TMMOB Makina Mühendisleri Odası Yalıtım Kongresi 23-24-25 Mart 2001 Eskişehir-Türkiye MEKANİK SİSTEMLERDE TİTREŞİM KONTROLÜ Seda BUZLUK (Mak. Müh.)' ODE, Okmeydanı Halit Ziya Türkkan S. Kaptanpaşa Malı. Famas Plaza B Blok Kat: 14 Şişli/İstanbul Tel: 0212 210 49 06 E-Mail: sedabuzluk@ode.com.tr ÖZET Yaşadığımız mekanları daha konforlu hale getirmek için kullanmak zorunda olduğumuz cihazlar, tasarım hatalarından ve yalıtım eksikliklerinden veya ses ve titreşim sorunları düşünülmeden gerçekleştirilen maliyet düşürücü girişimlerden kaynaklanan problemleri de beraberinde getirmiştir. Gürültü ve titreşim yalıtımının en kolay ve ekonomik yolu, proje aşamasında ve ekipmanların kuruluşu esnasında gerekli tedbirlerin alınmasıdır. Sonradan yapılan iyileştirme çalışmaları, hem zaman ve iş gücü kaybına sebep olmakta hem de daha büyük harcamalar yapılmasını gerektirmektedir. Titreşim yolu ve hava yolu ile olmak üzere iki yolla yayılan sesler bütününden oluşan gürültünün, insan sağlığı üzerinde meydana getirdiği hem fizyolojik hem de psikolojik bozukluklar artık bilimsel veriler olarak ortaya çıkmaktadır. Dolayısıyla, makinaların sağladığı seri ve hemen hemen kusursuz üretimlerden veya konfordan vazgeçilemeyeceği için, onlarla birlikte yaşamayı da öğrenmek ve olası hasarlardan korunmak gerekmektedir. Bu yazıda mekanik dairelerde akustik düzenleme ve titreşim kontrolü detayları ve kullanılan modern yalıtım malzemeleri anlatılacaktır. 1. TİTREŞİM NEDİR? Titreşim, belirli zaman aralıklarında, bir kütlenin belirli bir mesafede yapmış olduğu periyodik hareketlerdir. Buradaki mesafe genlik, bir saniyedeki titreşim sayısı ise frekans olarak adlandırılır. Titreşim kontrolünde en önemli olaylardan birisi rezonanstır. Rezonans, cihazın çalışma frekansı ile titreşim alıcının doğal frekansının aynı zaman diliminde aynı frekansta olması durumudur. Rezonansın oluşmasını engellemek için cihazı destekleyen yapının dinamik sertliğinin titreşim alıcı sistemin en az üç katı olması gerekir. Titreşim ve darbe kontrolünde titreşim alıcıların kullanımının iki amacı vardır. Bunlardan biri; üzerine yerleştirilmiş cihazdan sabitlendiği yapıya geçen kuvvetlerin etkisini azaltmak, diğeri ise; sabitlendiği yapının hareketinden sarsılarak zarar görmemesi gereken hassas cihazı korumaktır. 2. TİTREŞİM ALICILAR SEÇİLİRKEN DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN HUSUSLAR Bir mekanik tesisatta titreşim yalıtımı yapılması gereken yerler; pompalar, havalandırma üniteleri, fanlar, chillerler, soğutma kuleleri, kazanlar, jeneratörler, boru hatları ve klima kanallarıdır. Titreşim alıcılar, bütün bu ekipmanların bir takım özellikleri göz önünde bulundurularak seçilmelidir. Seçim yapılırken dikkat edilmesi gereken hususlar şöyledir: Titreşim yalıtımı yapılacak olan ekipmanın türü, Örneğin; Pompa, Fan, Chiller v.b. Titreşim yalıtımı yapılacak olan ekipmanın bulunduğu yer, Örneğin; Zemin kat, ara kat v.b. Yalıtım yapılacak ekipmanının ağırlığı, Ekipman ağılık merkezinin yeri, Yalıtım yapılacak birimin tüm ebatları, Cihazın en düşük çalışma hızı, Çaplarına göre boru metrajları ve projeleri, Kesitlerine göre boru metrajları ve projeleri. 93
3. MEKANİK TİTREŞİM YALITIMINDA KULLANILAN EKİPMANLAR Yukarıdaki hususlar dikkate alınarak seçilecek ve kullanılacak olan yalıtım malzemeleri ve özellikleri aşağıdaki gibidir. Pedler, ister neopren veya mantar, ister her ikisinin kombinasyonu, fiberglas, sisal lifler, keçe, kurşun veya başka bir malzeme olsun, sınırlı bir çökmeye sahiptirler. Çökmeler normal olarak 1" kalınlığındaki bir ped için kalınlığın %10-20'si gibidir. Yüksek katlardaki cihazların titreşimlerinin alınması için bu çökme miktarları yeterli olmayacağı için, kullanım alanları bodrum katlar, ve kritik olmayan cihazlar ile sınırlıdır. Neopren ayaklar ve askıların çökme miktarları 0.20" - 0.50" arasındadır. 3 HP'ye kadar olan pompaların, küçük ısıtma ve havalandırma üniteleri gibi cihazların, yüksek hızlı küçük ekipmanların titreşim yalıtımında, dengesiz kuvvetlerin çok küçük olduğu, sadece ses probleminin ya da küçük bir titreşim probleminin olduğu yerlerde gerekli statik çökmeyi sağlayabilirler. Neopren askılar, nadiren titreşen, aslında normal olarak yüksek frekanslı ıslık sesi çıkartan buhar hatlarında kullanılırlar. Neopren ayaklar ve askıların kullanılacağı yerlerde, spesifıkasyonlar, yay kullanılmasını önerirler. Çünkü neopren ayaklarla küçük yayların fiyatları arasında fazla fark yoktur. Neopren askı elemanları, genellikle yaylarla seri olarak kullanılırlar. Çünkü neopren malzemeler, yayların tek başlarına yapamayacakları kadar yüksek frekanslı sesleri elimine ederler. Çelik yaylar, kritik durumlarda kullanımı en yaygın olan titreşim alıcılardır. Çelik yaylar, pratik olarak 5", bazı özel durumlarda da daha fazla çökme yapabilirler. Yaylar, çeşitli dizayn imkanları verirler. Çelik yaylar, makina kadar kalıcı ve uzun ömürlüdür. Modern titreşim alıcılar yani ilave bir şeye gerek kalmadan gerekli stabiliteyi sağlayacak yeterli büyüklükteki çelik yayların bağlantı şekilleri çok önemlidir. Yaylar genellikle bir ayar cıvatası ve neopren ped veya yüksek frekanslı sesi hafifletici malzemeler ile birlikte üretilirler. Titreşim alıcıların en randımanlısı hava yaylarıdır. Genel olarak bir hava yayı; 100 psi veya daha fazla hava basıncına dayanıklı olarak üretilmiş ve cihaza stabil destek sağlayan geniş lifli takviyeli kauçuk balondan oluşur. Uygun bir şekilde dizayn edilmiş bir hava yayı, çelik yayın 6-7" çökmesine eşdeğer bir çökme sağlarlar. Hava yayının cidarları kauçuktan olduğu için, çelik yaylarda meydana gelebilen rezonans veya ses köprüsü riski yoktur. Hava yaylan, tek bir boyuttaki yay ile hava basıncını çok az miktarda değiştirerek, çeşitli ağırlıklardaki yükleri taşıyabilme avantajına sahiptir. Hava yayları, küçük kaçakları ya da büyük sıcaklık farklarından doğabilecek genişleme veya büzülme hareketlerini kompanze edecek bir yükseklik kontrol vanası ile birlikte monte edilirler. Hava yaylarının montajı, çelik yaylarınkine nazaran daha pahalı olduğu için hava yayları, son derece kritik yerlerde uygulanır. 94
3.5. Çelik veva Beton Kaideler: Çelik veya beton kaideler, genellikle ekipmanı düzenli bir biçimde muhafaza etmek için kullanılırlar. Kaideler, dökme demir pompa kaidesi gibi mevcut bir kaidenin kuvvetlendirilmesi, santrifüj kompresörler gibi uzun cihazları stabil hale getirmek veya uzun ve bir çok bölümden oluşan ısıtma ve havalandırma ünitelerini bir arada tutmak için de kullanılabilirler. Bir çok durumda, beton yerine çelik kaideler kullanılır çünki kullanılacağı mahale kaynaklanmış, hazırlanmış halde gönderilebilmektedir. Beton kaide ile karşılaştırıldığında hafifliği sebebi ile döşeme betonunun güçlendirilmesine ihtiyaç kalmaz. Çelik kaidelerin kullanılması halinde dikkat edilmesi gereken en önemli konular; cihazı taşıyabilmesi için yeterince rijit olması ve taşıdıkları cihazın frekansında rezonansa girmemesidir. En iyi yöntem, kaide elemanları olarak çelik kirişlerin kullanılmasıdır. Kiriş derinlikleri, kaidenin en uzun kenarının en az 1/10'u kadar olmalıdır. Özellikle büyük güçlü cihazlar için ilave bilezikler kullanılabilir. Yüzer beton kaideler özellikle pompalar için tavsiye edilmektedir. Pompa için gerekli olan ekstra sağlamlık ve şaplanmış yüzey gibi özellikler, yüzer beton kaidelerde mevcuttur. Eğer en önemli faktör sağlamlık ise, beton derinliği kaidenin en uzun kenarının 1/12'si kadar olmalıdır. Beton kaideler, cihazın balanssızlığına, dışardan gelebilecek bir takım kuvvetlere karşı dayanım için bir kütle artışı gerekli olması halinde de kullanılmaktadır. Kauçuk genleşme parçaları, ses köprüsünü ve borudaki gerilimi azaltması için, kesme vanalarının cihaz tarafına yerleştirilmelidir. Sıcaklık ve basıncın çok yüksek olduğu tesisatlarda kauçuk yerine paslanmaz çelik veya bronz metalik hortumlar önerilir. Flexible metalik hortumlar, boru hattındaki seslere karşı çok az koruma sağlarlar. Cihaz bağlantı noktalarında esneklik sağlarlar. Bu da, flanşlardaki gerilimi azaltır ve titreşim yalıtımı yapılmış olan cihazın, yaylar üzerinde serbest olarak hareket etmesine olanak verir. Kauçuk bağlantı parçalan, ses köprülerini ve borudaki gerilimi azaltır. 95
4. AKUSTİK PROBLEMLERE SAHİP KLİMA SANTRALI ODASI 1. Klima santralı hücre panelinin titreşimi, alçıpandan yapılmış oda duvarının çok yakın olması sebebiyle, duvar vasıtasıyla komşu alanlara iletilmekte. 2. Vantilatörün saat yönünün tersi istikamette dönmesi ile oluşan hava akımı, santralden hemen sonraki dirsekte yön değiştirmek zorunda kalıyor. Bu da, türbülansa, düşük frekanslı gürültüye ve basınç kaybına yol açmakta. 3. Dirseğe yerleştirilen kanatların çok kısa olması durumunda, hava akımının düzeltilememesi ve türbülansın kontrol edilememesi sebebiyle yukarıda bahsedilen problemler daha da artar. 4. Susturucunun, dirseğe çok yakın yerleştirilmiş olması türbülansı arttırır. 5. Dikdörtgen kanallar ve susturucular, türbülans sonucu oluşan titreşim ve gürültüyü engelleyemez. 6. Klima santralının girişinin duvara çok yakın olması, giriş sesinin duvarlara iletilmesine ve havanın girişte sıkışmasından dolayı kararsız vantilatör hareketlerine ve gürültüye yol açar. 7. Makina dairesinin dönüş havası girişinde susturucu kullanılmaması, vantilatör sesinin tavana ve daha sonra da binaya iletilmesine yol açar. 8. Ünitenin neopren pedler üzerine yerleştirilmesi, titreşim yalıtımı için yetersiz kalmakta. 9. Ünitenin neopren pedler ile, esnek döşeme üzerine yerleştirilmesi titreşimin binaya iletilmesine yol açmakta. 10. Soğutma suyu borularının, tavana rijit bir şekilde asılması, titreşimin tavana iletilmesine yol açar. 11. Susturucunun olduğu bölümde kanal duvarlarının binaya temas etmesi, titreşimin ve gürültünün duvarlar vasıtasıyla kullanım alanlarına iletilmesine yol açar. 12. Asma tavanın, veriş havası kanallarına asılması, tavanın, oluşan sesi yaymasına yol açar. 96
5. OPTIMAL AKUSTIK ÖZELLİKLERE SAHİP KLİMA SANTRALI ODASI 1. Santral ile duvar arasında 600 mm mesafe bırakılarak ses iletiminin önlenmesi ve örme veya beton duvarlar kullanılması mükemmel bir şekilde düşük frekanslı ses yalıtımı sağlayacaktır. 2. Yatay deşarjlı klima santralı kullanılmasıyla, türbülans yaratan dirsek kullanımına gerek kalmayacaktır. 3. Klima santralı çıkışındaki redüksiyon, türbülansı en aza indirecektir. 4. Susturucunun ünite deşarjından yeterli uzağa yerleştirilmesi, aşırı türbülans ve gürültü oluşumunu engelleyecektir. 5. Dairesel kanal sistemi kullanılması düşük frekanslı gürültünün kullanım alanlarına iletimini kontrol edecektir. 6. Ünite girişindeki yeterli mesafe, titreşimin duvara iletilmesini ve girişteki aşın türbülansı engelleyecektir. 7. Dönüş havası girişine konulan susturucu, bu yolla taşınan sesi engellemektedir. 8. Ünite, yüksek esneklikte, çelik yaylı titreşim izolatörleri üzerine yerleştirilmiştir. 9. Ünitenin, üzerine yerleştirildiği döşeme, alttan en az bir kirişle desteklenmiş ve ünitenin altına ilave kaide yapılmak suretiyle sıkılık ve kütle arttırılarak titreşimin döşemeye iletimi kontrol altına alınmıştır. 10. Soğutma suyu boruları, yaylı askılarla tavana bağlanmıştır. 11. Veriş havası kanalının etrafı, duvarla teması engellemek için 13 mm. kalınlığında esnek izolasyon malzemesi veya esnek macun ile doldurulmuştur. 12. Kullanım alanındaki asma tavan veriş havası kanalına asılmam ıştır. 6. REFERANSLAR [1] Prof. Dr. T.H. Karakoç, Y.Mimar E. Binyıldız, Mak.Müh. O. Turan, "Binalarda ve Tesisatta Isı Yalıtımı", ODE Teknik Yayınları, No: G20, Eylül 1999 [2] S. Özkan, 2D Yapı Çalışmaları [3] M.E. Schaffer, HVAC Sistemleri İçin Ses ve Titreşim Kontrolü Kılavuzu, TTMD Teknik Yayınları [4] R.S. Jones, Noise and Vibration Control in Buildings [5] Mason Industries Studies 97