DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI Kaynak Handan Gül ÇALIKLIé nın çalışması ALARKO-CARRIER SANAYİ ve TİCARET A.Ş.

1-PROBLEMİN VEYA UYGULAMANIN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 1-PROBLEMİN VEYA UYGULAMANIN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI

1-PROBLEMİN VEYA UYGULAMANIN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 1-PROBLEMİN VEYA UYGULAMANIN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI -Pompalarda en önemli problemlerden birisi gürültüdür. -Günümüzde çevre koruma bilinci diğer kirlilik türlerinde olduğu gibi gürültü kirliliğine karşı önlem almayı da zorunlu kılmıştır. Örneğin Devlet Su İşleri ve Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü, dalgıç pompa şartnamelerinde ses düzeyinin 70 dB ın üzerinde olmaması gerekliliğini özellikle vurgulamışlardır.

1-PROBLEMİN VEYA UYGULAMANIN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 1-PROBLEMİN VEYA UYGULAMANIN ANLAŞILMASI VE TANIMLANMASI Endüstriyel problem: ALARKO-CARRIER firmasının ürettiği dalgıç pompaların %8.4 ünde aşırı gürültü sorununa rastlanmıştır. Firma bu oranı daha aşağılara çekmek istemektedir.

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 2- Problemin Mühendislik Açısından Sebeplerinin Tartışılması Ve Belirlenmesi Pompalarda gürültü probleminin en önemli sebeplerinden birisi ise mildeki aşırı titreşimdir. Rezonans ismi verilen aşırı titreşim problemi gürültünün yanısıra sistemdeki diğer parçaların da çabuk yıpranmasına sebep olmaktadır. Soru: Rezonans hangi durumda oluşur?

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 3-a) İnceleme Alternatifleri Bu problemde Milin Model Analizi (Titreşim Analizi) yapılmalı ve doğal frekanslar hesaplanmalıdır ki, tahrik frekansı doğal frekanslarla çakışmayacak şekilde ayarlansın. Diğer? 3-b) İnceleme Şekline Karar Verilmesi Farklı sınır şartları ve fan malzemesi için Pompa milinin model analizleri yapılacaktır.

4-KONUYA HAKİMİYET İÇİN TEMEL VE TEORİK BİLGİLER DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 4-KONUYA HAKİMİYET İÇİN TEMEL VE TEORİK BİLGİLER Sönümsüz Serbest Titreşimler (Kütle Yay Sistemi Örneği Sürtünmesiz durumda) +xm mesafesinde iken serbest bırakılan m kütlesinin titreşimi, x = A.sin(wt) + B.cos(wt) wo: (dairesel) doğal frekans A, B: sınır şartlarına bağlı sabitler t = zaman, x= genlik fo: Doğal Frekans = Birim zamandaki titreşim sayısı: T: Periyot = Bir tam titreşim için geçen süre:

4-KONUYA HAKİMİYET İÇİN TEMEL VE TEORİK BİLGİLER DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 4-KONUYA HAKİMİYET İÇİN TEMEL VE TEORİK BİLGİLER Zorlanmış Sönümsüz Titreşimler (Kütle Yay Sistemi –Değişken Kuvvet) Zorlanmış durumdaki frekans: olursa Rezonans O halde zorlanmış durumdaki frekans (f), sistemin doğal frekansına (fo) eşit olursa x salınımı ve genlik sonsuza gider. Bu olaya rezonans denir.

4-KONUYA HAKİMİYET İÇİN TEMEL VE TEORİK BİLGİLER DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 4-KONUYA HAKİMİYET İÇİN TEMEL VE TEORİK BİLGİLER *Kütle Yay sistemi tek serbestlik dereceli olduğundan bir tane doğal frekansı vardır. *Genel olarak ise bir sistemin serbestlik derecesi sayısı kadar farklı titreşim modu ve herbir moda ait bir doğal frekansı vardır. Bir elastik sistem ise sonsuz serbestlik derecesine sahip olduğundan sonsuz tane doğal frekansı vardır. Serbest titreşimde bu modların hepsi mevcut olmasına rağmen genliği en büyük olan 1.mod görülür. Ankastre kirişin serbest titreşimdeki ilk 3 modu. Bir sistemin zorlanmış (tahrik) frekansı, doğal frekanslardan birisine eşit olursa o sistemde rezonans oluşur. Ankastre kirişte zorlanmış titreşim w < wo1 ise 1. şeklideki titreşim görülür, wo1< w < wo2 ise 2. şekilde titreşim görülür. wo2< w < wo3 ise 3. şekilde titreşim görülür. = wo1 olursa 1nolu titreşim genliği (teorik olarak) sonsuza gider, rezonans olur = wo2 olursa 2nolu titreşim genliği (teorik olarak) sonsuza gider, rezonans olur = wo3 olursa 3nolu titreşim genliği (teorik olarak) sonsuza gider, rezonans olur

4-KONUYA HAKİMİYET İÇİN TEMEL VE TEORİK BİLGİLER DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 4-KONUYA HAKİMİYET İÇİN TEMEL VE TEORİK BİLGİLER Pekiştirme Sorusu: Bir sisteme bağlanacak tahrik mekanizmasının rezonansa sebebiyet vermeyecek şekilde tasarlanması için sistemin hangi özelliklerinin bilinmesine (hesaplanmasına) ihtiyaç vardır? Soru: Doğal frekanslar hangi özelliklere göre değişebilir?

4-KONUYA HAKİMİYET İÇİN TEMEL VE TEORİK BİLGİLER DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 4-KONUYA HAKİMİYET İÇİN TEMEL VE TEORİK BİLGİLER Bu amaçla öncelikle, pompa millerinin farklı sınır şartları ve fan malzemeleri için model analizlerden (titreşim analizlerinden) çıkacak sonuçlara göre üretim yapılmasına karar verilmiştir. Fanların da dahil edileceği modellerin analizlerinden, farklı modlardaki doğal frekanslar hesaplanacaktır. Pompa motorundan sağlanacak tahrik frekansı, doğal frekanslardan hiçbirisi ile çakışmayacak şekilde motor seçimi yapılabilecektir.

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 5- BDM Açısından Yapılabilecek Kolaylıklar -Mil Ansys ‘te Solid 72 eleman tipi ile modellenmiştir. Burada bir kolaylaştırma sözkonusu değildir. -Fanların katı modelini oluşturmak yerine, fanlar mil üzerinde tek bir düğüm noktası olarak tanımlanabilir. Bu amaçla kullanılan MASS 21 elemanı, koordinat eksenleri doğrultusundaki kütle bileşkeleri ve eleman koordinat eksenleri etrafındaki atalet momentleri ile tanımlanır -Yataklar ve hidrolik contaların da katı modellerini oluşturmak yerine, mil üzerindeki etkilerini MATRİX 27 elemanı kullanılabilir. MATRIX 27 iki düğüm noktası ve matrix sabiteleri (Rijitlik (yay) ve sönümleme katsayıları) ile tanımlanır.

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 6- BDM Analiz Girdileri 6.1 Modellenme, sınır şartları ve inceleme şekilleri

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 6- BDM Analiz Girdileri 6.2 Malzemeler ve özellikleri Pik Döküm: (Dökme Demir) Noryl:

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 7- Analiz Programında Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar ve Analizlerinin Yapılması ANSYS ortamında toplam 9 analiz yapılmıştır. Bu analizlerden ilkinde dalgıç pompa mili üzerine eklenen MASS 21elemanına noryl fanın kütle ve atalet momentleri atanmıştır. Bunu takip eden yedi analizde Tabloda belirtilen, kombinasyon türlerine göre mil yatakları hidrolik contalarla değiştirilmiştir. Her analiz için 30 mod incelenmiştir.

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 8-SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME -Yapılan analizler sonucunda noryl fanlı pompa millerine ait doğal ilk 30 doğal frekans değerinin, tahrik frekansı olan 48.3 Hertz ya da motorun üst harmonikleri olan 96.6 ve 144.9 Hertz’den oldukça uzak değerlerde oldukları görülmüştür. -Ancak pik fanlı dalgıç pompa mili için elde edilen 30 doğal frekanstan 145.3 Hertz motorun ilk üç üst harmoniklerinden 144.9 Hertz.e oldukça yakındır. Z deplasmanları

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 8-SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 8-SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 8-SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 8-SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME Elde ettiğimiz sonuçlar, 6055 serisine ait altı kademeli dalgıç pompalarda fan malzemesi olarak pik yerine noryl kullanıldığında rezonans riskinin büyük oranda ortadan kalktığını göstermektedir Mil yataklarının yerlerinde yapılan değişikliklerin altı kademeli pompa için doğal frekanslarda büyük değişikliklere yol açmadığı görülmüştür. Soru 1-Çıkan sonuçlar Mantıklı mı? Cevap 2: Diğer?

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 8-SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME Soru 2- Sonuçların gerçeğe yakınlığını nasıl destekleyebilirim? Cevap 2: Diğer?

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 9-Çözüm Geliştirme Fan malzemesindeki değişikliliklerin rezonans riskini oldukça azaltması, problem açısından önemli bir çözüm geliştirme olarak değerlendirilebilir. Diğer?

DALGIÇ POMPA MİL DİZAYNI 10-Yargılar, Bilim ve Uygulamaya Katkılar Bu analizler bize göstermiştir ki; 1-Bir sistemdeki aşırı titreşim (rezonans) problemini çözmenin önemli bir yolu kullanılan malzemeleri değiştirmektir. 2-Diğer?