Askeri Gemi Dizel Makine Egzoz Sistemi Tasarımı

Askeri Gemi Dizel Makine
Egzoz Sistemi Tasarımı
Günümüzde yeni inşa edilmekte olan sivil ve askeri gemilerdeki
ana tahrik sistemlerinde, gemilerin boyutları ve kullanım amaçları da
dikkate alınarak, genellikle dizel makineler tercih edilmektedir.
Ana güç üretim unsuru olarak dizel makinelerin yoğunlukla
kullanılıyor olması, beraberinde dizel makinenin kendisi ve kendisine
bağlı diğer ekipmanların tasarım ve tasarım sonrası teknik
özelliklerinin önemini arttırmaktadır.
Şadi Kopuz
Genel Müdür, FİGES
Ersen Arslan
Bursa Yapısal Analizler
Yöneticisi, FİGES
Yalın Kaptan
Akışkanlar Dinamiği Yöneticisi,
FİGES
B
u kapsamda; aynı zamanda gemilerde oluşan hava doğuşumlu gürültünün ve su altı
gürültüsünün de ana kaynağı olan
dizel makinelerin, dizel makineye ve
monte edileceği gemiye uygun olarak
tasarımı yapılan egzoz sistemi ve sistem elemanlarının, dizayn edilerek
konstrüksiyonunun oluşturulması
önemli hale gelmiştir. Türkiye’de,
özellikle savaş gemilerinde kullanılmak üzere yurt dışından tedarik edilmekte olan dizel makineler için
gerekli olan egzoz sistemi ve sistem
elemanları; ya yurt dışı üretici firmasından direk paket şeklinde alınmakta ya da bu egzoz sistemleri yurt
dışı menşeli egzoz sistemi üretici firmalardan tedarik edilmektedir. Bu
nedenle savaş gemisi projelerinde
yerli katkı payının arttırılması ve halihazırda yerli savunma sanayisinin
tasarım ve imalat aşamasına erişemediği söz konusu egzoz sistemi elemanlarının, ülkemizde dizayn ve
imalatlarının yapılması ile Türk Savunma Sanayisi’ne bu anlamda bir
örnek teşkil etmesi amacıyla; bu ça-
lışma kapsamında, halihazırda yürütülmekte olan bir savaş gemisi projesi
için egzoz sistemi tasarımı gerçekleştirilmiş ve egzoz sisteminde yer alan
susturucuların imalatları yapılmıştır.
Seyir halindeki gemide yürütülen
akustik ölçümlerde, sistemin, kendisinden beklenilen akustik performansı sağladığı gözlemlenmiştir.
Gemiler, şu anda Deniz Kuvvetlerinde kullanılmaktadır.
1. Egzoz Sistemi
Geri Basınç ve Isıl
Analizleri
Tasarımı yapılan egzoz sisteminde,
egzoz çıkışının geminin borda kısmında ve deniz seviyesinde olması
dikkate alınarak, makine dairesinde
oluşacak hava doğuşumlu gürültünün
en az seviyeye düşürülmesi maksadıyla; egzoz çıkış sıcaklığının ve dolayısıyla geminin kızılötesi iz
karakteristiğinin azaltılması için sisteme konan yaş tip susturucuya ek
olarak, kuru tip bir susturucuya da ihtiyaç duyulmuştur.
Geri basınç ve ısıl analizleri yapılırken, egzoz sistemi; tek fazlı akışın gerçekleştiği dizel makine çıkışından
kuru tip susturucu çıkışına kadar olan
birinci bölüm ve çift fazlı akışın gerçekleştiği kuru tip susturucu çıkışından geminin borda çıkışına kadar
olan ikinci bölüm olarak iki ayrı kısımda incelenmiştir. Analizler sıraŞekil 1. İlk Kuru Tip Susturucu Modeli
Şekil 2. Akım Çizgileri ve Hız Konturları
ARGE DERGİSİ 21
MAKALE
sında kullanılan sınır ve ortam koşulları, makine teknik özellikleri ve geminin kullanılacağı ortam şartları
dikkate alınarak belirlenmiştir.
Tüm egzoz sistemi için yapılan geri
basınç analizleri sonucunda ortaya
çıkan ortalama geri basınç değeri,
dizel makine için üretici firmanın vermiş olduğu geri basınç kriteri ile karşılaştırılmış ve egzoz sistemi ve sistem
üstünde yer alan susturucu konstrüksiyonu ve boyutları belirlenirken, susturucunun akustik karakteristiği
yanında, söz konusu geri basınç kriter
değeri de baz alınmıştır.
Şekil 4. Akım Çizgileri ve Basınç Kaybı
a. İlk Kuru Tip Susturucu
Modeli Geri Basınç Analizi
Egzoz sistemi tasarımı kapsamında ilk
olarak yansımalı (İngilizce reflective)
tipte olan ve gürültüyü sönümlemek
için içyapısında perfore tüp ve yansıma odacığı bulunan, makine dairesindeki yerleşime uyumlu bir kuru tip
susturucu modeli oluşturulmuştur.
Analiz için belirlenen ortam ve sınır
şartları ile yaş tip susturucunun bulunduğu egzoz sistemi ikinci bölümünden
elde edilen geri basınç bilgileri kullanılarak, kuru tip susturucudaki ortalama geri basınç değeri 6.370 Pa
(63,70 mbar) olarak tespit edilmiştir.
Sadece kuru tip susturucudan elde
edilmiş olan bu geri basınç değeri bile,
üretici firmanın tüm egzoz sistemi için
vermiş olduğu kıstas (30-50 mbar
arası) değeri geçmiş olup, bu susturucu
konstrüksiyonunun uygun olmadığı
değerlendirilmiş ve kuru tip susturucunun içyapısı ve boyutlarının değiştirilmesine karar verilmiştir.
b. İyileştirilen Kuru Tip
Susturucu Modeli
Geri Basınç Analizi
Egzoz sistemi tasarımı kapsamında sistem üstünde kullanılacak olan kuru
tip susturucunun tasarımı (boyutları
ve içyapısı), bu çalışmanın ilerleyen
maddelerinde anlatılacak olan akustik tasarım ve makine dairesindeki
yerleşim dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir. Dizel makine egzoz çıkışının
boyutları da dikkate alınarak, kuru tip
susturucunun egzoz girişine gelen
devre iki farklı şekilde tasarlanmış ve
bu iki geometriden basınç kaybı en
düşük olanı, kuru tip susturucu olarak
seçilmiştir.
Yeni geometri ile yapılan basınç kaybı
analizi sonucu, ortalama geri basınç
değeri 2.300 Pa (23,00 mbar) değe-
Şekil 3. İyileştirilen Kuru Tip Susturucu Modelleri
22 www.figes.com.tr
rine indirilmiştir. Elde edilen geri basınç sonuçları dikkate alınarak, ikinci
geometrideki susturucu yapısının,
kuru tip susturucunun en son hali olarak kabul edilmesine ve egzoz sisteminde
kullanılmasına
karar
verilmiştir.
c. Yaş Tip Susturucu
Modeli Geri Basınç ve
Isıl Analizi
Egzoz sistemi tasarımı kapsamında yaş
tip susturucunun yapısının belirlenmesi maksadıyla deniz suyu giriş devresi ve bir yaş tip susturucu modeli
oluşturulmuştur. Deniz suyunun egzoz
gazına karışmasını sağlayan delikli içyapı, deniz suyu ile soğutma yaparak
hava doğuşumlu gürültüyü sönümleme ve makine dairesindeki yerleşimine uyumlu yapı, yaş tip susturucu
modelinin özellikleri arasındadır.
Dizel makineden gelen devrenin boyutları da dikkate alınarak, yaş tip susturucu için deniz suyu giriş devreleri
tek ve çift olmak üzere ve su girişi dik
ve 45° açılı olmak üzere dört farklı tip
yapı oluşturulmuştur. Bu susturucular
için geri basınç analizi ile geminin
borda çıkışındaki egzoz gazı ile deniz
suyu karışımının çıkış sıcaklığının belirlendiği ısıl analizler yapılmıştır.
Analiz için belirlenen ortam ve sınır
şartları kullanılarak yaş tip susturucunun dört farklı konfigürasyonu için
yapılan geri basınç ve ısıl analizleri sonucunda elde edilen değerler, Tablo
1’de verilmiştir. Analiz edilen dört
farklı yapıdaki yaş tip susturucu modelinden, en düşük borda çıkış sıcaklığını veren çift girişli ve deniz suyu
akışının yüzeye dik olarak geldiği konfigürasyon, egzoz sisteminde kullanılmak üzere seçilmiştir.
Tablo 1’de de görüldüğü gibi; kuru tip
susturucu ile yaş tip susturucunun
oluşturduğu ve dizel makine çıkışından geminin borda çıkışına kadar
olan tüm egzoz sisteminin tamamını
kapsayan analizler sonucunda, toplam
geri basınç değeri, dizel makine için
verilen sınır değerlerin içinde kalmıştır. Böylece, bu egzoz sisteminin, geri
basınç açısından dizel makineye
uygun olduğuna karar verilmiştir.
2. Egzoz Sistemi
Akustik Tasarımı
Susturucular, bilindiği gibi, dizel makine egzoz gürültüsü, fan gürültüsü ve
gaz akışının olduğu diğer gürültü kaynaklarından dolayı oluşan gürültünün
azaltılması için kullanılan gürültü
kontrol elemanlarıdır. Susturucular;
akustik enerjiyi yansıtma , yutma
veya bu ikisinin kombine etkisi ile
azaltan pasif tip susturucular ve aktif
Resim 1
tip susturucular olmak üzere ikiye ayrılırlar. Bu çalışmadaki egzoz sisteminde yer alan kuru tip susturucu,
çalışma prensibi itibariyle pasif tipte
olan bir susturucudur.
Egzoz sistemi tasarımı kapsamında, sistem üstünde kullanılacak olan kuru tip
susturucunun tasarımının yapılması
maksadıyla; içyapısında perfore boru
bulunan, yansıtmalı özelliği de olan
ancak esasen sönümlemeyi, perfore borunun etrafına sarılı yalıtım malzemesi
(taş yünü) sayesinde oluşan yutma
özelliği ile sağlayan ve makine dairesindeki yerleşime uyumlu bir kuru tip
susturucu modeli oluşturulmuştur.
Şekil 5. Yaş Tip Susturucu Modelleri
Tablo 1: Kuru ve Yaş Tip Susturucu Geri Basınç Analizi Özeti
Egzoz Sistemi
Geri Basınç
Dizel Makine Geri Basınç
Elemanları
(mbar)
Kriteri (mbar)
Kuru Tip Susturucu
23
30-50
Yaş Tip Susturucu
22
Toplam
45
Tablo 2: Kuru Tip Susturucu
Akustik Analizi
TSBS (dBA) - Verilen 130,30
TSBS (dBA) - Azaltılan 99,60
Gürültü Azaltımı (dBA) 30,70
Yutma özellikli susturucular, dikdörtgen kesitli veya dairesel kesitli olarak
tasarlanabilmektedir. Kuru tip susturucunun, dairesel kesitli olmasına
karar verilmiştir.
Dizel makine için, üretici firma tarafından oluşacak gürültü karakteristiği verilmiştir Kuru tip
susturucuya uygulanan tasarım metodolojisi kapsamında; Toplam Ses
Basınç Seviyesi (TSBS) değerleri
hesaplanmış ve kuru tip susturucuda oluşacak gürültü azaltımı miktarı bulunmuştur.
Tablo 2’de verilen gürültü azaltımı,
sadece kuru tip susturucu kullanılarak
elde edileceği öngörülen sönümleme
miktarıdır ve bir egzoz sistemi için yeterli seviyededir. Bununla birlikte,
egzoz sisteminde, en yüksek sönümleme sağlayan kuru tip susturucuya ek
olarak, egzoz sisteminin geri kalan
devresi ve bir diğer susturucu olan yaş
tip susturucunun da sönümlemeye
katkıda bulunacağı değerlendirilmiştir. Çalışma, ayrıca, yapılan son akustik kongresinde de sunulmuştur
(Resim 1).
ARGE DERGİSİ 23