Устройство вибродемпфирования виброизолированного от корпуса судна валопровода
VIBRATION DAMPING DEVICE OF A SHAFT LINE VIBRATION-INSULATED FROM A SHIP HULL

Изобретение относится к области судостроения, а именно к судовым двигательно-движительным установкам с уменьшенными уровнями вибрации и излучаемого шума. Изобретение может быть использовано для снижения вибрации двигательно-движительной установки с виброизолированным от корпуса судна валопроводом и шума, обусловленного ее работой, в помещениях судна и окружающей среде.
Входящая в двигательно-движительную установку система «гребной винт - валопровод - опорные и упорный подшипники» - один из основных источников вибрации и шума на судах, которые являются нормируемыми и контролируемыми характеристиками. Вращающийся в подшипниках валопровод оказывает на корпус судна непосредственное динамическое воздействие, например, ввиду остаточного дисбаланса. Кроме того, вибрации, возникающие при работе главных механизмов и при обтекании потоком гребного винта, передаются от валопровода через подшипники на корпус и могут являться источником недопустимо высоких уровней вибрации судовых конструкций и шума в помещениях и окружающей среде.
Один из основных способов снижения вибрации и связанного с ней шума - поглощение колебательной энергии в конструкциях, т.е. преобразование ее в тепло. Чем больше поглощение, тем меньше вибрация конструкций и шум в помещениях при одной и той же виброактивности источников. Амплитуда колебаний на резонансной частоте зависит от степени поглощения (демпфирования), жесткости и массы конструкции. Введение в конструкцию дополнительных механических потерь снижает амплитуды колебаний в области ее резонансных частот. В технике для описания затухания колебаний (демпфирования или вибродемпфирования) конструкций используются коэффициенты затухания во времени, в пространстве, время реверберации и другие характеристики. Наиболее распространенной в технической виброакустике характеристикой вибродемпфирования является коэффициент потерь. (Никифоров А.С. Вибропоглощение на судах. Изд. «Судостроение», Л., 1979).
Известно устройство вибродемпфирования механической системы (зубчатой передачи), представляющее собой вибродемпфирующий элемент, состоящий из чередующихся жестких слоев (пластин) и упругих слоев (колец), устанавливаемый на вибрирующей конструкции (Заявка на изобретение РФ №2005112206/11, опубл. от 27.10.2006).
Недостатком данного технического решения является размещение вибродемпфирующих элементов на самой вибрирующей конструкции, тогда как размещение таких элементов на судовом валопроводе обычно невозможно.
Известно устройство виброизоляции от корпуса судна валопровода, включающее раму валопровода, внутри которой смонтирован валопровод с опорными и упорным подшипниками, установленную на виброизолирующие крепления (Устройство для упругой подвески валопровода (Авторское свидетельство СССР №958223, опубл. от 15.06.1982, №34). По данному изобретению валопровод с опорными и упорным подшипниками располагается в гильзах (трубах), виброизолированных от корпуса судна. Гильзы (трубы) фактически являются аналогом опорной рамы, обычно применяемой для повышения эффективности виброизоляции амортизированных механизмов.
Недостатком данного устройства является то, что его эффективность снижается или даже становится отрицательной при возникновении резонансных колебаний валопровода и рамы.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности виброизоляции валопровода от корпуса судна даже при выходе из строя или разрушении одного или нескольких виброизолирующих креплений рамы валопровода.
Для достижения данного технического результата предлагаемое устройство вибродемпфирования виброизолированного от корпуса судна валопровода, включающее раму валопровода, внутри которой смонтирован валопровод с опорными и упорным подшипниками, установленную на виброизолирующие крепления, снабжено вибродемпфирующими пластинами, которые крепятся на раму валопровода с помощью крепежных элементов, при этом пластины состоят из скрепленных между собой чередующихся металлических слоев и слоев вибропоглощающего материала, а в местах крепления все слои, кроме одного металлического слоя, используемого для крепления слоистой пластины к раме, имеют вырезы для установки крепежных элементов.
Вибродемпфирующие пластины могут быть прямоугольными и состоять из двух металлических слоев и расположенного между ними слоя вибропоглощающего материала.
В качестве крепежных элементов могут быть использованы резьбовые шпильки.
Для достижения максимальной эффективности геометрические характеристики вибродемпфирующих пластин выбираются так, чтобы их резонансная частота колебаний совпадала с резонансной частотой совместных колебаний валопровода и рамы, коэффициент потерь пластин подбирается близким к оптимальному, место установки пластин на раму выбирается в области максимальных амплитуд колебаний рамы (в пучностях форм колебаний).
Введение в состав устройства виброизоляции от корпуса судна валопровода вибродемпфирующих пластин, которые крепятся на раму валопровода с помощью крепежных элементов, и состоящих из скрепленных между собой чередующихся металлических слоев и слоев вибропоглощающего материала, а в местах крепления пластины все слои, кроме одного металлического слоя, используемого для крепления слоистой пластины к раме, имеют вырезы для установки крепежных элементов, позволяет получить новое свойство, которое заключается в возможности значительного снижения вибрации валопровода и рамы на резонансных частотах их совместных колебаний, а также снижения вибрации корпуса судна в целом, за счет эффекта комбинированного использования виброизолирующих креплений рамы и вибродемпфирующих пластин, которые крепятся на раму валопровода, что обеспечивает повышение эффективности виброизоляции валопровода от корпуса судна даже при выходе из строя или разрушении одного или нескольких виброизолирующих креплений рамы валопровода.
Согласно результатам математического моделирования на нескольких низших резонансных частотах системы «гребной винт - валопровод - рама -опорные и упорный подшипники» возникают совместные колебания валопровода и рамы. Поэтому размещение вибродемпфирующих элементов на раме, а не на самом валопроводе, является эффективным.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 показаны валопровод 1, рама валопровода 2 на виброизолирующих креплениях (виброизоляторах) 3 с установленными вибродемпфирующими пластинами 4 с креплением на резьбовой шпильке 7 к раме 2 посередине длинной стороны.
На фиг. 2 показана вибродемпфирующая прямоугольная пластина 4, состоящая из двух слоев металла 5 с промежуточным слоем вибропоглощающего материала 6 с одним креплением к раме 2 на резьбовой шпильке 7.
Устройство вибродемпфирования виброизолированного от корпуса судна валопровода работает следующим образом.
На низших резонансных частотах системы «гребной винт - валопровод - рама - опорные и упорный подшипники» возникают совместные колебания валопровода и рамы. Поэтому размещение вибродемпфирующих пластин 4 на раме 2, а не на самом валопроводе 1, является эффективным. Значительного снижения вибрации системы «валопровод - рама» на резонансных частотах их совместных колебаний, а также снижения вибрации корпуса судна в целом, добиваются за счет эффекта комбинированного использования виброизолирующих креплений 3 рамы 2 и вибродемпфирующих пластин 4, которые крепятся на раму 2 валопровода 1, что обеспечивает повышение эффективности виброизоляции валопровода от корпуса судна даже при выходе из строя или разрушении одного или нескольких виброизолирующих креплений 3 рамы 2 валопровода 1.
При осуществлении изобретения сначала определяются резонансные частоты, формы и коэффициенты потерь колебаний рамы 2 валопровода 1. Если конструкция установлена на судне, эти характеристики определяются экспериментально. Если устройство виброизоляции валопровода с подшипниками и гребным винтом от корпуса судна проектируется, то частоты и формы определяются по результатам численного моделирования, а коэффициенты потерь назначаются по прототипу. С учетом ограничений, обусловленных конструктивными особенностями рамы 2 валопровода 1 и условиями эксплуатации, конструкция, форма, размеры, характеристики материалов, вибродемпфирующих пластин 4 подбираются, с применением численного моделирования, таким образом, чтобы совпадали резонансные частоты вибродемпфирующих пластин 4 и валопровода 1 с рамой 2. Кроме того, для достижения максимальной эффективности коэффициент потерь пластин 4 подбирается близким к оптимальному и место установки пластин на раму 2 выбирается в области максимальных амплитуд колебаний рамы (в пучностях форм колебаний). Например, в качестве вибродемпфирующих пластин 4 могут быть использованы прямоугольные пластины, состоящие из двух слоев металла 5 с промежуточным слоем вибропоглощающего материала 6.
Если задано требуемое снижение вибрации рамы, то общепринятыми при проектировании способами (с применением численного моделирования или по прототипу, если таковой имеется) определяется также потребный состав комплекта вибродемпфирующих пластин 4. Точная настройка резонансных частот демпфирующих устройств после монтажа на раме осуществляется, при необходимости, путем установки на демпфирующих устройствах дополнительных настроечных масс и/или изменения местоположения вибродемпфирующих пластин 4 на крепежных элементах 7.
Изобретение может быть использовано для снижения вибрации валопроводов не только судов, но и других изделий машиностроения.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Никифоров А.С. Вибропоглощение на судах. Изд. «Судостроение», Л., 1979.
2. Заявка на изобретение РФ №2005112206/11, опубл. от 27.10.2006.
3. Авторское свидетельство СССР №958223, опубл. от 15.06.1982, №34 - прототип.