Pnömatik Aygıtlar nelerdir? Pnömatik sistemi ile çalışan aygıtlar nelerdir? Pnömatik aygıtların gelişimi nasıl olmuştur? Çalışma prensipleri.
Pnömatik aygıtlar, basınçlı hava kullanan ya da üreten alet ve aygıtlar. Sondaj matkapları, havalı çekiçler, perçinleme makineleri. dövme presleri, boya püskürteçleri ve atomizörler pnömatik aygıt türleridir.
Sıkıştırılmış havadan sağlanan güç esnek, ucuz ve güvenliklidir. Havayla çalışan aygıtlar kıvılcım üretmediğinden patlayıcı atmosferlerde, elektrik çarpma tehlikesi olmadığından da nemli koşullarda kolaylıkla kullanılabilir. Küçük bir sıkıştırıcı (kompresör) yardımıyla aygıtın çalışması için gerekli olan sıkıştırılmış hava üretilerek bir tankta toplanabilir ve buradan aralıklarla kullanılabilir. Sıkıştırılmış hava sisteminin öbür özellikleri de çeşitli özel uygulamalar açısından oldukça yararlıdır.
Örneğin, supap ya da silindir ve piston gibi aygıtlar, boru, tüp ya da esnek hortumlar aracılığıyla başka aygıtlara kolayca bağlanabilir – Pnömatik aygıtların pek çok hareketi supaplar aracılığıyla basitçe denetlenebilir. Öte yandan, örneğin silindir içinde hareket eden bir pistonun hareket hızı kısa sürede ve herhangi bir sarsıntıya yol açmadan değiştirilebilir. Havalı sistemlerde hız ve hareket denetimi son derece kolaydır. Sistemin çeşitli yerlerine yerleştirilen güvenlik supaplarının yardımıyla, düzeneğin aksamadan ve güvenlikli biçimde çalışması sağlanır. Pnömatik aygıtların denetimi kolay, etkin ve merkezidir. Havalı sistemlerde hareketli parça sayısı genel olarak az olduğundan, bu aygıtların güvenilirlikleri yüksek, bakım giderleri düşüktür.
Pnömatik aygıtların gelişimi.
Eskiden demir ve diğer metallerin ergitilmesinde kullanılan el körükleri basit hava sıkıştırıcılarıydı. Bu körüklerde hava giriş ağzı, bir tahta parçası üzerine açılmış deliklerden oluşuyordu ve bu delikleri kapatan küçük kapakçıklar da supap görevini görüyordu. Çıkış ağzına konan basit bir denetim subapıyla da emme sırasında dışarı püskürtülen havanın tekrar körüğe girmesi önlenmekteydi. Heron döneminde (olasılıkla İS 1. yüzyılda), ergitme ve dövme işlemlerinde gerekli olan havayı elde etmek için bu tür körüklerden yararlanılıyordu.
17. yüzyılda Alman fizikçi ve mühendis Otto von Guericke, giriştiği bir dizi deney sonucunda hava sıkıştırıcıları önemli ölçüde geliştirdi. 1829’da, havayı bir dizi silindirden geçirerek sıkıştıran bir bileşik ya da aşamalı sıkıştırıcının patenti alındı. 1872’de, sıkıştırma sırasında silindir içine basınçlı su püskürterek soğutma yöntemi bulundu; daha sonraları da daha etkili soğutma sağlayan su gömlekleriyle donatılmış silindirler kullanılmaya başladı. 1866’da ABD’de Massachusetts’teki North Adams’da inşa edilmekte olan Hoosac Tüneli’nin yapım çalışmalarında ilk kez büyük ölçekli, dört silindirli sıkıştırıcılardan yararlanıldı.
20. yüzyılda sıkıştırılmış hava ve pnömatik aygıt kullanımı hızla yaygınlaştı. Sivil ve askeri uçaklarda jet motorlarının kullanılmaya başlaması, eksenel ve merkezkaç akışlı sıkıştırıcıların geliştirilmesi yolundaki çalışmalara hız kazandırdı. Otomatik makinelerin, daha az iş gücüne gereksinim duyan aygıtların ve otomatik denetim sistemlerinin ortaya çıkması da pnömatik aygıt kullanımını artırdı. 1960’ların sonlarında çeşitli enerji ve denetim sistemlerinde kullanılabilen, sayısal mantıklı pnömatik denetim elemanları ortaya çıktı.
Başlıca pnömatik aygıtlar.
Hava sıkıştırıcıları ve pnömatik aletler pnömatik aygıtların en önemli sınıfını oluşturur. Sıkıştırılmış havadan yararlanılan öteki donanımlar boya püskürtme aletleri, malzeme taşımada kullanılan pnömatik tüpler ve fren sistemleridir.
Sıkıştırıcı, havanın ilk giriş basıncından (genellikle atmosfer basıncı) daha yüksek basınçlara sıkıştırılmasında kullanılan motorlu bir makinedir. Diğer akışkan makinelerinde olduğu gibi sıkıştırıcılar da akışkanın ya da havanın etkisine bağlı olarak, statik basınçlı volümetrik ve dinamik tip olmak üzere başlıca iki grupta toplanır.
Statik basınçlı sıkıştırıcıların özgün hareketi, hacimsel değişim ya da yer değiştirmedir. Belirli hava hacimleri art arda kapalı bir bölmeye sokulduktan sonra, bölmenin hacmi daraltılarak havanın basıncı artırılır. Basit el pompalarında basınç, bir pistonun silindir içinde hareket ettirilmesiyle yükseltilir. Statik basınçlı sıkıştırıcılar alternatif (düz bir hatta ileri-geri) hareketli ve dönel (dairesel bir yol üzerinde) hareketli olmak üzere iki alt gruba ayrılabilir. Statik basınçlı sıkıştırıcılarda, sızıntı dikkate alınmazsa, sıkıştırıcının içindeki akışın hacimsel hızı (cm3/sn cinsinden) geniş bir boşaltma basıncı aralığında sabit kalır.
Turbo sıkıştırıcı olarak da adlandırılan dinamik tip sıkıştırıcılar merkezkaç ve eksenel olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Merkezkaç sıkıştırıcılarda akış dönel bir rotor içinde ve radyal doğrultuda gerçekleşir; eksenel sıkıştırıcılarda ise akış dönme eksenine paralel doğrultudadır. Akışkan jetli sıkıştırıcılar da bu gruba sokulabilir.
Pnömatik aletler çalışma sistemlerine göre, alternatif pistonla hareketli ya da rotorlu olmak üzere iki gruba ayrılır. Her iki alete de hava motoru denir. Bir dönel sıkıştırıcı ters yönde çalıştırıldığında bir tür hava motoru işlevi görür. Sıkıştırılmış hava motorun karterine girerek merkezdeki bir milin çevresindeki kanatlara çarpar ve milin dönmesini sağlar. Bu tür bir hava motoru milinin ucuna taşlama çarkı, matkap ucu ya da benzeri bir başka alet takılabilir. Alternatif hareketli bir sıkıştırıcı ters yönde çalıştırıldığında da motor işlevi görür. Sıkıştırılmış hava silindire girer, burada genleşerek pistonu hareketlendirir. Pistonun geri dönebilmesi için, ters yönden püskürtülen basınçlı havadan ya da bir yay düzeneğinden yararlanılabilir. Gel-git hareketi yapan pistonun ucuna da, örneğin bir perçin tabancası bağlanabilir. Pnömatik aletlerde kullanılan sıkıştırılmış havanın basıncı yaklaşık 6,33 kadardır.
Basınçlı havayla çalışan aletler daha hafiftir, daha kolay çalıştırılabilir ve rahatlıkla taşınabilir. Su altında kullanıldıklarında basınçlı hava suyun hava motoruna girmesini önler.
Pnömatik aletler taşınabilir aletler ve sondaj matkapları olmak üzere iki gruba ayrılabilir.
Başlıca taşınabilir pnömatik aletler, aşındırıcı makineler (taşlama, kum püskürtme vb aletleri), el matkabı, el raybası, somun ve cıvata sıkma tabancaları, havalı çekiçler ve makaslardır. Bunlar çoğunlukla döner kanatlı hava motorlarıyla çalışır. Aletin çalışma hızı, motora giren hava miktarı değiştirilerek ayarlanır. Hava motorları aşırı yük altında ısınmaz; aniden durdurulduklarında ya da yükün yönü değiştiğinde alet bundan zarar görmez.
Sondaj matkapları madencilikte ve kazı işlemlerinde kullanılır. Darbeli ya da çarp-malı sondaj makinesi bu tür pnömatik aletlerden biridir. Darbeli sondaj makinesi, bir piston ve yüksek karbonlu çelikten yapılmış bir delici uçtan oluşmaktadır. Silindirin sonundaki bir aynaya gevşek biçimde yerleştirilen matkap, serbestçe hareket etmekte olan pistonun darbeleriyle hızla kaya ya da taşa çarpar. Aşağıya doğru eğimli deliklerin açılması sırasında, delik içinde kalan molozların bir başka yolla temizlenmesi gerekir. Bu amaçla genellikle içi boş matkaplar kullanılır ve ucun içine su ya da hava püskürtülerek hem matkap soğutulur hem de delikteki molozlar boşaltılır. Tünel ya da yatay maden galerileri açma işleminde ise, drifter denen yatay kazı makineleri kullanılır. Bu aygıtlar çeşitli taşıyıcı zeminlerin üzerine yerleştirilir.
Elle çalıştırılan pnömatik çekiçlerde sert çelik delgiler kullanılır. Keskin ağızlı delgiler, dönerek değil, ileri geri çarparak kırar. Pnömatik çekiçler supaplı ya da supapsız olabilir.
Boya püskürtme tabancaları da sıkıştırılmış havayla çalışır.
Tabancanın içinde boya atomize hale getirilir ve sıkıştırılmış havayla karıştırılır. Daha ince püskürtmeli, kalem biçimindeki püskürtücülere ise hava fırçası denir. Hava fırçalarından daha duyarlı işlemlerde (örn. fotoğraf rötuşu) yararlanılır. Çeşitli malzemelerin taşınmasında pnömatik taşıyıcılardan (konveyör) yararlanılır. Basınçlı taşıyıcılarda, sıkıştırıcının çıkış ağzı taşıyıcı sistemin giriş ağzına bağlıdır. Vakumlu taşıyıcılarda ise sıkıştırıcının girişi, taşıma sisteminin çıkışına bağlıdır. Sistem boyunca oluşturulan hava basıncı farkı taşınacak malzemenin niteliğine bağlıdır. Bugün birçok ülkede pnömatik posta denen yöntem uygulanmaktadır. Bu sistemde özel bir kapsül içine yerleştirilen posta, basınçlı boruların içinden, bir yerden bir başka yere gönderilir.
Trenlerin, büyük otobüs ve kamyonların fren sistemleri hava basıncıyla çalışır. Sistem. bir hava silindiri içindeki piston aracılığıyla harekete geçirilir. Demiryolu vagonlarındaki havalı fren sistemi sıkıştırıcı, pnömatik supaplar, basınç ayarlayıcısı (regülatör), boru donanımı, sıkıştırılmış hava tankı ve başka yardımcı donanımlardan oluşur.