Suuren keskinopeuksisen moottorin melun vähentäminen vibroakustisin menetelmin

Abstract

Viimeisten vuosikymmenten aikana suuret dieselmoottorit ovat kehittyneet koko ajan tehokkaammiksi. Moottorien kasvavat sylinteripaineet ja keventyminen lisäävät niiden tuottamaa melua. Samaan aikaan melua koskevat säädökset kiristyvät, jolloin moottorimelun tutkiminen ja ääntä vähentävät ratkaisut ovat entistä tärkeämpiä.

Tämä tutkimustyö on vahvasti kokeellinen. Erilaisilla ääni- ja värähtelymittauksilla pyritään selvittämään suureen keskinopeuksiseen moottoriin liittyviä vibroakustisia ilmiöitä. Työssä otetaan käyttöön myös ensimmäinen kaupallinen sovellus akustisen hiukkasnopeuden mittaamiseksi. Sovelluksen käytettävyys ja mittaustulosten luotettavuus arvioidaan. Kattavat mittaukset ja niiden analysoinnit on suoritettu useille moottoreille.

Sylinterikannet ovat tällä hetkellä suurten keskinopeuksisten moottoreiden meluavin osa. Dominoivat melulähteet ilmenevät taajuuksilla 500 Hz – 800 Hz, joille tässä työssä löytyy useampia eri syitä: sylinterikansiin vaikuttavat herätteet ovat voimakkaat tällä taajuusalueella ja värähtelyä vahvistavat rakenteiden ominaistaajuudet. Rakenteen voimakas värähtely ei aina tarkoita sitä, että rakenne tuottaisi paljon ääntä. Kuitenkin nykyiset alumiiniset rakenteet havaitaan ääntä ongelmallisen hyvin säteileviksi ja ääni myös etenee hyvin ulospäin rakenteesta. Etenemisellä tarkoitetaan äänen siirtymistä rakenteesta poispäin. Sitä tutkitaan äänikentän reaktiivisuuden avulla.

Tässä työssä tutkitaan komposiitista valmistettujen sylinterikansien vaikutusta moottorimeluun. Toteutettu ratkaisu ja materiaalivalinnat perustuvat tässä työssä tehtyihin mittauksiin ja kirjallisuuteen. Komposiitti soveltuu käytettäväksi moottorin osana ja sen käyttö vähentää moottorimelua. Valittujen komposiittimateriaalien avulla saavutettiin 2 dB:n (1 m, A-painotettu äänenpainetaso) lasku. Erilaisilla materiaaliratkaisuilla voidaan optimoida sylinterikansien rakenne ja saavuttaa vieläkin hiljaisempi moottori.