УСТРОЙСТВО ВИБРОИЗОЛЯЦИИ ВАЛОПРОВОДА С ПОДШИПНИКАМИ И ГРЕБНЫМ ВИНТОМ ОТ КОРПУСА СУДНА
DEVICE FOR VIBRATION INSULATION OF SHAFT LINE WITH BEARINGS AND SCREW PROPELLER OF SHIP HULL

Изобретение относится к области снижения динамических усилий, передаваемых от винта на корпус судна через валопровод, и касается вопросов снижения переменных гидродинамических усилий, передаваемых на корпус через валопровод.
Известно устройство полной виброизоляции валопровода с гребным винтом от корпуса судна, включающее опорный и упорный подшипники гребного вала, смонтированные в жестко связанных между собой трубах: кормовой и несущей, так называемая система ДВП (двигатель-валопровод-подшипник), причем размещенная на упругих элементах в корпусе судна (А.П. Трусов. Изоляция корпуса и корпусных конструкций от усилий, вызывающих вибрацию. Дисс. на соиск. уч. степени к.т.н. Горьковский институт инженеров водного транспорта, 1982 г.) - прототип.
Это устройство, изображенное на рисунке (фиг. 1), включает виброизоляторы 1 опорного подшипника 2 и виброизолятор 3 упорного подшипника 4, закрепленные с одной стороны к корпусу судна 5, а с другой - к жестко связанным между собой несущей 6 и кормовой 7 трубам. Внутри этих труб жестко смонтирована система «гребной винт-валопровод-опорный и упорный подшипники гребного вала» (ГВВП), состоящая из гребного винта 8, валопровода 9, опорного и упорного подшипников гребного вала 10.
Недостатком известного устройства является то, что оно не дает возможность снижать частоты свободных колебаний виброизолирующей системы для дальнейшего повышения виброизолирующей эффективности виброизолирующего крепления при изменении требуемого диапазона частот. Кроме того, недостатком его является то, что при разрушении одного из виброизоляторов виброизоляция системы полностью пропадает.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение виброизолирующей эффективности устройства за счет снижения частоты свободных колебаний виброизолирующей системы в требуемом диапазоне частот и сохранение виброизолирующего эффекта при разрушении любого из виброизоляторов.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве виброизоляции валопровода с гребным винтом от корпуса судна, включающем систему ГВВП с однокаскадным виброизолирующим креплением, состоящим из виброизоляторов опорного и упорного подшипников В корпусе судна жестко расположены связанные между собой несущая и кормовая трубы, внутри которых жестко смонтирована система, установленная через двухкаскадную систему виброизоляции, состоящую из внешнего и внутреннего каскадов виброизолирующего крепления. В состав устройства введена промежуточная рама, установленная на корпусе судна на виброизоляторах, совместно образующих внешний каскад виброизолирующего крепления двухкаскадной системы виброизоляции. При этом несущая и кормовая трубы с жестко смонтированной в них системой ГВВП, расположенные на однокаскадном виброизолирующем креплении, установлены на введенной в устройство промежуточной раме. Крепление дополнено по меньшей мере одним виброизолятором, установленным под несущей трубой, которые в результате образуют внутренний каскад крепления. Конструкция введенной в устройство промежуточной рамы и размещение виброизоляторов внутреннего каскада вдоль линии вала гребного винта выполнены так, чтобы расчетный центр жесткости внутреннего каскада виброизолирующего крепления совпадал с центром тяжести жестко связанных между собой несущей и кормовой труб вместе со смонтированной в них системой, а размещение виброизоляторов внешнего каскада вдоль линии вала гребного винта выполнено так, чтобы расчетный центр жесткости внешнего каскада виброизолирующего крепления совпадал с общим центром тяжести промежуточной рамы и жестко связанных между собой несущей и кормовой труб вместе со смонтированной в них системой.
Дополнение указанного однокаскадного виброизолирующего крепления по меньшей мере одним виброизолятором, установленным под несущей трубой, позволяет разгружать виброизолятор упорного подшипника валопровода гребного винта от действия весовой нагрузки в вертикальном направлении.
Выполнение введенных в устройство и размещенных дополнительных виброизоляторов внутреннего каскада виброизолирующего крепления вдоль корпуса этим способом позволяет разделять между собой по направлениям собственные формы колебаний и соответствующие им значения собственных частот.
Установка жестко связанных между собой несущей и кормовой труб с жестко смонтированными в них элементами системы ГВВП в корпусе судна через двухкаскадную систему виброизоляции, состоящую из внешнего и внутреннего каскадов виброизолирующего крепления, позволяет обеспечивать высокий уровень виброизоляции от корпуса судна системы ГВВП в требуемом диапазоне частот за счет снижения значений частот свободных колебаний данной виброизолирующей системы, а также сохранение виброизолирующей эффективности при разрушении любого виброизолятора.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где представлено предлагаемое устройство двухкаскадной виброизоляции водопровода с подшипниками и гребным винтом от корпуса судна (фиг. 2), вид конструкции промежуточной рамы вид сверху (фиг. 3) и снизу (фиг. 4). На фиг. 5, 6 - данные теоретических исследований эффективности устройства, выполненные расчетным путем для поперечного и продольного направления соответственно.
Предлагаемое устройство виброизоляции валопровода с подшипниками и гребным винтом от корпуса судна включает существующую систему ГВВП с однокаскадным виброизолирующим креплением и дополнено двухкаскадной системой виброизоляции, состоящей из внешнего и внутреннего каскадов виброизолирующего крепления (фиг. 2) и промежуточной рамы 11. Однокаскадное виброизолирующее крепление дополнено по меньшей мере одним виброизолятором 12, установленным под несущей трубой, которое в результате образует внутренний каскад виброизолирующего крепления двухкаскадной системы виброизоляции, опирающийся на промежуточную раму. Внешний каскад образован введенной в состав устройства промежуточной рамы (фиг. 3, 4) и виброизоляторами 13, на которых установлена рама на корпусе судна указанная.
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы системы гребной винт передает вибрации на корпус судна и колебания (вибрацию) всей системы ГВВП. Вибрация передается на несущую конструкцию промежуточной рамы через виброизоизоляторы внутреннего каскада с ослаблением. Конструкция промежуточной рамы является безрезонансной в пределах диапазона частот, соответствующего удвоенному значению собственной частоты наружного каскада в поперечных (вертикальном и траверзном) направлениях. За счет инерционных свойств промежуточной рамы амплитуда вибрации на ней снижается и передается на внешний каскад виброизоизоляции. Благодаря этому происходит снижение динамических сил, передаваемых системой ГВВП на корпус судна.
В отличие от существующей конструкции устройства-прототипа снижение вибраций, передаваемых на корпус судна в поперечных (вертикальном и траверзном) направлениях со стороны ДВП, осуществляется за счет наличия двухкаскадного виброизолирующего крепления, включающего промежуточную раму.
За счет совмещения центров тяжести суммарных весовых нагрузок системы ДВП и промежуточной рамы с центрами жесткости соответствующих виброизолирующих каскадов обеспечивается возможность разделения собственных форм колебаний двухкаскадной системы виброизоизоляции.
z
x
Из частотной характеристики виброизолирующей эффективности устройства по параметру коэффициента динамичности от динамических сил, действующих от винта на корпусные конструкции судна в поперечных (траверзном и вертикальном) направлениях K(фиг. 5) видно, что снижение динамических сил достигает 10÷20 дБ в диапазоне частот ƒ от удвоенной собственной частоты наружного каскада амортизации в поперечном направлении до первой собственной частоты линейных колебаний промежуточной рамы. Для продольного направления снижение динамических сил достигает 15÷30 дБ в диапазоне частот ƒ от удвоенной собственной частоты наружного каскада в продольном направлении до первой собственной частоты линейных колебаний промежуточной рамы по параметру коэффициента динамичности K.
Предлагаемое устройство виброизоляции от корпуса судна валопровода с гребным винтом позволяет обеспечивать повышение виброизолирующего эффекта устройства за счет снижения частоты свободных колебаний виброизолируемой системы путем создания высокого уровня виброизоляции в требуемом диапазоне частот, а также сохранение эффекта виброизоляции при разрушении любого виброизолятора, что выгодно отличает его от прототипа.