KCS konteyner gemisinde pervane kaynaklı akışın tekne bünyesinde oluşturduğu yapısal gürültünün nümerik olarak incelenmesi
Numerical investigation of structural noise generated by propeller-induced flow on KCS container ship
Yazar: RECEP AYAN
Danışman: DOÇ. DR. ALİ KİBAR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Gemi bünyesinde meydana gelen gürültü ve titreşim konularında ortaya konulan çalışmalar, pervane ve pervane sistemlerinin en önemli gürültü ve titreşim kaynaklarından biri olduğunu ortaya çıkarmıştır. Tekne ile pervanenin etkileşimi ile ortaya çıkan hidrodinamik yükler geminin kıç tarafında meydana gelen titreşimlerin önemli sebeplerindendir. Bu titreşim ve gürültüler gemi yapısal elemanlarında yorulmalara ve dolayısıyla muhtelif yerlerde deformasyona sebep olurken aynı zamanda gemi personeli ve yolcuların konfor düzeyini negatif etkilemektedir. Meydana gelen titreşim ve gürültünün sebep olduğu bu olumsuzlukları önceden tespit edebilme, takip etme ve kontrol altına almaya yönelik çalışmalar yapılması maddi ve manevi (personelin yaşamış olduğu stres ve sağlık problemleri vb.) zararın en aza indirgenebilmesi açısından önemli bir yere sahiptir. Günümüzde gelişen yazılım teknolojisi sayesinde nümerik yöntemler gerçek sonuca en yakın sonucu vermekle beraber hesaplama sürecini en aza indirgeyerek zaman yönetiminde pozitif yönde gelişmelere sebep olmaktadır. Tüm bu sebep ve sonuçlar dikkate alınarak bu çalışmada, gemi kıç tarafına etkiyen hidrodinamik yüklerin büyüklüklerini belirlemek, pervanenin neden olduğu basınç dalgalanmaları sonucunda meydana gelen yapısal gürültüyü incelemek ve yapılan iyileştirmelerin mevcut duruma etkisini inceleyebilmek için sonlu elemanlar metodu kullanıldı. Pervanenin gemi bünyesinde oluşturduğu titreşim, şaft yoluyla ve doğrudan su teması ile iletilir. Pervane kaynaklı titreşimler, şaft yataklarındaki iyileştirmeler ve titreşime maruz kalan bölgenin yapısal elemanlar veya izolasyon malzemeleri kullanılarak iletim sürecinde azaltılabileceği gibi, kanat geometrisi veya kanat sayısında yapılacak olan optimizasyonlar aracılığı ile kaynağında da azaltılabilmektedir. Bu çalışmada gemi kıç bölgesindeki basınç büyüklüğünü gerçeğe en yakın şekilde nümerik olarak tespit edebilmek için öncelikle KP505 pervanesi açık su performansı ve KCS teknesi sevk performansı doğrulama çalışmaları yapılmıştır. Çalışma kapsamında ayrıca pervane kanat sayısındaki değişimin tekne kıç yapısında oluşan yapısal gürültü büyüklüğü üzerine olan etkisi incelenmiştir. Farklı kanat sayılarında yapılan sevk analizlerinde, pervane kaynaklı tekne titreşiminin kanat sayısı ile ters orantılı olarak değiştiği ortaya konulmuştur. Pervane kanat sayısının değiştirilmesi sonucunda ilk durumdaki beş kanatlı pervaneden elde edilen itki ve torkun farklı kanat sayılarındaki pervaneden elde edilebilmesi için pervanelerin farklı devirlerde döndürülmesi gerektiği, bu durumda her bir pervane için elde edilen tekne basıncının farklı olduğu nümerik olarak bulunmuştur. Pervane kanat sayısının azaltılmasının tekne kıç bölgede meydana gelen yapısal gürültüyü artırdığı, kanat sayısının artırılması sonucu azaldığı tespit edilmiştir.

Abstract:
Studies on structural noise and vibration in ships have revealed that propellers and propeller systems are one of the most important sources of noise and vibration. The hydrodynamic loads generated by the interaction of the hull and the propeller are one of the important causes of vibrations at the stern of the ship. These vibrations and noises cause fatigue and deformation of the structural elements of the ship, and at the same time negatively affect the comfort level of the crew and passengers. Studies to detect, monitor and control these problems caused by vibration and noise in advance have an important place in terms of minimizing material and moral damage. Nowadays, thanks to the developing software technology, numerical methods give the closest result to the real result and cause positive developments in time management by minimizing the calculation process. Considering all these reasons and results, in this study, the finite element method was used to determine the magnitude of the hydrodynamic loads acting on the stern of the ship, to investigate the structural noise caused by the pressure fluctuations caused by the propeller and to examine the effect of the improvements made on the current situation. The vibration generated by the propeller within the ship is transmitted through the shaft and direct water contact. Propeller-induced vibrations can be reduced in the transmission process by improvements in the shaft bearings and structural elements or isolation materials in the area subjected to vibration, or they can be reduced at the source by optimizing the blade geometry or the number of blades. In this study region of the ship realistically, firstly KP505 propeller open water performance and KCS ship self-propulsion performance validation studies were carried out. Within the scope of the study, the effect of the change in the number of propeller blades on the structural noise amplitudes in the stern structure of the ship was examined. Ship self-propulsion analyses performed with different blade numbers revealed that propeller-induced hull vibration varies inversely with the number of blades. As a result of changing the number of propeller blades, it has been found numerically that the propellers must be rotated at different speeds in order to obtain the same thrust and torque with the five-bladed propeller. In this case, it has been numerically showed that the hull pressure obtained for each propeller is different. It has been determined that reducing the number of propeller blades increases the structural noise occurring in the stern area of the hull, and it decreases as the number of blades increases.