Denizcilik sektöründe kullanılan esnek kauçuk boruların üretimi ve dayanım analizi
Production and strength analysis of flexible rubber hoses used in the maritime industry
Yazar: RECEP ŞEVKİ
Danışman: DOÇ. DR. GÖRKEM KÖKKÜLÜNK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gemi Mühendisliği = Marine Engineering

Özet:
Denizcilik sektöründe çeşitli akışkanların iletilmesinde yaygın bir çözüm olarak kort bezi, sarılan tel ve kauçuk katmanlarından oluşan esnek kauçuk borular esneklik, taşınabilirlik ve montaj kolaylığı gibi çeşitli avantajlarıyla kullanılmaktadır. Esnek kauçuk borularda iç basınç, borunun kendi ağırlığından ve taşıdığı akışkanın ağırlığından kaynaklı çökmeye uğraması gibi farklı zorlayıcı çalışma faktörleri borunun deformasyonuna yol açmaktadır. Deformasyonu etkileyen faktörlerin başında gelen sarılan telin sarım aralığı ve tel çapı emniyetli bir tasarım için dikkat edilmesi gereken parametrelerdir. Literatürde yapılan çalışmalarda esnek kauçuk boruların dayanım analizi çeşitli tasarım parametrelerine bağlı olarak araştırılmıştır. Bu çalışmada denizcilikte yaygın olarak kullanılan esnek kauçuk boruların üretimi ve farklı deformasyonlara karşı dayanım analizleri üzerinde durulmuştur. Dayanım analizinde değişken faktör olarak dayanımı sağlayan tel sarım aralığı ve tel çapı kabul edilmiş ve buna bağlı olarak farklı boru tasarımları için dayanım analizleri Sonlu Elemanlar Yöntemi (Finite Element Method) (FEM) ile numerik olarak incelenmiştir. Borunun basınç dayanımı, ağırlıklardan kaynaklı çökmeye karşı dayanımları incelenen faktörler olmuştur. Buradaki kauçuk boru tasarımı belirli boyutlara sahiptir, tasarımda tel çapı ve sarım aralıklarının dayanım ve maliyet açısından seçimi incelenmiştir. Borunun kendi ağırlığından kaynaklı deformasyon miktarı boru boyutları göz önüne alındığında oldukça sınırlı kalmıştır. Borunun taşıdığı akışkanın ağırlığından kaynaklı deformasyon miktarı tüm tasarımlar için ihmal edilebilecek düzeydedir. Elde edilen sonuçlardan basınç deformasyonunun üzerinde tel sarım aralığı ve tel çapının rolü incelendiğinde, tel çapının yalnızca dar sarım aralıklarında önemli olduğu tespit edilmiştir. 50 mm tel sarım aralığında tel çapının etkisi en fazla 4 mm-12 mm tel çapları arasında ve %75,76 olduğu; ancak bu oranın 150 mm tel sarım aralığında ise 4 mm-12 mm tel çapları arasında ve %20,22'ye kadar düştüğü bulunmuştur. Bunun yanında tel çapının artışı tüm sarım aralıklarında maliyeti yaklaşık 10 kat artırmakta, ayrıca boru ağırlığını artırması sebebiyle yanal deformasyona da sebep olmaktadır. Dolayısıyla basınç dayanımının artırmak için sarım aralığının öncelikli olarak azaltılması maliyet açısından daha avantajlıdır. Ayrıca çalışmada Sonlu Elemanlar Yöntemi'nde Rebar (reinforcement-bars) yaklaşımı başarıyla esnek kauçuk borunun dayanım analizine dahil edilmiş, güçlendirme elemanlarının seçiminin dayanım ve maliyet üzerindeki etkisi nedeniyle dikkatli yapılmasının önemi vurgulanmıştır.

Abstract:
In the maritime industry, flexible rubber hoses consisting of cord layer, helix wire and rubber layers are widely used as a solution for conveying various fluid mixtures due to their advantages such as flexibility, portability, and ease of installation. In flexible rubber pipes deformations occur due to the different operating factors such as internal pressure, sagging of the pipe due to its own weight and the weight of the fluid it carries. Among the factors affecting deformation, the winding spacing, and wire diameter of the helix wire are the parameters that must be taken into consideration for a safe design. Studies in the literature investigated the strength analysis depending on various design parameters of flexible rubber pipes. In this study, the production and the strength analysis against different deformations of flexible rubber pipes widely used in maritime are investigated. In the strength analysis, where the helix winding spacing and helix diameter that provide strength were accepted as variable factors, different pipe designs were examined numerically with the Finite Element Method (FEM). The internal pressure strength and strength against sagging caused by weights were examined. The rubber pipe design here has fixed dimensions, and the selection of helix diameter and helix spacing depending on strength and cost has been examined. The deformation caused by the pipe's own weight is considered limited relative to the pipe dimensions. The deformation caused by the weight of the fluid carried by the pipe is negligible for all pipe designs used in the study. When the role of helix spacing and helix diameter on the internal pressure deformation was examined, it was observed that the helix diameter was effective only in the narrow helix spacings. In the 50 mm helix spacing, the effect of the helix diameter is maximum between 4 mm and 12 mm wire diameters and is 75.76%; It was found that this rate decreased to 20.22% in the 150 mm helix spacing between 4 mm-12 mm wire diameters. In addition, the increase in helix diameter also increases the cost of the wire approximately 10 times in all helix spacings, whereas causes sagging due to the increase in pipe weight. Therefore, in order to increase the compressive strength, it is more advantageous to reduce the helix spacing as a priority in terms of cost efficiency. Moreover, the Rebar (reinforcement-bars) approach in the Finite Element Method was successfully implemented in the strength analysis of flexible rubber pipe, and the importance of the careful selection of reinforcement elements due to their impact on strength and cost was emphasized in the study.