Машины с главным приводом

1. Продольная вибрация вала

Продольная вибрация вала вызывается изменением частоты вращения лопастей на гребном винте, что заставляет весь гребной винт, вал, упорный подшипник и редуктор в сборе и, возможно, больше, колебаться вперед и назад. В обычных конструкциях основная собственная частота обычно находится в пределах или около рабочего диапазона частоты лопасти, что приводит к очень высоким амплитудам.

Если собственная частота находится в нижнем диапазоне мощностей, резонанс может и не вызывать чрезмерных вибраций, но если он близок к полной мощности, то почти всегда причинит вред. Возможные последствия:

• Реверс тяги повреждает упорный подшипник, особенно на поворотах

• Перенапряжения на зубьях редуктора

• Чрезмерное движение, вызывающее износ муфты между шестерней и двигателем или турбиной.

• Чрезмерный прогиб прикрепленного трубопровода или конструкции приведет к неисправности.

• Чрезмерное перемещение ротора турбины или коленчатого вала двигателя.

Прежде чем предпринимать корректирующие действия, необходимо знать местоположение и интенсивность резонанса, а также величину силы возбуждения. Если силы частоты лопастей чрезмерны, это может быть связано с сильно нарушенным потоком к гребному винту или плохой конструкцией гребного винта. Для улучшения потока некоторые корабли имеют плавники прямо перед гребным винтом. Для уменьшения сил может потребоваться переработанный винт с изогнутыми лопастями.

Если резонанс возникает вблизи полной мощности, существует несколько хорошо известных поправок, но каждая из них имеет свои недостатки. Во-первых, можно изменить количество лопастей на винте; там, где мощность и усилия меньше, его увеличивают, чтобы довести резонанс до более низкой скорости, или уменьшают, чтобы вывести резонанс за пределы рабочего диапазона скоростей. Последнее часто непрактично, потому что винт с меньшим количеством лопастей обычно имеет более высокие переменные силы. Этот факт в сочетании с тем фактом, что на полной мощности будет значительное усиление, несмотря на работу на стороне резонанса, делает это решение ненадежным. Еще одно исправление — переместить резонанс выше рабочего диапазона. Это можно сделать, переместив упорный подшипник в корму или укрепив корпус упорного подшипника и/или фундамент. Перемещение упорного подшипника к корме оказывает наибольшее влияние, но это тяжелая работа, затрудняющая смазку и техническое обслуживание. Иногда бывает достаточно упрочнения фундамента, но часто требуется большое количество арматуры, чтобы сдвинуть резонанс на ограниченную величину.

Belirtiler

Gövde kirişi, tahmini genliği 30 ila 45 cm. olan, görünür iki düğümlü dikey titreşim yaşıyordu. Bu
hareket, özellikle ana güvertenin kıç tarafında ve güverte kenarı boyunca hafifçe önde dururken
görülebiliyordu. Frekans sayılabilecek kadar düşüktü ve dakikada yaklaşık 32 devirdi.

Yaylanma, kıç tarafının dikey hareketinin ileri ve geri hareketine dönüştürüldüğü, ana güvertenin yedi
kat yukarısındaki kaptan köşkünde olduğu gibi, alt makine dairesinde dikey bir kaldırma hareketi
olarak da çok belirgindi.

Problem

Yaylanma, dalga enerjisinin frekans aralığı, gövde kirişinin iki düğümlü dikey doğal frekansını
içerdiğinde meydana gelir. Dalgalar, çok büyük olmasalar bile, geminin pruvasında, gövde kirişinin
titreşmesine neden olan bir şekilde gelişigüzel bir uyarım olarak hareket ederler. Bu fenomen
çoğunlukla dökme yük gemileri gibi düşük rezonans frekanslarına sahip büyük gemilerde meydana
gelir. Bununla birlikte, bu örnekte olduğu gibi, bazen büyük açık deniz gemilerinde meydana gelir.

Şekil 1-1, bu örnekte tekne kirişi modu şeklini ve tankerin kıç tarafındaki titreşim tepkisini
göstermektedir. Nispeten hafif boyutlara sahip hızlı gemiler için, yaylanmadan kaynaklanan tekne
kirişi gerilmeleri, dalga bükülmesinden kaynaklananlarla aynı büyüklükte olabilir ve bu nedenle
yapısal yorulma ve burkulma açısından endişe kaynağı olabilir. Yaylanma, gemi hızının, pruva
yönünün, deniz koşullarının, pruva ve kıç hatlarının, gemi uzunluğunun, kargo veya balast ağırlığının
dağılımının ve denizde bulunan enerji miktarının bir fonksiyonudur.

Tüm gemiler bir dereceye kadar yaylanır. Bununla birlikte, yalnızca birinci gövde modunun frekansı,
dalga spektrumunun frekans aralığı içinde olduğunda bir endişe haline gelir. Bu, öncelikle 270 m.’den
uzun gemilerde meydana gelir.

Bazı yeni deneyimler, konteyner gemileri gibi burulmada çok esnek olan gemilerde meydana gelen
benzer bir olgunun varlığına işaret etmektedir. Bu durumda, gövde kirişinin burulma rezonansı oblik
dalgalar şeklinde uyarılabilir.

Şekil 1-1 Yaylanma Fenomeni

Çözüm

Yaylanma tepkisi, hızı veya istikameti değiştirerek dalgalarla karşılaşma sıklığını değiştirerek
azaltılabilir. Yaylanmayı azaltmak için genellikle bu parametrelerde önemli değişiklikler gerekir.