close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Poyasnitelnaya zapiska(15)

код для вставкиСкачать
Оглавление
Введение7
1. Общепроектная часть. Выбор и расчёт ЭУ танкера.9
1.1 Описание объекта и района эксплуатации10
1.2 Обоснование выбора ЭУ13
1.3 Расположение оборудования в машинном отделении16
1.4 Расчет потребной мощности ЭУ18
1.5 Системы дизельных установок22
1.5.1 Топливная система.25
1.5.2 Система охлаждения.26
1.5.3 Система сжатого воздуха.27
1.5.4 Масляная система.28
1.5.5 Газовыхлопная система.30
1.5.6 Утилизационный котел.32
1.6 Расчет главного двигателя38
1.6.1 Общие сведения.36
1.6.2. Тепловой расчет двухтактного дизеля с наддувом43
2. Специальная часть.46
Исследование вибродемпфирующих покрытий. Введение47
2.1 Основные методы виброзащиты. Классификация вибродемпфирующих покрытий.48
2.1.1 Источники колебаний и объекты виброзащиты.49
2.1.2 Основные методы виброзащиты.50
2.1.3 Классификация вибродемпфирующих покрытий.52
2.2 Виброизоляция и вибропоглощение.55
2.2.1 Виброизоляция.55
2.2.2 Вибропоглощение.57
2.3 Определение собственных частот и собственных форм пластин.57
2.4 Влияние вибродемпфирующего покрытия на частотную характеристику.59
3. Технологическая часть.66
3.1 Технология оценки эффективности вибропоглощения на судах.67
3.2 Технология нанесения вибропоглощающих покрытий на судовые конструкции.68
3.3 Монтаж вибропоглощающих покрытий.72
3.4 Рекомендации по применению средств вибропоглощения на судах.73
4. Экономическая часть.75
4.1 Определение себестоимости проведения виброакустических испытаний в лаборатории76
5. Охрана труда.82
5.1 Техника безопасности при работе на виброакустических установках лаборатории кафедры81
Заключение90
Список литературы.95
Введение
Освоение полярных областей, начавшееся примерно 100 лет назад, ведется в наши дни с применением новейших технических средств. Тем не менее, мы еще далеки от того, чтобы считать вопрос о плавании судов в полярных льдах полностью решенным. Поиски новых решений, касающихся оптимальной организации ледовых плаваний, продолжаются. Если прежде движущими силами покорителей полярных областей были жажда познать неведомое и спортивное честолюбие, то сейчас, а в еще большей степени в будущем, превалирующим фактором являются экономические интересы.
Север России - это, прежде всего богатейшая минерально-сырьевая база страны, особенно с учетом богатств не только суши, но и арктических морей. Север является глобальным экологическим и стратегическим резервом XXI века и на более отдаленную перспективу не только России, но и всей планеты.
Освоение природных ресурсов и развитие производительных сил в северных районах являются важнейшими элементами экономической стратегии России на предстоящий длительный период. В исследованных в геологическом отношении районах Арктики найдены несметные запасы сырья, которые нужно не только добыть, но и вывезти. Но как раз здесь и возникают значительные трудности. Льды чинят препятствия морскому судоходству не только за Полярным кругом, но и южнее его, в прибрежных морях на севере азиатского и американского материков. Продление навигационного периода в этих районах возможно лишь при условии совершенствования техники и технологии преодоления ледовых препятствий.
Какие возможности для этого имеются в настоящее время? В основном можно отметить три варианта движения судов в полярных морях:
- под льдом на подводных судах;
- над льдом, например, на судах на воздушной подушке;
- сквозь льды с разрушением льда.
Не будем рассматривать два первых варианта, так как разработка подводного танкера и танкера на воздушной подушке, это тема будущих дипломных проектов, тем самым перейдем к рассмотрению третьего способа передвижения во льдах.
Разрушение льдов до сих пор, несмотря на многочисленные предложения по рационализации этого процесса, производится по одному и тому же принципу. Форштевню судна придается специальная так называемая ледокольная форма, отличающаяся от обычной подрезом в подводной части. Форма штевня, а также большая удельная мощность энергетической установки способствуют подъему носовой оконечности и выходу ее на поверхность ледяного поля. Под тяжестью судна лед ломается и оттесняется корпусом судна в стороны. Ледокол прокладывает во льдах канал, по которому за ним идет целый караван судов. Ледоколы в высшей степени приспособлены к выполнению этой функции.
Следует, однако, уделить внимание и другому направлению в решении этой проблемы - созданию крупного транспортного судна, способного самостоятельно (без сопровождения ледокола) плавать во льдах. Интерес к такому судну объясняется потребностью в вывозе из полярных районов большого количества сырья.
Причиной способствовавшей возросшему спросу на ледовые танкеры, можно считать проектирование и строительство новых нефтяных терминалов и портов в замерзающих морях, и прежде всего Приморск, Высоцк, Усть-Луга на Балтике, Де-Кастри, Находка на Дальнем Востоке. Поэтому мной в общей части дипломной работы рассмотрен танкер ледового класса, а также спроектирована судовая энергетическая установка, что подразумевает обоснование выбора типа установки, разработку принципиальной тепловой схемы дизеля с описанием входящих в её состав систем, а также выполнение теплового расчёта главной энергетической установки - дизеля.
1. Общепроектная часть.
Выбор и расчёт ЭУ танкера.
1.1 Описание объекта и района эксплуатации
Район эксплуатации объекта
Танкер предполагается для эксплуатации в районе Печорского и Баренцева морей, где открыто нефтяное месторождение Приразломное, запасы которого, по предварительным данным, оцениваются в 70 млн. тонн.
Нефтяное месторождение Приразломное расположено в юго-восточной части Печорского моря в 320 км от речного порта Нарьян-Мар и в 960 км от морского незамерзающего морского порта Мурманск. Район характеризуется суровыми природно-климатическими и ледовыми условиями. Ледовый период продолжается 8-10 месяцев, толщина льда 2,5-3 м , минимальная температура воздуха -47 С, глубина моря до 30 м. Толщина однолетнего льда без торосов при глубине 30 м составляет 0,3 м, при глубине 10 м-0,5 м. Скорость дрейфа льда 0,26 м/с. Скорость течения на поверхности (с учетом ветрового дрейфа) составляет 1 м/с. Скорость ветра на высоте 10 м от спокойного уровня воды с осреднением в 10 мин. возможная 1 раз в 100 лет составляет 40,0 м/с. Высота волны расчетная, возможная 1 раз в 100 лет (для глубины моря 30 м) - 10,7 м. Длина волны - 146-208 м.
Описание объекта
Проектируемый танкер (см. рис. 1.1) представляет собой судно валовой вместимостью 10 298 рег. т и дедвейтом 15 530 т при проектной осадке 8,7 м предназначено для транспортировки нефтепродуктов, и газового конденсата при температуре воздуха до -35 C. Ледокольная носовая оконечность, усиленная конструкция корпуса призваны обеспечить преодолевание с постоянной скоростью годовалого льда толщиной до 0,4 м со снежным покровом 0,2 м. Форма обводов корпуса оптимизирована по результатам модельных испытаний в опытовом бассейне в Гамбурге. Для корпуса в основном (80%) применена сталь повышенной прочности.
Шестнадцать грузовых танков, вмещающих 17 210 м3 жидкости, имеют двойные борта (1,32 м) и днище (1,5 м), где располагаются цистерны изолированного балласта. Два отстойных танка (180 м3) в соответствии с требованиями для судов, плавающих по Северному морскому пути, отделены от обшивки коффердамами, но в других районах часть из них может быть использована для топлива с целью увеличения дальности плавания. На внутреннюю поверхность грузовых танков нанесено стойкое к химикатам покрытие "Marine Line" американской фирмы Applied Polimer Sciences.
Рисунок 1.1 Общий вид танкера.
Одновременно может транспортироваться груз двух сортов, соответственно два грузовых насоса располагаются в насосном отделении, находящемся в носовой части машинного отделения. Грузовые и отстойные танки снабжены нагревательными змеевиками из нержавеющей стали и стационарными моющими устройствами.
Водяной балласт (5640 м3) располагается в полностью окрашенных цистернах, для него предусмотрено два центробежных насоса подачей по 300 м3/ч и соответствующая система оцинкованных трубопроводов. Грузовые операции осуществляются с использованием компьютерной системы мониторинга.
Главный двигатель работает непосредственно на ВРШ. В носовой оконечности - подруливающее устройство мощностью 495 кВт. Электроэнергия вырабатывается двумя дизель-генераторами мощностью по 670 кВт. Имеются утизационный котёл - паропроизводительностью 7 т/ч. Ёмкость цистерн для тяжёлого топлива 1100 м3, для дизельного - 40 м3.
В корме по правому борту установлен кран грузоподъёмностью 7 т, в корме по левому борту сбрасываемая шлюпка на 28 чел. Судно оборудовано компьютером HP VECTRA XM 5/90.
Основные характеристики судна:
Длина, м
наибольшая
между перпендикулярами
Ширина наибольшая, м
Высота борта на миделе, м
Осадка наибольшая, м
Дедвейт, т
Валовая вместимость, рег. т Вместимость грузовых танков, Скорость на чистой воде, узл
Ледопроходимость, м0,4
Дальность плавания, миль12000
Экипаж, чел19 (+3)
1.2 Обоснование выбора ЭУ
В качестве главных двигателей в судовых энергетических установках могут применяться паровые машины или турбины, двигатели; внутреннего сгорания и газовые турбины. Широкое распространение за последнее время получили газотурбинные установки со свободнопоршневыми генераторами газа и ядерные установки. Сейчас морской флот пополняется в основном дизельными судами. Это объясняется большой экономичностью и другими преимуществами дизелей.
Применение в качестве главных двигателей дизелей позволяет обеспечить:
1) лучшее использование тепла и меньший расход топлива, причем в установках с утилизацией тепла отходящих газов и охлаждающей воды может быть полезно использовано до 45-50% тепла, выделенного топливом;
2) больший район плавания судна без пополнения запасов топлива;
3) большую полезную грузоподъемность судна вследствие меньших габаритных размеров установки при отсутствии котельных отделений;
4) готовность к действию установки и возможность пуска двигателей в течение нескольких секунд;
5) меньший расход топлива при стоянке в порту;
6) меньшее количество обслуживающего персонала из-за отсутствия кочегаров;
7) лучшие условия для внедрения автоматизации;
8) большую безопасность обслуживания из-за отсутствия котлов и паровых магистралей.
В морских и речных двигателях широко используется газотурбинный наддув, автоматизация и дистанционное управление.
Основным направлением развития двигателей внутреннего сгорания всех типов является повышение их надежности, долговечности и экономичности, а также снижение эксплуатационных расходов за счет внедрения тяжелого топлива и средств автоматизации, увеличение межремонтного периода. Все это и предопределяет ведущее место двигателей внутреннего сгорания на судах морского и речного флота.
Экономичность современных двухтактных и четырехтактных двигателей примерно одинакова. Шумность у двухтактных двигателей несколько ниже, чем у четырехтактных, из-за отсутствия впускных и выпускных клапанов и привода к ним.
Исходя из вышеизложенного в качестве главного двигателя примем малооборотистый двухтактный дизель. Благодаря значительному перепаду температур при осуществлении цикла (от 300 - 320 до 1800 - 2000 °К) дизели являются в данное время наиболее экономичными тепловыми двигателями. Вместе с тем, несмотря на высокие температуры цикла, двигатели этого типа могут работать надежно, так как действие высоких температур является периодическим и после сгорания топлива, расширения газов и их выпуска в цилиндр поступает свежий воздух, а стенки цилиндра охлаждаются водой или воздухом.
Использование дизеля обосновано тем, что он обеспечивает более экономичную работу и быстрый выход на рабочий режим, по сравнению с другими силовыми установками. Этот двигатель также высоконадежен, обладает малым уровнем шума, небольшой стоимостью, низким расходом масла и топлива. Работа дизеля на тяжёлых сортах топлива также снижает его эксплуатационную стоимость.
Экономичность установки зависит не только от двигателей, но и от передач, кроме того, от последних зависит также маневренность судна и его приспособленность к работе на различных режимах.
В нашем случае применим установку с прямой жесткой передачей (рис. 1.2), в которой выходной фланец вала двигателя 3 непосредственно соединен с валопроводом. В таких установках обычно используют малооборотные реверсивные дизели со встроенным в корпусе двигателя упорным подшипником 2. Эти установки имеют высокую экономичность благодаря относительно малому расходу топлива главными двигателями, небольшим затратам энергии на нужды установки и малым потерям в прямой передаче. В передаче между двигателем и движителем остаются только потери в валопроводе, которые зависят в основном от числа опорных подшипников 1, т. е. от длины валопровода. При кормовом расположении МО к. п. д. валопровода обычно вал= 0,98 - 0,99.
Рисунок 1.2 Схема дизельной установки с прямой передачей.
В качестве движителя используем винт регулируемого шага (ВРШ), что позволит регулировать скорость, не изменяя число оборотов двигателя. Это даст возможность работать только на самом экономичном режиме.
1.3 Расположение оборудования в машинном отделении
На рис. 1.3 показана схема размещения оборудования в трюме МО танкера. Главный двигатель - малооборотистый дизель. По правому борту от носа в корму размещены: оборудование системы охлаждения забортной и пресной водой, деаэратор, опреснительная установка, холодильники масла главного двигателя, насосы и другое оборудование системы циркуляционной смазки главного двигателя, оборудование систем сепарации и перекачки масла и насосы забортной воды для бытовых нужд.
Рисунок 1.3 Схема расположения механизмов и оборудования в МО танкера.
1. - Дизель; 2. - Сепаратор масла; 3. - Фильтр грубой очистки масла; 4. - Фильтр тонкой очистки масла; 5. - Охладитель масла; 6. - Электронасос для прокачки масла; 7. - Резервный электронасос масла; 8. - Цистерна расходная масляная; 9. - Цистерна расширительная; 10. - Подогреватель воды; 11. - Охладитель воды; 12. - Электронасос; 13. - Дизель-генератор; 14. - Компрессор; 15. - Осушительный поршневой насос; 16. - Насос забортной воды; 17. - Топливоперекачивающий насос; 18. - Насос забортной воды; 19. - Топливный ручной поршневой насос; 20. - Балон сжатого воздуха к главному двигателю; 21. - Баллон сжатого воздуха к вспом. дизель-генераторам; 22. - Гидрофор пресной воды; 23. - Гидрофор забортной воды; 24. - Подогреватели масла; 25. - Днищевой кингстон; 26. - Бортовой кингстон; 27. - Фильтр забортной воды; 28. - 3-ёх клапанная коробка; 29. - 3-ёх клапанная коробка невозвр.-запорная; 30. - 4-ёх клапанная коробка невозвр.-запорная; 31. - 5-и клапанная коробка к топливному трубопроводу; 32. - Распред. коробка пресной вод; 33. - Радиатор водяного отопления; 34. - Цистерна отработанного топлива; 35. - Цистерна чистого масла; 36. - Цистерна отработанного масла; 37. - Щит манометров; 38. - Сепаратор топлива; 39. - Клинкетная водонепроницаемая дверь; 40. - Поддон под топливный ручной насос; 41. - Магнитный пускатель; 42. - Манометрическое реле; 43. - Главный распределит. щит; 44. - Силовой распред. щит; 45. - Щит нормального освещения; 46. - Трансформатор; 47. - Пульт связи и сигнализации; 48. - Баллон; 49. - Щит приборов 50. - Фильтр трюмных вод.
По левому борту от носа в корму расположены охлаждающие насосы конденсаторов турбоприводов, пожарные насосы, сепаратор трюмных вод, балластно-осушительные насосы, оборудование системы сепарации топлива, топливоперекачивающие насосы, оборудование систем смазки приводов топливных насосов, а также подкачки топлива на главный двигатель.
В нос от МО расположено насосное отделение, где размещены грузовые турбонасосы, поршневые зачистные насосы и балластные.
На первой платформе размещены компрессорная установка с баллонами пускового воздуха, а в насосном отделении - турбоприводы грузовых насосов и конденсаторы пара турбоприводов. На второй платформе находятся кладовые и мастерские. Над насосным отделением установлен главный распределительный щит (ГРЩ). На третьей платформе находится электростанция, состоящая из двух дизель-генераторов.
На главной палубе расположена котельная установка с двумя котлоагрегатами и оборудованием систем питания и подачи топлива. На этом же уровне находятся холодильные машины системы кондиционирования, несколько выше - утилизационный котел.
1.4 Расчет потребной мощности ЭУ
Найдем полное сопротивление среды движению судна.
, [ 2 ](1.1)
где - сопротивление воды,
- сопротивление воздуха.
Сопротивление воздуха, в предположении, что ветер дует навстречу движению судна, может быть рассчитано по формуле,
, [ 2 ](1.2)
где - коэффициент воздушного сопротивления;
- массовая плотность воздуха;
- скорость судна в ();
- скорость ветра ();
- площадь проекции надводной части судна на плоскость мидель-шпангоута, (см. рис. 1.4)
(1.3)
Рисунок 1.4 Площадь проекции надводной части судна на плоскость мидель-шпангоута
гдеB - ширина подводной части корпуса ();
H - высота борта ();
T - осадка судна ();
- высота надстроек и рубок ().
.
Сопротивление воды определяется по формуле: , [ 2 ](1.4)
где - массовая плотность морской воды;
- площадь смоченной поверхности;
- коэффициент сопротивления.
Площадь смоченной поверхности Ω может быть подсчитана по формуле В.А. Семеки, [ 2 ]
(1.5)
или по более простой формуле Мумфорда, [ 2 ]
,(1.6)
(1.7)
.
Коэффициент сопротивления определяется как сумма коэффициентов сопротивления трения, остаточного сопротивления (состоящего, в свою очередь, из сопротивления формы и волнового сопротивления), сопротивления шероховатости и сопротивления выступающих частей.
. [ 2 ](1.8)
Коэффициент сопротивления трения находится по формуле Прандтля-Шлихтинга, [ 2 ]
,(1.9)
,(1.10)
где - коэффициент кинематической вязкости воды.
,
.
Коэффициент остаточного сопротивления можно найти по графику Штумпфа [ 2 ]
(1.11)
.
Коэффициент шероховатости примем:
.
Коэффициент выступающих частей
.
;
; [ 2 ]
. [ 2 ]
После того, как известно полное сопротивление движению, можно определить потребную мощность двигателя N (кВт).
, [ 2 ](1.12)
где - запас мощности двигателя,
- пропульсивный коэффициент, равный,
. [ 2 ](1.13)
В котором - к. п. д. гребного винта () (ВРШ);
- коэффициент влияния корпуса ();
- к. п. д. валопровода ();
- к. п. д. передачи (, т.к. передача прямая).
.
,
примем .
Так как у судна ледокольная носовая оконечность и усиленная конструкция корпуса, то с учетом мощности главной энергетической установки судно может преодолевать с постоянной скоростью ледовый покров годовалого льда толщиной до 0,4 м со снежным покровом 0,2 м. 1.5 Системы дизельных установок
Общие сведения
Для обеспечения главных и вспомогательных дизелей топливом, маслом, водой и воздухом, а также для удаления продуктов сгорания СЭУ оборудуют системами: топливной, масляной, водяного охлаждения, сжатого воздуха, газовыпуска. Каждая система может быть подразделена на две части: непосредственно связанную с дизелем и судовую. Первая часть системы является неотъемлемым конструктивным элементом дизеля. К ней присоединяется судовая часть, состав и компоновка которой зависят не только от мощности и конструкции дизеля, но и от расположения оборудования в машинном помещении.
Перемещение рабочих тел по трубопроводам, подготовка и изменение их параметров, обеспечивающих нормальные условия работы дизелей, осуществляются различными механизмами и устройствами, которыми оборудуют системы (компрессорами, холодильниками, сепараторами, фильтрами, насосами, регулирующей и управляющей арматурой и т. п.).
Часть механизмов систем имеет непосредственный привод от главного или вспомогательного дизеля (навешенные механизмы). С навешенными вспомогательными механизмами выпускают большинство судовых дизелей, имеющих частоту вращения вала 250 мин-1 и выше, мощностью до 2950 кВт. Обычно этими механизмами являются топливоподкачивающий насос, насосы циркуляционной и забортной воды, нагнетательный и откачивающий масляные насосы.
Надежная работа главных и вспомогательных дизелей находится в прямой зависимости от бесперебойного действия обслуживающих их систем. Даже кратковременный перерыв в подаче одного из рабочих тел приводит к немедленной остановке дизеля, а иногда к аварии. Поэтому надежность постоянно действующих систем должна быть не ниже надежности дизеля, который они обслуживают. Для обеспечения требуемой надежности систем применяют резервирование механизмов и устройств (насосов, фильтров, компрессоров, теплообменных аппаратов и др.).
Рисунок 1.5 Тепловая схема дизеля. 1.5.1 Топливная система.
Рассматриваемая система служит для приема, перекачки, хранения, очистки, подогрева, транспортировки жидкого топлива к дизелям и автономным котлам. У некоторых дизелей топливо используется для охлаждения форсунок.
Основной запас топлива размещают в носовой части судна и в междудонном пространстве судна под машинными помещениями и грузовыми трюмами. Располагать его под котлами и жилыми помещениями запрещается. В связи с тем, что топливо обладает высокой проникающей способностью, топливные отсеки и цистерны отделяются от отсеков пресной воды коффердамами.
Топливные цистерны устанавливают на расстоянии не менее 600 мм от задней стенки котла и 450 мм от его корпуса.
При хранении топлива в междудонном пространстве часть его (аварийный запас) в количестве не менее суточного расхода по Правилам Регистра должна размещаться вне двойного дна.
Прием топлива на судно в цистерны основного запаса с береговых или плавучих бункеровочных баз должен обеспечиваться с двух бортов закрытым способом. Число и диаметр отверстий для приема топлива на каждом борту зависят от мощности установки, автономности плавания судна и расположения топливных цистерн.
Для приема топлива на судне имеется постоянный трубопровод, который снабжен необходимой арматурой для подачи топлива во все цистерны основного запаса. Он заканчивается на главной палубе наливными втулками, снабженными крышкой и сеткой. Погрузочный шланг с бункеровочной базы закрепляется в наливной втулке замком.
Кроме запасных, на судах устанавливают цистерны расходные, расходно-отстойные, сточные, грязного топлива.
Подача топлива к потребителям производится из расходных цистерн. Их обычно размещают в машинном помещении на высоте, обеспечивающей поступление топлива к дизелям, автономным котлам или топливоподкачивающим насосам самотеком. Топливные цистерны не рекомендуется размещать над трапами, главными механизмами, котлами, газоотводными трубами, дымоходами, электрическим оборудованием, а также над постами управления главными двигателями.
Топливоперекачивающие и топливоподкачивающие насосы зарезервированы для обеспечения надежности системы.
Напор, создаваемый перекачивающим насосом, обычно находится в пределах 25 - 50 м. вод. ст., а производительность перекачивающего насоса выбирают из расчета, чтобы время перекачки топлива из наибольшего отсека составляло примерно 2 - 4 ч.
Емкость расходных цистерн тяжелого топлива принята из условия обеспечения работы двигателей на номинальной мощности в течение не менее 12 ч без пополнения цистерн, а цистерн дизельного топлива - не менее 8 ч. В расходных цистернах топливо также отстаивается, и это необходимо учитывать при выборе их емкости.
При работе дизелей на тяжелых сортах топлив запасные, отстойные, расходные и сточные цистерны оборудуют системой подогрева. Для этого в нижней части цистерн вблизи приемных патрубков трубопроводов устанавливают змеевиковые подогреватели, по которым циркулирует горячая вода или насыщенный пар под давлением не более кПа. В запасных цистернах топливо подогревается до 30 - 40 °С, а в расходных - до 45 - 50 °С. Кроме того, перед форсунками для лучшего распыления топливо подогревается в трубчатых водогрейных, паровых или электрических подогревателях до 80 - 90 °С.
На упрощенной принципиальной схеме топливной системы (рис. 1.5) главный двигатель 1 работает на тяжелом и дизель-генераторы 2 работают на легком сорте топлива. Последнее поступает на судно самотеком через палубные наливные втулки, в цистерны основного запаса 17(58), соединенные трубопроводом. Из цистерн 17(58) топливо подается через фильтр грубой очистки 18(59) топливоперекачивающим насосом 20(61) в расходную цистерну 22(63). Из цистерны топливо поступает к топливоперекачивающим насосам, проходит через фильтры тонкой очистки и поступает к дизель-генераторам и главному двигателю.
1.5.2 Система охлаждения.
Основное назначение системы водяного охлаждения состоит в отводе теплоты от втулок и крышек рабочих цилиндров, а в дизелях большой мощности и от головок поршней, в охлаждении газовыпускного коллектора, наддувочного воздуха и масла циркуляционной смазочной системы. Данная система предназначена также для отвода теплоты от передач, компрессоров, опорных и упорных подшипников линии валопровода, дейдвудных подшипников, если они имеют смазку водой, и других механизмов. В качестве рабочего тела в системе охлаждения используют воду. Для охлаждения форсунок и поршней дизелей средней мощности, во избежание коррозии, применяют масло. Генераторы и электродвигатели обычно охлаждают воздухом
Система водяного охлаждения дизельных установок, как правило, двухконтурная. Она состоит из замкнутой системы внутреннего контура, вода которой охлаждает дизели, и открытой системы внешнего контура, в которой через холодильник циркулирует забортная вода. Такая схема системы охлаждения позволяет поддерживать во внутреннем контуре оптимальную среднюю температуру охлаждающей дизель воды (равную для большинства дизелей 75 - 90 °С). При такой температуре дизель имеет наиболее экономичный расход топлива. Если дизели охлаждаются непосредственно забортной водой (например, при выходе из строя насосов внутреннего контура), во избежание выпадения из воды солей жесткости и образования накипи температуру ее поддерживают в пределах 50 - 55 °С. Однако при этом расход топлива увеличивается на 5 - 7%.
Непосредственно забортной водой в ДЭУ охлаждают, кроме воды внутреннего контура и масла циркуляционной смазочной системы, также цилиндры компрессоров, наддувочный воздух и масло смазочной системы упорных подшипников.
Чтобы уменьшить коррозионную активность пресной воды, в нее добавляют раствор хромпика (бихромат калия КСr2О7 и соды) в количестве 2 - 5 г на литр воды.
Принципиальная схема системы водяного охлаждения показана на рис. 1.5. Вода внутреннего контура насосами 28, 29 навешенным на дизель, по распределительной трубе подается через хладители 35, 37 в зарубашечное пространство главного двигателя 1 и дизель-генераторов 2. Вода циркулирует по замкнутому контуру. Для защиты системы предусмотрен расширительный бак в который возможно поступление воды от опреснительной установки.
Вода внутреннего контура охлаждается в водяных холодильниках трубчатого типа, конструкция которых аналогична масляным. Если забортная вода охлаждает не только воду внутреннего контура, но и масло, то оба холодильника часто располагают в одном корпусе. В этом случае холодильник состоит из водомасляной и водо-водяной секций. Забортная вода движется через обе секции последовательно полным потоком, проходя внутри труб. Масло и вода внутреннего контура движутся противотоком между трубами.
В системах водяного охлаждения получают распространение холодильники пластинчатого типа, имеющие более компактную конструкцию, чем трубчатые.
1.5.3 Система сжатого воздуха.
На судне сжатый воздух используют для пуска главных и вспомогательных дизелей, подачи звукового сигнала (сифона), подпитки пневмоцистерн (гидрофоров), работы пневматической системы автоматического регулирования и управления, приведения в действие пневмоинструментов, а также для хозяйственных нужд и технологических целей, например в озонаторных установках подготовки питьевой воды и др.
Система сжатого воздуха состоит из компрессоров (в них получают сжатый воздух), баллонов, воздухохранителей, водо- и маслоотделителей (в них очищают воздух), трубопроводов и арматуры.
Баллоны в зависимости от назначения делятся на пусковые главных дизелей, пусковые вспомогательных дизелей, тифонные и хозяйственных нужд. По Правилам Регистра число баллонов для пуска главных дизелей должно быть не менее двух равной вместимости. Вспомогательные дизели могут иметь один пусковой баллон, однако при этом должна быть предусмотрена возможность их пуска от одного пускового баллона главных дизелей.
Баллоны сжатого воздуха рекомендуется устанавливать в машинном отделении вертикально. При расположении баллонов вдоль машинного отделения их ставят с уклоном в корму .
На рис. 1.5 показана принципиальная схема системы сжатого воздуха. Сжатый воздух вырабатывается двумя компрессорами 42 с электроприводом, один из которых является резервным. Через водо- и маслоотделитель 43 воздух поступает в пусковые баллоны. В баллонах поддерживается давление кПа; они имеют предохранительные клапаны.
Из баллонов сжатый воздух направляется в пусковую систему главного дизеля 1, дизель-генераторов 2, а через редукционный клапан сжатый воздух давлением кПа подается на хозяйственные нужды.
Для пуска главных нереверсивных дизелей, а также вспомогательных этот запас должен быть достаточным для выполнения не менее шести пусков каждого дизеля, а при наличии более двух дизелей - не менее четырех пусков каждого из них. В пусковых баллонах хранится сжатый воздух обычно под давлением кПа. Ряд поставляемых промышленностью компрессоров с независимым приводом рассчитан на конечное давление сжатия кПа.
1.5.4 Масляная система.
Данная система предназначена для приема, хранения, очистки и подачи масла к потребителям. В СЭУ масло используется для смазки трущихся деталей главных и вспомогательных механизмов, а также для отвода теплоты, выделяющейся при трении; для охлаждения поршней ДВС; в качестве рабочей жидкости гидромуфт гидротрансформаторов, объемного гидропривода судовых механизмов и в элементах гидравлических систем автоматики.
Масляные системы дизельных установок во многих случаях состоят из следующих, по существу, независимых систем:
- смазочной и охлаждения трущихся деталей главных и вспомогательных дизелей;
- смазочной редукторных передач;
- гидравлической реверс-редукторных, гидродинамических и объемных гидравлических передач;
- масляной органов управления и автоматического регулирования.
Циркуляционная система обеспечивает смазку под давлением всех основных узлов и агрегатов дизеля, включая подшипники турбокомпрессора. Маслом, разбрызгиваемым движущимися деталями, смазываются некоторые узлы, расположенные в картере дизеля.
Дизели могут быть с "сухим" и "мокрым" картером. В дизелях с "мокрым" картером масло, заливаемое в смазочную систему, находится в нижней его части - поддоне, откуда подается в циркуляционную смазочную систему нагнетательным насосом. В дизелях с "сухим" картером стекающее из подшипников масло непрерывно удаляется из него откачивающим насосом в специальную цистерну - маслосборник и из последнего нагнетательным насосом подается в смазочную систему дизеля.
Чтобы обеспечить полное осушение картера при работе дизеля, откачивающий насос должен иметь большую подачу, чем нагнетательный.
Нагнетательный и откачивающий масляные насосы обычно навешены на двигатель. На дизелях малой и средней мощности их монтируют в одном корпусе, при этом образуется двух- и трехсекционный насос.
На крупных морских судах с дизельными установками, имеющими "сухой" картер, маслосборник можно разместить ниже картера и обеспечить удаление из него масла самотеком. В этом случае смазочная система обслуживается одним нагнетательным насосом, подающим масло из маслосборника, называемого сточно-циркуляционной цистерной, в смазочную систему дизеля.
На рис. 1.5 показана схема смазочной системы дизеля. На переднем торце дизеля установлен и нагнетательный масляный насос 13. Из двигателя масло самотеком направляет в маслосборник 6. Насос 8 через фильтр грубой очистки масла забирает масло из маслосборника и подает его в холодильник масла 9, сепаратор масла 11 и фильтр тонкой очистки масла 14 после чего оно вновь поступает на двигатель. Перед холодильником масла установлен терморегулятор, который в зависимости от температуры масла регулирует его потоки, поступающие в холодильник или в обход последнего. После холодильника оба потока смешиваются, и масло подается в главную распределительную магистраль дизеля, откуда оно направляется к подшипникам коленчатого и распределительного валов, на охлаждение поршней, на смазку передач, навешенных механизмов и других узлов и деталей. От трущихся деталей масло самотеком стекает в картер дизеля и направляется в маслосборник. Для контроля работы и защиты смазочные системы оборудуют местным и дистанционным манометрами, термометрами, датчиками сигнализации по температуре.
К оборудованию и расположению масляных цистерн предъявляются такие же требования, как и к топливным цистернам. Все масляные цистерны снабжают воздушными и переливными трубами, измерительными устройствами.
Применяемые на судах консистентные смазки и другие масла в небольших количествах хранятся в переносной таре.
1.5.5 Газовыхлопная система.
Данная система предназначена для отвода в атмосферу выпускных газов от главных и вспомогательных дизелей, котлов и камбуза. Она состоит из газовыпускных труб, компенсаторов, изоляции, глушителей шума, искрогасителей и др.
Каждый главный дизель должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод. Газовыпускные трубопроводы вспомогательных дизелей могут быть объединены в общий трубопровод при наличии предохранительного устройства, предотвращающего попадание газов из общего трубопровода в трубопроводы неработающих дизелей. Газовыпускные трубы проходят по машинному помещению и выводятся через палубы вверх в общую фальштрубу. Вывод их через бортовую обшивку не допускается. В отдельных случаях по согласованию с Регистром можно, как исключение, отводить газы через обшивку в корме. В установках с утилизацией теплоты выпускных газов дизелей в систему газовыпуска входят также утилизационные котлы. Газовыпускной трубопровод изготовляют из круглых стальных бесшовных труб стандартного размера. Газовыпускные трубы присоединяют к выпускным коллекторам дизелей или патрубку турбокомпрессора, если дизель с наддувом. Для удобства монтажа трубопровод делают составным из труб длиной не более 3 - 5 м. Трубы соединяют фланцами, между которыми для обеспечения герметизации стыков устанавливают прокладки из материала, стойкого при высоких температурах. Трубопровод оборудуют компенсаторами.
В связи с высокой температурой выхлопных газов (примерно 350 - 450° С после двигателей) выхлопные трубопроводы и другие элементы системы покрывают изоляцией из асбеста, совелита, ньювеля и других изоляционных материалов, а там, где эта изоляция может быть нарушена, ее защищают кожухом из оцинкованного железа. Температура на наружной поверхности изоляции во избежание ожогов и для уменьшения тепловыделения должна быть не выше 55° С.
Скорость газов в выхлопных трубопроводах находится примерно в пределах с=20 м/с.
На рис. 1.5 изображена принципиальная схема системы газовыпуска. Газы после турбокомпрессора главного дизеля 1 по трубопроводу поступают в глушитель 47, утилизационный котел 48 и далее по трубопроводу отводятся вверх в атмосферу.
Выпускные газы содержат твердые частицы догорающего топлива и масла. Они вылетают в атмосферу в виде отдельных искр, которые могут вызвать пожар. По Правилам Регистра, на судах, перевозящих нефтепродукты и легковоспламеняющиеся грузы, а также на толкачах, эксплуатирующихся с такими судами, газовыпускные трубопроводы снабжают искрогасителями. Глушители и искрогасители могут быть объединенными.
Чтобы избежать снижения мощности дизеля и увеличения удельного расхода топлива, сопротивление системы газовыпуска, включая утилизационный котел, глушитель и искрогаситель, не должно превышать 3 - 4 кПа.
Рисунок 1.6 "Мокрый" искрогаситель.
"Мокрые" искрогасители применяют на нефтеналивных судах. Они имеют повышенное сопротивление. Конструкция "мокрого" искрогасителя показана на рис. 1.6. В корпус 6, покрытый изоляцией 7, вварены подводящая 4 и отводящая 1 газ трубы. Подводящая труба имеет насадку-завихритель 2, направляющую поток газа вдоль стенок искрогасителя. Вода для гашения искр поступает в корпус искрогасителя по распределительной трубе 8 через шесть радиально расположенных распылителей 9. Грязная вода удаляется по трубе 5. Для чистки искрогасителя имеется люк с заглушкой 3. "Мокрые" искрогасители по сравнению с "сухими" имеют меньшие в 2,5-3 раза объем и в 2-2,5 раза - массу.
1.5.6 Утилизационный котел.
На современных судах широко применяется развитая утилизация тепловых потерь. В дизельных установках утилизация тепловых потерь осуществляется в основном путем использования части тепла отработавших газов. В двигателях с наддувом отработавшие в турбине газы направляются в утилизационный котел и далее на выхлоп в дымовую трубу. Если на некоторых режимах работы установки нет необходимости в работе утилизационного котла, то посредством заслонки котел может быть отключен и газы - направлены на выхлоп помимо котла.
В утилизационных водогрейных котлах можно получить горячую воду с температурой 85 - 95° С, а в утилизационных паровых котлах - насыщенный пар низкого давления, обычно в пределах 3 - 7 кг/см2. Пар и горячая вода используются для подогрева топлива, обогрева кингстонов, работы паровых вспомогательных механизмов, для технологических целей и санитарных бытовых нужд.
Температура газов перед утилизационным котлом в зависимости от типа двигателей находится в пределах 250 - 400° С. Температуру газов за котлом обычно принимают не ниже 160 - 180° С, так как при более низкой температуре содержащийся в газах водяной пар может конденсироваться.
1.6 Расчет главного двигателя
1.6.1 Общие сведения.
В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра. Образующиеся газообразные продукты сгорания являются рабочим телом двигателя, которое, воздействуя на поршень, помещенный в рабочем цилиндре, совершает механическую; работу.
Схема устройства двигателя внутреннего сгорания показана на рис. 1.7. Остов двигателя состоит из фундаментной рамы 1, рабочего цилиндра 4 и крышки 6. К нижней части рамы крепится маслосборник.
Кривошипно-шатунный механизм обеспечивает преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала и состоит из поршня 9, штока 10, шатуна 15 и коленчатого вала 16. Коленчатый вал устанавливается в подшипниках, которые расположены в фундаментной раме.
Механизм газораспределения предназначен для замены рабочего тела после совершения каждого цикла и состоит из распределительного вала 11, выпускного клапана 8, кулачка 12, привода распределительного вала.
Во время работы двигателя поршень в цилиндре занимает два крайних положения. Крайнее верхнее положение поршня, при котором он меняет свое направление движения на обратное и скорость его равна нулю, называется верхней мертвой точкой (в. м. т.), крайнее нижнее положение поршня - нижней мертвой точкой (н. м. т.).
Расстояние по оси между нижней и верхней мертвыми точками называется ходом поршня и равно двум радиусам кривошипа коленчатого вала. в
Рисунок 1.7 Двухтактный крейцкопфный дизель
Схема и принцип действия двухтактного двигателя.
Двухтактными называются двигатели, у которых весь рабочий цикл совершается за два хода (такта) поршня, соответствующих одному обороту коленчатого вала. В отличие от четырехтактного двигателя впуск и выпуск осуществляются не как самостоятельные такты, а путем продувки цилиндра воздухом через продувочные и выпускные окна, расположенные в нижней части втулки рабочего цилиндра. Как правило, выпускные окна имеют большую высоту, чем продувочные, причем верхние кромки продувочных окон расположены ниже верхних кромок выпускных окон. Специальный продувочный насос, приводимый в действие от двигателя, засасывает воздух из окружающей среды и под давлением нагнетает его в ресивер, откуда воздух поступает в цилиндр через продувочные окна. Для удаления отработавших газов в атмосферу выпускные окна соединены с выпускным коллектором. Открытие и закрытие окон происходит при помощи поршня.
Первый такт - продувка и сжатие. При нахождении поршня в н. м. т. продувочные и выпускные окна находятся в открытом положении и воздух поступает в цилиндр. Поршень, двигаясь вверх, перекрывает сначала продувочные окна (точки 1 и 6 на индикаторной диаграмме рис. 1.9), а затем и выпускные окна (точка 2). После перекрытия выпускных окон в цилиндре двигателя происходит сжатие воздуха и повышается температура. При этой температуре обеспечивается самовоспламенение топлива. Таким образом, за время одного хода поршня или полуоборота коленчатого вала происходят два процесса - продувка и сжатие воздуха. Подача топлива через форсунку так же, как и в четырехтактном двигателе, производится с опережением (точка 3).
Второй такт - рабочий ход и выпуск отработавших газов (точка 4). Расширяющиеся газы совершают работу. Поршень движется вниз и своей верхней кромкой открывает выпускные окна (точка 5). Давление газов падает и начинается их истечение в выпускной коллектор. При открытии выпускных окон поршень не доходит до н. м. т. на угол 40-60°. В двухтактном двигателе полезный ход поршня меньше полного хода на величину высоты выпускных окон.
Рисунок 1.9 Индикаторная диаграмма двухтактного дизеля
Поступающий в цилиндр двухтактного двигателя воздух продувает цилиндр от продуктов сгорания и заполняет его свежим зарядом, поэтому процесс очистки цилиндра от остаточных газов называется продувкой. За время второго такта коленчатый вал совершает вторую половину оборота. Следовательно, в двухтактном двигателе рабочий процесс совершается за один оборот коленчатого вала.
В двухтактном двигателе процессы продувки и выпуска происходят в течение меньшего промежутка времени по сравнению с четырехтактными двигателями, где на каждый процесс отводится полный ход поршня.
1.6.2. Тепловой расчет двухтактного дизеля с наддувом
Прототип дизель фирмы MEN B&W S35MC.
Расчет ведется по источнику [ 1 ] данные из других источников указаны в примечаниях к расчету.
Таблица 1.1
№ п/пПараметры и расчётные формулыЧисленное значениеЧисл. знач. в СИПримечание1Химический состав топлива в процентах по весу:Сорт топлива - дизельное топливоуглерода С85,0%0,85водорода Н13,0%0,13кислорода О21,0%0,01серы S0,5%0,005воды W0,5%0,0052Низшая теплотворная способность
1007342,213Средняя скорость поршня 7,933 м/сек7,933 м/секВеличина s - ход поршня был взят по двигателю прототипу
()4Максимальная скорость поршня 12,455 м/сек12,455 м/сек Продолжение таблицы 1.1
№ п/пПараметры и расчётные формулыЧисленное значениеЧисл. знач. в СИПримечание5Отношение площади поршня к суммарному сечению впускных клапанов 99Задаемся по табл. 3, 6Наибольшая скорость протекания свежего заряда через впускные клапаны
112,1 м/сек112,1 м/сек7Средняя температура наружного воздуха 778Температура наружного воздуха 280 К280 К9Давление воздуха после нагнетателя (давление наддува) 2,50,245 МПаЗадаемся по прототипу 10Давление окружающей среды 10,1013 МПа11Сопротивление в нагнетателе 1,40,0147 МПа12Показатель политропы сжатия (в нагнетателе) n1,41,413Температура продувочного воздуха 375,143 К375,143 К14Коэффициент скорости истечения 0,70,7Задаемся по стр. 4 для двигателей с наддувом15Давление конца наполнения (начала сжатия) 2,3620,2312 МПаЗадаемся по табл. 4, стр. 516Повышение температуры свежего воздуха в системе двигателя 13 К13 КЗадаемся стр. 717Температура воздуха в момент поступления в цилиндр 388,143 К388,143 К Продолжение таблицы 1.1
№ п/пПараметры и расчётные формулыЧисленное значениеЧисл. знач. в СИПримечание18Степень сжатия 1313Задаемся по табл. 6, стр. 619Температура остаточных газов 770 К770 КЗадаемся стр. 820Давление остаточных газов1,040,102 МПаЗадаемся стр. 821Коэффициент остаточных газов 0,0180,01822Температура воздуха в начале сжатия 394,779 К394,779 К23Коэффициент наполнения цилиндра
0,9710,97124Показатель политропы сжатия 1,3651,365Рассчитывается через несколько приближений по формуле , где
25Температура конца сжатия 1007 К1007 К26Давление конца сжатия 78,2437,668 МПа27Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива 0,4910,49128Коэффициент избытка воздуха 1,91,9Задаемся по табл. 13, стр. 1029Действительное количество воздуха 0,9320,932 Продолжение таблицы 1.1
№ п/пПараметры и расчётные формулыЧисленное значениеЧисл. знач. в СИПримечание30Количество молей до горения 0,9490,94931Количество молей продуктов сгорания 0,9820,98232Действительный коэффициент молекулярного изменения 1,0351,03533Средняя теплоемкость двухатомных газов при 5,604+
+0,00045Tz34Средняя мольная теплоемкость углекислого газа при 0,638+
+0,000138Tz35Средняя мольная теплоемкость водяных паров при 0,4426+
+0,000142Tz36Средняя теплоемкость смеси при 6,685+
+0,00073Tzсумма пунктов 33, 34, 3537Средняя мольная изохорная теплоемкость воздуха
5,1421,5538Давление конца сгорания 15014,7 МПаЗадаемся по прототипу Продолжение таблицы 1.1
№ п/пПараметры и расчётные формулыЧисленное значениеЧисл. знач. в СИПримечание39Степень повышения давления 1,9171,91740Коэффициент использование теплоты при сгорании 0,920,92Задаемся по табл. 14, стр. 1141Уравнение сгорания и температура конца сгорания
==>2190 К2190 КРешаем квадратичное уравнение и берем положительный корень42Степень предварительного расширения 1,1751,17543Степень последующего расширения
11,06711,06744Показатель политропы расширения 1,241,24Задаемся по табл. 20, стр. 1445Давление конца расширения 7,6120,746 МПа46Температура конца расширения 1230 К1230 К47Среднее теоретическое индикаторное давление
18,1451,778 МПа48Коэффициент полноты диаграммы 0,980,984917,7821,742 МПа Продолжение таблицы 1.1
№ п/пПараметры и расчётные формулыЧисленное значениеЧисл. знач. в СИПримечание50Механический к.п.д. 0,920,92Задаемся по [ 8 ], стр. 2051Среднее эффективное давление 16,3591,603 МПа52Индикаторный расход топлива 0,1240,16853Эффективный расход топлива 0,1350,18354Индикаторный к.п.д. 0,5050,50355Эффективный к.п.д. 0,4640,46356Диаметр цилиндра 0,382 м0,382 мz - количество цилиндров (z=8)
По нормальному ряду диаметров принимаем 57Ход поршня 1,4 м1,4 м Рисунок 1.10 Индикаторная диаграмма двухтактного дизеля.
2. Специальная часть.
Исследование вибродемпфирующих покрытий.
Введение
Причиной повышения вибрации механизмов и конструкций может быть не только значительная вибрационная интенсивность рабочих процессов механизмов, но и наличие резонансных явлений, податливость конструкций силовым воздействиям. В связи с этим при проведении виброакустических исследований динамических характеристик конструкций и выявление их влияния на величины вибрации.
При определении влияния динамических характеристик конструкций на величины вибрации возникает необходимость, во-первых, исследовать и выявить основные присущие системе собственные частоты с идентификацией их по формам колебаний. Во-вторых, установить какие из собственных форм проявляются от действия сил конкретного источника колебаний (механизмы или устройства) и приводят к резонансным колебаниям. Очевидно, что устранить все собственные частоты конструкций из частотной зоны действия возмущающих сил практически нереально.
Для решения первой части задачи необходимо освоение методов и способов силового искусственного воздействия на конструкции, обеспечивающих возбуждение различных форм собственных колебаний, и методов сбора и обработки информации о пространственном распределении амплитуд и фаз колебаний для фиксации вида собственных форм.
Наиболее ясной является ситуация, когда при работе механизмов или устройств форма возбуждаемых резонансных колебаний четко соответствует одной из форм собственных колебаний конструкции. Для идентификации резонансных форм собственным формам достаточно иметь упомянутые средства сбора и обработки информации о пространственном распределении амплитуд и фаз колебаний, снабженные дополнительными анализирующими устройствами для выделения дискретных частот из общего спектра вибрации.
Но на практике случаи совпадения резонансной и собственной форм редки. Это - "аварийные" случаи. Обычно формы собственных колебаний ярко не проявляются. Распределение вынужденных колебаний в пространстве является либо результатом суперпозиции форм собственных колебаний всей системы в целом, либо результатом преимущественного влияния резонансных колебаний отдельных элементов конструкций. В таких случаях сложно, а зачастую нереально, установить степень влияния динамических характеристик пластин на величину вибрации методом "сопоставления" собственных форм с вынужденными, так как в широком диапазоне частот пластины имеют большое число частот собственных колебаний. Даже сама задача выявления всех собственных частот в широком диапазоне при точной ее экспериментальной реализации требует детального исследования каждого из элементов конструкции, что чрезвычайно громоздко и длительно.
Один из возможных вариантов решения проблемы - использование вибродемпфирующих покрытий (ВДП).
Такие покрытия изготавливаются из вибропоглощающих упруговязких материалов с большим коэффициентом внутреннего трения. Вибропоглощающие покрытия ослабляют энергию изгибных колебаний в широком диапазоне частот.
2.1 Основные методы виброзащиты. Классификация вибродемпфирующих покрытий.
Основными источниками вибрации и шума являются: машины и механизмы (насосы, редукторы, конденсаторы, электрические машины, подшипники); регулирующие устройства и арматура (клапаны, дроссельные шайбы, тройники); трубопроводы (участки труб, сильфонные компенсаторы, рукава, шланги). Вибрация нарушает планируемые конструктором законы движения машин, механизмов и систем управления, порождает неустойчивость процессов и может вызвать отказы и полную расстройку всей системы. Из-за вибрации увеличиваются динамические нагрузки в элементах конструкций, стыках и сопряжениях, снижается несущая способность деталей, инициируются трещины, возникают усталостные разрушения. Действие вибрации может приводить к трансформированию внутренней структуры материалов и поверхностных слоев, изменению условий трения и износа на контактных поверхностях деталей машин, нагреву конструкций.
Вибрация приводит к индуцированию шума, являющегося важным экологическим показателем среды обитания человека. Вибрация оказывает и непосредственное влияние на человека, снижая его функциональные возможности и работоспособность. В условиях вибрации нарушается острота зрения и светоощущения, ухудшается координация движений, меняется реакция и пороги чувствительности, повышаются энергетические затраты.
В связи с повышением требований к условиям обитаемости судов, а также к надежности и экологичности работы ЭУ особое значение имеют методы и средства уменьшения вибрации. Совокупность таких методов и средств называют виброзащитой.
2.1.1 Источники колебаний и объекты виброзащиты.
При постановке задач виброзащиты в исследуемой механической системе, обычно выделяют две подсистемы: источник - И и объект - О, соединенные между собой связями С. К подсистеме И относят ту часть механической системы, в которой непосредственно происходят физические процессы, вызывающие колебания; эта подсистема называется источником колебаний. Подсистема О - та часть механической системы, колебания которой требуется уменьшить; она называется объектом виброзащиты. Силы, возникающие в связях С, соединяющих объект с источником, и вызывающие колебания объекта, называются динамическими воздействиями (рис. 2.2).
Рисунок 2.2 Система источник - объект.
2.1.2 Основные методы виброзащиты.
Уменьшение интенсивности колебаний объекта может быть достигнуто следующими способами:
- уменьшением уровней механических воздействий, возбуждаемых источником; такой способ виброзащиты называется снижением виброактивности источника;
- изменением конструкции объекта, при котором заданные механические воздействия будут вызывать менее интенсивные колебания объекта или отдельных его частей;
- присоединением к объекту дополнительной механической системы, изменяющей характер его колебаний. Такая система называется динамическим гасителем колебаний, а метод виброзащиты, основанный на ее применении, - динамическим гашением колебаний (рисунок 2.3); Рисунок 2.3 Схема динамического гашения.
- установкой между объектом и источником дополнительной системы, защищающей объект от механических воздействий, возбуждаемых источником; этот метод виброзащиты называется виброизоляцией, а устройства, устанавливаемые между источником и объектом, - вибродемпфирующим покрытием (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4 Схема виброизоляции.
Снижение виброактивности источника.
Возбуждение колебаний источниками может быть обусловлено различными причинами. Возмущающие факторы можно разделить на две группы. К первой можно отнести различные физико-химические процессы, происходящие в источнике: процессы горения в реактивных двигателях и ДВС, процессы взаимодействия жидкости (газа) с лопатками насосов (турбин) (сопровождающиеся кавитацией), пульсацию жидкости или газа в трубопроводах, электромагнитные явления в генераторах. Снижение виброактивности факторов этой группы связано с изменением параметров физико-химических процессов и может быть достигнуто способами, специфическими для каждого частного случая.
Вторая группа возмущающих факторов связана с движущимися частями. Движение тел внутри источника (вращение роторов, перемещение звеньев механизмов) сопровождается возникновением динамических реакций связей, соединяющих источник с другими телами, в частности с объектом.
Изменение конструкции объекта.
Проблему уменьшения колебаний объекта путем изменения его конструкции необходимо рассматривать в каждом случае особо, с учетом особенностей объекта и конструктивных возможностей его изменения. Можно указать два способа снижения колебаний, общих для всех механических систем. Первый состоит в устранении резонансных явлений. Если объект обладает линейными свойствами, то задача сводится к соответствующему изменению собственных частот. Второй способ заключается в увеличении рассеивания механической энергии в объекте (этот способ виброзащиты - называется демпфированием).
Динамическое гашение колебаний. Динамический гаситель, присоединяемый к объекту, формирует дополнительные динамические воздействия, прикладываемые к объекту в точках крепления гасителя. Динамическое гашение осуществляется при таком выборе параметров гасителя, при котором эти дополнительные воздействия частично уравновешивают (компенсируют) динамические воздействия, возбуждаемые источником.
Виброизоляция.
Действие виброизоляции сводится к ослаблению связей между источником и объектом; при этом уменьшаются динамические воздействия, передаваемые объекту. Ослабление связей обычно сопровождается возникновением некоторых нежелательных явлений: увеличением статических смещений объекта относительно источника, увеличением амплитуд относительных колебаний при низкочастотных воздействиях и при ударах и связанным с этим явлениями, увеличением габаритов системы.
2.1.3 Классификация вибродемпфирующих покрытий.
Основными средствами вибропоглощения являются демпфирующие (вибропоглощающие) покрытия, которые наносят на вибрируемые металлические поверхности, фундаменты, судовые корпусные конструкции для ослабления вибрации в звуковом диапазоне частот.
Акустический эффект вибропоглощающих покрытий основан на увеличении потерь колебательной энергии в конструкции. При этом колебательная энергия переходит в тепловую и частично рассеивается. Наибольший эффект наблюдается на резонансной частоте демпфируемой конструкции.
Для характеристики вибропоглащающего покрытия и конструкции, на которую они наносятся, служит коэффициент внутренних потерь или просто коэффициент потерь , динамический модуль упругости Юнга E и величина E.
Вибродемпфирующие покрытия в зависимости от характера происходящих в них деформаций вязкоупругого материала разделяют на три группы: -жесткие
-мягкие
-армированные
В жестких покрытиях колебательная энергия поглощается вследствие деформации растяжения или сжатия вдоль вибропоглощающего слоя.
В мягких - вследствие колебаний, распространяющихся в направлении толщины слоя вязкоупругого материала.
В армированных - вследствие деформации сдвига слоя вязкоупругого материала. Рисунок 2.5 Конструкция жесткого вибродемпфирующего покрытия (I) и характер его деформации (II): а)- жесткое покрытие; б)- жесткое покрытие с прокладкой
1-демпфируемая пластина; 2- вибропоглощающий материал (жесткая пластмасса); 3- прокладка из легкого жесткого материала; - деформация вибропоглощающего материала.
В жестких однослойных покрытиях (на рисунке 2.5, а) используются такие упруговязкие материалы, как твердые пластмассы, битуминизированный войлок, рубероид. Для придания этим материалам высоких диссипативных свойств в них добавляют наполнители в виде графита, слюды. Физико-механические свойства указанных материалов в большей степени зависят от температуры. Вибропоглощающий материал считают эффективным в области температур, где , это объясняется тем, что полимерные материалы обладают высокими вибропоглощающими свойствами в сравнительно узкой температурной области (области стеклования), переходной от стеклоподобного к резиноподобному состоянию материала.
Жесткие покрытия хорошо ослабляют вибрацию на низких и средних звуковых частотах.
На высоких и средних частотах, эффективными являются мягкие Рисунок 2.6. Конструкция мягкого вибродемпфирующего покрытия.
1- демпфируемая пластина; 2- покрытие. покрытия (однослойные, многослойные) из резины или мастичные покрытия (рисунке 2.6). Главную роль в поглощении энергии играют деформации, вызванные упругими волнами, распространяющимися в направлении толщины покрытия.
Для понижения частоты резонанса и расширения диапазона частот эффективной работы мягкого покрытия в сторону низких частот следует увеличить его толщину. Другим путем понижения частоты является уменьшение скорости волн сжатия в материале за счет увеличения . Увеличение плотности материала покрытия можно добиться включением частиц тяжелого металла в вязкоупругий материал. Для получения большего коэффициента потерь в демпфируемой пластине необходимо увеличивать массу покрытия.
Для изготовления мягких вибропоглощающих покрытий могут быть использованы некоторые сорта листовой резины. Воздушные полости в этой резине могут быть сделаны либо с помощью специальных штампов, либо наклеиванием узких полосок резины с некоторым зазором. Коэффициент воздушных включений в резиновом массиве, достаточных для придания массиву необходимых упругих свойств, должен быть порядка 0,1-0,2.
Для увеличения эффективности мягкого покрытия в широком диапазоне частот применяют армирование (на рисунке 2.7, а, б), т.е вибропоглощающий слой
Рисунок 2.7 Конструкция армированного вибродемпфирующего покрытия (I) и характер его деформаций (II): а- армированное покрытие; б- многослойное армированное покрытие.
1- демпфируемая пластина; 2- вязкоупругий слой; 3- армирующий слой; - деформация вибропоглощающего материала.
2.2 Виброизоляция и вибропоглощение.
2.2.1 Виброизоляция.
Вибродемпфирующие покрытия широко применяются в сочетании со средствами звукоизоляции и виброизоляции, что увеличивает их акустический эффект.
Виброизоляция - это способность препятствий изолировать конструкции (в том числе стены, полы, потолки, механизмы и т. д.) от распространяющихся по ним волн колебательной энергии.
Численно виброизоляция оценивается ослаблением колебаний в твердом теле после установки изолирующих препятствий между точкой приема и районом расположения источника вибрации:
BИ = 10lgω21 − 10lgω22
где ω21 и ω22 - плотность колебательной энергии вибрации за препятствием до и после его установки.
Виброизоляция как физический процесс обусловлена отражением упругих волн в твердом теле от мест нарушения неоднородности.
В безграничном твердом теле наряду с продольными распространяются поперечные волны; в конструкциях из твердого тела распространяется большое число различных типов волн: продольные, поперечные, поверхностные (волны Рэлея), изгибные. Все типы волн различаются скоростью распространения. При этом для изгибных , нормальных волн скорость распространения определяется не только характеристиками материала, но и особенностями конструкции (толщиной пластин, диаметром стержней и т. д.).
Виброизолируемый объект может быть либо источником колебаний, от которых должны быть защищены окружающие конструкции и оборудование, либо объектом защиты от колебаний связанных с ним конструкций.
Виброизоляция машин и оборудования в зданиях и сооружениях проектируется с целью снижения колебаний последних до уровней, которые не опасны для их несущей способности или допустимы с гигиенической точки зрения.
Обычно снижение колебаний ограждающих конструкций при виброизоляции машин не приводит к уменьшению шума в помещениях, в которых они расположены. Однако в соседних помещениях, в которых шум определяется колебаниями ограждающих конструкций, виброизоляция машин в большинстве случаев приводит к его снижению.
2.2.2 Вибропоглощение.
Вибропоглощение- ослабление вибрации происходит вследствие перехода колебательной энергии в тепловую. Наиболее важное и эффективное средство вибропоглощения- электромеханический способ ослабления вибрации путем возбуждения колеблющейся поверхности в противофазе к основному колебанию; вибродемпфирующие покрытия, наносимые на корпусные конструкции с целью увеличения коэффициента их механических потерь. Нанесенные на металлические листы слои резиноподобных материалов уменьшают звукоизлучение при колебании листов. Также было исследовано погонное затухание звуковой вибрации в широком диапазоне частот при нанесении на металлические пластины вибропоглощающих слоев. И. И. Славин использовал для целей вибропоглощения битумные композиции.
2.2.3 Связь между виброизоляцией и вибропоглощением.
Необходимо отметить, что виброизоляция в конструкциях в принципе не может осуществляться без наличия вибропоглощения (или звукоизлучения в окружающую среду). Так как при идеальной виброизоляции потерь энергии не происходит, а осуществляется только ее отражение (рассеяние), то колебательная энергия где-то должна проявиться. В реальных конструкциях, механизмах, сооружениях всегда существуют (без специальных мер) небольшие потери колебательной вибрационной энергии (переход ее в тепло) при распространении, преобразовании в другие виды волн и излучении в окружающую среду.
При построении строгой теории виброизоляции в формулу для оценки ее эффективности всегда будет входить коэффициент потерь в конструкции. Чем выше этот коэффициент, тем ближе расчетное значение виброизоляции к условиям бесконечного вибропровода, перекрытого препятствием. Кроме того, если вибропровод обладает большим поглощением, снижение вибрации в точке, удаленной от источника, будет заметным и определится переходом энергии упругих колебаний в тепловую.
2.4 Определение собственных частот и собственных форм пластин.
Рисунок 2.10 Блок- схема для определения собственных частот пластины.
1 - пластина, 2 - масса, 3 - датчик, 4 - предварительный усилитель, 5 - ЭВМ, 6 - принтер.
Пластина является свободно закрепленной. С расстояния S производится удар грузом 2 массой m, с силой F с торца исследуемой пластины. На пластине закреплен датчик 3, который измеряет изменение мгновенного ускорения во времени. За положительное направление примем направление движения груза. Электрический сигнал, пропорциональный измеряемому ускорению, через предварительный усилитель 4 поступает на мини-ЭВМ 5, откуда он выводится на принтер для снятия характеристик.
Рисунок 2.11 Внешний вид пластин без покрытия и с покрытием.
Рисунок 2.12 Внешний вид возбуждения пластины с помощью электродинамического вибратора
Рисунок 2.13 Внешний вид крепления пластины при ударном методе возбуждения собственных форм колебаний.
Рисунок 2.14 Диаграмма собственных колебаний пластины.
Нижняя диаграмма - помеха, а верхняя диаграмма- собственные колебания пластины. Как видно из диаграммы экспериментальные данные практически не отличаются от теоретических. Колебания были сняты при следующих условиях: 1) без акселерометра, 2) акселерометр установлен на середине пластины,
3) акселерометр установлен на расстоянии 250 мм от торца пластины. Масса акселерометра 20 г.
Таблица 2.1
Описание формы колебаний Частота колебаний для варианта расчета, Гц 1 2 3 Первый тон в вертикальной плоскости 53 52,4 52,7 Второй тон в вертикальной плоскости 146 146 145 Третий тон в вертикальной плоскости 287 283 287 Четвертый тон в вертикальной плоскости 474 474 469 Пятый тон в вертикальной плоскости 710 701 704 Шестой тон в вертикальной плоскости 993 993 993 Первый тон в горизонтальной плоскости 520 515 517 Первый тон крутильных колебаний 436 436 436 Второй тон крутильных колебаний 876 875 8762.5 Влияние вибродемпфирующего покрытия на частотную характеристику.
Вибропоглощающее покрытие применяют в качестве основного средства вибропоглощения, поэтому необходимо учитывать рациональное применение этих покрытий.
Толщина вибропоглощающих покрытий зависит от области нанесения покрытия,от типа конструкции, от материала самого покрытия. При этом эффективная работа вибродемпфирующих покрытий будет тогда, когда коэффициент потерь пластины будет наиболее оптимальным.
Для исследования выбираем материал - антивибрит-2 ,характеристики которого: динамический модуль упругости Юнга E=30108 Н/м2 , коэффициент потерь =0,44, величина E= 13,2108 Н/м2. Для данного покрытия оптимальная толщина равно 2-3 толщины пластины.
1. Толщина покрытия равна 10мм, т.е в 2 раза больше толщины пластины
Рисунок 2.15 Амплитудно-частотные характеристики вибраций двух стальных пластин без покрытий (Пл4, Пл7 ), пластины с покрытием "Випоком" (Пл4 Вип) и пластины с покрытием "Мавип" (Пл7 Мав). Пластины с одинаковой толщиной покрытий.
На рисунке 27 показан результат установки вибропоглощающих покрытий "Мавип" и "Випоком". Как видно, амплитуда вибрации пластины в широком диапазоне частот - от 40 Гц до 800 Гц- ослабляется в десятки раз для пластины с покрытием "Випоком", и чуть меньший эффект у пластины с покрытием "Мавип". Следовательно, у покрытия "Випоком" коэффициент потерь больше, чем у покрытия "Мавип".
Для подтверждения вышесказанного рассмотрим методику измерения и определения параметров вибропоглощающих покрытий.
Результаты измерений и расчётов.
Определение характеристик вибропоглощающих покрытий проводилось на пяти образцах для каждого из покрытий "Випоком" и "Мавип". Образцы в виде плоских стержней с размерами (750,0±1,0) x (50,0±0,2) x (5,0±0,1) мм3 в количестве 10 шт. предварительно пронумерованы и измерены необходимые характеристики до нанесения покрытий. Внешний вид трёх видов стержней приведены на рис. 22.
Значения резонансных частот для первых трёх нечётных форм колебаний всех стержней приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3
№№
стержней Резонансные частоты образцов, Гц Стержни без покрытия Стержни с "Випоком" fрез1 fрез2 fрез3 fрез1 fрез2 fрез3 1 54,2 289 715 55,3 358 970 2 52,7 287 709 54,1 348 944 3 53,7 288 709 53,0 334 898 4 54,5 289 712 54,5 354 936 5 53,5 289 712 54,4 354 956 Стержни без покрытия Стержни с "Мавип" 6 54,5 289 709 75,5 416 1036 8 54,5 287 709 76,5 424 1064 9 54,5 289 712 78,1 440 1086 10 54,5 289 712 84,9 470 1186 Определение коэффициентов потерь вибропоглощающих покрытий.
Результаты вычислений сведены в таблицу 2.5. Таблица 2.4
№№ образцовРезультаты измерений частот, ГцРезультаты расчётовf01f02f03f01f02f03fнf0fвfнf0fвfнf0fвn1n2n3"Випоком"145,852,7560,32833353977308269340,270,330,25245,051,558,528433038476687810060,260,300,27345,050,057,02723143627408409520,240,290,25445,552,359,328433239077488810180,260,320.27545.551.558.52803283787688709980.250.300.27"Мавип"669,873,878,8396410428988102010580,120,080,07775,883,888,74444705001100115812200,150,120,10870,074,579,53984174401000104210860,130,100,08970,575,883,04174314501020106411100,170,100,081076,883,886,84464725001108116412220,120,110,10 Таблица 2.5
№№
стержнейКоэффициенты потерь
материала "Випоком"№№
стержнейКоэффициенты потерь
материала "Мавип"f01f02f03f01f02f0310,850,630,3960,220,130,1220,800,600,4770,220,170,1530,960,650,4780,230,170,1340,890,590,4890,290,160,1350,830,620,46100,120,160,14Среднее0,860,610,47Среднее0,220,210,16 С целью определения влияния способа крепления стержней на результаты измерений параметров вибропоглощающих покрытия в данной работе производятся измерения коэффициентов потерь стальных стержней до покрытия их вибропоглощающими материалами. Оценим погрешность измерения резонансным методом коэффициента потерь стального стержня без покрытия.
Для измерения коэффициента потерь стальных стержней без покрытий экспериментальным методом выбрано крепление стержня на гибких подвесах, как показано на рисунке 2.13. При таком способе крепления практически идеально выполняются граничные условия свободного стержня, и не оказывается внешнего влияния на параметры колебаний стержня. Возбуждение стержня производится в центре ударным методом. Пример отклика в виде виброускорения на ударное возбуждение, измеренное с помощью вибропреобразователя на конце стержня, представлен на рисунке 2.16.
Рисунок 2.16 Временная зависимость виброускорения на конце стержня в поперечном направлении при воздействии удара в центре стержня. 3. Технологическая часть.
3.1 Технология оценки эффективности вибропоглощения на судах.
Средства вибропоглощения в судовых условиях целесообразно применять:
- для увеличения затухания амплитуды вибраций при распространении по конструкциям, связывающим источник вибрации со звукоизлучающими ограждениями, путем нанесения на эти конструкции вибропоглощающих покрытий;
- для уменьшения звукоизлучения ограждений путем демпфирования их вибраций.
Эффективность покрытия определяется протяженностью облицованной части однородной пластины независимо от характеристики бегущей по пластине изгибной волне. В случае ребристой пластины эффективность вибропоглощающего покрытия также не зависит от характеристики поля изгибных волн. Эффективность вибропоглощающего покрытия по отношению к вибрациям, распространяющимся по судовым конструкциям, можно достигнуть, применяя покрытия с большим коэффициентом потерь и удлиняя задемпфированную часть конструкции. Также увеличение массы пластины приводит к возрастанию эффективности покрытия, а повышение жесткости- к уменьшению. Это объясняется тем, что увеличение массы пластины укорачивает длину изгибной волны в ней, а повышение жесткости,наоборот, удлиняет. Поэтому при одинаковых коэффициентах потерь и массе различных покрытий предпочтительнее мягкие вибропоглощающие покрытия, т.к. они практически не изменяют жесткость депфируемой пластины.
3.2 Технология нанесения вибропоглощающих покрытий на судовые конструкции.
По способу нанесения на демпфируемые поверхности вибропоглощающие материалы можно разделить на листовые и мастичные. Первые наносят путем приклеивания, вторые - путем намазывания (шпатлевания) или напыления. Мастичные материалы оказываются удобнее листовых при нанесении на поверхности сложной формы.
Приступать к выполнению работ по нанесению вибропоглощающих покрытий разрешается при условии полной технической готовности изолируемой поверхности, т.е когда все слесарно- сварочные работы полностью завершены. Должны быть также установлены (приварены) шпильки и шплинты (для крепления вибропоглощающего покрытия); угольники и планки (для оборудования и настилов); кассеты, скоб-мосты, кронштейны и панели (для электрических кабелей, аппаратуры и арматуры); скобы, подвески, мебельные комингсы, шайбы для дельных вещей, запасных изделий, трубопроводов, механизмов и приборов.
Шпильки и шплинты должны быть оттоженными, устанавливаются они в шахматном порядке с шагом 250-300 мм. На концах шпилек делаются кольцевые канавки для закрепления шайб или колпачков. Длина шпилек принимается на 10 мм больше толщины вибродемпфирующего покрытия. Изолируемые поверхности проверяются на водонепроницаемость и герметичность (если это предусмотрено технической документацией). Они должны быть сухими, очищенными от грязи, масла, пыли, ржавчины и, в соответствии с чертежом, окрашенными или загрунтованными. Поверхности корпуса грунтуются при выполнении изоляции на клеящихся составах и окрашиваются при установке изоляционного слоя насухо. Грунт и краска должны наноситься при температуре не ниже 50С. Особо тщательно должны подготовляться поверхности под вибропоглощающую изоляцию- оклейку материалом "Агат". В этом случае проводят следующий перечень операций :
1. Очистка поверхности дробью, сжатым воздухом, наждачной бумагой.
2. Удаление дроби и пыли с обработанной поверхности.
3. Выравнивание неровностей поверхности корпусных конструкций.
4. Обезжиривание склеиваемых поверхностей корпусных конструкций и материала "Агат".
5. Приготовление клеевой композиции.
6. Нанесение клеевой композиции на склеиваемые поверхности корпусной конструкции и заготовок покрытия.
7. Установка заготовок покрытия на штатное место с одновременной герметизацией зазоров, прижатие заготовок к корпусным конструкциям.
8. Выдержка покрытия под прижимом.
9. Заделка дефектов в зазорах по стыкам покрытия.
10. Проверка качества. При изоляции корпуса в зимний период (на открытом стапеле) и при применении клеящих составов с изолируемой поверхности чистой ветошью нужно удалить иней и влагу. После выполнения всех подготовительных работ изолируемую поверхность следует обдуть сжатым воздухом. Перед началом изоляционных работ судовые помещения должны быть приняты представительном технического контроля завода (ОТК), который дает разрешение на монтаж изоляции. Поглощаемой вибрационной энергии в пластинах при нанесении на них вибропоглощающих покрытий пропорционально амплитуде колебаний демпфируемых пластин. В связи с этим эффективность одного и того же количества покрытий будет тем значительнее, чем ближе покрытие расположено к источнику вибрации, где вибрации конструкции имеют наибольшую амплитуду.
Вторым основным принципом рационального применения вибропоглощающих покрытий является необходимость нанесения его на всех путях передачи вибрационной энергии от источника к точке наблюдения. При этом должна учитываться сравнительная величина затухания вибрации на протяжении указанных путей. Там, где разность затухания на рассматриваемом и кратчайшем путях превышает ожидаемый эффект от применения покрытия, наносить покрытие нецелесообразно.
Несоблюдение принципа демпфирования всех путей распространения вибрации может привести к занижению эффекта схемы применения вибропоглощающего покрытия в целом.
Рисунок 3.1 Примеры схем нанесения вибропоглощающих покрытий на судовых конструкциях.
а- неправильный вариант нанесения; б- правильный вариант схемы.
стрелкой указан путь распространения вибрации от источника в точку наблюдения О.
1- покрытие.
При использовании вибропоглощающих покрытий в пределах одного помещения их следует наносить в первую очередь на ограждения с большими амплитудами вибраций. Если амплитуда вибраций ограждения меньше наибольших для данного помещения значений на величину, повышающую ожидаемый эффект покрытия, демпфировать это ограждение нецелесообразно.
Выбор типа вибропоглощающего покрытия производится с учетом характера спектра вибраций демпфируемых конструкций и особенности последних. Важным обстоятельством является размещение покрытия на демпфируемой пластине. Так, жесткое покрытие целесообразно наносить с одной стороны пластины. При этом обеспечиваются более высокие значения коэффициента потерь во всем диапазоне частот. Мягкое покрытие также лучше наносить с одной стороны пластины, этим достигается расширение диапазона частот эффективного демпфирования в сторону низких частот по сравнению с двухсторонним нанесением этого же количества вибропоглощающего материала. При этом, если демпфируемая пластина соприкасается с жидкостью, мягкое покрытие предпочтительнее наносить на смачиваемую поверхность. Разумеется, применяемый материал должен быть стойким по отношению к жидкости, с которой он соприкасается.
Толщину вибропоглощающего покрытия следует выбирать исходя из имеющейся массы с учетом обеспечения оптимального сочетания толщины покрытия и его протяженности. Выбор толщины и протяженности нанесения покрытия на демпфируемые конструкции должен производиться в зависимости от области нанесения (вблизи источника вибрации или вдалеке от него) и типа конструкции (однородная или ребристая пластина). При этом толщина жесткого покрытия с прокладкой не должна превышать значений обусловленных отсутствием сдвиговых деформаций в их слоях во всем диапазоне частот, где требуется эффективная работа покрытия.
Принципы оптимального размещения вибропоглощающих покрытий на ребристых пластинах имеют свои особенности. При необходимости демпфирования ребристой пластины на частотах ниже fпл1 (первой резонансной частоты изгибных колебаний участка пластины, ограниченного соседними ребрами жесткости), на которых ребристая пластина колеблется как ортотропная пластина, жесткое и армированное покрытия следует размещать прежде всего на полках ребер жесткости, где касательные перемещения конструкции при ее изгибе наибольшие. Мягкое покрытие, полезный эффект которого обусловлен поперечными колебаниями демпфируемой пластины, в этих же условиях следует наносить на саму пластину.
Наилучшего демпфирования ребристой пластины на частотах, лежащих выше fпл1, можно добиться при нанесении вибропоглощающих покрытий любого типа непосредственно на пластину, так как на этих частотах амплитуды вибраций пластины существенно больше амплитуд вибраций ребер жесткости. Частота fпл1 для реальных судовых конструкций равна примерно 0,1- 0,3 кГц.
В тех случаях, когда по каким-либо причинам нанесение вибропоглощающего покрытия на пластину невозможно, некоторый эффект на высоких частотах можно получить при демпфировании ребер жесткости. При наличии покрытия на подкрепляемой пластине нанесение его также на ребра жесткости на указанных частотах неэффективно.
При совместном применении вибропоглощающих покрытий со средствами виброизоляции следует иметь в виду целесообразность такого оптимального распределения имеющегося веса между ними, при котором их суммарный эффект будет наибольшим.
3.3 Монтаж вибропоглощающих покрытий.
Основным источником вибрации на судах служат действующие механизмы. Их фундаменты оклеивают вибропоглощающим слоем- листами из материала "Агат" на эпоксидном клее с последующим закреплением до его отверждения.
Для корпусных конструкций, подвергаемых повышенной вибрации (машинное отделение, кормовая оконечность судна), применяется усиленная виброизоляция в виде наклейки заготовленных пакетов, состоящих из плиты пенопласта ПВХ и слоя из материала "Агат".
Листовой материал наклеивают при температуре не ниже 150С. При монтаже вибропоглощающей изоляции используется эпоксидная шпатлевка марки ЭП-00-10. Она поставляется в виде двух компонентов: шпатлевочной массы и отвердителя. Готовится непосредственно перед применением небольшими порциями (до 1 кг). Выравнивание неровностей поверхности, приклеивания покрытия к корпусным конструкциям и заделки зазоров в покрытии. Приготовление шпатлевки выполняется по следующей технологии: В отвешенное количество шпатлевочной массы вводится соответствующее количество отвердителя. Смесь тщательно перемешивается в течение 10-15 минут. При приготовлении шпатлевки для выравнивания неровностей поверхности в смесь небольшими порциями вводят асбест и композицию перемешивают ручным или механическим способами до получения однородной массы. Шпатлевка и мастика ЭП-00-10 изготавливаются также на основе клеев ЭПК-518 или ЭПК-519 и стеклянных микросфер. Для вертикальных и подволочных поверхностей в рецептуру их дополнительно вводится аэросил марки А-175 или асбест хризолитовый.
При изготовлении мастики и шпатлевки вначале смешиваются эпоксидная и полиамидная смолы (не менее 10-15 мин.), а затем вводятся остальные компоненты. Перемешивание производится до получения однородной массы. Жизнеспособность мастики и шпатлевки приведенных рецептур - 4 часа.
3.4 Рекомендации по применению средств вибропоглощения на судах.
Общие рекомендации по применению средств вибропоглощения на судах можно свести к трем типовым схемам.
Согласно первой схеме вибропоглощающие покрытия наносят на конструкции, непосредственно примыкающие к источнику вибрации и его помещению. В этом случае обеспечивается затухание вибраций на пути от источника до помещения, где требуется уменьшить вибрации и шум. Такая схема предпочтительна, когда необходимо уменьшить вибрации и шум во многих помещениях, расположенных на некотором расстоянии от источника вибраций.
Вторая схема предусматривает нанесение вибропоглощающего покрытия на ограждения помещения с целью уменьшения их вибраций и излучаемого в помещении шума. Такая схема удобна в тех случаях, когда требуется снижение вибраций и шума в небольшом количестве помещений.
Согласно третьей схеме покрытия или другие средства вибропоглощения наносятся на отдельную конструкцию для уменьшения ее вибраций и излучаемого шума на резонансных частотах.
При проектировании элементов судовых конструкций, подлежащих демпфированию, следует иметь в виду целесообразность использования форм, обеспечивающих упрощение средств вибропоглощения и повышение их эффективности.
В некоторых случаях (особенно при необходимости доведения уровней шума в помещении до норм на готовом судне) может оказаться полезным применение съемных вибропоглощающих конструкций с механическим креплением. Для демпфирования пластин можно использовать покрытие, состоящее из резинового слоя (лучше перфорированного) и прижимного листа. Конструкция крепится на болтах, расположенных в шахматном порядке. 4. Экономическая часть.
4.1 Определение себестоимости проведения виброакустических испытаний в лаборатории
Себестоимость - стоимостная оценка, используемых в процессе производства продукции, сырья, материалов, топлива, основных фондов, трудовых ресурсов, а также других затрат на ее производство и реализацию.
Конкретный состав затрат, которые могут быть отнесены на издержки производства и реализацию продукции, регулируется законодательством РФ. Состав затрат, включающих себестоимость продукции, работ, услуг регламентируется налоговым кодексом РФ глава 25.
Для расчета себестоимости всего объема производства и анализа структуры издержек все затраты группируются в соответствии с их экономическим содержанием с последним элементом. Группируем затраты, по экономическим элементам рассчитываем смету затрат на производство - документ планирования доходов предприятия, обусловлен выпуском определенного объема продукции, выполнением работ и услуг промышленного характера. Однако смета затрат на производство в виду неоднородности продукции, произведенной судостроительным предприятием, не позволяет рассчитать себестоимость единицы продукции. С этой целью используется калькулирование - процесс определения издержек производства и реализации единицы продукции.
В процессе калькулирования все издержки группируются по статьям калькуляции. В основе группировки лежат статьи расходов предприятия на производство и реализацию единицы продукции в зависимости от назначения этих расходов и места их возникновения. В судостроении применяют следующие статьи калькуляции: сырье, материалы; возвратные отходы (вычитают); топливо и энергия на технологические цели; комплектные изделия; основная зарплата производственных рабочих; отчисления на социальные нужды (включая отчисления на пенсионный фонд, обязательного медицинского страхования, социального страхования); расходы на подготовку и освоение производства; цеховые расходы; налоговые отчисления, включающие себестоимость; внепроизводственные расходы.
Стоимость сырья, материалов, комплектующих изделий, топлива и энергии рассчитывается исходя из единицы потребления и стоимости первой единицы электроэнергии, мощности двигателей, а также нормы потребления этих ресурсов на единицу изделия.
Основная зарплата производственных рабочих рассчитывается, исходя из трудоемкости технологических операций по изготовлению продукции, монтажа оборудования, выполнения работ промышленного характера и тарифной ставки рабочих, производственных (выполненных) технологических операций. Допускается при расчете себестоимости использовать среднюю часовую тарифную ставку по цеху или предприятию.
Дополнительная зарплата производственных работ вычисляется по нормативу, рассчитываемому плановым экономическим отделом предприятия. Суммируется с основной зарплатой.
Также по нормативам, установленным законодательством РФ о едином социальном налоге и обязательном социальном страховании производственных ресурсов, рассчитываются отчисления на социальные нужды.
Что касается издержек по остальным статьям калькуляции, то они рассчитываются по нормативам, установленным планово-экономическим отделом предприятия (за исключением налоговых отчислений, установленных законодательством субъекта федерации и муниципального образования).
По последовательности формирования себестоимости единицы продукции различают технологическую, цеховую, производственную и полную себестоимость.
Для экономической оценки вариантов новой техники и выбора наиболее эффективного из них, вычисляется технологическая себестоимость. В ее состав включается затраты данного цеха, непосредственно связанные с выполнением определенной технологической операции или выполнением комплекса операций производственного процесса (материальные затраты на топливо, на технические нужды и прочее).
Цеховая себестоимость образуется из всех текущих затрат на производство единицы продукции, а также технологическую себестоимость и цеховые расходы.
В производственную себестоимость, помимо производственных затрат цехов, включаются расходы управления предприятием, т.е. цеховая себестоимость, а также общезаводские расходы.
В полную себестоимость включается все статьи затрат (расходов) не вошедшие в производственную себестоимость.
Учитывая, что в современных условиях цена продукции является важнейшим элементом конкурентоспособности производства и конкурентоспособности конкуренции, следует уделять пристальное внимание уменьшению себестоимости продукции, лежащей в основе ее цены. Источники уменьшения себестоимости представляют собой элементы затрат, за счет экономии которых могут быть уменьшены издержки производства. К основным источникам уменьшения себестоимости относятся: уменьшения расхода материалов, энергии, топлива и др. затраты; уменьшение трудоемкости изготовления продукции; уменьшение административно-управленческих расходов.
Факторы уменьшения себестоимости в условиях предприятия подразделяются на 2 группы:
- внутрипроизводственные: технико-экономические факторы, на которые предприятие может оказывать воздействие в процессе функционирования производства (увеличение технического уровня производства за счет совершенствования техники и технологий производства, механизации и автоматизации производственных процессов, совершенствование организаций производства и труда за счет внедрения более совершенной структуры управления, более совершенных систем оплаты труда, более рациональных форм организации труда, изменение объема производства и структуры производственной продукции, обращая внимание на выпуск высокорентабельной продукции);
- внепроизводственные.
Совокупность материальных и трудовых затрат в денежном выражении, необходимых для производства и реализации продукции называется себестоимостью.
С=См+Спд+Зпр+Осц.н.+РСЭО,
где С - себестоимость виброакустической диагностики См - стоимость основных материалов с ТЗР (транспортно-заготовительные расходы)
Спд - стоимость покупных комплектующих деталей с ТЗР
Зпр - прямая заработная плата основных рабочих
Осцн - отчисления на социальные нужды
Ор - общезаводские расходы
1. Стоимость образцов с покрытием - 4750 руб.
2. Стоимость энергозатрат:
Электроэнергия - 4,23 руб/кВтч*50кВтч=211,5 руб.
Итого: 211,5 руб.
3. Расчет фонда заработной платы одного рабочего:
Т=15 н/ч - количество нормо/часов;
Стоимость нормо/часов работника - 54,42 руб.
ОЗП - основная заработная плата;
ОЗП=С+П, где
С - сдельный заработок.
С=Т*S=15*54,42=816,3 руб.
П - премия.
П=0,45*С=0,45*816,3=367,3 руб.
ОЗП=816,3+367,3=1183,6 руб.
ОЗПрк с учетом районного коэффициента и договорных надбавок.
ОЗПрк=2,2*ОЗП=2,2*1183,6=2603,9 руб.
ДЗП - дополнительная заработная плата.
ДЗП=0,2946*ОЗП=0,2946*2603,9=767,1 руб.
Отчисления на социальные нужды - 32,8%
Осн=0,328*(ОЗПрк+ДЗП)=0,328*(2603,9+767,1)=1105,7 руб.
Фонд заработной платы одного работника с отчислениями:
Фзп=ОЗПрк+ДЗП+Осн=2603,9+767,1+1105,7=4475,8 руб.
4. РСЭО-расходы на содержание и эксплуатацию оборудования
РСЭО=0,25%*ОЗП=0,25*1183,6=295,9
5. Цеховая себестоимость.
Сц - нет, т.к. работы проводились в лаборатории.
6. Общезаводские расходы.
Ор - нет, т.к. на работы внутризаводского оборота Ор не распре-деляются.
7. Себестоимость:
Пс=Спд+См+Зпр+Осн+РСЭО=4750+3921,1+968,5+295,9=9935,5 руб.
8. Внепроизводственные расходы: стоимость тары, отчисления на социальное страхование работников складов, амортизация и содержание складских помещений.
Нр=0,1*Пс=0,1*9935,5=993,55 руб.
9. Полная себестоимость
W=Пс+Нр=9935,5+993,55=10929,05 руб. 5. Охрана труда и защита окружающей среды.
5.1 Охрана труда при работе на виброакустических установках в лаборатории При работе на виброакустических установках воздействуют вредные факторы такие как шум и вибрация, в разделе охрана труда я рассматриваю методы борьбы с ними.
Раздел составлен на основании: "Положения по организации работы по охране труда высших и средних специальных учебных заведений, предприятий и организаций министерства высшего и среднего специального образования" и "Указаний о проведении инструктажа и обучения по технике безопасности и производственной санитарии в высших и средних специальных учебных заведениях, предприятиях, учреждений и организаций министерств (комитетов) высшего и среднего специального образования".
РД 5.0241 При работах на установках лаборатории необходимо выполнять следующие требования:
РД 5.0663 - Работать разрешается только на установках, введенных в эксплуатацию с санкции приемной комиссии.
РД 5.0281 - Работы на установках проводятся в соответствии с инструкциями по обслуживанию, описаниями лабораторных работ и методами по проведению НИРС и НИР.
Инструкция, описания и методики, которые разрабатываются преподавателями, должны содержать необходимые указания по технике безопасности.
ПОТ РО 1400-001-98 - При отсутствии необходимых инструкций, описаний и методик, работы на установках ЗАПРЕЩАЮТСЯ, а лаборанты к обслуживанию установки НЕ ДОПУСКАЮТСЯ.
СП 5159-89 - Инструктаж по технике безопасности со студентами перед началом практических и лабораторных работ, а также НИРС и НИР проводятся преподавателями, ведущими эти работы и оформляются в отдельном журнале регистрации периодического инструктажа.
5.2Требования пожарной безопасности
В целях пожарной безопасности запрещается: (ГОСТ 12.1.004 ССБТ)
а) загромождать проходы к средствам пожаротушения;
б) использовать средства пожаротушения не по прямому назначению;
в) захламлять настилы заказа и леса производственными отходами;
г) оставлять на заказе после окончания работы спецодежду, мусор, промасленную ветошь, легковоспламеняющиеся, горючие жидкости и другие пожароопасные материалы;
д) производить какие-либо пожароопасные работы, если не выполнены работы по полному противопожарному обеспечению заказа.
ГОСТ 12.1.804 Категорически запрещается зажигать спички или зажигалки для целей освещения затемненных участков, приборов, отличительных планок и т.п.
ГОСТ 12.1.904 При обнаружении поступления воды в помещение или возникновении загорания, немедленно сообщите об этом старшине помещения и на центральный пост. При ликвидации аварии все находящиеся в помещении должны неукоснительно выполнять указания старшины помещения.
5.3Электробезопасность при использовании электроприборов
При работе акселерометром возникает опасность получить поражение электрическим током, ведь основная проблема в том, что электрический ток не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха, наличие электрического тока можно проверить только с помощью специальных приборов.
Для предотвращения этих опасных факторов необходимо соблюдать следующие факторы техники безопасности:
1.Перед началом работы необходимо привести в порядок рабочую одежду, застегнуть обшлага рукавов, убрать под головной убор волосы. Свешивающаяся, небрежно одетая одежда может быть захвачена движущимися частями инструмента (ГОСТ 12.1.019-79); 2.Необходимо привести в порядок рабочее место, в районе работы не должно быть лишних заготовок, инструмента, ветоши;
3.Нельзя оставлять электроинструмент, присоединённый к электросети без надзора (ГОСТ 12.1.019-79); 4.Запрещается работа электроинструментом под открытым небом во время дождя и снегопада (ГОСТ 15543.1-89); 5.Запрещается использовать электроинструмент при работе со стремянок и приставных лестниц (ГОСТ 12.1.019-79); 6.При укладке питающего кабеля необходимо избегать пересечения его с тросами, трубами, острыми предметами, другими электрокабелями. Необходимо следить за тем, чтобы кабель не перегибался и не натягивался (ГОСТ 12.2.007.9-93); 7. Запрещается использовать электроинструмент при повреждении штепсельного соединения или питающего кабеля, при нечеткой работе переключателя, при наличии трещин на корпусе, при появлении дыма и запаха, характерного для горящей изоляции (ГОСТ 12.2.007.9-93).
5.4Методы и средства защиты от вибрации и шума
Для защиты от вибрации применяют следующие методы: снижение виброактивности машин; отстройка от резонансных частот; вибродем- пфирование; виброизоляция; виброгашение, а также индивидуальные средства защиты. ГОСТ 12.4.041 Снижение виброактивности машин достигается изменением технологического процесса, применением машин с такими кинематическими схемами, при которых динамические процессы, вызываемые ударами, ускорениями и т. п. были бы исключены или предельно снижены, например, заменой клепки сваркой; ГОСТ 12.4.042 Отстройка от резонансных частот заключается в изменении режимов работы машины и соответственно частоты возмущающей вибросилы; собственной частоты колебаний машины путем изменения жесткости системы (например, путем закрепления на машине дополнительных масс).
ГОСТ 12.3.323 Вибродемпфирование - это метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения, рассеивающих колебательную энергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах, из которых изготовлена конструкция. Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности слоя упруговязких материалов, обладающих большими потерями на внутреннее трение,- мягких покрытий (резина, пенопласт) и жестких (листовые пластмассы, листы алюминия); ГОСТ 12.5.343Виброгашение (увеличение массы системы) осуществляют путем установки агрегатов на массивный фундамент. Виброгашение наиболее эффективно при средних и высоких частотах вибрации.
ГОСТ12.4.654Виброизоляция заключается в уменьшении передачи колебаний от источника к защищаемому объекту при помощи устройств, помещаемых между ними. Для виброизоляции чаще всего применяют виброизолирующие опоры типа упругих прокладок, пружин или их сочетания. Эффективность виброизоляторов оценивают коэффициентом передачи КП. Виброизоляция только в том случае снижает вибрацию, когда КП < 1. Чем меньше КП, тем эффективнее виброизоляция. ГОСТ 12.1.010 Профилактические меры по защите от вибраций заключаются в уменьшении их в источнике образования и на пути распространения, а также в применении индивидуальных средств защиты, проведении санитарных и организационных мероприятий. ГОСТ 12.1.004 Уменьшения вибрации в источнике возникновения достигают изменением технологического процесса с изготовлением деталей из капрона, резины, текстолита, своевременным проведением профилактических мероприятий и смазочных операций; центрированием и балансировкой деталей; уменьшением зазоров.
ГОСТ 12.1.055 В качестве вибропоглощающих покрытий обычно используют мастики № 579, 580, типа БД-17 и простейшие конструкции (слои рубероида, проклеенные битумом или синтетическим клеем). Если методы коллективной защиты не дают результата или их нерационально применять, то используют средства индивидуальной защиты. В качестве средств защиты от вибрации при работе с механизированным инструментом применяют антивибрационные рукавицы и специальную обувь. Антивибрационные полусапоги имеют многослойную резиновую подошву.
ГОСТ 12.1.404 Длительность работы с вибрирующим инструментом не должна превышать 2/3 рабочей смены. Операции распределяют между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного действия вибрации, включая микропаузы, не превышала 15...20 мин. Рекомендуется делать перерывы на 20 мин через 1...2ч после начала смены и на 30 мин через 2 ч после обеда.
Во время перерывов следует выполнять специальный комплекс гимнастических упражнений и гидропроцедуры - ванночки при температуре воды 38 °С, а также самомассаж конечностей.
Если вибрация машины превышает допустимое значение, то время контакта работающего с этой машиной ограничивают.
ГОСТ 12.1.444 Для повышения защитных свойств организма, работоспособности и трудовой активности следует использовать специальные комплексы производственной гимнастики, витаминную профилактику (два раза в год комплекс витаминов С, В, никотиновую кислоту), спецпитание.
5.5Средства индивидуальной защиты от производственного шума и вибраций
Средства индивидуальной защиты органов слуха работающих установлены ГОСТ 12.4.011-75; это противошумные шлемофоны (шлемы), наушники, заглушки, вкладыши (рис. 5.1а-г). Они эффективно защищают организм от раздражающего действия шума, предупреждая возникновение различных функциональных нарушений и расстройств, если правильно подобраны и систематически используются. Рисунок 5.1 Индивидуальные средства защиты от шума: а - пробки; б - шлем; в - заглушки; г - наушники
Вкладыши- наиболее простое, удобное и дешевое защитное средство. Они вставляются в слуховой канал. При плотном прилегании к уху вкладыши снижают шум до 15-30 дБ.
Шлемофоны. При высоких уровнях шумов, превышающих 120 дБ, вкладыши и наушники всех типов непригодны. В этих случаях используется шлемофон, герметично закрывающий всю околоушную область.
В качестве средств индивидуальной защитыот вибрации используются: для рук - виброизолирующие рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки; для ног - виброизолирующая обувь, стельки, подметки.
Виброзащитные рукавицы отличаются от обычных рукавиц тем, что на их ладонной части или в накладке закреплен упругодемпфирующий элемент. Этот элемент выполняется из поролона. Применяются рукавицы с эластично-трубчатыми элементами (рис. 5.2). Также рукавицы могут выполняться с накладным карманом, в который вставляется накладка с эластично-трубчатыми элементами (рис. 5.2) ГОСТ 12.4.002-74.
Виброзащитная обувь изготовляется в виде сапог, полусапог, полуботинок как мужских, так и женских, и отличается от обычной обуви наличием подошвы или вкладыша из упругодемпфирующего материала (рис. 5.3). ГОСТ 12.4.024-74 "Виброобувь".
Виброзащитные платформы (площадки) - наиболее приемлемые средства защиты от общей вибрации при работе стоя. Основной частью подставки является опорная плита, на которой стоит и выполняет работу оператор. Средства виброизоляции могут размещаться сверху плиты, снизу плиты или с обеих сторон одновременно. В зависимости от принятой схемы их взаимного расположения виброзащитные платформы изготавливают с опорными, встроенными, накладными или комбинированными виброизоляторами. ГОСТ 12.4.024-64 "Виброплатформы".
Виброзащитные сиденья применяют, если оператор выполняет работу сидя. Рабочие места, расположенные на транспортных средствах, оснащают подрессоренными сиденьями. Такие сиденья наряду с упругими и демпфирующими элементами, как правило, направляющие механизмы, обеспечивающие снижение вибрации в одном, обычно вертикальном направлении. ГОСТ 12.4.024-64 "Вибросиденья".
5.6 Защита окружающей среды
Борьба с шумом и вибрацией на производстве является комплексной проблемой, связанной с решением гигиенических, технических, управленческих и правовых задач. Вопросам борьбы с вибрацией и шумом в нашей стране придается общегосударственное значение.
Заключение
Тема дипломной работы: Исследование вибродемпфирующих покрытий.
Заданием на общепроектную часть было разработать принципиальную схему энергетической установки танкера первого класса и выполнить расчет главной энергетической установки - дизеля.
Освоение природных ресурсов и развитие производительных сил в северных районах являются важнейшими элементами экономической стратегии России на предстоящий длительный период. Север России - это, прежде всего богатейшая минерально-сырьевая база страны, особенно с учетом богатств не только суши, но и арктических морей. Север является глобальным экологическим и стратегическим резервом XXI века и на более отдаленную перспективу не только России, но и всей планеты.
В исследованных в геологическом отношении районах Арктики найдены несметные запасы сырья, которые нужно не только добыть, но и вывезти. Но как раз здесь и возникают значительные трудности. Льды чинят препятствия морскому судоходству не только за Полярным кругом, но и южнее его, в прибрежных морях на севере азиатского и американского материков. Продление навигационного периода в этих районах возможно лишь при условии совершенствования техники и технологии преодоления ледовых препятствий.
Поэтому мною в общепроектной части дипломной работы рассмотрен танкер ледового класса.
Танкер предполагается для эксплуатации в районе Печорского и Баренцева морей, где открыто нефтяное месторождение Приразломное запасы которого, по предварительным данным, оцениваются в 70 млн. тонн.
Нефтяное месторождение Приразломное расположено в юго-восточной части Печорского моря в 320 км от речного порта Нарьян-Мар и в 960 км от морского незамерзающего морского порта Мурманск. Район характеризуется суровыми природно-климатическими и ледовыми условиями. Ледовый период продолжается 8 - 10 месяцев, толщина льда 2,5 - 3 м, минимальная температура воздуха -47° С, глубина моря до 30 м. Толщина однолетнего льда без торосов при глубине 30 м составляет 0,3 м, при глубине 10 м - 0,5 м. Скорость дрейфа льда 0,26 м/с. Скорость течения на поверхности (с учетом ветрового дрейфа) составляет 1 м/с. Скорость ветра на высоте 10 м от спокойного уровня воды с осреднением в 10 мин. возможная 1 раз в 100 лет составляет 40,0 м/с. Высота волны расчетная, возможная 1 раз в 100 лет (для глубины моря 30 м) - 10,7 м. Длина волны - 146 - 208 м.
Танкер имеет 16 грузовых танков с двойными бортами, на внутреннюю поверхность танков нанесено специальное химически стойкое покрытие. Такие танкеры имеют два отстойных танка, которые могут быть использованы для топлива с целью увеличения дальности плавания.
Главный двигатель - малооборотистый двухтактный дизель с наддувом.
Танкер имеет все необходимый системы и спасательные средства, обеспечивающие безопасность плавания, грузовые операции выполняются с использованием компьютерной системы мониторинга.
Был произведен тепловой расчет дизеля.
В специальной части был проведен ряд исследований вибродемпфирующих покрытий. Основными источниками вибрации и шума являются: машины и механизмы (насосы, редукторы, конденсаторы, электрические машины, подшипники); регулирующие устройства и арматура (клапаны, дроссельные шайбы, тройники); трубопроводы (участки труб, сильфонные компенсаторы, рукава, шланги).
Для борьбы с шумом и вибрацией используются вибродемпфирующие покрытия, а также амортизаторы и компенсаторы, содержащие в своих конструкциях резиновые элементы. Виброизоляция - любая мера, предпринимаемая для снижения переноса вибросилы от оборудования к его опорной конструкции, или наоборот; способность препятствий изолировать конструкции от распространяющихся по ним волн колебательной энергии. Рост мощности и виброактивности судовых механизмов влечет за собой усиление звуковых вибраций в судовых корпусных конструкциях и, как правило, повышение уровней шума в судовых помещениях. Это может служить причиной профессиональных заболеваний обслуживающего персонала и усталостных повреждений судовых конструкций.
В судовых условиях наиболее широкое применение находят два основных способа вибропоглощения: вибропоглощающие покрытия и специальные вибропоглощающие конструкционные материалы. Вибропоглощающие покрытия наносят на готовые конструкции для увеличения в них потерь энергии при периодических деформациях. В настоящее время применяют жесткие, армированные, мягкие покрытия. Наносят покрытия либо непосредственно на излучающую звук конструкцию, либо на конструкцию, по которой звуковая вибрация распространяется до излучающей конструкции.
Средства вибропоглощения в судовых условиях целесообразно применять для увеличения затухания амплитуды вибраций при распространении по конструкциям, связывающим источник вибрации со звукоизлучающими ограждениями, путем нанесения на эти конструкции вибропоглощающих покрытий. А также для уменьшения звукоизлучения ограждений путем демпфирования их вибраций. При рациональном использовании средств вибропоглощения уровни шума в судовых помещениях, обусловленные работой механизмов и других источников вибраций, могут быть снижены на 10-20 дБ. Вместе с тем непродуманное применение этих средств может не дать необходимого эффекта и привести к неоправданному увеличению водоизмещения и к повышению стоимости судна.
Разработанные методы позволяют произвести оценку ожидаемой эффективности средств вибропоглощения по отношению к вибрациям и воздушному шуму в помещениях на стадии проектирования судна. Наиболее надежным и наглядным методом такой оценки является электрическое моделирование корпуса судна с помощью специальных аналоговых устройств или ЭВМ.
Анализ на собственные частоты имеет целью расчет резонансных частот и соответствующих им собственных форм колебаний. Такой анализ можно провести с помощью метода конечных элементов (в теории). Основная идея МКЭ состоит в том, что рассчитываемая конструкция (одномерная или многомерная) разделяется на ряд простейших по форме частей- элементов. Размеры элементов обычно малы по сравнению с размерами всей конструкции, но они имеют конечные значения. На практике исследование проводилось на специальном стенде, где пластины в их середине подвергались вибрационному возбуждению через датчик силы с помощью электродинамического вибратора. Сигналы откликов пластин выводились на экран ЭВМ.
Применение средств вибропоглощения должно предусматриваться в процессе проектирования судна, так как только в этом случае возможно достижение наибольшей эффективности этих средств при минимальном объеме использования материалов. Вместе с тем средства вибропоглощения являются одним из немногих шумозащитных средств, которые могут быть использованы на построенном судне в случае необходимости дополнительного снижения уровней вибрации и воздушного шума в судовых помещениях.
Средства вибропоглощения способствуют удлинению срока службы элементов судовых конструкций и оборудования, подверженных интенсивной вибрации и обусловленным ею усталостным разрушениям. Средства вибропоглощения могут быть полезными для уменьшения вибрации и шума, возникающих при механической обработке элементов конструкции в цехах судостроительных и других металлообрабатывающих заводов.
Дальнейшее исследование в области развития и совершенствования средств вибропоглощения на судах должны проводиться по следующим направлениям:
- создание более эффективных недорогих вибропоглощающих покрытий и конструкционных материалов, удобных для практического применения;
- накопления и обобщение опыта применения средств вибропоглощения на судах с целью выработки дополнительных рекомендаций по эффективному и рациональному практическому использованию этих средств;
- совершенствования методов прогнозирования эффективности средств вибропоглощения по отношению к вибрациям и воздушному шуму в помещениях при проектировании судна;
- исследование факторов, ограничивающих эффективность применения средств вибропоглощения и разработки рекомендаций и средств, уменьшающих влияние этих факторов.
В технологической части разработана технология нанесения и выбор оптимального вибродемпфирующего покрытия в данных условиях при данных требованиях. Так жесткое покрытие целесообразно наносить с одной стороны пластины, мягкое - также с одной стороны пластины. Толщина и протяжен-ность вибродемпфирующего покрытия обусловлена областью нанесения покрытия и типа конструкции, при этом толщина покрытия не должна превышать значений, обусловленных отсутствием сдвиговых деформаций в их слоях во всем диапазоне частот
Список литературы.
1. Альпин А.Я., Стенин В.А. Проектирование и расчет двигателей внутреннего сгорания - Северодвинск: Севмашвтуз, 1998.
2. Болгов В.М. Акустические шумы и помехи на судах- Л.: Судостроение, 1984. 192 с.
3. Болотина В.В. Вибрация в технике: Справочник. Т1. Колебания линейных систем./ Под редакцией- М.: Машиностроение, 1978. 352с., ил.
4. Вибрация в технике: Справочник. Т6. Защита от вибрации и ударов./ Под редакцией К. В. Фролова. - М.: Машиностроение, 1981. 456с., ил.
5. Гаврилов М.Н. Защита от шума и вибрации на судах- М.:Транспорт, 1979. 120с. 6. Гладких П.А. Борьба с шумом и вибрацией в судостроении- Л.: Судостроение, 1971. 176с.
7. Гуляев А.А. Проектирование судов. Методические указания к практическим работам - Северодвинск: Севмашвтуз, 2002.
8. Каминев А.А., Кузнецов Б.В. Проектирование судовых двигателей внутреннего сгорания - Л.: Судостроение, 1967.
9. Кане А.Б. Судовые двигатели внутреннего сгорания - Л.: Судостроение, 1973.
10. Клюкин И.И. Борьба с шумом и звуковой вибрацией на судах. Л.: Судостроение, 1971. 416с., ил.
11. Козлов В.И. Судовые энергетические установки - Л.: Судостроение, 1975.
12. Колесников А.Е. Шум и вибрация: Учебник. - Л.: Судостроение, 1998. - 248 с.; ил.
13. Конаков Г.А., Васильев Б.В. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота - М.: Транспорт, 1980.
14. Никифоров А.С. Вибропоглощение на судах- Л.: Судостроение, 1979.
15. Новые суда "ЛУКойл-Арктик-Танкер" Судостроение №3, 2000.
16. Печененко В.И., Козьминых Г.В. Автоматизация регулирования и управления в судовых силовых установках - М.: Транспорт, 1967.
17. Постнов В.А. Вибрация корабля- Л.: Судостроение, 1983. 248 с.
18. Троицкий Б.Л., Сударева Е.А. Основы проектирования судовых энергетических установок - Л.: Судостроение, 1980.
19. Шенинг З.Р. Модульно-агрегатный метод монтажа судового оборудования - Л. Судостроение, 1991.
Выпускная квалификационная работа выполнена мной самостоятельно. Использованные в работе материалы и концепции из опубликованной научной литературы и других источников имеют ссылки на них. Один экземпляр работы сдан на кафедру.
"___" _________ 20___г.
_________________________________________________
(подпись)(И.О. Фамилия).
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
497
Размер файла
5 228 Кб
Теги
poyasnitelnaya, zapiska
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа