بخشی از مقاله
چکیده
هم محور بودن شفتهای کشتی از اهمیت بسیاری برخوردار است زیرا در صورت عدم الاینمنت بودن شفتها مواردی مانند سر و صدای بیش از حد در هنگام کار، خرابی و سایش کوپلینگها، ارتعاشات غیر مجاز، خرابی آب بندها و افزایش مصرف انرژی بوجود میآید. فناوری طراحی و ارزیابی الاینمنت شفت های سیستم رانش به دلیل ماهیت پیچیده و نیاز به بهره گیری از دانش بالا، جزء فناوری های پیشرفته محسوب شده و در اختیار شرکت های معدودی قرار دارد.
در این مقاله سعی شده تا اصول کلی روش انجام محاسبات مربوط به الاینمنت شفتها و اعتبار سنجی آن تحلیل و برسی شود. در این راستا، قسمتهای مختلف شفت به همراه مشخصات مربوط به جنس و بارگزاری آنها مدلسازی شده و سپس مدل بدست آمده توسط روش ماتریس انتقال تحلیل شده است. همچنین تلاش گردیده تا جزئیات محاسبات بطور مختصر توضیح داده شده و روشهایی جهت اعتبار سنجی محاسبات ارائه شود.
-1 مقدمه
شفتها یکی از مهمترین اجزای سیستم رانش شناورهای مدرن میباشند که در طی مدت زمان عملیاتی بودن کشتی در معرض انواع نیروهای مختلف قرار میگیرند. بنابراین باید در تمامی این شرایط از عملکرد مناسبی برخوردار باشند. فرآیند طراحی مقدماتی و جزئیات سیستم رانش باید به گونهای باشد که رفتار استاتیکی و دینامیکی شفت بصورت دقیق توسط طراح مورد بررسی قرار گیرد. قابل ذکر است که یکی از عمده ترین دلایل خرابی اجزای سیستم رانش، ارتعاشات و مشکلات ناشی از عدم هم محوری شفت های سیستم رانش می باشد. این امر در شکل 1 نشان داده شده است.
طراحی اولیه شفتها بر مبنای روابط مختلفی که توسط موسسات رده بندی ارائه شده است انجام می گردد. این روابط در محاسبات طراحی شفتها به کار رفته و به طراحان در برآورد قطر شفت ها، موقعیت یاتاقانها و فاصله بین آنها کمک می کنند. طراحی نهایی شفت به پاسخ سیستم در برابر ارتعاشات پیچشی وابسته می باشد. علاوه بر این معیارهایی نظیر بارگزاری استاتیکی و دینامیکی یاتاقانها، اجزای مختلف شفت و میل لنگ نیز در فرآیند طراحی مورد استفاده قرار می گیرند.
رویه طراحی الاینمنت شفت دربرگیرنده بارگزاری استاتیکی و شبه استاتیکی شفت بوده و به تعیین پاسخ استاتیکی آن میپردازد.
این رویه شامل سه مرحله محاسبه، مونتاژ و اعتبار سنجی بوده و هدف اصلی آن، تعیین دقیق موقعیت یاتاقانها می باشد. برای این منظور شفتها به صورت یک تیر چند دهانه1 که بر روی تکیه گاه های متعددی نصب شده ، مدلسازی میگردد. در این راستا میتوان آن ها را به صورت تیرهایی صلب، انعطاف ناپذیر و یا دارای نیروی کشسانی غیر خطی - در حالت پاسخ استاتیکی و شبه استاتیکی - فرض نمود.
تا کنون مطالعات زیادی در زمینه الاینمنت شفتها انجام شده است. لِچ - 6 - تأثیر الاینمنت شفت بر انعطاف پذیری و تغییر شکل بدنه کشتی را انجام داد. همچنین لیز - 7 - و پناچی و کاترتون - 11 - به بررسی تأثیر عدم الاینمنت بودن شفتها بر روتورها و یاتاقانهای کشتی پرداختند. از دیگر مطالعات انجام شده در زمینه الاینمنت شفتها میتوان به مدلسازی و تحلیل الاینمنت شفت با استفاده از روش ماتریس انتقال2 اشاره کرد که توسط لیائو انجام گرفته است . - 9 - تاثیرات هم محوری شفتها بر تغییر شکل بدنه کشتی توسط شی و همکاران - 12 - مورد بررسی قرار گرفت.
باراک و شیستوپال - 2 - نیز اثر بارگزاریهای هیدرودینامیکی و ارتباط آن با الاینمنت شفتها را مورد بررسی قرار دادند. اخیراً استفاده از نرم افزارهای کامپیوتری - 1 - و همچنین مطالعات آزمایشگاهی - 10 - کمک شایانی به طراحی و محاسبه الاینمنت شفتها کرده است. در مطالعهای دیگر تاپکاری و شارما - 10 - به تحلیل الاینمنت شفت کشتی با استفاده از فرآیند افت و شکاف3 پرداخته اند.
هدف از مطالعه حاضر ارائه محاسبات متداول مورد استفاده به منظور طراحی الاینمنت شفت ها و اعتبار سنجی آن میباشد. همچنین سعی شده است که محاسبات مربوط به مدل سازی قسمتهای مختلف شفت و مشخصههای مربوط به مواد و بارگزاری ارائه گردد. روشی که در این مقاله بحث می شود ماتریس انتقال می باشد.
در این مقاله به ارائه محاسبات مربوط به وضعیت استاتیکی یا شبه استاتیکی شفت ها پرداخته می شود. در حالتی که محاسبات مربوط به پاسخ دینامیکی مورد نیاز باشد میتوان به مطالعات انجام شده توسط وولیک - 14 - اشاره نمود. قابل ذکر است که انجام دقیق هم محوری بیرینگ ها به منظور جلوگیری از مشکلات خرابی بیرینگ، امری حیاتی و ضروری است. داخل تراشی بدنه بیرینگ و تثبیت بیرینگ با استفاده از رزین دو روش متداول مورد استفاده در صنایع کشتی سازی به منظور دستیابی به هم محوری مطلوب می باشد. در شکل 2 نمونه ای از کاربرد داخل تراشی بدنه بیرینگ نشان داده شده است.
محاسبه الاینمنت شفتها به ارزیابی شفت و نیروهای عکس العمل تکیه گاه ها می پردازد. در حالتی که سیستم رانش متشکل از گیربکس باشد محاسبات مربوطه باید تجهیزات سیستم رانش در محدوده پروانه تا خروجی شفت گیربکس و یاتاقان ها و دنده های اصلی گیربکس را دربرگیرد. این بدان معنی است که نیازی به بررسی سایر قسمت های شفت نظیر کلاچ ها، شفت ورودی گیربکس و موتور نمی باشد . در حالتی که شفت بصورت مستقیم به موتور کوپل شده باشد تحلیل الاینمنت شفت ها با بررسی رفتار استاتیکی میل لنگ موتور انجام میگردد. نمای کلی اجزای سیستم رانش در شکل 3 نشان داده شده است.
