Исследование одной из возможных причин динамической неустойчивости валопроводов судов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Исследование одной из возможных причин динамической неустойчивости валопроводов судов Ле Динь Динг , Чан Вьет Ха

1Ле Динь Динг /Le Dinh Dung - магистр технических наук, факультет судовых энергетических установок, Вьетнамский Морской университет;

2 Чан Вьет Ха / Tran Viet Ha - магистр технических наук, Военно-морской технический институт, г. Хайфон, Социалистическая Республика Вьетнам

Аннотация: одной из возможных причин динамической неустойчивости вала, возникающей в процессе эксплуатации валопроводов судов, являются износ дейдвудного подшипника и периодически изменяющиеся под действием поперечных колебаний вала реакции подшипников. Рассматривается кормовой участок гребного вала как имеющий наименьшую собственную частоту. Участок гребного вала моделируется балкой постоянного сечения, опирающейся на смещаемую опору одностороннего действия. Так как в процессе поперечных колебаний балки возможен ее отрыв от опоры, крайняя опора принята защемляющей. В решении учитываются масса вала, а также масса и момент инерции массы гребного винта. При заданных параметрах гребного вала полученное решение позволяет определить собственную частоту колебаний вала, при заданной скорости вращения вала - форму колебаний и суммарные нагрузки на вал от действия статических и динамических нагрузок, а также влияние износа дейдвудного подшипника. Численный эксперимент для валопровода конкретного рыбодобывающего судна показал, что поперечные колебания оказывают существенное влияние на характер вращения вала. Начиная с некоторого значения величины износа подшипника, его реакция становится периодически отрицательной, т. е. вал будет периодически отрываться от подшипника, и, как следствие, его вращение будет становиться неустойчивым. Ключевые слова: динамическая неустойчивость, валопровод, поперечные колебания, статическое и динамическое нагружение.

Введение

Суда представляют собой сложные динамические системы, на которые воздействуют многочисленные малоизученные статические и динамические нагрузки. Динамические нагрузки наиболее опасны. Известно, что небольшие по величине, но периодически воздействующие нагрузки могут вызвать разрушение конструкций, построенных с большим запасом статической прочности.

Одним из механизмов судна, подвергающихся воздействию весьма сложной системы эксплуатационных нагрузок, является валопровод. Любой отказ в работе валопровода чреват серьезными последствиями, вплоть до гибели судна. Известны случаи, когда из-за сильной вибрации вала судно теряло ход, и его дальнейшее движение без буксира становилось невозможным. Отметим, что сильные вибрации начинались без видимых причин. Вал устойчиво работал достаточно длительный отрезок времени, но в какой-то момент начинались сильные вибрации. Известны случаи, когда сильная вибрация начиналась после «центровки» валопровода при запуске двигателя.

Постановка задачи

Причины, приводящие к неустойчивой работе валопровода, могут быть следующими:

- вследствие износа подшипников (особенно дейдвудных) в процессе эксплуатации судна изменяется укладка вала и, как следствие, характер колебаний вала (могут возникнуть параметрические колебания);

- при суммировании реакций от весовых нагрузок на вал (статические реакции при «центровке» вала) и реакций, вызванных колебаниями вала, может произойти отрыв вала от подшипника;

- валопровод представляет собой статически неопределимую систему, вследствие износа подшипников происходит перераспределение реакций от весовых нагрузок на вал, и после сложения их с динамическими реакциями происходит отрыв вала от подшипника.

Нами рассматривается задача о влиянии износов подшипников валопровода на их суммарные реакции.

Согласно результатам анализа, переменный гидродинамический момент (ГДМ) наиболее сильно влияет на ближайшие от винта подшипники, дальше его влияние быстро затухает. В связи с этим рассмотрим поперечные колебания гребного вала и примем расчетную схему в виде балки (рис. 1).

Рис. 1. Расчетная схема кормового участка гребного вала: 1 — вал до износа опоры; 2 — вал после износа опоры (пунктирная линия); 3 — гребной винт; f — величина износа опоры; Мгдм — переменный ГДМ; F — вес винта; q — погонный вес гребного вала;

EI — жесткость сечения вала на изгиб; l, L — длины участков вала

Так как на вал действуют статические нагрузки от веса вала и гребного винта и переменный гидродинамический момент Мгдм, рассматриваем нагружение вала как сумму статических и динамических нагрузок независимо. При этом, поскольку ГДМ имеет постоянную Мт и переменную Ma sin wt составляющие (Мгдм = Мт + Ma sinrot), постоянную составляю-щую Мт относим к статическим нагрузкам (рис. 2).

Рис. 2. Расчетные схемы кормового участка гребного вала; а — при действии постоянных нагрузок; б — при действии переменной составляющей гидродинамического момента; т, М — соответственно погонная масса гребного вала и гребного винта; I — момент инерции винта

В результате получим:

Ял - ЯлС + ЯлО ; ЯБ - ЯБС + ЯББ ;МА - МАС + МАО ■

(1)

Математическое решение задачи

Начнем со статического нагружения (рис. 2, а). Так как система статически неопределимая, то для определения реакций используем универсальное уравнение изогнутой оси балки:

0 <2 <1:

l <2 <1:

У - У о + Ро2 +

У - Уо + Ро2 +

Мо 2 2

Мо 22 2Е1

бо 2 3

д2

во 23__

6Е1 24Е1:

, #БС (2 - I )3 6Е1

2Е1 61Е Так как начальные параметры

Уо- о; (Ро- о; Мо- Млс; во- Ялс ■ то выражения (2) и (3) принимают следующий вид:

(2)

д2

24Е1

(3)

0 <2 <1:

У -

Млс2 , Ялс2

2Е1

4

I <2 <1:

У -

МЛС2 + КЛС2 + КБС

д2

6Е1 24Е1'

3 Кбс (2 -1 )3

(4)

д2

(5)

2Е1 6Е1 6Е1 24Е1 Неизвестные реакции ЯАС, ЯВС, МАС, входящие в выражения (4) и (5), находим из следующих граничных условий:

2 - ¡У - -/; 2 - ¡Мх - Мт; г - Ьбу - Р. С учетом того, что

М. - Е1^; б - Е1*3У

(6)

Млс12 + Клс!_

¿2 2

граничные условия (6) принимают вид д1

¿2'

2Е1

6Е1

2АЕ1=-/; Млс + КлсЬ + Кбс (I - ¡) - - Мт; Клс + ЯБ,

-дЬ - Р.

(7)

Из системы уравнений (7) находим значения статических реакций ЯАС и ЯВС:

Ялс - 21

(

Яъп - ■

21

/о + Мт - Р (I -1) + д

/о + Мт - Р (Ь -11) -

II - ы-± 2 12

Л"

—II 32

I2 I

12

(8)

где: /а = 2ЕЩ2 Решение динамической части задачи (рис. 2, б). Дифференциальное уравнение колебаний балки: 0 <2 <1:

Е1д-1 + тВ± - о. (9)

02 д1

принимаем

у - у(2)$тю1.

(10)

2

3

Подставляем (10) в уравнение (9). После интегрирования полученного уравнения для форм колебаний балки находим следующие выражения:

0 <2 <1

у = у& (ах) + % К2(ах) + -М^- Къ(ах) + Кл(ах); (11) а а Ы а Ы

I <2 <Ь:

у = уК (ах) + %К2(ах) + Къ(ах) + Кл(ах) + -^К4(а(х -1)); (12) а а Ы а Ы а Ы

где у0, ф0, М0, Q0 - начальные параметры, определяются из граничных условий; Кь К2, К3, К4 - система фундаментальных функций с единичной матрицей аргументов (се?) и (а (2 - I)) [1, с. 294].

а4 = та2 / Ы (13)

Граничные условия:

х = 0,у = 0и% = 0, т.е. % = 0; М0 = МАВ; Q0 = RAD (14) х = 1у = 0 (15) х = ЬО = -Р ; М = М + М ъта>г, (16)

у ин~ х ин а ' ^ '

где Qy и Мх - соответственно поперечная сила и изгибающий момент в сечении на правом конце балки; ^ин и Мин - соответственно сила инерции и изгибающий момент от момента инерции I массы гребного винта (рис. 2, б):

^ =-М ^; М = -1 д\ = -1 (-у

дг2' ин дг2 дг21 &

так как

д2 у д3 у

М=Ы ф =Ы

граничные условия (16) принимают следующий вид:

к = I;

д3у д2у Ы -4 = М -у, (17) дх дг

-у=/(-у '

дх2 дг2 ^-х.

Учитывая условия (14), выражения для форм колебаний (11) и (12) следующие:

Ы ^ = I —1-^1+ Ма 81иаг, (18)

0 <2 <1:

у = К3(ах) + К,(ах); (19) а Ы1 а Ы1

I <2 <1:

у = К,(ах) + ^ Кл(ах) + ^ Кл(а( х -1)); (19) а Ы1 а Ы1 а Ы1

Окончательно, используя (19) и (20), после преобразований граничные условия

(15), (17) и (18) получаем в следующей форме:

' а11маЮ + А.2 RAD = 0,

< АМ^ + А22^ + Аз^ = 0 (20)

_ А3 1MAD + А32 RAD + A33RBD = 0

Коэффициенты А^ (/ = 1-3,] = 1-3) имеют следующие значения:

Лп = А*з(Д); Л12 = КА Аз = 0; Л = А^А) + 71РКЪ(Р)\, 42 = [ К (А^гА^А)];

Аз = [К; (А ) + /№(&)]; Л31 = [К; (аЬ^АЮ]; Л32 =|[К2 (АЬ^АЮ]

Л33 =^[К2(А)-у2РЪКъ(А)];/3 = аЬ;/31=ос1;/32=а(Ь-I); у = М/тЬ; у = I/тЬ.

Используя систему уравнений (21), можно решать две задачи.

При заданных параметрах гребного вала определять его собственную частоту.

Для этого из условия, что определитель системы уравнений (21) Д равен нулю, т. е.

Л11 Л12 Л13

Д = Л21 Л22 Л23 = 0

Л31 Л32 Л33

находим величину р. Затем из выражения (13) вычисляем собственную частоту гребного вала:

НА №

При заданной скорости вращения вала w из системы уравнений (21) определяем динамические составляющие реакций МАБ, Кап и ЯБП. Пример расчета

Оценку влияния износов подшипника / на величину параметров «центровки» валопровода произведем путем численного эксперимента.

Рассмотрим кормовой участок гребного вала со следующими параметрами [2, с. 69]: Ь = 6,11 м; I = 4,385 м; Р = 73,85 кН; q = 11,05 кН/м; Е1 = 8,064 105 кНм2;

лопастная частота ю = 60,81 1/с, М^ =-37,69 кН / м; М^ =-138,2 кН / м; Мт

= -87,94 кН/м; Ма = 50,26 кН/м.

Момент инерции гребного винта, кг • м2 , вычислялся по формуле [2, с. 97]:

I = 0,02М .Б2—

, Л0

гл ,

— + 3

V ЛБ

Для рассматриваемого валопровода:

- диаметр гребного винта Б = 3,70 м;

- дисковое отношение гребного винта АУЛо= 0,57А

Для динамического расчета использовалась Программа для ЭВМ [3]. В результате вычислений находим:

- собственная частота гребного вала ю0 = 125 1/с;

- «отстройка» вала Дю от лопастной частоты ю составляет [2, а 98]:

Дю = |1 -ю0 /ю\ = |1 -125/60,8 = 1,056 > 0,2

Таким образом, условие «отстройки» вала от резонанса выполняется с большим запасом.

Вычисляем реакции.

Динамические составляющие реакций вычисляем по выражениям (21), используя Программу для ЭВМ [3]. В результате находим:

Мж = ±34,3кН.м; КАО = ±23,63кН.м; Яво = ±31,68кН.м Статическую составляющую реакции КЕБ вычисляем, используя выражение (8): Мвс = -2,870.104 кН/м / +190,4 кН/м;

Полная реакция на кормовом дейдвудном подшипнике равна (см. выражение (1): Яв = Явс + Яво = -2,870.104 кН/м /+190,4кН/м + 31,68кН/м = -2,870104 кН/м кН/м;

На рис. 3 изображена зависимость реакции на кормовом дейдвудном подшипнике от величины его износа и поперечных колебаний вала.

Рис. 3. Изменение реакции на кормовом дейдвудном подшипнике в зависимости от его износа и поперечных

колебаний вала — заштрихованная область; значение статической составляющей реакции — сплошная линия

Согласно рис. 3, поперечные колебания вала оказывают на его движение существенное влияние. Начиная с некоторого значения величины износа подшипника его суммарная реакция становится периодически отрицательной, тогда как статическая составляющая остается положительной. При одностороннем взаимодействии вала с подшипником это означает, что вал будет периодически отрываться от подшипника, т. е. его вращение становится динамически неустойчивым.

Выводы

Установлено, что поперечные колебания вала оказывают на его движение существенное влияние. Начиная с некоторого значения величины износа подшипника его суммарная реакция становится периодически отрицательной, тогда как статическая составляющая остается положительной. При одностороннем взаимодействии вала с подшипником это означает, что вал будет периодически отрываться от подшипника, т. е. его вращение становится динамически неустойчивым.

Следует отметить, что численные значения результатов исследования зависят от конкретного валопровода. Однако качественно они соответствуют полученным в [4].

Таким образом, при оценке динамической устойчивости валопровода недостаточно только проверять его на возможность резонанса. При расчете параметров «центровки» необходимо учитывать поперечные колебания вала и их влияние на величину реакций подшипников.

Литература

1. Миронов А. И. К исследованию поперечных колебаний гребных валов. Ч. 3.

Влияние момента инерции винта на собственную частоту и форму колебаний

гребного вала / А. И. Миронов // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская

техника и технология. 2014. № 3. С. 21-27.

2. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник: в 3 т. / под общ. ред. И. А.

Биргера, Я. Г. Пановко. М.: Машиностроение, 1968. Т. 3. 568 с.

3. Миронов А. И. Программа расчета поперечных колебаний гребного вала с учетом момента инерции гребного винта / А. И. Миронов, Е. В. Пономарёва, А. Ю. Кукарина. Свид-во об офиц. регистрации № 2015612797; заяв. № 2014664032; зарег. в реестре программ для ЭВМ 26.02.2015.

4. Комаров В. В. Валопроводы рыбопромысловых судов. Ч. 1. / В. В. Комаров, А. С. Курылев. Астрахань: Изд-во АГТУ, 1997. 166 с.

Информационные «вбросы». Методы минимизации последствий

Кочешев П. А.

Кочешев Павел Анатольевич /Kocheshev Pavel Anatol'evich - студент, кафедра информационной безопасности,

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, г. Москва

Аннотация: в статье рассматривается метод обнаружения информационного воздействия. Выбран алгоритм действий. Выбраны инструменты, при помощи которых можно определить уровень опасности воздействия. Ключевые слова: информационный «вброс», алгоритм противодействия.

Для начала введем понятие информационного «вброса». Информационный «вброс» — это резкое заполнение сетевого пространства какой-либо короткой, вызывающей массу эмоций информацией. В большинстве случаев эта информация обладает очень малой крупицей правды. Задача информационного повода - вызвать резонанс в информационном пространстве. Информационные «вбросы» делятся на профессиональные и непрофессиональные. И те, и другие необходимо отличать от обычной подачи информации, так как есть вероятность попасть под влияние чужих интересов и стать оружием в достижении чуждых вам целей.

Непрофессиональные информационные «вбросы» — это зачастую резко преувеличенная информация с целью «привлечь внимание к проблеме», основанная на правде, но раздутая так, что перестает быть правдой.

Профессиональные «вбросы» проводятся людьми, хорошо разбирающимися в психологии сетевых пользователей. Делаются прогнозы результата, вкладываются деньги. И результат от таких «вбросов» имеет большие последствия. Люди которых накрыло взрывной волной информационной бомбы, теряют способность к логическому мышлению.

От общего к частному. Что же делать, если против вас идет информационная война? Что нужно предпринять, чтоб минимизировать вред? На примере информационного воздействия против банка я отвечу на данные вопросы.

Основная задача минимизации вреда, нанесенного репутации банка, заключается в том, чтобы вовремя определить источник угрозы и направление информационного воздействия.

Предлагается к рассмотрению следующий алгоритм действий при возникновении негативного информационного потока.

- При выявлении события необходимо определить, какие именно инструменты будут использоваться конкурентами (ТВ, радио, печатные издания, Internet). Выбор двух и более информационных каналов может означать серьёзное финансирование, а также цели, предполагающие нанесение максимального урона.

- После определения инструментов, используемых агентом, следующая задача -поиск так называемых лидеров мнений. Или агентов воздействия. Это те люди, которые заняты постоянным нагнетанием обстановки вокруг компании. В их число могут входить журналисты, медийные личности, блогеры.