Виброактивность современных малооборотных дизелей

Выводы

1. Все изложенное является еще одним подтверждением того факта, что контейнерный терминал должен стремиться зарабатывать деньги за счет перевалки контейнеров, а не их хранения.

2. При ограниченных складских ресурсах пребывание контейнеров на терминале является неизбежным злом, с которым приходится мириться и которое следует минимизировать всеми способами.

3. При неограниченных ресурсах операции не конкурируют за ресурс и могут планироваться независимо.

Литература:

1.Notteboom T. (2006) The time factor in container shipping services. MaritimeEconomicsandLogistics. 8(1), 19-39

2.Кузнецов А.Л. Методология технологического проектирования современных контейнерных терминалов. - 2009, СПб: «Феникс», 132 с.

ВИБРОАКТИВНОСТЬ СОВРЕМЕННЫХ МАЛООБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Худяков С.А., к.т.н., доцент ГМУ им. адм. Ф.Ф Ушакова

Судовые малооборотные дизели являются основным источником вибрации в машинном отделении и в надстройке. Рассмотрена виброактивность современного малооборотного дизеля типа RTflex-96C.

Ключевые слова: вибрации, малооборотный дизель, неуравновешенные моменты, критерий.

THE VIBRATIONAL ACTIVITY OF MODERN LOW SPEED DIESELS

Khudyakov S., Ph.D., assistant professor, Ushakov State Maritime University

Ship low speed diesel engines are a major source of vibration in the engine room and in superstructure. Considered the vibrational activity of modern low speed diesel engine type RTflex-96C.

Keywords: vibration, low speed diesel, unbalance moments, criterion.

Оценка надежности систем испытывающих вибрации, в значительной степени основана на анализе случайных выбросов колебательных процессов и связанных с ними процессов накопления повреждений, например с циклическими нагрузками, вызываемыми вибрацией [1]. Здесь же следует рассматривать резонансные эффекты в упругих системах типа «дизель-днище» (ДД) и различных подсистемах в машинных отделениях (МО), которые возникают во время длительной эксплуатации судов. Это является последствием различных процессов, воздействующих на корпусные конструкции, механизмы и устройства в МО: коррозии конструкций (снижение жесткости отдельных элементов), релаксации напряжений в деталях, появление износов в парах трения, снижение трения во фланцевых соединениях машин и механизмов от попадания смазки и т. п. [2,3]. На основную упругую систему ДД существенное влияние оказывает волнение, как с точки зрения изменения нагрузки на дизель, так и изменение присоединенных масс воды, что отражается на частотах свободных колебаний (ЧСК) и демпфирующих свойствах системы.

Таким образом, оценка вибронадежности механических систем должна производится по критериям, предложенным проф. Бо-лотиным В.В. и Чирковым В.П., для обеспечения безотказной работы упругих систем в МО судов, испытывающих определенный уровень вибрации [1]. Основными критериями вибрационной надежности являются:

1) максимальная величина виброускорения и " (в абсолютных

величинах или относительных - в долях § - ускорения свободного падения). В любом случае это приводит к дополнительным циклическим инерционным нагрузкам. Требование к этому критерию:

и "(У) < [ и "], где [и "] - допускаемый уровень виброускорений по нормам Правил МРС [4];

2) вторая мера вибронадежности - виброперемещение и (У),

которое определяет циклические напряжения в деталях упругой системы и также существенно влияет на циклическую прочность (накопление усталостных повреждений). Нормирование виброперемещений не предусмотрено для морской техники в действующих Правилах МРС, но это может быть получено, используя зависимости для гармонических колебаний

[u] = [u ']/0 = [u"]/о

предложением автора в отношении введения критерия неуравновешенности МОД, который базируется на основе норм виброускорений Правил МРС (п.3.5 главы 3, а также [3,5]). Оценка виброактивности МОД с использованием критерия неуравновешенности производится отдельно по каждой гармонической составляющей неуравновешенных моментов с учетом возможного резонанса в колебаниях системы ДД по определенной форме [3]. Воздействие на рассматриваемую систему ДД нескольких соизмеримых гармонических составляющих возможно определить, получив суммарный возмущающий момент (максимальную его амплитуду и период). Рассмотрим этот эффект на примере МОД типа 9RTflex-96C для гармонических составляющих горизонтального скручивающего

момента ММх , значения которых приведено в таблице (в относительных величинах) [6].

Mx (t) = Х MXv

v=l

cos

Где [и] - допускаемое значение виброперемещения, [и '] -допускаемое значение виброскорости, (О - круговая частота.

Первый критерий виброускорение и " хорошо согласуется с

где ММXV - гармоническая составляющая горизонтального

скручивающего момента н-го порядка; 0)у - круговая частота н-го

порядка; - сдвиг по фазе гармонической составляющей н-го порядка.

На рисунке приведен график горизонтального скручивающего момента ММх МОД типа 9RTflex-96C, полученный с использованием программы 8рекг [11], в которой выполнен расчет суммарного момента по 10 гармоническим составляющим с амплитудами ММху, приведенными в таблице [3].

Максимальное (пиковое) значение ММхр = 1, 8ММСр . Это

значение ММх должно исполь-зоваться в расчетах связей верхнего крепления остова МОД типа 9RTflex-96C фирмы Вяртсиля Зуль-цер (отдельные составляющие значительно меньше).

Так как процесс ММх (У) периодический (амплитуды, частоты и сдвиги по фазе - постоянные), то период возникновения

Рис. График горизонтального скручивающего момента Мхр МОД типа 9RTflex-96C Таблица. Значения гармонических составляющих горизонтального скручивающего момента МХм МОД типа КТ-Лех 96С фирмы Зульцер

Относитель-ный момент, % Число цилиндров

6 7 8 9 10 11 12 14

Mxi 0 8 8 22 0 13 0 0

Mx2 33 8 0 7 5 5 0 0

MX3 29 27 34 37 41 45 49 55

Mx4 38 92 33 36 32 11 38 28

Mx5 0 7 82 26 5 28 0 10

MX6 0 1 0 46 12 15 0 7

Mx7 0 0 0 2 36 3 0 9

Mxs 6 0 0 1 4 22 6 0

Mx9 8 1 0 0 1 0 13 2

MX10 2 5 0 0 0 0 0 2

МХр равен периоду колебаний системы ДД с частотой 1-го порядка> т. е. 1,7 с (при п = 102мин-1).

МХр / Мср, %

Обозначения: М^ - относительное значение (относитель-

= -^min)/2 ;

где Отах и От1п - максимальные и минимальные напряжения.

В этом случае предел выносливости определяется по диаграмме предельных напряжений

но Мср ) гармонической составляющей 1-го порядка горизонталь- или предельных амплитуд цикла в координатах О— и О т , когда

ного скручивающего момента

Второй критерий - виброперемещение (или вибронапряжения) в деталях упругих систем следует рассматривать с точки зрения усталостной прочности, где эти напряжения будут являться

циклическими О а . При симметричном цикле нагружения (гармонический закон изменения напряжений во времени деталей должно выдержи-ваться условие

где Пу - коэффициент запаса по усталостной прочности; О— -

предел выносливости.

В случае асимметричного цикла - необходимо учитывать средние напряжения цикла От , которые зависят от ряда факторов, например от предварительно напряженного состояния деталей крепления (болтов, шпилек, анкерных связей в ДВС и т. п.), и равны

= <Дтах +^min)/2 ;

а амплитуда цикла

^a =f m ) [21.

Приведенные критерии вибронадежности (виброускорение и виброперемещение) нормируются для судовой техники и корпусных конструкций Правилами МРС [4]. Они касаются только вибрационных параметров с вероятностным подходом в оценке возможных выбросов амплитуд вибрации (в том числе от максимального

значения Mхр = 1,8M^p при суммировании нескольких гармонических составляющих в течении одного оборота коленчатого вала, действующего периодически), связанных также с внешним воздействием окружающей среды (волновые и ледовые нагрузки для упругих систем судна). Однако для транспортных судов при соблюдении норм хорошей морской практики (выбор скорости и направления движения относительно волнения) эти нагрузки вызывают определенные проблемы только в корпусных конструкциях в носовой оконечности (в виде остаточных пластических деформаций на обшивке и перекрытиях бортов и днища от слемминга и льда). Что касается оборудования МО (особенно при кормовом его расположении) они передаются в виде затухающих изгибных или крутильных колебаний корпуса судна и особых проблем не вызывают [3,7]. Тем ни менее, при анализе вибрационной надежности упругих систем в составе СЭУ целесообразно учитывать (предложение автора) и технологические факторы, которые касаются не параметров вибрации, а самого объекта исследования - МОД:

1) совершенства его конструкций (например, деталей СТС с минимальными значениями коэффициентов концентрации напряжений);

2) повышенных и стабильных механических характеристик материалов деталей в его конструкции (после выполнения операций по упрочнению рабочих поверхностей);

3) эффективности и стабильности работы демпфирующих устройств, снижающих уровень вибрации при наличии резонансных явлений в колебаниях упругой системы ДД или в валопроводе.

Для учета влияния данных факторов на вибрационную надежность судовой техники необходимо разработать и использовать критерий технологичности конструкций, подверженных вибрации. Это даст возможность оценить вибронадежность техники (отдельных ее узлов и деталей) на стадии проектирования.

Рассмотрим вибронадежность детали типа вал как наиболее простые по конструкции и ответственные элементы судовой энергетической установки. В частности, гребные и промежуточные валы являются наиболее нагруженными и ответственными в структуре гребных установок (работают на кручение и изгиб под действием силы тяжести гребных винтов) [8,9]. Данный расчет показателя надежности - гамма-процентного ресурса судовых валов может быть выполнен с использованием программы Resurs для проектируемого, изготовленного и восстановленного вала [9].

При расчете ресурса судовых валов используется коэффициент упрочнения материала (за счет поверхностного пластического деформирования), который определяется расчетом по программе Plast. Алгоритм этой программы предусматривает определение параметров режимов обкатки поверхностей валов с целью повышения прочности и износостойкости и повышения предела выносливости для не рабочих поверхностей (галтелей, где повышена концентрация напряжений). В этой же программе выполняется расчет элементов накатывания резьбы [9].

Для обеспечения прочности соединений валов с муфтами и гребными винтами разработаны алгоритмы программ Konus и Press, результаты расчетов по которым гарантируют необходимые запасы прочности и безотказность работы соединений [3,9,10].

Заключение.

1. Предлагаемые критерии вибростойкости упругих систем в МО транспортных судов дают возможность гарантировать надежную работу СТС под воздействием неуравновешенных моментов главных МОД, а также внешних случайных нагрузок.

2. В статье приведен пример оценки виброактивности только одного 9-ти цилиндрового дизеля, но методика анализа неуравновешенных моментов может быть успешно применена для всего ряда

МОД, приведенных в таблице.

3. Предлагаемые критерии технологичности, заключающиеся в приспособленности СТС, воспринимать циклические нагрузки от вибрации, могут быть определены на стадии проектирования судна по результатам реализации ряда операций в техноло-гичес-ких процессах изготовления техники и конструкций ее крепления.

Литература:

1. Вибрация в технике: Справочник. В 6-ти т./ Ред.совет: Чело-мей В.Н. (пред.) - М.: Машиностроение, 1978-1981.

2. Биргер И.А. Расчет на прочность деталей машин: справочник / И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич //- М.: Машиностроение, 1999. - 640 с.

3. Худяков С.А. Практика решения проблем вибрации судовых дизелей: монография/ С.А. Худяков // - Владивосток: Мор. гос. унт, 2006. - 172 с.

4. Правила классификации и постройки морских судов. В 2-х т. / Глав. Управ. Росс. мор. регистра судоходства. - СПб, 2011. - Т.2. -620 с.

5. Тарануха Н.А. Рекомендуемые критерии оценки неуравновешенности судовых малооборотных дизелей / Н.А. Тарануха, С.А. Худяков // Ученые записки КнАГТУ. Комсомольск-на-Амуре: КнАГ-ТУ, 2012. - №IV-1(12). - С. 94-99.

6. Engine Selection and Project Manual / Sulzer RT-flex96C. Engine data // Wartsila Switzerland Ltd. (Tabl. D5.8 External forces and moments).

7. Струтынский А.В. Повреждения и отказы судовых технических средств: учеб. пособие /А.В. Струтынский, С.А. Худяков //

- Владивосток. Мор. гос. ун-та, 2012. - 160 с.

8. Худяков С.А. Оценка гамма-процентного ресурса судовых гребных валов после восстановления / С.А. Худяков // Транспортное дело России / Специальный выпуск, №3. - М.: Транспорт, 2005.

- С.74-78.

9. Худяков С.А. Технологические расчеты в судовом машиностроении: учеб. пособие / С.А. Худяков // - Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2003. - 53 с.

10. Худяков С.А. Проблемы прессовой посадки гребных винтов в насадке / С.А. Худяков, А.В. Струтынский // Транспортное дело России / Специальный выпуск, №3. - М.: Транспорт, 2005. -С.58-59.

11. Худяков С.А. Спектральный анализ вибрационных процессов (Spectrum analysis of vibration): свид-во о гос. регист. программы для ЭВМ №2013616599 / Худяков, С.А. Заявка №2013611408; заявл. 01.03.2013; опубл. 11.07.2013. Реестр программ для ЭВМ.