БИЛЬГЕ АКУСТИК
Инженерство контроля шума и вибрации
<<Я не знаю, кем представляюсь миру; однако сам себе я всегда казался всего лишь мальчиком, играющим на морском берегу, который забавляется, находя то особенно гладкий камешек, то необычайно красивую ракушку, в то время как великий океан истины лежит перед ним совершенно неисследованным.>> - Исаак Нютон
Машины с главным приводом
Тема вибрации главных силовых установок сама по себе могла бы занять несколько книг. Сюда входят продольные, поперечные и крутильные колебания системы карданных валов, а также вибрации первичного двигателя, будь то турбина или дизель. Каждая из этих тем имеет свою собственную историю развития, проблемы, аналитические методы, критерии проектирования и возможные исправления. Каждая из этих тем рассматривается кратко, но рекомендуется обращаться с проблемами в этих областях к инженерам по вибрации.
1. Продольная вибрация вала
Продольная вибрация вала вызывается изменением частоты вращения лопастей на гребном винте, что заставляет весь гребной винт, вал, упорный подшипник и редуктор в сборе и, возможно, больше, колебаться вперед и назад. В обычных конструкциях основная собственная частота обычно находится в пределах или около рабочего диапазона частоты лопасти, что приводит к очень высоким амплитудам.
Если собственная частота находится в нижнем диапазоне мощностей, резонанс может и не вызывать чрезмерных вибраций, но если он близок к полной мощности, то почти всегда причинит вред. Возможные последствия:
• Реверс тяги повреждает упорный подшипник, особенно на поворотах
• Перенапряжения на зубьях редуктора
• Чрезмерное движение, вызывающее износ муфты между шестерней и двигателем или турбиной.
• Чрезмерный прогиб прикрепленного трубопровода или конструкции приведет к неисправности.
• Чрезмерное перемещение ротора турбины или коленчатого вала двигателя.
Прежде чем предпринимать корректирующие действия, необходимо знать местоположение и интенсивность резонанса, а также величину силы возбуждения. Если силы частоты лопастей чрезмерны, это может быть связано с сильно нарушенным потоком к гребному винту или плохой конструкцией гребного винта. Для улучшения потока некоторые корабли имеют плавники прямо перед гребным винтом. Для уменьшения сил может потребоваться переработанный винт с изогнутыми лопастями.
Если резонанс возникает вблизи полной мощности, существует несколько хорошо известных поправок, но каждая из них имеет свои недостатки. Во-первых, можно изменить количество лопастей на винте; там, где мощность и усилия меньше, его увеличивают, чтобы довести резонанс до более низкой скорости, или уменьшают, чтобы вывести резонанс за пределы рабочего диапазона скоростей. Последнее часто непрактично, потому что винт с меньшим количеством лопастей обычно имеет более высокие переменные силы. Этот факт в сочетании с тем фактом, что на полной мощности будет значительное усиление, несмотря на работу на стороне резонанса, делает это решение ненадежным. Еще одно исправление — переместить резонанс выше рабочего диапазона. Это можно сделать, переместив упорный подшипник в корму или укрепив корпус упорного подшипника и/или фундамент. Перемещение упорного подшипника к корме оказывает наибольшее влияние, но это тяжелая работа, затрудняющая смазку и техническое обслуживание. Иногда бывает достаточно упрочнения фундамента, но часто требуется большое количество арматуры, чтобы сдвинуть резонанс на ограниченную величину.