örneğin silindirler) iletkenleri sırası ile A, B, C.... ya da 2, 4 ,6,...;
-
Havalandırma (tahliye) iletkenleri R, S, T,... ya da 3, 5, 7,...;
-
Kumanda (pilot) iletkenleri Z, V, X,,,. ya da 10,12,14,...
Yön Kontrol Valf Tipleri
1-)Oturmalı Valfler
Elastomer sızdırmazlık
2-)Kaymalı Valfler
2.1 Sürgülü Valfler
a)Elastomer sızdırmazlık
b)Metal sızdırmazlık
2.2 Döner Valfler
Metal sızdırmazlık
2.3 Düz Kaymalı Valfler
Metal sızdırmazlık
1-) Oturtmalı Valfler
Bu tip valflerde geçiş, bilya, disk, plaka veya tapa ile kontrol edilir.Sızdırmazlık elastik
elemanlar ile sağlanır.Sürtünmeye çalışan bundan dolayı aşınan parça sayısı az
olduğu için ömürleri uzundur.
Oturmalı valfler iki veya üç yollu olabilirler, dört veya beş yollu valf yapmak için iki
veya daha fazla oturmalı valfin tek bir valf içinde birleştirilmesi gerekir.
19
a) 3/2 Normalde Açık Valf:
Tek etkili silindir normal konumda açık 3/2 valf taralından kontrol edilmektedir. Valf
kumandasız durumda açık olduğundan basınçlı havayı doğrudan silindire yönlendirir.
Silindir pistonu başlangıç konumunda ileri hareket etmiş durumdadır. Valfin kumanda
edilmesiyle 1(P)'den 2(A)'ya giden yol kapanacak ve silindire giden hat 2(A), 3(B)
bağlantısına yönlenecektir. Bu durumda silindir piston kolu yayın geri getirme
etkisiyle geri gelecektir.
Şekil 15 - Disk oturmalı 3/2 normalde açık valf
20
b) 3/2 Normalde Kapalı Valf:
Şekil 16 - Disk oturmalı 3/2 normalde kapalı valf
2-) Kaymalı Valfler
a)Sürgülü Valfler:
Bu tip valflerde bir kumanda pistonu (sürgü) vasıtası ile yolların birbirine bağlantısı
sağlanır. Sızdırmazlık; sürgü üzerine veya sürgünün çalıştığı yuva içine yerleştirilmiş
elastomer malzeme ile sağlanır. Sürtünme ve aşınma sızdırmazık için önemli bir
problem teşkil eder. Bu valflerde ömür, sürtünen parçaların işleme kalitesi ile doğru
orantılıdır.
21
Sürtünme ve aşınmanın minimumda tutulması, valfin uzun ömürlü olması için metal
metale çalışan sürgülü valfler kullanılabilir. Ancak ileri teknoloji ihtiyacı ve uzun süren
taşlama işlemi valfin maliyetinin artmasına sebep olmaktadır. Metal metale çalışan
valflerin önemli bir dezavantajı da çalışma boşluğundan dolayı iç kaçak
oluşturmasıdır(0.003 mm lik çalışma boşluğunda yaklaşık 1 litre/dakika kaçak ).
Çalışma elemanının (örneğin silindirin) belirli bir konumda tutulması söz konusu değil
ise bu tip valfler kullanılabilir.
Şekil 17 - Sürgülü valf çeşitleri
Aşağıdaki devre şemasında 5/2 yön valfi ile çift etkili bir silindirin kontrol edilmesi
gösterilmiştir.
22
Şekil 18 - 5/2 yön valfi ile çift etkili bir silindirin kontrol edilmesi
b)Döner Valfler:
Delikli metal bir disk elle döndürülerek valf gövdesindeki bağlantı portlarını birbirine
bağlar. Sızdırmazlığı minimum kılmak için disk temas yüzeyine basınç dengesizliği ile
bastırılır. Basınç diskin üzerinden verilir.
Şekil 19 - Dönel valf çalışma prensibi
23
c)Düz Kaymalı Valfler:
Valfin yolları arasındaki akış; metal, naylon veya başka bir plastik malzemeden
yapılmış kayıcı bir parçanın hareketi ile denetlenir. Kayıcı parça hava ile çalışan bir
sürgü ile hareket ettirilir.
Şekil 20 - Düz kaymalı valf
3-) Valf Kumanda Şekilleri
1. Mekanik Kumanda
a)Pimli
b)Makaralı
c)Makara Kollu
2. İnsan gücü ile
a)Kollu
b)Pedallı
c)Düğmeli
d)Anahtarlı
e)Döner Düğmeli
3. Hava ile
4. Elektrik ile (Solenoid Valfler)
24
1-Mekanik Kumandalı Valfler:
Otomatik çalışan makinalarda hareketlerin konumunu saptayıp çevrimin devamı için
gerekli sinyallerin verilmesini veya hareketlerin yönlerinin değiştirilmesini sağlarlar.
Şekil 21 - Mekanik kumandalı valfler
2-İnsan Gücü ile (El veya Ayak) Kumandalı Valfler:
Mekanik kumandalı valflere; elle kumanda etmeye elverişli bir mekanizma takılması
suretiyle elde edilirler. Daha ziyade bir mekanizma veya aparatta hareketin
başlaması , bitirilmesi veya durdurulması için kullanılabilirler.
Şekil 22 - Elle kumandalı valfler
25
3-Hava İle Kumanda:
Bir hareketin başlatılması, bitirilmesi veya durdurulması için ilgili hareketin bulunduğu
konumda alınan
pnömatik bir işaret (kumanda havası) bu valflerin konum
değiştirmelerini sağlar.
4- Elektrik ile Kumanda:
Pnömatik ve elektirik enerjisinin avantajlarından faydalanılır. Elektropnömatik çevirici
olarak da adlandırabiliriz. Bobinli valf 1939 yılında ABD de Skinner tarafından icat
edilmiştir.İcat edildiği hali şekil 23 de aşağıda gösterilmiştir (2/2 doğrudan kumandalı
solenoid valf).
Manyetik olmayan bif malzemeden yapılmış boru içerisine konan çekirdek basınçlı
havanın geldiği yüzeye bir yay kuvveti ile bastırılmaktadır. Bu oturma yüzeyi
çekirdeğin alt kısmına konan lastik bir tampon ile sızdırmaz bir şekilde
kapatılmıştır.Bobine enerji verildiğinde oluşan magnetik kuvvet yay kuvvetini yenerek
çekirdeği yukarı çeker ve basınçlı hava geçişi sağlanır. Şekil 24 de valfin üst kısmına
boşaltma deliği ve conta ilavesi ile 3/2 valf’e çevrilmiştir.
26
Şekil 23 - 2/2 Doğrudan kumandalı solenoid valf
Şekil 24 - 3/2 contalı valf
27
Skinner prensibinde sızdırmazlık sağlayan contaların çabuk bozulması şekil 25 de
gösterilen sistemin geliştirilmesine sebep olmuştur(contanın arkasına yay ilave
edilerek contanın kuvvet altında hareket etmesi sağlanmıştır).Bugün bu sistem
yaygın olarak kullanılmaktadır.Bobinde oluşan manyetik kuvvet; çekirdek ağırlığını ve
çekirdeği oturma yüzeyine bastıran yay kuvvetini yenmelidir(basınçlı havanın ve
conta arkasındaki yayın çekirdeği yukarı itme kuvveti ihmal edilmiştir). Gerilim
düşümlerinde veya bobin hemen çekemeyecek ve çekilen akımın artmasına sebep
olacaktır. Bu da bobinin daha çok ısınmasına ve yanmasına sebep olacaktır.
Şekil 25 - Contanın kuvvet etkisinde hareket etmesi
Standart bir birimle çok büyük sistemlerin kontrolüne izin veren programlanabilir
kontrol cihazlarının (PLC) ortaya çıkması, yüksek derecede güvenilir bobinlerin
geliştirilmesini zorunlu kılmıştır.Bir boruya takılmış bobinden oluşan geleneksel
solenoid yüksek bir verime sahip değildir. Isıya dönüşen manyetik kayıplar, bobine
zarar verebilir ve bakım gerektirmeyen uzun süreli çalışmayı tehlikeye düşürebilir.
Şekil 26 da özel yapılmış solenoid gösterilmiştir.
28
Şekil 26 - Özel yapılmış selonoid
Bobinli valfler; uzak mesafelerdeki kumanda ünitelerinde ve uyarı zamanının kısa
olması istenen hallerde kullanılırlar. Bu tip valflerin doğrudan uyarılı ve ön uyarılı
tipleri vardır. Doğrudan uyarılı olanlar küçük geçiş kesitlerinde, ön uyarılılar büyük
geçiş kesitlerinde kullanılırlar.
a) Doğrudan Uyarılı Elektro-Pnömatik Valfler:
Valfin üzerinde bir bobin ve bobinin iç kısmına yerleştirilmiş bir çekirdek mevcuttur.
Çekirdek yaydan dolayı sürekli geçiş kesitini kapalı tutmaktadır. Bobine elektrik
enerjisi verildiğinde meydana gelen mıknatıslanma nedeniyle çekirdek yukarıya
doğru çekilir ve P hattından A hattına doğru akış sağlanmış olur.Bobine enerji
verildiği sürece akış devam eder.
29
i)2/2 Elektro-Pnomatik Valf, Normalde Kapalı Konum :
Aşağıda gösterilen 2/2 bobinli valfin iki bağlantısı vardır:
Besleme havası bağlantısı (1) ve çıkış havası bağlantısı (2)
Başlangıç konumunda veya normalde kapalı konumda hava çıkışı mümkün değildir.
Bu sebepten dolayı daha ziyade kapama valfi olarak kullanılır.
Şekil 27 - 2/2 Elektro-pnömatik valf,normalde kapalı konum
ii)3/2 Elektro-Pnömatik Valf, Normalde Kapalı
Aşağıda gösterilen 3/2 bobinli valfin üç bağlantısı vardır. Besleme havası bağlantısı
(1), çıkış havası bağlantısı (2) ve egzost havası bağlantısı (3). Bobine enerji
uygulandığında oluşan manyetik alan çekirdeği yukarı çeker ve besleme havası çıkış
havasına bağlanır, aynı zamanda 3 nolu egzost çıkışı kapanır.
Şekil 28 - 3/2 Elektro-pnömatik valf,normalde kapalı konum
30
Uygulanan enerji kesildiğinde çekirdekte bulunan yayın etkisi ile 1 den 2 ye geçiş
kapanır, aynı zamanda 2‘den 3’e bağlantı sağlanır ve çıkış hattında bulunan basınçlı
hava egzost hattından dışarı atılır.
Bu valf; tek etkili silindir kumandası, diğer pnömatik valflerin dolaylı kumandası ve
kontrol sistemlerinde basınçlı hava beslenmesi ve kesilmesi.
iii)3/2 Elektro - Pnömatik Valf, Normalde Açık Konum:
Bu valf, başlangıç konumunda kapalı valf ile aynıdır. Bağlantılar, valfin başlangıç
konumunda açık olacağı şekilde bağlanmıştır. Bu anahtarlama konumunda valfe 1
nolu bağlantıda basınçlı hava uygulanır. Basınçlı hava 2 nolu bağlantıdan kullanılır 3
no'lu bağlantı ise egzosttur. Bobine enerji verildiğinde çekirdek çekilir ve 1 no'lu
basınç hatlı kapanır, aynı zamanda 2 no'lu çıkış hattı 3 no'lu egzost hattına
bağlanarak tahliye yapılır.
Bu valf, bir elektrik sinyali olmadan pnömatik çıkış işareti gerektiren uygulamalar, bir
silindirin piston kolunun başlangıç konumunda ileri gitmiş durumda olduğu
uygulamalar da kullanılabilir.
Şekil 29 - 3/2 Elektro-pnömatik valf,normalde açık konum
b)Ön Uyarılı Elektro-pnömatik Valf:
31
Oturmalı veya elastomer contalı sürgülü valfleri ; sürtünme kuvvetleri ve sürgü
strokları fazla olduğu için direkt bobin çekıredegi ile kumanda edemeyiz.Bu valflerin
kumandası pnömatiktir. Gerekli ön kumanda (pilot) basıncını da valf içine monte
edilmiş solenoid bir valf sağlar.
Ön kumandalı bir valfte solenoid bobinin küçük olması şu avantajları sağlar.
a) Az akım tüketimi
b) Az ısı oluşumu
Aşağıdaki şekilde bir ön uyarı valfının çalışma prensibi gösterilmiştir.
Şekil 30 - Ön uyarılı elektro-pnömatik valf
i)Ön Uyarılı 3/2 Elektro-Pnömatik Valf:
Ön uyarılı valflerin doğrudan denetimli valflere göre ilave bir yapı elemanları vardır:
Ön uyarı valfi. Ön uyarı valfi, bir yükseltici olarak düşünülebilir. Bu, solenoid bobinin
elektromanyetik kuvvetinin ön uyarı valfi ile yükseltilmesi demektir. Böylece valfin
anahtarlama kuvveti çoğalır. Başlangıç konumunda 1 nolu bağlantıdaki basınçlı hava
valf pistonunun alt tarafına ek bir basınç kuvveti oluşturur.Valf pistonu sızdırmaz
yüzeye doğru bastırılır ve böylece 1 nolu hattan 2 nolu hatta olan akış kesilir. 2 nolu
hattaki hava 3 nolu hattan boşalır.
32
Şekil 31 - Ön uyarılı 3/2 elektro-pnömatik valf
Bobine enerji uygulandığında,bobin çekirdeği çekilerek pilot havasının valfin üst
kısmındaki pistona geçişi sağlanır.Burada valf pistonunun basınç uygulanan
nedenden dolayı piston aşağıya itilir ve basınçlı hava 1 nolu hattan 2 nolu hatta
geçer.Aynı zamanda 3 nolu hatta geçiş kapanır.
ii)Ön Uyarılı 4/2 Elektro-Pnömatik Valf:
Çift etkili bir silindirin kumandası gibi uygulamalar için, iki çıkış bağlantılı valfler
kullanılır.4/2 oturmalı valf için iki tane 3/2 yönlendirme valfinin kombinasyonuna
eşdeğerdir. Bu iki vafften biri başlangıç konumunda açık, diğeri ise başlangıç
konumunda kapalıdır. 4/2 valfin 1 hattına basınçlı hava uygulanır, 3 hattan egzost
yapılır.2 ve 4 nolu hatlar ise silindir çıkışlarıdır. Başlangıç konumunda 1 hattaki
besleme basıncı; soldaki valf pistonunun 3 nolu hata ve sağdaki valf pistonun 4 nolu
hata geçişi kapamasını sağlar.Besleme havası 1’den 2‘ye doğru gider. 3 ve 4 nolu
hatlar birarada bağlanmıştır.
Bobine enerji verildiğinde bobin çekirdeği çekilir ve basınçlı hava valf pistonunun
üstteki piston alanına uygulanır.Basınçlı hava 1’den 4’e , egzost havası 2’den 3’e
akar.Aynı anda 3’den 4’e doğru olan hava kanalı kapatılır.
33
Şekil 32 - Ön uyarılı 4/2 elektro-pnömatik valf
iii)Ön Uyarılı 5/2 Elektro-Pnömatik Valf:
5/2 yönlendirme valfi işlev olarak 4/2 valfine benzetilebilir.4/2 yönlendirme valfinin
aksine 5/2 yönlendirme valfinin iki tane egzoztu vardır.Başlangıç konumunda itici
yayın kuvveti sayesinde sürgü 2 'den 3 'e ve 1 'den 4'e olan geçişleri kapatır. Aynı
zamanda 1'den 2'ye ve 4'den 5'e geçiş sağlanır.
34
Şekil 33 - Ön uyarılı 5/2 elektro-pnömatik valf
iiii)Ön Uyarılı Çift Bobinli Elektro-Pnömatik Valf:
Yukarıdaki valflerin hepsinde bobine verilen enerji kesildiğinde başlangıç konumuna
geri dönülmüştür. Herhangi bir devre tasarlanırken, bobine verilen enerji kesildiğinde
valfin başlangıç konumuna hemen geri döneceği unutulmamalıdır. Çift bobinli
valflerde başlangıç konumuna dönüş ikinci bir bobin ile sağlanır. Y2 bobini
enerjilendirildiğinde basınçlı hava 1’den 2'ye ve egzost havası ise 4'ten 5'e gider. Y2
bobininde enerji kesilse bile valf başlangıç konumuna geri gelmez. Y1 bobini
enerjilendirilirse bu sefer basınçlı hava 1’den 4'e ve egzost havası 2'den 3'e gider.
35
Şekil 34 - Ön uyarılı çift bobinli elektro-pnömatik valf
Çift bobinli valflerde son alınan anahtarlama konumu korunur. Her iki bobine gerilim
verilmese bile bu konum korunur. Bobine verilen enerji çok kısa süreli olabilir bu da
gerilim beslemesinin daha az olması demektir. Ayrıca karmaşık işlem sıralı
devrelerde silindir konumları korunabilir.Bu sırada işaretlerin kitleme röleleri ile
elektrikli bir ara belleğe alınması gerekmez.
3.3 Akış Denetim Valfleri
Akış kontrol valfleri; her iki yönden akan basınçlı havanın debisini kontrol etmek için
kullanılırlar. Akış denetim valfleri iki grupta toplanabiliriz:
1-)Tek yönlü akış denetim valfleri.
2-)Çift yönlü akış denetim valfleri.
1-) Tek Yönlü Akış Denetim Valfleri:
Tek yönlü akış denetim valfi; akış denetimini sadece bir yönden gerçekleştirir. Tek
yönlü valf bir yönden akışa müsaade etmez ve basınçlı hava kısma valfi üzerinden
akmak zorunda kalır. Ters yönde ise basınçlı hava; tek yön valfinin akış yolunu
açması nedeniyle basınçlı hava serbestçe akar ve herhangi bir kısma ile karşılaşmaz.
36
Bu tip valfler ayarlanabilir yapıldıkları için pnömatik silindirlerin hız kontrolünde
kullanılırlar. Pnömatik devrenin müsaade ettiği ölçüde silindir üzerine monte
edilmelidirler.
Şekil 35 - Tek yönlü akış kontrol valfi
2-) Çift Yönlü Akış Denetim Valfleri:
Çift yönlü akış denetim valfi; akış denetimini her iki yönde de gerçekleştirir. Pnömatik
silindirlerin hızlarının her iki yönde de kontrol edilmesi gereken durumlarda
kullanılabilir.
Şekil 36 - Çift yönlü akış kontrol valfi
Çift etkili silindirlerin hız denetimini iki şekilde yapabiliriz.
37
1. Giriş havası denetimi:
Giriş havası denetiminde tek yönlü kısma valfi silindire giden basınçlı hava debisini
denetleyecek şekilde yerleştirilir. Egzost havası tek yönlü kısma valfi üzerinden
serbestçe dışarı atılır. Bu tip denetimlerde sabit hız elde edilmesi oldukça
zordur.Piston kolu üzerine etkileyecek küçük yüklerde bile hızda değişmeler
meydana gelir.
Giriş havası ile hız denetimi, tek etkili ve küçük hacimli silindirlerde yapılması
uygundur. Aşağıdaki devre şemasında giriş havası denetim gösterilmiştir.
Şekil 37 - Giriş havası denetimi
2. Çıkış (egzost) havası denetimi:
Giriş havası silindire serbestçe gönderilir. Egzost kısmında ise hava, kısma valfi
üzerinden akmak zorunda kalır. Bu denetim şeklinde silindir pistonu, giriş havası ile
egzost havası arasında sıkıştırılır. Bu şekilde yapılan hız denetimi ile piston ilerleme
hızı daha kararlı hale getirilir (havanın sıkıştırılabilir özelliğinden dolayı tam kararlı bir
hız ancak hidropnömatik silindir ile elde edilebilir). Devre tasarımlarında çıkış
38
havasının denetlenmesi gerçekleştirilen sistemin sağlıklı çalıştırılması için çok
önemlidir.
Şekil 38 - Çıkış havasının denetlenmesi
3.4 Yardımcı Valfler
1-) ÇekValf:
Akış geçişine tek yönden izin veren valftir. Geri döndürmez valf de denmektedir.
Bilyalı veya kapakçık tipli olarak imal edilirler. İlk anda bir yay kapakçığı geçiş kesitine
doğru iter, diğer taraftan gelen havanın basıncı yay kuvvetini yendiğinde eleman
geriye doğru itilir ve hat açılarak bu yönde geçiş sağlanır. Aksi yönde hava geldiğinde
hava basıncı ve yay kuvveti nedeniyle geçiş kesiti kapatılır.
39
Şekil 39 - Çek valf kesidi
2-) "Veya" Valfi:
Pnömatik devrelerdeki mantık işlemlerinde kullanılan bir valftir. Üzerinde üç tane
hava bağlantı portu vardır. Bunlardan ikisi(X ve Y) giriş, biri ise(A) çıkıştır. Valfin
yapısından dolayı giriş portlarından herhangi birisinden hava verildiğinde A hattından
çıkış alınabilir.
Şekil 40 - VEYA valfi kesiti,VEYA valfi devre şeması
Bu mantık valfinin de üzerinde üç tane hava bağlantı portu vardır. İki tanesi (X ve Y)
giriş bir tanesi (A) çıkıştır.A hattından çıkış alabilmek için hem X he de Y hattından
hava verilmesi gereklidir. Sadece X’ den veva Y’den hava verilmesi geçiş için yeterli
değildir.
40
Şekil 41 - VE valfi kesiti,VE valfi devre şeması
3-) Çabuk Boşaltma (Egzost) Valfi:
Silindirlerde hızı arttırmak amacıyla kullanırlar.
Şekil 42 - Çabuk egzost valfi devre şeması
41
Bazı uygulamalarda silindirin geri dönüşünde bir iş yapılmaz veya silindirin ileri çıkış
hızı arttırılarak ivmelenmeden faydalanılmak istenebilir. Bu durumlarda çabuk
boşaltma valfi silindire çok yakın bir yere monte edilir. Böylelikle silindirdeki hava yön
denetim valfi üzerinden değil de çabuk boşaltma valfi üzerinden tahliye olur. Valfin
P,A,R gibi üç tane bağlantı portu vardır. A hattı silindire bağlanır, R hattı atmosfere
açık bırakılır. P hattından basınçlı hava verildiğinde iç kısımdaki hareketli sızdırmazlık
elemanı R hattını kapatır, A hattına geçiş sağlanır. Geri dönüşte A hattında basınçlı
hava vardır.Hareketli sızdırmazlık elemanı P hattını kapatarak, A hattındaki basınçlı
havanın R hattından direkt tahliye olmasını sağlar.
4-) Makaralı Hız Denetim Valfi:
Bu valf tek etkili veya çift etkili silindirlerde, strokun herhangi bir noktasında hız ayarı
yapılması istendiğinde kullanılabilir. Aynı zamanda strok başına ve sonlarına bu valf
yerleştirilerek silindir hareketinde frenleme (yastıklama) yapılabilir,ancak yastıklı
silindirin yastıklama boyunun yetersiz olduğu durumlarda kullanmak daha uygundur.
Çünkü bu sistemin maliyeti yastıklı silindir maliyetinden daha yüksektir. Piston koluna
yerleştirilmiş bir kam mekanizması valfin makarasına basar ve bu baskı sonucu valf
sürgüsü aşağı doğru hareket ederek geçiş kesitini daraltır ve piston kolu hareketi
yavaşlar. Piston kolunun yavaşlama hareketi makaraya yapılan baskı ile ayarlanabilir.
Şekil 43 - Hız azaltma valfi
42
3.5. Valflerin Bağlantı Şekilleri
Valfleri birkaç şekilde monte edebiliriz:
1-) Doğrudan Bağlantı:
Bir valfe yapılan en yaygın bağlantı yöntemi dişli giriş-çıkış portlarına doğrudan
bağlantı elemanlarını (rekorları) vidalamaktır. Bu yöntemle bağlanabilen valflere
gövdeden bağlantılı valfler denmektedir. Bu yöntem her silindir, pilot ve besleme girişi
için bir rekor ve her boşaltma çıkışı için bir susturucu demektir.
2-) Bağlantı Blokları:
Bağlantı bloklarında; blok gövdesi üzerinde ortak besleme ve boşaltma vardır.
Çıkışlar her valfe ayrı ayrı bağlanmaktadır. Şekilde görüldüğü gibi aynı seri fakat
değişik özelliklerdeki (5/3,5.2 gibi) valfler bağlanabilir. Burada dikkat edilmesi gereken
kullanılacak valf sayısına göre blok sipariş edilmelidir. İlerisi düşünülerek yedek valf
yerleri hazırlanır ve körleme plakaları ile kapatılabilir.
Şekil 44 - Valf bağlantı bloğu
3-) Bağlantı Altlıkları:
Bütün giriş çıkış portları bir yüzlerinde olan valfler (düz kaymalı valfler) contalar
kullanılmak suretiyle taban plakalarına bağlanmak üzere dizayn edilmişlerdir. Bütün
dış bağlantılar taban plakasına yapılmaktadır. Bu yöntem; valf arızalarında boruların
sökülmesine gerek kalmadan valfin değiştirilmesine imkan sağlar.
43
Şekil 45 - Valf bağlantı altlığı
4-) Yanyana Bağlantı Altlığı:
Bağlantı bloklarına benzerler. Yanyana bağlantı altlıklarında ortak hava giriş ve
çıkışları mevcuttur. Silindir çıkışları, bağlantı bloklarından farklı olarak altlık
üzerindedir. Sipariş verirken en az kullanılacak valf kadar sipariş edilmelidir.Bağlantı
bloklarında olduğu gibi boş kalan kısımlara körleme plakaları takılabilir.
Şekil 46 - Yanyana valf bağlantı altlığı
5-) Birbirine Eklenen Bağlantı Altlıkları:
Bunlar tek tek plaka grupları olup makul sayıda birbirine bağlanarak tek bir birim
oluşturma imkanını verirler. Bu şekilde diğer elemanlara dokunmadan valf sayısı
arttırma veya azaltma imkanı verirler.
44
Şekil 47 - Birbirine eklenen valf bağlantı altlıkları
Yukarıdaki valf bağlantı şekillerinde bobin elektrik bağlantılarında kablo dağınıklığı
vardır.
Aşağıda gösterilen bağlantı şekillerinde ise bu dağınıklığın önüne geçilmiştir.
Valf adası üzerindeki bobinlerin elektrik bağlantıları yine valf adası üzerinde bulunan
konnektöre bağlanmıştır. Bir data kablosu ile (çok üçlü tel kesiti min 0.5 mm2 olan
data kablosu) kontrol panosuna taşınır.
Son yıllarda montaj ve bakım kolaylıklarının yanında estetik görünümlerinden dolayı
valf adalarının kullanımı çok yaygınlaşmıştır.Ayrıca PLC sistemlerin ucuzlaması ile
pnömatik sistemlerde PLC kullanımının hızla artması valf adalarına olan talebi daha
da arttırmıştır.
45
Şekil 48 - Konnektör bağlantılı valf adası
4. Pnömatik Çalışma Elemanları
1. Pnömatik silindirler: Basınçlı hava enerjsini doğrusal itme veya çekme hareketine
çevirirler.
2. Hava motorları: Basınçlı hava enerjisini dairesel dönme hareketine çevirirler.
46
1-) Pnömatik Silindirler
Şekil 49'da görüldüğü gibi bir pnömatik silindir ön ve arka kapak, silindir borusu,
piston kolu ve sızdırmazlık elemanlarından meydana gelir.
Şekil 49 - Pnömatik silindirlerin elemanları
Başlıca silindir çeşitleri aşağıda sıralanmıştır
a)Tek Etkili Silindir
Bu tip silindirde basınçlı hava tek yönde etkir. Yani hava giriş ve çıkışı için bir tek
delik mevcuttur. Böylece sadece tek yönde çalışma elde edilir. Piston kolunun geri
dönüşü ya bir yayla, ya da bir dış kuvvetle (örneğin yükün kendi ağırlığı ile) sağlanır.
Bazen yay piston tarafına konarak piston koluna çekme yönünde iş yaptırılabilir.
Şekil 50 - Tek etkili silindir çeşitleri
47
Yay direnci piston kolunu yeteri kadar hızla itebilecek değerde seçilir. Tek etkili
silindirlerde strok yayın boyu ile sınırlıdır. Bu sebeple 100 mm.den uzun stroklarda
pek kullanılmaz. Bu silindirler temel olarak sıkıştırma, kaldırma, besleme, gerdirme
gibi işlemlerde kullanılır.
Şekil 51 - Tek etkili silindir
b)Çift Etkili Silindir
Bu tip silindirlerde hava basıncına ve piston yüzeyine bağlı olarak elde edilen kuvvet
piston kolunu iki yönde hareket ettirir. Böylece iki yönde iş yapılabilir. Her iki yöndeki
kuvvet basıncın etkidiği yüzeylere bağlı olarak farklı değerdedir. Silindir üzerinde iki
adet giriş ve çıkış deliği mevcuttur. Çift etkili silindir özellikle piston kolu geri dönüş
yapacağı zaman kullanılır. İlke olarak piston kolu, seçilen strokta eğilme ve burkulmaya maruz kalmayacak şekilde boyutlandırılır.
.
mmmmmmm
Şekil 52 - Çift etkili silindir
Çalışma esnasında piston tarafına hava verildiğinde piston kolu tarafındaki hava
tahliye edilir veya piston kolu tarafına hava verildiğinde piston tarafındaki hava tahliye
edilir. (Şekil 52)
48
c) Yastıklı Tip Silindirler
Eğer ağır kütleler silindir tarafından hareket ettirilecekse, bir darbe veya hasar
meydana gelmesini engellemek için strok sonunda bir yastıklama yapılır. Strok
sonuna yaklaşmadan önce bir yastıklama keçesi havanın serbestçe tahliye olduğu
deliği kapatır. Şekil (53) Bu durumda hava sadece çok küçük ve genellikle
ayarlanabilen bir delikten tahliye olur. Çabuk boşalamayan hava kütlesi piston ile
silindir kapağı arasında sıkışır. Geri dönüşte hava bir cek valften geçerek yoluna
devam eder. Yastıklama mesafesi imalat kataloglarında verilir veya özel talebe göre
seçilir. Yastıklama bir yönde veya her iki yönde yapılabilir.
Şekil 53 - Yastıklı tip silindir
d)Çift Milli Silindir
Bu silindirde her iki tarafta da yataklanmış piston kolu mevcuttur. Bunun sayesinde
meydana gelebilecek yanal yükler karşılanmış olur. İki tarafta da yüzeyler aynı
olduğundan elde edilen kuvvetler ve hızlar birbirine eşittir. Şekil (54).
Şekil 54 - Çift milli silindir
49
e)Tandem Silindir
Böyle bir silindirde aynı gövde içinde birbirine bağlı iki adet çift etkili silindir mevcuttur.
Her iki silindirin piston veya piston kolu taraflarına aynı anda hava verilir.Bu sayede
basınçlı havanın etkime yüzeyi yaklaşık iki katına çıkmış olur. Böylece piston
kolundaki kuvvet te artmış olur. Bu silindirler piston çapının büyük ve montaja imkan
vermediği hallerde kullanılır. Şekil (55)
Şekil 55 - Tandem silindir
f) Çok Konumlu Silindir
Aynı gövde içerisinde arka arkaya monte edilmiş en az iki adet çift etkili silindirden
oluşur. Silindirlerden bir tanesinin piston kolu sabit bir mafsalla bağlı olduğundan, iş
diğer silindirin piston kolu ile yapılır. Şekil (56) Bazı uygulamalarda silindir sayısı
daha da arttırılarak 12 konuma kadar çıkılır, iki silindirli uygulamada silindirlerin
strokları farklı ise 4, eşit ise 3 konum elde edilir.
50
Şekil 56 - Çok konumlu silindir
g)Darbe Silindiri
Şekillendirme işlemlerinde normal silindirlerle elde edilebilecek itme kuvveti
yetersizdir. Bu tür problemlerde kinetik enerjinin arttırılması istenir. Yüksek kinetik
enerji ise ancak darbeli silindirlerle sağlanır. Kinetik enerji formülünden de görüleceği
gibi yüksek kinetik (darbe) enerjisi elde etmek için en uygun yol hızı arttırmaktır.
E= (m v2 ) / 2
E=Enerji
(kgm2 /s2 = Nm : Joule)
m=Kütle (kg)
v=Hız
(m/s)
51
Darbeli silindirler özel yapıları sayesinde 7,5-10 m/s. lik bir hız sağlayabilmektedir.
Normal silindirlerde bu hız 1-2 m/s. yi geçmemektedir. Darbeli silindirlerde hız
arttırılarak sağlanan yüksek darbe enerjisi ile baskı, flanş takma, perçinleme, zımbalama gibi işlemler gerçekleştirilir. Silindir çapına göre sağlanan kinetik enerji 25500Nm. değerlerine kadar ulaşmaktadır.
Eğer şekillendirme stroku büyük olursa hız şekillendirme sırasında çok çabuk
düşecektir. Bu sebepten darbeli silindirler şekil verme stroku büyük olan işlemlerde
kullanılmaz. (Şekil 57)
Çalışma ilkesi: Şekilde gösterilen A silindir boşluğu basınçlı hava ile doludur. Silindiri
denetleyen valften B boşluğuna da basınçlı hava gönderilir. Piston kolu bu esnada
geridedir. Eğer A boşluğundaki hava tahliye edilirse B boşluğu tarafındaki basınçlı
hava nedeniyle piston kolu (z) yönünde hareket eder ve etkime yüzeyi birdenbire
büyük bir değere ulaşır. Bu aynı zamanda kuvvetin artmasına da neden olur. B
boşluğuna sıkıştırılmış olan hava büyük bir kesitten (C çapına bağlı olarak) geçerek
hızla silindiri doldurur ve piston koluna ivme kazandırır.
Şekil 57 - Darbe silindiri
h) Döner Silindir
Çift etkili silindirin bu çeşidinde piston kolu uç kısmında dişli bir profile sahiptir.
Böylece piston kolu bir dişli çarkı tahrik eder ve her iki yönde doğrusal hareket
dairesel harekete çevrilmiş olur (Sağa ve sola). Dönme hareketinin açısal değeri için
genellikle kullanılan açılar 45°, 90°, 180°, 270°, 720° dir. Bazen bir ayar vidası ile
strok sınırlanabileceğinden bu açı maksimum bir değerden minimum bir değere
çevrilerek de kullanılabilir. Döndürme momenti basınca, piston yüzeyine ve dişli
çarkın yarıçapına bağlıdır. Bu silindirler boruların büzülmesinde, iş parçalarının
52
çevrilmesinde, klima cihazlarının kumandasında, valf ve klapelerin kumandasında
kullanılır. Şekil (58).
Şekil 58 - Döner silindir
Pnömatik Silindir Bağlantı Şekilleri:
Bağlantı elemanları silindirlerin makina veya aparatlara monte edilmesini sağlar. Bu
elemanlar imal edilirken silindire rahatlıkla adapte edilebilecek şekilde boyutlandırılır.
Şekil (59)
53
Şekil 59 - Pnömatik silindirlerin bağlantı şekilleri
4.2 Hava Motorları
Hava motorları havanın basınç enerjisini dairesel mekanik harekete çevirirler. En
önemli özellikleri güçlerine göre boyutlarının küçüklüğü ve uygun moment
karakteristiklerinden dolayı geniş bir hız aralığında kolaylıkla kontrol edilebilmeleridir.
Bu motorlar ısı, nem, kir ve titreşim gibi ağır çalışma koşullarında çalışabilirler, ve
zarar görmeksizin durma noktasına kadar yüklenebilirler. Zehirli gaz yaymazlar ve
herhangi bir patlama riski taşımazlar. Farklı uygulamalara adapte edilebilmeleri
nedeniyle hava motorları petrol sondaj platformlarındaki büyük vinçlerden küçük
motorlu hava tornavidalarına kadar geniş bir alanda kullanılırlar.
54
Hava motorlarının karakteristikleri:
Tüm hava motorları tasarımlarına bakılmaksızın bazı ortak karakteristiklere sahiptir.
Bu, bir moment-güç-mil hızı diyagramında gösterilebilir. Eğer motor yüksüz çalışırsa
moment sıfırdır, maksimum mil hızı (boşta hız) elde edilir. Motor yüklendiğinde hız
düşerken motorun sağladığı moment lineer olarak artar. Motor daha fazla
yüklendiğinde daha büyük moment sağlanır. Hızın azalması ile momentin artması
özelliği uygun düşük hız karakteristikleri sağlar. Hava motorunun aşırı yükte durma
nedeniyle zarar görmemesi pekçok uygulama için yararlıdır. Bu motorlar bir miktar
zorunlu geri dönüşe de dayanabilirler. Hava motoru çalışmaya başladığında
sağlanan moment, (başlama momenti) başlama anında pistonların veya kanatların
konumuna göre değişebilir.
Motorun çalışmaya başlamasından emin olmak için minimum başlama momenti yük
momentinden daha büyük olmalıdır. Moment ve hızın fonksiyonu olan çıkış gücü
hava motorunda maksimum değerini yaklaşık boşta hızın yarı değerinde alır. Şekil
(60)
Pistonlu motorların daha iyi sonuç verdiği uygulamalar:
—Başlamada ve düşük hızda yüksek moment,
—Yüksek momentte düşük hava tüketimi,
—Düşük hızlarda etkin kontrol,
—İyi frenleme kapasitesidir.
Şekil 60 - Ayarlanmış bir hava motoru için güç ve mil hızı arasındaki ilişki
55
Kanatlı motorlar, yüksek iletim hacmi ve yüksek hızları ile yüksek özgül güç sağlarlar.
Bu da kütle ve hacmin kritik olduğu el aletleri için uygundur. Kanatlı motorlar basit ve
daha az elemana sahiptirler. Pistonlu motorlarla mukayese edildiğinde kanatlı
motorların dezavantajı basınçlı hava kaçağının fazla olmasıdır. Gerçekte de kanatlı
motorlar düşük hız ve uygulamaları için tasarımlanmıştır. Başlama ve düşük hızlarda
kanatlar rotor içine yapışırlar ve momentin azalmasına neden olurlar.
Çoğunlukla optimum gücü sağlayan motor yeterli yüksek momente sahip değildir. Bu
gibi durumlarda gereksiz yere büyük güçte bir motor seçmemek için çoğu kanatlı
motorlar bir veya iki kademeli bir planet dişli kutusu ile birlikte kullanılır.
Hız kontrolü:
Motorun belirli bir momentteki hızı giriş ve çıkış arasındaki kısmaya bağlı olarak
belirlenir. Fakat motora karşı koyan yükü yenebilmek için yeterli ortalama bir basınç
bırakılmalıdır. (Şekil (61) (62).
Şekil 61 –Motora giren havanın kısılma ile hız kontrolu
Şekil 62 - Basınç değiştirilerek hız kontrolu yapılması
56
Şekil 63 - Hava motorları ile ilgili bazı karakteristikler
Hava motorları ile uygun bir konstrüksiyonla 500.000 dev/dk. lık devir sayısına
çıkılabilir. Sanayide 0,1-400 Nm’lik moment değerleri arasında çalışılabilir. Buna bağlı
olarak elde edilebilir güç 0,001-80 kW. civarındadır. Çok özel hallerin dışında bu
değerlerin pek dışına çıkılmaz.
Hava motorlarının olumlu özellikleri:
1) Moment ve devir sayısı kademesiz olarak ayarlanabilir,
2)
Küçük boyut ve ağırlıklardan büyük güç alma imkanı vardır, (Dolayısıyla el
aletlerinde tercih edilir)
3) Düşük yatırım ve işletme maliyeti,
4) Aşırı yükten korunabilme,
5) Nemli ve patlama tehlikesi olan yerlerde rahatlıkla çalışma imkanı,
6) Pislik, toz ve aşırı sıcaklığa karşı hassas değildir,
7) Bakımı kolaydır,
8) Anında tersine çevrilebilirle imkanı mevcuttur.
57
Hava Motorlarının İmalat Yöntemlerine Göre Çeşitleri:
a)Pistonlu Tip Hava Motorları:
İki türü vardır. Radyal tip ve eksenel tip.
i)Radyal Tip Hava Motoru:
Bir krank-biyel mekanizması etrafında yerleştirilmiş olan pistonlar belli bir sıra ile
hava basıncına maruz bırakılır. Herbiri krank-biyel mekanizmasını dönmeye zorlar.
Böylece mekanizmaya bağlı olan mil de dönmeye başlar. Uygulamada düzgün ve
sessiz bir çalışma sağlayabilmek için piston sayısı tek sayıda seçilir. Şekil (64) Küçük
basınç aralıklarında (0,1-0,5 bar) piston yerine dairesel kesitli diyafram seçilir.Radyal
tip motorların düzgün bir moment grafiği vardır ve çok küçük devir sayılarında
çalışabilirler. Boşta çalışma devir sayıları max 4000 dev/dk.dır. Sürekli çalışma devir
sayısı ise 500-1500 dev/dk.dır.
Şekil 64 – Radyal pistonlu tip hava motoru
ii)Eksenel Pistonlu Tip Hava Motoru:
Bu tip motorlarda pistonlar tahrik miline paralel yerleştirilmiştir. Pistonlar uç kısımda
bir eğim plakasını tahrik etmekte, bu sayede mil dönmeye zorlanmaktadır. Düşük
devirlerde döndürme momenti düzgün bir grafiğe sahiptir. Yük altındaki devir sayısı
1500-2500 dev/dk.dır. Boşta çalışma devir sayısı 5000 dev/dk.ya ulaşır. Alınabilen
güç aralığı 1,5-19 kw.dır. (Şekil 65).
58
Şekil 65 – Eksenel pistonlu tip hava motoru
b)Paletli Tip Hava Motoru:
Dairesel kesitli bir motor gövdesi içerisine eksantrik olarak yerleştirilmiş bir rotor ve
onun üzerine açılmış yarıklara yerleştirilmiş kanatçıklardan oluşur. Şekil (66) Rotor
göbeğinde motor milini tahrik etmektedir. Kanatlar yay kuvveti ve merkezkaç kuvvet
ile gövde iç yüzeyini kavramaktadır. Basınçlı hava giriş deliğinden girerek kanat
yüzeylerine etkimekte ve rotoru dolayısıyla mili dönmeye zorlamaktadır. Döndürme
momentinin büyüklüğü hava basıncına, kanat alanına, kanat sayısına ve rotor
yarıçapına bağlıdır. (Genellikle el aletlerinde taşlama, delme ve vidalama işlemlerinde
hafif oldukları için tercih edilir) En uygun devir sayısı aralığı 5000-10000 dev/dk.dır.
Döndürme momenti pistonlu tiplerin aksine düşük devir sayılarında pek düzgün bir
karakteristik vermez. Güç aralığı 0,1-17 kw dır.
Şekil 66 – Paletli tip hava motoru
59
c)Dişli Tip Hava Motoru:
Bu motorlar iki adet dişliden oluşur. Dişlilerden bir tanesi mili tahrik etmektedir. Hava
girişi dişlilerin birbirleri ile birleşme yaptıkları delikten olur. Şekil (67) Değişik dişli
profiller kullanılabilir. Düz, çavuş, helisel v.s gibi. Moment grafiği bütün devir boyunca
düzgündür. Max. güç 44 KVV.dır.
Şekil 67 – Dişli tip hava motoru
d)Türbin Tip Hava Motoru:
Küçük güçlerde kullanılır.Fakat devir sayısı aralığı çok büyüktür. Max. 500000
dev/dk.ya çıkılabilir. (Diş doktorlarının kullandığı aletlerde rastlanır.) Çalışma ilkesi
türbin tip kompresörlerin aynısıdır. Şekil (68).
Şekil 68 – Türbin tip hava motoru
Şekil 69 – Hava motoru ile çalışan matkap
60
5. Pnömatik Devre Örnekleri
Örnek 1:
Yukarıdaki
pnömatik
devre
diyagramında
bir
freze
tezgahının
tablası
gösterilmektedir.Bu tabla aşağıdaki şartlar gerçekleştiğinde hareket etmektedir.
a)Freze motoru çalışıyor,
b)Koruyucu panel kapalı,
c)Başlama düğmesi çalışmamış,
d)Ayar düğmesi çalıştırılmamış.
Eğer tezgah yeni bir işlem için tekrar ayarlanırsa bu kez tabla aşağıdaki şartlar
gerçekleştiğinde çalışmalıdır.
a)Başlama düğmesi çalıştırılmış,
b)Ayar düğmesi çalıştırılmış,
c)Emniyet düğmesi çalıştırılmış.
61
a-freze motoru
b-koruyucu panel
c-başlama düğmesi
d-ayar düğmesi
e-emniyet valfi
Örnek 2:
Çift etkili bir silindir belirli sinyal kombinasyonları oluştuğunda ileri hareket
etmelidir.a,b,c olmak üzere üç düğmeli valf vardır.Herhangi iki düğmeli valfe
basıldığında silindir ileri hareket eder,biri bırakıldığında geri döner.
Mantık diyagramı
62
Pnömatik devre diyagramı
Örnek 3:
Döner Kapı Kontrol Sistemi
İki depoyu birbirine bağlayan bir kapının her iki depodan da açılıp kapanabilmesi
istenmektedir.Ayrıca kapıyı bir depodan açıp öbüründen kapatmak mümkün
olmalıdır.
-Temel elemenları kullanarak devre diyagramını,
-Pnömatik elemanlar ile denge diyagramını bulunuz.
Kapı kontrolu
63
a anahtarı
b anahtarı
kapı
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
Temel elemanları kullanarak devre diyagramı
Pnömatik devre diyagramı
64
Örnek 4:
Plastik bir parçaya kesme suretiyle çentik açılacaktır.Parçalar üç doğrultudan aparata
yerleştirilebilir.Üç pnömatik duyarga plastik parçanın yerleştirilmesini test eder.Kesme
işlemi,en az iki duyarganın çıkış sinyali 1 olduğunda başlatılabilir.
-Temel elemanları kullanarak devre diyagramını,
-Pnömatik devre diyagramını bulunuz.
Kesme aparatı
a,b
c
Kesme işlemi
0,0
0
0
0,1
0
0
0,1
1
1
1,1
0
1
1,1
1
1
1,0
0
0
1,0
1
1
65
Temel elemanlar ile devre diyagramı
Pnömatik devre diyagramı
66