Marine propeller blade structure analysis in ice navigation
Buzda seyir esnasında pervane kanat yapı analizi
- Tez No: 596230
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MELEK ERTOGAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Denizcilik, Marine
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Günümüzde en çok tercih edilen ve maliyet açısından en uygun taşıma türü deniz yolu taşımacılığıdır. Uluslararası ticaretin yaklaşık yüzde seksenlik bölümü gemilerle taşınmaktadır. Yükün teslim alındığı ve taşınacağı limana bağlı olarak gemiler dünyanın çeşitli yerlerine sefer yapmaktadır. Bu seferler sonucunda gemiler bazen deniz yüzeyinin buz kapladığı bölgelere veya limanlara sefer yapmak zorunda kalmaktadır. Buzda seyir nedeniyle bazı gemilerin pervane kanatlarında kalıcı bükülmeler oluşmaktadır. Literatürde pervane ve buz etkileşimi nedeniyle oluşan pervane kanat bükülmeleri buz kuvvetleri olarak açıklanmıştır. Buz kuvvetleri genellikle iki kategoride tanımlanmıştır. İlki, pervaneye temas etmeyen hidrodinamik kuvvet veya yakındaki buz kütlesinin pervaneye blokaj etkisi olarak ifade edilmiştir. İkincisi ise pervane kanadının buz kütlesinin içinde çalışarak buz kütlesini öğütmesi veya pervane kanadının buz kütlesine çarparak oluşturduğu temas kuvvetleri olarak belirtilmiştir. Pervane ve buz etkileşimini incelemek üzere yedekleme tankında ve kavitasyon tünelinde çeşitli deneyler ve modellemeler yapılmıştır. Pervaneye etki eden, buz kütlesinin pervane kanadına çarpması veya pervane kanadının buz kütlesi içinde hareket ederek öğütmesi gibi pervaneye temas eden kuvvetler göz önüne alındığında; pervane kanat bükülmesinin kanal içine yerleştirilmiş pervanelerde de oluşması sebebiyle ana etken olarak değerlendirilemez çünkü pervane kanalı buz kütlelerine karşı koruma sağlar ve pervanenin buz kütlesine çarpması veya pervanenin buz kütlesi içinde hareket ederek öğütmesi gibi bir durum oluşturmaz. Pervaneye temas etmeyen kuvvetler açısından pervaneye yakın olan buz kütlesinin pervaneyi bloke etmesi incelenmiş fakat böyle bir blokajın etkisinin buz kütlesi ve pervane arasındaki mesafenin pervane yarıçapının yüzde onundan daha yakın olduğu zaman kayda değer olduğu tespit edilmiştir. Fakat bazı gemi pervaneleri için büyük bir buz kütlesini bu şekilde konumlandırmak mümkün değildir. Pervanenin hemen arkasında konumlanmış olan dümen yelpazesi buz kütlesinin pervaneye bu kadar yaklaşmasına müsaade etmeyecektir. Aynı şekilde pervanenin hemen önünde bulunan şaft tüneli ve kıç bodoslamanın yapısı büyük bir buz kütlesinin pervaneye çok yaklaşmasına olanak sağlamayacaktır. Bu durumda büyük bir buz kütlesinin pervaneye oluşturabileceği blokaj etkisinin de pervane kanadını büken ana etken olduğu söylenemez. Göz önüne alınması gereken hususlardan bir tanesi de geminin ileri doğru hareketinde geminin baş tarafı buz kütlelerini kırar ve baş bodoslama buz kütlelerinin ayrılmasını sağlayarak /\ şeklinde bir yol açar. Gemi tam boyunun 230 metre olduğu düşünülürse gemi pervanesi buz kütlelerinden neta bir konumda olacaktır. Bu durumda pervanenin ileri hareketinden ziyade tornistan hareketine odaklanmak daha doğru olacaktır. Ayrıca pervanenin buz kütlesine çarpması ve pervane kanadını bükmesi durumunda pervane kanadı üzerinde belirgin bir darbe izi oluşturması beklenir. Pervane kanadının buz kütlesinin içinde hareket etmesi ve öğütmesi durumunda ise kanatlarda buz içinde hareket sebebiyle yiv izlerinin oluşması ve kanat uçlarının en ince kısımlar olması sebebiyle tek bir noktada değil, kanadın buz kütlesi içinde hareket ettiği tüm uçlarda oluşması gerekir. Göz önüne alınması gereken bir diğer husus ise pervane alaşımının yoğunluğunun 7,6 mt/m3 buzun yoğunluğunun ise yaklaşık 0,92 mt/m3 olması ve büyük bir buz kütlesini deniz yüzeyinin altında olan pervaneye doğru bir kaç metre batırmak için ciddi bir kuvvet harcanması gerektiğidir. Çin'in kuzeyindeki Bayuquan limanında Ocak 2013 tarihinde buzda seyir esnasında pervane kanat ucunun bükülmesiyle sonuçlanan bir deniz kazası referans alınarak, buzda seyir esnasında pervane kanat yapı analizi incelenmiştir. Bahse konu pervane kanatlarında buz kütlesine çarpmaya bağlı darbe izleri veya kanat uçlarında pervanenin buz kütlesi içinde hareket edip öğütmesine bağlı yiv izleri gözlemlenmemiş, dalgıç raporuna göre üç adet pervane kanadının yüzde ikilik kısmında maksimum 12 santimetrelik bükülme oluşmuş ve kanatlar üzerinde sürtünmeye bağlı olarak çizikler gözlemlenmiştir. Kanat ucu bükülen pervane bilgisayar programında üç boyutlu olarak modellenerek, sonlu elemanlar metodunu kullanan başka bir bilgisayar programına aktarılmıştır. Buz ortamı tanımlandıktan sonra çevre ve pervanenin ağ örgüsü oluşturularak, hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemiyle akış gerçekleştirilmiş ve pervane kanadı üzerinde oluşan basınç değerleri üç farklı devir sayısında ve üç farklı mesh uzunluğunda elde edilmiştir. Pervanenin alaşım malzemesi tanımlandıktan sonra elde edilen basınç değerleri statik yapı modülüne aktarılarak biçim bozulması ve gerilim değerleri elde edilmiştir. Çıkan sonuçlara göre ağır yol tornistan hareketine denk gelen 65 devirdeki bükülme miktarı yaklaşık 2,5 santimetre olarak elde edilmiştir. Kazada oluşan maksimum 12 santimetrelik bükülmenin elde edilememesinin nedeni basınca daha uzun süre maruz kalma veya ardışık adımlar olarak değerlendirilmektedir. Pervane kanat ucunda kalıcı olarak biçim bozulması gerçekleştikten sonra aynı kısmı tekrar bükmek için daha az bir kuvvet gerektiği göz önüne alınabilir. Ayrıca statik yapı modülünde kanat yüzeylerine dik basınç değerleri uygulanarak bükülme miktarları karşılaştırılmıştır. Pervane kanadını yaklaşık 12 santimetre bükmek için basınç uygulandığında, kanatta bükülme gerçekleşen alanın yüzde ikiden çok daha fazla bir alanda gerçekleştiği görülmüştür. Sonuçlar incelendiğinde, bahse konu olayda pervane kanat uçlarının bükülmesinin nedeni kanada temas eden kuvvetler değil, kalın buz tabakasının pervane üzerinde sınırlayıcı hacim etkisi olarak ifade edilmiştir. Sonuç olarak; pervane kanat ucunun bükülmesini engellemek için, pervanenin ilk hareketinde su girişi yönünde deniz yüzeyindeki buz tabakasının buzkıran yardımıyla kırılarak, pervane kanatları üzerinde oluşabilecek basıncın engellenmesi tavsiye edilmektedir. Geminin hızı ivme kazandıktan sonra geminin kendi ağırlığıyla deniz yüzeyindeki buz kütlesini rahatlıkla kıracağı değerlendirilmektedir. Ayrıca gemi karinasında pervaneye yakın kısımlara monte edilecek olan yüksek basınç sensörlerinin ana makineye kumanda ederek durdurması pervane kanat uçlarının bükülmesine engel olmak için tavsiye edilebilir. Klas kuruluşlarından kabul gördüğü takdirde bu çalışmada yapılan modelleme Polar Code kapsamında buz sınıfı pervanelerinin tasarlama aşamasında kullanılabilir. Her ne kadar pervanenin dizaynı ve yapısı gereği kanat uçları pervanenin en ince kısmı olsa da malzeme bilimi açısından bu kısımların daha da güçlendirilmesi için ileri düzeyde araştırmalar yapılabilir.
Özet (Çeviri)
Shipping is the most beneficiary and preferred method when compared with other transportation modals. Nearly eighty per cent of world wide trade cargoes carrried by ships. Consequently ships navigate almost every part of the world. In some cases ships encounter ice conditions. One of the major concern in ice navigation is blade deformation results and reason of blade deformations has been explained by ice loads. In literature ice loads categorized in two category. First, non-contact hydrodynamic loads which caused by open water propulsion. Second, contact loads which occurs due to ice block impact and ice milling processes. Most of the studies focused on contact loads and carried out experiments in towing tank or cavitation tunnels. Unfortunately blade deformations also observed for ducted propellers. Therefore ice contact loads, such as ice milling and ice block impact can not be deemed to be the major reason of blade deformations. Also experiments carried out considering propeller obstruction by ice block. Unfortunately obstruction was significant when the gap between the blade and ice block less than ten per cent of propeller radius. However this kind of allocation is not possible for most of the propellers because of the location of rudder frame just located behind the propeller and stern tube positioned in front of the propeller. Furthermore when this kind of obstruction occurs at less than ten per cent proximity occurrance of ice contact load is imminent. Therefore it can be said that proximity obstruction of ice block can not be the major determinant for blade deformations. Inspired on an incident which resulted with propeller blade tip bend, marine propeller blade structure in ice navigation will be analyzed in this study. Subject propeller will be three dimensionally modelled by using computer based softwares. Three dimensional propeller model geometry will be imported to another software using finite element method. After defining ice environment, both propeller model and environment will be meshed. Flux will be executed by computational fluid dynamics method and composed pressure will be obtained. Thence gained pressure values will be applied to propeller in static structural module and total deformation, stress values will be obtained after defining alloy material of propeller. According to results; reason of blade tip bent, preventive actions and recommendations will be discussed.
Benzer Tezler
- CODAG ile tahrik edilen askeri bir geminin sevk sistemi eksenel ve burulma titreşim analizi
Axial and torsional vibration analysis of a naval vesel propulsion system driven by CODAG
ABDULLAH GÖKTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL
- Gemi kıç takıntılarında kalite kontrol ve iş planı
Quality control and schedule work at the stern appendages of ship
MUSTAFA ALTIPARMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. S. AYDIN ŞALCI
- Yüksek hızlı kavitasyon tüneli için impeller dizaynı
Design of an impeller for an high speed cavitation tunnel
ÇAĞATAY SABRİ KÖKSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİN KORKUT
- Vibration analysis of an underwater propeller blade for different core geometries
Bir sualtı pervane kanadının farklı iç geometriler için titreşim analizi
İRFAN ÇAVUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Gemi MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOSTAFA RANJBAR
- Yatlarda kıç formunun pervane üzerine etkisi
Effects of the hull stern geometry to the propeller
MURAT BURAK ŞAMŞUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi ve Deniz Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDİ KÜKNER