Yüksek basınç altında çalışan sızdırmazlık elemanlarının ömürlerinin belirlenmesi

Abstract

Sanayide yoğun olarak kullanılan sızdırmazlık elemanlarının çoğu 250 bar basınç değerine kadar olan düşük basınçlar altında çalışmaktadır. Düşük basınç altında çalışan sızdırmazlık elemanları üreticiler tarafından verilen toleranslar içinde imal edilen konstrüksiyonlara montaj edildiğinde istenilen ömürler elde edilmektedir. Ancak ultra yüksek basınç altında çalışan sızdırmazlık elemanlarının sanayi şartlarında uzun süreli çalışma ömürleri hakkında yeterli veri yoktur. Yüksek basınçların elde edilmesinde kullanılan pompalara basınç yükseltici ismi verilmektedir. Basınç yükselticilerin görevini sağlıklı olarak yerine getirmesinde en önemli bileşen sızdırmazlık elemanlarıdır. Basınç yükselticilerin hedeflenen süre ve çevrimlerde sağlıklı olarak çalışabilmesi için sızdırmazlık elemanı ömrüne etki eden parametrelerin belirlenmesi ve buna göre sızdırmazlık sisteminin tasarlanması gerekmektedir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında basınç yükselticilerde 4500 bar sıvı basıncı altında sızdırmazlık ömrüne etki eden parametreler araştırılmıştır. Bu kapsamda sızdırmazlık elemanının malzemesi, geometrisi, sayısı ile mil malzemesi, yüzey pürüzlülüğü ve akma boşluğunun sızdırmazlık ömrüne etkileri belirlenmiştir. Her bir parametrede iki düzeye sahip olacak şekilde ömür test sistemi kurulmuş ve iki adet 4500 bar kapasiteli basınç yükseltici karşılıklı olarak çalıştırılarak ömür deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneylerde Taguchi L8 deney tasarım matrisi kullanılmış ve sızdırmazlık elemanları hasarlanıncaya kadarki çevrim sayısı ölçülmüştür. Deney sonuçlarına Minitab 19 yazılımında ANOVA (varyans analizi) uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre sızdırmazlık ömrü üzerinde en etkili parametre akma boşluğu olmuş, ardından milin yüzey pürüzlülüğü gelmiştir. Diğer parametrelerin sızdırmazlık ömrü üzerine etkilerinin daha sınırlı olduğu tespit edilmiştir.

Most of the sealing elements used extensively in the industry operate under low pressure like up to 250 bars. When the sealing elements operating under low pressure are mounted on the constructions manufactured within the tolerances given by the manufacturers, the desired lifetimes are obtained. However, there is not enough data on the long-term working life of sealing elements operating under ultra-high pressure in industrial conditions. Pumps used to achieve high pressures are called pressure intensifiers. The most important component for the pressure intensifiers to fulfill their duties in a healthy way is the sealing elements. In order for the pressure intensifiers to operate in the targeted time and cycles, the parameters affecting the sealing element life must be determined and the sealing system must be designed accordingly. In this master thesis, the parameters affecting the sealing life under a liquid pressure of 4500 bar were investigated. In this context, the effects of the material, geometry, number of the sealing element and the shaft material, surface roughness and interference on the service life of sealing were determined. A life test system was established with two levels for each parameter, and life tests were carried out by operating two pressure boosters with a capacity of 4500 bar mutually. Taguchi L8 experimental design matrix was used in the experiments and the number of cycles until the sealings were damaged was measured. ANOVA (analysis of variance) was applied to the experimental results in Minitab 19 software. According to the results obtained, the most effective parameter on the sealing life was the interference, followed by the surface roughness of the shaft. It has been determined that the effects of other parameters on the sealing life are more limited.