Beschreibung der Interaktionen maschinen- und schiffbaulicher Komponenten in allen für Ausrichtrechnungen relevanten Bau- und Betriebszuständen
Prof. Dr.-Ing. Jan Henrik Weychardt
Dipl.-Ing. Katja Christiansen
Dipl.-Ing. Michael Thiemke
In der Fachwelt wird regelmäßig über Lagerschäden insbesondere bei hydrodynamisch gelagerten Propulsionssträngen mit teilweise erheblichen wirtschaftlichen Folgeschäden berichtet. Grund hierfür sind u.A. wachsende Leistungsdichten maschinenbaulicher Aggregate, die in immer nachgiebigere weil leichtere und strömungsgünstigere Schiffsstrukturen eingesetzt werden. Die Welle verkippt zu sehr im Lager und beschädigt dieses. Auch wenn sich hydrodynamische Gleitlager aufgrund ihrer progressiven Steifigkeit Fluchtungsfehler in einem gewissen Maße verzeihen, ist ihr Verlagerungsverhalten doch so komplex, dass Modelle zu Ausrichtrechnungen dieses üblicherweise nicht abbilden.
Im Rahmen des BMBF-Vorhabens MaPos wurde an der FSG ein Berechnungstool entwickelt, welches die Positionen einer statisch mehrfach überbestimmt gelagerten Welle in ihren hydrodynamischen Gleitlagern bestimmt. Herzstück ist ein Iterationsalgorithmus, der die stark nicht linearen Haupt- und Nebensteifigkeiten der Schmierfilme, Wellendrehzahl und -sinn, die Steifigkeiten maschinen- und schiffbaulicher Komponenten mit ihren bau- und betriebsbedingten Verformungen und die zu optimierende Ausrichtung berücksichtigt. Das Tool ist auch auf Teilausrüstungen auf dem Helgen anwendbar. Die Nachgiebigkeiten von Wellen , Schiffs- und Bauplatzstruktur wurden durch FE-Modelle berücksichtigt, die ggf. an den entsprechenden Bauzustand anpassbar sind und deren messtechnische Validierung ebenfalls Bestandteil der Untersuchungen war. Wegen der Vielzahl zu berücksichtigender Berechnungsfälle wurde eine Variantenverwaltung implementiert. Liefert ein Satz Ausrichtwerte (Verlagerungen und Verkippungen) für alle relevanten Betriebszustände zulässige Schmierzustände in allen Lagern, ist eine geeignete Ausrichtung gefunden. Die Ergebnisse bedienen Berechnungen zu Jack-up-Kräften für den eigentlichen Ausrichtvorgang und liefern exaktere Lagersteifigkeiten für Schwingungsberechnungen. Durch Variation der Werte können Toleranzen benannt werden. Ebenso kann eine Lagerverschiebung z.B. aufgrund einer Havarie dahingehend beurteilt werden, ob eine Korrektur der Ausrichtung erforderlich ist.
Description of Interactions between Mechanical Engineering and Ship Building components in all for Alignment Calculations relevant Building States and Service Conditions
Among experts is frequently reported about damages on hydrodynamic bearings in power trains even though they often get over misalignments because of their progressive stiffness. The shifting behaviour of the shaft is as complex that today’s models of alignment calculations do not represent it.
During the BMBF joint research project MaPos, FSG developed a calculation tool which determines the positions of a shaft in its hydrodynamical bearings by variant calculations. All relevant building and service states for alignment are considered. The main component is an iteration algorithm that considers the highly nonlinear stiffnesses of lubrication films as well as the stiffnesses of mechanical and shipbuilding components with its deformations caused by different building states and service conditions. The corresponding FE-models were validated by measurements. If a set of alignment values gives acceptable lubrication states in all bearings for all relevant service conditions, a suitable alignment is found. The results are further used among other things for calculations of jack up forces and natural frequencies.
