Pistonlar, hareketi sağlamak veya türetmek için basınca dayanıklı bir tüp içinde karşılıklı olarak hareket eden silindirik makine bileşenleridir. Herkes hayatın bir noktasında şırıngalarla karşılaşmıştır. Şırıngalar doktorlar veya sağlık uzmanları tarafından ilaç enjekte etmek için kullanılan aletlerdir. Fiziksel olarak bakıldığında, bir şırınganın bir ucunda iğne ve diğer ucunda elle çalıştırılabilen bir piston bulunan içi boş bir namlu bulunmaktadır. Namlu ve piston, birçok makinenin önemli bir parçası olan ‘silindir-piston’ düzenlemesinin en basit formlarıdır. Bir şırınganın namlu ve pistonu, silindir-piston düzenlemesinin en basit örneğidir.

Piston Nedir?

Piston, basınca dayanıklı bir tüpte ileri geri hareket veya ileri geri hareket gerçekleştiren silindirik bir bileşen olarak tanımlanmaktadır. Bu düzenlemenin amacı, silindirin içerdiği sıvıları (hem sıvılar hem de gazlar) harekete geçirmek ya da elde etmek için basınçlandırmaktadır.

Piston Yapımı

Pistonların sayısız şekli ve uygulaması olsa da, tüm pistonların temel yapısı aynı kalmaktadır. Bir piston bir kaç bölümden oluşmaktadır ve bunlar aşağıdaki gibidir:

1. Piston gövdesi

Piston gövdesi iki ayrılmaz bileşenden oluşmaktadır: kuron ve etek. Piston tepesi, sıvıyla temas eden pistonun en üst yüzeyidir. Basınç, piston kafasının en üst konuma doğru hareketi ile sağlanmaktadır. Piston gövdesi bir taç ve bir etekten oluşmaktadır. Piston kolu, pistonlu hareketin gerçekleştirildiği dış silindire yakından uyan entegre bir içi boş silindirik şekle oturmaktadır. Bilindiği gibi piston eteği, piston segmanlarını barındırmak için enine kesitine paralel uzanan oluklara sahiptir. Piston etekleri elle çalıştırılan cihazlarda belirgin olmamakla birlikte, mekanik cihazlarda piston yapısının önemli bir parçasını oluşturmaktadır. Piston segmanlarını muhafaza etmenin yanı sıra, bağlantı çubuklarını yerinde tutmaya yardımcı olan göbeği ve burçları da barındırmaktadırlar.

2. Piston segmanları

Piston segmanları piston eteğindeki oluklara oturmaktadır ve silindir ile piston arasında basınca dayanıklı bir sızdırmazlık oluşturulmasına yardımcı olmaktadırlar. Sıvıları sıkıştırmak veya basınçlandırmak için, iç silindir duvarı ve piston arasında basınca dayanıklı bir sızdırmazlık sağlamak önemlidir. Bu, özel malzemelerden yapılmış piston segmanları kullanılarak elde edilmektedir; bu halkalar sadece silindir duvarı ve piston arasındaki boşlukları doldurmakla kalmaz, aynı zamanda konfigürasyonlarını baskı altında tutmaktadır. Piston segmanları ayrıca silindir kaplamasını daima temiz tutmaktadır.

3. Bağlantı çubukları

Bağlantı çubukları sabit veya hareketli olabilmektedir. Zaten bilindiği gibi, pistonlar sıvıların basınçlandırılması yoluyla hareket verebilmektedir veya elde edebilmektedir. Biyel kolu bu hareketi bir ucundan bir enerji kaynağından diğer ucundan bir enerji alıcısından iletmektedir. Bir şırınga veya başka bir elle çalıştırılan makinede, bağlantı çubukları genellikle piston kafasının tabanına sabitlenmektedir ve ayrıca itme çubukları olarak da adlandırılabilmektedir. Termal veya elektrik güç kaynağına dayanan motorlar ve pompalar gibi karmaşık makineler söz konusu olduğunda, bağlantı çubukları bir uçtaki bir bilek piminin etrafındaki yataklar etrafında dönmektedir.

4. Bilek pimi

Bağlantı çubukları, piston tepesini aşağı ve yukarı itmeye yardımcı olan bir pimin etrafında dönmektedirler. Bu pim, bir bilek pimi veya piston pimi olarak bilinmektedir ve piston eteğinin burcuna oturmaktadır. Bilek pimleri sadece hareketli bağlantı çubuklarına sahip pistonlarda bulunmaktadır.

Pistonlar Nasıl Çalışır?

Pistonlu pistonların bulunduğu silindirde sıvıların girişini ve çıkışını sağlayan valfler bulunmaktadır. Bir piston aşağı doğru hareket ettikçe, sıvıyı silindire almak için giriş valfleri açılmaktadır. Piston daha sonra silindirin üst yüzeyinden uzağa doğru aşırı bir konuma hareket edebilmektedir. Bu, alt ölü merkez (BDC) olarak bilinmektedir. Bu aşamada, emme valfi kapanarak piston yukarı doğru hareket etmeye başlamaktadır ve üst ölü merkez (TDC) olarak bilinen en üstteki bir uç noktaya ulaşmaktadır. Basınçlandırma ve sıvıların sıkıştırılması, piston üst ölü merkeze yaklaştıkça gerçekleşmektedir. Çıkış valfi bu noktada sıkıştırılmış sıvıları silindirden dışarı itmek için açılmaktadır. Üst ölü merkez ile alt ölü merkez arasındaki her hareket inme olarak bilinmektedir. Dikey değil yatay olarak yerleştirilmiş pistonlarda, uç konumlar iç ölü merkez (IDC) ve dış ölü merkez (ODC) olarak bilinmektedir.

Tek ve Çift Etkili Pistonlar

Geleneksel bir piston, akışkanları yalnızca ileri strokunda basınçlandırmaktadır. Böyle bir piston aynı zamanda tek etkili bir piston olarak da bilinmektedir. Bununla birlikte, bazı pistonlar hem ileri hem de geri vuruşlarda sıvıları basınçlandırır. Bu, piston kolunun her iki yüzünde sabit bir biyel kolu ve basınca dayanıklı yüzeyler kullanılarak mümkün olmaktadır. Bu tür pistonlar çift etkili pistonlar olarak bilinmektedir.

Piston Uygulaması

1. Pistonlu kompresörler
Pistonlu kompresörler havayı düşük basınçta indükler ve yüksek basınçta dışarı atmaktadırlar. Bu cihazlar, harici bir güç kaynağına bağlı bir krank milinden mekanik güç kullanarak, düşük basınçta gazlar indükler ve daha yüksek bir basınçta çıkarmaktadırlar. Pistonlu kompresörler iki zamanlıdır: dönüş stroku düşük basınçta havaya çekilirken, ileri darbe sıkıştırarak yüksek basınçta silindirden dışarı itmektedirler. Kompresörler bu nedenle sıvılara hareket kazandırmaktadır.

2. Pistonlu pompalar
Pompaları ve kompresörleri birbirinin yerine kullanmak yaygın olmakla birlikte, pompalar sıvıları basınçlandırmak için kullanıldıklarından biraz farklı bir işleve sahiptir. Sıvılar gazlar gibi sıkıştırılamaz, ancak hız pahasına yüksek basınçta salınabilmektedirler. Kompresörler gibi pompalar hareket vermektedir, ancak üstün seçeneklerin mevcudiyeti nedeniyle, pistonlu pompalar sıvılar için yaygın olarak kullanılmamaktadır.

3. Motorlar
Otomobillerde kullanılan içten yanmalı motorlarda daha fazla güç üretmek için birden fazla piston bulunmaktadır. Bir motor, pistonu aşağı doğru itmek için ateşleyen sıvıları (hava-yakıt karışımı) sıkıştırmaktadır. Piston da krank milini hareket ettirmektedir. İki zamanlı motorlarda pistonlar aynı zamanda giriş ve çıkış vanaları olarak da hizmet etmektedirler. Böylece, pompalar ve kompresörlerin aksine motorlar, sıkıştırılmış sıvıların yanmasından hareket elde etmektedirler.

4. Elle çalıştırılan cihazlar
Bisiklet pompaları, şırıngalar ve hatta su tabancaları gibi basit cihazlar, sabit bir itme çubuğuna sahip manuel olarak çalıştırılan pistonlar kullanılmaktadır. Mürekkep kartuşları, şırıngalar ve bisiklet pompaları sabit itmeli pistonları kullanmaktadır. Yüksek basınçta sıvıları değiştirmek için fiziksel çabadan güç almaktadırlar.

5. Buhar motorları
Artık kullanılmayan buhar motorlarında çift etkili pistonlar kullanılmıştır. Günümüzde çift etkili pistonlar özel amaçlı hidrolik ve pnömatik sistemlerde kullanılmaktadır.