3. Методы борьбы с вибрацией сэу

Колебательная мощность, излучаемая двигателем и передаваемая им, зависит от конструкции двигателя, технологии изготовления и условие его эксплуатации.

К методам борьбы с вибрационной нагрузкой относятся два главных мероприятия. Первое проводятся с целью ограждения источника вибрации на судне от воспринимающей его системы, в нашем случае – корпуса судна (технологический метод). Второе подразумевает снижение интенсивности, активности вибрации на непосредственно механизме (технический метод). Рассмотрим сказанное поближе.

3.1 Снижение интенсивности источников вибрации, усиливающиеся с увеличением износа деталей

Способы снижения интенсивности вибрации специфичны для каждого случая, однако при проектировании все массы механизма, движущиеся поступательно, вращательно или сложно, должны быть уравновешены. Снижение вибрации достигается в источнике в основном за счёт совершенствования рабочего процесса, балансировки, юстировки, сборки и так далее. Лимит по снижению вибрации в данном направлении технологически ещё не достигнут. С целью снижения виброактивности современных МОД принимаются следующие меры:

– устанавливают компенсаторы для гашения неуравновешенного момента 2-го порядка;

– осуществляется крепёж верха остова с корпусом судна в поперечном направлении для понижения колебательных нагрузок по Н и Х-формам вследствие существенного повышения «остроты» индикаторных диаграмм и гармоник М_оп и М_Х.

2. Динамический гаситель вибрации

Настройку объекта изменяют инерционные взаимодействия между гасителем вибрации и самим телом. В мире техники существует множество ДГВ. Смысл ДГВ состоит в гашении вибраций только одной частоты, так что их применение в целом и ограничивается роторными механизмами. Точнее эти механизмы называют инерционными динамическими гасителями.

При сегодняшнем многообразии ДГВ, которые отличаются по сути действия, больший интерес для снижения вибраций всех роторных машин из-за незамысловатости представляет пружинный одномассовый гаситель вибрации. Ниже рассматриваются именно такие кстройства.

Рисунок 3.1 - Схема защищаемого тела с динамическим гасителем вибрации

На рисунке 3.1 изображена схема, моделирующая объект с определенным на нем гасителем. Характерные амплитудно-частотные характеристики тела с ДГВ показаны на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 Aмплитудно-частотная характеристика объекта (а) и гасителя (б) 𝑦₂ - амплитуда колебаний гасителя при неподвижном объекте

Так проследуют значительное свойстро ДГВ: ДГВ может использоваться как определение работающей нагрузки, жесткость обычно известна, амплитуда вымеряется. Частота самого гасителя на жестком фундаменте равна частоте колебаний тела. Прогиб ДГВ при гашении колебаний равняется статической деформации гасителя под действием силы. Если данный прогиб ДГВ образовывает в упругом элементе напряжения, чей лимит усталостной прочности больше, такой гаситель при работе разрушится, а гашение колебаний немедленно прекратится.

Из этого ясно, вибрации ДГВ компенсируют присутствующую на объекте силу. Компенсирующая способность выше, если при этом выше прочность гасителя.

Напряжённейший (упругий) элемент ДГВ обязан быть изготовлена из материала, с нужной прочностью на усталость. Важнейшим свойством данных ДГВ является гашение колебаний на 1 частоте и около неё, следовательно их употребление не выходит ха пределы применения их в роторных машин, в них имеются синхронные генераторы тока.

Для агрегатов с непостоянной частотой есть гасители с применением трением. Основное значение - гасить колебания у резонанса. ДГВ с трением не рассматривают, для настоящих ДГВ трение вредно: остатки колебаний при нормальной отстройке гасителя пропорциональна его трению.

В нынешнем двигателестроении весьма популярны среди остальных конструкций ДГВ особые валы, устанавлявающиеся снизу двигателя, в районе кратера и вращающиеся с частотой, вдвое большей, чем коленчатый вал и служат для гашения вибраций от моментов сил инерции второго порядка. Данная конструкция осложняет систему, однако благотворно влияет на вибрационные нагрузки корпуса судна и всего МО, включая сам ДВС.

Стержневой ДГВ. Простейшей конструкцией ДГВ является стержень, жестко закрепленный на объекте, на конце которого установлена масса (так называемый стержневой ДГВ) (рисунке1.8). Масса совершает колебания в поперечном относительно оси стержня направлении, в этом же направлении происходит гашение колебаний защищаемого объекта [10].

При установке динамического ДГВ интенсивность частот настройки уменьшается, но в системе заместо 1 собственной частоты зарождается две. Так они результативны в ограниченном диапазоне колебаний близко частоты настройки ДГВ. Интенсивность в зонах гашения усиливаются, в зонах резонанса - убавляются. Расчет его получается при определении размеров и масс, наибольшей компенсирующей силы и допустимой интенсивности. Расчеты не обеспечат истинного совпадения собственной частоты и частоты тела, следовательно при установке производят отстройка на вибрирующем теле. Для стержневых гасителей её производят при перемещении масс вдоль ось, для балочных - благодаря изменении добавляемых грузов. При настройки добиваются наименьшей интенсивности колебаний объекта. Для его настройки изменяют настраиваемую величину очень мелкими шагами при диапазоне с минимального до максимального величин. Шаг при изменении величины сопровождается сильной притяжкой резьб и контргаек, при нарушении требования отстройка сбивается – это самая частая ошибка при регулировке ДГВ. Уменьшит число шагов контроль фаз колебаний объекта и гасителя: при переходе оптимальной точки фаза относительной вибрации меняется диаметрально, если добавляемые грузы слишком малы, тело с гасителем колеблется синфазно, а если огромны - то противофазно. После этого оценивают амплитуду масс. Если она завышает предельную, принимают меры по снижению нагрузок - балансир ротора двигателя - или же повышение компенсирующей силы при изменения конструктивных значений. Действие ДГВ на тело изменяет свойства, помимо понижения колебаний случаются и изменения существующих динамических нагрузок на опоры тела, как правило в сторону их понижения. В ситуациях они могут даже возрасти, это приведет к понижению бесперебойности агрегата, тогда употребление их неуместно [9]. Исходя из соотношения всех масс объекта и гасителя изменяется диапазон колебаний, внутри достигается нужное уменьшение вибрации. Нас интересуют в первую очередь вопросы изменения опорных реакций и недифицит диапазона частот, внутри достигается потребное снижение вибрации. Массы передвигаются поступательно и в 1 направлении. Матмодель дозволяет определить случаи динамики тела с гасителем.

Простейшей его конструкцией служит стержень, закрепленный очень жёстко на самом объекте, на конце установлена масса (рисунке 3.3).

Она свершает возбуждения в поперечном направлении, тамнаправлении происходит и гашение колебаний нашего объекта.

Рисунок 3.3 - Стержневой ДВГ : 1 - стержень, 2 - масса, 3 - защищаемый объект

Рисунок 3.4. Амплитудно-частотная характеристика без ДГВ (2) и с ДГВ (3), области графика с х<1 показывают зоны эффективного гашения вибраций.

На рисунке 3.4 амплитудно-частотные характеристики этой системы без ДГВ и с ним имеют разный характер. При динамическом гасителе интенсивность частот настройки сильно понижается, но вместо 1 частоты появляется две. Так такие гасители результативны лишь в ограниченном диапазоне частот колебаний у настройки ДГВ. Линии 1 и 2 относят к ДГВ именно без демпфирования. При наличии тпм демпферов характер кривой меняется (линия 3): интенсивность в местах гашения повышаются, а местах резонанса - падает.

Расчет ДГВ получают в определении конструктивных размеров и сил тяжести массы, наибольшей компенсирующей силы и максимально допустимой интенсивности при данных безопасных напряжениях. Расчетная схема знакомит нас с консольной балкой с массой в конце в точке.

Диаметр стержня d принимают равным данному диаметру резьбы для установки ДГВ.

Стержневые гасители имеют не очень нескромный потенциал при компенсации возмущений. Ведь даже при росте его сечения и применении очень прочных металлов КПД стержневого гасителя ограничится парой сотен кг.

Динамический виброгаситель цилиндровых втулок относится к двигателестроению, а в частности, к виброгасителям цилиндровых втулок дизелей [8]. Разработка виброгасителя, работающего в режиме антирезонанса к колебаниям цилиндровой втулки, позволяет снизить частоту и амплитуду их колебаний, являющихся причиной коррозионно-эрозионного разрушения охлаждаемых поверхностей цилиндровых втулок, а также усталостных разрушений галтелей посадочного бурта цилиндровых втулок. Динамический виброгаситель цилиндровых втулок двигателей внутреннего сгорания содержит упругие элементы. Они помещаются между верхней и нижней обоймами. Нижняя обойма виброгасителя запрессовывается с натягом в проточку блока цилиндров. Верхняя обойма гасителя с натягом сажается на цилиндровую втулку под посадочный бурт. Верхняя обойма гасителя своим цилиндрическим выступом входит в паз нижней обоймы. Элементы сжимаются шпильками цилиндровой крышки. Влияние кавитации во втулках цилиндров оказывает практически никакого влияния на корпус судна, а поэтому и не может учитываться при расчёте вибраций.

1 из методов понижения колебаний ЦПГ является употребление дезаксажа пальца поршня или КВ [4]. При дезаксаже поршень переваливается в ВМТ, следовательно, убавляется напряжённость колеаний от удара поршней. Выбирают лучшие зазоры наиболее благоприятные смазке и минимальной напряжённости удара.

Понижение поперечного усилия способствует понижению колебний топливной аппаратуры. 1 из главных способов понижения колебаний топливной аппаратуры есть употребление бескулачкового привода ТНВД.

Привод для клапанов с нижним местоположением кулачкового валика с толкателями с уменьшенным сопротивлением изгибу, возбуждает увеличенную колебании клапанного механизма, нежели привод с верхним его расположением. Главным способом понижения колебаний клапанного механизма есть снижение скорости движения клапана благодаря употреблению специальных компенсирующих механизмов, самостоятельно снабжающих постоянство тепловых зазоров на любых режимах работы дизеля, или благодаря монтажу на дизеле подправленных кулачков. В роли компенсирующих механизмов дизеля обширное употребление находят колебательные системы с ДГВ. Серединами возбуждённости вибраций считаются места контакта гидравлических компенсаторов клапанов.

Улучшение частей ЦПГ. При работе дизеля появляются удары при перекладках поршня в ВМТ и в местах крепления поршня да шатуна, в шатунных подшипниках коленвала, всех клапанов, зубных редукторных пар итп. [4]. Характер вибрации зависим от количества, места и способа приложения них, а также от свойств тонкостей в момент них ударения. Пунктами, порождающими наибольший размер колебаний дизелей есть удары по поверхности втулок цилиндров внутри из-за перекладки под действием составляющей нормальной силы от поршня. Существует поршень, включающийв себя головку и юбку поршня и соединенный с шатуном с поршневым пальцем, устройство снабжен ползуном сбоку, шарнирно установленном при закреплении на место, юбка данного рассматриваемого поршня реализована с 2 неглухими технологическими отверстиями чтобы разместить там непосредственно ползун симметрично оси пальца данного поршня. Настоящее решение располагает описанными плохими свойствами, такими как:

1. замысловатость идеи, конструкция повышает трудоемкость изготовления, отливки, сборки на стенде итд.

2. асимметричные оси, которые вызывает неоднородное расширение металла из-за повышения температуры;

3. жёсткость юбки поршня, распределённую по боковой поверхности неравномерно, что очень негативно скажется на безотказности узла;

4. Места для расположения поршневых колец доставляют трудности при закреплении на них колец;

5. в зазоре между втулкой и юбкой поршня данной конструкции образуется место повышенного трения, скажется на механическом КПД дизеля;

6. поднятая вибрациоактивность дизельного агрегата.

Дизель с цилиндром, поршенем с тронком снабжён по меньшей мере двумя отверстиями, они выполнены на противолежащих сторонах, роликами с расположенными между ними упругими элементами может помочь при мероприятиях по снижению вибрационной нагрузки на двигатель, а, соответственно, фундамент и корпус судна.

Известное техническое решение обладает следующими недостатками:

1. Сложностью конструкции, повышающую трудоемкость изготовления, сборки и ремонта поршня, повышенной массой.

2. Асимметрией относительно продольной и поперечной осей, приводящей к неравномерному тепловому расширению во время работы двигателя.

3. Неравномерной жесткостью конструкции тронка.

4. Ограниченными возможностями оптимального размещения поршневых компрессионных и маслосъемных колец.

5. Малой долговечностью роликов и упругих элементов, контактирующих с прорывающимися через поршневые кольца газами и продуктами изнашивания поршня, колец и втулки.

6. Повышенной виброактивностью ДВС, так как поршень имеет возможность проворачиваться вокруг осей поршневого пальца и роликов и ударять о цилиндр нижней кромкой тронка и верхней кромкой головки.

Кроме того, конструкция роликов не будет обладать необходимой долговечностью, так как при возвратно-поступательном движении поршня высокооборотного дизеля типа частота вращения роликов будет составлять более 10 тысяч оборотов в минуту, что приведет к интенсивному изнашиванию роликов и потери упругости контактирующих с роликами спиральной или дисковых пружин.

Существует разновидность конструкции поршня ДВС, содержащий головку и юбку, причем в отверстиях бобышек установлен полый поршневой палец с заглушками на его концах, закрепленными при помощи основного фиксирующего упорного кольца, расположенного в канавке, выполненной в юбке по ее наружному диаметру в зоне заглушек. Такой поршень снабжен помимо прочего дополнительным фиксирующим упругим кольцом, размещенным в соответствующей канавке параллельно основному кольцу в зоне заглушки, причем основное и дополнительное фиксирующие упругие кольца размещены по обе стороны оси отверстия под поршневой палец и асимметрично последней. Известная конструкция повышает надежность работы поршневой группы уменьшением контактных напряжений в паре трения бобышки - поршневой палец. Это техническое решение тем не менее не решает проблему снижения вибрации ДВС, вызванную перекладкой поршня в зазоре между его тронком и зеркалом втулки цилиндра.