Erfassung der Schwingformen von starr gelagerten Hauptantriebsaggregaten durch Modalanalyse (IGF-Nr. 13072 BR)

Durchführende Stellen: Universität Rostock (Prof. Prescher), Motoren- und Energietechnik GmbH (Prof. Bludszuweit)

Bearbeitungszeitraum: 01.10.2001 bis 31.08.2003

Abschlussbericht: CMT 2/2004


Zusammenfassung:

 

Das Ziel des Vorhabens war es, die Eigenfrequenzen, Eigenformen und insbesondere die modalen Dämpfungsgrade von großen Zweitakt-Motoren in Containerschiffen zu identifizieren. Dazu wurden Messungen an einem 5500 TEU Schiff mit Motor 10RTA96C und zwei 2500 TEU Schiffen jeweils mit 7L70MC und 7RTA72UB Motoren, die dem Stand der Technik entsprechen, durchgeführt. Diese Großmotoren sind mit unterschiedlichen Seitenabstützungen (hydraulische- bzw. Reibschlussabstützungen) mit der Schiffsstruktur verbunden. Für alle Anlagen wurden die ersten Eigenformen (H- und X-Form) und für den größeren Zehn-Zylinder-Motor auch eine weitere Eigenform, die C-Form, identifiziert. Da die Messungen unter unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt wurden (im Hafen beim Be- und Entladen, in der Bauphase in den Werften und bei wenig Störung über Nacht) kann festgestellt werden, dass das Verfahren soweit erprobt ist, um auf den Werften angewendet werden zu können.

 

Bezüglich der Seitenabstützungen wird gezeigt, dass eine Zunahme der Dämpfung vor allem durch die hydraulischen Seitenabstützungen erreicht wird. Es wird auch gezeigt, dass eine hohe Anzahl von Reibschlussabstützungen eine größere Verstimmung des Systems verursachen kann. Die Systemverstimmung durch die Seitenabstützungen drückt sich durch eine Verschiebung der maximalen Resonanzamplituden auf der Frequenzachse aus sowie durch eine Dämpfung der Motorschwingformen. Vergleiche mit Rechenergebnissen zeigen, dass durch die Verstimmung die Eigenfrequenzen wenig verschoben werden, aber durch die Kopplung globale Schwingformen hervorgehoben werden können, die ohne Seitenabstützungen kleine Amplituden aufwiesen. Die Kopplung der Motorschwingformen mit den globalen Moden bewirkt somit eine stärkere Dämpfung der Motorschwingungen.

 

Die Finite-Elemente-Berechnungen zeigen, dass die Implementierung gemessener Dämpfungsgrade in die FE-Modelle ausreicht, um die Schwingungsamplituden mit geringem Fehler zu berechnen. Noch bessere Ergebnisse werden durch eine Modellanpassung erreicht. Hierbei gelingt es, die Amplituden der Zwangsschwingungsrechnung mit den gemessenen Amplituden der Übertragungsfunktionen in Übereinstimmung zu bringen.

 

It is shown that the top bracings cause an increase of the damping coefficients, especially for the hydraulic bracing. A large number of mechanical side stays can also cause a increase of damping ratio. The detuning of the system caused by the top bracings is characterised by a shift on the frequency axis of the resonance peak with maximum amplitude and higher damping of engine modes. Comparisons with FEcalculations indicate that the detuning causes a small change of natural frequencies. But the modal coupling causes that global modes get higher amplitudes than the modes without bracings so that the modal damping increases for engine modes.

 

The FE-calculations also indicate that implementation of modal damping ratios in numerical calculations increase the accuracy of resonant amplitudes. Best concordance of measured frequency response functions and FE-calculations is reached after a model updating.

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