Whirling-värähtelyt Kyseessä on pyörivän akselijohdon poikittaisvärähtely. Vastaa monitukisen palkin värähtelyä, jossa hyrrävoimat kytkevät pysty- ja vaakatason.

Esitys aiheesta: "Whirling-värähtelyt Kyseessä on pyörivän akselijohdon poikittaisvärähtely. Vastaa monitukisen palkin värähtelyä, jossa hyrrävoimat kytkevät pysty- ja vaakatason."— Esityksen transkriptio:

1 Whirling-värähtelyt Kyseessä on pyörivän akselijohdon poikittaisvärähtely. Vastaa monitukisen palkin värähtelyä, jossa hyrrävoimat kytkevät pysty- ja vaakatason liikeradat toisiinsa sekä vaikuttavat ominaistaajuuksiin nostaen tai laskien. Ominaistaajuudet riippuvat monista tekijöistä, joista suhteessa tärkeimpiä ovat perimmäinen laakeriväli, potkurin massa ja potkurin etäisyys perähylsälaakerista. Herätteinä ovat potkurin toiminta epätasaisessa vanavesi-kentässä ja mahdollinen massaepätasapaino. Yleensä vaurioita syntyy vain toimittaessa pitkään resonanssi-tilanteessa, lähinnä laakerien kulumisen seurauksena. Whirling saattaa kuitenkin herättää häiritseviä runkovärähtelyitä.

2 Whirling - Analyysi Pakkovärähtelyvaurioita syntyy erittäin epätasaisen vanavesi-kentän johdosta tai hyvin suurilla potkuriteholla, vaikka olisikin ajettu kaukana resonanssin käyntinopeudesta. Ongelmat ovat ratkaisevasti vähentyneet, kun vanavesikentät ovat tulleet tasaisemmiksi. Herätetaso on merkittävä vain korkeilla käyntinopeuksilla, jolloin tehokin on korkea. Luokituslaitos edellyttää vain whirling-analyysin tekemistä, mutta ei anna selkeitä mitoituskriteerejä. ‘Jos esiintyy merkittäviä resonansseja, vaaditaan pakkovärähtelylaskelma.’ Laskelmia vaikeuttaa monien lähtöarvojen epämääräisyys.

3 Whirling - Analyysi Yleensä vain alin värähtelymuoto ja –taajuus ovat tärkeitä. Suomenkielinen nimitys prekessio on harvoin käytetty Yksipotkurialuksessa epätasaisen vanavesikentän aksiaali-voimat ja taivutusmomentit vaikuttavat ‘vain’ pystytasossa. Kaksi-potkurisessa mukana on myös vaakasuunta. Turvallinen värähtelytaso voi ylittyä seuraavissa suhteissa: Akselin taipuma ja sen mukana pyörivien massojen liike Akselin taivutusjännitys Laakerien reaktiovoimat Runkovärähtely ja melu

4 Forward and Counter Whirl
Akselin pyörimissuunta Akselin pyörimissuunta Akselikeskiön liikerata Akselikeskiön liikerata Forward whirl ‘myötäprekessio’ Counter whirl ‘vastaprekessio’ Kun akselikeskiön tekemä kiertoliike on akselin pyörimissuuntaan, on kyseessä forward whirl.

5 Assumptions for whirling calculation
All bearing supports are rigid Radial stiffness of all bearing oil films is 1 x 106 N/mm. Bending stiffness? The location of the effective point of support of the aft bearing is calculated by the alignment calculations The inertia of the propeller includes the entrained water when the propeller runs at design pitch. Both polar and diametral inertia! The calculation is only executed for Free Sailing Ahead

6 Whirling Safety Margin
A Natural frequency B1 blade frequency limit, under critical B2 blade frequency limit, over critical Amplitude B1 A B2 Frequency Recommended margin to avoid resonance > 15 % Shaft analysis calculates systems own frequency using input data used for the alignment calculations When shaft frequency > natural frequency; critical zone has to be passed rapidly At low RPM the energy in the vibration is low.

7 Free Whirling vs Forced Whirling
When the margin against whirling vibration is too small (< 15%) then Forced Whirling Calculation may be necessary to reveal what might happen to the system when it operates on resonance frequency. Thus unacceptable stress and vibration levels can be discovered. Note: Results of forced whirling calculations are to be considered indicative as propeller damping and excitation forces are strongly influenced by weather conditions and draught Forced whirling calculation: external force applied on the propeller blades

8 How to avoid whirling? Increase shaft diameter ( gives higher natural frequency) Reconsider axial bearing positions (shorter propeller overhung, shorter distance of two aftermost bearings Add one support bearing Apply a 5-bladed propeller design (when started with 4-bladed design) When insufficient attention is paid to whirling, premature damage on bearings shaft and seal system is possible.

9 Ominaistaajuudet ja hrätteet
Frequency cpm 2500 2000 1500 1000 500 forward whirl counter whirl 2xsiipitaajuus siipitaajuus forward whirl counter whirl pyörimistaajuus rpm

10 Example of result of shaft analysis program
Relative deflection of the shaft Calculated whirling frequency is 109 cpm, well below nominal shaft speed at MCR (155.4 rpm)