ВИБРОИЗОЛИРУЮЩАЯ ОПОРА СУДОВОЙ ДИЗЕЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
VIBRATION-ISOLATING SUPPORT OF VESSEL DIESEL POWER PLANT

Изобретение относится к виброизолирующим опорам судовых дизельных энергетических установок, а также может быть использовано для защиты от вибрации, ударов и сотрясений других объектов техники.
В качестве виброизолирующих опор судовых дизельных энергетических установок (СДЭУ) кроме традиционных резинометаллических виброизоляторов (амортизаторов) применяют также цилиндрические канатные (тросовые) виброизоляторы. Известен цилиндрический тросовый виброизолятор - патент РФ №2185548, кл. F16F 7/14.
Наиболее близким техническим решением является «Цилиндрический канатный виброизолятор» (ЦКВ) - патент РФ №2390668, кл. F16F 7/14, принятый за прототип.
ЦКВ содержит упругий элемент в виде стального каната, навитого по спирали, первую и вторую опорные монолитные или сборные пластины с цилиндрическими отверстиями, причем через эти отверстия пропущены витки упругого элемента.
Существенными недостатками известных ЦКВ являются:
1. Жесткость при сжатии ЦКВ (фиг. 1, кривая «a-b») меньше жесткости при растяжении (фиг. 1, кривая «a-c»), то есть жесткости при сжатии и растяжении не одинаковы - различаются (Минасян A.M. Создание и развитие средств снижения виброактивности судовых дизель - генераторных агрегатов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб. СПбГМТУ. 2013. - 22 с.).
2. Нестабильность во времени характеристик ЦКВ, то есть просадка под действием долговременной статической и вибрационной нагрузки, особенно для СДЭУ.
Техническим результатом данного изобретения является улучшение жесткостных характеристик опорных виброизоляторов СДЭУ.
Указанный технический результат достигается тем, что виброизолирующая опора судовой дизельной энергетической установки, содержащая упругий элемент в виде стального каната, навитого по спирали, подвижный и неподвижный опорные монолитные или сборные пластины с цилиндрическими отверстиями, причем через эти отверстия пропущены витки упругого элемента, крепежные средства, согласно изобретению корпус опоры выполнен в форме параллелепипеда, а упругий канатный элемент выполнен в виде одной пары элементов, соединенных последовательно.
Между внутренними - подвижными - опорными пластинами установлен плавающий элемент крепления опоры к лапе энергетической установки.
Одна - верхняя наружная - опорная пластина  закреплена к верхней полке корпуса, а другая - нижняя неподвижная - опорная пластина закреплена с другой стороны к нижней полке корпуса, а с другой стороны к судовому фундаменту.
Под действием статической нагрузки от веса СДЭУ упругие канатные элементы нижнего ЦКВ со стороны основания (судового набора, фундамента) испытывают деформацию сжатия, а упругие канатные элементы верхнего ЦКВ, расположенные до плавающего элемента, испытывают деформацию растяжения (см. фиг. 1 и 2).
Поскольку все опорные элементы двух ЦКВ закреплены к соответствующим неподвижным и подвижным элементам виброизолятора, то под действием знакопеременной вибрационной нагрузки одновременно работают два ЦКВ, испытывая при этом одновременно знакопеременные деформации. При направлении возмущающей силы вниз, упругий элемент нижнего ЦКВ сжимается, а упругий элемент верхнего ЦКВ растягивается и, наоборот, при изменении направления возмущающей силы вверх упругий элемент нижнего ЦКВ растягивается, а упругий элемент верхнего ЦКВ сжимается.
Такая особенность одновременной работы, но с противоположным характером испытываемой деформации упругих элементов двух ЦКВ, обеспечивает комбинирование их нагрузочных характеристик сжатия и растяжения, следовательно, и высокую эффективность виброизолирующей опоры СДЭУ.
Стальные канаты рассчитаны на высокие растягивающие усилия, поэтому упругий канатный элемент верхнего ЦКВ является работоспособным, в том числе и при выпрямлении витков каната. Эта особенность препятствует деформации сжатия нижнего ЦКВ за пределы его расчетной деформации, что таким образом устраняет склонность упругого канатного элемента к остаточной деформации и просадки, способствуя увеличению долговечности опоры в целом.
Техническое решение поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-5.
На фиг. 1 изображены схемы нагружения и нагрузочные характеристики при сжатии и растяжении цилиндрического канатного виброизолятора.
На фиг. 2 изображена поперечная схема расположения виброизолирующих опор СДЭУ.
На фиг. 3 изображена поперечная схема виброизолирующей опоры СДЭУ.
На фиг. 4 изображен вид виброизолирующей опоры СДЭУ сбоку;
На фиг. 5 представлена типичная нагрузочная характеристика «сила - деформация» виброизолятора.
Упругая связь энергетической установки 1 лапами 2 с судавым набором (фундаментом) 3 осуществляется виброизолирующими опорами с корпусом 4 в форме параллелепипеда, внутри которых расположена пара последовательно соединенных цилиндрических канатных виброизоляторов 5 (верхнего), 6 (нижнего) с опорными пластинами 7-10 и плавающим элементами, расположенным между внутренними опорными пластинами 8 и 9 виброизоляторов с крепежными средствами 12-17 (фиг. 2-4). Крепление плавающего элемента 11 к лапе 2 дизеля осуществляется крепежным средством 16 (фиг. 2-4).
Виброизолирующая опора СДЭУ работает следующим образом.
Под действием статической нагрузки от веса СДЭУ 1 упругие канатные элементы нижнего ЦКВ 6 со стороны основания 3 (судового набора, фундамента) испытывают деформацию сжатия, а упругие канатные элементы верхнего ЦКВ 5, расположенные перед плавающим элементом 11, испытывают деформацию растяжения (см. фиг. 1 и 2).
Поскольку все опорные элементы двух ЦКВ закреплены к соответствующим неподвижным и подвижным элементам виброизолятора, то под действием знакопеременной вибрационной нагрузки одновременно работают два ЦКВ, испытывая при этом одновременно знакопеременные деформации (фиг. 1). При направлении возмущающей силы вниз упругий элемент 6 нижнего ЦКВ сжимается, а упругий элемент верхнего 5 ЦКВ растягивается и, наоборот, при изменении направления возмущающей силы вверх упругий элемент нижнего 6 ЦКВ растягивается, а упругий элемент верхнего 5 ЦКВ сжимается.
Такая особенность одновременной работы, но с противоположным характером испытываемой деформации упругих элементов 5, 6 двух ЦКВ, обеспечивает комбинирование их нагрузочных характеристик сжатия и растяжения, следовательно, и высокую эффективность виброизолирующей опоры СДЭУ.
Стальные канаты рассчитаны на высокие растягивающие усилия, поэтому упругий канатный элемент верхнего 5 ЦКВ является работоспособным, в том числе и при выпрямлении витков каната. Эта особенность препятствует деформации сжатия нижнего 6 ЦКВ за пределы его расчетной деформации, что таким образом устраняет склонность упругого канатного элемента к остаточной деформации и просадке, способствуя увеличению долговечности опоры в целом.
Основные свойства виброизолирующей опоры характеризуются двумя участками, представленными на фиг. 5. На начальном участке (участок «вибрация» - малые смещения) виброизолирующие опоры СДЭУ обладают достаточно большой жесткостью. С ростом амплитуды воздействия жесткость опоры уменьшается, вследствие чего его собственная частота все более понижается. При ударной нагрузке начальное перемещение велико (участок «удар», фиг. 5), поэтому жесткость опоры мала и за счет значительной деформации происходит поглощение энергии. Когда ход сжатия опоры достигает приблизительно 75% его номинальной высоты, жесткость снова начинает возрастать. Однако к этому моменту ускорение удара уже уменьшилось и большая часть энергии удара поглотилась (рассеялась). В отличие от прототипа у предложенной опоры диссипативная характеристика более равномерна во всем диапазоне допустимых деформаций, что позволяет эффективно снижать нагрузки до требуемых пределов.
Колебательная энергия от лапы 2 СДЭУ передается через плавающий опорный элемент 11 (фиг. 3, 4) и витки канатных упругих элементов 5, 6. За счет трения между стальными жилами каната происходит рассеяние колебательной энергии и снижение передачи усилий через наружные опорные пластины 7, 10 и корпус 4 на фундамент (участок «вибрация», фиг. 5).
Предлагаемая опора обеспечивает также требуемую защиту при возникновении случайных толчков и сотрясений со стороны судового фундамента 3 (фиг. 2). Таким образом, учитывая представленные выше особенности виброизолирующей опоры СДЭУ, техническое решение является полезным.
Анализ известных технических решений в данной области и смежных отраслях показывает, что конструкций виброизолирующих опор с указанными особенностями, преимуществами и отличительными признаками не имеется.