Επίδραση κατασκευαστικών λαθών μορφής στην απόδοση αυτορυθμιζόμενων ωστικών εδράνων

Ζούπας, Λουκάς; Zoupas, Loukas

dc.contributor.author	Ζούπας, Λουκάς	el
dc.contributor.author	Zoupas, Loukas	en
dc.date.accessioned	2017-07-20T10:52:09Z
dc.date.available	2017-07-20T10:52:09Z
dc.date.issued	2017-07-20
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45295
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14431
dc.rights	Default License
dc.subject	Φθορές	el
dc.subject	Τριβολογία	el
dc.subject	Λιπαντικά	el
dc.subject	Στάτορας	el
dc.subject	Ρότορας	el
dc.subject	Pad	en
dc.subject	Rotor	en
dc.subject	Fluid	en
dc.subject	Lubricants	en
dc.title	Επίδραση κατασκευαστικών λαθών μορφής στην απόδοση αυτορυθμιζόμενων ωστικών εδράνων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	The influence of manufacturing tolerances on the performance of fluid film thrust bearings	en
heal.classification	Τριβολογία	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-06-06
heal.abstract	Η τριβή είναι ο κύριος λόγος που τα μηχανολογικά συστήματα παρουσιάζουν απώλειες ενέργειας. Τέτοια συστήματα υπάρχουν στα πλοία, τόσο στην κύρια μηχανή (έδρανα, ελατήρια εμβόλων, κ.λπ.), όσο και σε ολόκληρο το αξονικό σύστημα με το οποίο συνδέεται η κύρια μηχανή. Για να ελαττωθούν αυτές οι απώλειες, καθώς και η συνεπαγόμενη φθορά των εμπλεκόμενων εξαρτημάτων, συνήθως χρησιμοποιούνται λιπαντικά μέσα μεταξύ των αλληλεπιδρουσών επιφανειών (π.χ στα ακτινικά έδρανα του πλοίου, στο ωστικό έδρανο του πλοίου, κ.α). Η παρούσα εργασία, μελετά τις απώλειες τριβής σε ωστικά έδρανα. Ωστικά έδρανα χρησιμοποιούνται κατά κόρον στα πλοία όπου κύριος στόχος τους είναι η μετάδοση των μεγάλων αξονικών δυνάμεων που δημιουργούνται από την έλικα του πλοίου προς τη γάστρα αυτού. Τα ωστικά έδρανα αποτελούνται από δύο βασικά μέρη, το είναι σταθερό (στάτορας) ενώ το άλλο περιστρέφεται (ρότορας). Αξιοποιώντας τις υδροδυναμικές πιέσεις που αναπτύσσονται στο φιλμ του λαδιού μεταξύ του ρότορα και του στάτορα καταφέρνουμε και απομακρύνουμε τα δυο μέρη, ώστε να μην υπάρχει επαφή μετάλλου με μέταλλο κατά τη λειτουργία. Η χρήση των ωστικών εδράνων δεν περιορίζεται μόνο στα ναυτικά συστήματα πρόωσης, αλλά είναι διαδεδομένη και σε περιστρεφόμενες μηχανές όπως αντλίες, συμπιεστές, κ.α. Στόχος την παρούσας εργασίας είναι η μελέτη και η μοντελοποίηση των κατασκευαστικών σφαλμάτων της επιφάνειας του στάτορα αυτορρυθμιζόμενων ωστικών εδράνων, καθώς και η ποσοτικοποίηση της επίδρασής τους στις παραμέτρους λειτουργίας των εδράνων. Για το λόγο αυτό δημιουργήθηκε ένα τρισδιάστατο γεωμετρικό μοντέλο ενός πέλματος αυτορρυθμιζόμενου ωστικού εδράνου, συμπεριλαμβάνοντας τα σχετικά τμήματα του λιπαντικού ελαίου και του ρότορα. Στο συγκεκριμένο μοντέλο θεωρήθηκε ότι το πέλμα είναι παραμορφωμένο λόγω ελαστικών και θερμικών φορτίσεων. Η παραμόρφωση προσομοιάστηκε ως μία παραβολή (και προς τις δυο διευθύνσεις: ακτινική και περιφερειακή) με κέντρο το σημείο στήριξης του εδράνου. Η μοντελοποίηση των κατασκευαστικών σφαλμάτων στην επιφάνεια του πέλματος έγινε με χρήση ημιτονοειδών συναρτήσεων με διαφορετικό αριθμό ημικυμάτων. Το δημιουργηθέν μοντέλο επιλύθηκε με χρήση κώδικα Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής (CFD) για τον υπολογισμό των τριβολογικών παραμέτρων λειτουργίας. Στη συνέχεια, με χρήση ενός προγραμματιστικού εργαλείου, μας δόθηκε η δυνατότητα εύρεσης της θέσης ισορροπίας του πέλματος για δεδομένο ωστικό φορτίο (εξισορρόπηση ώσης και μηδενισμός των ροπών ως προς το σημείο στήριξης). Τέλος, για την εξαγωγή συμπερασμάτων έγινε καταγραφή και ανάλυση σημαντικών παραμέτρων λειτουργίας όπως το ελάχιστο πάχος του λιπαντικού φιλμ, η ροπή τριβής και οι μέγιστες τιμές της πίεσης και της θερμοκρασίας του λιπαντικού. Οι περιπτώσεις κατασκευαστικών σφαλμάτων που εξετάστηκαν αφορούν σε επιφάνειες πέλματος με κοίλη, κυρτή ή κυματοειδή μορφή. Εξετάστηκε η επίδραση των κατασκευαστικών σφαλμάτων για δύο διαφορετικά ωστικά φορτία καθώς και για διαφορετικά πλάτη των κατασκευαστικών σφαλμάτων μεταξύ 0 και 20 μm.	el
heal.abstract	Friction is the main reason of energy losses in mechanical systems. Tribological components exist on ships, both in the main engine (crankshaft bearings, piston rings) and in the shaft arrangement with which the engine is coupled (journal bearing, thrust bearing of the ship). In order to minimize these losses, lubricants are used between interactive moving surfaces. The present thesis is concerned with the study of friction losses in large thrust bearings. Thrust bearings are being used extensively in ships and their main goal is to transfer the large thrust load generated by the propeller to the hull of the vessel. Thrust bearings consist of two major parts, one steady (pad) and one rotatable (collar). Utilizing the hydrodynamic pressure developed by the lubricant film between the stator and rotor, the two parts can be separated, avoiding metal to metal contact. The use of thrust bearing is not limited to marine propulsion systems, but it is used in a plethora of rotating machines such as pumps, compressors, etc. The aim of the present study is to model the manufacturing errors and examine their influence on the functionality of tilting pad thrust bearings. To this end, a 3D geometric model is generated for a single pad of the bearing, considering also the oil and the respective part of the collar. In this model, it is assumed that the pad is deformed; deformation is simulated as a 3D parabola across two directions namely radially and circumferentially with its center being the pivot point of the pad. Manufacturing errors are simulated as sine waves with different number of waves, varying from 0.5 to 5. Next, a Computational Fluid Dynamic (CFD) model is set up for calculating the tribological characteristics of the system. Using an iterative procedure, the equilibrium position of the bearing is calculated. Finally, attention is given to the trends of essential operating parameters of the bearing, such as minimum oil film thickness, friction torque and maximum values of pressure and temperature of the lubricant. The studied manufacturing errors examined are (a) concavity, (b) convexity and (c) waviness with one, three or five sinewaves on the pad surface. The cases of concavity and convexity are simulated with the use of a negative or positive half sinewave. Two different thrust loads are considered, whereas manufacturing error amplitudes are varied from 0 to 20 μm.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.committeeMemberName	Παπαλάμπρου, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	84 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true