Bilyeli rulman hasarlarının titreşim analizi ile tespiti ve gemi makinelerinde kestirimci bakım uygulaması

Titreşimi, basit ve en genel haliyle, bir sistemin denge konumu civarında yaptığı salınım hareketi olarak tarif etmek mümkündür. Titreşim mekanik sistemlerde genellikle istenmeyen bir durum olarak karşımıza çıkmakta olup, makineler için boşa harcanan enerji, istenmeyen ses ve gürültü, yüksek gerilmeler, malzeme yorulması ile aşınması ve hatta rezonans durumunda tüm sistemin tahribatına kadar ulaşabilecek olumsuz durumlara sebebiyet verebilmektedir. Döner makineler için vazgeçilmez bir eleman niteliğinde olan rulmanlarda yetersiz ve yanlış yağlama, üretim hataları, aşındırıcı partikül varlığı, nemli çalışma ortamı, aşırı yükleme, hatalı montaj ve işletmeleri sırasındaki çeşitli sebeplerden kaynaklanan bir takım hatalar oluşabilmektedir. Rulmanların, bilezik bilye yuvarlanma yolları üzerinde veya bilyelerinde meydana gelen hatalar, rulmanın çalışması esnasında bilye ile bilezikler arasındaki temas deformasyonlarında darbe şeklinde ani değişikliklere sebebiyet vermektedir. Bu deformasyonlar hatanın bulunduğu rulman elemanı ve hatanın temas ettiği dış yükleme durumuna bağlı olarak rulmanın ürettiği bileşke kuvvette değişikliklere neden olmaktadır. Bu değişiklikler ile rulmanın doğrusal olmayan dinamik cevabı oluşmakta ve rulmanlarla yataklanmış şaftta karakteristik titreşimler meydana gelmektedir. Rulmanlar gemilerde döner makinelerde önemli bir makine elemanı olarak kullanılmaktadırlar. Rulmanda meydana gelen bir arıza dolayısıyla bağlı olduğu makinenin çalışması etkilenecek, gerek liman gerekse de seyir periyotlarında işleyişin aksamasına hatta durmasına kadar uzanan problemlere neden olacaktır. Örneğin seyir esnasında kritik bir makinenin beklenmedik, ani duruşu; yüksek bakım onarım masraflarına, gereksiz parça değişimlerine, yedek parça teminin zorluklarına, zaman kaybına, personel üzerinde baskı ile strese ve buna bağlı iş kazalarına, hatta seyrin iptaline kadar gidecek önemli kayıplara yol açacaktır. Gemilerde makine ve teçhizatı ile ilgili olumsuz bir durumla karşılaşmamak için çeşitli bakım metotları denenmekte, periyodik olarak yapılan yağ ve parça benzeri değişimler ile belirli seviyelerde başarı elde edilse de beklenmedik arızaların önüne etkin olarak geçilememektedir. Kestirimci bakım ile titreşim gözlemleme metodu makinelerde arıza meydana gelmeden müdahale edilmesi anlayışını benimseyen ve böylece plansız ve ani duruşların önüne geçilebilmesi imkanını sunan bir bakım yöntemi olup, teknolojik yeniliklerin ışığında gemilerde uygulanmasının çok faydalı olacağı değerlendirilmektedir. Kestirimci bakım kapsamında titreşim gözlemleme metoduyla döner makinelerde rulman hataları, makinelerin çalışması esnasında tespit edilecek, bu hatalar ilerleme kaydedip tehlikeleri boyutlara ulaşmadan önce, hatalı rulmanın değiştirilmesi ile birlikte makinelerin beklenmedik ani duruşlarının önüne geçilebilecektir. Bu tezde ilk olarak; mekanik titreşimler ve bazı temel kavramlar üzerinde durularak titreşim teorisine kısa bir giriş yapılmış, titreşim analizi ve veri toplama ile ilgili hususlar tanıtılmış ve gemilerde titreşim standartları hakkında bilgiler verilmiştir. Sonrasında; bakım ve gemilerde uygulanması konusunda bilgiler verilerek, koruyucu bakım, arıza çıktıkça bakım ve proaktif bakım tanıtılmış ve kestirimci bakım detaylandırılmıştır. Son olarak; rulmanlar, rulman elemanları, hasarları ve hasar frekansları ile ilgili bilgiler verilerek deney aşamasına geçilmiştir. Rulman arızalarından %34'lük oranı ile en yüksek arıza yüzdesine sahip olan yorulmaya bağlı kusurların, rulman iç ve dış bileziği üzerindeki etkisinin titreşim analizi ile araştırılması amacıyla bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Yapılan deneysel çalışma kapsamında önce sağlam rulman 1750 RPM ve 2250 RPM hızlarında döndürülerek titreşim verileri kaydedilmiş, sonra da rulmanların yumuşak karnı olan iç bilezik ve dış bilezik bilye yuvarlanma yolu yüzeyleri hatalı rulmanlar (her bir rulmanda ve her bir yuvarlanma yolu yüzeyinde bir hata olmak üzere; 0.15 mm., 0.45 mm. ve 0.90 mm. hatalı rulmanlar) yine 1750 RPM ve 2250 RPM hızlarında döndürülerek titreşim kayıtları alınmıştır. Bu kayıtlar grafikler ve çizelgeler ile de detaylı bir şekilde sunulmuştur. Sağlam ve hatalı rulmanlara ait frekans spektrumlarının detaylı analizleri neticesinde, deney düzeneğinde kullanılmak üzere imal edilen milin dengesiz olduğu ve rulman yatağının ölçüm yapılan rulmanları tam kavrayamaması sebebiyle mekanik gevşekliğe neden olduğu gözlemlenmiştir. İç bilezik ve dış bilezik bilye yuvarlanma yolu yüzeylerinde oluşan yorulmaya bağlı hatalara (çatlak, çukur vb.) ait frekans spektrumlarındaki hasar frekansları ile nümerik yollarla bulunan hasar frekanslarının uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Bu hataların büyüklükleri arttıkça hasar frekanslarına ait genlik değerlerinin de arttığı tespit edilmiştir. Ayrıca döner makinelerde dengesizlik, mekanik gevşeklik gibi arızaların da titreşim analizi yöntemiyle tespit edilebileceği doğrulanmıştır. Sonuç olarak bu çalışma ile, rulman hatalarının ve hata büyüklüklerinin, ayrıca dengesizlik ve mekanik gevşeklik gibi mekaniksel arızaların da titreşim analizine dayalı kestirimci bakım kapsamında tespit edilebildiği doğrulanmıştır. Rulmanların gemilerde kullanılmakta olan döner makineler için çok önemli bir makine elemanı konumunda oldukları dikkate alındığında, titreşim analizine dayalı kestirimci bakım sisteminin gemilerde uygulanmasının döner makine arızalarının erken tespit ve teşhisi açısından önemi açığa çıkmıştır.