A new numerical approach for the sauter mean diameter in high speed diesel engines

Abstract

This thesis is concerned with Ship Propulsion Bearings and Computer Aided Calculation and Operation Program for Propulsion Bearings. It is the main purpose to put forward this study that is the lack of the studies and knowledge concerning ship propulsion bearings. Therefore, it has been discussed arrangements, preliminary design parameters, performance, and routine maintenance tasks, and troubleshooting procedures of ship propulsion bearings. It has also attempted to provide guidance on these subjects along with the "Computer Aided Calculation and Operation Program for Propulsion Bearings" which is entirely written by the author. This computer program written in MATLAB programming language is capable of calculating preliminary design parameters, performance and providing the user routine maintenance tasks, and trouble shooting procedures of ship propulsion bearings. Key feature is to include flexible menu configuration with the aid of visual menu buttons and easy solutions with graphics utilization. Furthermore, It has been also discussed in detail water lubricated rubber bearings, evaluated previous experiments, and statistical values, and then obtained good results. It is believed that this study would be a useful guide concerning "Ship Propulsion Bearings'' to the designers, operators, and researchers.

Giriş Ülkemizde gemi tahrik sistemleri üzerine araştırma ve incelemelerin yok denecek kadar az olması bu konuda bir inceleme ve araştırma ihtiyacını beraberinde getirmiştir. Bu nedenle başlatılan bu çalışmada, gemi şaft tahrik sisteminde mevcut yatakların dizayn ve performansları detaylı bir şekilde incelenmiş, su içinde çalışan lastik yataklar konusunda yazar tarafından yapılan bir araştırma ve sonuçlan irdelenmiş ve bu konularla ilgili geniş bir menü yapışma sahip hesaplama ve işletme unsurlarını bir arada bulunduran bir bilgisayar programı yazar tarafindan yazılarak mevcut sistemlerin bilgisayar destekli hesaplama, analiz ve işletme usulleri araştırılmıştır. Şaft Tahrik Sistemi ve Yataklar Şaft tahrik sisteminin ana amacı, ana makineler tarafindan üretilen torkun önce pervaneye, sonrada pervane tarafindan sağlanan itme lcuvvetinin tekneye ve itici (srast) yatağa iletilmesidir. Şaft tahrik sisteminin ana elemanlarından olan şaft iki kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısmı gemi içersinde kalan olup "Ana şaft" adını alır. ikinci kısım suda kalan kısım olup, 'İslak şaft(kuyruk)" adını alır. Ana şaft, şaftın su içinden tekne içine girdiği yerden redüktere kadar olan kısım olarak tarif edilebilir. xv Şaft tahrik sistemindeki mevcut yatakların görevi, şaftı taşımak* radyal sırastı emmek ve şaftın bir hat boyunca laynında olmasını sağlamaktır. Şaft tahrik sistemi aşağıda bahsedilen yataklar tarafindan desteklenmektedir. Genel Yataklar Genel yataklar bilyalı ve makara tip yataklar olarak sınıflandırılmaktadır. Bunlar dönen bilya ve makaralardan ve bunların kafes ve ringlerinden oluşmaktadır. Bu yataklar gemilerde geniş bir kullanma alanına sahiptir. Kayan sürtünmenin daha az olması prensibine dayanılarak dizayn edilmişlerdir. Bilvah Yataklar Bilyalı yataklar tahrik sisteminde geniş bir kullanım alanına sahip olmamasına karşın, tüm yardımcı sistemlerde kullanılmaktadır. Endüstriyel alanda da yoğun bir şekilde kullanıldığmdan bu çalışmada incelenmiş ve bilgisayar programına dahil edilmişlerdir. Bilyalı yatakların en yaygın kullanılan tipleri şunlardır:. Sabit bilyalı yataklar. Eğik bilyalı yataklar. Çift sıralı bilyalı yataklar. Bilyalı oynak yataklar Makara Tip Rulmanlar Bu tip yataklar küçük ve süratli teknelerde geniş kullanım alanı bulmuştur. Sürtünmenin düşük olması, çalışma torku ile başlangıç torklan arasındaki farkın küçük olması, bakım yenilenme ve kontrollerinin kolay olması, birçoğunun hem radyal hemde aksiyel yükleri karşılaması, geniş sıcaklık aralığında kullanılması gibi özellikleri diğer yataklara nazaran xvi olan üstünlükleridir. Makara tip rulmanların en yaygın kullanılan tipleri şunlardır:. Silindirik makaralı rulmanlar. Oynak makaralı rulmanlar. Konik makaralı rulmanlar Omur Kaymalı tip yataklarda yatak yükü ve ömürleri arasında temelde herhangi bir ilişki yoktur. Ancak rulman tip yataklarda analitik ve deneysel olarak basit bir yük ömür ilişkisi tespit edilmiştir. Yatak ömürü, yatağın çalışmasına devam ettiği ve gerekli fonksiyonları yerine getirebildiği süre olarak tanımlanabilir. Nominal Omur Sayısı Yatakların dönen elemanları arasındaki yüzey temasları metal yorulmalarına sebebiyet verir ve bunun sonucunda da yatak metaryelinden kopmalar meydana gelir. Bu duruma "Yatak sarması" adı verilir. Nominal ömür sayısı, stresler nedeniyle yatakta sarmanın başladığı andaki toplam devir sayısı olarak tanımlanmaktadır. Temel Yük Savısı Temel yük sayısı, milyon devirlik ömür içjn yatakların sabit dış va iç ringlerinin dayanabileceği sabit yük olarak tanımlanır. Temel yük sayısı "C" ile gösterilir. Bu sayı her rulman kitabında her çeşit rulman çeşitleri için mevcut olup, bu sayı bilindiği taktirde ömür kolaylıkla hesaplanabilir. XVJ1 EsdeSerYfik Bazı durumlarda yataklara sadece radyal veya aksiyel yükler uygulanmakla birlikte, çoğunlukla yataklar her iki yüke de aynı anda maruz kalırlar. Böyle yükler, hem genlik hemde yön olarak dalgalanma gösterirler. Bu gibi durumlarda yatak ömür hesaplan kullanılamaz. Bu sebebledir ki, sabit genlikte yatak merkezinden geçtiği kabul edilen, aynı yatak ömürünü verecek bir hipotikal yük kabul edilir. Bu yüke "Eşdeğer Yük" adı verilir. Bunlar karşımıza dinamik ve statik yük olarak çıkar. Bu hesaplamalarda X ve Y faktörleri kulanılırlar. Ana Şaft Yatakları Ana şaft yatakları, gemi teknesi içinde stern tüp girişinden redüktere kadar olan şaftı taşıyan yataklardır. Bunlar bu şafta radyal destek sağlarlar. Bu maksatla makaralı tip rulman da kullanılmasına rağmen, büyük gemilerde yağ ringli ve yağ diskli yataklar kullanılırlar. Yağ Ringli Yataklar Yağ ringi yatağın üzerinde bulunan yarığa yerleştirilmiş olup, bu ring düşük hızlarda şaftın çevresel hızı ile aynı hızda döner. Belirli bir hızın üstünde oluşan hidrodinamik koşullarla birlikte ringin hızı, şafta nazaran nispi olarak düşer. Yatak, şaft çapından bir miktar daha fazla çap mesafesine sahip olan ring tarafindan yağlanır. Ring, yatağın alt kısmında bulunan yağ haznesine girip çıkarak (Çarpma usulü yağlama ) yağı, hazneden şaftın üst kısımlarına taşır ve bu sayede yağlanma gerçekleşmiş olur. Yap Dİsklİ Yataklar Bu tip yataklar, düşük süratlerde yağ ringinden daha güvenilir yataklar olarak değerlendirilmektedir. Çalışmaları ring tipi yataklara benzerdir. Yağ, yatağın tepe kısmına yerleştirilen sıyıncı tarafindan çıkarılarak üst yatak parçasının tepesindeki xviii hazneye bırakılıp, buradan delikler vasıtasıyla yatağa ulaşır. Yapılan testler yağ diskinin, yağ ringinden daha fazla yağ bastığını göstermiştir. Bu çalışmada değişik çaptaki disklere ait debi hesaplan geliştirilen bilgisayar programının grafik özelliklerinden yararlanılarak analiz edilmiştir. Bu yataklarla ilgili klerensler, bakım, tutum ve arıza bulma yöntemleri ilgili tablolarda belirtilmiş olup, bunlar bilgisayar programının işletme menusu altında erişilebilecek şekilde programa dahil edilmişlerdir. Ana Tahrik Stern Tfip ve Braket Yatakları Bu yataklar gemi kıçındaki ana şaft siğilinden itibaren çıkışta ve su içinde şaftı taşıyan yataklardır. Stern tüp, şaftın tekneden çıkışındaki yataklamayı yapan yatak olup, aynı zamanda üzerinde bulundurduğu siğil ve salmastralarla geminin içine su girişini önler. Stern tüp ve braket yatakları yağlanmaları ve soğutmalarım deniz suyu ile yaparlar. Bu yataklar genellikle tropikal bitki olan sert pok ağacından, sentetik, tabi kauçuktan veya fenolit reçine ile yapıştırılmış pamuk tabakalarından ibaret plastik tabakalardan oluşturulmuş maddeler ile yapılırlar. Sentetik kauçuk bu konuda çok kullanılmasına rağmen Türk Donanma Tersanelerinde tabi kauçuk ham maddesiyle oluşturulan özel karışımlarla çok iyi sonuçlar elde edilmiştir. Bu tip yataklar materyal ve yapı olarak dört sınıfa ayrılırlar: 1. Sınıf: Metalik yasükh şerit lastik yatak 2. Sınıf: Metalik yastıktı ve lastik döküm silindirik yatak 3. Sınıf: Metalik olmayan yasaklı şerit lastik yatak 4. Sınıf: Metalik olmayan yastıkh ve lastik döküm silindirik yatak xıx Bahse konu yataklar su içinde çalıştıklarından yağlanmaları ve soğutulmaları da deniz suyunun sayesinde olur. Metalik olmayan yatakların performansları, yatak basmcı ve yatak kayma hızının çarpımıyla değerlendirilip, sınırlandırılırlar. Bu da PV faktör olarak adlandırılır. Literatürde mevcut deneyler incelenerek ince lastik konsepti, lastik şeritin geometrisi, yumuşak lastik ve sert lastiğin karşılaştırılmaları incelenerek çıkan sonuçlar irdelenmiştir. Lastik yatakların gerçek dinamik şartlarda tecrübelerinin olmayışı "Aşınma Hızı" ve "Ortalama Hedeflenen Klerens" bağıntılarının ihtiyacını ortaya çıkarmıştır. Bu bağıntılarla ilgili geniş bir istatistik çalışma yapılarak Sentetik Kauçuk'un (NBR) gerçek dinamik şartlarda Aşınma faktörü (K) hesaplanmış ve diğer metalik olmayan maddelerin aşınma faktörleri ile karşılaştınlmıştır. Ana Tahrik Srast Yatakları Ana tahrik srast yatakları pervane tarafından üretilen aksiyel srast kuvvetim geminin teknesine iletirler. Aynı zamanda da tahrik şaftı ve ana redüktörün gerekli pozisyonunu korumasını sağlarlar. Genellikle pabuçlu ve kendinden dengelemen" Mdrodinamik yatak olarak karşımıza çıkarlar. Bunlar yükü, itme tarafındaki ile yatak yüzeyi arasında kalan yağ filmi sayesinde destekler. Bu bölümde srast yatakların genel yapılan, işlevleri ve performansları araştırılarak, dizaynı etkileyen hesaplamalar, balom ve arıza bulma rehberi bilgisayar programına dahil edilerek kullanıcıya bu konularda zaman harcamaksızm karmaşık hesaplamaları kısa sürede yapma, balom usullerine ve arızalan çabuk ulaşma ve teşhis etme imkanlan tanınmıştır. XX Dümen Yatakları Dümen yatakları gemi dümen sistemlerinin entegre bir parçasıdır. Bu yataklar dümene gelen radyal ve srast yükleri karşılar ve bunları gemi bünyesine naklederler. Genellikle üç tip dümen yatak aranjmanı mevcuttur.. Hibrid aranjman. Eski makaralı tip yatak aranjmanı. Yeni Makaralı tip yatak aranjmanı Bu bölümde anılan sistemin yapısı incelenmiş, yatak yenilenme klerensleri, bakım tutum usulleri gözden geçirilerek, bunlar bilgisayar programına dahil edilmiştir. Bilgisayar Yardımıyla Hesaplama ve isletme Programı Bu program, gemi şaft tahrik sistemi yataklarının dizayn kriterlerini belirlemek, performanslarım analiz etmek, bakım ve tutum usûllerine kolay erişebilme ve arızalan kolayca tespit etmek üzere tasarlanmıştır. Bu yazılım geniş bir menu yapısına sahip olup, kullanıcıya istediği seçeneğe kolaylıkla ulaşabilme olanağı sahiptir. Beş ana menüden oluşan yazılım, MATLAB programlama dilinde yazılmış çok kullanışlı ve yararlı bir programdır. BİLGİSAYAR PROGRAMI ANA MENÜSÜ ŞAFT YATAKLARI BİLGİSAYAR YARDIMIYLA HESAPLAMA VE İŞLETME PROGRAMI 1 xxı Yazılımın alt programlan şunlardır:. Bilyalı Rulman Yatak Hesaplama Programı. Eğik Bilyalı Rulman Yatak Hesaplama Programı. Silindirik Tip Rulman Yatak Hesaplama Programı. Konik Makaralı Rulman Yatak Hesaplama Programı. Ana Şaft Yatak Hesaplama ve İşletme Programı. Ana Tahrik Srast Yatak Hesaplama ve İşletme Programı. Ana Tahrik Stern Tüp ve Braket Yatakları Hesaplama ve İşletme Programı. Dümen Yatakları İşletme Programı Sonuçlar Tez yedi ana bölümden oluşmuş olup, her bölüm kendi içinde dizayn ve işletme bazında incelenerek bu konulardaki sonuçlar değerlendirilmiştir. İkinci bolümde, gemi yardımca sistemlerinde ve endüstride yaygın bir kullanım alanına sahip olan bilyalı ve makaralı rulmanlar incelenip, bunların performansları değerlendirilip, "Hız Faktörü" ve "Ömür Faktörü" grafik ve tabloları elde edilmiştir. Üçüncü bölümde, gemilerde yoğun bir şekilde kullanılmasına karşın hakkında az kaynak ve inceleme bulunan ana şaft yataklarının perfomans, dizayn aranjmanları ve bakım arıza usulleri incelenmiş ve disk tipi yatağın performans eğrileri oluşturulmuştur. Dördüncü bölümde, ana srast (itici) yatak incelenerek performans, bakım,arıza usulleri üzerinde durularak, aranjmanları incelenmiştir. Bu hususlar bilgisayar programına da dahil edilmiştir. Beşinci bölümde, gemilerde yaygın olarak kullanılan ancak literatürde çok az inceleme ve araştırması bulunan su ile soğutmalı ve su içinde çalışan lastik yatakların dizayn, performans ve aşınma hızlan incelenmiştir. xxii Evvelce yapılan deneysel çalışmalar ve bu yatakların aşınmasıyla ilgili yazar tarafından yapılan özel araştırma ve sonuçlan irdelenmiştir. Bu kapsamda:. Su içinde çalışan lastik tip yatakların diğer tip yataklara göre avantajları fazla olup, bunlar şoklan,titreşimi ve laynsızlığı büyük miktarda önlerler.. Lastik yatakların ani sarma, arızalanma ve sistemi ani olarak gayri faal bırakma ihtimalleri çok zayıftır.. Yüksek aşınma ve sürtünmeye maruz kalmamaları için, bu yatakların kenarları yuvarlatılmış olarak dizayn edilmemelidir.. Yumuşak lastikten imal edilmiş yataklar düşük hızlarda sürtünme açısından daha avantajlıdırlar. Şaft braket yatağının aşınma miktarının önceden bilinmesi, Gemi işletmecisi, Gemi sahibi, Gemi Makinalan ve İşletme Mühendisi için havuzlama, bakım onarım, işçilik ve iş planlaması açısından büyük önem taşımaktadır. Böylece, aşınma hızının hesabı ile birlikte zaman, materyal ve para tasarrufu sağlanmış olacaktır.. Hücumbotlarda mevcut olan su içinde çalışan lastik braket yataklarının aşınma hızları hesaplanmış ve düşük olduğu gözlenmiştir. Bununda, yüksek hızın yarattığı hidrodinamik filmden olduğu değerlendirilmektedir.. Piç kontrollü (ayarlanabilir kanadı pervane) gemilerin yüksek aşınma hızlarına eriştikleri ve bununda gemi üzerinde yol yok iken (boşta) pervanenin dönmemesi ve su akışının olmaması nedeniyle olduğu değerlendirilmektedir. XX111 . Bu tip yataklardaki en büyük aşınmanın ve deformasyonun kısa vadede geminin kalkış anındaki ve düşük tuzlardaki lastiğin elastik sapmalarından, uzun vadede ise lastiğin sıkışmasından olduğu değerlendirilmiştir.. Elde edilen ampirik değer sayesinde suda çalışan sentetik kauçuk diğer metalik olmayan malzemelerle karşılaştırılmış ve sentetik kauçuğun aşınma faktörünün suda çalışması nedeniyle diğerlerine göre çok düşük olduğu gözlenmiştir. Altıncı ve yedinci bölümde, dümen yatakları dizayn ve işletme açısından incelenerek, aranjman ve bakım tutum usûlleri üzerinde durulmuştur. Yazar tarafindan yazılan bilgisayar programının algoritması ve özellikleri incelenmiş, program eklerde sunulmuştur. Bu tezde sunulan konu, bilgisayar programı ve çalışmalar ülkemizde bu konuda bilinen tek çalışma olup, işletmeci, tasarımcı ve araştırmacılara bu hususlarda rehber olacağı değerlendirilmektedir. Bununla birlikte, gelişen bugünkü teknojide bunun tek çözüm olmayacağı da aşikardır.