Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권2호
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pp.130-135
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2015
Recently, as a result of the application of large and multi-blade propellers with high efficiency for large vessels, the vertical bending stiffness of propulsion shafting system tends to be declined. For some specific vessels, the shaft arrangement leads to the forward stern tube bearing to be omitted, decreasing vertical bending stiffness. In this respect, decreased vertical bending stiffness causes the problem which is the blade order resonance frequency to be placed within the operational rpm range of propulsion shafting system. To verify whirling vibration, the measurement should be carried out covering from operating rpm up to target rpm, however, the range is un-measurable generally. In order to resolve the measurement issue, this study shows the measuring method and the assessment method of relevant natural frequency of whiling vibration by using measured harmonic order component of whirling vibration.
Prime movers in most large merchant ships adapt two stroke low speed diesel engine which has higher efficiency, mobility and durability. However, severe torsional vibration in these diesel engines may be induced by higher fluctuation of combustion pressures. Consequently, it may lead sometimes to propulsion shafting failure due to the accumulated fatigue stresses. Shaft fatigue strength analysis had been done traditionally in time domain but this method is complicated and difficult in analysing bi-modal vibration system such as the case of cylinder misfiring condition. In this paper authors introduce an assessment method of fatigue strength estimation for propulsion shafting system with two stroke low speed diesel engine in the frequency domain.
Marine Propulsion shafting system coupled with medium diesel engine forms multi-degree torsional vibration system which consist of many inertia masses such as crank, flywheel, propeller and sometimes gear system is adopted additionally for the purpose of improving propeller's propulsion efficiency or connecting with PTO/PTI. The periodic excitation torques generated by combustion pressure in cylinder and reciprocating masses induce various kinds of vibrations in this shafting system. If the frequency of this excitation torques is equal to the natural frequency of the shafting, the amplitude of the torsional vibration increases steeply and the damage of crankshaft or gears may be occurred by that. This frequency is called critical speed. When making a plan for shafting system, it is important for this frequency to be expected exactly and not to be in commonly used speed. For this reason, this paper introduces the experimental equipment for torsional vibration of marine propulsion shafting system and describes the theoretic and the experimental methods to look for natural frequencies.
Genetic algorithm is a optimization technique based on the mechanics of natural selection and natural genetics. Global optimum solution can be obtained efficiently by operations of reproduction, crossover and mutation in genetic algorithm. The authors developed a computer program which can optimize marine propulsion shafting by using binary-coded genetic algorithm and modal analysis method. In order to confirm the effectiveness of the developed computer program, we apply the program to a optimum design problem which is to obtain optimum diameters of intermediate shaft and propeller shaft in marine propulsion shafting. Objective function is to minimize total mass of shafts and constraints are that torsional vibration stresses of shafts in marine propulsion shafting can not exceed the permissible torsional vibration stresses of the ship classification society. The computational results by the program were compared with those of conventional design technique.
The prospect of Arctic trade transportation opening on a year-round basis creates a vast opportunity of exploring untapped resources and shortened navigational routes. However, the environment's remoteness and lack of technical experiences remains a big challenge for the maritime industry. With this, engine designers and makers are continually investigating, specifically optimizing propulsion shafting system design, to meet the environmental and technical challenges of the region. Further, classification societies recognize the need to upgrade the Unified Rules concerning elements to meet current Polar requirements. Hence in this paper, excitation torque calculation on Polar class vessels propulsion shafting system will be reviewed. The propeller - ice interaction load effect, which is a main consideration of excitation source of Polar Class propulsion shafting system, on shaft design calculation will be analyzed.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제10권2호
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pp.146-155
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1986
Until recently, the calculation of torsional vibration for the marine diesel engine shafting has been performed only for vibratory stresses of resonant points and vibratory stresses for other engine speeds are determined by the estimation. With the advent of energy-saving engines which have a long stroke and a small number of cylinders, the first major critical torsional vibration of the propulsion shaft appears ordinarily near the MCR speed of engine and the flank of its vibratory stress exceeds now and then the limit stress defined by the rules of Classification Society. In order to know the above condition in the design stage of propulsion shafting, it is necessary to calculate the forced torsional vibration with the damping of propulsion shafting for all orders and to synthesize its calculated results according to their phase angles. In this study, the forced torsional vibrations with the damping of propulsion shafting are calculated for several orders by mechanical impedance method, and their results are synthesized. A computer program for above calculations are developed and some test-runs of the developed program are performed for propulsion shaftings of actual ships. The results of calculations are compared with measured values and also with those of the modal analysis method. They show fairly good agreements and the developed program is checked up on its reliability.
본 논문에서는 선박 추진축계의 중간 축과 프로펠러 축 직경 변경시에 추진축계 고유진동특성을 효율적으로 산정하고, 선박 주기관 연속운항 금지구간 설정에 영향을 미치는 비틂공진점의 최적 설계를 도모할 수 있는 추진축계 종 비틂 연성 고유진동 감도해석방법을 제시하였다. 제시된 방법의 타당성과 효율성은 2척의 실선 추진축계을 대상으로 중간 축 프로펠러 축 직경에 대한 고유진동수 감도해석을 수행하여 검토하였다. 아울러, 선급 규정을 충족시키는 범위 안에서 중간축 및 프로펠러 축의 인장강도와 축경을 변화할 경우의 종 비틂 연성 고유진동수 변화량을 고찰하였다.
선박의 추진축계는 외부 변동 부하에 의해서 축계 손상을 일으킬 수 있다. 이러한 추진축계의 동역학적인 특성은 운전 중에 일어나는 공진을 견딜 수 있거나 또는 피하도록 설계 및 최적화 해야 한다. 이러한 공진은 대빙급 선박의 추진시스템의 설계에 요구되는 프로펠러에서 유체역학적인 상호작용에 기인한다. 추진축계는 프로펠러와 대빙 사이의 상호관계로 인한 과도부하와 시스템의 공진에 의해서 진지한 응력을 받게 된다. 이 논문은 대빙이 적용된 극지 연구 선박에서 추진축계의 과도비틀림 진동응답을 검토하고자 한다. 추진축계는 전기모터로 구동되는 원동기, 탄성커플링 기어 및 프로펠러로 구성되어 있다. 이론적인 해석은 프로펠러의 대빙 부하를 기진력으로 과도비틀림진동 해석을 수행하였다. 그리고 실선에서 비틀림 진동을 계측하고 공진점을 확인하고 이를 이용하여 추진축계 한계 설계 토크에 대한 적용된 평가 요소를 국제선급연합 규정과 비교하였다. 전기모터를 갖는 추진축계에서 공진을 초래하는 탄성커플링의 강성 선정의 영향을 검토하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권6호
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pp.768-776
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2007
In this study, axial vibration analysis has been conducted on a propulsion and lift shafting system for an air cushion vehicle using ANSYS code. The shafting system is totally flexible multi-elements system including wood composite material of air propeller. aluminum alloy of lift fan and thin walled shaft with flexible coupling. The analysis calculated the axial natural frequencies and mode shapes of the shafting system taking into account an equivalent mass-elastic model for shafting system as well as the three-dimensional models for propeller blade and fan impeller. Such a flexible shafting system has very intricate vibrating characteristics and especially, axial natural frequencies of flexible components such as propeller blade and impeller of lift fan can be lower to the extent that causes a resonance in the range of operating revolution. The results for axial vibration analysis are presented and compared with the results of axial vibration test for lift fan conducted during Sea Trial.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제8권1호
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pp.37-48
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1984
For the designing propulsion shafting of ship, shaft diameters are usually calculated according to the Society's rules and other scantlings such as a shaft length, coupling and taper parts, etc., are decided according to calculated diameters. And then, the torsional vibration, the lateral vibration and shaft alignment should be reviewed to check whether the resonance points of torsional or lateral vibration appear within the normal operating speed range and the shaft alignment is reasonable. If the results of calculations are unsatisfactory, this process should be repeated until the final condition is determined and the process of this work takes much time to carry out. To simplify the above tedious processes, authors have developed a computer program to fulfill the above design processes at once. This program takes aim at reducing the manual calculating work associated with the propulsion shafting of ship. To confirm the availability of developed computer program, several propulsion shaftings which are driven by diesel engines, have been analysed. The results calculated by authors developed computer program show comparatively good agreements with those of the actual propulsion shafting.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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