CC BY
54
Научные труды Дальрыбвтуза. Том 34 ISSN 2222-4661
УДК 621.6-7
А.Н. Соболенко
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет,
690087, г. Владивосток, ул. Луговая, 52б
ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТНОЙ РАМЫ ВДГ 6NVD48A2
НА Т/Х «ПРОЛИВ ЛАПЕРУЗА»
На приемно-транспортных рефрижераторах типа «Пролив Лаперуза» установлено четыре дизель-генератора 6NVD48-A2 в машинно-котельном отделении, расположенном в кормовой части судна. В эксплуатации были зафиксированы повреждения фундаментных рам ВДГ.
Был выполнен динамический расчет для определения частот колебаний основного (первого) тона свободных колебаний фундамента ВДГ, т.е. частот первого тона свободных колебаний соответствующей системы перекрестных связей.
Цель расчета - убедиться в отсутствии резонанса этого колебания с действующей на перекрытие известной возмущающей силой, вызванной неуравновешенными поступательно-движущимися массами при работе дизель-генератора.
Определение частоты колебаний первого порядка производилось методом Рэлея. Одновременно выполнялся расчет по формулам Российского Морского Регистра судоходства.
Сравнение результатов расчета свободных колебаний и вынужденных колебаний элементов фундамента показывает, что ни одна из частот не совпадает, что позволяет говорить об отсутствии возможности резонанса колебаний, который мог бы быть причиной повреждения фундаментных рам ВДГ.
Ключевые слова: фундаментная рама, повреждения, свободные колебания, вынужденные колебания, резонанс колебаний.
A.N. Sobolenko
THE DINAMIC CALCULATION OF THE BED FRAME OF 6NVD48A2 AUXILIARY ENGINE ON «LAPERUZA STRAIT» M/S
There are four diesel generators in the engine room of «Laperuza Strait» m/s. The engine room is on the aft end of the ship. Damages of the bed frame took place in operation of 6NVD48A2 auxiliary engine.
Dynamic calculations were made to determine vibration frequencies of main (first) tone of the bed plait free vibrations, i.e. vibration frequencies of main (first) tone of the adequate system of cross ties,
The calculation goal - to be confirmed that there is no vibration resonance these vibrations with known disturbed force, which is result action of unbalanced reciprocating mass during engine operation.
The calculation of the vibration frequencies of first order was made by Relay method. At the same time the calculation was made with using formulas of Russia Marine Register of Seagoing.
Comparison of results shows that free vibrations not coincide with forced vibrations. So we can argue that there is no opportunity of vibration resonance, which could be the reason of bed plate damage.
Key words: bed frame, damages, plait free vibrations, forced vibrations, vibration resonance.
На приемно-транспортных рефрижераторах типа «Пролив Лаперуза» установлено четыре дизель-генератора 6NVD48A2 в машинно-котельном отделении, расположенном в кормовой части судна. В эксплуатации было зафиксированы случаи повреждения фундаментных рам ВДГ.
Одним из отрицательных факторов, влияющих на надежность работы фундаментных рам и рамовых подшипников, является вибрация фундаментной рамы. Опыт работы на судне «Пролив Лаперуза» свидетельствует о значительной вибрации кормовой оконечности, особенно при следовании судна в балласте.
98
Судовые энергетические установки, устройства и системы, технические средства судовождения, электрооборудование судов
Динамический расчет производился для определения частот колебаний основного (первого) тона свободных колебаний фундамента ВДГ, т.е. частот первого тона свободных колебаний соответствующей системы перекрестных связей.
Цель расчета - убедиться в отсутствии резонанса этого колебания с действующей на перекрытие известной возмущающей силой, вызванной неуравновешенными поступательнодвижущимися массами при работе дизель-генератора.
Определение частоты колебаний первого порядка можно с достаточной для практики точностью произвести, пользуясь методом Рэлея [1].
Общее выражение для частоты главных колебаний перекрытия:
к
P2 = М- . (1)
Мпр
Рассматривая перекрытие как систему перекрестных связей, будем иметь следующее: • для приведенного коэффициента жесткости
К
пр
• для приведенной жесткости
M пр
(2)
(3)
где п1 = f(x, yk) - форма колебаний перекрестных связей; n2 = f(xn, у) - форма колебаний балок главного направления; I, i - момент инерции сечений и балок главного направления; M, m -массы перекрестных балок и балок главного направления; L - длина перекрытия; l - ширина перекрытия; k, n - число перекрестных балок и балок главного направления.
Перекрытие размером 1000x4000x10, расположенное между шпангоутами 182^180, представлено на рис. 1.
Рис. 1. Эскиз перекрытия, расположенного между шпангоутами 182^180 Fig. 1. Draft of floor, located between 182^180 bends
КПр = E • I •
n
2 • l3
z l n=1
Z
sin2
Я-С n L
(4)
99
Научные труды Дальрыбвтуза. Том 34 ISSN 2222-4661
Кпр = 2-106-11813 • 3 /in2 3,14'80 = 15856-104 кг-м-1;
2-1003
П=1
400
м пр = 2
-Isin-
M• l^ . 2 я-Сп
1
L
м 0,96-10 3-100 у, 2 3,14• 80 6 63 2-1
Mпр =----------------/ sin ---------= 6,63 кг-с м ;
Р =
2
. K
пр =
Мпр i
1
158560000
6,63
400
= 4890 с-1.
(5)
Перекрытие размером 5400*240*10, расположенное между шпангоутами 185^182, представлено на рис. 2.
Рис. 2. Эскиз перекрытия, расположенного между шпангоутами 185^182 Fig. 2. Draft of floor, located between 185^182 bends
2 • 106-11813 • 3,144 ". 2 3,14 • 80 ,
Кпр =-----------3------1 sin2-------= 1093200 кг/м;
" пр
2•5403
1
Л;г 0,96 -10 3 • 540 2 . M пр =—------------------У sin
пр О
2
1
240
2 3,14 • 80 2-1
--------= 38,9кг-с м ;
240
100
Судовые энергетические установки, устройства и системы, технические средства судовождения, электрооборудование судов
Р =
1093200
38,9
= 167,6 с-1.
Перекрытие размером 2550x400x10, расположенное между шпангоутами 190^185, представлено на рис. 3.
Рис. 3. Эскиз перекрытия, расположенного между шпангоутами 190^185 Fig. 3. Draft of floor, located between 190^185 bends
Knp =
2 • 106 • 11813 • 3,14
4 4
2 • 2553
.2 ->■>
3,14 • 80
sin
1 400
= 9562300 кг/м;
A;r 0,95 • 10"3 • 255 ^ .
M пр = —----2 sin
21
пр
2 3,14 • 80 2-1
--------= 16,9 кг-с2м ;
400
Р =
ll
9562300
16,9
= 752 с-1.
Перекрытие размером 3300x2400x10, расположенное между шпангоутами 193^190, представлено на рис. 4.
Рис. 4. Эскиз перекрытия, расположенного между шпангоутами 193^190 Fig. 4. Draft of floor, located between 193^190 bends
101
Научные труды Дальрыбвтуза. Том 34 ISSN 2222-4661
2-106 • 11813 • 3,144 ^ .
Кпр =------------3------> sin
2•3303 ^
- пр
2 3,14 •80 = 4790200 кг/м;
M п
Р =
1 240
2 3,14 • 80
0,95 • 10“3 • 330^ .
---------------> sin
2 1 240
23,7 кг-с2м-1;
4790200
23,7
= 449,6 с"1.
Перекрытие размером 2000x400x10, расположенное между шпангоутами 197^193, представлено на рис. 5.
Рис. 5. Эскиз перекрытия, расположенного между шпангоутами 197 ^ 193 Fig. 5. Draft of floor, located between 197 ^ 193 bends
2 • 106 • 11813 • 3,144 ^ .
Кпр =------------3-----> sin
2•2003 , 400
пр
2 3,14 •80 = 19817000 кг/м;
0,95 • 10“3 • 200 ^ .
M пр = —--------------> sin
2 V 400
пр
2 3,14 • 80 2 "1
= 13,2 кг-с м ;
Р
19819700 = 1225 с"'.
13,2
Рис. 6. Эскиз бимса с присоединенным пояском Fig. 6. Draft of beam, with attached band
Оценка частот колебаний перекрытий по правилам Российского Регистра [2] выполнена ниже.
Частота первого тона свободных колебаний стальных пластин в воздухе, Гц
2 S
N1 = 0,25а2 —, (6)
a
102
Судовые энергетические установки, устройства и системы, технические средства судовождения, электрооборудование судов
где a - коэффициент, зависящий от условий заделки кромок пластины, жестко заделанной по всему контуру
a
2
22,37,
1 + 0,6051 bl +
2
(7)
где a - короткая сторона пластины, м; b - длинная сторона пластины, м; S - толщина пластины, м.
Частота первого тона свободных колебаний балок набора в воздухе в предположении свободного опирания концов балки, Гц
N2 =
78,5
I \
F2
(8)
где l - длина ребра, м; I2 - геометрический момент инерции поперечного сечения балки с присоединенным пояском, м4; F2 - площадь поперечного сечения балки с присоединенным пояском, см2.
Перекрытие размером 1000*4000*10, расположенное между шпангоутами 182^180, представлено на рис. 1.
a = 0,8 м;
b = 1,0 м;
S = 10 мм;
I2 = 11812,5 4 м;
F2 = 120 см2
Г 0,8 ^ 2 Г 0,8 ^
a2 = 22,37, 1 + 0,605 +
ll 11,0 у 11,0 у
= 29,27;
N = 0,25 • 29,27 = 117,05 Гц;
1 0,82
N2 = — Г1812,5 = 778,8 Гц.
2 1,0 V 120
Пластина N1 = 117 Гц.
Ребра жесткости N2 = 778,8 Гц.
Перекрытие размером 5400*2400*10, расположенное между шпангоутами 185^182, представлено на рис. 2.
a = 0,8 м;
b = 5,4 м;
S = 10 мм;
l = 5,4 м;
I2 = = 11812,5 4 м;
F2 = 120 см2
Г 0,8 ^ 2 Г 0,8 ^
a2 = 22,37, 1 + 0,605 +
11 15,4 у 15,4 J
= 22,5;
N = 0,25 • 22,5 = 87,9 Гц;
1 0,82
2
4
4
103
Научные труды Дальрыбвтуза. Том 34 ISSN 2222-4661
N2 = 7885/Ц8125 = 14 Г
2 5,4 V 120
Пластина N1 = 87,9 Гц.
Ребра жесткости N2 = 144,2 Гц.
Перекрытие размером 2550*4000*10, расположенное между шпангоутами 190^185, представлено на рис. 3. a = 0,8 м; b = 2,55 м;
S = 10 мм; l = 2,55 м;
I2 = 11812,5 м4;
F2 = 120 см2.
а2 = 22,37
" ^
(
1 + 0,605
0,8
V 2,55 у
+
0,8
V 2,55 у
= 23,04 ;
10
N = 0,25 • 23,04—- = 90,0 Гц; 1 0,82
N2 = 785/11812:5 = 303 Гц.
2 2,55 V 120
Пластина N1 = 90,0 Гц.
Ребра жесткости N2 = 303,7 Гц.
Перекрытие размером 3300*2400*10, расположенное между шпангоутами 193^190, представлено на рис. 4.
a = 0,8 м;
b = 3,3 м;
S = 10 мм;
l = 3,3 м;
I2 = = 11812,5 4 м;
F2 = 120 см2
f 0,8 ^ 2 f 0,8 ^
а2 = 22,37 1 + 0,605 +
1 V 3,3 у V 3,3 у
= 22,82;
N = 0,25 • 22,82^- = 89,13 Гц;
1 0,82
4
N2 =
78,5 11812,5
= 236,0 Гц.
3,3 V 120
Пластина N1 = 89,13 Гц.
Ребра жесткости N2 = 236,0 Гц.
Перекрытие размером 2000*4000*10, расположенное между шпангоутами 197^193, представлено на рис. 5. a = 0,8 м;
b = 2,0 м;
S = 10 мм; l = 2,0 м;
I2 = 11812,5 м4; F2 = 120 см2.
104
Судовые энергетические установки, устройства и системы, технические средства судовождения, электрооборудование судов
а2 = 22,37,
1 + 0,605
Г 0,8 Y Г 0,8 V
V 2,0 у
+
V 2,0 у
= 23,71;
N = 0,25 • 23,71
10
0,82
= 92,6 Гц;
N2 = — j11812,5 = 389,4 Гц.
2 2,0 V 120
Пластина N1 = 92,6 Гц.
Ребра жесткости N2 = 380,4 Гц.
Результаты расчета представлены в табл. 1.
Частота вынужденных колебаний при работе на номинальном режиме ВДГ кратна частоте вращения n = 428 мин-1 = 7,143 с-1.
Порядки частот вынужденных колебаний приведены в табл. 2.
Сравнение табл. 1 и 2 показывает, что ни одна из частот не совпадает, что позволяет говорить об отсутствии возможности резонанса колебаний.
Таблица 1
Сводные результаты частот собственных колебаний элементов набора корпуса судна
Table 1
Summary results of free vibrations of components of the ship framing
Размеры Номера Частоты собственных колебаний, Гц
перекрытий, мм шпангоутов Перекрытия Пластина Ребра жесткости
1000x4000x10 182-180 4890 117 782
5400x2400x10 185-182 168 88 27
2550x4000x10 190-185 752 90 120
3300x2400x10 193-190 450 89 72
2000x4000x10 197-193 1225 92 195
Связь между порядком и частотой вынужденных колебаний
The connection between degrees and force free vibrations
Таблица 2 Table 2
Порядок колебаний Частота колебаний, Гц Порядок колебаний Частота колебаний, Гц
1 7,133 5 35,67
2 14,27 6 42,80
3 21,40 7 49,93
4 28,53
Список литературы
1. Шиманский, Ю.А. Динамический расчет судовых конструкций / Ю.А. Шиманский. -Л.: Судпромгиз, 1963. - 380 с.
2. Вибрация морских судов. Вибрационная прочность и нормы вибрации. Правила классификации и постройки морских судов Российского Регистра. - М.: Транспорт, 1999. -502 с.
Сведения об авторе: Соболенко Анатолий Николаевич, доктор технических наук, профессор, e-mail: sobolenko_a@mail.ru.
105
