Kompresör kabuğunun sayısal ve deneysel analizi

Dünya pazarında buzdolabı üreticileri birbirleriyle kalite, yeni teknoloji, gıdaların daha uzun süre saklanabilmesi, buzdolabı iç-dış tasarımı, enerji seviyesi ve ses gücü düzeyi gibi birçok konuda çok aktif bir biçimde rekabet halindedir. Artan rekabet koşullarında firmalar tüketici beklentilerini karşılayacak faaliyetler geliştirmek, fakat bunu minimum maliyetle gerçekleştirmek zorundadır. Gürültü denetim politikaları ve müşteri beklentileri göz önüne alındığında buzdolabı kompresörlerine ait ses ve titreşim seviyeleri önem kazanmaktadır. Kompresör kaynaklı titreşimler, buzdolabındaki gürültünün en önemli nedenlerinden biri olup, özellikle kompresör içindeki mekanik hareketin yaratmış olduğu titreşim ve bu titreşimin çeşitli yollarla kompresör kabuğuna iletilmesi sonucunda oluşan gürültü, buzdolabı gürültü seviyesini önemli oranda etkiler. Buzdolaplarının aşırı titreşimlere maruz kalması ile müşteri konforu açısından istenmeyen sesler yani gürültü artışı haricinde, bu titreşimlere bağlı arızaların oluştuğu da bilinmektedir. Bu tez kapsamında öncelikle buzdolabı ile ilgili temel bilgiler araştırılıp, buzdolabındaki baskın gürültü kaynakları belirlenmiş ve bu gürültü kaynaklarıyla ilgili literatür araştırması yapılmıştır. Yapılan araştırmalar sonucunda, zaruri bir ihtiyaç olan buzdolaplarında görülen titreşim ve gürültü probleminin araştırmacıları daha sessiz ve daha düşük titreşim seviyelerine sahip ürünler meydana getirme yoluna yönelttiği görülmüştür. Buzdolaplarında baskın gürültü kaynaklarından biri olan kompresörün titreşim ve gürültü problemlerinin giderilmesi ile ilgili farklı uygulamalar bulunmasına karşın, yapılan literatür araştırmasında genelde türbin kanatlarında kullanılan sürtünmeli sönümleyici uygulamasının kompresörlerde kullanımının yaygın olmadığı tespit edilmiştir. Bu sebeple bu tez kapsamında kuru sürtünme kaynaklı sönümleyici kullanımı ile kompresör titreşim ve gürültü seviyelerinin düşürülmesi amaçlanmıştır. Bunun için öncelikle tek ve çok serbestlik dereceli sistemler incelenmiş ve temel ses konuları hakkında bilgi toplanmıştır. Kompresör kabuğunda gerçekleştirilecek çalışmaların anlamlı olabilmesi için öncelikle mevcut durumun tespiti gerekmiştir. Bunun için ilk önce Sonlu Elemanlar Metodu ile kompresörün sayısal modeli oluşturularak kompresörün dış muhafazasını oluşturan alt ve üst kabuk ayrı ayrı ve birleşik durumda analiz edilmiş ve modellenen kompresör kabuklarının doğal frekansları, mod şekilleri ve Frekans Tepki Fonksiyonları (FTF) hesaplatılmıştır. Kompresörün mevcut titreşim ve gürültü davranışının deneysel olarak belirlenmesi için öncelikle kompresör alt ve üst kabuklarına çekiç testi yapılarak kabukların FTF'leri ölçülüp doğal frekans değerleri elde edilmiştir. Ölçülen FTF'lerin bir modal analiz yazılım programında işlenmesi ile mod şekilleri elde edilmiştir. Daha sonra kompresörün mevcut akustik davranışlarının tespiti için iki farklı tipteki kompresörün solo ses gücü düzeyi ölçülmüştür. Ayrıca bu iki kompresörden biri, buzdolabı kabin dibi bölgesine yerleştirilerek buzdolabının da toplam ses gücü düzeyi ölçülmüştür. Ölçülen bu değerler, ileride yapılacak çalışmaların mevcut durumla karşılaştırılmasında referans değerler olarak kabul edilecektir. Kompresördeki mevcut durumun tespiti için uygulanan üçüncü ve son çalışma ise buzdolabında kompresör kaynaklı gürültünün kompresörün hangi bölgesinden kaynaklandığını belirlemek amacıyla yapılan akustik kamera ölçümüdür. Bu sayede kompresör kaynaklı gürültünün kaynağı ve baskın olduğu frekans bölgeleri elde edilmiştir. Oluşturulan sayısal ve deneysel modellerin birbiriyle uyumlu olup olmadığını ve elde edilen sonuçların tutarlılığını tespit etmek amacıyla öncelikle sayısal ve deneysel modelde aynı yerden alınan bazı FTF verileri karşılaştırılmış ve birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Daha sonra her iki analizde alt ve üst kabuklar için elde edilen doğal frekans değerleri ve mod şekilleri karşılaştırılmıştır. Elde edilen doğal frekans değerlerinde özellikle alt kabuk için kısmi sapmalar olsa da, hem doğal frekans değerleri hem de mod şekillerinin birbirleriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Kompresör alt ve üst kabuklarının birleşik halde bulunduğu durumda modeller arasında karşılaştırmanın yapılabilmesi için Operasyonel Koşullarda Titreşim Şekli (OKTŞ) yöntemi kullanılarak doğal frekans değerleri elde edilmiştir. Bu metodun ölçümler esnasında sağladığı en önemli avantaj, yapıya herhangi bir harici kuvvet uygulanmadan gerçekleştirilebilmesidir. Bu nedenle yöntemin uygulanması sırasında herhangi bir kuvvet sinyalinin ölçülmesine gerek yoktur. Modal parametreleri bulmak sadece kompresör kabuğu üzerinden alınan cevap (ivme) verilerine dayanmaktadır. Buzdolabı kabin dibi bölgesinde ve kompresörde bulunan bazı kısıtlar sebebiyle sadece üst kabuk bölgesine uygulanan bu yöntem sonucunda elde edilen veriler ile sayısal analiz sonuçlarından elde edilen bazı mod şekillerinin birbirleriyle uyumlu olduğu görülmüştür. Gerçekleştirilen üç farklı karşılaştırma yöntemiyle, oluşturulan sayısal ve deneysel modellerin birbirine yeter derecede yakınsadığı sonucuna varılmıştır. Gerçekleştirilen sayısal ve deneysel analizler sonucunda kompresör kabuğu üzerinde belirlenen kritik bölgelerde sürtünmeli sönümleyici kullanılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda ilk olarak sabit bir sürtünmeli sönümleyici, kompresörde belirlenen bölgeye yerleştirilmiş ve hem solo kompresör ses gücü düzeyi (SGD) hem de buzdolabı toplam ses gücü düzeyi ölçülmüştür. Bu yöntem ile kompresörün solo SGD'sinde 1.6 dBA, buzdolabı toplam SGD'sinde ise 0.3 dBA seviyesinde bir düşüş sağlanmıştır. Ölçülen buzdolabında düşük frekanslardaki sesin daha baskın olması sebebiyle gerçekleştirilen iyileşme buzdolabı toplam SGD'sine yansımamıştır. Bu sürtünmeli sönümleyicinin sabit normal kuvvette kullanılıyor olması sebebiyle daha etkin bir şekilde kullanılıp kullanılamayacağını tespit etmek amacıyla alternatif bir çözüm önerisi sunulup sönümleyici kuvveti ayarlanabilir olarak tasarlanmıştır. Ayarlanabilir sürtünmeli sönümleyicinin belirlenen iki farklı bölgede kullanılması ile solo kompresör SGD'sinde 2.1 dBA'lık bir düşüş sağlanmış olup, kabuğun titreşim genlikleri azaltılmıştır. Kompresör kabuğu üzerindeki titreşimleri ve gürültüyü azaltmak için önceki uygulamalardan farklı olarak, kompresör alt ve üst kabuklarının birleşim bölgesinde kemer şeklinde şerit metal yay kullanılmış ve kuru sürtünmeli alan oluşturulmuştur. Bu sayede iki farklı tip kompresör üzerinde denenen yöntem ile bir kompresörün toplam solo SGD'si 1.5 dBA; diğer kompresörün toplam solo SGD'si ise 1.8 dBA düşürülmüş olup kabuktan alınan titreşim genlikleri de azaltılmıştır. Yukarıda özetlenen alternatif çözüm önerilerinden farklı olarak, kompresör kabuğunda daha fazla ve daha farklı bölgelerde titreşim sönümü gerçekleştirilebilmesi için baskı yüzüğü kullanımı önerilmiştir. Bu yöntemin kompresör kabuğunda uygulanması ile kabuk titreşim genliklerinde diğer yöntemlere göre daha fazla miktarda düşüş sağlanmıştır. Kompresör kabuğu titreşimlerinin belirli frekans bantlarında kontrol edilebilmesi için önerilen diğer bir yöntem de kompresör kabuğunun çok katmanlı kullanımıdır. Katmanlı kompresör kabuğu tasarımlarında kabuk yüzeyleri arasında özellikle temasın sağlanması istenmektedir. Bu sayede kabuk saclarının birbirine sürtünerek titreşim enerjisini azaltması beklenmektedir. Tez kapsamında kompresör üst kabuğunun iki katmanlı üretilmesi ile oluşturulan kompresörün SGD'si ölçüldüğünde, gerçekleştirilen prototip üzerinde 1.8 dBA'lik bir düşüş sağlanmıştır.