CC BY
11[2] Антипов В.И. Вибровозбудитель: Патент № 2072661 РФ МКИ В 06 В 1/16// Бюл. №3 1997.
[3] Антипов В.И. Динамика вибрационных машин с параметрическим возбуждением // Автореферат. - Н. Новгород: Изд-во НГТУ, 2001.
[4] Боголюбов Н.Н., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. - М.: Наука, 1974. - 503 с.
RELIABILITY AND IN-SERVICE LIFE IN ENGINEERING INDUSTRY DYNAMICS OF A ROTARY-PENDULUMS SYSTEM ADJUSTED FOR LINEAR AND NONLINEAR DAMPING
V. I. Antipov, A. A. Ruin
A study of the dynamics of a rotary-pendulums system in conditions of subharmonic and harmonic resonances was conducted. Amplitude-frequency characteristics of the system were presented. An influence of the linear and nonlinear damping was examined. The received results can be used for a creation of new parametric vibratory devices.
УДК 629.12-752.2
И. А. Волков, д. ф.-м. н, профессор.
Е. В. Елчанинов, к. т. н, доцент.
С. И. Сикирев, аспирант, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5. E-mail: der@aqua-sci.nnov.ru
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРАЦИИ ТАНКЕРА «КАПИТАН ЗИМИН»
В статье приводятся некоторые результаты исследования вибрации корпуса, корпусных конструкций, главных ДРА, дизель-генераторов танкера «Капитан Зимин», анализ и сопоставление измеренных параметров вибрации с допускаемыми Российским Морским Регистром судоходства Отмечается вполне удовлетворительное состояние вибрационной обстановки на танкере, были учтены недостатки, связанные с неуравновешенностью дизель-генераторов на головном танкере «Капитан Бармин».
Цель испытаний. 22-23 мая 2004 года сотрудниками лаборатории вибрации судов кафедры Прикладной механики и подъемно-транспортных машин ВГАВТ были выполнены исследования вибрации корпуса, корпусных конструкций, главных двигателей, дизель-генераторов, механизмов и оборудования танкера «Капитан Зимин» проекта 15781 постройки ЗАО «Рыбинский судостроительный завод».
Целью испытаний являлось определение параметром вибрации, обработка полученных результатов и сравнение их с допускаемыми значениями в соответствии с требованиями Российского Морского Регистра судоходства.
Испытания выполнялись в соответствии с программой вибрационных испытаний КБ «Вымпел», который является автором проекта танкера. Район испытаний - Рыбинское водохранилище.
Общие сведения. Назначение судна - перевозка сырой нефти и нефтепродуктов без ограничения по температуре вспышки. Загрузка - один сорт груза одновременно.
Район эксплуатации - внутренние водные пути с проходом через Волго-Донской судоходный канал и Волго-Балтийский водный путь, а также морские районы при волнении не выше 6 баллов с удалением от места убежища в открытых морях до 50 миль и с допустимым расстоянием между убежищами до 100 миль.
Архитектурно-конструктивный тип судна - стальной, однопалубный, двухвинтовой грузовой теплоход с баком и ютом, с кормовым расположением рубки, машинного и насосного отделений, с переходным мостиком, двойными бортами и двойным дном в районе грузовых танков
Класс - КМ ЛЗ [ 1 ] 11 СП АI нефтеналивное.
Основные характеристики:
Г лавные размерения:
длина наибольшая, м длина по КВЛ, м ширина расчетная, м ширина габаритная, м высота борта на миделе, м осадка по летнюю грузовую марку, м: в море
Водоизмещение судна при осадке 4,57 м составляет 6870 т Дальность плавания с полными запасами 3500 миль, авто номность — 20 суток.
Энергетическая установка. Располагается в кормовой части и состоит из:
- главной установки - двух дизель-редукторных агрегатов (ДРА), в состав каждого из которых входит дизель 6ВДС 29/24АЛ - 1/СВГК 400 мощностью 700 кВт (950 л.с.).;
- трех основных дизель-генераторов ДГР 2А 160/750 - 1 мощностью 160 кВт при 750 об/мин и напряжением 400 в каждый;
- одного аварийного дизель-генератора АДГФ 100/1500 мощностью 100 кВт при 1500 об/мин и напряжением 400 В.
В качестве движителей установлены 2 винта фиксированного шага с числом лопастей-4.
Для уменьшения уровней вибрации на судах главные двигатели и дизель - генераторы установлены на резино-металлические виброизоляторы. Аварийный дизель -генератор установлен на два ряда последовательно соединенных виброизоляторов.
Главные двигатели - четырехтактные, нереверсивные, тронковые, с газотурбинным наддувом, простого действия, правого и левого вращения. Число цилиндров - 6, диаметр цилиндров - 240 мм, ход поршня - 290 мм.
Для привода генераторов применяются дизели типа 6ЧН 18/22, четырехтактные, нереверсивные, с турбонаддувом. Число цилиндров - 6, диаметр цилиндров - 180 мм, ход поршня -220 мм, частота вращения - 750 об/мин.
Для привода аварийного дизель-генератора применяют дизель типа 64 15/18 с числом цилиндров - 6, мощностью 110 кВт при частоте вращения 1500 об/мин.
Измеряемые параметры и аппаратура. В процессе испытаний измерялись среднеквадратичные значения виброскорости в 1/3 октавных частотах полос.
Для измерения, регистрации и анализа результатов измерений применялась высокоточная аппаратура фирмы BRUEL & KJAER (Дания).
Для условий и объема измерений, определённых Программой испытаний был использован оптимальный комплект аппаратуры, состоящий из:
- измерительного усилителя 2511;
- третьоктавный фильтр 1621;
- акселерометр 4370.
125,6,
122,1,
13,50,
13,75,
6,5,
4,57,
Результаты измерений. Некоторые результаты измерений представлены в таблице, в которых приведены данные испытаний вибрации корпуса, измеренные в крайней кормовой точке в вертикальном направлении, а также на рис. 1...7, в которых приведены перепады уровней виброскорости на лапах и фундаменте дизель-генераторов и аварийного дизель-генератора, амплитуды вибрации на лапах главных двигателей в вертикальном направлении, а также виброскорости, измеренные в верхней части надстройки на малом, среднем и полном режиме работы главных установок.
Таблица
Виброскорости (мм/с), измеренные в крайней кормовой точке в вертикальном направлении
Частоты Малый Ход Средний ход Полный ход Допускаемое значение
1,6 0,031 0,081 0,109 5,6
2,0 0,048 0,082 0,120 5,6
2,5 0,015 0,037 0,055 5,6
3,2 0,026 0,053 0,058 7,1
4,0 0,039 0,050 0,109 8,9
5,0 0,014 0,024 0,056 11,0
6,3 0,020 0,049 0,089 16,0
8,0 0,013 0,036 0,104 5,6
10,0 0,037 0,075 0,120 16,0
12,5 0,042 0,158 0,203 16,0
16,0 0,068 0,201 0,242 16,0
20,0 0,046 0,128 0,207 16,0
25,0 0,034 0,106 0,153 16,0
31,5 0,023 0,104 0,248 16,0
40,0 0,032 0,123 0,156 16,0
50,0 0,040 0,152 0,244 12,5
63,0 0,059 0,167 0.265 10,0
80,0 0,035 0,120 0.203 8,0
Примечание. В данной таблице в первой колонке под частотами имеются в виду
среднегеометрические частоты 1/3 октавных полос.
в. мм/с.
2 4 8 16 32 64 125 250 500
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
Рис. 1. Уровни виброскорости (мм/с) измеренные на лапе и фундаменте правого дизель-генератора: о-----------------------о----о-----о - лапа; •-----•-----•-----• - фундамент.
и, мм/с
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
Рис. 2. Уровни виброскорости (мм/с) измеренные на лапе и фундаменте среднего дизель-генератора: о----------------------о-----о-----о - лапа: •-----•-----•-----• - фундамент.
2 4 8 16 32 63 125 250 500
Среднегеометрические частоты октавных полос, Ги
Рис. 3. Уровни виброскорости (мм/с) измеренные на лапе ифундаменте левого дизель-генератора:
о-----о----о-----о - лапа: •------•-----•----• - фундамент.
2 4 8 16 32 64 125 250 500
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
Рис. 4. Уровни виброскорости (мм/с), измеренные вертикально на лапе левого ДРА на полном ходу: о-----------------о-----о----о -лапа;-------------------- - допускаемый уровень.
2 4 8 16 32 64 125 250 500
Среднегеометрические частоты октазных полос, Гц
Рис. 5. Уровни виброскорости (мм/с) измеренные вертикально на лапе правого ДРА неполном ходу: о------------------о-----о----о -лапа; ------------------- -допускаемый уровем..
и, мм/с
Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц Рис 6. Уровни виброскорости (м/мс) измеренные на лапе и фундаменте аварийного дизель-генератора
в вертикальном направлении:
• •—---------• - фундамент: о - —-о-------о-----о - лапа,
----------------- - допускаемый уровень.
V, мм/с
Среднегеометрические частоты октавных полос, Ги
Рис 7. Уровни виброскорости и (мм/с) верха надстройки:
•----•-----•------• - малый режим работы ДРА;------------------- - средний режим;
о------о---о-----о - полный режим.
Анализ результатов испытаний и основные выводы. Анализ полученных ре-г.льтатов вибрации корпуса, измеренные в крайней кормовой точке (табл.) показал, тго основными вынуждающими усилиями являются неуравновешенные силы и моменты первого порядка главных двигателей и дизель-генераторов (£ц = 12,5 Гц) и оп-го:чидывающие моменты (й>м = 37,5 Гц), а также динамические усилия, гене-тиэуемые гребными винтами с валовой частотой (Гв = 4 Гц) и лопастной частотой (& = 6 Гц). Измеренные уровни виброскорости во всем диапазоне вынуждающих частот и -а всех режимах (малый ход, средний ход, полный ход) не превышают допускаемых Российским Морским Регистром судоходства.
Уровни виброскорости корпусных конструкций, например у переборки МО на 234 шпангоуте существенно ниже (в 100 и более раз) допускаемых значений.
Уровни виброскорости верха дизель-редукторных агрегатов в горизонтальном направлении (наиболее опасном для амортизированных двигателей) достигают на режиме полного хода максимальных величин, но находятся в пределах допускаемых :-:ачений. На частотах основных вынуждающих усилий измеренные уровни вибрации в 2,5...3 раза ниже допускаемых.
Особо внимательно измерялась вибрация дизель - генераторов. Повышенные тре-гзвания к результатам измерений объяснялись тем, что на предыдущем танкере, построенном на ЗАО «РСЗ» «Капитан Бармин» уровни виброскорости всех трех дизель-генераторов превышали допускаемые. Была установлена причина превышений - неуравновешенность генераторов по отношению к дизелям, поэтому потребовалось дополнительно проводить центрирование. Повторные измерения дали положительные результаты - уровни виброскорости уменьшились до допускаемых. Не совсем удачный опыт на «Капитане Бармине» был учтен судостроителями и на танкере «Капитан Зимин» дизель-генераторы установлены более тщательно, поэтому результаты измерений вибрации дали положительные результаты. Уровни виброскорости во всех точках и по всем направлениям правого, левого и среднего дизель-генераторов находятся е пределах допускаемых требованиями Российского Морского Регистра судоходства. На рис. 1. 2 и 3 дана развернутая картина перепадов уровней виброскорости на лапах и фундаментах всех трех дизель-генераторов. Из рисунков видно, что перепады (уменьшения) вибрации на основных вынуждающих частотах, составляют от пяти до десяти раз по амплитуде.
На рис. 4, 5 представлены результаты измерений виброскорости на лапах дизель-редукторных агрегатов в вертикальном направлении. Видно, что основные частоты вынуждающих усилий главных двигателей - это частота первого порядка коленвала двигателя (д - 12.5 Гц и частота опрокидывающих моментов Ьм = 37,5 Гц. Амплитуды виброскорости на этих частотах примерно одинаковы и не превышают допускаемых, это свидетельствует о достаточно хорошей виброизоляции ДРА.
Вибрация остальных механизмов и корпусных конструкций также находится в пределах, допускаемых Российским Морским Регистром. В качестве примера приведены результаты измерений уровней вибрации аварийного дизель - генератора (рис. 6). На рис. 6 кроме того показаны перепады уровней вибрации на лапе и на фундаменте в вертикальном направлении. Уровни на фундаменте примерно в пять раз меньше, чем на лапах.
На рис. 7 приведены результаты измерений вибрации верхней части надстройки в районе рубки управления. Из рисунка видно, что превалирующими частотами вынуждающих усилий являются лопастная частота (& = 16 Гц) и частота опрокидывающих моментов (Ьм = 37,5 Гц), амплитуды виброскорости растут с увеличением режима работы главных двигателей (от малого хода до полного), но остаются значительно ниже допускаемых, например на режиме полного хода на частоте опрокидывающих моментов уровни виброскорости не превышают 0,1 м/с при допускаемой 16,0 мм/с.
Список литературы
[1] Правила классификации и постройки морских судов. Т. 2, часть У11. «Механические установки». 1999 г.
[2] Руководство по техническому надзору за постройкой судов и изготовлением материалов и
изделий. Часть 4. 2001 г.
[3] 15781.360285.010ПМ. Программа вибрационных испытаний корпуса и механизмов. ЗАО
«Рыбинский судостроительный завод», 2002 г.
[4] Отчет по результатам измерения вибрации корпуса, корпусных конструкций и механизмов танкера «Капитан Зимин» проекта 15781. ООО «Мекорд», 2004 г.
RESULTS OF RESEARCH OF VIBRATION THE TANK VESSEL «THE CAPTAIN ZIMIN»
I. A. Volkov, E. V. Elthaninov, S. N.Sikarev
Some results of research of hull vibration, case constructions, principal diesel-reductions of aggregates, diesel-generators of the tank vessel «the Captain Zimin» is resulted, analysis and comparison of the fathomed parameters of vibration with supposed by the Russian Marine Register of shipping industry are resulted. The quite satisfactory condition of vibration circumstances on the tank vessel is marked, the deficiencies linked to unbalance a diesel-of generators on the head tank vessel «the Captain Barmin» were taken into account(discounted).
УДК 627.748
E. В. Елчанипов. к. т. //., доцент.
С. Н. Сикарев, аспирант, ВГАВТ.
603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5. E-mail: der@aqua-sci.nnov.ru
ГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ ГЛАВНЫХ ФОРМ КОЛЕБАНИЙ ПО МЕТОДУ РЕЛЕЯ
Приводится способ приближенного определения основной (наименьшей) частоты собственных колебании на основе экстремальных свойствах частот и задачи об абсолютном минимуме функции Релея.
Достаточно часто, особенно в условиях производственных испытаний требуется (с определенной степенью точности, при отсутствии расчетных данных) найти частоты главных колебаний с целью сравнения с измеренными параметрами, что необходимо для предварительного заключения о вибрационных характеристиках данной конструкции. Это возможно выполнить, воспользовавшись графическим методом Релея [1], [2].
Если механическую систему вывести из состояния равновесия и отпустить, то данная система будет совершать свободные механические колебания, и ее полная механическая энергия при отсутствии сопротивления остается, неизменной. В данных условиях система предоставлена самой себе и начальный запас ее энергии не может увеличиваться. Кроме того, полная механическая энергия не будет и уменьшаться, так как отсутствуют сопротивления, на преодоление которых расходовалась бы энергия. Поэтому:
Т + U = Н = const, (1)
где Т- кинетическая энергия системы;
