книги / Справочник по судовой акустике

Рис. 12.19. Сборная резинометаллическая муфта.

/ — ведущая полумуфта; 2 —•резиновое кольцо; 3 — стопорная гайка; 4 — крышка; 5 — резиновый цилиндрический вкладыш; 6 — ведомая полумуфта; 7 — крепежный болт.

вращении вала они становятся источниками дополнительных возмущаю­ щих сил.

Муфты Перифлекс с упругим элементом в виде цельного резинокордного обода или круговой манжеты могут быть использованы для передачи крутящего момента до 34 тыс. Н -м и более [1].

§12.5. К РАСЧЕТАМ АМОРТИЗИРУЮЩИХ КРЕПЛЕНИЙ СУДОВЫХ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

В процессе проектирования амортизирующего крепления должны быть оценены его основные качества, в том числе эффективность, а также возмож­ ность нормальной эксплуатации самого крепления и установленного на нем обору­ дования. Расчеты, выполняемые на последовательных этапах проектирования, помогают произвести такую оценку. Эти расчеты чаще всего являются повероч­ ными; в зависимости от их результата могут быть внесены коррективы в проекти­ руемое крепление.

Для соответствующих расчетных оценок необходимы данные о жесткости амортизирующих конструкций. Статические и динамические жесткости аморти­ зирующих конструкций, а следовательно, и амортизирующих креплений, могут значительно различаться. Это особенно характерно для амортизирующих кон­ струкций с резиновыми рабочими элементами. Наблюдается также достаточно выраженная зависимость жесткости от температуры, присущая изделиям из резиноподобных материалов.

Динамическую жесткость, характерную для работы амортизирующей кон­ струкции в вибрационном режиме, называют вибрационной жесткостью. При сравнительно небольших амплитудах деформации, в частотном диапазоне, соот­ ветствующем свободным колебаниям амортизированного оборудования на амор­ тизаторах, а также частотам ходовой вибрации судна, вибрационную жесткость конструкций с резиновыми упругими элементами, как правило, можно прибли­ женно считать постоянной.

Характеристики статической жесткости амортизаторов определяются по диаграммам усилие — деформация, снятым при деформировании образцов аморти­ заторов со скоростями от одного до нескольких миллиметров в минуту. Жесткости, соответствующие такому режиму деформирования, лишь условно могут быть на­ званы статическими. Они выше тех значений, которые могут быть получены, если деформацию измерять через несколько часов или через 1— 2 суток после приложения постоянной нагрузки. За этот период деформация успевает практи­ чески полностью стабилизироваться при условии, если нагрузка не превышает предельную (при данной температуре), после которой наступает течение резины (крип), приводящее к разрушению. При оценке деформаций, вызываемых дли­ тельной постоянной нагрузкой, можно использовать статические жесткости амор­ тизаторов, определенные указанным выше способом, с соответствующей поправкой на усадку.

Кратковременные динамические деформации и нагрузки, безопасные для ре­ зиновых элементов амортизирующих конструкций, могут быть во много раз выше допускаемых статических. При интенсивных ударных воздействиях, деформирую­ щих амортизирующую конструкцию с большими скоростями, проявляется ее так называемая ударная жесткость— динамическая жесткость при ударе. Она, как правило, выше упомянутой ранее вибрационной жесткости, определенной для диапазона относительно низких частот.

Статические расчеты. Обычными статическими расчетами являются:

—определение деформаций амортизирующего крепления и нагрузок, при­ ходящихся на отдельные амортизаторы, от веса амортизированного объекта в пря­ мом положении судна;

—определение отклонений амортизированного объекта от равновесного по­ ложения при крене, дифференте и качке; определение связанных с ними нагрузок на амортизирующие конструкции и проверка прочности последних;

—определение деформаций амортизирующего крепления и отдельных амор­ тизирующих конструкций в результате приложения статических рабочих нагру­

зок (например, усилий распора в податливых элементах трубопроводов; опроки­ дывающего момента со стороны гребного вала, присоединенного к амортизиро­ ванному двигателю или редуктору).

Отклонение амортизированного объекта от обычного положения равновесия на судне в результате крена и дифферента определяется следующим образом. Не­ разрывно связанная с судном система координатных осей Охуг выбирается так, чтобы в обычном равновесном положении с координатными осями совпадали глав­ ные центральные оси инерции амортизированного объекта. Его центр тяжести совпадет при этом с началом координат. Ось Ох,координатной системы горизон­ тальна и направлена в нос, ось Оу— по траверзу, ось Ог— снизу вверх по вер­ тикали. Положительному углу крена срк соответствует крен на левый борт, поло­ жительному углу дифферента фд — дифферент на нос (рис. 12.20).

Рис. 12.20. К определению сил, вызывающих смещение амор­ тизированного оборудования относительно несущих конструк­

ций: а — при крене; б —при дифференте.

Перемещение амортизированного объекта, имеющего вес G, вызывается при­ ложенными в его центре тяжести силами

Fy = — G sin фк;

(12.5.1)

FZ=G(\ — cosq)K), соответствующими углу крена срк, и силами

FH = G sin фд;

(12.5.2)

Fz = G ( l - c o s o f o ) ,

возникающими при угле дифферента фд .

Имея матрицу податливостей амортизирующего крепления, отнесенную к ука­ занной выше координатной системе Охуг, можно немедленно перейти к вычисле­ нию вызываемых силами (12.5.1) или (12.5.2) поступательных и поворотных пере­ мещений амортизированного объекта, отнесенных к той же системе координат. Часто бывает известна обладающая достаточно простой структурой (со значи­ тельным числом нулевых элементов) матрица податливостей или матрица жест­ костей, отнесенная к иной координатной системе. В этом случае удобно привести силы (12.5.1) и (12.5.2) к координатной системе, обеспечивающей простоту мат­ рицы податливостей или матрицы жесткостей амортизирующего крепления.

Подобным же образом целесообразно поступать при оценке перемещений амор­ тизированного объекта и деформаций амортизирующего'крепления под действием любых статических усилий.

Совмещение частного центра жесткости с центром тяжести амортизированного объекта может быть достигнуто посредством соответствующего наклона осей жесткости амортизаторов [1, 6, 10]. Оно позволяет не только устранить поворот­ ные перемещения амортизированного объекта относительно накрененного судна,

но и уменьшить его траверзное отклонение. При выборе угла наклона необходимо учитывать также изменение нагрузки на амортизатор.

Динамические расчеты. В расчетах свободных, и вынужденных колебаний амортизированного объекта на амортизаторах используется вибрационная жест­ кость амортизирующего крепления, вычисляемая по вибрационным жесткостям амортизаторов. Если для всех амортизаторов соблюдается одно и то же соотноше­ ние между статическими и вибрационными жесткостями, то все вибрационные жесткости амортизирующего крепления получаются путем умножения его соот­ ветствующих статических жесткостей на один и тот же коэффициент.

Частоты свободных колебаний амортизированного оборудования на аморти­ заторах должны быть возможно более низкими, так как в этом случае обеспе­ чивается лучшая виброизоляция. В тоже время они должны быть удалены от

частоты свободных колебаний амортизированного объекта на амортизаторах,

в общем случае сводится к раздельному рассмотрению задачи для каждой главной координаты и к последующему суммированию полученных решений, приводимых к одним и тем же обобщенным координатам.

§12.6. ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ НЕОПОРНЫХ СВЯЗЕЙ МАШИН

ИМЕХАНИЗМОВ

По неопорным связям от механизма может передаваться значитель­ ная звуковая энергия, иногда превышающая энергию, передающуюся фундаменту через амортизаторы. Кроме того, регулирующая и путевая арматура трубопрово­ дов может служить дополнительным источником интенсивных вибраций в широ­ ком диапазоне частот.

Если амортизирующее крепление осуществлено с целью виброизоляции, то соответствующими качествами должны обладать и присоединяемые к амортизируе­ мому механизму неопорные связи.

Основные правила конструктивного осуществления виброизолирующей амор­ тизации неопорных связей сводятся к следующим:

—виброизоляция неопорных связей должна осуществляться на всем их протяжении, как бы'далеко от места установки амортизированного механизма они ни распространялись;

—конструктивные элементы виброизоляции, обладающие значительным демпфированием, должны располагаться в местах непосредственного закрепле­ ния элементов неопорных связей к несущим судовым конструкциям;

—количество закреплений должно быть по возможности минимальным;

—в местах закрепления неопорных связей к несущим судовым конструк­ циям входное механическое, сопротивление (импеданс) конструкций должно быть таким, чтобы обеспечивалась реализация виброизоляционных возможностей средств амортизации неопорных связей;

—элементы виброизолирующей амортизации неопорных связей должны обеспечивать защиту неопорных связей от внешних статических и динамических нагрузок, связанных с условиями эксплуатации судна. Такие нагрузки могут быть вызваны, например, силами инерции, возникающими вследствие ходовой вибрации корпуса, качки, столкновения судов, при'Ходе во льдах и др. ;

—элементы амортизации неопорных связей должны обеспечивать свободу движения амортизированного оборудования, не нарушая основной схемы его амортизации и не изменяя ее основных характеристик.

У словий виброизоляции требуют установки в валопрбвбдах гибких вибро*

изолирующих муфт, а также изолирующих звеньев под подшипниками валопровода. Эти звенья приобретают особую важность в тех случаях, когда подшипник расположен между амортизированным механизмом и виброизолирующей муфтой или когда он является источником вибрации (например, подшипник качения). В связи с этим целесообразно линию валопровода компоновать так, чтобы вибро­ изолирующая муфта располагалась между амортизированным механизмом и бли­ жайшим к нему подшипником.

В случаях, когда вследствие большой жесткости виброизолирующей муфты необходимая податливость присоединения к механизму валопровода в радиаль

Рис. 12.21. Кольчатая амортизирующая подвеска трубопровода типа АПТК

Î — бугель; 2 — кольцевой резиновый элемент; 3 — хвостовик.

ном направлении не обеспечивается, можно устанавливать последовательно с муф­ той шарнирные соединения, торсионные валы или последовательно две муфты, разделенные промежуточным валом [1, 6].

Виброизолирующие конструкции, применяемые для .амортизации трубо­ проводов, включают гибкие патрубки, армированные рукава и шланги для трубо­ проводов воды, топлива и масла, патрубки для паропроводов, вентиляционных воздухопроводов и газоходов, а также амортизирующие подвески трубопроводов (см. .§ 12.4). Подвески обычно представляют собой сборные или сборно-сварные резинометаллические конструкции, снабженные бугелем для крепления к трубо­ проводу (рис. 12.21), Иногда в состав подвески в качестве дополнительного упру­ гого элемента последовательно с резиновым элементом вводится пластинчатая или винтовая пружина. В качестве виброизолирующих элементов подвесок трубо­ проводов жидких сред и пара удобно применять амортизаторы, снабженные пере­ ходными стержневыми устройствами с бугелями.

Кабель в месте подвода к амортизированному механизму обычно изгибается в виде спирали или петли, чем обеспечивается его додатливость, уменьшается передача по нему колебаний и предотвращается его иовреждение вследствие вибра­ ции и сотрясений [1, 6, 10].

При размещении гибких вставок в трубопроводы должны учитываться сле­ дующие требования:

— если применяемые гибкие вставки не разгружены от усилий осевого рас­ пора, для ослабления влияния этих усилий на амортизирующее крепление реко­ мендуется при возможности размещать вставки таким образом, чтобы их ось была направлена в центр жесткости амортизирующего крепления, а при размещении двух или нескольких вставок в трубопроводах одного механизма стараться

обеспечивать полную или частичную компенсацию возникающих в них распорных усилий;

— для уменьшения деформаций гибких вставок и трубопроводов рекомен­ дуется присоединять трубопроводы к амортизированным механизмам в точках

ханизму, и окружающими.его предметами и конструкциями должен быть выбран с учетом свободного хода амортизирующего крепления в соответствующем на­ правлении.

Обычно рекомендуется, чтобы суммарная жесткость всех присоединяемых к амортизированному объекту неопорных связей (валопроводов, трубопроводов, кабелей и др.) в каждом из направлений была минимальной и не превышала: для

ханизму трубопроводов и кабелей (без учета жесткости гибких вставок в валопровод) в каждом направлении должна быть также минимальной и не должна пре­ вышать 20% жесткости амортизаторов амортизирующего крепления.

В качестве гибких вставок в неопориые связи, присоединяемые к механизмам, установленным на низкочастотные амортизирующие крепления, следует приме­ нять резиновые армированные рукава и шланги, резинокордные безраспорные патрубки и муфты, обладающие повышенной податливостью и свободным ходом.

При проектировании трубопровода необходимо обеспечивать минимальное шумообразование от протекающей по трубам рабочей среды. В частности, сле­ дует: назначать допустимую скорость движения среды из условия наибольшего снижения шумности трубопровода; избегать резких изменений направления по­ тока, применяя диффузорные и конфузорные переходы; использовать круговые погибы труб вместо острых или прямоугольных колен; оптимальным для сниже­ ния шумности является радиус погиба, равный трем — пяти диаметрам трубы; применять по возможности малошумные клапаны и другие органы управления по­ током; использовать многоступенчатые устройства при необходимости дросселиро­ вания потока, а также, где возможно, глушители пульсаций давлений в потоке.

При выборе конфигурации труб, конструкции арматуры и расположения

еенеобходимо учитывать следующее:

—действие на амортизирующее крепление усилий от давления рабочей среды в присоединяемых к механизму трубопроводах может быть уменьшено путем ра­ ционального расположения и ориентации мест их присоединения к механизму;

—групповое расположение путевой и регулирующей арматуры облегчает

ееустановку на общем амортизирующем креплении.

Основные частоты возбуждения системы определяются из технической доку­ ментации на поставку механизма и данных его виброакустических испытаний. Для механизмов с переменной скоростью движения рабочих органов следует учи­ тывать весь диапазон изменения скоростей.

Выбор мест размещения гибких вставок и подвесок трубопровода и их ориен­ тация в пространстве должны производиться с учетом необходимости соблюде­ ния следующих условий:

— уменьшения действия на амортизированный механизм усилий распора гибких вставок за счет преимущественного применения безраспориых конструк­ ций, а также рационального их размещения;

— установки в трубопроводе двух гибких вставок: одной — вблизи меха­ низма (на расстоянии не более пяти диаметров трубы от фланца механизма), а другой — в непосредственной близости к несущим корпусным конструкциям (переборкам, палубам, настилу второго дна и обшивке корпуса судна);

— применения специальных амортизирующих креплений при групповом расположении путевой и регулирующей арматуры, а также при использовании тяжелой арматуры и устройств;

— ориентирования; амортизирующих подвесок таким образом,^ чтобы при ударных нагрузках смещения трубопровода во всех направлениях оказывались минимальными;

Приращ ение виброизоляции7 дБ

—крепления амортизирующих подвесок к жестким корпусным конструк­ циям (карленгсам и бимсам палуб, подкрепляющему набору переборок, выгоро­ док, надстроек, а также шпангоутам и стрингерам корпуса судна);

—обеспечения доступа к гибким вставкам и амортизирующим подвескам для наблюдения за ними и замены в случае необходимости.

При выборе упругих элементов нужно учитывать, что они должны отвечать следующим требованиям: быть нагружены с учетом сил, вызываемых тепловым расширением трубопровода, а также изгибом корпусных конструкций; изолиро­ вать низшую из возмущающих частот; обеспечивать минимальное смещение трубо­ провода при динамических воздействиях.

Для получения требуемой виброизоляции целесообразно, чтобы отношение низшей из возмущающих частот в системе к частоте свободных колебаний упругого элемента подвески под номинальной весовой нагрузкой составляло не менее трех­ четырех.

При конструировании мест закрепления подвесок, трубопроводов к несущим судовым конструкциям необходимо стремиться к тому, чтобы отношение жест­ кости несущих конструкций в месте закрепления к ним подвески к вибрационной жесткости упругого элемента подвески составляло 100 и более (отношения меньше 20 считаются недопустимыми).

Способы повышения виброизоляционной эффективности подвесок трубо­ проводов. При обнаружении в результате контрольных измерений недостаточной виброизоляционной эффективности подвесок на судне приходится прибегать к раз­ личным конструктивным изменениям несущих конструкций, чтобы снизить уровни вибраций в местах крепления к ним подвесок до допустимых значений. Для этого необходимо правильное представление о характере изменений входного ме­ ханического сопротивления нёсущей конструкции, которые будут вызваны ее конструктивным изменением. На рис. 12.22 показано приращение виброизоляции, обеспечиваемое пружинно-резиновой амортизирующей подвеской в результате различных конструктивных изменений несущей конструкции.

При необходимости уменьшить передачу вибрации через амортизирующие подвески в области относительно низких звуковых частот наиболее эффективным способом является подкрепление несущей пластины ребром жесткости так, чтобы оно жестко связывало между собой ограничивающий шпацию набор. При этом следует помнить, что в высокочастотной области передача вибраций На несущую конструкцию может существенно увеличиваться.

Установка сосредоточенных масс в виде толстых плит в местах закрепления амортизирующих подвесок позволяет значительно повысить их виброизоляциоиную эффективность на частотах, превышающих наименьшую частоту свободных колебаний несущей конструкции.

Установка сосредоточенной массы с одновременным подкреплением несущей конструкции ребром жесткости приводит к уменьшению передачи вибраций через амортизирующую подвеску в широком диапазоне частот. В области высоких частот положительное приращение виброизоляции подвески оказывается несколько мень­ шим, чем в случае установки одной лишь сосредоточенной массы, за счет отри­ цательного влияния ребра жесткости.

§12.7. ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ АМОРТИЗИРУЮЩИХ КРЕПЛЕНИЙ

Виброизолирующие свойства амортизирующих креплений экспери­ ментально определяются с помощью средств измерения уровней вибрации, дина­ мических сил и колебательных мощностей.

Датчики вибрации в процессе измерений следует устанавливать на головках болтов, крепящих виброизолирующие элементы к механизму и фундаменту (или

трубопроводу).

Перепад вибрации обычно измеряют на каждом амортизаторе и патрубке как по общему уровню вибрации в диапазоне низких и средних частот, так и на отдельных частотах и в полосах частот.

Первое измерение позволяет установить «исправность» амортизатора, (на­ пример, если резиновыГГслой нарушен, то как показывает практика, перепад по общему уровню стремится к нулю). Второе измерение позволяет детально оце­ нить эффективность амортизирующего крепления.

Измеряют составляющие вибрации в трех взаимно перпендикулярных направ­ лениях. Спектры перепада строят для каждого из направлений вибрации.

Обрабатывают полученную информацию одним из двух способов. Первый: строят «поле перепадов» вибрации на амортизирующем креплении, в этом случае на графиках (рис. 12.23) наносится значение перепадов вибрации на всех аморти­ заторах. Второй способ: определяют разницу уровней среднеквадратичных по периметру амортизирующего крепления вибраций на лапе механизма и полке фундамента также для каждого направления вибрации. Этот способ имеет физи­ ческий смысл при определении виброизолирующих свойств крепления в целом, так как среднеквадратичные уровни вибрации пропорциональны потоку колеба­ тельной энергии через исследуемое сечение амортизирующего крепления.

На рнс. 12.23 приведена частотная характеристика.перепадов энергии на амор­ тизирующем креплении..

При поочередном измерении вибрации в разных точках среднеквадратичное по точкам значение вибрации определяется с помощью тракта, блок-схема кото­ рого дана на рис< 12.24. Возможно применение более простых измерительных трак­ тов, составленных из стандартных приборов. Измеренная таким образом вибра­ ция фундамента при наличии и при отсутствии амортизирующего крепления ис­ пользуется для определения вибройзоляции крепления по кинематическому пара­ метру [5, 9].

Энергетические параметры оценки виброизолирующих свойств амортизации, как уже упоминалось, могут 'определяться с помощью непосредственного метода измерения излучаемой мощности [11]. Кроме того, излучаемые через сечения ме­ ханизм— амортизация и амортизация— фундамент мощности могут быть опреде­ лены по данным измерения комплексных перепадов вибрации. Комплексные пере­ пады измеряются с помощью тракта, блок-схема которого дана на рис. 12.25,

Литература к гл. 12

1.Б е л я к о в с к и й Н. Г. Конструктивная амортизация м

низмов, приборов и аппаратуры на судах. Л., Судостроение, 1965.

механических систем. — В кн.: Акустическая динамика машин и конструкций.

М., Наука, 1973.

6.К л ю к и н И. И. Борьба с шумом и звуковой вибрацией на судах.

Л., Судостроение, 1971.

7.К л ю к и н И. И. О передаче и изоляции продольных волн в цепо­ чечных структурах из инерционных и упругодиссипативных элементов. — Труды

ЛКИ, 1972, № 77, с. 3 - 9 .

8. К л ю к и н И. И. О распространении и изоляции колебаний в разветв­ ленных механических структурах со свободными и замкнутыми концами вет­ вей. — Труды ЛКИ, 1975, № 97, с. 3—9.

11. П о п к о в В. И. Внброакустическая диагностика и уменьшение вибро­ активности судовых механизмов. Л., Судостроение, 1974.