Pistonlu bir kompresör için silindir yaslanmasız krank-biyel mekanizmasının tasarımı, analizleri ve deneysel incelemesi
Desing, analysis and experimental investigation of a crank-connecting rod mechanism without cylinder thrust-side for a piston compressor
- Tez No: 1008500
- Danışmanlar: PROF. DR. MELİH OKUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Otomotiv Mühendisliği, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Automotive Engineering, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Krank-biyel mekanizması, Motor pistonu, Yan kuvvet, Crank-biel mechanism, Motor piston, Side force
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde içten yanmalı motorlar ve yardımcı ekipmanlarda enerji verimliliğini sınırlayan en önemli etkenlerden biri, sürtünmeden kaynaklanan mekanik kayıplardır. Krank–biyel mekanizmasıyla çalışan motor, kompresör ve pompa gibi sistemlerde piston ikincil hareketinin neden olduğu piston–silindir arayüzeyindeki sürtünme, mekanizmanın toplam verimliliğini önemli ölçüde düşürmektedir. Bu çalışmada, söz konusu kayıpları azaltmak amacıyla bir ağır vasıta fren hava kompresörü temel alınmış ve piston ikincil hareketini ortadan kaldıran yeni bir krank–biyel mekanizması geliştirilmiştir. Tasarlanan piston yaslanmasız yapıda piston yalnızca silindir ekseni boyunca hareket etmekte; yanal yükler düşük sürtünmeli lineer yatak üzerinden taşınarak geleneksel mekanizmadaki yaslanma davranışı engellenmiştir. Geleneksel ve yeni mekanizmalara ait analitik modeller oluşturulmuş; piston konumu, hızı, ivmesi ve yanal kuvvetlerini içeren kinematik ve dinamik analizler gerçekleştirilmiştir. Sonlu elemanlar analizleri ile analitik sonuçlar yüksek doğrulukla %5'in altında hata ile doğrulanmış. Yeni mekanizmada yanal kuvvetlerin silindir yüzeyi yerine düşük sürtünmeli lineer yatağa aktarılması sayesinde piston sürtünme kaybı geleneksel sisteme göre %80–85 oranında azalmıştır. Ayrıca piston pim ofseti (±3 mm) ve krank mili ofseti (±12 mm) parametrelerinin etkileri sonlu elemanlar analizi ile incelenmiş ve sürtünme bakımında her iki durum içinde optimum ofset miktarı belirlenmiştir. 600–1050 rpm ve 1–3 bar koşullarında yürütülen deneylerde yeni mekanizma geleneksel mekanizmaya göre, yüksüz durumda güç tüketimini %8,5, yüklü durumda ise %3,3 azaltmıştır. Ayrıca yeni mekanizma, sağladığı kinematik yapı avantajıyla, piston ikincil hareketi sınırlamalarıyla ve yüksek yük altında geleneksel mekanizmaya göre daha yüksek hızda çalışmasıyla debide %2,2'lik bir iyileşme sağlamıştır. Elde edilen tüm bulgular, yeni mekanizmanın sürtünme performansı ve enerji verimliliği açısından geleneksel mekanizmaya göre belirgin üstünlük sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Mechanical losses caused by friction are among the major factors limiting energy efficiency in internal combustion engines and their auxiliary systems. In machines such as engines, compressors, and pumps that operate with a crank–connecting rod mechanism, piston secondary motion generates substantial friction at the piston–cylinder interface, thereby reducing overall performance. To address these losses, this study focuses on a heavy-duty brake air compressor and introduces a novel crank–connecting rod mechanism designed to eliminate piston secondary motion. In the proposed non-thrust configuration, the piston is constrained to move strictly along the cylinder axis, while lateral loads are carried by a low-friction linear bearing, preventing thrust-side contact characteristic of conventional designs. Analytical models of both mechanisms were developed, and kinematic and dynamic analyses—including piston displacement, velocity, acceleration, and lateral forces—were performed. Finite element analyses validated the analytical predictions with less than 5% deviation In the new mechanism, lateral forces are transferred to a low-friction linear bearing instead of the cylinder wall, reducing piston friction loss by 80–85% compared to the traditional system. The effects of piston pin (±3 mm) and crankshaft (±12 mm) offsets were analyzed using the finite element analysis, and the optimum offset values were identified in terms of friction. Experimental tests at 600–1050 rpm and 1–3 bar operating conditions showed that the new mechanism reduces power consumption by 8.5% under no-load and 3.3% under loaded conditions compared to the conventional configuration. Furthermore, the new mechanism, thanks to its kinematic structure advantage, limitations on piston secondary movement, and higher operation speed under high load compared to the conventional mechanism, has provided a 2.2% improvement in flow rate. The findings indicate that the new mechanism offers significant advantages in terms of performance and energy efficiency.
Benzer Tezler
- Numerical and experimental study of fluid structure interaction in a reciprocating piston compressor
Pozitif deplasmanlı pistonlu bir kompresörde akışkan yapı etkileşiminin sayısal ve deneysel incelenmesi
UMUT CAN COŞKUN
Doktora
İngilizce
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAYRİ ACAR
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ
- Karşıt pistonlu benzinli bir motorun tasarımı, imalatı ve çalıştırılması
Design, manufacture and operation of an opposite piston engine
YASİN ERSÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Bilim ve TeknolojiKarabük ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BÜLENT ÖZDALYAN
- Buzdolabı kompresör yatakları için aşınmaya dayanıklı malzeme seçimi
Selection of wear resistant material for refrigator compressor bearings
İREM NUR DURU
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. MUSTAFA ÜRGEN
- Kompakt değişken kapasiteli kompresör için soğutma kapasitesi artışının sayısal ve deneysel incelenmesi
Numerical and experimental investigation of increasing cooling capacity for compact variable capacity compressor
SEMİH GÜREL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SERTAÇ ÇADIRCI
- Soğutucularda kullanılan hermetik pistonlu kompresörler için özgün krank biyel mekanizması tasarımı ve imalatı
Design and manufacturing of novel crank connecting rod mechanism for hermetic piston compressors used in refrigerators
MOHAMED MUSTAFA AHMED IZZAT AL-DALAWI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Endüstri Ürünleri TasarımıGazi ÜniversitesiOtomotiv Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİH OKUR