Sanayide Gürültü Denetimi II MAKİNE GÜRÜLTÜ VE TİTREŞİMLERİN ÖNLENMESİNDE TEMEL İLKELER Prof. Dr. Neşe Yüğrük Akdağ
Gürültü denetiminde gereken önlemlerin alınabilmesi için öncelikle, gürültünün nerede doğup yayıldığının belirlenmesi gerekir. Bir ses kaynağının titreşimleri havaya geçip yayılıyorsa havada, katıya geçip yayılıyorsa katıda doğan ses söz konusudur.
Strüktüre geçen titreşimler, özellikle homojen strüktürün söz konusu olması durumunda, strüktürün iç sönümü düşük olduğu için, az kayıpla yol alır, bölme, duvar gibi geniş bir yayılma alanına rastladığında, bu yüzeyin titreşimi sonucunda ses olarak ortaya çıkar.
Strüktürü uyarıp titreştirerek katıda doğan sese neden olan etkenler; mekanik titreşimlerin neden olduğu sönümsüz etki (çamaşır, bulaşık makinesi gibi çalışma süresince sürekli titreşim oluşturan ya da yapıda bulunan pompa, asansör gibi döşem ve donatılardan kaynaklanan sesler), strüktürü titreştirebilecek yeterli büyüklükte, kısa süreli kuvvetlerin neden olduğu darbe etkisi (adım sesi, nesne düşürülmesi ile oluşan sesler vb.) havada doğan sesin neden olduğu, strüktürü uyaran etki (yüksek düzeyli müzik sesinin strüktürde oluşturduğu titreşimler) olabilir.
Katıda doğup yayılan ses ve titreşim kaynaklarına örnekler
Titreşimin etkileri Titreşimin; İnsanlar, Yapılar, Makineler üzerinde değişik etkileri vardır.
Titreşimin İnsanlar Üzerindeki Etkileri Titreşimin ses olarak algılanması ile oluşan etkisi, Titreşimin titreşim olarak algılanması ile oluşan etkisi söz konusudur.
İnsanlar titreşimden genel olarak üç şekilde etkilenmektedir. 1.Tüm vücudun titreşim etkisi altında kalmasıyla, Ayakta duran, oturan ya da yatan bir kişi, ayakları ya da sırtı aracılığı ile vücuduna geçmesiyle titreşimlerin etkisi altında kalır. Bu durum, titreşimlerin öncelikle sanayi yapılarında kullanılan makinelerden zemine geçip, zeminden vücuda ya da araçlardan vücuda geçmesiyle meydana gelir.
2. El, kol gibi, vücudun bazı bölümlerinin etkilenmesiyle, Bu durum çoğunlukla endüstride kullanılan testere, elektrikli çekiç gibi aletlerin kullanılması sonucunda meydana gelir.
3.Havada doğan ses kaynaklı (örneğin patlama sesi) veya strüktürden geçen titreşimin etkisi altında kalmasıyla da insan titreşimden etkilenebilir.
Titreşimin etkileri İnsan vücudunda baş 20-30 Hz aralığında daha duyarlıyken, bacakları 2-20 Hz aralığında daha duyarlıdır.
Titreşimin etkileri Genel olarak dikkatin zayıflaması, yorulma, sakatlık, kemik ve eklem yerlerinde hasar, kaslarda ağrı ve uyuşukluk ortaya çıkabilmektedir.
Titreşimin etkileri Yapılan araştırmalar, 1-300 Hz aralığındaki titreşimlerin rahatlık düşüşüne, bu frekanslar üzerindeki frekanslarda ise,hareket rahatsızlığına yol açtığını ortaya koymuştur.
Yapıların Titreşimden Etkilenmesi Sanayide kullanılan çekiç, kompresör gibi birçok makine üzerinde yapılan gözlemler, yapıların duyarlı olduğu titreşimlerin genelde 5-50 Hz arasında değiştiğini ortaya koymaktadır.
Oluşan bu titreşimlerin frekansı, kuramsal olarak titreşim kaynağının oturduğu yapının doğal frekansına eşit veya yakın olduğunda, yapı ile rezonansa girerek, yeterli enerjiye sahipse, yapıya ciddi bir hasar verebilir. Ancak, patlama, deprem gibi şok yüklemelerin dışında, makinelerin böyle bir olayı gerçekleştirme olasılığı çok azdır.
Titreşimlerin yapı üzerindeki etkilerinin incelenmesinde, titreşim dalgalarının maksimum element hızının önemli olduğu görülmüştür. Maksimum element hızı ve yapıda hasar Max. Partikül hızı (mm/s) Hasar 70 Hasar olmaz 70-110 Az hasar 110-160 Orta hasar 160-230 Ciddi hasar >230 Yıkılma
Yapılarda Etkili Titreşim Kaynakları Döşem gürültüsü: Belli bir işin yapılması için araçların uygun yerlere döşenmesi veya döşenen araçların tümü. Su döşemi, Isıtma-soğutma-havalandırma döşemi, Asansör döşemi, Elektrik döşemi. Donatı gürültüsü (çamaşır, bulaşık mak., piyano, kontrbas vb. müzik aletlerinden yayılan titreşimler) Darbe gürültüsü
Titreşim Denetim İlkeleri Gürültü denetiminde olduğu gibi, titreşim denetiminde de en ekonomik ve etkin yol, kaynakta denetimdir. Bunu sırasıyla, kaynak-alıcı arasındaki iletim ortamındaki denetim ve alıcıdaki denetim aşamaları izler.
Titreşim/Darbe Denetim Sistemleri Titreşim/Darbe denetim sistemleri iki başlık altında ele alınabilir; A.Titreşimlerin strüktüre geçişini azaltmak (titreşim yalıtım sistemleri), B.Kaynaktan yayılan titreşimlerin genliğini azaltmak (titreşim sönümleme sistemleri).
A. Titreşim Yalıtım Sistemleri Titreşimin strüktüre geçişini azaltma; titreşim kaynağı ile yayıcı yüzey arasındaki geçiş yolunun değiştirilmesiyle sağlanır. Bu değişiklik; A.1.Titreşimin geçişini azaltan esnek gereç uygulaması, A.2. Strüktürde devamsızlık oluşturulması, A.3.Yüzer döşeme uygulaması gibi değişik yollarla sağlanabilir.
A.1.Esnek Gereç Kullanılması Etkileyen ve etkilenen nesnelerin arasına esnek gereç uygulamasıyla, hareketin veya titreşen kuvvetlerin bir nesneden diğerine geçişinin yalıtılması titreşim yalıtımı olarak adlandırılmaktadır. Uygulamada kullanılan bu gereç yeterince esnekse, rezonans yakınındaki frekansların dışında kalan titreşimlerin azını etkilenen nesneye geçirir.
A.1.Esnek Gereç Kullanılması İki tip titreşim yalıtım uygulaması vardır; Etken yalıtım, Edilgen Yalıtım.
A.1.Esnek Gereç Kullanılması Etken yalıtım Bir mekanik ekipmanın titreşiminin, bulunduğu zemine geçişini önlemek üzere yapılan titreşim yalıtımı etkin yalıtım olarak adlandırılır. Fan, elektrik motoru, hidrofor, pompa gibi makinelerin titreşim yalıtımı bu tip yalıtıma örnek olarak verilebilir.
A.1.Esnek Gereç Kullanılması Edilgen yalıtım Ekipmanın altındaki strüktürün ya da tabanın hareketlerinin ekipmana geçişini engellemek üzere yapılan yalıtım edilgen yalıtım olarak adlandırılır. Titreşim yalıtım gereci üzerine monte edilmiş bir optik alet bu tip bir uygulamaya örnektir. Burada, hassas bir aletin oturduğu strüktürdeki titreşimden etkilenmesinin önlenmesi amaçlanmaktadır.
Denetimde kullanılan gereçler Esnek gereç uygulama yönteminde kullanılan gereçler; A.1.1. Çelik esaslı gereçler, A.1.2. Şekilli elastomerler, A.1.3. Yalıtım pedleri, A.1.4. Pnömatik düzenekler, olarak dört grupta toplanabilir.
A.1.1. Çelik esaslı gereçler, Çelik esaslı gereçler; helezonik sarmal yay, makas yay, tel yumak, tel kablo gibi çeşitli şekillerde olabilmektedir. Endüstride genellikle helezonik sarmal yaylar kullanılmaktadır.
Yayların strüktüre ya da oturduğu tabana temas etmesiyle meydana gelen yüksek frekanslı gürültünün önlenmesi amacıyla, yaylar elastomerik tabana oturtulur ya da bir veya iki tarafına pedler yerleştirilebilir. Bu pedler kaymaz bir yüzey oluşturup, yayın döşemeye bağlanması gereksinimini ortadan kaldırır.
A.1.2. Şekilli Elastomerler Şekilli elastomerler, doğal ve sentetik kauçuk, neopren, silikon gibi titreşim yalıtımı için uygun gereçler ve bunların kombinasyonları ile gereksinime göre şekil, büyüklük ve detayda oluşturulan gereçlerdir. Özellikle yüksek frekanslarda etkin olduklarından, orta ve yüksek hızdaki ekipmanın titreşim yalıtımında kullanılırlar.
A.1.3. Yalıtım Pedleri Yalıtım pedleri kauçuk, neopren, cam yünü levha, keçe, mantar gibi gereçlerin çeşitli sertlik ve kalınlıkta, gereksinime yönelik olarak levha biçimine getirilmesiyle oluşan yalıtım gereçleridir. Pedler, düzlemsel biçimli gereçlerdir. Özellikle basit mekanik sistemlerde, küçük titreşim problemlerini ortadan kaldırmak için kullanılırlar.
Yalıtım pedlerine örnekler
A.1.4. Pnömatik Düzenekler Pnömatik düzenekler, altında ve üstünde montaj tabakası bulunan hava ile doldurulmuş, takviyeli kauçuk körüklerdir. Bu düzenekler, çok düşük frekanslı uyarımların (5-10 Hz) olduğu düzeneklerde etkilidirler.
Tipik pnömatik yalıtıcı örnekleri
A.2. Strüktürde Devamsızlık Oluşturma Özellikle darbe gürültüsünün denetiminde etkilidir. Darbenin bütün strüktüre yayıldığı noktalarda strüktür kesilip araya esnek bağlantılar yerleştirilerek strüktüre devam edilir. Böylece enerjinin strüktürde yayılması önlenir.örneğin bir tiyatroda mekanik ekipman odasının, sahne ve diğer alanlardan bu tür bağlantılarla ayrılması önemli yararlar sağlar.
A.3.Yüzer Döşeme Yüzer döşeme; strüktürel döşeme ile taşınan, ancak strüktürel döşemeden rijit temas olmaksızın tamamen yalıtılmış döşemedir. Yüzer döşeme, havada ve katıda doğan seslerin yalıtımında etkili olur. Yüzer döşeme kullanımı yalnızca mekanik odalarla sınırlı değildir. Müzik çalışma odaları, metro ya da karayoluna yakın oditoryumlar, tiyatrolar, konser salonları, ses kayıt stüdyoları yüzer döşeme uygulamasını yapıldığı diğer yapılara örnektir.
B.Titreşim Sönümleme Sistemleri Makinenin ya da temelin altında esnek gereç uygulanması, zemine geçen titreşimleri önemli oranda azaltır. Ancak bu uygulama, makinenin çalışmaya başlaması ya da durması sırasında meydana gelen titreşimleri ya da çalışması sırasında uyarım frekanslarından birinin döşemenin doğal frekansıyla rastlaşmasıyla ortaya çıkabilecek rezonans durumunda meydana gelecek titreşimleri engellemede yetersiz kalmaktadır.
B.1.Sönümleyici Uygulaması Sönümleme uygulaması, rezonans (makinenin çalışması sırasında uyarım frekanslarından birinin döşemenin doğal frekansıyla rastlaşması) durumunda oluşan titreşimleri engeller. Sönümleyici kullanarak titreşim genliğinde azalma sağlama olayı titreşim sönümlemesi olarak adlandırılır. Sönümleyicilerin manyetik, mekanik ve yüzeye katman olarak uygulanan türleri vardır.
Literatürde, sönümleyici, titreşim damperi olarak da geçmektedir. Sönümleyici, titreşim enerjisini bir çeşit sürtünme ile ısı enerjisine dönüştürür. Uygulamaya bağlı olmakla birlikte, sönümleme uygulamasıyla, yayılan ya da geçen ses düzeyinde azalma 20 db e kadar çıkabilmektedir.
Pratikte en fazla kullanılan mekanik ve manyetik sönümleme düzenekleri; Viskoz sönümleyici, Sıkıştırılmış yağ sönümleyicisi, Gereç iç sönümleyicisi, Kuru sürtünme sönümleyicisi, Elektromanyetik sönümleyici, olarak sıralanabilir.
Viskos sönümleyici, pratikte en fazla kullanılan sönümleyicidir. Bağıl harekete sahip iki yüzey arasında bulunan viskoz bir akışkanın küçük bir delikten geçmesi veya bir cismin bu akışkan içinde hareket ettirilmesiyle sönümleme meydana gelmesi esasına dayanır.
Levha sönümleyiciler Levha sönümleyicileri özellikle metal levha yüzeylerin, titreşimle uyarılıp rezonansa girdiği durumların önlenmesinde iyi sonuç vermektedir. Örneğin, bulaşık makinesi gibi mekanik bir düzeneğin titreşen metal paneline dokunulduğunda, el yumuşak ve esnek olduğundan, gürültüde belirgin bir azalma sağlanır.
Levha sönümleyiciler Levha sönümleyiciler genelde kauçuk, plastik gibi viskoelastik gereçlerden yapılılr. Sönümleyici, yayıcı yüzey üzerine iki şekilde uygulanabilir; Serbest katmanlı, Sıkıştırılmış katmanlı.
Levha sönümleyiciler Serbest katmanlı uygulama daha kolaydır. Sönümleyici yüzeye yapıştırılır, spreylenir ya da mala ile uygulanır. Mala ve spreyle uygulanan sönümleyiciler yumuşaktır, uygulamadan bir, iki saat sonra sertleşir. Sıkıştırılmış katmanlı uygulama, bir katman viskoelastik gerecin üzerine daha sert bir gereç veya iki metal arasına viskoelastik gereç konularak oluşturulur. Viskoelastik eleman enerjiyi depolar ve sönümleme sağlar.
B.2. Atalet bloğu uygulaması Kaynağa kütle ekleyerek ağırlığını arttırma, olanaklı ise üzerine ağırlık koyarak ya da kaynağı atalet bloğu üzerine yerleştirerek elde edilebilir. Eklenen kütle, titreşen strüktürün en az iki katı olmalıdır. Endüstride yaygın olarak kullanılan kompresör, pompa gibi bazı titreşim kaynaklarının basit titreşim yalıtımları ile döşemeden yalıtılması olanaklı olmamaktadır. Bu durumda, kaynağın atalet bloğu üzerine oturtularak kütlesinin arttırılması, kaynağın hareketini ve titreşim genliğini azaltmada uygulanan
Mekanik ekipman için taban görevi gören atalet bloğu, genellikle titreşim yalıtıcı gereçlerle taşınır. Şekil. Sistemin ağırlık merkezinin dengelenmesi (1. Yalıtım gereci, 2. Atalet bloğu)
Şekil. Atalet bloğu üzerine eşit yük dağılımının sağlanması
Atalet bloğu; Titreşimin genliğini azaltır. Üzerine konan ekipmanın iki katı ağırlıktaki bir atalet bloğunun ağırlığı M=2m olacaktır. Sistemin toplam kütlesi (m+m), 3 katına çıktığı için, titreşim genliği 1/3 e düşecektir. Yalıtımlı sistemin ağırlık merkezini indirerek stabilitesini arttırır ve düşey kuvvetin sallanma hareketi üretmesini engeller.
Atalet bloğu; Gerekli yalıtımı sağlayacak olan yayın sertliğinin yanal hareketlere karşı sistemin stabilitesini sağlamadığı, Çeşitli mekanik bileşenlerin, örneğin motor ve dişli kutusunun iyi bir eşit düzlem gerektirdiği, Hoplama ve sallanma hareketinin yok edilmesi gerektiği durumlarda kullanılır.
Yayıcı yüzeyin küçültülmesi