DUDAKLI SIZDIRMAZLIK ELEMANLARINDA SIZDIRMAZLIK ANALİZİ

Benzer belgeler
KAYMALI YATAKLAR I: Eksenel Yataklar

KAYMALI YATAKLAR II: Radyal Kaymalı Yataklar

KAYMALI YATAKLAR. Kaymalı Yataklar. Prof. Dr. İrfan KAYMAZ. Erzurum Teknik Üniversitesi. Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü

KAYMALI YATAKLAR-II RADYAL YATAKLAR

HİDROLİK. Yrd. Doç. Dr. Fatih TOSUNOĞLU

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

ÇEV-220 Hidrolik. Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Demet KALAT

TAŞINIMIN FİZİKSEL MEKANİZMASI

SÜRTÜNME Buraya kadar olan çalışmalarımızda, birbirleriyle temas halindeki yüzeylerde oluşan kuvvetleri etki ve buna bağlı tepki kuvvetini yüzeye dik

SORU 1) ÇÖZÜM 1) UYGULAMALI AKIŞKANLAR MEKANİĞİ 1

Elastisite Teorisi Hooke Yasası Normal Gerilme-Şekil değiştirme

Kirişlerde Kesme (Transverse Shear)

SIZDIRMAZLIK Sİ S STEMLER İ İ Vedat Temiz

Bölüm 8: Borularda sürtünmeli Akış

SORU #1. (20 p) (İlişkili Olduğu / Ders Öğrenme Çıktısı: 1,5,6 Program Çıktısı: 1)

Pervane 10. PERVANE TEORİLERİ. P 2 v 2. P 1 v 1. Gemi İlerleme Yönü P 0 = P 2. Geliştirilmiş pervane teorileri aşağıdaki gibi sıralanabilir:

YAĞLAMA VE KAYMALI YATAKLAR

AKM 205-BÖLÜM 2-UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ

DİŞLİ ÇARKLAR I: GİRİŞ

KALIN CİDARLI SİLİNDİR

Malzemelerin Mekanik Özellikleri

MMU 420 FINAL PROJESİ. 2015/2016 Bahar Dönemi. Bir Yarı eliptik yüzey çatlağının Ansys Workbench ortamında modellenmesi

(b) Model ve prototipi eşleştirmek için Reynolds benzerliğini kurmalıyız:

MAKİNA ELEMANLAR I MAK Bütün Gruplar ÖDEV 2

NÖ-A NÖ-B. Şube. Alınan Puan. Adı- Soyadı: Fakülte No: 1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin eşit olduğunu gösteriniz. 1/6

KAVRAMALAR SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE ELEMANLARI-II DERS NOTU. Doç.Dr. Akın Oğuz KAPTI

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

RİJİT CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

BASINÇLI KAPLAR Endüstride kullanılan silindirik veya küresel kaplar genellikle kazan veya tank olarak görev yaparlar. Kap basınç altındayken

2. Basınç ve Akışkanların Statiği

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

HİDROLİK MAKİNALAR YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI

MAK 210 SAYISAL ANALİZ

MMU 420 FINAL PROJESİ

DİŞLİ ÇARKLAR III: HELİSEL DİŞLİ ÇARKLAR

DİŞLİ ÇARKLAR II: HESAPLAMA

İ çindekiler. xvii GİRİŞ 1 TEMEL AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ BERNOULLİ DENKLEMİ 68 AKIŞKANLAR STATİĞİ 32. xvii

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ LABORATUARI

KAYMA GERİLMESİ (ENİNE KESME)

RULMANLI YATAKLAR. Dönme şeklindeki izafi hareketi destekleyen ve yüzeyleri arasında yuvarlanma hareketi olan yataklara rulman adı verilir.

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

Pnömatik Silindir Tasarımı Ve Analizi

DİŞLİ ÇARKLAR III: HELİSEL DİŞLİ ÇARKLAR

9. TOPRAKTA GERİLME DAĞILIMI VE YANAL TOPRAK BASINCI

Prof. Dr. İrfan KAYMAZ

FRENLER SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE ELEMANLARI-II DERS NOTU

BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) 2 DİŞLİ ÇARKLAR I: GİRİŞ

Taşınım Olayları II MEMM2009 Akışkanlar Mekaniği ve Isı Transferi bahar yy. borularda sürtünmeli akış. Prof. Dr.

Saf Eğilme(Pure Bending)

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

İNŞAAT MALZEME BİLGİSİ

BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK490 Makine Laboratuarı Dersi Akışkanlar Mekaniği Deneyi

MOBİL HİDROLİKTE KULLANILAN SİLİNDİRLERİN BOĞAZ SIZDIRMAZLIK ELEMANLARININ SONLU ELEMANLAR METODU İLE GELİŞTİRİLMESİ

Makine Elemanları II Prof. Dr. Akgün ALSARAN. Konik Dişli Çarklar DİŞLİ ÇARKLAR

29. Düzlem çerçeve örnek çözümleri

T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MIM331 MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ

ELEKTRİKSEL POTANSİYEL

ÇATI MAKASINA GELEN YÜKLER

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

MMU 402 FINAL PROJESİ. 2014/2015 Bahar Dönemi

BİYOLOLOJİK MALZEMENİN TEKNİK ÖZELLİKLERİ PROF. DR. AHMET ÇOLAK

9. TOPRAKTA GERİLME DAĞILIMI VE YANAL TOPRAK BASINCI

r r r F İŞ : Şekil yörüngesinde hareket eden bir parçacık üzerine kuvvetini göstermektedir. Parçacık A noktasından

1.Yüzey Basınç (Pitting) Kontrolü, ISO6336:2006. = Nominal yüzey basıncı K faktörleri = Çalışma şartlarına uygun düzeltme katsayıları

Yrd. Doç. Dr. Fatih TOSUNOĞLU Erzurum Teknik Üniversitesi Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü

EKSENEL YÜKLERDEN OLUŞAN GERILME VE ŞEKİL DEĞİŞİMİ Eksenel yüklü elemanlarda meydana gelen normal gerilmelerin nasıl hesaplanacağı daha önce ele

Şekil 1:Havacılık tarihinin farklı dönemlerinde geliştirilmiş kanat profilleri

Doğrusal Demet Işıksallığı 2. Fatma Çağla Öztürk

RULMANLI VE KAYMALI YATAKLARDA SÜRTÜNME VE DİNAMİK DAVRANIŞ DENEY FÖYÜ

Özel Laboratuvar Deney Föyü

JFM 301 SİSMOLOJİ ELASTİSİTE TEORİSİ Elastisite teorisi yer içinde dalga yayılımını incelerken çok yararlı olmuştur.

MÜHENDİSLER İÇİN VEKTÖR MEKANİĞİ: STATİK. Bölüm 1 Temel Kavramlar ve İlkeler

Hidrostatik Güç İletimi. Vedat Temiz

Dairesel Temellerde Taban Gerilmelerinin ve Kesit Zorlarının Hesabı

İŞ : Şekilde yörüngesinde hareket eden bir parçacık üzerine kuvveti görülmektedir. Parçacık A noktasından

KİRİŞLERDE PLASTİK MAFSALIN PLASTİKLEŞME BÖLGESİNİ VEREN BİLGİSAYAR YAZILIMI

T.C. GAZĠ ÜNĠVERSĠTESĠ MAKĠNE RESĠM VE KONSTRÜKSĠYON ÖĞRETMENLĠĞĠ ANABĠLĠM DALI LĠSANS TEZĠ KAYMALI YATAKLAR. Hazırlayan : Ġrem YAĞLICI

BURULMA. Deformasyondan önce. Daireler yine dairesel kalır. Boyuna çizgiler çarpılır. Radyal çizgiler doğrusal kalır Deformasyondan sonra

Örnek: Şekilde bir dişli kutusunun ara mili ve mile etki eden kuvvetler görülmektedir. Mildeki döndürme momenti : M d2 = Nmm dur.

Zemin Gerilmeleri. Zemindeki gerilmelerin: 1- Zeminin kendi ağırlığından (geostatik gerilme),

PLASTİK ŞEKİL VERME (PŞV) Plastik Şekil Vermenin Temelleri: Başlangıç iş parçasının şekline bağlı olarak PŞV iki gruba ayrılır.

MİLLER ve AKSLAR SAKARYA ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE ELEMANLARI-I DERS NOTU

YUVARLANMALI YATAKLARIN MONTAJI VE BAKIMI

Mobil Hidrolik için Sızdırmazlık Çözümleri. Your Productivity Partner

Tanım Akışkanların Statiği (Hidrostatik) Örnekler Kaldırma Kuvveti Örnek Eylemsizlik Momenti Eylemsizlik Yarıçapı

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

İÇİNDEKİLER 1. Bölüm GİRİŞ 2. Bölüm TASARIMDA MALZEME

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK 402 MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 9A GERİNİM ÖLÇER KULLANARAK GERİLİM ANALİZİ YAPILMASI

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ISI TRANSFERİ LABORATUARI

AKM 202. Akışkanlar Mekaniği. Ders Notları. 9.Bölüm. Sıkıştırılamaz Viskoz Dış Akış İTÜ. Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi.

AKM 205 BÖLÜM 2 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ. Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

RULMANLAR YUVARLANMALI YATAKLAR-I. Makine Elemanları 2. Doç.Dr. Ali Rıza Yıldız. BURSA TECHNICAL UNIVERSITY (BTU) Department of Mechanical Engineering

AÇIK KANAL AKIMI. Hopa Yukarı Sundura Deresi-ARTVİN

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

SU ÜRÜNLERİNDE MEKANİZASYON

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

Dişli çark mekanizmaları en geniş kullanım alanı olan, gerek iletilebilen güç gerekse ulaşılabilen çevre hızları bakımından da mekanizmalar içinde

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

KAYIŞ-KASNAK MEKANİZMALARI

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

Transkript:

0 DUDAKLI SIZDIRMAZLIK ELEMANLARINDA SIZDIRMAZLIK ANALİZİ Metin AKKÖK ÖZET Dönen miller için kullanılan sentetik kauçuktan yapılmış dudaklı sızdırmazlık elemanlarında yağ kaçağının nedenlerinin anlaşılması ve kaçak miktarının belirlenmesi için sızdırmazlık mekanizmasının incelenmesi ve sızdırmazlık performansını belirleyen parametrelerin belirlenmesi gereklidir. Sızdırmazlık elemanı dudağı ile dönen mil yüzeyi arasındaki hidrodinamik yağ basıncı dudak üzerinde elastik deformasyona ve yağ fildeki kayma gerilmesi kayma deformasyonuna neden olmaktadır. Bu nedenle hidrodinamik basınç dağılımı ile birlikte dudak üzerindeki deformasyonun birlikte çözümünün yapıldığı elastohidrodinamik analiz yöntein uygulanması gereklidir. Bu çalışmada dönen mil yüzeyi katı ve pürüzsüz bir yüzey olarak, sızdırmazlık elemanı dudağı ise sabit duran, ondülasyonlar içeren pürüzlü ve elastik bir yüzey olarak alınmıştır. Radyal elastik deformasyonları dikkate alarak belirlenen yağ film kalınlığı dağılımı için Reynolds denklemi sonlu farklar yöntemi kullanılarak çözülerek basınç dağılımı hesaplanmış ve yağ kaçak miktarı belirlenmiştir. Yağ fildeki kayma gerilmesi nedeniyle kayma deformasyonu sonucu oluşan yağ film şekli dikkate alınarak yapılan hesaplamalar sonucunda ondülasyon üzerindeki kayma deformasyonunun yağ kaçağını azalttığı gösterilmiştir. GİRİŞ Dudaklı sızdımazlık elemanları yağ ile çalışan mekanik sistemlerde yağ içeren taraftan dış çevreye yağ kaçağını önlemek ve dış çevreden yağ tarafına kirlilik oluşturacak parçacıkların girmesini engellemek amacıyla kullanılmaktadır. Sızdırmazlık elemanı bir metal gövde ile bu gövde üzerine kaplanmış sentetik kauçuktan yapılmış manşet ve mil ile tyemas eden dudaktan oluşmaktadır. Sızdırmazlık elemanının gövdesi makina parçasındaki yuva içine ve sızdırmazlık dudağı ise dönen mil üzerine yerleştirilerek kullanılmaktadır. Şekil de gövde ve mil üzerine yerleştirilmiş bir sızdırmazlık elemanı gösterilmektedir. Dudak ile dönen mile baskı uygulamak amacıyla kauçuk dudak arkasına yerleştirilen bir halka yay ile mil yüzeyine çepeçevre bir radyal baskı uygulanmaktadır. Bu tip sıdırmazlık elemanları bir çok uygulamada yaklaşık 50 yıldır kullanılmakta olmasına rağmen sızdırmazlık mekanizması üzerine yapılan deneysel sunuçları açıklayan temel kuramsal çalışmalar halen yetersidir. Bu kapsamda radyal sızdırmazlık elemanlarında hidrodinamik yağlama mekanizması ve bunun sonucu oluşan yağ kaçağı miktarının açıklanmasına yönelik olarak yapılmış çalışmalar da vardır [-7 ]. Sızdırmazlık elemanları üzerinde yapılan deneysel çalışmalar temas yükü ve sızdırmazlık mekanizmasının mil yüzeyi ile temas durumundaki dudaklar üzerindeki mikro-geometri ile çok yakından etkilenmektedir. Uygulmada sızdırmazlık elemanın dudak yüzeylerinde çok farklı tipte mikro geometriler kullanılmaktadır. Bunlar küçük ölçekte mikro pürüzler olabileceği gibi büyük ölçekte de olabilmekte ve mikro ondülasyonlar olabilmektedir [2].

02 Şekil 2.a da dudak üzerindeki mil eksenine paralel ondülasyonların statik durumdaki şekli verilmiş ve koordinat sistemi gösterilmiştir. Şekil 2.b de dinamik çalışma durumunda çevre yönünde kayma nedeniyle yağ filde oluşan kayma gerilmeleri sonucunda şekil değiştiren ondülasyonlar gösterilmiştir. Dönen mil ile dudak yüzeyi arasında oluşan yağ akımı filmdeki basınç dağılımını, kayma gerilmesini ve kaçak oranını belirler. Yağ film basıncı dudağın radyal deformasyonuna, kayma gerilmesi de dudak yüzeyinin mil dönme yönünde deforme olmasına neden olur. Dudağın elastik deformasyonu mil yüzeyi ile dudak arasında oluşacak yağ film kalınlığını ve şeklini belirleyeceğinden, elastik deformasyon ve hidrodinamik basınç karşılıklı olarak etkilendiği sızdırmazlık dudağının analizi tümüyle elastohidrodinamik bir problemdir. Bu çalışmada dönen pürüzsüz bir mil yüzeyi ile temas halinde olan pürüzlü bir radyal dudaklı sızdırmazlık elemanın hidrodinamik analizi yapılmıştır. Bunlar; bir boyutlu ve mil eksenine paralel sinusoidal pürüzlü dudak yüzeyi ile mil eksenine paralel sinusoidal pürüzlü dudak yüzeyinin kayma yönünde deforme olması ile oluşan bir boyutlu pürüzlerdir. Bu çalışmanın amacı belirtilen bu iki yüzey pürüzünü içeren radyal sızdırmazlık elemanında yağ kaçak miktarının belirlenmesidir. Metal Bilezik Hava Tarafı Halka Yay Yağ Tarafı Duda Temas genişliği Şekil. Mil ve yuvaya yerleştirilmiş bir dudaklı radyal sızdırmazlık elemanı b : temas genişliği λ : dalga boyu U : Kayma hızı Yağ x y Hava tarafı x y a- Statik durumda b- Dinamik çalışma durumunda Şekil 2. Sızdırmazlık elemanı yüzeyi üzerindeki ondülasyonlar

0 YAĞ FİLM KALINLIĞI Dudak yüzeyinde milin dönmesi ile oluşan yağ film basıncının belirlenmesi için yağ film geometrisinin bilinmesi gereklidir. Dudak yüzeyindeki kayma yönündeki pürüzlülük, eksenel yöndeki dudak profili ve kayma gerilmesi nedeniyle deformasyon sonucu oluşan yağ geometrisi aşağıda verilmiştir. Yüzey Pürüzlülğü Geometrisi Ondülasyon genliği h olan dudak profilinin mil yüzeyinin kayma yönündeki değişimi aşağıdaki gibi ifade edilebilir. 2π r (x, y) = h cos (x d(y)) () λ h Burada d(y) dudaklardaki ondülasyonların yağ fildeki kayma gerilmesi nedeniyle mil çevresi yönündeki deformasyonudur. Deforme olmamış durumda ondülasyonlar Şekil 2.a da gösterildiği gibi mil eksenine paraleldir. Ancak dinamik çalışma durumunda mil eksenine paralel olan ondülasyonlar yağ filin dudak yüzeyi üzerinde mil dönme yönünde oluşturduğu kayma gerilmesi nedeniyle deforme olmaktadır. Radyal sızdırmazlık elemanı yüzeyinde mil dönüşü ile birlikte mil dönme yönünde oluşan teğetsel deformasyon deneysel olarak ölçülmüş ve kuramsal olarak da incelenmiştir [,]. Bu çalışmalarda sızdırmazlık elemanının Şekil 2.b de gösterildiği gibi teğetsel deformasyonunun eksenel pozisyona göre değiştiği ve dudağın hava tarafına göre en fazla deformasyonun ondülasyon genliğine oranı ile 2 arasında değiştiği belirlenmiştir. En fazla radyal deformasyonun oluştuğu nokta, yağ filmi en ince olduğu noktada olmakta ve sızdırmazlık elemanının geometrisi gereği bu nokta yağ tarafına yakın olduğu belirlenmiştir. Ayrıca yağ tarafındaki kayma deformasyonun hava tarafındaki deformasyona göre daha fazla olduğu da bulunmuştur. Bu çalışmada belirtilen özellikleri içeren teğetsel deformasyon olarak alınmıştır. Bu eşitlikle verilen deformasyon göreceli olarak tanımlanmıştır. Sızdırmazlık elemanı üzerindeki sinuzoidal pürüzlerdeki deformasyonlar birbirinin aynısı olacağından tüm pürüzlerde aynı deformasyon şekli oluşmaktadır. Bu nedenle bu deformasyonlar mutlak deformasyonlar olmayıp göreceli olarak tanımlanmıştır. Burada D katsayısı deformasyonun ondülasyon periyoduna göre en fazla değerini belirlemektedir. Bu değer deforme olmamış pürüzler için 0 ve deforme olmuş pürüzler için olarak alınmıştır. D yağ katsayısı yağ tarafındaki deformasyonun en fazla deformasyona oranını belirlemektedir ve bu değer yaklaşık 0.25 dir. Bu durumda ondülasyon genliği ile boyutsuzlaştırılmış yüzey pürüzlülüğünün dağılımı olarak ifade edilir. - (Y Y ) δ(y) = d(y) λ D cos Y = π D cos 2( Y cos (Y Y ) (D y ) ) 0 Y Y Y Y h r (x, y) H r (X,Y) = = cos2π (X δ(y)) () h Film Kalınlığının Eksenel Yöndeki Değişimi Sızdırmazlık elemanı mile belirli miktarda sıkı geçirilerek yerleştirilir. Elemanın temas noktasındaki dudağı elastik deformasyon ile ve rodaj süresince oluşan aşınma ile düzleşmektedir. Sızdırmazlık dudağının yağ tarafındaki açı hava tarafındaki açıdan büyüktür ve dudak bölgesinde oluşan deformasyon sonucunda dudak ile mil yüzeyi arasında oluşan yağ film kalınlığı simetrik olmamaktadır [4]. Bu bir çok araştırmacı tarafından deneysel olarak ve sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak modellenen dudak üzerinde gösterilmiştir. Bu çalışmada boyutsuz olarak yağ filin eksenel yöndeki değişimi aşağıdaki şekilde alınmıştır. (2)

04 π H a cos (Y Y ) 0 Y Y 2Y H 2 (Y) = (4) π H a cos (Y Y ) Y Y 2( Y ) Burada Ha dudağın eksenel yöndeki profil yüksekliğinin ondülasyon genliğine oranını, Y dudak ile mil yüzeyi arasında oluşan yağ filin eksenel yönde en ince yerinin yağ tarafına olan uzaklığının temas genişliğine oranını göstermektedir. Bir çok uygulamada bu değer 0.2 ile 0. arasında değişmektedir [, 4] ve bu çalışmada 0. olarak alınmıştır. Dudak ile mil yüzeyi arasında ortalama yağ film kalınlığı üzerindeki eksenel yöndeki radyal deformasyon ve kayma yönündeki teğetsel deformasyon ile tanımlanan toplam yağ film kalınlığı aşağıdaki şekilde ifade edilebilir. H(X, Y) = H 0 + H r (X,Y) + H 2 (Y) (5) BASINÇ OLUŞUMU Kayan düz bir yüzey ile sabit duran bir yüzey arasında tanımlanan bir yağ film kalınlığı içinde oluşan basınç dağılımı Reynolds denklemi ile belirlenir. Sızdırmazlık elemanı dudağı ile dönen mil yüzeyi arasında oluşan yağ film kalınlığı mil çapına göre çok küçük olduğu için mil yüzeyinin eğri yüzeyi ihmal edilerek düz bir yüzey olarak alınmıştır. h p h p = (Uh x 2μ x + y 2μ y ) (6) x Burada μ yağın çalışma sıcaklığındaki viskozitesi, U yüzeyin x yönündeki kayma hızıdır. Bu denkle çözümü verilen bir film kalınlığı için sayısal yöntemler kullanılarak yapılabilmektedir. Çözümün boyutsuz parametreler kullanılarak genelleştirlebilmesi amacıyla aşağıdaki boyutsuz parametreler tanımlabilir. x y h p X =, Y =, H =, P = (7) λ b h 6μ Uλ 2 h Bu boyutsuz parametreler ile Reynolds deklemi aşağıdaki şekilde ifade edilir. H X P λ + X b 2 H Y P H = Y X (8) Sızdırmazlık elemanı yüzeyi birbirini tekrarlayan pürüzlerden oluştuğu için sadece bir pürüzün tanımlandığı bölge için çözüm yapılmıştır. Sızdırmazlık dudağını temas genişliği gösteren iki yan kenarda atmosfer basıncı olarak sıfır alınmıştır. P(X,0) = P(X,) = 0, 0 X (9) Sızdırmazlık elemanı çevresince periyodik olan sinuzoidal yüzey pürüzlülüğünün hidrodinamik analizinde sadece bir periyodun incelenmesi yeterlidir. Bu nedenle bir periyot içinde oluşan basınç dağılımı birbirinin tekrarı olacağından periyot başlangıcında ve sonunda periyodiklik sınır şartı kullanılmıştır.

05 P(0, Y) P X X= 0 = P(, Y) P = X X= 0 Y (0) Mil yüzeyi ile temas eden dudağın her iki tarafının atmosfer basınçta yağ ile dolu olduğu düşünülerek, dudak temas bölgesi içinde ondülasyonların genişleyen bölümünde oluşan kavitasyon bölgesine yağın atmosferik basınçta girdiği kabul edilmiş. Reynolds kavitasyon şartı olarak bilinen bu şart yağ basıncı ve basınç değişiin sıfır olarak alınması ile uygulanmıştır. P(X, Y) P(X, Y) = 0 ve = 0 () n Reynolds kavitasyon sınır şartı Reynolds denklein ardışık tekrar yöntemi ile çözümü sırasında düğüm noktalarındaki basınç değerlerinin atmosfer basıncının altında olması durumunda bu basınç değerlerinin atmosfer basınç değerine eşitlenmesi ile kavitasyon bölgesi belirlenmiştir. YAĞ KAÇAĞI HESABI Sızdırmazlık elemanının temas genişliği içinde oluşan basınç dağılımı sonucunda dudağın kenarından eksenel yönde hava tarafına yağ kaçağı oluşmaktadır. Bu kaçağın hesaplanmasında birim genişlik için h kalınlığındaki bir yağ filden y (eksenel) yönünde oluşan akım miktarı h p q = (2) 2μ y y= b olarak verilir. Bu akım dudak kenarındaki dx genişliğindeki küçük bir eleman için h p dq = dx (5) 2μ y y= b olarak yazılır. Dudak kenarında bir dalga boyu genişlik için integrali ile ve yukarıda tanımlanan boyutsuz parametreler kullanılarak sızdırmazlık elemanında oluşan boyutsuz yağ kaçağı q P Q = = H dx (4) h λu 2 Y şeklinde ifade edilir. 0 Y= TEMAS DUDAĞINDA KAÇAK ANALİZİ Tanımlanan hidrodinamik problem tipik bir sızdırmazlık elemanı için çözülmüştür. Bu analizde dudak temas genişliği b = 00 m, ondülasyonların genliği h = 0.25 m, dalgaboyu = 0m, ortalama yağ film kalınlığı h 0 = 0.40 m, dudağın eksenel yöndeki profil yüksekliğinin ondülasyon genliğine oranı Ha = 2 olarak alınmıştır. Bu değerler ile yukarıdaki bölümde tanımlanan boyutsuz yağ film geometrisi Şekil de gösterilmiştir. Şekil.a da kayma deformasyonu olmayan dudaktaki film geomertisi ile D = durumu için film geometrisi verilmiştir.

06 Şekil 4 te dudak üzerindeki pürüzlerin mil eksenine parallel olma durumunda dudak ile mil arasında oluşan basınç dağılımı ve kavitasyon bölgesi bir dalgaboyu için gösterilmiştir. Kavitasyon bölgesi yaklaşık olarak mil eksenine parallel olmakta ve yüksek basınç bölgesinden dudağın hava tarafındaki kenarına doğrudan yağ akımı oluşmaktadır. Bu durum için boyutsuz yağ kaçağı yaklaşık 6.0 olarak hesaplanmıştır. a. Kayma deformasyonu olmaması durumu (D =0) b. Kayma deformasyonu olması durumu (D =) Şekil. Sızdırmazlık eleman dudağı ile mil arasındaki yağ film şekli a. Basınç dağılımı CAV b. Kavitasyon bölgesi Şekil 4. Sızdırmazlık elemanı dudağındaki ondülasyonlarda kayma deformasyonu olmaması durumu (D = 0)

07 a. Basınç Dağılımı CAV b. Kavitasyon Bölgesi Şekil 5. Sızdırmazlık Elemanı Dudağındaki Ondülasyonlarda Kayma Deformasyonu Olması Durumu (D =) Şekil 5 te ise aynı çalışma koşullarındaki sızdırmazlık elemanının dudaklarındaki pürüzlerin kayma gerilmesi sonucunda deforme olması sonucunda oluşan basınç dağılımı ve kavitasyon bölgesi gösterilmiştir. Bu durumda yüksek basınç bölgesi etrafında oluşan kavitasyon bölgesi yağın sızdırmazlık elemanı kenarından doğrudan hava tarafına kaçmasını önlenmektedir. Bu durum için yaklaşık % 20 azalma ile boyutsuz yağ kaçağı 4.8 olarak hesaplanmıştır Bir dalga boyu için boyutsuz yağ kaçak debisinin dudaktaki kayma deformasyonuna göre değişimi Şekil 6 da verilmiştir. Kayma deformasyonunun ondülasyon dalga boyunun katı olması durumunda yağ kaçağının yarı yarıya azaldığı gösterilmiştir.

08 Q 7,0 6,0 5,0 4,0,0 2,0,0 0,0 0,0,0 2,0,0 4,0 D Şekil 6. Boyutsuz yağ kaçağının ondülasyonlardaki kayma deformasyonu ile değişimi SONUÇ Bu çalışmada sızdırmazlık dudağı ile dönen mil yüzeyi arasında oluşan yağ film kalınlığı çeşitli şekillerde alınarak yağ kaçak mekanizması incelenmiştir. Dudak yüzeyi üzerindeki pürüz genliği yaklaşık olarak ortalama film kalınlığı kadar olan pürüzler üzerinde oluşan basınç dağılımı hidrodinamik yağlama denklein sonlu farklar yöntemi ile çözülerek bulunmuştur. Yüzeydeki pürüzleri gösteren sinüzoidal pürüzlerin mil eksenine paralel olması durumunda film kalınlığının genişleyen bölümünde oluşan kavitasyon bölgesi nedeniyle yüksek basınç bölümünden eksenel yönde oluşan yağ kaçağı belirlenmiştir. Mil dönme yönünde oluşan kayma gerilmesi nedeniyle dudak üzerindeki mikro-ondülasyonlarda oluşacak deformasyon nedeniyle kanatçık şeklini alan pürüzlerde genişleyen film bölümünün de şekil değiştirmesi nedeniyle yüksek basınç bölümünden doğrudan dudağın yanına yağ kaçağı olmamaktadır. Yağ filin genişleyen bölümünün temas genişliğinin yanlarına doğru ilerlemesi ile yüksek basınç oluşan bölümü ile dudağın yan tarafı arasında kavitasyon bölgesi oluşmakta ve bunun da yağ kaçağının azalmasına neden olduğu gösterilmiştir. KAYNAKLAR [] Salant, R.F., Flaherty, A.L., Elastohydrodynamic Analysis of Reverse Pumping in Rotary Lip Seals with Microundulations, Trans. ASME, Jour. of Tribology, 994, V.6, p.56-62. [2] Salant, R.F., Flaherty, A.L., Elastohydrodynamic Analysis of Reverse Pumping in Rotary Lip Seals with Microasperities, Trans. ASME, Jour. of Tribology, 995, V.7, p.5-59. [] Salant, R.F., Elastohydrodynamic Model of the Rotary Lip Seal, Trans. ASME, Jour. of Tribology, 996, V.8, p.292-296. [4] Van Bavel, P.G.M., Ruiji, T.A.M., Van Leeuween, H.J., Mujiderman, E.A., Upsetream Pumping of Radial Lip Seals by Tangentially Deforg, Rough Seal Surfaces, Trans. ASME, Jour. of Tribology, 996, V.8, p.266-275. [5] Kim, C.K., Shim, W.J., Analysis of Contact Force and Thermal Behaviour of Lip Seals, Tribology International, 997, V.0, p.-9 [6] Shi, F., Salant, R.F., A Mixed Soft Elastohydrodynamic Lubrication Model with Interasperity Cavitation and Surface Shear Deformation, Trans. ASME, Jour. of Tribology, 2000, V.22, p.08-6. [7] Shi, F., Salant, R.F., Numerical Study of a Rotary Lip Seal with a Quasi-Random Sealing Surface, Trans. ASME, Jour. of Tribology, 200, V.2, p.57-524.

09 ÖZGEÇMİŞ Metin AKKÖK 952 yılında Ankara da doğdu. ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünden 97 yılında Lisans, 976 yılında Yüksek Lisans derecelerini aldı. 980 yılında Imperial College dan Doktora derecesini alarak ODTÜ Makina Mühendisliği bölümünde öğretim üyeliği görevine başladı. 98 yılında Doçent ve 989 yılında Profesör oldu. Rensselear Polytechnic Institute da triboloji konularında ziyaretçi öğretim üyesi olarak araştırmalar yaptı. ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümünde Makina Elemanları ve Triboloji konularında dersler vermekte mekanik sistemlerin tasarımı ve analizi, sürtünme konularında araştırmalar yapmaktadır. Hidrodinamik yağlama ve sürtünme konularında çok sayıda yayını vardır.