“Crankshaft Deflection”

သေဘ္ာရဲ႕ main engine ဟာ၊ huge and gigantic structures ဆိုသလို၊ ထုထည္နဲ႔ အရြယ္အစားႀကီးမားပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ engine လည္ပတ္ ေမာင္းနွင္တဲ႔ အခါ၊ pistons ေတြရဲ႕ ေရြွ႕လၽွား လွဳပ္လၽွားမွဳမွ တဆင္႔၊ force ေတြအမၽားအၿပား သက္ေရာက္မွဳရိွပါတယ္။ engine ရဲ႕ weight နဲ႔ force ေတြကို၊ ခံနိဳင္ရည္ ရိွရန္ ေတာင္႔တင္းတဲ႔ strong base အေပါါမွာ၊ တတ္ဆင္ထားသလို၊ engine back plate ကလည္း၊ engine block နဲ႔ crankshaft တို႔ကို၊ structural base အေနနဲ႔ support လုပ္ေပးထားပါတယ္။

Fig. Engine bed plate 

အရြယ္အစားႀကီးမားတဲ႔ engine ေတြရဲ႕ bed plate ကို၊ longitudinal နဲ႔ transverse direction အၿဖစ္၊ တည္ေဆာက္ထားသလို၊ engine ရဲ႕ size အရြယ္အစား၊ weight အေလးခၽိန္၊ type အမၽိဳးအစားနဲ႔ structure တည္ေဆာက္ဖြဲ႔စည္းပံုေပါါမူတည္ၿပီး၊ design ပံုစံအေနအထား၊ ကြာၿခားမွဳရိွပါတယ္။ bed plate ကို၊ foundation bolts ေတြနဲ႔ secured လုပ္ထားသလို၊ foundation bolts ေတြဟာ shear stress ကိုလည္း ခံနိဳင္ရည္ရိွရန္ လိုအပ္ပါတယ္။

bed plate ရဲ႕ cross girders ေတြဟာ၊ gravity နဲ႔ inertial forces ေတြေႀကာင္႔၊ ၿမင္႔မားတဲ႔ cyclic loading သက္ေရာက္မွဳခံရတဲ႔၊ အစိတ္အပိုင္းေတြၿဖစ္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ bed plate ဟာ၊ excessive vibrations ကို ခံနိဳင္ရည္ရိွရန္လိုအပ္ပါတယ္။ bed plate မွာ flaws ဆိုတဲ႔ အနာအဆာေတြရိွခဲ႔လၽွင္ crankshaft မွာပါ၊ misaligned ၿဖစ္ေပါါလာနိဳင္တဲ႔ အတြက္၊ bed plate ရဲ႕ cross girders, welded seams ေတြနဲ႔ holding bolts ေတြရဲ႕ tightness ကို၊ regular inspection အၿဖစ္၊ ပံုမွန္စစ္ေဆးရန္ လိုအပ္ပါတယ္။

engines ရဲ႕ အစိတ္အပိုင္းေတြ၊ တည္ေဆာက္တဲ႔အခါ၊ ferrous metals နဲ႔ non-ferrous metals ေတြကို၊ categories အလိုက္၊ အမၽိဳးအစား ခြဲၿခားအသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ ferrous metals မွာ iron သံဆိုတဲ႔ အဓိကပါဝင္ၿပီး၊ cast iron, wrought iron နဲ႔ steels အမၽိဳးမၽိဳးတို႔ကို အသံုးၿပဳပါတယ္။ non-ferrous metals မွာေတာ႔ aluminum, copper, zinc, lead နဲ႔ tin တို႔ကို၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။ bed plate ဟာ၊ crankshaft ရဲ႕ rigid seating ၿဖစ္ၿပီး၊ deep longitudinal girders ေတြနဲ႔ cross girder လို႔ေခါါတဲ႔၊ transverse girders ေတြကို၊ welding joints ေတြနဲ႔ဆက္ကာ တည္ေဆာက္ထားပါတယ္။

longitudinal girders ေတြအတြက္၊ mild steel ကိုအသံုးၿပဳၿပီး၊ transverse girders ေတြအတြက္၊ cast iron ကိုအသံုးၿပဳပါတယ္။ bed plate ရဲ႕ engine mountings ေတြကို၊ frames ေတြနဲ႔ support ၿပဳလုပ္ေပးထားပါတယ္။ frame တိုင္းမွာ cross girder တခုစီ တတ္ဆင္ထားသလို၊ mild steel plates ေတြနဲ႔ tubes ေတြကို အသံုးၿပဳတည္ေဆာက္ထားပါတယ္။ bed plate ကို holding down အၿဖစ္၊ အထိုင္ခၽတဲ႔ေနရာမွာ၊ ၿမဲၿမံေစရန္ chocks အေနနဲ႔၊ cast steel နဲ႔ epoxy resin ကိုသံုးၿပီး၊ UTS steel နဲ႔ ၿပဳလုပ္ထားတဲ႔၊ tank top plate အေပါါမွာ၊ holding down bolts ေတြနဲ႔ secured ဖမ္းထားပါတယ္။

bed plate အေပါါမွာထိုင္ထားတဲ႔ crankshaft ကို၊ tensile strength အေနနဲ႔ (590 ~ 680) N/ mm² ရိွတဲ႔၊ low alloyed Cr –Mo steel, normalized unalloyed carbon steel, cast throw mild steel, forged သို႔မဟုတ္ cast carbon steel နဲ႔ forged nickel steel အစရိွတဲ႔ materials ေတြကို အသံုးၿပဳတည္ေဆာက္ေလ့ ရိွပါတယ္။

Fig. Bed plate - (A) transverse girder (cast iron), (B) longitudinal girder (mild steel), (C) limit stop, (D) chocks

crankshaft material အတြက္အသံုးၿပဳထားတဲ႔ဟာ၊ strength ေကာင္းရန္ လိုအပ္တဲ႔ အၿပင္ fatigue failure မၿဖစ္ေပါါေစဖို႔ high endurance limit ရိွတဲ႔၊ material ၿဖစ္ရန္လည္းလိုအပ္ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ good surface finish အေနနဲ႔ရိွရန္လိုအပ္ၿပီး၊ journals နဲ႔ crank pins ေနရာေတြဟာလည္း၊ hardened resist wear ၿဖစ္ရန္ လိုအပ္ပါတယ္။ load ကို ထမ္းရတဲ႔အတြက္၊ bearing line alignment ေကာင္းဖို႔နဲ႔ resist bending ရိွရန္လည္းလိုအပ္ပါတယ္။ crankshaft ရဲ႕ material composition ဟာ၊ engine speed အေပါါမူတည္ၿပီး၊ ကြဲၿပားမွဳရိွပါတယ္။ crank shafts ေတြကို ခြဲၿခား ႀကည္႔တဲ႔အခါ၊ fully-built crankshaft, semi-built crankshaft, welded crankshaft နဲ႔ flanged coupling crankshaft ဆိုၿပီးေတြ႔ရပါတယ္။ 

Fig. SULZER RND 10 engine's crankshaft stress diagram

Main engine ေမာင္းနွင္တဲ႔အခါ၊ pistons ေတြရဲ႕ weight, combustion loads နဲ႔ compressive loads တို႔အၿပင္၊ သေဘ္ာရဲ႕ main engine ဟာ၊ ေရထဲမွာ immersed အၿဖစ္ၿမဳတ္ေနတဲ႔ propeller ရဲ႕ axial load ကိုပါ၊ ထမ္းထားရတဲ႔ အတြက္၊ crank shaft မွာ၊ twisting နဲ႔ bending forces အမၽားအၿပား သက္ေရာက္ေနပါတယ္။

crank-webs, crank-pins နဲ႔ journals ေတြအပါအဝင္၊ crankshaft တေခၽာင္းလံုးရဲ႕ weight ကို၊ bed plate မွ တဆင္႔ journals ေတြရဲ႕ main bearings မွ၊ support အေနနဲ႔ ထမ္းထားရပါတယ္။ main bearings ေတြကို၊ အသံုးၿပဳဖို႔သက္မွတ္ထားတဲ႔ အခၽိန္၊ recommended running hours သက္တမ္းထက္ ေကၽာ္လြန္ၿပီး၊ အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ bearings ေတြဟာ၊ wear down အေနနဲ႔ ပြန္းစားသြားတတ္ ပါတယ္။ bearing wear down ဟာ၊ crankshaft ရဲ႕ entire length တေလၽွာက္မွာရိွတဲ႔၊ journals ေတြေနရာမွာ uniform wear down အေနနဲ႔ တညီတည္း စားသြားတာမၽိဳး မဟုတ္တဲ႔အတြက္၊ crankshaft ဟာ၊ initial straight အေနနဲ႔ တေၿဖာင္းတည္း မရိွနိဳင္ေတာ႔ပါဘူး။

အဲဒီအခါ သာမန္မၽက္စိနဲ႔ မၿမင္နိဳင္တဲ႔၊ up ward သို႔မဟုတ္ down ward bent အေနအထားမၽိဳးနဲ႔ အနည္းငယ္ slight degree အေနအထားၿဖင္႔ေကာက္သြားနိဳင္ သလို၊ crankshaft အေပါါ သက္ေရာက္ေနတဲ႔ repeated loading forces ေတြေႀကာင္႔၊ crank-web မွာ၊ fatigue ဆိုတဲ႔ structural damage အက္ကြဲမွဳေတြ ၿဖစ္ေပါါလာတတ္ပါတယ္။

Fig. Crank-web structural damage

crankshaft ဟာ၊ သတ္မွတ္ထားတဲ႔၊ initial straight limit အတြင္းမွာ ရိွေနရန္လိုအပ္ပါတယ္။ straight limit အတြင္းရိွေနၿခင္း ရိွမရိွကို၊ crankshaft deflection ပံုမွန္စစ္ေဆးၿခင္းၿဖင္႔ သိနိဳင္ပါတယ္။ crankshaft deflection ဆိုတာကေတာ႔ crank-web (၂) ခုအႀကားမွ၊ အကြာအေဝးကို dial gauge ကိုသံုးကာ တိုင္းတာၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ deflection တိုင္းတာတဲ႔အခါ မူလက၊ တိုင္းတာခဲ႔တဲ႔ ေနရာကို၊ center punch နဲ႔ အေသအၿခာမွတ္သားၿပီး၊ time interval တခုမွာ၊ ထပ္မံတိုင္းတာတဲ႔အခါ၊ မူလက center punch ၿဖင္႔ မွတ္သားထားတဲ႔ ေနရာ မွသာ၊ ၿပန္လည္တိုင္းတာသင္႔ပါတယ္။

Fig. Crankshaft deflection

ပံုမွန္အားၿဖင္႔ crank - web ရဲ႕ top, bottom နဲ႔ sides ဆိုၿပီး၊ အေပါါ၊ ေအာက္၊ ေဘး ဖက္ (၂) ေနရာ၊ စုစုေပါင္း point ေနရာ (၄) ခုမွ တိုင္းတာႀက ပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္ သေဘ္ာရဲ႕ load , trim, hog နဲ႔ sag အစရိွတဲ႔ condition ေတြကိုလည္း၊ ထည္႔သြင္းမွတ္သားရသလို၊ dock တင္တဲ႔ အခါမွာလည္း before docking နဲ႔ after docking ဆိုၿပီး၊ docking မတင္ခင္နဲ႔ docking တင္ၿပီးမွာ၊ တိုင္းတာေလ့ရိွပါတယ္။

Fig. Crankshaft deflection reading points

Crank - web ရဲ႕ bottom center position point မွ၊ တိုင္းတာတဲ႔အခါ connecting rod မွ၊ fouling အေနနဲ႔ ဖံုးအုပ္ကာကြယ္ထားသလိုၿဖစ္ေနတဲ႔ အတြက္၊ လက္ေတြ႔မွာ crankshaft deflection ရယူရန္မၿဖစ္နိဳင္တာေတြ႔ရပါတယ္။ ဒီ႔အတြက္ crank-web bottom မွ၊ ဘယ္ဖက္နဲ႔ ညာဖက္ position အမွတ္ (၂) ခုကိုသာ၊ တိုင္းတာနိဳင္ၿပီး၊ crankshaft deflection reading point အေနနဲ႔ စုစုေပါင္း (၅) ခုရရိွလာမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။

 
အထက္မွာေဖာ္ၿပထားတဲ႔၊ ဇယားဟာ cylinder unit တခုၿခင္းစီရဲ႕ position (၅) ခုမွ၊ တိုင္းတာရရိွလာတဲ႔ deflection reading ေတြၿဖစ္ၿပီး၊ ယူနစ္ကေတာ႔ 1/100 mm ၿဖစ္ပါတယ္။ ေအာက္ဆံုးအတန္း final row မွာ၊ ေဖာ္ၿပထားတဲ႔ reading ေတြ ကေတာ႔၊ top နဲ႔ bottom reading ရဲ႕ ကြာၿခားခၽက္ၿဖစ္ပါတယ္။ အင္ဂၽင္ ထုတ္လုပ္သူ engine maker မွ၊ သတ္မွတ္ထားတဲ႔ maximum permissible limit ၿဖင္႔နိွဳင္းယွဥ္ႀကည္႔ၿပီး၊ crankshaft မွာ vertical mis-alignment ၿဖစ္ေပါါၿခင္း ရိွမရိွကို၊ စစ္ေဆးရန္လိုအပ္ပါတယ္။

ေနာက္ပိုင္းမွာေတာ႔ crankshaft deflection တိုင္းတာတဲ႔အခါ၊ dial gauges ေတြ အစား၊ electronic measuring instruments ေတြကို အသံုးၿပဳကာ တိုင္းတာႀက ပါတယ္။

Reference and image credit to : Principles & Practice of Marine Diesel Engines - Sanyal, D.K. (1998), 

Remark :  All publications and images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.