Bu durumu genellikle şu hallerde
görürüz: Bir çeyrek-turlu vana kapalı pozisyondadır ve bir çeyrek-turlu
pnömatik aktüatör, hava enerjisiyle vananın açmaya başlaması için gerekli tork
değerinden fazlasını üreterek vanayı açar. Bu durumda birden, vana silkelenir
ve/veya “pop” diye bir ses duyulur. Bu hızlı zıplatma ve pop açılması; düzgün
olamayan çalkantılı akışa sebebiyet verir. Peki bu olaydan sakınmak için ne
yapılabilir?
Pnömatik aktüatörlerin çalışması; aktüatör
içindeki ölü(boş)alanlara basınçlı hava veya gazın dolması ile gerçekleşir. Temelde,
bu basınçlı hava hacmi, aktüatör pistonlarının harekete karşı direnci ile
sınırlı kalır. Bir kere vana yatağından hareket ettikten sonra, direnç düşer ve
basınçlı hava; basınç, vana direncine eşit olana kadar serbest şekilde
genişler.
Şekil I bize bu mekanizmanın nasıl
çalıştığını göstermektedir. Burda vana yataklamayı terk etmek için gerekli olan
yüksek tork değeri bir anda karakteristik olarak düşük tork gereksinimine
dönüşmektedir(Grafikte kalın çizgiyle gösterilmiştir).
Bu grafik ayrıca; çeşitli pnömatik
aktüatör boş(ölü) alanlar için vana pozisyonu ve aktüatör/piston hareketini
göstermektedir. Matematiksel bir model oluşturmak için; biz bu örnekte, standart
90 derece pnömatik aktüatörlerde kullandığımız 3 inçlik bir hareket yolu olan 6
inçlik bir piston kullandık.
Bu örnek, özel uygulamalardaki
açma-zıplamasını öngörmek için yetersiz kalsa bile, bize ölü hacmin vana
açılmasındaki bir problem olan zıplatma unsurunu gözle görülür derecede
etkilediğini göstermiştir. Ölü hacmin minimize edilmesi ile daha az zıplama
görülmüştür.
Aktüatör boş(ölü) alanları; model,
dizayn ve hareket yönü itibariyle farklılık gösterebilmektedir. Şekil 2 ve 3
teki aktüatörü ele alalım. Aktüatörü açmak için pistonların içine basınçlı hava
verilmelidir. Ancak pistonların içindeki hava alanı ile pistonların dış
yüzeyindeki hava alanından fazladır. Burdaki vana açmadaki zıplama problemi
aktüatörün vanaya alışmasıyla giderilebilir.
Kısaca, vana açma esnasındaki
zıplama etkisini azaltmak için, minimum boş alanlı pnömatik aktüatör seçilmelidir.
Bu zıplama problemini engellemek
için alternatif çözümler:
1-) Pnömatik aktüatöre yay eklemek(Şekil 4) yardımcı olabilir, çünkü harekete
karşı yay direnci pistonlar yol aldıkça artar ve zıplama/silkelemeyi azaltır.
Tercihen, minimum boş iç alanla yay dönüşlü bir aktüatör seçilebilir.
2-) Çok fazla etkilemese bile aktüatörün iç mekanizması bu etkiyi azaltabilir.
Örneğin, kremayer dişli (rack and pinion) tip bir pnömatik aktüatör, yolu
boyunca linear bir tork eğrisi üretirken, iskoç-boyunduruklu (scotch yoke) tip
bir aktüatör alacağı yolun ortasında çıkış tork değerini azaltır. Böylelikle “pop”
lama veya zıplama sorunu az da olsa giderilebilir.
3-) Diğer çözüm ise; hidrolik veya elektrikli aktüatör kullanmak olacaktır. Bu
iki tipin hiçbirisinde açma esnasında bir zıplatma yaşanmaz.