Malzeme Conta www.a305teyim.com CONTA Bir arac ı n güç, güvenilirlik ve dayan ı m gibi temel performans ı n ı etkileyen en önemli faktörlerden olan contalar, gaz ve gürültü emisyonlar ı ve araç a ğı rl ığı n ı n azalt ı lmas ı gibi çal ı ş malarda gerekli performans ı n teminine katk ı lar ı ndan dolay ı en etkin bile ş enlerin ba ş ı nda gelmektedir [1-4]. Contalara sadece arac ı n üretimi esnas ı nda de ğ il ayn ı zamanda tamir ve bak ı m safhas ı nda da gereksinim duyulmaktad ı r. Yap ı lan bir ara ş t ı rmaya göre Avrupa'da kaçak emisyonlar ı n %35'inin otomotiv sektörü, %30'unun ya ğ ve gaz endüstrisi, %20 ’ sinin ise solvent kullanan endüstri kollar ı ndan ortaya ç ı kmaktad ı r [5]. Bu durum contan ı n ve conta seçiminin önemini ortaya koymak için yeterlidir. Geli ş en teknolojiyle birlikte bir silindir kapak contas ı ndan beklenilen özellikler Tablo 1'de belirtilmi ş tir. Günümüzde geli ş en motor teknolojileriyle birlikte art ı r ı lm ı ş dayan ı m, daha yüksek performans, yanma bas ı nc ı ve s ı zd ı rmazl ı k yüzey s ı cakl ığı , azalt ı lm ı ş emisyonlar ve a ğı rl ı k gibi yeni gereksinimleri kar ş ı lamaya yönelik conta malzemeleri ve tipleri de artm ı ş dolay ı s ı yla seçim daha kompleks hale gelmi ş tir [2]. Ayn ı zamanda motor teknolojisindeki geli ş meler ve artan çevre bilinciyle do ğ aya uyumlu conta malzemeleri için uzun ve pahal ı ara ş t ı rmalar sürdürülmektedir. Günümüzde motor dizaynlar ı n ı n geli ş imine ba ğ l ı de ğ i ş ik motorlar ı n silindir kapak uygulamalar ı için kullan ı lan conta teknolojilerini a ş a ğı daki ş ekilde s ı n ı fland ı rabiliriz ( Ş ekil 1): a) Yumu ş ak Yüzey Tabakal ı Kompozit Contalar (SFL) i. Fiber esasl ı contalar (asbestli ve asbestsiz yüzey tabakal ı ) ii. Grafit esasl ı contalar b) Çelik elastomer contalar (S/E) c) Metalik Contalar i. Tek Katl ı Çelik Contalar (SLS) ii. Çok Tabakal ı Çelik Contalar (MLS) Tablo 1. Silindir Kapak Contas ı ndan İ stenilen Özellikler [1] Özellik Yöntem Gerekli Teknik Çözüm Dü ş ük Emisyon Azalt ı lm ı ş ya ğ tüketimi Azalt ı lm ı ş bo ş luk hacmi Azalt ı lm ı ş silindir bo ş lu ğ u distorsiyonu Azalt ı lm ı ş silindir kapak www.a305teyim.com distorsiyonu Daha ince conta Azalt ı lm ı ş supap yerle ş tirme distorsiyonu Daha dü ş ük kapak distorsiyonu Yüksek s ı cakl ı k ve bas ı nç sa ğ layan stokiometrik yanma Yüksek s ı cakl ı klarda kararl ı conta Yüksek conta bilezik mukavemeti Dü ş ükGürültü Azalt ı lm ı ş motor distorsiyonu Uygun s ı k ı ş t ı r ı lm ı ş conta kal ı nl ığı Azalt ı lm ı ş conta s ı k ı ş t ı rma yükü Daha dü ş ük conta toleranslar ı Dayan ı kl ı l ı k Yüksek c ı vata yükü gev ş eme direnci Paslanmaz çeli ğ in temperlenmesi Korozif olmayan malzeme Paslanmaz çelik Mükemmel kabart ı toparlanmas ı yla yorulmaya kar ş diren ç li malzeme Paslanmaz çeli ğ in temperlenmesi Azalt ı lm ı ş parça a ş ı nmas ı (Piston sistemi gibi) Azalt ı lm ı ş sistem distorsiyonu Etkin S zd rmazl k Yüksek birim yük Kabartma ve t ı kaç tasar ı m ı İ yi ya ğ ve su s ı zd ı rmazl ığı Kaplamalar İ yi uyumluluk Üstün elastik özelliklere sahip kabartma Yasal Zorunluluklar Daha dü ş ük emisyonlar Uygun conta tasar ı m ı Geri dönü ş türülebilirlik Çelik ürünler Mü ş teri Memnuniyeti S ı f ı r s ı z ı nt ı Etkili s ı zd ı rmazl ı k Uzun kullan ı m ömrü 100.000 mil (161.000 km) dayan ı m Her bir conta teknolojinin performans ve maliyet aç ı s ı ndan kendine has avantajlar ı ve s ı n ı rlamalar ı olup en uygun conta teknolojisi için en çok say ı daki alternatiften ak ı lc ı bir seçim yap ı lmas ı n ı gerektirir [1-4]. Contan ı n seçiminde parça ömrü, termal çevrimler, ş ok bas ı nç etkileri, titre ş im, yap ı ş mama ve çevreyle uyum gibi fonksiyonel performanslar ve maliyet bir arada incelenmelidir (Tablo 2). Conta motor sisteminin nispeten pahal ı olmayan bir parças ı d ı r ancak motorun www.a305teyim.com gerek üretimi gerekse revizyonu s ı ras ı nda conta hatas ı ndan dolay ı ortaya ç ı kan maliyetler çok pahal ı bir contan ı n maliyetiyle bile mukayese edilemez [3,6]. Tablo 2. Conta Seçiminde Gözönünde Bulundurulmas ı Gereken Kriterler [3] İ stenilen Özellik Seçimde Göz Önünde Bulundurulmas ı Gereken Kriterler S ı zd ı rmazl ı k Yetene ği Yanma gazlar ı ve ya ğ /so ğ utucu s ı zd ı rmazl ığı için gerekli en dü ş ük yük Delikten deli ğ e ve delik/so ğ utucu/ya ğ balans ı için azalt ı lm ı ş s ı zd ı rmazl ı k yüzey geni ş li ğ i Dü ş ük yüzey bitirme hassasiyeti için gerekli s ı zd ı rmazl ı k Fatural ı flan ş yüzeylerini birbirine uydurmak Mukavemet Sürünme/gerilim gev ş emesi/c ı vatalama yükü A ş ı r ı s ı k ı ş t ı rma bas ı nc ı na direnci Gömlek s ı zd ı rmazl ı k yorulmas ı . Yüksek/dü ş ük s ı cakl ığ a, kayma hareketine ve ak ı ş kan ı n korozyonuna direnç Emisyon, A ş ı nma Gürültü veTitre ş im En dü ş ük aral ı k hacmi, Kusursuz s ı k ı ş t ı r ı lm ı ş kal ı nl ı k Azalt ı lm ı ş s ı k ı ş t ı rma yükü ve motorun yap ı sal distorsiyonu Kullan ı ş l ı l ı k Yap ı ş mama ve temiz tahliye, tekrar kullan ı labilirlik Ülkemizde 19 tane otomotiv ana sanayii firmas ı imalat ı n ı sürdürmekte olup araç park ı m ı z 1999 y ı l ı rakamlar ı na göre 6.500.000 adet civar ı ndad ı r [6]. Ancak ana sanayide özellikle silindir kapak contalar ı ithalat yoluyla kar ş ı land ığı ndan conta seçimi daha çok bozulan veya bak ı m esnas ı nda de ğ i ş tirilmesi gereken parçan ı n yerine yenisinin tak ı lmas ı s ı ras ı nda ortaya ç ı kmaktad ı r. Tamirci do ğ al olarak ç ı kan parçan ı n yerine orijinalini takmak istemektedir. Ancak çok say ı da araç tipi ve markas ı ve buna ba ğ l ı olarak çok say ı da conta oldu ğ u dü ş ünülürse orijinal eleman ı bulmak mümkün olmayabilir. Ancak çal ı ş ma ş artlar ı ve gereksinimler iyi bilinirse orijinalin yerine ayn ı özellikleri sa ğ layan ba ş ka bir eleman kullan ı m ı mümkün olacak dolay ı s ı yla yerli conta sektörünün geli ş mesi sa ğ lanarak gerçek rekabet gücü ortaya ç ı kar ı labilecektir. UYGUN CONTA SEÇ İ M İ Motor Tipiwww.a305teyim.com Conta tipinin belirlenmesinden önce farkl ı motor tiplerinin de ğ erlendirilmesi gerekmektedir. Araç motorlar ı n ı hafif ve orta/a ğı r hizmet uygulamalar ı olmak üzere iki gruba ay ı rmak mümkündür. Hafif hizmet uygulamalar ı binek otomobiller ve küçük yük araçlar ı iken orta ve a ğı r hizmet uygulamalar ı tipik olarak küçük ve büyük kamyonlar ile otobüsler olarak s ı n ı fland ı r ı lmaktad ı r. Her kategori içinde birçok farkl ı motor da ğı l ı mlar ı bulunmaktad ı r. Bununla beraber, hafif hizmet (benzinli motor) ve a ğı r hizmet (dizel) motorlar ı aras ı ndaki conta dizayn farkl ı l ı klar ı ve göz önünde bulundurulmas ı gereken baz ı noktalar vard ı r. Conta tasar ı m ı aç ı s ı ndan motor tiplerini ay ı rt etmenin en basit yolu farkl ı uygulamalar ı ve conta seçiminde etkili olan temel faktörleri belirlemektir. A ş a ğı da birçok farkl ı motor tipi için conta dizayn ı n ı etkileyen faktörler verilmektedir; a) Hafif Hizmet Motorlar ı (Benzinli, Normal Emi ş li, Tümü Alüminyum ve Düz Motorlar) ¥ hafiflik, esnek motor yap ı s ı , nispeten dü ş ük kapak ve blok rijitli ğ i ¥ yüksek geçici termal genle ş me, ı s ı nma ve so ğ uma s ı ras ı nda distorsiyon ¥ uygulanan yükün de ğ i ş imine ba ğ l ı olarak silindir bo ş lu ğ unun distorsiyon riski b) Orta Hizmet Motorlar ı (Direkt Enjeksiyonlu Turbo-Dizel, Alüminyum Kapak, Dökme Demir Blok) ¥ hassas s ı k ı ş t ı r ı lm ı ş kal ı nl ığı olu ş turmak için gerekli etkenler ¥ silindir kapa ğı ve blok aras ı nda nispeten geni ş hareketlilik ¥ silindir kapa ğı n ı n plastik deformasyon riski ¥ yüksek dayan ı m gereksinimi c) A ğı r Hizmet Motorlar ı (Direkt Enjeksiyonlu Turbo Ş arjl ı ve Ara So ğ utmal ı Dizel, Tamam ı Dökme Demir) ¥ hassas s ı k ı ş t ı r ı lm ı ş kal ı nl ığı olu ş turmak için gerekli etkenler ¥ silindir kapa ğı ve blok üzerindeki a ş ı r ı gerilmelerden dolay ı contan ı n çatlama riski ¥ blok ve gömlek ara yüzeyi boyunca s ı zd ı rmazl ı k gereksinimi ¥ çok yüksek dayan ı m gereksinimi Her bir conta teknolojisi için çok say ı da tasar ı m alternatifi vard ı r. Uygulama için uygun conta aral ığı gibi fiziki k ı s ı tlamalar ve di ğ er fonksiyonel özellikler hassas olarak tetkik edilmelidir. Fonksiyonel Performanswww.a305teyim.com Günümüz motorlar ı n ı n silindir kapak contalar ı s ı zd ı rmazl ı ktan daha fazlas ı n ı sa ğ lamak zorundad ı r. Bunlardan baz ı lar ı , motor performans ı artt ı rmak, motorun yap ı sal distorsiyonunu ve dolay ı s ı yla emisyonlar ı ve maliyeti azaltmak olarak s ı ralanabilmektedir. Gerçekten de contan ı n motorun di ğ er parçalar ı üzerinde çok büyük etkileri vard ı r. Kötü bir conta, s ı zd ı rmazl ığı kötü yönde etkilemekle beraber eksantrik milinin kilitlenmesine, piston, segman ve yata ğı n a ş ı r ı a ş ı nmas ı na, supap k ı lavuz ve yuvalar ı n ı n distorsiyonuna, motor blo ğ u ve silindir kapa ğı n ı n bile ş enleri üzerinde a ş ı r ı gerilmelere sebebiyet vermektedir. Di ğ er taraftan iyi bir conta ise yüksek verimli yanma, dü ş ük egzoz emisyonu, dü ş ük gürültü, motorlarda az a ş ı nma ve bütün bunlar ı n sonucu olarak mü ş terinin memnuniyetine sebep olmaktad ı r [3]. S ı zd ı rmazl ı k Yetene ğ i Bir contan ı n s ı zd ı rmazl ı k kabiliyeti, conta üzerine uygulanan yük miktar ı na ba ğ l ı d ı r. Yanma ve ak ı ş kan s ı zd ı rmazl ığı için gerekli yük miktar ı n ı etkileyen temel faktörler ise conta ve motorun tipi, s ı zd ı rmazl ı k için gerekli uygun mesafe, motor blo ğ u ve silindir kapa ğı n ı n yüzey bitirme kalitesi olarak s ı ralanabilir. Conta, yanma odas ı ve s ı v ı bo ş luklar ı aras ı ndaki yükü en etkili ş ekilde da ğı tacak malzeme kalitesine ve tasar ı ma sahip olmal ı d ı r. Burada en önemli sorun motor blo ğ u, silindir kapa ğı ve contadaki deformasyonlar ve bunlar ı n birbiriyle etkile ş imlerinin önceden tahmin edilememesidir. Yük dengesinde kullan ı lan yakla ş ı m öncelikle yanma s ı zd ı rmazl ığı için gerekli yükün hesaplanmas ı ve daha sonra ak ı ş kan s ı zd ı rmazl ığı için geriye kalan yük miktar ı n ı n belirlenmesidir. Do ğ ru yük dengesinin elde edilmesi ba ş ar ı l ı bir conta tasar ı m ı için hayati öneme sahiptir. Dolay ı s ı yla motor blo ğ u, silindir kapa ğı ve conta üzerine c ı vatalardan etkiyen yük da ğı l ı m ı nda ve c ı vata geriliminde kullan ı lan yöntemlerin gerektirdi ğ i yükün tam olarak uygulan ı ld ığı ndan emin olunmal ı d ı r. Ayr ı ca c ı vata boyutlar ı , di ş aral ı klar ı , c ı vatalar ı n kafalar ı na ait bo ş luk ve c ı vata yerleri dikkate al ı nmal ı d ı r. Yanma s ı zd ı rmazl ığı , MLS d ı ş ı ndaki conta teknolojilerinde birbirine benzemektedir. Çünkü yanma bilezikleri gibi benzer uygulamalar bu teknolojilerin hepsinde yanma gazlar ı n ı n s ı zd ı rmazl ığı için kullan ı lmaktad ı r. Ancak S/E contalarda dü ş ük sürünme gev ş emesinden dolay ı ba ş lang ı ç yükü daha dü ş üktür. Benzer ş ekilde MLS de dü ş ük yüklere ihtiyaç gösterir. Uygun s ı zd ı rmazl ı k aç ı s ı ndan ak ı ş kan s ı zd ı rmazl ığı için gerekli yük ve sürünme gev ş emesi gerekli toplam yükün hesaplanmas ı nda etkili faktörlerdir. Yük da ğı l ı m ı hesaplamalar ı nda kullan ı lan ak ı ş kan s ı zd ı rmazl ığı kompozit esasl ı contalarla (fiber veya grafit) metal esasl ı contalar (MLS veya S/E) aras ı ndaki en önemli farkl ı l ı klardan birisidir. Kompozit contalarda, conta gövdesinin tamam ı s ı k ı ş t ı r ı lmas ı gerekir. Bu ise ipek serigrafi gibi yüzey kaplama i ş lemleriyle uygun yükün en gerekli bölgelere yo ğ unla ş t ı r ı lmas ı n ı sa ğ layan özel yöntemlerin www.a305teyim.com kullan ı lmas ı na ra ğ men yeterli konsantrasyon için belirgin bir miktarda yük kullan ı m ı n ı gerekli k ı lmaktad ı r. Elastomerik contalar ise nispeten dü ş ük s ı k ı ş t ı rma bas ı nc ı na gereksinim duymaktad ı rlar. Di ğ er taraftan metal contalarda elastomer ve/veya kabartma metal kordonlar kullan ı larak yük istenilen bölgelerde yo ğ unla ş t ı r ı labilmektedir. S ı zd ı rmazl ı k için gerekli bas ı nç, farkl ı conta dizaynlar ı için Tablo 3'te gösterilmektedir. Gaz veya so ğ utucu s ı v ı s ı z ı nt ı s ı n ı n temel nedenlerinden biri belirli bir zaman sonunda etkin s ı zd ı rmazl ı k için gerekli yükteki azalma ve yük dengesinin bozulmas ı d ı r. Bu duruma silindir kapa ğı , conta ve c ı vata di ş i ve kafas ı n ı n sürünmesi gibi birçok faktör katk ı da bulunmaktad ı r. Çal ı ş ma ş artlar ı nda conta malzemesinin sürünme ve gerilim gev ş emesini özelliklerini belirlemeye yarayan birçok standart test yöntemi ve çe ş itli deney düzenekleri bulunmaktad ı r. Günümüzdeki dört çe ş it conta teknolojisinin yük dengesinin bozulmas ı kar ş ı s ı n ı fland ı rmas ı n ı n en zay ı f fiber, sonra a ş ı r ı s ı k ı ş t ı r ı lmam ı ş grafit, S/E ve MLS ş eklinde oldu ğ u laboratuvar çal ı ş malar ı ve dinamik motor testleriyle kan ı tlanm ı ş t ı r. Ak ı ş kan ı n bas ı nc ı , s ı cakl ığı ve tipi de etkin bir s ı zd ı rmazl ı k için gerekli conta yüzey bas ı nc ı n ı etkileyen faktörlerdir. Bundan dolay ı nihai tasar ı m ı n haz ı rlanmas ı nda detayl ı bir deneysel çal ı ş ma ve sonuçlar ı n çok iyi yorumlanmas ı gereklidir. Tablo 4'de de ğ i ş ik contal ı k malzemelerin kullan ı labilece ğ i s ı cakl ı k ve iç bas ı nç de ğ erleri gösterilmi ş tir. S ı z ı nt ı , conta ile motor blo ğ u veya silindir kapa ğı n ı n yüzeyleri aras ı na s ı v ı n ı n s ı zmas ı (Ara yüzey s ı z ı nt ı s ı ) ve/veya conta malzemesi içine nüfuz etmesiyle (Bünye s ı z ı nt ı s ı ) olu ş ur. Ara yüzey s ı z ı nt ı s ı , s ı zd ı rmazl ı k için uygulan ı lan yük, blok ve kapa ğı n yüzey bitirme kalitesi ve conta malzemesinin yüzey düzensizliklerine uyum sa ğ lama kabiliyetine ba ğ l ı oldu ğ undan tespiti çok daha güçtür. Kompozit contalardan grafit esasl ı olanlar, fiber esasl ı lara oranla yüzey düzensizliklerine daha kolay uyum sa ğ larlar. Dolay ı s ı yla daha dü ş ük yüklerde s ı zd ı rmazl ı k sa ğ larlar. Conta bünyesindeki s ı z ı nt ı ise conta malzemesindeki porozite hacmi ve da ğı l ı m ı yla alakal ı d ı r ve sadece kompozit malzemeler için bir sorundur. Bu tür contalarda etkin bir s ı zd ı rmazl ı k için gerekli detaylara perfore saçl ı malzemelerde düz levha malzemelere oranla daha fazla itina gösterilmelidir. Belirli ş artlar alt ı nda ço ğ u kompozit contalarda özellikle perfore sacl ı esnek grafit contalarda ak ı ş kan bo ş luklar ı na metal bilezik geçirilmesi gereklidir. Kauçuk kaplanm ı ş metal s ı zd ı rmazl ı k bile ş enleri ve elastomerik kordonlar da ak ı ş kan s ı zd ı rmazl ığı için faydal ı d ı r. Tablo 3. S ı zd ı rmazl ı k İ çin Gerekli Yüzey Bas ı nc ı n ı n Conta Dizaynlar ı na Göre De ğ i ş imi [3]www.a305teyim.com Conta Konstrüksiyonu Fiber (Emdirilmi ş ) Grafit (Optimum Yo ğunluk) MLS (Kauçuk Kapl ) Çelik/Elastomer (S/E) S ı zd ı rmazl ı k için gerekli y ü zey bas nc 7 N/mm2 6.5 N/mm2 60 N/mm* 4 N/mm2 * Kuvvet/Birim uzunluk olarak ölçümü yap ı lm ı ş t ı r. Tablo 4. Yayg ı n Olarak Kullan ı lan Contal ı k Malzemeler İ çin Tipik Tasar ı m De ğ erleri [3, 4, 7] Conta Malzemesi Conta Teknolojisi Max. S ı cakl ı k (°C) Max. İ ç Bas ı nç(bar) İ ş lenmi ş Ka ğı t F 100 10 Kauçuk Ba ğlay c l Mantar F 120 10 Ö ğ ütülmü ş ilave (asbestli) F 250 25 Ö ğ ütülmü ş ilave(asbestsiz) F 250 25 S ı k ı ş t ı r ı lm ı ş Asbest Fiberler (CAF) F 550 200 S ı k ı ş t ı r ı lm ı ş Sentetik Fiberler (CSF) F 300 100 Selüloz Fiber F 160* 10 Aramid Fiber F 250* 100 Cam Fiber F 400* 100 Esnek Grafit G, MLS 400**/1000*** 200 NBR Elastomer F, G, MLS, S/E 125 10 Floro F, G, MLS, www.a305teyim.com ElastomerPoli Tetra Flora S/E 275 1000 Etilen (PTFE) F, G, MLS, S/E 250 50 Silikon Kauçuk F, G, MLS, S/E 240 10 Kauçuk (lastik) F, MLS, S/E 200 10 Yar ı Metal F, G, MLS, S/E 1000 350 Metal F, G, MLS, S/E 1000 1000 F=Fiber, G=Grafit, MLS=Çok tabakal ı çelik, S/E=Çelik/elastomer * Ba ğ lay ı c ı ya ba ğ l ı ** oksitleyici atmosferde *** İ nert ortam Uyar ı : Max. s ı cakl ı k ve max. bas ı nç ani olarak uygulanmamal ı d ı r. Bütün conta teknolojilerinde kullan ı lan elastomerik kordonlar, etkin bir s ı zd ı rmazl ı k için dü ş ük temas bas ı nc ı gerektirirler. MLS' de kullan ı lan metalik kabartma kordonlar ise etkili bir s ı zd ı rmazl ı k sa ğ lamalar ı na ra ğ men biraz daha fazla yüke gereksinim duyarlar. Conta Mukavemeti Conta, birle ş im kapat ı ld ığı nda montajdan kaynaklanan bir s ı k ı ş t ı rma gerilimine maruz kal ı r. Çal ı ş ma ş artlar ı nda ise bu gerilim veya yük, hidrostatik uç tepmesiyle denkle ş tirilir. Conta iç bas ı nçtan kaynaklanan ve contay ı flan ş tolerans bo ş lu ğ unun içine do ğ ru itme e ğ iliminde olan bir kenar yüküne maruz kal ı r. İ ç bas ı nç gerilimleri contay ı zorlar ve sürekli olarak contal ı ba ğ lant ı y ı radyal olarak (patlatma bas ı nc ı ) ve eksenel olarak (hidrostatik uç kuvveti) açmaya u ğ ra ş ı r ( Ş ekil 2). C ı vatalar, s ı zd ı rmaz ba ğ lanmay ı muhafaza etmek için gerekli s ı k ı ş t ı rma gerilimi- conta yüzey gerilimini temin eder. Do ğ ru c ı vatalama i ş lemi s ı zd ı rmazl ı k kabiliyetini yerine getirebilmek için çok önemlidir. Çal ı ş ma ş artlar ı nda c ı vata yükü radyal olarak etkiyen patlatma yükü ve eksenel olarak etkiyen hidrostatik uç itmesine sebep olan iç bas ı nc ı n etkisine mukavemetli olmal ı d ı r [9]. Contan ı n bu kuvvete direnebilmesi için etkin s ı k ı ş t ı rma bas ı nc ı , iç bas ı nçtan daha büyük olmal ı ve öyle kalmal ı d ı r. Normalde kaç ı n ı lmaz olan conta s ı k ı ş t ı rma bas ı nc ı n ı n azalmas ı na izin vermek ve contan ı n performans ı n ı koruyabilmesi için net s ı k ı ş t ı rma kuvveti, radyal kuvvetten en az iki kat daha büyük olmal ı d ı r. Ayn ı zamanda bu oran malzemeye de ba ğ l ı d ı r. Kabul edilebilir daha yüksek c ı vata yükleri daha yüksek iç bas ı nca müsaade eder. Dü ş ük gev ş emeye sahip bir www.a305teyim.com malzeme, daha dü ş ük s ı k ı ş ma bas ı nçlar ı ile çal ı ş t ı r ı labilen veya ayn ı bas ı nç güvenli ğ inin daha yüksek oldu ğ u bir malzemeye tercih edilebilir. Tipik gerilim gev ş eme e ğ rileri ve zamana göre kar ş ı la ş t ı r ı lmalar ı Ş ekil 3'de gösterilmektedir. En üstteki e ğ ri ilk ba ş taki baz ı gev ş emelerden sonra yeterli bir malzemeyi gösterir, artan zamanla birlikte gerilim sabit kal ı r. Dü ş ük kaliteli malzemede ise zamanla gerilme sürekli olarak azal ı r ve s ı zmalar meydana gelir. Conta, etkin s ı zd ı rmazl ı k görevini motorun ömrü boyunca bozulmadan devam ettirmelidir. Bunun için s ı k ı ş t ı r ı lm ı ş sistemdeki yük kayb ı en az seviyede olmal ı ve conta termal ve mekanik yüklere ilaveten a ş ı nd ı r ı c ı ve korozif elemanlar ı n etkilerine de dayan ı kl ı olmal ı ve sistemde yük dengesi bozulmamal ı d ı r. Verimli bir yanma s ı zd ı rmazl ığı için s ı zd ı rmazl ı k eleman ı üzerinde daima yeterli bir yükün bulunmas ı ve bilezik malzemesinin yap ı sal bütünlü ğ ünü korumas ı gerekir. Bu ise genellikle bilezik malzemesinde çatlak bulunmamas ı anlam ı na gelir. Ancak yanma s ı zd ı rmazl ığı ndaki termal ve mekanik yükler, korozif atmosfer ve kimyasal etkilerin hepsi bilezik çatlamas ı na neden olur. Geleneksel kapama metal bileziklerin çatlamas ı grafit contalar d ı ş ı nda bir sorun te ş kil etmez. Ayr ı ca çatla ğı n olu ş tu ğ u yerde paslanmaz çelik ve/veya sürtünmeyi azalt ı c ı kaplamalar veya ş ekilli bilezikler kullan ı larak bu sorun çözülebilir. Di ğ er taraftan baz ı durumlarda özellikle grafit contalarda motor testlerinde çatlak bilezik malzemesinin yanma s ı zd ı rmazl ığ ı n ı n performans ı n ı dü ş ürmedi ğ i görülmü ş tür. MLS contalarda ise kabartma tasar ı m ı yla yanma s ı zd ı rmazl ığı ndaki çatlak, sorun olmaktan ç ı kar. S/E contalardaki elastomerik kordonlar, a ş ı r ı s ı k ı ş t ı rma gerilimlerine mukavemetli olup ayn ı zamanda uygun tasar ı mlarla metal s ı k ı ş ma s ı n ı rlay ı c ı lar ı yla da desteklenebilirler. MLS contalar ise en üstün yük ta ş ı ma yetene ğ ine sahip olmaktad ı rlar. Sa ğ lam bir yanma s ı zd ı rmazl ığı için ince çelik levha ve kaplamalar s ı k ı ş ma s ı n ı rlay ı c ı s ı olarak davran ı rlar [3]. Tablo 5. Conta Çe ş itlerine Göre Tavsiye Edilen Yüzey Özellikleri [3] Yüzey Özelli ğ i Tavsiye Edilen Yüzey Özellikleri Fiber Grafit MLS Çelik/Elastomer Masif Klasik Maksimum pürüzlülük Rz (ölçü boyu 0,8 mm) 12 µm-15µm 12µm-15µm <12.5µm (kaplama kal ı nl ığı na ba ğl ) 12µm-15µm 12µm-15µm Dalgalanma Wtwww.a305teyim.com (ölçü boyu 25 mm) <10 µm <10 µm <10 µm <10 µm <10µm Tabakalar (ölçü boyu 150 mm) >50 µm >50 µm <25 µm tamam ı <100 µ m >50 µm >50 µm Yüzey Düzgünlü ğ ü Yüzey düzgünlü ğ ü, silindir kapa ğı ile blok aras ı ndaki bo ş lukta fiziksel bir engeli kald ı rmak için conta malzemesini gerekli ş ekilde s ı k ı ş t ı r ı labilmek ve kal ı nl ığı kontrol edebilmek aç ı s ı ndan önemlidir. Bununla beraber conta performans ı ve kullan ı labilen malzemelerin tipini de kontrol edebilir. Bu nedenle kaliteli bir malzeme a ş ı r ı çal ı ş ma bas ı nc ı ndan ortaya ç ı kabilen pürüzlü (sert) yüzeylerin nispeten daha iyi kapanmas ı n ı sa ğ layabilir. Bütün bu teknolojiler için sert ve ince contalar, kal ı n ve yumu ş ak contalara oranla daha iyi yüzey bitirme kalitesi gerektirirler. Son yüzey i ş lemleri, yanma ve s ı v ı s ı zd ı rmazl ığı yetene ğ i için önemlidir. Motor blo ğ u ve silindir kapa ğı n ı n mikroskobik (yüzey pürüzlülü ğ ü "Roughness (Rz)" ve dalgalanma "Waviness (Wt)") ve makroskobik (y üzey düzgünlü ğ ü) düzensizliklerine contan ı n uyum sa ğ layabilmesi, yanma ve ak ı ş kan s ı zd ı rmazl ı k özelliklerini etkin bir ş ekilde yerine getirebilmesi için gerekli yüzey özellikleri tüm conta çe ş itleri için Ş ekil 4 ve Tablo 5'de gösterilmektedir. Motordaki uygun bo ş luk miktar ı ise conta teknolojisinin seçiminde s ı n ı rlay ı c ı bir faktör olabilir. Bir silindir bo ş lu ğ undan di ğ er silindir bo ş lu ğ una, silindir bo ş lu ğ undan so ğ utma s ı v ı s ı bo ş lu ğ una ve so ğ utma s ı v ı bo ş luklar ı aras ı ndaki mesafeler conta tasar ı m ı nda önemlidir. Bu mesafelerdeki k ı s ı tlamalar ya üretim yönteminin kabiliyetine ya da conta malzemesinin s ı k ı ş t ı rma ve/veya düzlemsel mukavemetine ba ğ l ı d ı r. S ı cakl ı k, Erozyon ve Korozyon Direnci S ı cakl ı k conta malzemesinin performans ı üzerinde belirgin bir etkiye sahiptir. Çünkü sistemdeki s ı cakl ı k de ğ i ş imleri conta malzemesinin fiziksel özelliklerini azaltarak conta malzemesinin termal bozunmas ı na sebep olarak contay ı deforme eder. S ı cakl ığı n etkisiyle olu ş an gerilme gev ş emesi veya sürünme gev ş emesi ise c ı vata torkunun azalmas ı na sebep olur. Bundan dolay ı c ı vata yükü ve dolay ı s ı yla kal ı c ı gerilmenin modifiye edilmesi gerekir [8]. Sonuç olarak artan s ı cakl ı k tedrici olarak malzemenin özelliklerini ve bütünlü ğ ünü yok eder ki, bu tersinir bir özellik de ğ ildir. So ğ utma ise malzemeyi k ı r ı lgan hale getirmesine ra ğ men bu durum tersinirdir [10]. S ı cakl ı k, termomekanik etkiler olu ş turarak flan ş malzemesinin geni ş lemesine veya daralmas ı na ve sonuçta bozulmas ı na da sebep olabilir [11]. Bir kural olarak artan s ı cakl ı k uygun conta seçimini daha kritik hale getirir. Di ğ er www.a305teyim.com taraftan çok dü ş ük s ı cakl ı klar (cryogenics) için özel bir tak ı m faktörler göz önüne al ı nmal ı d ı r [7]. Kaliteli bir conta malzemesi için artan s ı cakl ı kla birlikte deformasyondaki art ı ş nispeten küçüktür ve bunun göstergesi olan c ı vata yükündeki de ğ i ş me de küçük olacakt ı r. Artan s ı cakl ı kla birlikte daha yüksek deformasyon gösteren dü ş ük kaliteli contal ı k malzeme yüksek esneme gösterir ve pratikte yüksek s ı cakl ı k ve iç bas ı nç ş artlar ı nda çöker veya ekstrüzyona u ğ rar ( Ş ekil 5). Kararl ı termal ş artlarda ve geçi ş s ı cakl ı klar ı nda meydana gelen düzensizlikler motor blo ğ unun ve silindir kapa ğı n ı n geni ş lemesine ve daralmas ı na dolay ı s ı yla da conta üzerinde kompleks düzlemsel kuvvetlerin olu ş mas ı na yol açar. Bu durumda conta ya bu düzlemsel kuvvetlere dayanabilmeli ya da contan ı n blok veya silindir kapa ğı na yap ı ş mas ı n ı önleyici kaplamalar kullan ı larak bu kuvvetler uygun bir seviyeye azalt ı lmal ı d ı r. Sürtünmeyi azalt ı c ı kaplamalar ayn ı zamanda silindir bo ş lu ğ unun distorsiyonunu da azaltmaya yard ı mc ı olmaktad ı r. Conta, so ğ utma s ı v ı lar ı n ı n ak ı ş ı na kar ş ı kullan ı l ı rsa, yumu ş ak yüzey malzemesinde veya kaplama malzemesinde erozyon endi ş esi söz konusu olabilmektedir. İ deal olarak s ı v ı ak ı ş ı n ı n kontrolünde motor blo ğ u ve silindir kapa ğı kullan ı lmal ı d ı r. Bunun mümkün olmad ığı durumlarda kompozit contalardaki grafit veya fiber esasl ı yüzey malzemeleri ve MLS contalardaki yüzey kaplamalar ı ak ı ş kan bo ş luklar ı n ı n etraf ı nda daha çok endi ş eye sebep olur. Çok nadir bir sorun olmas ı na ra ğ men bu durum ak ı ş kan bo ş luklar ı n ı n etraf ı ndaki yumu ş ak yüzey malzemesi ve kaplama malzemesinin k ı salt ı lmas ı yla veya yüzey malzemesi ve kaplama malzemesinin ak ı ş kana temas eden a ğı z k ı s ı mlar ı na metal halka giydirilmesiyle çözülebilmektedir. S/E contalarda ise ak ı ş kan ı n a ş ı nd ı rmas ı na dayan ı kl ı elastomerik kordonlar kullan ı ld ığı nda veya do ğ rudan s ı v ı ak ı ş ı na maruz b ı rak ı lmad ığı nda erozyon bir sorun te ş kil etmemektedir. E ğ er sade karbonlu çelikler, contalarda kullan ı l ı rsa korozyon bir sorun olabilir. Yanma s ı zd ı rmazl ığı nda korozyona kar ş ı Alüminyum veya nikel kaplama, dü ş ük karbonlu çelikler için pahal ı olmayan bir çözüm olmaktad ı r. Paslanmaz çelik te kullan ı labilir ancak maliyeti art ı r ı r. Ba ş lang ı ç mikro s ı zd ı rmazl ığı için bütün yüzeyin kaplanmas ı , so ğ utucu ve di ğ er ak ı ş kanlar ı n korozif etkilerinden korunmak için kullan ı labilmektedir. Orta plakan ı n do ğ rudan so ğ utucuya temas ı sonucundaki korozyonu ise kaplanm ı ş metal bilezikler veya elastomer kaplamalar ı n kullan ı lmas ı gibi birçok yolla engellenebilir. Ancak do ğ al olarak bu i ş lemler maliyet art ı ş ı na sebep olmaktad ı rlar [11]. Egzoz Emisyonlar ı , A ş ı nma, Gürültü ve Titre ş im Egzoz emisyonu conta taraf ı ndan iki türlü etkilenmektedir. Birincisi motorun yap ı sal distorsiyonu, ikincisi de aral ı k hacmidir [12,13]. Gittikçe artan a ş ı nma, www.a305teyim.com gürültü ve titre ş im de sistemin düzensiz ve a ş ı r ı deformasyonundan kaynaklanmaktad ı r [3]. Contan ı n motorun yap ı sal distorsiyonuna etkisi ise iki türlüdür. Birincisi silindir bo ş lu ğ u distorsiyonu, ikincisi ise özellikle yanma s ı zd ı rmazl ığı bölgesi üzerinde kapa ğı n e ğ ilmesidir. Kapa ğı n e ğ ilmesi piston distorsiyonuna, a ş ı nma ve ya ğ tüketimine neden olur. Silindir bo ş lu ğ unun a ş ı r ı distorsiyonu ise piston, gömlek, ve segmanlar üzerinde benzer sorunlara yol açmaktad ı r. Contan ı n deformasyona neden olmas ı na ra ğ men deformasyonun gerçek miktar ı , motorun yap ı sal dayan ı m ı yla alakal ı d ı r [14]. Conta tasar ı m ı nda dü ş ük distorsiyon miktar ı için s ı zd ı rmazl ı kta dü ş ük yük kullan ı m ı etkin faktördür [3]. Aral ı k hacmi, contan ı n (MLS veya perfore sacl ı contalar) silindir kapak ve blo ğ u aras ı na montaj ı sonucu silindir aç ı kl ığı ile conta bilezi ğ i aras ı nda kalan aral ı kt ı r. Bu aral ığı n bir benzeri de piston ile motor blo ğ u aras ı nda bulunmaktad ı r. Yanma s ı zd ı rmazl ığı dizayn ı yla belirlenen bu bölgeler, MLS ve grafit conta teknolojileri için Ş ekil 6'da gösterilmektedir. Aral ı k hacmi, yanma ve s ı zd ı rmazl ı k dizayn ı na ba ğ l ı olmaktad ı r. Aral ı k hacmini etkileyen faktörler, s ı k ı ş t ı r ı lm ı ş haldeki conta kal ı nl ığı , bilezik ucunun ş ekli, silindir bo ş lu ğ unun yeri, boyutu ve tolerans ı , merkezleme bo ş lu ğ unun tolerans ı d ı r. Çal ı ş malar, tipik kompozit contalar ı n toplam aral ı k hacmine katk ı s ı n ı n yakla ş ı k %10 oldu ğ unu ortaya koymaktad ı r ( Ş ekil 7) [3]. Bo ş luk hacminin da ğı l ı m ı ve boyutunun silindir kapak contas ı na etkisi ise kesin olarak de ğ erlendirilememektedir. Temel soru bo ş lu ğ un alevi içine yayacak kadar büyük mü; yoksa aral ı k hacminin etkisini ihmal edebilecek kadar küçük mü olmas ı gerekti ğ idir. Dolay ı s ı yla günümüzdeki çözülmesi gereken as ı l problem ula ş ı labilecek boyut limitleri, ne kadar kolay ve ucuz elde edilebildi ğ i ve emisyon testlerinin ı ş ığı nda bunlar ı n optimize edilmesidir. Servis Ş artlar ı Conta, üretim, ta ş ı ma ve montaj s ı ras ı ndaki muamelelere dayan ı kl ı olmal ı d ı r. Ayr ı ca tamir esnas ı nda conta ç ı kart ı l ı rken motorun içerisine k ı r ı nt ı lar ı n dökülmemesi için motor blo ğ u ve silindir kapa ğı ndan contan ı n kolayca ç ı kar ı labilmesi ve kal ı nt ı lar b ı rakmamas ı gereklidir. Grafit contalarda contay ı meydana getiren tabakalar kolayca ayr ı lma e ğ iliminde olup bu durum yap ı ş may ı engelleyici kaplamalar kullan ı larak azalt ı labilir. Fiber esasl ı contalar için gerekli durumlarda yap ı ş may ı engelleyici kaplamalar çok yayg ı n olarak uygulanmaktad ı r. Bu kaplamalar ı n ço ğ u ayr ı ca mikro s ı zd ı rmazl ı k ve korozyon korumas ı da sa ğ lamaktad ı rlar. MLS contalarda kullan ı lan kauçuk kaplanm ı ş çelikler, contan ı n kolayca sökülebilmesini temin ederler. Ancak bu durum kauçuk ve kaplama ile çelik aras ı ndaki yap ı ş t ı r ı c ı ba ğı n ı n kalitesinin bir fonksiyonudur ve yap ı ş t ı r ı c ı lar ı n www.a305teyim.com kalitesi MLS contalar ı n özelliklerini etkilemektedirler [3]. Ayn ı durum S/E contalardaki elastomerik kordonlar için de geçerlidir. Maliyet Conta seçiminde göz önünde bulundurulmas ı gereken en önemli faktörlerden biri de maliyettir. Reel conta maliyeti, parça ve toplam i ş leme maliyeti, rekabet ve piyasadaki üretim hacmi aras ı nda kurulacak ili ş kiyle ortaya ç ı kmaktad ı r. Dolay ı s ı yla toplam maliyet malzeme maliyetine, proses ve piyasa gücüne ba ğ l ı d ı r. Contan ı n parça maliyeti tipik olarak dizaynda öngörülen malzeme ve üretim prosesinin bir yans ı mas ı d ı r. Genellikle kompozit contalar için kullan ı lan fiber malzemeler, grafitten daha ucuzdur. Fakat toplam maliyet dikkate al ı nd ığı nda ilave özellikler için gerekli parçalar, örne ğ in paslanmaz çelik yanma bilezikleri, elastomerik dolgu malzemeleri ve ipek tipi görünüm kazand ı r ı c ı yüzey kaplamalar ı toplam maliyeti etkilemektedir. MLS contalarda ise maliyetin en büyük k ı sm ı n ı paslanmaz çelik olu ş turmaktad ı r. S/E contalar için kullan ı lan çelik ve kal ı p teknolojisi, kontrol ve ilave ekipman teknolojisi ile kar ı ş ı k bir mekanizma söz konusudur. Sonuç olarak conta teknolojisindeki de ğ i ş imler, bütün özelliklerin ve bunlar ı n etkilerinin tam olarak anla ş ı lmas ı na ba ğ l ı d ı r. Bütün conta teknolojileri en az sistem maliyetiyle mü ş terinin tam memnuniyetini sa ğ layacak tasar ı m çözümleri için itinayla de ğ erlendirilmelidir. Bütün yeni conta teknolojileri belirgin bir maliyet dezavantaj ı na sahiptirler. Bundan dolay ı daha yüksek s ı cakl ı klara dayan ı kl ı ka ğı t veya grafit folyelerin ta ş ı y ı c ı bir çelik levha üzerine tutturulmas ı yla elde edilen tabakal ı contalar hala ço ğ u silindir kapak conta uygulamalar ı nda maliyet etkin tasar ı mlarda yayg ı n olarak kullan ı lmakta ve günümüz motor uygulamalar ı için hemen hemen mükemmel çözümler sunmaktad ı r. Ancak yar ı n ı n daha geli ş mi ş motorlar ı nda günümüz teknolojilerinin yararl ı katk ı lar ı yla yar ı n ı n yeni conta fikirlerinin birle ş imi sonucunda elde edilecek hibrid conta tasar ı mlar ı kullan ı lacakt ı r. FANwww.a305teyim.com Fan h ücreleri ile ilgili standartlarda detayl ı bilgiye rastlanamamas ı na ra ğ men yap ı lan uygulamalarda bu konuya da önem verilmesi gere ğ i do ğ mu ş tur. Kullan ı lan fan temizlenebilir ve ist enildi ğ inde dezenfekte edilebilmelidir. Hijyenik uygulamalar ı için, plug fanlar tercih edilir. Bunakar ş ı n drenaj hatl ı radyal fanlar da kullan ı labilir. Fan kanatlar ı ve malzemesi galvaniz kalitesine de ba ğ l ı kalmak ş art ı ile galvaniz boyal ı veya paslanmaz seçilebilir. Kullan ı lan elektrik motorunun d ı ş yüzeyi y ı kanabilir ve istenildi ğ inde dezenfekte edilebilmelidir. Bu nedenle, elektrik motor koruma s ı n ı f ı olarak IP 55 se çilmelidir. K üçük santral uygulamalar ı nda temizlik amac ı ile bu fan ve motor grubunun d ı ş ar ı ya ç ı kart ı lmas ı zorunlu olmamakla birlikte b üyük kolayl ı k sa ğ larken, b üyük santrallerde fan hücresine girilebilmesi ve fan ı n temizlenebilmesi için yeterince yer b ı rak ı lmal ı d ı r. Büyük santrallerde ço ğ unlukla y ı kan ı labilir olarak imal edilece ğ i i çin fa n h ücre drenaj hatt ı olmas ı nda fayda vard ı r. T üm fan h ücrelerinde g özetleme cam ı ve ayd ı nlatma bulunmal ı d ı r.