Ανάλυση δυναμικής συμπεριφοράς αξονικού συστήματος πλοίου μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων

Βασιλάκης, Ιωάννης; Vasilakis, Ioannis

dc.contributor.author	Βασιλάκης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Vasilakis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2019-07-01T09:48:34Z
dc.date.available	2019-07-01T09:48:34Z
dc.date.issued	2019-07-01
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48945
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16481
dc.rights	Default License
dc.subject	Ευθυγράμμιση αξονικού συστήματος	el
dc.subject	Δυναμική ανάλυση συστήματος πρόωσης	el
dc.subject	Πλοία μεταφοράς εμπορευματοκιβωφτίων	el
dc.subject	Ανάλυση στατικής ισορροπίας αξονικού συστήματος	el
dc.subject	Μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων	el
dc.subject	FEM model	en
dc.subject	Container ships	en
dc.subject	Shaft alignment	en
dc.subject	Dynamic analysis of propulsion system	en
dc.subject	Parametric dezign	en
dc.title	Ανάλυση δυναμικής συμπεριφοράς αξονικού συστήματος πλοίου μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Θαλάσσιες μεταφορές	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-03-14
heal.abstract	Η εγκατάσταση πρόωσης ενός πλοίου αποτελεί σύστημα ζωτικής σημασίας για την ασφαλή και αποδοτική εκτέλεση των υποχρεώσεων του πλοίου στο θαλάσσιο περιβάλλον. Κύριο τμήμα της εγκατάστασης πρόωσης αποτελεί το αξονικό σύστημα, η σωστή ευθυγράμμιση του οποίου συντελεί αφενός στην ασφαλή και αποδοτική λειτουργία του πλοίου, και αφετέρου στην αποφυγή βλαβών που μπορεί να οδηγήσουν σε απώλεια πρόωσης και ακυβερνησία του πλοίου. Η συνήθης διαδικασία εκπόνησης του πλάνου ευθυγράμμισης του άξονα πρόωσης, περιλαμβάνει τη χρήση μοντέλου στατικής ισορροπίας του άξονα, η επίλυση του οποίου λαμβάνει υπόψη την ελαστικότητα της βάσης των εδράνων, τη δυναμική φόρτιση της έλικας, καθώς και την ψυχρή και θερμή κατάσταση της κύριας μηχανής πρόωσης. Παράλληλα, το έτος 2015, οι νηογνώμονες BV και ABS εξέδωσαν νέους κανονισμούς επί του θέματος, λαμβάνοντας υπόψη νέες παραμέτρους κατά τη σχεδίαση, όπως τις παραμορφώσεις της γάστρας, τα χαρακτηριστικά του λιπαντικού φίλμ των εδράνων και την ακαμψία της βάσης στήριξής τους. Επομένως, με επιπλέον δεδομένο ότι οι σύγχρονες σχεδιάσεις πλοίων χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερα μήκη αξονικού συστήματος και έλικες μεγαλύτερου μεγέθους και βάρους, η λεπτομερής εκπόνηση του πλάνου ευθυγράμμισης αποτελεί μείζον ζήτημα, το οποίο πρέπει να αντιμετωπιστεί στη φάση της μελέτης του πλοίου, ώστε να αποφευχθούν σημαντικά προβλήματα κατά τη λειτουργία. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιήθηκε μοντελοποίηση του συστήματος πρόωσης ενός τυπικού πλοίου μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων, με κύρια διάταξη πρόωσης αποτελούμενη από βραδύστροφο δίχρονο κινητήρα Diesel, ο οποίος κινεί έλικα σταθερού βήματος, απευθείας συνδεδεμένη στον άξονα χωρίς την παρεμβολή μειωτήρα στροφών. Αρχικά, σχεδιάστηκε ένα αναλυτικό παραμετρικό μοντέλο του συστήματος πρόωσης του πλοίου, και, εν συνεχεία, το αντίστοιχο μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων, το οποίο περιλαμβάνει την έλικα, το αξονικό σύστημα (άξονες και έδρανα) και τον κινηματικό μηχανισμό της κύριας μηχανής πρόωσης (στροφαλοφόρος άξονας, διωστήρες, έμβολα, σφόνδυλος και αποσβεστήρας στρεπτικών ταλαντώσεων). Το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων, αρχικά, χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό των αντιδράσεων των εδράνων της στατικής ισορροπίας του άξονα σε διαφορετικές καταστάσεις λειτουργίας. Σκοπός της παραπάνω ανάλυσης ήταν ο έλεγχος της αξιοπιστίας του διαμορφωμένου μοντέλου, με παράλληλη σύγκριση των αποτελεσμάτων του με τα αντίστοιχα μεγέθη που περιλαμβάνονται στις οδηγίες του νηογνώμονα, καθώς και με τα αποτελέσματα της μελέτης του συστήματος που παρουσιάστηκε στη Διπλωματική Εργασία του Σ. Σιαμαντά (Μάρτιος 2018). Ο βασικός στόχος για την ανάπτυξη του συγκεκριμένου μοντέλου ήταν η ανάλυση της δυναμικής συμπεριφοράς του συστήματος υπό την επίδραση των χρονικά μεταβαλλόμενων φορτίων που παραλαμβάνει ο άξονας του πλοίου κατά τη λειτουργία της κύριας μηχανής. Έχοντας προσεγγίσει με μεγάλη ακρίβεια τη στατική λύση του προβλήματος, διερευνήθηκαν τα φαινόμενα που χαρακτηρίζουν την πραγματική συμπεριφορά του συστήματος, μέσω επιβολής κατάλληλων φορτίσεων και οριακών συνθηκών. Συγκεκριμένα, τα φαινόμενα που ελήφθησαν υπόψη στο προτεινόμενο μοντέλο είναι η πίεση στα έμβολα της κύριας μηχανής λόγω της καύσης εντός του κυλίνδρου, τα υδροδυναμικά φορτία της έλικας, η πίεση του λιπαντικού στα έδρανα, καθώς και η λειτουργία των αποσβεστήρων ταλαντώσεων της κύριας μηχανής. Τέλος, μελετήθηκε η δυναμική απόκριση του αξονικού συστήματος για λειτουργία της κύριας μηχανής σε σταθερές στροφές λειτουργίας και ισχύ κοντά στη Μέγιστη Συνεχή Ισχύ (MCR) της, με τα έδρανα ρυθμισμένα στην κατάσταση αναφοράς για θερμή λειτουργία μηχανής. Για καθένα από τα έδρανα του αξονικού συστήματος, υπολογίστηκε η χρονική ιστορία των αντιδράσεων στήριξης, και, με χρήση ειδικού λογισμικού υπολογισμών που σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, υπολογίστηκαν οι τριβολογικές παράμετροι λειτουργίας, όπως η εκκεντρότητα του εδράνου, η γωνία συμπεριφοράς, το ελάχιστο πάχος λιπαντικού, ο συντελεστής τριβής και η απώλεια ισχύος λόγω τριβών.	el
heal.abstract	The propulsion system is vital for safe operation and efficient performance of a vessel. The shafting system constitutes an important part of the propulsion system and needs to be addressed accordingly in the design stage, by means of detailed shaft alignment. Failing to design and implement an optimal shaft alignment plan may lead to unreliable and potentially unsafe operation of the ship, which could result in loss of propulsion and vessel immobilization. A static analysis of the propulsion shafting system, taking into consideration the bearing foundation stiffness , the dynamic loading of the propeller and both cold and hot conditions of the main engine, has been a common practice in the maritime sector. Nowadays, shafting systems with increased length and propeller diameter, thus weight, are common practice for newbuild cargo vessels. In 2015, two Classification Societies, namely BV and ABS, released rule notations concerning the shaft alignment procedure onboard large cargo ships, which take into account hull deformations, oil film characteristics and stiffness of the bearings’ foundation. In the present work, the shafting system of a typical 10,000 TEU containership is studied, driven by a two-stroke low-speed Diesel engine connected directly to a fixed pitch propeller. Firstly, an analytical parametric model of the ship's propulsion system was designed, and then the corresponding finite element model. Both models comprise of the propeller, the shafting system (propeller shaft, intermediate shafts and their bearings) and part of the main engine (crankshaft, connecting rod, pistons, flywheel and damper). The FE model was initially used to calculate the bearing reactions in a static analysis of the propulsion system, for a series of representative loading conditions of the vessel. The results were compared with data provided by class guidelines as well as with results of the case study presented in the Diploma Thesis of S. Siamantas (March 2018), for reliability purposes of the designed model. Ultimately, the FE model is used to calculate bearing reactions in a dynamic analysis of the propulsion system under the influence of the time-varying loads exerted to the shafting system by the operation of the main engine. Having obtained a fine solution for the static analysis of the problem, the phenomena describing the actual behavior of the system were investigated, imposing proper loads and boundary conditions. To further analyze, the phenomena taken into account in the proposed model for the dynamic analysis were; (a) pressure on the main engine pistons due to combustion within the cylinder, (b) hydrodynamic loads of the propeller, (c) lubricant pressure in the bearings, and (d) operation of the main engine vibration dampers. Finally, the dynamic response of the shafting system was studied, for hot main engine condition with constant operating speeds. For each bearing of the shafting system, the time history of the supporting reactions was calculated. The calculated reactions are used as input data for the utilized software, designed and developed at the National Technical University of Athens, which calculates tribological performance parameters, such as bearing eccentricity, angle of behavior, minimum oil thickness, friction coefficient and friction loss.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.committeeMemberName	Παπαλάμπρου, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	159 σ.	en
heal.fullTextAvailability	true