BİR AKUSTİK DENEY ODASININ ARKA PLAN GÜRÜLTÜ ...

TAŞITLARDA KULLANILAN FREN KOMPRESÖRLERİNİN DİNAMİK
ÖZET.
VE AKUSTİK ANALİZİ
H. EROL (1) , M.KABASAKAL (2) , Y.KARAMAN (2)
Kamyon, kamyonet ve otobüs gibi taşıtlarda, frenlemeye yardımcı sistemin bir
elemanı olarak kullanılan kompresörler, titreşim ve gürültünün önemli
kaynaklarından birisidir. Bu bakımdan, daha sessiz kompresörlerin geliştirilmesi
için titreşim ve gürültü özelliklerinin iyi anlaşılmasına ihtiyaç vardır. Bu
çalışmada, Türkiye’de üretilen ve taşıtlarda kullanılan tek silindirli pistonlu
kompresörlerin dinamik ve akustik davranışları incelenmektedir. Bu çalışma
kapsamında bir akustik ölçüm odası tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Mevcut ürüne
yönelik titreşim ve ses ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bu ölçümlerden
faydalanılarak titreşim ve gürültü kaynakları tayin edilmiştir. Bu çalışmalar ile
elde edilen bilgiler göz önünde bulundurularak daha az titreşen ve daha sessiz
yeni bir kompresörün tasarımının gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir.
ABSTRACT.
Recently, the traffic density and the mean power of vehicles are getting higher. So
that the ever growing disturbance caused by traffic noise is one of the most
important environmental health problem. Furthermore, the impact of European
noise directivities and standards makes the machine manufacturers active
participants in low noise designing and noise control. Reciprocating compressors
which are commonly found in break systems of trucks and busses are one of the
major sources of noise and vibrations. As a result, there is an increased need for
the purpose of noise control. In this study, the dynamical and acoustical
characteristics of a single cylinder, reciprocating compressor which is found in
1 İstanbul Teknik Üniversitesi, Makina Fakültesi, 80191 Gümüşsuyu-İstanbul.
2 Arıkan Makina Sanayi ve Tic.A.Ş., AR-GE Merkezi, 81260 Ümraniye-İstanbul.

eak systems of heavy-vehicles will be investigated. An acoustical room will be
designed. The vibration and sound power measurements will be made in order to
find possible noise and vibration sources in the system.
1. GİRİŞ.
Her geçen gün karayolları üzerindeki trafik yoğunluğu ve taşıtların sahip oldukları
güçler artmaktadır. Bunlara bağlı olarak, taşıtların sahip olduğu gürültü düzeyleri
insan sağlığını etkiler duruma gelmektedir. Çevre bilinci, taşıtların sebep olduğu
gürültünün kontrol altına alınmasını gerektirir. Bu noktadan hareket eden kanun
koyucular, gürültüyü çevre kirliliğinin bir parçası olarak ele almakta ve insanları
bu kirliliğe karşı korumak amacıyla yasal düzenlemeler getirmektedir. Bu
düzenlemeler, üreticileri çeşitli yaptırımlarla karşı karşıya bırakmaktadır. Bu
çalışmalardan bazıları, Türkiye’de, sanayi Genel Müdürlüğü Tebliği No. 92/109-
110, Avrupa topluluğuna üye ülkelerde 92/97/EEC yönetmelikleridir. Avrupa
topluluğunun kabul ettiği benzer nitelikteki yönergesi de 89/392/EEC gürültü
düzeylerinin açıklanmasını zorunlu kılmaktadır [1]. Buna bağlı olarak, bir ürünün
ses gücü ve titreşim düzeyleri, ürün kalitesini belirleyen önemli özelliklerden
birisi olarak kabul edilmekte ve ses gücü düzeyinin, ürünün kataloglarında ve
etiketinde belirtilmesi istenmektedir. Buna göre, tüketicinin ürün seçimindeki
önemli kıstaslardan birinin, ses gücü düzeyi olacağı açıktır. Fog C.L. [2]
çalışmasında, Avrupa Topluluğu bünyesinde uygulanan makinaların ürettiği
titreşim ve gürültü ile ilgili yasal düzenlemeleri özetlemektedir.
Kamyon, kamyonet ve otobüs gibi taşıtlarda, frenlemeye yardımcı sistemin bir
elemanı olarak kullanılan kompresörler, titreşim ve gürültünün önemli
kaynaklarından birisidir. Bu bakımdan, daha sessiz kompresörlerin geliştirilmesi
için titreşim ve gürültü özelliklerinin iyi anlaşılmasına ihtiyaç vardır. Bu
çalışmada Şekil 1’de şematik olarak gösterilen ve taşıtlarda kullanılan tek
silindirli pistonlu kompresörler incelenmektedir. Kompresörlerde titreşim ve
gürültü kontrolu konusunda yapılan çalışmaların çoğu, özel tip kompresörlerdeki
titreşim ve gürültü problemlerinin incelenmesi veya olası gürültü kaynakları ve

kontrol yöntemlerinin değerlendirilmesi şeklindedir. Kompresörlerde titreşim ve
gürültünün kontrol edilmesine yönelik çalışmalarda karşılaşılan en önemli güçlük,
uygulamada halen çeşitli tiplerde kompresörlerin kullanılıyor olması nedeniyle
elde edilen sonuçların genelleştirilmesinin mümkün olamamasıdır.
Şekil 1. Taşıtlarda kullanılan tek silindirli pistonlu kompresör.
2. ÇALIŞMANIN AMACI.
Bu çalışmada, Türkiye’de üretilen ve taşıtlarda kullanılan tek silindirli pistonlu
kompresörlerin dinamik ve akustik davranışları incelenmektedir. Bu çalışma
kapsamında bir akustik ölçüm odası tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Mevcut ürüne
yönelik titreşim ve ses ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bu ölçümlerden
faydalanılarak titreşim ve gürültü kaynakları tayin edilmiştir. Bu çalışmalar ile
elde edilen bilgiler göz önünde bulundurularak daha az titreşen ve daha sessiz
yeni bir kompresörün tasarımının gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir.
3. AKUSTİK ANALİZ ÇALIŞMALARI.
Taşıtlarda kullanılan fren kompresörlerinin akustik analizleri ancak taşıt
üzerindeki çalışma koşullarını sağlayan bir deney düzeneğinde gerçekleştirilebilir.

Bu koşullar, çalışma hızlarında, çalışma sıcaklıklarında, yağlama ve soğutma
sistemlerinde ortaya çıkmaktadır. Bu parametrelerin kompresörün titreşim ve
akustik davranışlarını etkileyeceği açıktır. Bu bakımdan, tasarlanan ölçüm
düzeneği bu tür ihtiyaçlara cevap verebilecek düzeyde gerçekleştirilmiştir.
3.1. ÖLÇÜM DÜZENEĞİ.
Şekil 2’de kompresör akustik ve titreşim ölçüm düzeni gösterilmiştir. Buna göre
ölçümlerin yapıldığı ortam, iki bölümden oluşmaktadır. Birinci bölmede, tahrik
ünitesi, yağlama ve soğutma suyu sistemleri bulunmaktadır. İkinci bölmede ise
ölçümler yapılmaktadır. Ölçüm ortamının dış duvarları ve bölmeleri birbirinden
ayıran duvar, alçı bloklardan imal edilmiştir. Alçı blokların arasına ve bölmelerin
yüzeylerine ses izolasyonu uygulanmıştır. Bölmeleri ayıran yüzeyde, tahrik
milinin geçebileceği büyüklükte bir boşluk bırakılmıştır. Ölçüm ortamı, iki
bölmeden oluşturulmuştur. Bunun nedeni, ölçümlerin gerçeğe uygunluğunu ve
güvenilirliğini sağlamaktır. Böylece ölçümler, tahrik ünitesinden, yağlama ve
soğutma suyu sistemlerinden kaynaklanan gürültülerden etkilenmemektedir.
Şekil 2. Kompresör akustik ve titreşim ölçüm düzeni.

Kompresörün soğutulması için gereken su, yağlanması için ihtiyaç duyulan yağ,
emme ve basma bağlantıları, kompresörün taşıt üzerindeki montaj koşullarına
uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Bu bağlantılar ölçüm ortamı ile diğer bölmeyi
birbirine bağlayan 6 adet ½” boru ile sağlanmaktadır.
Kompresörün çalışma devir sayısını kontrol etmek amacıyla ölçüm ortamının
dışında, kompresörü tahrik eden elektrik motorunu kontrol eden elektronik bir AC
motor sürücüsü bulunmaktadır. Bu kontrol ünitesi yardımıyla taşıt üzerindeki
çalışma koşulları simüle edilmektedir. Kompresör emme ve basma basınçları
muhtelif valfler yardımıyla kontrol edilmektedir. Kompresör soğutma suyu
sıcaklığı da kontrol edilmektedir.
Kompresöre ait ses basıncı düzeyi ve ses gücü ölçümleri, yukarıda tarif edilen
ortamda gerçekleştirilmiştir. Ses gücü ölçümleri, ISO 9614-1 uluslararası
standartına uygun olarak gerçekleştirilmiştir [3]. Ses gücünü tayin etmek amacıyla
yapılan ses şiddeti ölçümleri, dikdörgen prizma şeklinde tanımlanmış bir yüzey
üzerinde ve 145 noktada gerçekleştirilmiştir. Ölçümlerde, iki kanallı bir sinyal
analizörü kullanılmıştır. Kullanılan analizör ile 1/1, 1/3, 1/12 ve 1/24 oktav
bantlarında analiz yapmak mümkün olmaktadır. Analizörün maksimum çalışma
frekansı, tek kanal kullanılması durumunda 22.4 kHz., iki kanal kullanılması
durumunda 11.2 kHz. dir. Ölçmelerde kullanılan mikrofonların hassasiyeti 50
mV/Pa, frekans ölçüm aralığı serbest alanda 2.6 Hz.- 20 kHz. dir. Mikrofonların
çapı ½” dir.
3.2. ÖLÇÜM SONUÇLARI.
Kompresörde yapılan ses gücü ölçüm sonuçları Şekil 3’de gösterilmiştir. Bu
ölçümler, kompresör rejim durumuna ulaştıktan sonra gerçekleştirilmiştir.
Ölçümler, farklı devir sayıları ve farklı basınç değerleri için gerçekleştirilmiştir.
Kompresör sıcaklığı, taşıt üzerindeki sıcaklığında ve rejim halinde tutulmuştur.

Sound Power Spectrum x: L-Column
y: 83.2 dB
(a) Kompresör basıncı 1 bar ve devir sayısı 1354 d/d.
Sound Power Spectrum x: A-Column
y: 82.8 dB
(b) Kompresör basıncı 6 bar ve devir sayısı 2000 d/d.
Sound Power Spectrum x: A-Column
y: 86.5 dB
(c) Kompresör basıncı 9 bar ve devir sayısı 2000 d/d.
Şekil 3. Kompresör ses gücü ölçüm sonuçları.

4. DİNAMİK ANALİZ ÇALIŞMALARI.
Kompresöre ait dinamik analiz çalışmaları iki kısımdan oluşmaktadır. İlk olarak
kompresörün dinamik davranışı sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak analiz
edilmiştir. İkinci olarak, kompresör deney düzeneği üzerinde çalıştırılarak
ölçümler yapılmıştır.
4.1. TEORİK ANALİZ SONUÇLARI.
Kompresörün dinamik davranışına ait teorik çalışmalar çerçevesinde kompresörde
krank milini taşıyan ve kompresörün taşıtla bağlantısını sağlayan karter bölümü,
kompresörde dönme hareketini öteleme hareketine dönüştüren krank mili ve biyel
kolu incelenmiştir. Kompresörün karteri, krank mili ve biyel kolu ANSYS 5.4
sonlu elemanlar paket programı kullanılarak modellenmiştir. Bu model
kullanılarak karterin, krank milinin ve biyel kolunun serbest titreşimlerinin doğal
frekansları ve bu doğal frekanslara karşı gelen doğal titreşim biçimleri elde
edilmiştir.
Kompresörün karteri, sistemin titreşim ve gürültü özelliklerini yansıtması
bakımından kritik bir parça olarak değerlendirilmiştir. Bu sonuçlar
değerlendirilirken, kompresörün çalışma devir sayıları ve bunların harmoniklerine
karşı gelenlere özel bir ilgi gösterilmesi gerektiği açıktır. Bu çerçevede elde edilen
sonuçlardan bazıları Şekil 4’de gösterilmiştir.
Kompresörün krank mili ve biyel kolu, sistemin titreşim ve gürültü özellikleri
bakımından kritik parçalardır. Dinamik analiz sonuçları değerlendirilirken,
kompresörün çalışma devir sayıları ve bunların harmoniklerine karşı gelen krank
milinin ve biyel kolunun doğal frekanslarına özel bir ilgi gösterilmiştir. Bu
çerçevede elde edilen sonuçlardan bazıları Şekil 5 ve Şekil 6’da gösterilmiştir.

Şekil 4. Kompresörün karterine ait titreşimlerin doğal frekanslar ve titreşim
biçimleri.

Şekil 4. Kompresörün karterine ait titreşimlerin doğal frekanslar ve titreşim
biçimleri (devam).

Şekil 5. Kompresörün krank miline ait titreşimlerin doğal frekanslar ve titreşim
biçimleri.
Şekil 6. Kompresörün biyel koluna ait titreşimlerin doğal frekanslar ve titreşim
biçimleri.

4.2. DENEYSEL ÖLÇÜM SONUÇLARI.
Kompresörün dinamik davranışına ait deneysel çalışmalarda, kompresör Şekil
2’de gösterilen deney düzeneğine bağlanmıştır. Bu çalışmada, kompresör taşıt
üzerindeki çalışma koşullarına benzeyen çalışma koşullarında çalıştırılarak,
kompresörün üzerindeki değişik konumlardan titreşim ölçümleri yapılmıştır. Bu
ölçümler, kompresör rejim durumuna ulaştıktan sonra gerçekleştirilmiştir.
Ölçümler, farklı devir sayıları ve farklı basınç değerleri için gerçekleştirilmiştir.
Kompresör sıcaklığı, taşıt üzerindeki sıcaklığında ve rejim halinde tutulmuştur.
Kompresör titreşim ölçümleri için iki kanallı bir sinyal analizörü kullanılmıştır.
Kullanılan analizör ile sabit bant genişlikli FFT analizi yapmak mümkündür.
Deneylerde kullanılan ivme ölçerin hassasiyeti 1 pC/ms -2 ’dir.
Şekil 7’de kompresörün muhtelif noktalarından alınan titreşim düzeyi ölçüm
sonuçlarından bazıları gösterilmiştir. Bu ölçümler, farklı basınç ve farklı devir
sayıları için tekrarlanmıştır.
5. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRMELER.
Bu çalışmada, Türkiye’de üretilen ve taşıtlarda kullanılan tek silindirli pistonlu
kompresörlerin dinamik ve akustik davranışları incelenmiştir. Bu çalışma
kapsamında bir akustik ölçüm odası tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Mevcut ürüne
yönelik titreşim ve ses ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bu ölçümlerden
faydalanılarak titreşim ve gürültü kaynakları tayin edilmiştir. Bu çalışmalar ile
elde edilen bilgiler göz önünde bulundurularak daha az titreşen ve daha sessiz
yeni bir kompresörün tasarımı gerçekleştirilmektedir.
Yapılan teorik ve deneysel çalışmalar, krank-biyel mekanizmasından kaynaklanan
atalet kuvvetlerin yeterince dengelendiğini göstermiştir.

Titreşim Düzeyi [dB]
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
27
54
81
108
135
162
189
216
243
270
297
324
351
378
405
432
459
486
513
540
567
594
621
648
675
702
729
756
783
810
837
864
891
918
945
972
999
Frekans [Hz]
(a) Kompresörün kafasından alınan titreşim düzeyi frekans dağılımı (Devir sayısı
1400 d/d., Sıkıştırma basıncı 3 bar).
Titreşim Düzeyi [dB]
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
27
54
81
108
135
162
189
216
243
270
297
324
351
378
405
432
459
486
513
540
567
594
621
648
675
702
729
756
783
810
837
864
891
918
945
972
999
Frekans [Hz]
(b) Kompresörün kafasından alınan titreşim düzeyi frekans dağılımı (Devir sayısı
1354 d/d., Sıkıştırma basıncı 6 bar).
Titreşim Düzeyi [dB]
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
27
54
81
108
135
162
189
216
243
270
297
324
351
378
405
432
459
486
513
540
567
594
621
648
675
702
729
756
783
810
837
864
891
918
945
972
999
Frekans [Hz]
(c) Kompresörün yağ pompa flanşından alınan titreşim düzeyi frekans dağılımı
(Devir sayısı 1354 d/d., Sıkıştırma basıncı 9 bar).
Şekil 7. Kompresörün muhtelif noktalarından alınan titreşim düzeyi ölçüm
sonuçları.

Ayrıca, kompresörün yapısal titreşimlerinin ve titreşim kaynaklı gürültünün
azltılabilmesi için yeni tasarımlar üzerinde bazı önlemlerin gerçekleştirilmesi
gerektiği sonucuna varılmıştır.
Kompresörün gürültü düzeyinin azaltılması için, basma kanalları incelenmelidir.
Yapılan ses ölçümleri, akış kaynaklı gürültünün, özellikle yüksek basınçlarda ön
plana çıktığını göstermiştir. Bu amaçla, akış kanallarının yeniden tasarımı ve
susturucu eklenmesi gibi önlemler üzerinde çalışılmalıdır.
Kompresörün gürültü düzeyinin azaltılmasında göz önünde bulundurulması
gereken diğer bir konu, valf çarpma gürültüsüdür. Valfler açılırken ve kapanırken
oluşan çarpmanın etkisi sonucunda bir gürültü üretmektedir. Yeni kafa tasarımı
yapılırken bu konunun da göz önünde bulundurulması, daha az titreşen ve daha
sessiz yeni bir kompresörün tasarımında önemlidir.
6. KAYNAKLAR.
[1] The Machinery Directive: 89/392/EEC
[2] Fog, C.L., The European Machinery Directive-Its Impact On Product Noise
and Vibration Control And Measurement, 2. Ulusal Akustik ve Gürültü Kongresi,
Antalya, 1996.
[3] ISO 9614-1, Acoustics-Determination of sound power levels of noise sources
using sound intensity-Part 1: Measurement at discrete points, 1993.
[4] Erol, H., Durakbaşa, T., Ev Tipi Soğutucu Kompresörlerinde Gürültü, I.
Ulusal Gürültü Kongresi, Bursa, 1994.
[5] Erol, H., Belek, T., Soğutucularda Kullanılan Tek Silindirli Pistonlu
Kompresörlerin Dinamik Analizi, 8. Ulusal Makina Teorisi Sempozyumu, Elazığ,
1997.