Cơ cấu đẩy chính gồm tất cả các bộ phận từ động cơ tới chân vịt, các lực sinh ra do chân vịt và các thành phần hệ thống đẩy gây rung cho tàu và gây ra các ứng suất động. Các lực do chân vịt sinh ra đã nói ở trên, phần này sẽ nói tới các lực động do hệ thống đẩy sinh ra và ảnh hƣởng của chúng tới các đặc trƣng rung động của toàn bộ hệ thống đẩy.
Ứng suất động trong hệ thống đẩy và trong các bộ phận của nó cần phải đặc biệt quan tâm, kiểm soát các lực động do hệ thống đẩy sinh ra góp phần vào các đặc trƣng rung động của toàn bộ tàu. Tuy rung động thân tàu và máy đẩy liên quan tới nhau nhƣng vẫn cần phải nghiên cứu thiết kế sơ bộ và kiểm soát rung động trên tàu để thực hiện nghiên cứu độc lập trên hệ thống đẩy. Tuy nhiên cần phải có một hệ số kinh nghiệm thực tế liên quan tới kết cấu tàu dƣới dạng hệ khối lƣợng – lò xo. Trong thực tế khi đánh giá đáp ứng rung động của hệ thống đẩy thì độ cứng của ổ bi đỡ chặn là quan trọng nhất.
Các phạm vi chính liên quan khi nảy sinh các rung động hoặc ứng suất động khó chịu:
- Mất cân bằng động và lệch trục. - Ứng suất động của trục quay. - Rung động dọc trục.
- Rung động xoắn.
- Rung động xung quanh cơ cấu đẩy chính. a. Mất cân bằng động và lệch trục
Mất cân bằng thủy động của chân vịt, mất cân bằng động của trục quay, lỗi các bánh răng và các bộ phận lớn khác của hệ thống đẩy khi vận hành cùng tốc độ chân vịt có thể làm thân tàu rung ở mức khó chịu, đặc biệt nếu tần số kích
động rơi vào vùng cộng hƣởng với một tần số riêng nào đó của thân tàu. Các lực mất cân bằng bậc 1 hoặc bậc 2 của các động cơ diesel hoặc lệch trục cũng có thể gây ra các tác hại tƣơng tự.
Tuy nhiên rung động tại các tần số thấp sẽ đặc biệt khó chịu với con ngƣời khi vận hành trong vùng cộng hƣởng các tần số thấp của thân tàu. Nên điều chỉnh các rung động vƣợt quá tiêu chuẩn để tránh hƣ hỏng cục bộ. Để điều khiển các lực mất cân bằng bậc 1 và bậc 2 của các động cơ diesel cũng cần phải hiệu chỉnh đặc biệt nhƣ trên.
Lƣợng mất cân bằng cho phép hoặc các giới hạn rung động máy của các bộ phận hoạt động tốc độ cao, nhƣ tua-bin và các máy nén, thƣờng đƣợc nhà sản xuất đƣa ra. Khi rung động vƣợt quá mức cho phép đó có thể dẫn đến các vấn đề nguy hiểm tiềm ẩn trong chính thiết bị hoặc gây ra cộng hƣởng cục bộ chân đế, ống nối hoặc các bộ phận máy. Khi nhà sản xuất không đƣa ra tiêu chuẩn thì nên dùng tiêu chuẩn đƣợc cho trong hƣớng dẫn. Một vấn đề nữa là để hiệu chỉnh đúng yêu cầu cần phải phân biệt giữa rung động bị kích động từ thân tàu và rung động bị kích động từ máy.
b. Ứng suất động của trục quay
Phần lớn các trƣờng hợp ứng suất động của trục thƣờng nghiêm trọng hơn do bị giảm độ mài mòn, nguyên nhân có thể là do lực đẩy lệch tâm, đẩy ngƣợc dòng chảy chân vịt và có thể nghiêm trọng hơn do lệch trục hoặc hƣ hỏng các chỗ nối trục. Các ứng suất vƣợt mức kết hợp với rung động xoắn trong động cơ diesel cũng là một vấn đề tiềm tàng.
Để giảm thiểu các vấn đề trên, toàn cơ cấu đẩy cần phải đƣợc đánh giá đạt tiêu chuẩn cho phép và tiêu chuẩn các mức ứng suất động, đồng thời cần phải bảo dƣỡng định kỳ để kiểm tra ăn mòn ổ bi và hƣ hỏng chân vịt.
c. Dao động dọc trục
Hệ thống đẩy sinh ra các lực đẩy từ chân vịt có tần số cánh hoặc bội của nó, gây ra các rung động dọc thân tàu. Các rung động này nếu vƣợt quá mức tiêu chuẩn cho phép có thể gây hƣ hỏng đặc biệt tới ổ bi đỡ chặn và ăn mòn bánh răng. Các lực đẩy này truyền tới thân tàu qua ổ bi đỡ chặn, tùy vào đặc tính kết cấu mà nó có thể gây ra các rung động cục bộ nghiêm trọng trong buồng máy và đáp ứng nguy hiểm tới kết cấu nhà ở trƣớc và sau tàu. Hình 2.9 là rung động dọc trục của một trục đẩy điển hình. Các lực đẩy truyền tới thân tàu chủ yếu phụ thuộc vào khối lƣợng hệ trục đẩy kết hợp với ổ bi đỡ chặn và độ cứng nền.
Hình 2.9. Dao động dọc trục của trục đẩy.
Thông thƣờng rung động dọc trục và xoắn của các hệ thống đẩy có thể đƣợc xét độc lập với nhau, nhƣng không phải tất cả các trƣờng hợp. Trong tất cả các trƣờng hợp thì chân vịt nối bậc tự do dọc trục và xoắn của hệ với nhau tới một mức độ nhất định, nhƣng hiệu ứng nối chỉ đáng kể khi các tần số tới hạn độc lập gần với một tần số lực kích động. Trong trƣờng hợp đó thì dạng kích động thực sự là dạng dọc-xoắn và kích động bao gồm một hợp lực của rung động xoắn và đẩy, đặc biệt với trƣờng hợp các hệ truyền động diesel.
Khi theo dõi rung động dọc trục để lắp thiết bị phù hợp và đánh giá phù hợp với các tiêu chuẩn khác nhau cần phải phân tích động phục vụ các mục đích liên quan và phân tích thêm để xác định cơ cấu hiệu chỉnh tối ƣu. Các chuyên gia cần phải nhận biết đƣợc các vấn đề nhƣ trên và đánh giá toàn bộ hệ thống trong quá trình thử nghiệm tàu.
d. Dao động xoắn
Rung động xoắn của cơ cấu đẩy bị kích động bởi lực xoắn do chân vịt hoặc các bội của động cơ trong hệ truyền động diesel sinh ra. Những cộng hƣởng xoắn thông thƣờng trong cơ cấu trục ở hình dƣới không gây ra các vấn đề rung động nghiêm trọng trong kết cấu nhƣng chúng có thể gây ra các hiệu ứng phá hỏng các bộ truyền động ăn khớp bánh răng, đặc biệt dƣớc các điều kiện môi trƣờng biển khắc nghiệt. Ngoài ra cộng hƣởng xoắn còn gây hƣ hỏng các bộ phận của cơ cấu.
Tuy việc đánh giá rung động xoắn của trục quay tùy thuộc và các quy tắc đã có nhƣng vẫn cần phải phân tích rung động xoắn trong toàn cơ cấu đẩy trong bƣớc thiết kế và chỉ ra các đặctính đáp ứng hệ thống trong quá trình thử nghiệm.
e. Rung động xung quanh cơ cấu đẩy chính
Cơ cấu trục đẩy nhƣ hình 2.11 thƣờng đƣợc thiết kế tốc độ quay tới hạn ở trên tốc độ làm việc. Dạng rung động cơ bản là xoắn đẩy và do lực mất cân bằng gây ra, khi cộng hƣởng nó sẽ đặc biệt gây nguy hiểm cho cơ cấu trục chân vịt. Tần số của có cấu chịu ảnh hƣởng đặc biệt bởi vị trí gối đỡ ổ bi đuôi tàu và độ cứng của chúng.
Hình 2.11. Rung động xung quanh cơ cấu đẩy chính.
Lệch trục hoặc ổ bi bị ăn mòn nghiêm trọng có thể gây ra các thành phần ứng suất động cao trong trục, tới biên độ các phản lực ổ bi, rung động vỏ tàu tăng và sự quá nhiệt. Ngay cả khi việc thiết kế đã thỏa mãn yêu cầu ban đầu và bảo dƣỡng tốt, cũng vẫn cần phải sử dụng các ổ bi tốt, hiệu chỉnh chúng thích hợp và chú ý tới vấn đề cân bằng động để giảm thiểu các vấn đề nguy hiểm tiềm tàng.