Helezon Konveyörler ve Tasarım Hesabı

İlk defa Arşimet tarafından 2200 yıl önce düşünülmüş en eski mekanik cihazlardan biri olan helezon konveyörler özellikle yığın malzemelerin aktarılmasında önemli bir yere sahiptir.

Helezon konveyör ayaklar (kafa sacları) üzerine oturan giriş ve boşaltma boğazları bulunan bir tekne ve bu tekne içinde yataklanmış olan mil üzerine helezon şeklinde sarılmış iletici kanatlardan meydana gelmektedir. Üzerine helis kanatlar sarılan mil, bir ucundan tahrik sistemi vasıtası ile tahrik edilir. Tahrik sistemi motor, kaplin ve/veya dişli kutusundan oluşmaktadır. Teknenin içine dökülen iletim malı kendi ağırlığı ve sürtünme ile teknenin altına oturmakta ve dönmemekte, ancak dairesel hareket yapan helisel kanatlar vasıtası ile doğrusal hareket yaparak daima ileriye doğru yatay veya farklı açılardaki doğrultularda iletim yapılmaktadır.

Helezon konveyörler katı akışkan malzemelerin beslenmesi, taşınması ve dozajlanması amacıyla farklı sektörlerde kullanılmaktadır. Bunlara; çimento, kireç, şeker ve bira fabrikalarında, yem fabrikalarında, un ve tahıl değirmenlerinde, kimyasalaktarım tesisleri, toz toplama sistemleri örnek verilebilir.

Helezon İleticilerin Avantajları

• İmalat şekli basittir,
• Kısa iletim uzunluklarında ve küçük iletim miktarlarında maliyeti düşüktür,
• Kompakt yapıdadırlar,
• Kapalı tekne içinde tozsuz, kokusuz ve hatta gereği halinde basınç altında iletim yapar,
• İletim yolu üzerinde birçok yerinden beslenebilmesi ve mal alımı kolaydır,
• Açılı konumlarda çalışabilir,
• Farklı malzemelerin birlikte taşınmasında karıştırıcı görevi yapar,
• Modüler olarak imal edilebilirler,
• Kolay monte demonte edilirler,
• Yüksek sıcaklıklardaki malzemeleri aktarabilirler,

Helezon İleticilerin Dezavantajları

• İletim malının tekneye ve helezon kanatlarına sürtünmesi (yığın malının aşınması, kırılması) ile taşınan malzemenin kalitesinin düşmesi mümkündür,
• Sürtünmelerin sonucu olarak parçaların aşınması mümkündür,
• Yapışkan ve kolay pişen mallarda tıkanma yapabilir,
• Birim zamanda iletilen madde miktarının düşük olması,
• Aktarma mesafeleri sınırlıdır (Max 50 metre),
• Enerji tüketimleri fazladır,

Helezon Konveyörlerin Yapısı

Helezon konveyorlerde ana unsur bir mile sarılı olarak taşımayı yapan helezondur. Helezon mili baş ve sondan helezon gövdesine yataklanmıştır. Eğer helezon boyu çok uzunsa aralıklarla askı yataklarına alınması gerekir. Bir helezonda askı yataklarının bulunması verimi oldukça düşürdüğü, helezonlarda tıkanmalara neden olduğu için askı yatağı kullanımından mümkün olduğunca kaçınılmalıdır.

Helezonlar taşımanın özelliğine göre çok farklı yapılarda imal edilebilirler;

• Sabit hatveli helezonlar,
• Artan hatveli helezonlar,
• Konik milli helezonlar,
• Milsiz helezonlar,
• Çok yollu helezonlar,
• Kauçuk kanatlı helezonlar,

Olarak tanımlanabilirler.

Eğer bir helezon konveyöre birden fazla noktadan malzeme beslemesi yapılıyorsa malzemenin sıkışmaması için artan hatveli helezonlar kullanılmalıdır. Konveyorun hatvesi akış yönüne göre arka tarafta daha az olduğu için arkadan gelen malzemenin akış hızı düşük, ön taraflarda ise daha büyük hatve nedeni ile akış hızı yüksek olduğundan arkadan malzeme gelmeden ön taraftaki malzeme daha hızlı boşalmış olacağı için malzemenin sıkışması önlenmiş olur.

Helezon Besleyiciler

Helezon besleyiciler belli zamanlarda ve belli miktarlarda (dozajlama) malzeme beslemesi yapılacak ise kullanılırlar. Helezon besleyicilerin helezon konveyörlerden en büyük farkı malzemeyi 100% doluluk oranları ile taşımalarıdır. Konveyorlerde ise doluluk oranı taşınacak malzemeye göre 15%-45% arasında değişir.

Helezon besleyiciler de en önemli husus kapasitenin değişken olmamasıdır. Bu nedenle  özellikle bunkere tüm boy bağlanan besleyicilerde konik milli ve değişken adımlı helezonlar kullanılması gerekir. Besleyicilerde sabit kapasite için deneysel olarak tespit edilen helezon boyutları helezon dış çapı cinsinden aşağıdaki şekilde verilmiştir.

300 mm helezon dış çapı olan bir besleyicinin sabit kapasite çalışmasını sağlayacak ölçüler ise aşağıda belirtilmiştir.

Helezon mikserlerde helezon farklı bunkerlerdeki farklı malzemeleri her bunkerin altındaki ayarlı kapaklar vasıtası ile alır. Bunlarda da malzeme sıkışmasını önlemek için değişken adımlı helezon kanatları kullanılır.

Helezon Konveyörlerin Tasarımı

Helezon konveyörde üç önemli tasarım unsuru vardır. Bunlar;

1. Helezon konveyörlerin kapasitesi,
2. Helezon konveyörün güç gereksininmi,
3. Helezon kanatlarının imalata yönelik açınımlarının çizilmesi,

Helezon Konveyörlerin Kapasite Hesabı

İletim miktarı iletim hızı ile ilgilidir. Burada ana faktörler helezon devri N (rpm) ve helezon çapı (D) değerleridir. Doldurma kesiti ve iletim hızına uygun olarak iletim miktarı aşağıdaki formül ile hesaplanır:

Burada;

CS : Helezon faktörü
kδ : Eğim faktörü
Ds : Helezonun dış çapı ( mm )
ε : Doldurma derecesi ( % )
α : Taşınan malzemenin yoğunluğu ( kg/m³ )

Doldurma derecesi iletim malının çeşidine ve tane büyüklüğüne bağlı olarak tıkanma olmaması için aşağıdaki değerlerde seçilmelidir;

ε = 0.45 Kolay akan , aşındırmayan iletim malları (un, tahıl)
ε = 0.30 Hafif aşındıran , taneli ve küçük parçalı yığın mallar (tuz, kum, çakıl)
ε = 0.15 Ağır, çok aşındıran, kimyasal olarak etki eden yığın mallar (kül, kil, çimento, gübre, toprak, cevher)

Depo ve bunker boşaltma işlerinde kullanılan helezon ileticilerinde ε ≤ 0.80 olarak ayarlanmalıdır.

Yatay ve δ = 25 ° ye kadar eğik çalışan ileticilerde kδ değeri yukarıdaki tabloya göre alınmalıdır. Aşırı eğik ve dik helezon ileticilerde CS, ε, ve kδ değerleri çeşitli yığın mallara göre deneylerle tespit edilmelidir.

Helezon Konveyörlerin Güç Hesabı

Helezon konveyörün güç hesabına tesir eden bir çok faktör bulunmaktadır. Ancak en önemli faktörler aşağıda belirtilenlerdir. Bunlar;

P₁= Helezon konveyorun boş iken çalıştırılmasına yetecek güç
P₂= Helezon konveyorun malzemeyi yatayda taşımasına yetecek güç
P₃= Helezon konveyor eğimli ise malzemeyi yükseltmeye yetecek güç

Devir sayısının ve doldurma derecesinin güç gereksinimine olan etkisi tabloda verilmiştir.

Çok zor olarak elde edilebilen bu bağıntılar nedeniyle pratikte bir toplam direnç katsayısı ile hesap yapılır. Bu faktörlerin toplamı ile toplam güç gereksimi elde edilir ve aşağıdaki formül ile hesaplanır;

Burada;

P= Toplam gereken güç (KW)
D= Helezon çapı (m)
L= Helezon boyu (m)
H= Malzemenin kaldırılacağı dikey mesafe (m)
Q= Helezon kapasitesi (Ton/saat),
μ = Malzeme direnç katsayısı,

Helezon Konveyörlerin Kanat Açınım Hesabı

Helezon konveyor kanatlarının bir hatvelik kısmı genellikle sacdan kesilir ve mil üzerinde iki kenarı arasındaki mesafe hatve ölçüsüne gelinceye kadar çekilerek mil çevresine kaynak edilir. Mil üzerinde kaç hatve varsa o sayıda kanat kesilerek önce kaynak edilen hatve kanadının kenarına kaynak edilir ve aynı şekilde hatve boyuna çektirilerek mile helezonik şekilde kaynak edilirler.

Aşağıda ölçüleri belirtilen helezon konveyorun tek hatvelik kanat açınım formülleri aşağıdaki gibidir;

  ve

  ve R=r+b

ve 

Burada;

b: Helezon kanadının genişliği (mm),
D: Helezon dış çapı,
d : Helezon mil çapı,
S : Helezonun hatvesi,
A: Helezonun bir kanadı açınımının dış çevresi,
a : Helezonun bir kanadı açınımının iç çevresi,
R: Kanat açınımı dış radyüsü,
r: Kanat açınımı iç radyüsü,
Ω: Kanat açınımı kenarları arasındaki açı,

Normalde hatveler helezon çapına eşit seçilirler. Ancak çok hızlı aktarılması gereken hafif malzemelerde hatve çaptan büyük, yavaş aktarılması gereken ağır malzemelerde ise hatve çaptan az olmalıdır.

Helezon konveyorlerde dikkat edilmesi gereken bir diğer önemli husus, helezon kanatları ile helezon yatağı arasında mutlaka bir boşluk bulunması gereğidir. Bu boşluk (c) taşınan malzemenin tane büyüklüğüne ve mil çapına göre 5 ila 15 mm arasında değişir. (ince taneli malzemelerde daha az boşluk yeter). Mil boyu arttıkça yataklar arasındaki seğim artacağından mil çapı veya mil borusunun et kalınlığı kanatların seğim nedeni ile yuvaya sürtünmesini önleyecek kadar büyük seçilmelidir. Çok uzun konveyorlerde ise gerekiyorsa askı yatakları kullanılmalıdır.

Değişken hatveli ve konik milli helezon tasarımında ise her hatve boyu için ayrı ayrı açınım yapılması gerekir.

Kademeli Artan Hatveli Helezon Kanat Hesabı

Değişken hatveli helezon çiziminde pratikte hatve doğrusal olarak arttırılmaz. Her adımda hatve kademeli olarak arttırılır ve açınımlar her hatve boyu için ayrı ayrı çizilerek imalat gerçekleştirilir.Her hatve sonundaki ikinci hatvenin değeri aşağıdaki formülden elde edilebilir;

Burada;

S₁= İlk adımdaki hatve değeri (mm),
S₂₌ Son adımdaki hatve değeri (mm),
S_h= Açınımı çizilecek adımdaki hatve değeri (mm),
h= Açınımı çizilecek adım numarası (1 den başlar),
H= Toplam adım (sarım) sayısı,
L= Toplam helezon boyu (mm),

Burada dikkat edilmesi gereken diğer bir husus ise; sabit hatveli helezonlarda helezon boyu sarım sayısı ile hatvenin çarpımına eşittir, ancak artan hatveli helezonlarda helzon boyu aşağıdaki formülden elde edilir.

Konik Milli ve Değişken Hatveli Helezon

Eğer artan hatveli helezonda konik mil kullanılmış ise (genellikle besleyicilerde sabit kapasite için kullanılır) her hatve kanadında konik milin karşılık gelen çapı hesaplanmalı ve kanat açınımı bu ölçülere göre hesaplanmalıdır.

Konik milin her hatveye karşılık gelen iç çap ölçüsü aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır;

Burada;

d₁=Helezonun son hatvesindeki mil çapı
d₂=Helezonun ilk hatvesindedeki mil çapı
d_h=Açınımı yapılacak hatvedeki mil çapı

Yazıya burada son veriyorum. Umarım bilgilendirici bir yazı olmuştur. Lütfen görüşlerinizi, eksik ya da hatalı gördüğünüz kısımları yorum olarak bizimle paylaşmayı ihmal etmeyin.