BİLGE AKUSTİK
Gürültü ve Titreşim Kontrolü Mühendisliği
Dünyaya nasıl göründüğümü bilmiyorum ; ama ben kendimi, henüz keşfedilmemiş gerçeklerle dolu bir okyanusun kıyısında oynayan, düzgün bir çakıl taşı ya da güzel bir deniz kabuğu bulduğunda sevinen bir çocuk gibi görüyorum. / Isaac Newton
Yerel Titreşimler
Gemi gövde kirişi titreşim problemlerine ek olarak, güverte, direk, sevk sistemi veya güverte yapısının büyük kısımları gibi alt yapılarda problemler olabilir. Geminin bu kadar büyük bölümleri titreştiğinde, gövde kirişinin kendisinin titreşimini de etkileyecektir.
"Yerel titreşim" terimi genellikle, titreşimi gemi kirişi titreşimini önemli ölçüde etkilemeyecek kadar küçük olan daha küçük yapıların veya ekipman parçalarının titreşimini ifade eder.
Örnekler şunları içerir:
• Plakalar ve paneller - Perdeler, ağ çerçeveleri, güverte veya alt bölümler
• Kirişler - Şaftlar, direkler, vinçler, antenler, borular
• Levha ve kiriş tertibatları - güverte, karina, bölme duvarları, kabuk veya üst yapının kesiti
• Elastik temel üzerine monte edilen ekipman - kazanlar, kondansatörler, türbinler, yardımcı makineler, elektronik ekipman (esnek montajlama veya sert yapıya monte edilmiş)
• Ek uzantılar- dümenler, dümen topukları, 'fin' kanatçıkları, pervane kanatları
1. Yerel Yapı Elemanlarının Uyarılması
Yerel yapı elemanları için uyarı kaynakları, tekne kirişi uyarımı için belirtilen tüm kaynakları içerir: pervane, motorlar ve dalgalar.
Bunlar, tekne kirişi hareketi yoluyla yerel yapıları etkiler. Tekne hareketi kabul edilebilir olsa bile, ona monte edilen yerel bir yapı, tahrik frekanslarından birinde rezonansa girebilir. Ayrıca yardımcı ekipman kendini veya yakındaki yapı veya ekipmanı etkileyebilir. Ek uzantılar durumunda, uzantıyı geçen suyun akışı ve yapı ile olan etkileşimi titreşime neden olabilir.
Tekne kirişi boyunca uyarımın frekansı ve büyüklüğü konuma göre değişecektir. Kıç pik alanında güçlü temel kanat frekansı ile 2 x kanat ve 3 x kanat frekansları beklenir. Kavitasyon ne kadar fazla olursa, harmonikler o kadar güçlü olur.
Makine dairesi alanında, motorun ana frekans sıralaması beklenir. Üst yapıda ve gövdede genel olarak, hem pervane hem de motorların etkileri mevcut olacaktır, ancak bu kaynaklardan olan mesafe arttıkça daha yüksek harmonikler veya sıralamaları hızlı şekilde kaybolacaktır. Pruvada, uyarılardan biriyle bir tekne modu çakışmadıkça, muhtemelen her iki kaynaktan da çok az belirti duyulacaktır.
Denizden gelen kuvvetler öncelikle pruvaya uygulanacak tır. Gövde bu etkiye öncelikle alt modlarında yanıt verecektir.
Yerel bir yapı elemanı, geminin bir kısmında diğerinden daha fazla yer alıyorsa teknenin mod şeklinden dolayı farklı tepki verebilir. Bu, tüm gövde kirişi ile uyarılmış yerel titreşimler için bir türlü doğrudur; ancak özellikle çarpma, dalga çarpması ve yaylanma mevcut olduğunda tamamıyla geçerlidir. Bunun en iyi örneği bir gemi direği olabilir. Direk eğer geminin ortasına yerleştirilmiş olursa; ilk tekne modu, tabanın dikey hareketini sağlar, ancak dönüşü sağlamaz. Bu bir soruna neden olmaz. Fakat direk, gövde düğümlerinden birinin yakınına yerleştirilseydi, diyelim ki pruvadan olan uzunluğun dörtte biri kadar mesafede olsaydı, gövde, direk tabanının dönmesini sağlar, ancak çok az öteleme yapardı. Direğin doğal frekansı tekne ile aynıysa, direğin şiddetli çalkalanması muhtemeldir.
Ek uzantılara uygulanan hidrodinamik kuvvetler, Karman girdaplarının veya hidrodinamik titreşimin sonucu olabilir. Karman girdapları, küt bir arka kenarı olan bir uzantıdan kaynaklanır. Arka kenarın arkasındaki düşük basınç, girdapların oluşmasına neden olur. Normal laminer akışın, her ikisi de aynı anda olmadan, bir tarafta veya diğerinde yokoluşu muhtemeldir. Bu süreçte emişin bir kısmını boşaltır ve diğer taraf laminer akışını korur. Girdap aşağı yönde hareket ettikçe ve çöken taraf tekrar düzleştikçe, girdabın dönüşü, karşı tarafın bir girdaba dönüşmesi için yeterli basınç farkı sağlar. Bu alternatif su deseni korunur ve uzantının arka kenarında değişken bir basınca neden olur. Girdapların frekansı uzantının doğal frekansıyla çakışırsa, titreşim meydana gelir. Belirli bir arka kenar geometrisi için, Karman girdaplarının yalnızca bir dizi su hızı için oluşması muhtemeldir. Bu aralığın altında akış laminerdir ve aralığın üzerinde tamamen türbülanslıdır. Girdap frekansı, arka kenarın körlüğü ile azalır. Bu fenomenin gemide en yaygın oluşumu, pervane kanadının titreşiminin geminin içinde duyulabilen (bazen dikkati dağıtacak kadar) bir sese neden olduğu "şarkı söyleyen pervane" dir.
Karman girdapları belirli rüzgar hızlarında direklerden ve bacalardan da yayılabilir ve yapının doğal frekansı girdap yayılma frekansı ile çakışırsa şiddetli titreşim meydana gelebilir.
Hidrodinamik titreşim, titreşen bir uzantı ile onun üzerindeki akışın etkileşimidir. Örneğin bir dümen, geminin kıç tarafının yatay bir titreşimi ile uyarılabilir. Hidrodinamik ve atalet kuvvetleri dengelenmemişse, dümen hafifçe dönecek ve ötelenecektir. Dönme, dümen üzerindeki "kaldırma"yı arttırır ve daha fazla sapmasına neden olarak titreşimi artırır. Bunun olma olasılığı ve ne kadar ciddi olduğu, uyarı frekansına, dümenin doğal frekanslarına (yanal ve burulma) ve kaldırma kuvvetlerinin dümene nasıl uygulandığına bağlı olacaktır.
2. Değerlendirme
Gemi gövde titreşimi gibi yerel titreşim de, mürettebat rahatsızlığına, yapıların yorulmasına veya ekipman arızasına neden olursa kabul edilemez olarak değerlendirilecektir. Bununla birlikte, çoğu zaman, bir sorun bireysel olarak ele alınmalı ve değerlendirilmelidir.
Yerel yapının doğal frekansı, bir sorunu değerlendirmede muhtemelen en önemli özelliktir. Genel olarak, bir yapının doğal frekansı, uyarıcı bir frekansın yaklaşık yüzde 15 üzerinde veya altındaysa, herhangi bir sorun olmayacaktır. Doğal frekans, gemi seyir halindeyken veya bir makine çalışırken yapılan ölçümlerden bilinebilir. Doğal frekansı bulmanın bir başka yöntemi de onu yapay olarak uyarmak ve ortaya çıkan titreşimi ölçmektir. Nesneye bir çekiçle (genellikle bir kauçuk veya deri çekiç yüksek frekans etkilerini en aza indirmek için tercih edilir) vurmak, onun doğal frekanslarında "çınlamasına" neden olur. Büyük yapılar yeterli uyarımı elde etmek için ağır bir ahşap gerektirebilir. Daha kontrollü bir yöntem çeşitli frekanslarda sinüzoidal bir kuvvet sağlamak için bir titreşim jeneratörü kullanmaktır. Titreşim jeneratörünün ağırlığı, cismin titreşimini etkileyecek kadar fazla olmamalıdır.
Sistemi sertleştirme veya başka bir düzeltme öngörülüyorsa, genellikle mevcut doğal frekansı bulmak, modelin ne kadar iyi olduğunu görmek için hesaplanan doğal frekansla karşılaştırmak ve ardından eklenen elemanla birlikte nesnenin frekansını hesaplamak iyi bir fikirdir.
Genellikle yapıdaki değişiklikler beklenenden daha az etkiye sahiptir. Etkilenen düzeltmeyi doğrulamak için değiştirilmiş yapıyı test etmek de ihtiyatlı olur.
Hesaplamalar için ilgili formüller kullanılabilir. Birçok yerel sorun, paneller sebebiyledir. Gemilerdeki çoğu panel (güverteler, perdeler, vb.), basit destekli ve kenetli durumlar arasında bir yerde doğal frekanslara sahip olacaktır.
3. Düzeltici Teknikler
Titreşim problemlerinin "düzeltilmesi"nin büyük bir kısmı, geminin tasarımında düzgün yapılmayan bir şeyi yeniden yapmaktan ibarettir. Bu nedenle, geçerli olup olmadıklarını görmek için belirli tasarım yönergelerini gözden geçirmek genellikle uygundur. Aşağıdakiler yardımcı olabilir:
• Güverteden güverteye mümkün olduğunca sürekli dikey perdeler (boylamasına ve enine) yapılmalıdır. Bunun zor olduğu yerlerde, belki de süreklilik için payandalar kullanılabilir.
• Ağır ekipmanların tercihen her iki yönde (uzunlamasına ve enine) kirişler, perdeler, çerçeveler veya ağlar üzerine monte edildiğinden emin olun.
• Ekipmanı desteklemek için konsollardan kaçının (titreşim düşünülerek tasarlanmadıysa).
• Taşıyıcı temelleri sağlam hale getirin.
• Makineler ve temeller (motorlar, türbinler, dişliler, baskı yatağı) arasında büyük kuvvetlerin söz konusu olduğu durumlarda, temellerin rijitliği konusunda üreticilere danışılmalıdır.
Çoğu zaman yerel titreşim problemlerinin çözümü sertliği arttırmaktır. Şekil birkaç örneği ve bazı olası çözümleri göstermektedir.
Şekil (a)'da, ayakları güvertenin destek kirişlerine dayanmayan bir temel üzerine bir ekipman parçası monte edilmiştir. Güverte esner ve ekipman dikey olarak sallanır veya titrer. Çözüm, ekipmanın bacakları kirişler üzerinde duracak şekilde hareket ettirilmesini, kirişlerin üzerinde duran ilave ayakların eklenmesini veya bir çapraz takviye (güvertenin üstünde veya altında) eklenmesini içerebilir.
Şekil (b)'de temelin ayakları çok esnektir. Bu, bacakların arasına veya dışına çapraz destekler takılarak veya bacaklar boyunca ve güverteden platforma plakalar takılarak düzeltilebilir.
Şekil (c)'de bir panel çok fazla titriyor ve sertleştirilmesi gerekiyor. Doğal frekans, her iki boyut tarafından da kontrol edilir, ancak öncelikle en kısa açıklık tarafından kontrol edilir. Panelin sertleştirilmesinde, son iki çözümde gösterildiği gibi, en kısa açıklığın azaltılması için çaba gösterilmelidir.
