ÖNSÖZ
Fakültemdeki “Dizel motorlarının hesaplanması” dersleri sırasında, Makine 4'üncü sınıf öğrencilerinden bir bölümü tarafından, dizel makinelerinin hareketli parçalarını etkileyen kuvvetler hakkında sorular soruldu. Bu konunun ancak “Motor dinamiği” derslerinde incelenebileceğini belirttim. Ardından, eğer müfredat programımızda motor dinamiği konusu varsa, o konuyu anlatabilirmisiniz sorusu geldi. Oysa motor dinamiği bazı çevreler tarafından yüksek lisans konusu olarak görülmekteydi. Dolayısıyla Fakültemizin Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Bölümünün müfredat programlarında böyle bir konunun bulunması mümkün değildi, ama soruya evet yanıtını verdim.
Girişimlerini sürdüren öğrencilerim, Fakültemizin seçmeli dersleri arasında “İleri gemi makineleri dizaynı” (advenced Marine Engineering design) isimli bir konu bulunduğunu belirttiler. Öğrenciler Makine Bölüm Başkanlığına müracaat ederek, böyle bir konuyu almak istediklerini dile getirdiler. Makine bölümü başkanlığının ve Fakülte Yönetim Kurulunun katkılarıyla istek, İTÜ Rektörlüğüne götürüldü ve Üniversitemiz Senatosunda kabul gördü.
Gemi Makineleri Dizaynı konusunda kendimi yeterli gördüğümü söylemeliyim. Çünkü, Yüksek Denizcilik Okulunda (1962-1980): Dizel motorları, buhar türbinleri, buhar kazanları; Yildiz Teknik Üniversitesinin Vatan Mühendislik Fakültesinde, (1975-1980): Motorlar 1, motorlar 2, motor dinamiği; T.C. Dz. K. Komutanlığı Deniz Harp Okulunda (1994-1997): Termik makineler 2; İTÜ Dz. Fakültesinde; Dizel motorlarının teorisi, buhar ve gaz Türbinleri, gemi makineleri operasyonu; Çeşitli denizcilik kurslarında (1995-2014): Elektroteknik ve termodinamik; Kocaeli Mühendislik Akademisinde (1976-1980): Motorlar 1; Cağaloğlu Mühendislik Yüksek Okulunda (1970-1972): Buhar Kazanları ve Ayazağa Kimya Mühendisliği Yüksek Okulunda (1966-1968): Teknik resim okutmuş biri olduğum için, başlangıçta “Gemi Makineleri dizaynı” kolayca üstesinden gelinebilir bir konu gibi göründü bana. Nitekim yine de düşündüğüm gibi oldu. Ancak, okuttuğum konuların kitaplarını yapmak gibi bir huyum ve alışkanlığım beni zor aşılabilecek bir yola soktu. Önce, öğrencilerime vermem gereken ders notlarını hazırlamalıydım. Bunu başarmak üzere işe koyuldum, notları hazırladım, sonra bu konunun iyi ve yararlı bir kitap olacağı fikri ağır bastı ve hazırlıklarımı başka bir yöne çevirdim.
Gemi Makineleri tasarımı kitabım, ısı, dinamik ve malzeme hesaplarını kapsamalıydı. 2008 yılında Birsen Yayınevinde basımını gerçekleştirdiğim “Dizel makinelerinin teorisi” isimli kitabım ısı hesapları için yeterliydi. Ancak diğer konular için elimde yararlanabileceğim pek fazla kaynak yoktu. Yıldız Üniversitesi Vatan Mühendislik Fakültesinde görev yaptığım yıllarda tanıdığım, yaşça benden bir hayli büyük olmasına rağmen, karşılıklı sevgi ve saygıya dayanan bir arkadaşlık kurduğum, Gemi İnşa Fakültemizin öğretim üyelerinden olan M. Prof. Dr. Selim Palavan Hocanın iki ciltlik “Gemi Dizel motorları”, Yüksek Denizcilik Okulunda, uzun yıllar mekanik ve dizel motorları dersleri veren ve maalesef üç ay gibi çok kısa bir süre asistanlığını yaptığım ve bana göre Ülkemizin yetiştirdiği en önemli bilim adamlarından biri, belki de birincisi olan ve eşi az bulunan Merhum. Prof. Dr. Necdet Eraslan'ın “Dizel motorları” isimli kitabı imdadıma yetişti. Ayrıca,1980 yılında İngilizceden çevirdiğim, Prof. N. Petrovsky'e ait “İçten yanmalı gemi makineleri” kitabından ve çok sayıda teknik makaleden yararlandım. Ayrıca, dizel makineleri yapımında öncü, fakat bugünlerde dizel dünyasından elini çekmiş olan Sulzer ve dizel endüstrisinde önder olan MAN B&W firmalarının teknik dergi ve yıllıklarından da önemli bir şekilde faydalandım. Çalışmalarım ilerledikçe, konuların sıralanmasında (takdim-tehirde) türlü sıkıntılarla karşılaştım. Ulu Yaratan'a şükürler olsun, sözünü ettiğim sıkıntıların tümü geride kaldı. Sonuçta, 2014 yılı Ağustos ayında basılması plânlanan “Mühendislik formülleri” isimli kitabıma arkadaş olabilecek “Dizel Motorlarının Tasarımı ” isimli kitabım tamamlandı. Bu kitabımla birlikte yazdığım telif, derleme ve çeviri kitaplarımın sayısı 56 olacak. Eğer ilâhi rotamda varsa, Emr-i Hak vaki oluncaya dek bu sayıyı çoğaltmak, 60”ların üzerine çıkarmak amacındayım. İnşallah Ulu Yaratan bana bu gücü verir.
Dizel motorlarının hesaplanması isimli kitabıml5 bölümden oluşmaktadır. Bölümler “Gemi Makinelerinin dizayn gerekleri” ile başlamakta ve onu motor dinamiği, gemi teknesi titreşimleri, örnek proje hesapları, makinenin genel ölçüleri, pistonlar, piston rodlar, krankşaftlar, silindirler, silindir gömlekleri ve silindir başlıkları, freymler, valf hareket mekanizması, yakıt püskürtme sistemleri, su pompaları, aşırı doldurma veya süperşarj ve ısı değiştirici tasarımı gibi bölümler izlemektedir.
Kitabımda; bir önceki paragrafta sıraladığım konulardan, özellikle ısı hesapları, dinamik hesapları ile hareket donanımlarını (running gear) (oluşturan, pistonlar, piston rotlar, kroshet ve sliperleri ile konektin rod ve krankşafi konularındaki örnek proje hesapları özenli ve ayrıntılı bir şekilde sayısal örneklerle belirtildi. Dolayısıyla, “Dizel Motorlarının Tasarımı” isimli kitabımın önemli bir boşluğu dolduracağı ve yararlı olacağına inanıyorum. o Bu vesileyle yardımlarını esirgemeyen, her zaman olduğu gibi, çok çalışkan, kişisel sözlüğünde hayır sözcüğü bulunmayan, istisnasız herkese yardım etmeyi bir görev sayan, çok güzel kitapların yazarı ve Fakültemiz Gemi Makineleri İşletme Mühendisliği Bölümünün medarı iftiharı olan Başmühendis
Sn. Kemal Demirel”e gönül dolusu teşekkürler.
Ülkemizde teknik kitap basımı konusunda ilk akla gelen ve gerçekten ön plânda bulunan Birsen Yayınevinin sahipleri olan baba-oğul Cengiz ve Bahadır beyefendilere, teknisyen Halim beye ve kitabımın basımını gerçekleştiren basımevi yetkililerine de teşekkürler ediyorum.
Hayırlı olması dileğiyle...
Müh. Fahrettin KÜÇÜKŞAHİN
İTÜ Dz. Fakültesi Öğr. Görevlisi
Sahrayıcedit - İSTANBUL
İÇİNDEKİLER
Önsöz 3
Simgeler-Kısaltmalar 5
Grek alfabesi 11
İÇİNDEKİLER 13
BÖLÜM 1
GEMİ MAKİNELERİNDE DİZAYN GEREKLERİ (21-35)
1.1-Genel 21
1.2- Gemi makineleri dizaynına giriş 22
1.2.1- Silindir sayısı ve ölçüleri 23
1.2.1.2- Strok-Çevrim oranı 23
1.2.2- Hız etkenleri 24
1.2.2.1- Sıkıştırma (kompresyon) oranı 25
1.2.2.2- Sıkıştırma başlangıcındaki basınç ve giriş sistemi 26
1.2.2.3- Terminal gaz basıncı ve egzoz sistemi 29
1.2.2.4- Atık gazlar katsayısı 29
1.2.2.5- Termodinamik ve kimyasal etkenler 30
1.2.2.6- Mekanik verim 32
BÖLÜM 2
KRANK DONANIMI DINAMIĞI (33-87)
2.1- Giriş 35
2.2- Hareket donanımını etkisi 35
2.3- Makine mekanizmaları 45
2.3.1- Piston hızı ve ivmesi 45
2.3.2- Konektin rodun açısal hızı ve ivme 45
2.4- Kuvvet diyagramları 72
2.4.1- Gaz basınç kuvvetleri diyagramı 72
2.4.2- Pistonlu kütlelerin atalet kuvvetleri diyagramı 72
2.4.3- Toplam kuvvetler diyagramı 73
2.4.4- Teğetsel kuvvetler diyagramı 74
2.4.5- Ortalama teğetsel kuvvetler 76
2.5- Makine torku ve krankşaft dönüşünün değişken olması 79
2.6- Atalet kuvveti momentlerinin yapısı 84
BÖLÜM 3
MAKİNEDE TİTREŞİM (87-97)
3.1- Gemilerde titreşim üreten kuvvet ve momentler 87
3.2- Merkezkaç kuvvetler ve onların momentleri 88
3.2.1- Birinci ve ikinci harmonikler ve bunların momentleri 88
3.2.2- Makinenin devirme momenti 88
3.3- Gemi teknesinin serbest titreşimleri 89
3.3.1- Cebri titreşim 90
3.3.2- Dizel makinelerinin gemi teknelerine etkileri 90
3.3.3- Titreşimlerin dengelenmesi 90
3.3.4- Titreşim yalıtımı ve titreşim söndürücüler 93
3.3.5- Makine pervane hızının değişmesi 94
3.3.6- Gemi döşeğinin dayanıklılığını artırmak 95
BÖLÜM 4
PROJE HESAPLARI (97-145)
4.1- Giriş 97
4.2- Isı hesapları 97
4.2.1- Kompresyon başlangıcındaki sıcaklık 97
4.2.2- Resiverdeki havanın sıcaklığı 98
4.2.3- Silindirlere verilen havanın sıcaklığı 99
4.2.4- Sıkıştırma başlangıcındaki sıcaklık 100
4.2.5- Sıkıştırma (kompresyon) basıncı 101
4.2.6- sıkıştırma (kompresyon) sıcaklığı 102
4.2.7- Basınç yükselmesi oranı 103
4.2.8- Yanma için gerekli hava miktarları 104
4.2.9- Yanma ürünleri 105
4.2.10- Toplam yanma ürünleri 105
4.2.11- Kimyasal molar değişim katsayısı 106
4.2.12- Molar değişim katsayısı 106
4.2.13- Yanma ürünlerinin oranları 106
4.2.14- Isı kapasiteleri 107
4.2.14.1- Ortalama izokorik ısı kapasitesi 107
4.2.14.2- Ortalama izobarik ısı kapasitesi 108
4.2.15- Maksimum yanma sıcaklığı 108
4.2.16- Ön genişleme Oranı 109
4.2.17- Genişleme oranı 110
4.2.18- Genişleme sonu basıncı 110
4.2.19- Genişleme sonu sıcaklığı 110
4.2.20- Kuramsal (teorik) verim 111
4.2.21- Kuramsal (teorik) ortalama basınç 111
4.2.22- Endike ortalama basınç 112
4.2.23- Ortalama efektif basınç 112
4.2.24- Özgül yakıt tüketimleri 112
4.2.24.1- Özgül endike yakıt tüketimi 112
4.2.24.2- Özgül efektif yakıt tüketimi 113
4.2.25- Ana ölçülerin hesaplanması 113
4.2.25.1- Silindir çapı 113
4.2.25.2- Piston stroku 114
4.2.25.3- Strok-Çap oranı 114
4.2.26- Piston Deplâsmanı 115
4.2.27- Ölü hacim veya klerens hacmi 116
4.2.28- Kuramsal diyagramın çizimi 116
4.2.29- Tayming diyagramının çizimi 120
4.2.30- Beygir güçleri 122
4.2.30.1-Endike beygir gücü 122
4.2.30.2- Mekanik kayıpların gücü 122
4.2.30.3- Özgül endike ve özgül efektif güçler 123
4.2.30.4- Litre gücü 123
4.2.31- Makine ısı dengesi 124
BÖLÜM 5
MAKİNENİN GENEL ÖLÇÜLERİ (147-160)
5.1- Genel 147
5.2- Alt karter boyunca makine boyu 147
5.3- Süpürme ve egzoz portları
5.4- Süpürme ve egzoz için gerekli zaman-yüzey 150
5.5- İleri çalışmada makine tayming diyagramı 151
5.6- Hacimler 152
5.6.1- Kuramsal (teorik) zaman-yüzey 154
5.7- Cebri (kuvvetlendirilmiş) egzoz 155
5.8- Süpürme (skavencin) 157
5.8.1- Gerçek zaman-yüzey 158
BÖLÜM 6
PİSTON ve ÇEŞİTLİ KISIMLARININ HESAPLANMASI (161-185)
6.1- Giriş 161
6.2- Piston yapımında kullanılan malzemeler 164
6.2.1- Pistonların kalay ile kaplanması 164
6.2.2- Pistonların fosfat ile kaplanması 166
6.2.3- Pistonların seramikle kaplanması
6.3- Piston hesabı 166
6.3.1- Piston eteği veya gövdesi
6.3.2- Piston kafası 169
6.3.3- Klerensler veya boşluklar 175
6.3.4- Piston pin (gacın pin veya perno) 176
6.3.5- Piston segmanları 179
6.3.6- Piston soğutma sistemi 182
BÖLÜM 7
KONEKTİN ROT, PİSTON ROT ve KROSHETLER (187-222)
7.1- Giriş 187
7.2- Konektin rotların malzeme hesabı 194
7.3- Krankpin yatak cıvataları hesabı 207
7.4- Piston rodun hesaplanması 210
7.5- Kroshedin hesaplanması 215
BÖLÜM 8
KRANKŞAFT (KRANK MİLİ) HESAPLANMASI (223-250)
8.1- Tanımlama 223
8.2- Krankşaft türleri 223
8.2.1- Tek parçadan yapılan krankşaftlar 223
8.2.2- Yarı yapımlı krankşaftlar 223
8.2.3- Tam yapımlı krankşaftlar 225
8.2.4- Kaynaklı krankşaftlar 226
8.2.5- Krankşaftların denetim hesapları 248
8.2.5.1- Krank üst ölü noktada 248
8.2.5.2- Krank kolu 250
8.2.5.3- Krank jurnal 253
8.2.5.4- Maksimum teğetsel kuvvetlerin oluştuğu krank durumu 253
BÖLÜM 9
SİLİNDİRLER, SİLİNDİR GÖMLEKLERİ ve KAVERLER (259-284)
9.1- Silindir blokları 259
9.2- Silindir gömlekleri (laynerler) 259
9.2.1- Yaş silindir gömleklerinin sakıncaları 263
9.2.2- Kuru silindir gömlekleri 263
9.2.3- Silindir gömleklerinin kromla kaplanması 264
9.2.4- Silindir gömleklerinin Nitriklenmesi 264
9.2.5- Elektrik akımı ile sertleştirme işlemleri 264
9.2.6- Silindir gömleği malzemesi 264
9.2.7- Silindir gömleği sıcaklıkları 265
9.3- Silindir gömleği hesabı 266
9.3.1- Silindir bloğu ve silindir gömleği boyutları 267
9.4- Silindir gömleği ve silindir bloğu hesaplanması 271
9.4.1- Silindir gömlekleri hesabı 271
9.5- Silindir başlığı malzemesi ve tasarımı 278
9.5.1- Silindir başlığının görevleri 278
9.5.2- Silindir başlığı malzemesi 280
9.5.3- Silindir başlığının temizliği 281
9.5.4- Silindir başlığı (kaver) hesabı 281
9.5.4.1- P, ve Fg kuvvetlerinden gelen gerilmeler 281
9.5.4.2- Isıl gerilmeler 284
BÖLÜM 10
ALT KARTER ve FREYMLER (285-303)
10.1- Genel 287
10.1.1- Alt karter ve bedpleyt 287
10.1.2- Freym ve krankkeys 288
10.1.3- Gayıtlar 291
10.1.4- Ana yataklar 292
10.2- Alt karter boyutları ve ana yatakların hesaplanması 294
10.3- Freymlerin malzeme ve dizaynı 298
10.3.1- Freym boyutları 299
10.4- Tansiyon cıvatalarının (tayrotların) hesaplanması 301
BÖLÜM 11
VALF HAREKET MEKANİZMASI (305-321)
11.1- Genel 305
11.2- Kemşaft hareket mekanizması 305
11.2.1- Dişli kemşaft donanımı 297
11.2.2- Zincir donanımı 305
11.2.3- Milli donanım 307
11.3- Valf hareket mekanizması 308
11.4- Valf hareket donanımının hesaplanması 313
11.4.1- Emme ve egzoz valfları 313
11.4.2- Kemler (eksantrikler) 315
11.4.2.1- Kem sağrıları 316
11.4.3- Valf yayları 320
11.4.3.1- Valf yayı dalgalanması 323
11.4.4- Valf levyesi ve valf itecekleri 325
11.5- Kemşaftlar 327
BÖLÜM12
YAKIT PÜSKÜRTME (331-343)
12.1- Yakıt püskürtme sistemleri 331
12.1.1- Yakıt püskürtme pompaları 332
12.1.2- Yakıt püskürtme valfleri 335
12.1.3- Enjektör türleri 335
12.1.3.1- Kapalı enjektörler 335
12.1.3.2- Birleşik enjektörler 337
12.2- Plencer çapı ve strokunun hesaplanması 339
12.2.1- Yakıt pompası boyutları 341
12.3- Orifis çaplarının hesaplanması 341
BÖLÜM 13
SU ve YAĞ POMPALARI
13.1- Soğutma suyu pompası 343
13.2- Yağlama yağı pompası 345
BÖLÜM 14
AŞIRI DOLDURMA (SÜPERŞARJ) (349-370)
14.1- Aşırı doldurma 349
14.1.2- Güç artışı 349
14.1.3- Dört stroklu makinelerde aşırı doldurma 350
14.1.4- İki stroklu makinelerde aşırı doldurma 350
14.2- Aşırı doldurma hesabı 351
14.2.1-Merkezkaç bloverden sonra hava sıcaklığı 353
14.2.2-I ve II kademe arası soğutucuda sıcaklık düşümü 354
14.2.3- İkinci bloverden sonra süperşarj havası sıcaklığı 354
14.2.4- Egzoz borusundaki gaz basıncı 355
14.2.5- Egzoz borusuna akan gazların sıcaklığı 355
14.2.6- Yanma ürünlerinin ortalama izokorik ısı kapasitesi 356
14.2.7- Yanma ürünlerinin ortalama izobarik ısı kapasitesi 356
14.2.8- Türbinden önce gazların sıcaklığı 356
14.2.9- Türbinden saniyede geçen gaz miktarı 357
14.2.10- Gaz türbininin gücü 358
14.2.11- Türbine bağlı 1. Kademe bloverin tükettiği güç 360
14.2.12- Blover çapının hesaplanması 360
14.3- Pistonlu bloverin ana ölçülerinin hesaplanması 364
14.4- İlk hareket havası kompresörü ve hava tüpleri 367
BÖLÜM 15
ISI DEĞİŞTİRİCİ TASARIMI (371-388)
15.1- Giriş 371
15.2- Reküperatif ısı değiştirici cihazları 371
15.3- Ortalama sıcaklık farkı 372
15.4- Toplam ısı transfer katsayısı 378
15.4.1- Düz bir duvardan ısı transferi 378
15.4.2- Silindirik bir duvardan ısı transferi 379
15.4.3- Küresel bir duvardan ısı transferi 380
15.4.4- Kanatlı (Finli) bir duvardan 1sı transferi 383
15.4.5- Bir sıvı katmanından ısı transferi 383
15.5- İşletme sıvılarının çıkış sıcaklıklarının hesaplanması 386
15.6- Doğrudan temaslı (Rejeneratif) ısı değiştiriciler 387
Tablolar
Yararlanılan eserler
Yazarın basılı eserleri
Dizin