Tasapainotusjärjestelmän testilaitteen suunnittelu

Abstract

Wärtsilä käyttää tietyissä polttomoottorikonfiguraatioissa mekaanista tasapainotusjärjestelmää värähtelyjen hallitsemiseen. Tasapainotusjärjestelmän uudelleensuunnittelun jälkeen sen toimintaa halutaan testata laboratorio-olosuhteissa ennen tuotantoon ottamista. Testejä varten suunniteltiin testilaitteisto, jonka avulla järjestelmää voidaan testata erilaisissa käyttöolosuhteissa. Tämän lisäksi kyseistä testilaitetta on myöhemmin tarkoitus käyttää tasapainotusjärjestelmän tutkimus- ja kehitystyössä. Testien aikana mitataan tasapainotusjärjestelmän rasituksia ja muita sen toimintaan vaikuttavia ilmiöitä. Testiolosuhteet suunniteltiin mahdollisimman lähelle moottorin käyntiolosuhteita vastaaviksi, jotta mittaustulokset ovat mahdollisimman vertailukelpoisia. Wärtsilän kokemusten perusteella oli oletettavissa, että laitteen suunnittelun haasteellisimmaksi osa-alueeksi muodostui testilaitteen värähtelyn hallitseminen.

Työn ensisijaisena tavoitteena oli suunnitella kyseiseen tarkoitukseen soveltuva testilaite. Työssä käydään läpi olennaisimpia teknisiä ratkaisuja, sekä niihin johtaneita tutkimuksia ja suunnittelumenetelmiä. Lisäksi työssä käsitellään suunnitteluprosessin kulkua yksittäisen laitteen suunnittelussa, sekä verrataan eri menetelmien sopivuutta tämän tyyppisessä suunnittelutehtävässä. Tämän työn tuloksena kehitetty testilaite on rakennettu ja se on käytössä Wärtsilän Vaasan testilaboratoriossa.

Wärtsilä uses a mechanical balancing system to reduce running vibration in their motors. After redesigning the device the system needs to be tested in laboratory conditions before approving it in productions. There was a need for a testrig, which could be used to test the balancing system under varying conditions. In addition to this the testrig also needs to be used in later research and development studies. In order to achieve this, the necessary test equipment had to be designed. The target is to test the balancing system under varying conditions and to measure different phenomena occurring in it. Test conditions should be designed as close to the engine operating conditions as possible in order to produce reliable results. Wärtsilä’s experience indicated that presumably the most challenging part of designing the testrig would be to control the vibrations.

The main focus of this work is to design a suitable testrig for the task. In this work we go through the most significant technical solutions, as well as the research and design methods leading to these solutions. In addition we take a look at the design process flow of an individual machine design project and compare the suitability of different methods for this type of design task. As a result of this work a testrig has been manufactured and it in use at Wärtsilä’s test laboratory in Vaasa.