Komponent Düzeyinde Valf Modelleme

Valfler dışarıdan mekanik, elektriksel veya akışkan kullanılarak kontrol edilen, akışkanın gideceği yönün belirlenmesi, akış yolunun açılma derecesinin değiştirilmesi, basıncın ve debinin kontrol edilmesi amacıyla kullanılan hidrolik elemanlardır. Otomotiv sektöründen petrokimyaya hemen hemen tüm endüstriyel uygulamalarda valfler kullanılmaktadır.

Simcenter Amesim yazılımıyla valfler geçirebildiği debi ve basınç düşüşü gibi özellikleri ile fonksiyonel düzeyde veya geometrik detayları ile fiziksel düzeyde modellenebilmektedir. Şekil 1’de fonksiyonel elemanlar kullanılarak modellenmiş basit bir hidro-mekanik sistem görülmektedir. Bu sistemde 4 yollu 3 konumlu kapalı merkez bir yön kontrol valfi kullanılmıştır. Valf nötr konumunda akış geçirmemektedir, 1. konumunda P-A hattı ve B-T hattı arasında akış geçirmektedir, 2. Konumunda ise P-B hattı ve A-T hattı arasında akış geçirmektedir. Bu hidrolik sistemde valf fonksiyonel özellikleri ile temsil edilmiştir. Bu yaklaşım ile valf üzerinde sadece debi geçişi ve sistem üzerine etki eden basınç düşüşü gözlemlenebilir.

Şekil 1: Fonksiyonel elemanlar kullanılarak modellenmiş hidro-mekanik sistem

Geleneksel valflerin akış üzerindeki dinamik etkilerini gözlemlemek veya yenilikçi valf tasarımlarının akış üzerindeki etkilerini detaylı analiz edebilmek için fiziksel seviyede modelleme yaklaşımı kullanılabilir. Valfi fiziksel elemanlarla modelleyerek sürgünün ve valf kesitinin geometrik detaylarının sistemin dinamik davranışına etkisi gözlemlenebilir. Örnek bir 3 konumlu 4 yollu valfin kesit görüntüsü şekil 3’de verilmiştir. Benzer yapıda bir valfin Simcenter Amesim yazılımının hidrolik tasarım kütüphanesindeki fiziksel elemanlarla oluşturulmuş modeli Şekil 3’te görülmektedir. Burada valfin geometrik detayları hidrolik komponent tasarım kütüphanesindeki elemanlar sayesinde detaylı olarak temsil edilebilmektedir.

Şekil 2: 3 konumlu 4 yollu valf
Şekil 3: Fiziksel elemanlar kullanılarak modellenmiş valf

Valfin Geometrik Parametreleri

Valf sürgüsünün akış alanını tam kapattığı konum referans alınırsa, sürgünün sola hareketiyle valf akış geçirmeye başlar. Bu duruma underlap denir. Valf sürgüsünün aksi yönde hareketiyle sürgünün deliği kapatıp referans noktasının sağında kaldığı duruma overlap denir.

Şekil 4: Underlap
Şekil 5: Overlap

Sıfır deplasmanda underlap parametresi başlangıç durumunda sürgünün konumunu belirtmektedir. Sürgüler başlangıç durumunda akış geçiriyor veya akışın geçişini geciktiriyor olabilir. Şekil 6’da başlangıç durumunda P-A hattında 0.6 mm overlap ve A-T hattında 0.4 mm underlap bulunan sürgü görülmektedir.

Sıfır deplasmanda underlap parametresi başlangıç durumunda sürgünün konumunu belirtmektedir. Sürgüler başlangıç durumunda akış geçiriyor veya akışın geçişini geciktiriyor olabilir. Şekil 6’da başlangıç durumunda P-A hattında 0.6 mm overlap ve A-T hattında 0.4 mm underlap bulunan sürgü görülmektedir.

Şekil 6: Underlap zero displacement

Şekil 7’deki akış alanı deplasman grafiğine bakarsak sürgü sağa doğru hareket ettikçe A-T hattının akış alanının azaldığını ve 0.4 mm’ den sonra overlap durumuna geçtiğini görebiliriz. P-A hattı ise 0.6 mm’ye kadar overlap drumunda olup 0.6 mm’den sonra underlap duruma geçmiştir. Sürgü 0.4 mm – 0.6 mm konumları arasındayken valf akış geçirmemiştir.

Şekil 7: Akış alanı deplasman grafiği

Valflerin kesit yapılarını ve geometrik özelliklerini doğru temsil etmek fiziksel modelleme yaklaşımının doğruluğu açısından oldukça önemlidir. Valfin temsil edilen kısımları ve geometrik karşılığı bazen anlaşılması zor olabilmektedir. Komponent düzeyinden modellemeyi kolaylaştırmak adına Simcenter Amesim’de hidrolik komponent tasarımı kütüphanesi ile kullanılabilen ‘Component Desing Configuration Tool’ aracı geliştirilmiştir. Bu araç hidrolik elemanın her bir alt bileşeninin iki boyutlu görselini sunar ve parametre değişiminde görseli güncelleyerek daha kolay yönetilebilen bir modelleme süreci sağlar.

Şekil 8: Komponent tasarım aracı ara yüzü

Component Desing Tool ile neler yapılabilir?

  1. Komponentin iki boyutlu parametreler ile orantılı olarak temsili resmini görebiliriz. Bu resim üzerinden geometrik parametrelerini değiştirebiliriz. Parametreleri değiştirdiğimizde resim güncellenir. Resmi yakınlaştırabilir ve ayrıntılı inceleyebiliriz.
  2. Alt bileşenlerde sürgünün deplasmanına bağlı akış alanının grafiklerini görebiliriz. Sürgünün bulunduğu konumdaki akış alanı grafiğin üzerinde karo işaretiyle belirtilir.
  3. Başlangıç pozisyonuna göre parçanın konumunu değiştirebiliriz. Bu sayede sürgünün olası hareketini görebilir ve elemanların parametrelerini kolayca düzenleyebiliriz.

Şekil 8’ de sürgü elemanı başlangıç konumundadır. Bu elemanın 3 mm sağa ve sola hareketi ve akış alanı değişimi Şekil 9 ve 10’ da gösterilmiştir. Görsel üzerinde nokta desenli alanlar akışkanın olduğu yerleri temsil etmektedir.

Şekil 9: Sürgünün 3mm sağa hareketi
Şekil 10: Sürgünün 3mm sola hareketi
  1. Sürgüye başlangıç durumunda underlap ve overlap değerleri verebiliriz.
Şekil 11: Underlap 1.5 mm
Şekil 12: Underlap -1.5 mm (overlap)

Bu yazımızda Simcenter Amesim’de hidrolik valfleri geometrik düzeyde modellemek için “component desing configuration tool” aracının nasıl kullanılabileceğini gösterilmiştir. Daha fazla bilgi ve talepleriniz için DTA Mühendislik Nümerik Analizler Bölümü mühendisleriyle iletişime geçebilirsiniz.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *