Transient torsional vibration analysis in arctic maritime propulsion systems
No Thumbnail Available
Files
Häggman_Oliver_2024.pdf (3 MB) (opens in new window)
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-05-09
Department
Major/Subject
Kone- ja rakennustekniikka
Mcode
ENG3043
Degree programme
Insinööritieteiden kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
32
Series
Abstract
Azimuth thrusters are widely used in maritime vessels, especially those operating in Arctic waters. These thrusters increase maneuverability, which is critical in harsh Arctic environments. However, component failures have been found in the thrusters. A common source of failure is torsional vibrations. Studying torsional vibrations through simulations is more cost-efficient and less laborious than measuring the vibrations in full-scale thrusters with sensors. In this thesis, transient torsional vibrations are simulated in a small-scale Azimuth thruster test bench. A simulation model is established using a finite number of lumped inertia elements. The model is represented mathematically in discrete-time state-space form. Simulations are conducted for a step, an impulse, and an ice-load excitations. The simulated torque response is compared with measurements from previous research. The simulated torque responses show similar trends to the measured responses. However, some differences are noteworthy. The simulated torque for all three excitations has a negative DC offset. In addition, the amplitude of the simulated responses is lower and decays faster. Possible reasons for this are incorrect damping parameters in the model and different controller parameters compared to the experiments. The highest amplitude peak in the frequency spectrum of the simulated torque response corresponds with measurements. However, two amplitude peaks are missing in the impulse response and one in the step response. This indicates that the simulation model might be more damped than the test bench. The simulated torque responses seem to correspond quite well with the measurements. Similar differences are seen for all three excitations, with an exception in the Fourier analysis. This indicates that the model is precise and has the potential to be tuned for better accuracy. Future research could be to optimize the damping parameters to see if they improve the prediction capability of the model.Azimutdrivsystem används i stor utsträckning i sjöfarkoster, särskilt i de som är verksamma i arktiska vatten. Dessa drivsystem ökar styrförmågan, vilket är kritiskt i de hårda arktiska förhållandena. Efter en tids användning har det dock rapporterats om bristande komponenter i drivsystemen. En vanlig orsak till bristande komponenter är torsionsvibrationer. Att undersöka torsionsvibrationer genom simuleringar är billigare och kräver mindre arbetsinsats än att installera sensorer och utföra mätningar i fullskaliga drivsystem. I detta kandidatarbete utförs en transientanalys av torsionsvibrationer i en testbänk bestående av ett nedskalat Azimutdrivsystem. En simuleringsmodell skapas genom att beakta trögheten i systemet som ett ändligt antal punktvis fördelade element. Modellen representeras matematiskt i ett diskret tidstillståndsrum. Simulationer utförs för tre olika exciteringar: ett steg, en impuls och en islast. Det simulerade vridmomentet jämförs med mätningar från testbänken i tidigare forskning. De simulerade vridmomenten visar liknande trender som de uppmätta vridmomenten. En del skillnader bör dock noteras. Det simulerade vridmomentet till alla tre exciteringar har en negativ DC-förskjutning. Dessutom är amplituden mindre för de simulerade vridmomenten och avtar snabbare. Möjliga orsaker till detta är felaktiga dämpningsparametrar i modellen och olika kontrollparametrar i simuleringen och experimenten. I modellen beaktas inte heller exciteringar från komponenter så som växellådor, lager och kopplingar, vilka också kan vara en orsak till skillnaderna. I Fourieranalysen är det noterbart att den högsta toppen för amplituden i frekvensspektrumet för det simulerade vridmomentet stämmer överens med det uppmätta vridmomentet. Två toppar saknas dock i spektrumet för impulssvaret och en i stegsvaret. Detta indikerar att simuleringsmodellen kan vara mera dämpad än testbänken. I sin helhet korresponderar de simulerade vridmomenten bra med de uppmätta vridmomenten. Liknande skillnader syns för alla tre exciteringar bortsett från Fourieranalysen. Detta indikerar att modellen har hög precision och att modellen har potential att finslipas för att uppnå bättre resultat. I framtida forskning kunde modellens dämpningsparametrar optimeras för att undersöka om det kunde förbättra modellens förutsägelseförmåga.Description
Supervisor
Viitala, RaineThesis advisor
Laine, SampoKeywords
torsional vibrations, ice loads, azimuth thruster, transient analysis