Mekanik Salmastra Nedir? Çalışma Prensibi, Bileşenleri ve Kullanım Alanları

Mekanik salmastra, pompa, karıştırıcı ve kompresör gibi döner milli ekipmanlarda milin gövdeden dışarı çıktığı noktada proses akışkanının kaçmasını, gerektiğinde de dış ortamın içeri girmesini önleyen bir mil sızdırmazlık elemanıdır. Bu işi, biri mille birlikte dönen, diğeri gövdeye sabitlenmiş iki hassas işlenmiş halkanın birbirine bastırılmasıyla yapar; iki yüzey arasında yalnızca mikron mertebesinde ince bir akışkan filmi kalır.

Sahada “mekanik keçe” veya “pompa keçesi” adlarıyla da anılır. Hangi adla anılırsa anılsın temel fikir aynıdır: sızdırmazlık hattı milin yüzeyi boyunca değil, mile dik konumlanmış iki düz yüzeyin arasında oluşur. Bu yüzeyler yaylar ve proses basıncı tarafından birbirine doğru itilir; aradaki film hem kaçağı sınırlar hem de yüzeyleri yağlar.

Bu yazı mekanik salmastranın ne olduğunu, neden gerektiğini ve nasıl çalıştığını anlatan giriş rehberidir. Komponent, kartuş, körüklü veya çiftli gibi tiplerin ayrıntılı sınıflandırması için mekanik salmastra çeşitleri rehberine bakabilirsiniz.

Dönen bir milin sabit bir gövdeden geçebilmesi için aralarında bir boşluk bulunmak zorundadır. Pompa çalışırken bu boşluğun bir tarafında basınçlı akışkan, diğer tarafında atmosfer bulunur. Boşluk kapatılmazsa akışkan dışarı kaçar; vakum altında çalışan ekipmanlarda ise hava içeri emilir. Mil sızdırmazlığının işi, milin dönmesine izin verirken bu boşluğu kapatmaktır.

Conta bu işi yapamaz, çünkü birbirine göre hareket etmeyen iki yüzeyi, örneğin iki flanşı, sıkıştırılarak kapatmak için tasarlanmıştır. Yumuşak salmastra ise mil çevresine yerleştirilen örgülü halkaların bir gland ile sıkıştırılmasıyla çalışır; halkalar doğrudan mile veya mil gömleğine sürtünür ve sürtünme ısısını uzaklaştırmak için genellikle kontrollü bir damlama bırakılır. Dudaklı mil keçeleri ise çoğunlukla düşük basınçlı yağ ve gres tutma uygulamalarında kullanılır.

Mekanik salmastra, dinamik sızdırmazlığı mil yüzeyinden alıp mile dik iki halkanın arasına taşır. Bu sayede görünür damlama genellikle oluşmaz, mil veya gömlek yumuşak salmastradaki gibi sürekli bir sürtünme bölgesi taşımaz ve sürtünme kaybı çoğu uygulamada daha düşüktür. Buna karşılık ilk maliyeti daha yüksektir ve montaj hassasiyeti ister. İki teknolojinin ayrıntılı karşılaştırması mekanik ve yumuşak salmastra karşılaştırması yazısında, enerji ve toplam maliyet etkisi ise pompa sızdırmazlığında verimlilik rehberinde ele alınır.

Mekanik salmastranın çalışmasını ilk montajdan kararlı çalışmaya kadar sırayla izlemek, prensibi anlamanın en kolay yoludur. Bu bölümdeki adımlar sıvı yağlamalı tekli bir salmastra için genel bir akışı anlatır; ayrıntılar tasarıma göre değişir.

Ön yükleme, basınçlandırma, film oluşumu, denge, ısı yönetimi ve aşınma telafisinden oluşan zincirin herhangi bir halkası bozulduğunda salmastra sızdırmaya başlar: ön yük yetersizse yüzeyler açılır, film buharlaşırsa yüzeyler kuru sürtünür, ikincil eleman takılırsa halka aşınmayı izleyemez.

• Montaj ve ön yükleme: Dönen halka mile, sabit halka gland veya gövdeye yerleştirilir. Yay ya da körük, pompa henüz çalışmadan iki yüzeyi birbirine bastıran bir ön yük oluşturur; bu yük olmasaydı basınçsız durumda yüzeyler arasından akışkan kaçabilirdi.
• Basınçlandırma: Salmastra odası akışkanla dolar ve basınçlanır. Basınç, eksenel olarak hareket edebilen halkanın arkasındaki alana etki ederek yay kuvvetine eklenen ikinci bir kapatma kuvveti oluşturur.
• Film oluşumu ve dönüş: Basınç farkının etkisiyle akışkan, basınçlı taraftan atmosfer tarafına doğru yüzeylerin arasına girer ve ince bir film oluşturur; mil döndüğünde bu film yüzeyleri yağlar. Filmin içindeki basınç, yüzeyleri birbirinden ayırmaya çalışan açma kuvvetini üretir.
• Denge: Kapatma kuvvetleri ile film basıncının açma kuvveti dengelendiğinde yüzeyler, katı temasın ve sürtünmenin sınırlı kaldığı, kaçağın ise çok düşük olduğu mikron mertebesinde bir aralıkta çalışır.
• Isı yönetimi: Yüzeylerdeki sürtünme ve filmdeki kesme ısı üretir. Bu ısı akışkanla, salmastra odasındaki dolaşımla veya harici bir yıkama ile uzaklaştırılır; film kaynama noktasına yaklaşırsa kararsızlaşır.
• Aşınma telafisi: Yüzeyler zamanla çok yavaş aşınır. Yay veya körük, eksenel hareket edebilen halkayı aşınma miktarı kadar ileri iterek teması korur; mildeki küçük eksenel hareketleri ve ısıl genleşmeyi de aynı mekanizma karşılar.

Yüzeyler arasındaki film, mekanik salmastranın hem yağlayıcısı hem de sızdırmazlık ortamıdır. Kalınlığı genellikle mikron mertebesinde veya altındadır, yani insan saçından onlarca kat incedir. Bu kadar ince bir filmin kararlı olabilmesi için yüzeylerin son derece düz olması gerekir: salmastra yüzeyleri lepleme ile işlenir ve düzlemsellik, monokromatik ışık altında optik düz cam ile helyum ışık bandı cinsinden kontrol edilir. Bir helyum ışık bandı yaklaşık 0,3 µm'ye karşılık gelir.

Kapatma kuvveti iki kaynaktan gelir: yay kuvveti ve proses basıncının hareketli halkanın arka yüzüne uyguladığı hidrolik kuvvet. Yay kuvveti görece küçüktür ve asıl görevi basınç düşük veya sıfırken yüzeyleri temas hâlinde tutmaktır; basınç yükseldikçe kapatma kuvvetinin büyük bölümünü hidrolik kuvvet oluşturur. Açma kuvveti ise yüzeyler arasındaki film basıncından doğar.

Basıncın ne kadarının yüzey yüküne dönüşeceğini dengeleme oranı belirler: basıncın kapatma yönünde etki ettiği alanın yüzey temas alanına oranı. Dengesiz (balanssız) salmastralarda bu oran genellikle 1'in üzerindedir ve basınç arttıkça yüzey yükü hızla büyür. Dengeli (balanslı) salmastralarda oran mil veya gömlek üzerindeki bir kademe ile 1'in altına indirilir; böylece yüksek basınçta da yüzey yükü sınırlı kalır.

Yüzey malzemesi çiftinin taşıyabileceği zorlanma, yüzey basıncı ile kayma hızının çarpımı olan PV değeriyle değerlendirilir. PV arttıkça sürtünme ısısı yükselir; ısı akışkanla uzaklaştırılamazsa film buharlaşır, yüzeyler kuru sürtünür ve ısıl çatlak, aşırı aşınma ya da elastomer sertleşmesi gibi hasarlar başlar. Bu nedenle salmastra odasının soğutulması ve gerektiğinde temiz bir yıkama akışkanıyla beslenmesi tasarımın parçasıdır.

Tasarımlar farklılaşsa da hemen her mekanik salmastrada aynı işlevleri gören bileşen grupları bulunur. Endüstriyel pompa salmastralarında yaylı ve eksenel hareket edebilen halka çoğunlukla döner taraftadır; yüksek çevresel hızlarda ve bazı kompakt yekpare tasarımlarda yay grubunun sabit tarafa alındığı tasarımlar da kullanılır. İkincil elemanların malzemesi, salmastranın sıcaklık ve kimyasal sınırını çoğu zaman yüzeylerden önce belirler.

Bileşen tablosu her parçanın görevini ve tipik malzemelerini özetler. Yüzey malzemelerinin sertlik, ısı iletimi ve tokluk açısından karşılaştırması için silisyum karbür ve tungsten karbür karşılaştırması yazısına bakabilirsiniz.

Bir mekanik salmastrada akışkanın dışarı çıkabileceği tek yer yüzeylerin arası değildir. Bileşenlerin birleştiği her noktada potansiyel bir sızıntı yolu vardır ve her biri ayrı bir elemanla kapatılır.

Sıfır sızıntı mı? Sıvı yağlamalı tekli bir mekanik salmastrada film basınçlı taraftan atmosfer tarafına doğru çok yavaş akar; dolayısıyla teknik olarak kaçak sıfır değildir. Bu miktar çoğu zaman o kadar küçüktür ki yüzeylerin atmosfer tarafındaki kenarında, sürtünme ısısının da etkisiyle buhar olarak ortama karışır ve gözle görülmez. Bu nedenle “görünür kaçak yok” veya “çok düşük ve kontrollü kaçak” demek, “sıfır sızıntı” demekten daha doğrudur.

Proses akışkanının atmosfere çıkmasının kabul edilmediği toksik veya uçucu uygulamalarda yaygın çözümlerden biri basınçlı bariyer akışkanlı çiftli salmastradır; uygulamaya göre kaçağı bir toplama sistemine yönlendiren basınçsız (tampon akışkanlı) çiftli düzenler de kullanılır. Basınçlı düzende çok az miktarda bariyer akışkanı prosese ve atmosfere geçer; ancak bariyer basıncı korunduğu sürece dışarı çıkan, proses akışkanı değil seçilmiş temiz bir bariyer akışkanıdır. Damlama, kristal birikimi veya buhar gibi kaçak belirtilerinin olası nedenleri mekanik salmastra arıza ve bakım rehberinde ele alınır. Kaçak teşhisinde ilk adım, sızıntının bu bölümde sıralanan beş yoldan hangisinden geldiğini bulmaktır.

• Birincil sızdırmazlık (yüzeyler arası): Dönen ve sabit halka arasındaki dinamik hattır; tasarım gereği çok küçük bir film akışına izin veren tek yoldur.
• Dönen birim ile mil veya gömlek arası: O-ring, körük veya kama conta ile kapatılır; yay grubu döner tarafta olan o-ringli tasarımlarda bu eleman aşınmayı izlemek için eksenel olarak kayabilmelidir.
• Sabit halka ile gland arası: Çoğu tasarımda statik bir O-ring, kama conta veya elastomer kılıf ile kapatılır.
• Gland ile salmastra odası arası: Gland contası veya O-ring ile kapatılan statik bağlantıdır.
• Kartuş salmastralarda gömlek ile mil arası: Gömleğin iç çapındaki O-ring ile kapatılır.

Mekanik salmastra, döner milin basınçlı bir sıvıyı veya gazı ortamdan ayırması gereken hemen her ekipmanda kullanılabilir. Uygulamalar arasındaki fark, salmastradan beklenen öncelikte ortaya çıkar: seri üretim beyaz eşyada kompaktlık ve maliyet, kimya pompasında emisyon kontrolü, gıda pompasında hijyen öne çıkar.

Meccanotecnica Umbra, dünya otomotiv su pompası salmastra pazarının yaklaşık %35'ine, bulaşık makinesi salmastra pazarının ise %50'den fazlasına sahiptir. Bu iki alan, salmastradan küçük bir hacimde uzun ve bakımsız çalışma beklenen seri üretim uygulamalarının tipik örnekleridir.

Doğru salmastra seçimi katalogdan değil, uygulamanın verilerinden başlar. Bu bölümdeki sorular hem tedarikçiyle görüşmeden önce toplanması gereken bilgileri hem de tür ve malzeme kararlarının dayanağını oluşturur. Cevaplar netleştiğinde uygun tipler çoğu zaman birkaç seçeneğe iner.

• Akışkan nedir? Kimyasal bileşimi, viskozitesi, katı partikül içeriği, kristalleşme eğilimi ve tehlike sınıfı.
• Salmastra odasındaki basınç ve sıcaklık nedir? Pompanın basma basıncı değil, salmastranın gördüğü basınç esas alınır; akışkanın buhar basıncına olan mesafe de önemlidir.
• Mil çapı ve devir nedir? İkisi birlikte yüzeylerdeki çevresel hızı belirler; çevresel hız da yüzey yüküyle birlikte ısı üretimini etkiler.
• Salmastra odası ölçüleri ve kullanılabilir eksenel boy nedir? Ekipman DIN 24960 / EN 12756 gibi standart ölçülere uyuyor mu?
• Dönüş yönü sabit mi? Tek yöne bağımlı tasarımlar ters dönüşte sorun çıkarabilir.
• Kuru çalışma, kavitasyon veya sık dur-kalk ihtimali var mı?
• Atmosfere kaçak için yasal veya tesis içi bir sınır, patlayıcı ortam ya da hijyen gerekliliği var mı?
• Soğutma, yıkama veya bariyer akışkanı sağlama imkânı var mı?
• Duruşun maliyeti nedir? Kartuş tercihi ve yedek parça stratejisi büyük ölçüde bu cevaba göre şekillenir.

Tür: Mekanik salmastralar yapıya (komponent ve kartuş), salmastra sayısına (tekli ve çiftli), basınç dengesine (dengeli ve dengesiz), ikincil sızdırmazlık tipine (o-ringli ve körüklü), yay tipine ve dönüş yönüne göre sınıflandırılır. Her eksenin mühendislik gerekçesi ve uygulama tablosu mekanik salmastra çeşitleri rehberindedir.

Malzeme: Yüzey çifti ve elastomer seçimi salmastranın kimyasal, ısıl ve aşınma sınırlarını belirler. Genel çerçeve için sızdırmazlık ürünlerinde malzeme seçimi, katı partikül içeren ortamlar için aşındırıcı sıvılar için mekanik salmastra yazılarına bakabilirsiniz.

Arıza: Kuru çalışma, yetersiz soğutma, ikincil eleman hasarı, hatalı montaj ve titreşim erken kaçakların sık rastlanan nedenleridir; ısıl çatlak çoğu zaman kuru çalışmanın veya yetersiz soğutmanın sonucudur. Belirtiden kök nedene giden teşhis yöntemleri ve önleyici bakım programı mekanik salmastra arıza ve bakım rehberinde anlatılır.

Standartlar, salmastranın nasıl tanımlanacağını ve hangi ölçülere uyacağını ortak bir dille tarif eder. Bu bölümdeki bilgiler genel bilgilendirme amaçlıdır; bir uygulamanın hangi standarda tabi olduğu proje şartnamesiyle belirlenir.

API 682, petrol, doğal gaz ve kimya endüstrilerindeki santrifüj ve döner pompaların mil sızdırmazlık sistemlerini kapsar. Salmastraları kategori, düzen (arrangement) ve tip ile tanımlar: Düzen 1 tekli salmastrayı, Düzen 2 ara hacmi salmastra odası basıncının altında tutulan, sıvı veya gaz tampon akışkanlı basınçsız çiftli salmastrayı, Düzen 3 ise bariyer akışkanı salmastra odası basıncının üzerinde tutulan basınçlı çiftli salmastrayı ifade eder.

Standart ayrıca salmastra destek sistemlerini plan numaralarıyla tarif eder. Örneğin API Plan 32, salmastra odasına harici bir kaynaktan temiz yıkama akışkanı verilmesini; API Plan 53B ise basınçlı bariyer akışkanının keseli (bladder) bir akümülatörle basınç altında tutulduğu devreyi tanımlar.

DIN 24960 ve büyük ölçüde onun yerini alan Avrupa standardı EN 12756, mekanik salmastraların ana montaj ölçülerini mil çapına göre standartlaştırır; EN 12756 ayrıca salmastra malzemeleri için bir kodlama sistemi tanımlar. Aynı ölçü serisine uyan salmastralar ölçü açısından birbirinin yerine kullanılabilir. Ancak ölçü uyumu malzeme ve performans eşdeğerliği anlamına gelmez; değişimde yüzey ve elastomer malzemeleri ayrıca kontrol edilmelidir.

Mekanik salmastra arızalarının önemli bir bölümü malzemeden değil montaj ve işletme hatalarından kaynaklanır. Bu bölümdeki kurallar tipten bağımsız olarak geçerlidir; sayısal sınırlar için her zaman ürünün teknik dokümanı esas alınmalıdır.

• Yüzeyleri temiz tutun: Lepleme yüzeylerine çıplak elle dokunmayın; salmastrayı ambalajından montaja kadar toz ve talaştan koruyun.
• Mili ve salmastra odasını kontrol edin: Mil salgısı, eksenel boşluk, yatak durumu ve mil yüzey kalitesi üretici sınırları içinde olmalıdır.
• Elastomerleri koruyun: Keskin kenar, kama yuvası ve diş üzerinden geçerken montaj kılıfı kullanın; kaydırıcıyı elastomerle uyumlu seçin (örneğin mineral yağ esaslı kaydırıcılar EPDM için uygun değildir).
• Ön yükü doğru ayarlayın: Komponent salmastrada yay çalışma boyunu ölçüye göre ayarlayın; kartuş salmastrada montaj (ayar) klipslerini ancak gland cıvatalarını ve tahrik bileziğinin set vidalarını sıktıktan sonra çıkarın.
• Kuru çalıştırmayın: İlk çalıştırmadan önce salmastra odasını akışkanla doldurun ve havasını alın; yıkama veya bariyer sistemini pompadan önce devreye alın.
• Pompayı tasarım noktasına yakın çalıştırın: Kavitasyon, kapalı vanaya karşı uzun süre çalışma ve en iyi verim noktasından uzak işletme; ısınma, titreşim ve mil sehimi yoluyla salmastra ömrünü kısaltır.
• Değişimde bütün olarak düşünün: Yüzeyleri değiştirirken ikincil elemanları da yenileyin; arızalı salmastrayı kök neden analizi için saklayın.

Meccanotecnica Umbra Turkey, İtalyan mekanik salmastra üreticisi Meccanotecnica Umbra S.p.A.'nın Türkiye şirketidir. İstanbul İkitelli OSB'den; otomotiv, beyaz eşya ve endüstriyel pompalar için mekanik salmastra, yumuşak salmastra, conta ve döner mafsal üretir ve tedarik eder.

1966'da Campello sul Clitunno'da (Umbria, İtalya) kurulan Meccanotecnica Umbra S.p.A.'nın birikimine dayanan katalog 189 ürün, 126 teknik PDF ve STEP/DWG çizim desteği sunar. Akışkan, basınç, sıcaklık ve ölçü bilgilerinizle ürün kataloğunu inceleyebilir veya seçim için teknik ekibimizle iletişime geçebilirsiniz.