Torsietrilling is een samengesteld woord dat bestaat uit de woorden torsie en trilling. Torsie is wringing en/of de daarbij optredende spanning. Trilling is het heen en weer bewegen. Torsietrilling is dus: een heen en weer bewegende wringing.
Bij torsie en torsietrilling gaat het om assen waar koppels op uitgeoefend worden. Wat een torsietrilling precies is wordt geïllustreerd met een simpel voorbeeld (zie figuur 1). Dit is een massaschijf (j), opgehangen aan een as (k), die over een kleine hoek wordt gedraaid en dan losgelaten. De massaschijf voert een beweging uit waarbij deze een draaiing maakt tot een maximale hoekverdraaiing om vervolgens weer terug te draaien tot een maximale hoekverdraaiing de andere kant op. Daarna verandert de beweging weer van draairichting enzovoort. Hierbij varieert de hoek (q). Hoever de as te verdraaien (te wringen, te torderen) is, hangt af van het materiaal en de dikte van de as, het koppel dat op de massaschijf wordt uitgeoefend en het traagheidsmoment van de massaschijf.
Het eenvoudige systeem, weergegeven in fig. 1, bestaat uit een as en een massaschijf. Het kan dienen als model voor een ingewikkelder systeem. In dit voorbeeld kan dat een zuiger met drijfstang en de bijbehorende krukwangen in een motor voorstellen. Daarbij geeft de as het betreffende stukje krukas weer, dat de verbinding is naar de volgende drijfstang met krukwangen.
Simpel
Een voortstuwingsysteem van een schip kan opgedeeld worden in een aantal van dit soort simpele systemen. Zo kan de krukas van een zescilindermotor opgedeeld worden in zes massaschijven met daartussen vijf assen. De krukas zelf is weer verbonden met een trillingdemper, het vliegwiel, een flexibele koppeling, de keerkoppeling, de schroefas en tenslotte de schroef. Daarnaast hebben we nog de andere installatieonderdelen die vermogen opnemen zoals de dynamo, de oliepomp voor het stuurwerk, een compressor, een vetsmeerpomp en alle assen in de keerkoppeling. (Zie fig. 4). Al deze systemen zijn onderling verbonden en dragen allemaal bij aan het totale torsietrillingplaatje van het systeem.

Koppels
Op het voortstuwingssysteem worden koppels uitgeoefend door de motor en de schroef. Het koppel dat door de motor wordt geleverd bestaat uit de bijdragen van de afzonderlijke cilinders.
|
Voor iedere cilinder is het verloop van dit koppel als functie van de krukhoek hetzelfde. De arbeidsslag begint met een explosieve kracht die afneemt naar nul indien de uitlaatkleppen open gaan. Dit is een variërende positieve kracht op de krukas. Daarna komt de uitlaatslag en daar is kracht voor nodig en dus een negatieve kracht net als bij de inlaatslag en de compressieslag. Ook hierbij zijn de krachten niet constant maar variëren. Er is nog een variabele factor die het nog complexer maakt. De stand van de drijfstang ten opzichte van de krukstand. Indien de kruk horizontaal staat is de arm tussen drijfstang en krukas het grootst maar indien de kruk verticaal staat is er helemaal geen arm. (zie fig. 2). Dit hele proces vindt plaats in twee omwentelingen van de as. Het verloop van al deze krachten is te ontbinden in allemaal kleinere krachten die in combinatie met de dan geldende stand van de kruk een bepaald koppel op de krukas uitoefenen. Hierbij wordt het verloop van de kracht als functie van de krukhoek ontbonden in 24 sinussen, de zogenaamde ordes. Voor iedere orde kan de responsie, reactie, van het hele voortstuwingssysteem berekend worden. Het koppel dat wordt veroorzaakt door de schroef is afhankelijk van het type schroef en het toegevoerde vermogen.
De koppels veroorzaakt door de motor en de schroef leveren hun afzonderlijke bijdrage aan het trillingsgedrag van het systeem. Door al deze afzonderlijke bijdragen te sommeren kan het totale trillingsgedrag berekend worden. Uit het trillingsgedrag van de verschillende massaschijven kunnen de koppels en spanningen voor de verschillende asstukken uitgerekend worden.
Voorbeeld
Als voorbeeld is de spanning en het koppel werkend op de keerkoppeling van het systeem zoals beschreven in figuur 4, berekend. In figuur 3 is dit afgebeeld als functie van het toerental. De berekening is gedaan voor normaal motorgebruik en voor het geval één cilinder niet ontsteekt, misfiring genaamd. Er zit een duidelijke piek rond de 350 toeren, veroorzaakt door trillingen in de schroefas. Ook is de maximaal toelaatbare waarde aangegeven. Voor dit systeem wordt deze waarde niet overschreden.
Indien er iets verandert in het systeem, bijvoorbeeld een andere schroef of een extra pomp, veranderen het trillingsgedrag van het systeem en dus ook de verschillende koppels en spanningen in de assen. Voor het nieuwe systeem moet de berekening opnieuw gedaan worden om problemen te voorkomen.

|
Onderschatten
Het belang van torsietrillingberekeningen wordt vaak onderschat in de binnenvaart toch moet dit als de grootste oorzaak van onverklaarbare of zich herhalende schades aan de voortstuwingsinstallatie gezien worden. Bij 'Sonus bv' is er een computerprogramma ontwikkeld dat, uitgaande van de beschikbare gegevens, de berekeningen razendsnel uitvoert. Natuurlijk moeten al de gegevens dan ingevoerd worden maar ook dat is minder erg dan het lijkt. Een motorleverancier bezit de torsietrillinggegevens van zijn motor zo ook de leverancier van de koppeling en de schroef. Het is alleen de kunst om die gegevens op een juiste manier in het programma in te voeren. De computer doet de rest. Dit klinkt eenvoudig maar het maken van een dergelijk programma is een ingewikkelde bezigheid die door Merten van Gastel van 'Sonus bv' is uitgevoerd. Door dit programma is makkelijker om alles rondom de torsietrilling van de voortstuwingsinstallatie te berekenen. Ook wijzigingen zoals een nieuwe schroef, zijn razendsnel na te rekenen omdat de hele torsietrillingberekening al in de computer zit Alleen de gegevens van de nieuwe schroef moeten opnieuw ingevoerd worden. Met dit programma dat door 'Sonus bv' Diagtors is genoemd hebben ze een scheepslengte voorsprong genomen op de concurrentie. Een goede torsietrillingsberekening is niet gratis maar wel de goedkoopste manier om heel lang, met weinig risico op onverwachte kosten, een voortstuwingsinstallatie in bedrijf te houden. Meer informatie is te vinden op de website www.sonus.nl of telefonisch 078 6312102
Verklarende woordenlijst
Koppel = de kracht die wordt uitgeoefend op de arm.
Traagheidsmoment = de eigenschap van een lichaam om te willen volharden in de toestand van rust of beweging waarin het zich bevindt. Het traagheidsmoment is afhankelijk van de massa en de arm.
Massaschijf = een verzameling van alle massa die op een as werkt.
As = een as met dezelfde eigenschappen als de originele as alleen zonder massa omdat die al in de massaschijf is verwerkt.
|