Elastic shaft alignment

Βλάχος, Ορέστης; Vlachos, Orestis

dc.contributor.author	Βλάχος, Ορέστης	el
dc.contributor.author	Vlachos, Orestis	en
dc.date.accessioned	2016-07-05T10:46:50Z
dc.date.available	2016-07-05T10:46:50Z
dc.date.issued	2016-07-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42983
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12442
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ευθυγράμμιση άξονα	el
dc.subject	Πρόωση	el
dc.subject	Έδρανα ολίσθησης	el
dc.subject	Λογισμικό C++	el
dc.subject	Ισχύς	el
dc.subject	Shaft alignment	en
dc.subject	Propulsion	el
dc.subject	Power	el
dc.subject	Journal bearings	el
dc.subject	C++ Software	el
dc.title	Elastic shaft alignment	en
dc.title	Ελαστική ευθυγράμμιση αξονικού συστήματος πλοίου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ναυτική μηχανολογία	el
heal.classification	Marine engineering	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/3d257f31491bff09371cddeac5c6626dc154db39
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/3d257f31491bff09371cddeac5c6626dc154db39
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-04-03
heal.abstract	Proper alignment of ship shafting systems is of paramount importance for safe operations. In recent years, shaft alignment calculation and acceptance criteria have undergone several revisions. So far, a static analysis of propulsion systems, considering various hull deformation scenarios, has been common practice. In the present work, the process and results of software development, aimed at providing a better approximation to the problem of shaft alignment, are discussed. The software solution proposed here, introduces bearing foundation stiffness and bearing hydrodynamic lubrication effects into alignment calculations. Four different types of vertical bearing offsets, including hull deformations, foundation elasticity and lubricant film thickness, are considered, as well as support position longitudinal shifts due to shaft-bearing misalignment. As a case study, the shaft alignment of a typical VLCC vessel driven by a two-stroke low-speed Diesel engine is considered. The propulsion shaft of the ship is modelled as a statically indeterminate multi-supported beam. For a reference shaft alignment plan, the static equilibrium of the shaft is calculated using matrix analysis, taking elasticity of the bearing foundations into account. A detailed finite element model of the hull structure, complying with the meshing requirements set by Classification Societies, with focus on the aft end region of the vessel, is generated; the model is appropriate for accurate calculation of hull deformations, taking into account the contribution of shaft rigidity and the foundation of the main propulsion engine. Hull deformations are calculated for a set of typical loading conditions of the vessel. Those deformations are used for calculation of the additional bearing offsets due to hull bending, and the corresponding effect on shaft equilibrium and bearing reactions. The process is carried out for two different operating conditions of the vessel, namely (a) for stationary loading of the propulsion shaft (zero rotational speed), and (b) for quasi- static loading of the propulsion shaft, taking into account oil-film characteristics of the bearings. In the latter case, pressure distribution at each bearing is calculated by the solution of the Reynolds equation in the lubricant domain. Based on the above solution process, conclusions are drawn concerning the effects of hull deformations on shaft alignment plans, bearing hydrodynamic lubrication and friction power loss. Additionally, a set of comparisons between propulsion system modelling methods is carried out and, finally, a parametric analysis focused on the effects of viscosity on bearing hydrodynamic lubrication, shaft alignment and friction power loss is conducted.	en
heal.abstract	Η ευθυγράμμιση του αξονικού συστήματος ενός πλοίου έχει άμεση επίδραση στην ασφάλεια και τη δυνατότητά του να επιχειρεί. Τα τελευταία χρόνια, τόσο οι μέθοδοι υπολογισμού, όσο και τα κριτήρια αξιολόγησης καλής ευθυγράμμισης, αναθεωρούνται διαρκώς. Μέχρι στιγμής, ο υπολογισμός του πλάνου ευθυγράμμισης μέσω απλά εδρασμένων, στατικών μοντέλων του αξονικού συστήματος, σε συνδυασμό με ενσωμάτωση των παραμορφώσεων της γάστρας υπό διαφορετικές συνθήκες φόρτωσης, αποτελεί τον κανόνα. Η παρούσα εργασία πραγματεύεται, την ανάπτυξη λογισμικού που σκοπό έχει να προσεγγίσει, με μεγαλύτερη ακρίβεια, το πρόβλημα της ευθυγράμμισης αξονικού συστήματος πλοίου. Το λογισμικό αυτό, πέρα από όσα αναφέρονται ήδη στην βιβλιογραφία, λαμβάνει υπόψιν την ελαστική παραμόρφωση των εδράσεων των σημείων στήριξης του αξονικού, καθώς και τις συνθήκες υδροδυναμικής λίπανσης του εδράνου, για τον υπολογισμό της ευθυγράμμισης. Υπό την προτεινόμενη θεώρηση, η κατακόρυφη θέση των εδράνων του συστήματος πρόωσης, πέραν του αρχικού πλάνου ευθυγράμμισης, επηρεάζεται από τις παραμορφώσεις της γάστρας του σκάφους, την ελαστική παραμόρφωση των εδράσεων και το πάχος του στρώματος υδροδυναμικής λίπανσης εντός των εδράνων. Σην εργασία αυτή, έγινε μελέτη ενός τυπικού δεξαμενόπλοιου μεγάλης χωρητικότητας (VLCC) με κύρια διάταξη πρόωσης αποτελούμενη από βαδύστροφο δίχρονο κινητήρα Diesel. Το αξονικό σύστημα του σκάφους αναπαρίσταται ως υπερστατική δοκός πολλαπλών στηρίξεων. Μέσα από τη μέθοδο της μητρωικής ανάλυσης, με πρόβλεψη για την ελαστική έδραση, έγινε υπολογισμός των στοιχείων ενός πλάνου ευθυγράμμισης το οποίο ορίστηκε ως κατάσταση αναφοράς. Στη συνέχεια, δημιουργήθηκε ένα λεπτομερές μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων για τη γάστρα του σκάφους, συμβατό με τις απαιτήσεις των νηογνωμόνων, προκειμένου να υπολογισθούν με ακρίβεια οι κατακόρυφες μετατοπίσεις των σημείων έδρασης του άξονα, λόγω παραμορφώσεων της γάστρας, για ένα εύρος καταστάσεων φόρτωσης. Οι κατακόρυφες αυτές μετατοπίσεις ενσωματώθηκαν στους υπολογισμούς ευθυγράμμισης της εκάστοτε κατάστασης φόρτωσης/λειτουργίας. Επιπρόσθετα, στους υπολογισμούς ευθυγράμμισης συνυπολογίσθηκε και η επίδραση του στρώματος υδροδυναμικής λίπανσης των εδράνων για όσες καταστάσεις φόρτωσης αντιστοιχούν σε κατάσταση λειτουργίας της κύριας μηχανής. Η κατανομή της πίεσης σε κάθε έδρανο υπολογίσθηκε μέσω της εξίσωσης Reynolds. Τα συμπεράσματα που αντλήθηκαν από τις λύσεις που προέκυψαν, μέσα από την παραπάνω θεώρηση, αφορούν την επίδραση των παραμορφώσεων της γάστρας στην ευθυγράμμιση του αξονικού συστήματος, τα χαρακτηριστικά της λίπανσης των εδράνων και τις σχετικές απώλειες ισχύος λόγω τριβής. Επιπρόσθετα, έγινε σύγκριση μεταξύ των μεθόδων υπολογισμού ευθυγράμμισης και τέλος, διερευνήθηκε η επίδραση του ιξώδους του λιπαντικού των εδράνων στο πλάνο ευθυγράμμισης και στις απώλειες ισχύος λόγω τριβής.	el
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Φραγκόπουλος, Χρίστος	el
heal.committeeMemberName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας. Εργαστήριο Ναυτικής Μηχανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	122 σ.
heal.fullTextAvailability	true