Dizel jeneratörlerin koherens fonksiyonu ile ses ve titreşim analizi
Sound and vibration analysis of diesel generators with coherence function
Yazar: UĞUR ÖLMEZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NEVRA BAYHAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektriğin keşfi ile birlikte, elektrik üretiminin farklı yolları da araştırılmaya başlanmıştır. 1820 yılında, Michael Faraday ve Joseph Henry elektromanyetik indüksiyon teorisini bularak, alternatörün icadına giden yolda ilk taşı koymuş oldular. Alternatörden elektrik üretebilmek için, ihtiyaç olan tahrik gücünü sağlamak amacıyla, farklı yöntemler geliştirilmiştir. Dizel jeneratörlerin gelişim süreci, ilk dizel motorun 1893 yılında Rudolf Diesel tarafından icadı ile başlamıştır. 
Teknolojik gelişimin baş döndürücü bir hızla ilerlediği günümüzde, elektrik üretiminin ve bu üretimin devamlılığının sağlanması büyük önem arz etmektedir. Günümüzde, dizel jeneratörler elektrik üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Dizel jeneratörler, şebekenin yetersiz olduğu bölgelerde ana enerji kaynağı olarak kullanılırken, şebekenin yaygın olduğu yerlerde ise yedek enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır.
Günümüz kentleşmesinde, dizel jeneratörlerin elektrik üretimine katkısının yanı sıra bazı dezavantajları da bulunmaktadır. Bu dezavantajların birisi de, jeneratörün çalışması esnasında oluşan gürültü problemidir. Dizel jeneratörlerin gürültü probleminin birçok farklı nedeni bulunmaktadır. Bu gürültü problemlerini çözmek için birçok farklı yöntem kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemlerin kullanılabilmesi için, gürültü probleminin kaynağının tespit edilmesi gerekmektedir.
Dizel jeneratörlerin çalışması esnasında gürültüye neden olan birçok gürültü kaynağı bulunmaktadır. Bu gürültü kaynaklarından birisi de, jeneratörün çalışması esnasında meydana gelen yapısal titreşimlerden kaynaklanan gürültü problemidir. Bu çalışmada, dizel jeneratörün çalışması esnasında oluşan gürültü ile jeneratörün yapısal titreşimi arasındaki ilişkiyi tespit etmek hedeflenmiştir. Dizel jeneratörün yapısal titreşimi ve gürültüsü arasındaki ilişkiyi bulabilmek için koherens fonksiyonu kullanılmıştır. 
Bu çalışmanın ilk bölümünde, dizel jeneratörler ile ilgili temel kavramlardan bahsedilmiştir. Bu bölümde, dizel jeneratörü oluşturan ve elektrik üretiminin temeli olan dizel motor ve senkron alternatörlerin tarihsel gelişimi kısaca açıklanmıştır. Bunun ardından, senkron alternatörler kullanılarak elektrik üretiminin nasıl gerçekleştiği açıklanmıştır. Bunun yanı sıra, çalışma sınıflarına ve dizel jeneratörler için uygulanan uluslararası standartlara da bu bölümde değinilmiştir. Dizel jeneratörler ile ilgili genel bilgiler açıklandıktan sonra, ses ve titreşim ile ilgili temel kavramlardan da ayrıca bahsedilmiştir. 
Çalışmanın ikinci bölümünde, dizel jeneratörlerin ses ve titreşim verileri arasındaki ilişkiyi bulabilmek için kullanılan yöntemlerden bahsedilmiştir. Bu sebeple bu bölümde, jeneratörün ses ve titreşimi arasındaki ilişkiyi belirlemek için kullanılan koherens fonksiyonundan bahsedilmiştir. Ayrıca, koherens fonksiyonu ile birlikte frekans domeni analizleri için, Hızlı Fourier Dönüşümü analizinden de bahsedilmiştir. Koherens ve Fourier analizlerini gerçekleştirmek için tasarlanan yazılımın aşamaları da yine bu bölümde ele alınmıştır. Dizel jeneratörün, Koherens ve Fourier analizlerini gerçekleştirmek için testlerde kullanılan test ekipmanlarından da ayrıca bahsedilmiştir. Bu bölümde, testlerden elde edilen sonuçları desteklemek için, modal analiz yönteminden de bahsedilmiştir.
Çalışmanın üçüncü kısmında ise, ses ve titreşim dataları arasındaki ilişkiyi bulmak için ölçümler alınmıştır. Alınan ölçümlere ait test düzeneği de bu bölümde açıklanmıştır. Alınan ölçümler ile ses, titreşim ve koherens değerleri detaylıca incelenmiştir. Test sonuçları, yazılım destekli modal analiz sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, modal analiz ile elde edilen sonuçlar ile desteklenmiştir. Ayrıca jeneratörün farklı yük değerleri altındaki ses, titreşim ve koherens değerlerindeki değişimleri de incelenmiş ve sonuçlar değerlendirilmiştir. 
Çalışmanın son kısmında ise, alınan ölçüm değerlerine göre elde edilen bulgular değerlendirilmiş ve sonuçları tartışılmıştır. Elde edilen test sonuçları ve analizler değerlendirildiğinde, deney setinde kullanılan dizel jeneratörün 3, 4, 15, 17, 26, 27, 36, 40, 41, 42 ve 56 numaralı ölçüm noktalarında, titreşimlerden kaynaklı gürültü problemleri olduğu gözlemlenmiştir. Bu ölçüm noktalarındaki titreşimlerin 143, 148, 153 ve 158 Hz frekanslarında yoğun bir gürültüye neden olduğu gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre ileriki çalışmalar da, ne tür düzenlemeler ve geliştirmelerin yapılabileceği tartışılmıştır.

Abstract:
With the discovery of electricity, different ways of generating electricity have begun to be investigated. In 1820, Michael Faraday and Joseph Henry had found the electromagnetic induction theory and put the first stone on the way to the invention of the generator. In order to generate electricity from the generator, different methods have  developed to provide the needed drive power. The development process of the diesel generators have begun with the invention of the first diesel engine in 1893 by Rudolf Diesel.
Technological development is proceeding at a dizzying pace in the present days, it is of utmost importance that electricity generation and the sustainability of this production are ensured. Nowadays, diesel generators are widely used in electricity generation. Diesel generators are used as a main energy sources in areas where the mains is insufficient, while they are used as a reserve energy sources in areas where the mains is widespread. 
In today's urbanization, as well as the contribution of diesel generators to electricity generation, there are also some disadvantages. One of these disadvanteges is the noise problem that occurs during the operation of the generator. There are many different reasons for the noise problem of diesel generators. Many different methods are used to solve these noise problems. However, in order to use these methods, it is necessary to determine the source of the noise problem.
There are many noise sources that cause noise, during operation of the diesel generators. One of these noise sources is the noise problem caused by the structural vibrations that ocur during the operation of the generator. In this study, it has aimed to determine the relationship between the noise during the operation of the diesel generator and the structural vibration of the generator. The coherence function has used to find the relationship between the structural vibration of the diesel generator and its noise. 
In the first part of this study, it has been mentioned the basic concepts related to diesel generators. In this sectione, the historical development of the diesel engines and synchronous alternators, which create the diesel generator and are the basis of electricity generation, have briefly explained. After this, it has been explained that how electricity is generation by using synchronous alternators. In addition, working classes and international standards for diesel generators have explained in this chapter. After describing the general knowledge of diesel generators, the basic concepts of sound and vibration have also been mentioned. 
In the second part of the study, the methods used to find the relationship between sound and vibration data of the diesel generators have been mentioned. For this reason in this section, it has been mentioned the coherence function which used to determine the relationship between the sound and vibration of the generator. It has also been mentioned the Fast Fourier Transform analysis for frequency domain analysis along with the coherence function. The phases of the software which designed to perform Coherence and Fourier analysis have also explained in this section. It has also been mentioned the test equipments which used in the tests to perform the diesel generator's Coherence and Fourier analysis. In this section it has also been mentioned the modal analysis method to support the results obtained from the tests.
In the third part of the study, measurements have taken to find the relationship between sound and vibration data. The test setup which belongs to the measurements taken have also described in this section. The sound, vibration and coherence values have examined in detail with the taken measurements. The test results have compared with the software supported modal analysis results. The results have supported by modal analysis method. In addition, it has been examined and evaluated the changes in the noise, vibration and coherence values of the generator under different load values. 
In the last part of the study, the findings obtained according to the measured values have evaluated and the results have discussed. When the obtained test results and analysis have evaluated, it has been observed that the diesel generator used in the test setup have noise problems originating from vibrations at measurement points of 3, 4, 15, 17, 26, 27, 36, 40, 41, 42 and 56. It has been observed that vibrations at these measurement points cause an intense noise at frequencies of 143, 148, 153 and 158 Hz. According to the obtained results, it has argued that what kind of arrangements and improvements can be made in future studies.