Elastohydrodynamic analysis and comparative study
of oil and water lubricated marine journal bearings

Μπρανίκας, Γεώργιος; Georgios, Branikas

dc.contributor.author	Μπρανίκας, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Georgios, Branikas	en
dc.date.accessioned	2023-04-24T09:31:25Z
dc.date.available	2023-04-24T09:31:25Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57555
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25252
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Ελαστοϋδροδυναμική Ανάλυση	el
dc.subject	Υδροδυναμική Ανάλυση	el
dc.subject	Ναυτικά ακτινικά έδρανα χοάνης πλοίου	el
dc.subject	Ακτινικά έδρανα νερού	el
dc.subject	Ακτινικά έδρανα λαδιού	el
dc.subject	Elastohydrodynamic Analysis	en
dc.subject	Hydrodynamic Analysis	en
dc.subject	Oil Lubricated Journal Bearings	en
dc.subject	Water Lubricated Journal Bearings	en
dc.subject	Marine stern tube journal bearings	en
dc.title	Elastohydrodynamic analysis and comparative study of oil and water lubricated marine journal bearings	en
dc.title	Ελαστοϋδροδυναμική ανάλυση και συγκριτική μελέτη ναυτικών ακτινικών εδράνων λιπασμένα με λάδι και νερό	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Marine engineering	en
heal.classification	Hydrodynamic Analysis	en
heal.classification	Water Lubricated Journal Bearings	en
heal.classification	Elastohydrodynamic Analysis	en
heal.classification	Oil Lubricated Journal Bearings	en
heal.classification	Stern tube bearings	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-03-09
heal.abstract	Μηχανικά συστήματα, σχεδιασμένα να μεταφέρουν ή να μετατρέπουν ενέργεια από μία μορφή σε άλλη για την παραγωγή έργου, μπορούν να εντοπιστούν από την αρχαιότητα. Ιστορικά οι μηχανικοί στοχεύουν στην δημιουργία τεχνολογικών επιτευγμάτων, στην τελειοποίηση μηχανών και στην βελτίωση της αποδοτικότητας τους. Σε μηχανικά συστήματα η τριβή αποτελεί πρωτεύοντα λόγο απώλειας ενέργειας. Η επιτυχημένη, αποδοτική και ασφαλής λειτουργία των σύγχρονων πλοίων απαιτεί τη λειτουργία μίας σειράς από μηχανικά συστήματα, εκ τα οποία ένα από τα βασικότερα είναι το σύστημα πρόωσης, όπου προκαλούνται σημαντικές απώλειες τριβής. Ένα κύριο μέρος του συστήματος πρόωσης είναι το αξονικό σύστημα, όπου υδροδυναμικά ακτινικά έδρανα εκτελούν ρόλο υψηλής σημασίας. Καθώς, η λειτουργία των εγκαταστάσεων πρόωσης και η συνδεδεμένη περιστροφή των αξόνων απαιτούν τη στήριξη φορτίων από έδρανα. Αυτό επιτυγχάνεται με την ανάπτυξη ενός λεπτού λιπαντικού φιλμ μεταξύ του άξονα και του εδράνου. Το υδροδυναμικό φιλμ συμβάλλει στην σημαντική και απαραίτητη μείωση των δυνάμεων τριβής και φθοράς υλικού. Επίσης, ένα βασικό μέρος του αξονικού συστήματος είναι τα έδρανα χοάνης πλοίου που υποστηρίζει το βάρος του άξονα, της προπέλας καθώς και τα μεταφερόμενα από τη λειτουργία φορτία. Η παρούσα διπλωματική εργασία ερευνά τη λειτουργία ναυτικών υδροδυναμικών ακτινικών εδρά- νων που λιπαίνονται με λάδι και νερό, χρησιμοποιώντας εργαλεία που έχουν παραχθεί στο Εργαστή- ριο Στοιχείων Μηχανών και Τριβολογίας του Τομέα Ναυτικής Μηχανολογίας του Ε.Μ.Π. Συγκεκρι- μένα, χρησιμοποιώντας επιλυτή του εργαστηρίου εκτελέστηκαν αριθμητικές προσομοιώσεις με βάση τη λύση της γνωστής διαφορικής εξίσωσης Reynolds. Ο υπάρχων αλγόριθμος επεκτείνεται, με τη χρήση ενός μοντέλου υπόθεσης τάσης-παραμόρφωσης πεδίου, ώστε να συμπεριλάβει την παραμόρφωση του χιτωνίου των μοντελοποιημένων τριβέων. Βασικό κομμάτι της μελέτης αποτελεί η επικύρωση του επεκταμένου μοντέλου. Η διαδικασία αυτή απαιτεί δεδομένα προερχόμενα από κατάλληλες πειραματικές μελέτες, και χρειάζεται να εκτελεστεί για έδρανα που χρησιμοποιούν ως λιπαντικό μέσο νερό αλλά και για έδρανα λαδιού. Η υδροδυναμική λίπανση στο πεδίο μεταξύ άξονα και χιτωνίου αντιστοιχεί σε υπολογιζόμενο πεδίο πίεσης, το οποίο συγκρίνεται με πειραματι- κές μετρήσεις. Επακόλουθη στη διαδικασία επικύρωσης είναι η μελέτη της επιρροής της επέκτασης στο αποτελέσματα των μοντελοποιήσεων. Προκειμένου να διαφωτιστεί αυτή η επιρροή, μοντελοποι- είται η λειτουργία εδράνων με διαφορετικές σχεδιάσεις χιτωνίων και κάτω από διαφορετικές ταχύτητες περιστροφής, και πραγματοποιούνται κατάλληλες συγκρίσεις. Ο επικυρωμένος αλγόριθμος χρησιμοποιείται για τη μοντελοποίηση δύο συστημάτων εδράνων χοάνης πλοίου. Δύο ζευγάρια ακτινικών εδράνων, ένα ζευγάρι λαδιού και ένα νερού, κάθε ζευγάρι αποτελούμενο από το πρυμναίου και το πρωραίο έδρανο, σχεδιάζονται και μοντελοποιούνται. Οι σχεδιαστικοί και λειτουργικοί παράγοντες καθορίζονται σύμφωνα με σχετικούς κανονισμούς και απαιτήσεις, καθώς και μηχανολογικούς οδηγούς κατασκευαστών και πραγματικές εφαρμογές πλοίων. Οι μοντελοποιήσεις ολοκληρώνονται για μια σείρα λειτουγικών καταστάσεων ώστε να σχηματισθεί πληρέστερη εικόνα σχετικά με τις διαφορές, τις ομοιότητες και τη γενική συμπεριφορά των συστημάτων.	el
heal.abstract	Mechanical systems, designed to transfer energy or transform one form of energy to another in order to perform work, can be traced back to ancient civilisations. Engineers throughout history aim to achieve technological advancements, perfecting the operation of machines and augmenting their efficiency. In mechanical systems friction is a primary cause of energy loss. The successful, efficient and safe operation of modern ships requires the operation of a series of mechanical systems, one of the main being the propulsion system, where substantial friction losses arise. An integral part of the propulsion system is the shafting arrangement, where hydrodynamic journal bearings are crucial components. The operation of the propulsion plants and the consequent rotation of the shafts require the support of radial loads from journal bearings. This is accomplished with the development of a thin lubricant film between the shaft and the journal bearing bush liner. The hydrodynamic film supports the shaft weights avoiding metal to metal contact, thus contributing to significant reduction of friction forces and material wear. Furthermore, a major part of the shafting arrangement is the stern tube bearing system which supports the weight of the tail shaft as well as that of the overhang propeller and the transient hydrodynamic loads which arise from its operation. The present Diploma Thesis investigates the operation of marine hydrodynamic oil and water lubricated journal bearings using computational tools developed at the Division of Marine Engineering, Machine Elements and Tribology Lab of NTUA. In particular, an in-house solver is utilised to perform numerical simulations of bearings, by solving the well known Reynolds differential equation. The existing algorithm is extended, using a plane strain hypothesis model, to include the deformation of the bush liner of the bearings simulated. Essential part of the present study is the validation of the extended model. This process requires data derived from appropriate experimental studies, and needs to be carried out for both water and oil lubricated bearings. Hydrodynamic lubrication in the lubricant domain between the shaft and the bearing bush corresponds to a calculated pressure field which is compared with experimental measurements. Subsequent to the validation process is the investigation of the effect of the extension to the simulations’ results. In order to highlight this effect, the operation of bearings with different liner configurations and under a series of shaft rotational speeds is simulated and appropriate comparisons are presented. The validated extended algorithm is utilized for the simulation of two stern tube bearing systems. Two pairs of journal bearings, one pair of oil lubricated bearings and one water lubricated, each pair consisting of the aft and the forward bearing of a ship, are modeled and simulated. The geometrical and operational parameters are set in accordance with relevant regulations and requirements, as well as engineering manuals of commercial makers and actual ships. The simulations are carried out for an array of operating conditions in order to gain insight on the differences, the similarities and the overall performance of the systems.	en
heal.advisorName	Papadopoulos, Christos I.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Χρήστος Ι.	el
heal.committeeMemberName	Kaiktsis, Lambros	en
heal.committeeMemberName	Καϊκτσής, Λάμπρος	el
heal.committeeMemberName	Papalambrou, George	en
heal.committeeMemberName	Παπαλάμπρου, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	112 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false