Untersuchung eines LNG-Kompensators im kryogenen Bereich
Creators: name: Englert-Dudek, Olivia
Publisher: name: TUHH Universitätsbibliothek
Year: 2020
Subjects: subject: LNG
subject: expansion joint
subject: FEM-Simulation
subject: fatigue strength
classificationCode: 620
subject: Ingenieurwissenschaften

description: In der Schifffahrt werden durch den Antrieb mit Schweröl hohe klimaschädliche Emissionen verursacht. LNG gilt als Alternative zum Schweröl, da die Verbrennung von LNG eine deutliche Reduzierung der Emissionen mit sich bringt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Einsatztauglichkeit eines LNG-Kompensators in Schiffen. Dazu wird in einem Versuch ein Kompensator in einer Klimakammer auf sein Verhalten hin untersucht. In diesem Versuch wird der Kompensator mit Flüssigstickstoff bis auf −160 C heruntergekühlt, um die Krafteinwirkung und Dehnung am Kompensator zu messen. Der Versuch wird anschließend mit einer FE-Analyse simuliert, wobei zusätzlich eine Spannungsanalyse mithilfe der FEM durchgeführt wird. Der letzte Schritt der Prüfung der Einsetzbarkeit von Kompensatoren im LNG-Bereich ist die Berechnung der Lebensdauer. Für diesen Schritt wird die maximale Spannung an den Knotenpunkten aus der Simulation extrahiert. Mit dieser Information wird, unter Verwendung der Ermüdungsklasse FAT 225, die Betriebsfestigkeit in Form einer maximalen Anzahl von Lebensdauerzyklen ermittelt, die ein Kompensator im Betrieb übersteht, bevor ein Versagen eintritt. Durch die aus dem Versuch und der Simulation gewonnenen Erkenntnisse lässt sich eine Anzahl von 2220 Lebensdauerzyklen bestimmen. Dies entspricht, bei einem Betankungsintervall von 14 Tagen, einer Lebenserwartung von ungefähr 85 Jahren und übersteigt somit deutlich die durchschnittliche Einsatzzeit von Schiffen, sowohl im Tourismus als auch im Güterverkehr. Die Ergebnisse dieser Arbeit dienen als Grundlage für Forschungen in diesem Gebiet. Zukünftig wird es als sinnvoll erachtet, weitere Versuche zum Validieren durchzuführen. Zudem können weitere Versuche eine Trennung von Balg und Rohr des Kompensators berücksichtigen. Dadurch könnte eine zuverlässigere Beurteilung vom Materialverhalten im Balg und im Rohr gewährleistet werden.
description: In shipping, engines powered by heavy fuel cause high level of climate effecting emmissions. LNG is therefore considered as an alternative to heavy fuel, as combustion of LNG will result in a significant reduction in emissions. This thesis examines the potential use and its feasibility for use of a LNG expansion joint in ships. For this purpose, an expansion joint is tested in a climate chamber to determine its behaviour. In this experiment, the expansion joint is cooled down with liquid nitrogen down to -160 °C in order to measure the force and strain on the expansion joint. The experiment is then simulated with a FE-analysis, whereby a stress analysis is also carried out using FEM. The last step of the verification of the usability of expansion joints in the LNG sector is the calculation of the fatigue life. For this step the maximum stress at the nodes is extracted from the simulation. With this information, using the fatigue class FAT 225, the operational strength is determined in the form of a maximum number of life cycles that an expansion joint can sustain in operation before failure occurs. Based on the knowledge gained from the experiment and simulation, a number of 2220 life cycles can be determined. This corresponds, for a refuelling interval of 14 days, a life expectancy of about 85 years and thus significantly exceeds the average operating time of ships, both in tourism and in freight transport. The results of this thesis provide a basis for research in this field. In the future it is considered useful to conduct further experiments for validation. In addition, further experiments may consider a separation of bellows and pipe of the expansion joint. This could ensure a more reliable evaluation of the material behaviour in the bellows and pipe.