Ülkemizde çok fazla bilinmeyen ancak havacılık sektöründe rağbet görmüş bir yataklama teknolojisinden bahsedeceğiz.
Yaprak yaylı folyo yataklar (foil bearings) veya diğer ismiyle foil-air bearings olarak bilinen bir tür yatak çeşididir. Bir mil, yay yüklü folyo yatak ile desteklenir. Mil yeterince hızlı döndürüldüğünde, çalışma sıvısı (genellikle hava) folyoyu milden iter, böylece temas olmaz. Mil ve folyo, havanın dönüşü ile oluşan yüksek basınç sayesinden birbirinden ayrılır. Basınç ve viskozite etkisi vasıtasıyla yatağa hava geçişi olur. Hava boşluğunu oluşturmak için folyoya göre yüksek bir mil devrine gerek vardır ve bu gerçekleştiğinde bir aşınma meydana gelmeyecektir (Kaymalı yatak prensibine benzemektedir). Aerostatik veya hidrostatik yataklardan farklı olarak yaprak folyo yatakları, çalışma sıvısı için harici bir basınçlandırma sistemine ihtiyaç duymazlar, bu nedenle hidrodinamik rulman kendiliğinden hareket eder (self-starting).
GELİŞİM
Yaprak yaylı folyo yatakları ilk olarak 1950’lerin sonlarında Garrett Corporation’ın AiResearch Mfg. şirketi tarafından, askeri ve uzay uygulamaları için bağımsız Ar-Ge fonları kullanılarak geliştirildi. [1] [2] İlk olarak United Airlines Boeing 727 ve Boeing 737 soğutma türbinlerinde ticari kullanım amacıyla 1960’ların başında ve ortalarında test edildi. [3] Garrett AiResearch, yaprak yaylı folyolu yatakları ilk kez 1969’da DC-10’un çevre kontrol sistemlerine tam teşekkürlü kurdu. Garrett AiResearch’ın yaprak yaylı folyolu rulmanları, akışkan sıvıyla yağlanmış yatakların yerini alması amacıyla tüm ABD askeri uçaklarında kullanıldı. Kriyojenik (çok soğuk) gaz sıcaklıklarında ve çok yüksek sıcaklıklarda çalışabilme özelliği, yaprak yaylı folyo yataklara birçok başka potansiyel uygulama alanı getirdi. [4]
İleri kaplama yöntemleri ile desteklenmiş mevcut nesil yaprak yaylı folyo rulmanlar, daha önceki tasarımların getirdiği sınırlamaları büyük ölçüde aşmıştır. Tipik uygulamalar için 100.000’den fazla başlat/durdur işlemine izin veren ve aşınmaya dayanıklı kaplamalar mevcuttur [5]
UYGULAMALAR
Yaprak yaylı folyo yataklar yüksek hızda çalıştığı için turbomakinalar en yaygın uygula alanını oluşturmaktadır. [6] Yaprak yaylı folyo yatakların en büyük avantajı, geleneksel yatak tasarımlarının ihtiyç duyduğu yağlama sistemlerini ortadan kaldırılmasıdır. Diğer avantajları:
- Sürtünmedeki düşük ısı kaybına bağlı olarak daha yüksek verim; akışkan sürtünmesi yerine, ısının ana kaynağı parazitik sürüklenmedir (hava akışının yüzey ve şekille sürtünmesinden doğan geri sürüklenmedir).
- Artan güvenilirlik
- Daha yüksek hız kapasitesi
- Sessiz çalışma
- Daha geniş çalışma sıcaklığı aralığı (40-2,500 K)
- Yüksek titreşim ve şok (shock) yükü kapasitesi
- Herhangi bir bakım programı hazırlamaya gerek yoktur
- Harici destek sistemi yok
- Kritik hızın üstünde çalışabilme kabiliyeti
- Kirliliğin sorun olduğu bir yerde yağ içermediğinden avantaj sağlamaktadır
Başlıca dezavantajları:
- Yuvarlanmalı veya kaymalı yataklardan daha düşük kapasite
- Çalıştırma ve durdurma sırasında aşınma
- Çalışma için yüksek hızın gerekmesi
Geliştirmek için ileriye dönük mevcut araştırma alanları şunlardır:
- Daha yüksek yük kapasitesi
- Geliştirilmiş sönümleme
- Geliştirilmiş kaplamalar
Kaynaklar
- Some early history is reported in Giri L. Agrawal (1997). “Foil Air/Gas Bearing Technology — An Overview” (PDF). Publication 97-GT-347. American Society of Mechanical Engineers.
- Giri L. Agrawal (July 1998). “Foil Bearings Cleared to Land”. Mechanical Engineering. 1978-1980 (120).
- Scholer Bangs (February 1973). “Foil Bearings Help Air Passengers Keep their Cool”. Power Transmission Design.
- M. A. Barnett and A. Silver (September 1970). “Application of Air Bearings to High-Speed Turbomachinery”. Technical Paper No. 700720. Society of Automotive Engineers. 700720.
- Heshmat, Hooshang (September 2005). “Major Breakthrough in Load Capacity, Speed and Operating Temperature of Foil Thrust Bearings”. Technical Paper No. WT2005-63712. American Society of Mechanical Engineers. WT2005-63712.
- R. M. “Fred” Klaass and Christopher DellaCorte (2006). “The Quest for Oil-Free Gas Turbine Engines”. SAE Technical Papers. SAE. 2006-01-3055.