3.3 Некоторые сведения о снижении шума и вибрации на кораблях
Существенного снижения шума и вибрации на судах можно добиться только применением комплекса конструктивных и организационно-технических мероприятий.
Комплекс конструктивных и технических мероприятий по обесшумливанию можно свести к схеме (рис. 24).
Шум вращения винтов излучается непосредственно в воду, поэтому значительное внимание удаляется винтам в малошумном исполнении. Это, во-первых, снижение частоты вращения, увеличение числа лопастей и высокая точность их обработки.
Низкочастотный шум может
быть значительно снижен, благодаря
размещению винта в кольцевой насадке
облицованной эластичным материалом.
Эффект достигается главным образом
из-за разгрузки лопастей и составляет
.
Кроме того, определенное значение на звукоизлучение винта имеет форма кормовой оконечности корабля, удаление винта от нее, жесткость обшивки, крепление гребного вала и другие факторы.
Мероприятия по снижению подводного шума от вибрации механизмов можно разделить на три группы:
-
уменьшение уровней звуковой вибрации в источнике;
-
изоляция и поглощение упругих колебаний в процессе распространения по корпусным конструкциям;
-
уменьшение звукоизлучения в забортную среду.
В основном отмеченные мероприятия связаны с ранними стадиями проектирования.
В зависимости от природы и вида передачи колебаний используются те или иные методы и средства вибро- и звукозащиты. Наиболее результативным считается метод уменьшения шума и вибрации в источнике.
Рис. 24 Пути снижения подводного шума.
Понятие о вибрации
Механизм в совокупности с виброизоляцией и фундаментом представляет собой сложную колебательную систему.
На низких частотах он колеблется как твердое тело. С увеличением частоты наступают первые нагибные и крутильные формы колебаний. На средних и высоких частотах отдельные элементы корпусов и конструкций агрегатов уже колеблются, как тела с распределенными параметрами.
Из опыта мы знаем, что для уменьшения шума под пишущие печатные машинки подкладывают лист резины или войлока. В условиях корабля машины, механизмы, радиоэлектронную аппаратуру устанавливают на специальные податливые конструкции – виброизоляторы.
В области низких частот виброизоляция определяется инерционным сопротивлением механизма к акустическому сопротивлению прокладок.
На звуковых частотах эффект виброизоляции определяется отражением упругих волн вследствие разности сопротивлений виброизолятора (прокладки) и проводящей конструкции механизма.
На повышенных частотах эффективность виброизоляции увеличивается вследствие поглощения упругих волн в виброизоляторах.
3.4 Виброизолирующие конструкции
Виброизолирующие конструкции представляют собой специальное крепление, которое устраняет непосредственный контакт виброизолируемого объекта с корпусом корабля, препятствуя тем самым распространению колебательной энергии и другим нежелательным динамическим воздействиям.
Различают три вида виброизолирующих конструкций: виброизоляторы (опорные); неопорные связи; виброизолирующие фундаменты. Виброизоляторы кроме своего основного предназначения выполняют дополнительные функции:
-
Защита механизмов, радиоэлектронной аппаратуры от повреждений при ударных и взрывных нагрузках;
-
Защита оборудования, аппаратуры от ходовой вибрации с одной стороны, защита корпусных конструкций от вибрирующих механизмов с другой.
Вибрационные и ударные нагрузки. Воздействующие на оборудование, могут вызвать большие механические напряжения; нарушить нормальные режимы работы или даже вывести из строя те или иные функциональные части аппаратуры.
Различают следующие виды виброизоляторов по материалу и конструкции:
-
резинометаллические сварные, у которых упругий резиновый элемент привулканизирован к металлическим деталям (арматуре) виброизолятора;
-
резинометаллические сборные, собираемые из отдельных резиновых деталей или металлической арматуры;
-
резинометаллические сборно-сварные, собираемые из отдельных сварных упругих, резинометаллических элементов и металлической арматуры
-
металлические, с упругим металлическим элементом
-
виброизоляторы, имеющие резиновый и металлический упругие элементы, работающие совместно;
-
виброизолятор с упругим пневматическим элементом.
Наибольшее распространение в судостроении получили резинометаллические сварные виброизоляторы. Одним из них является виброизолятор типа АКСС (амортизатор корабельный сварной со страховкой, показанный на рис. 25), Изобретателем этого виброизолятора является профессор И. И. Клюкин. Достоинством таких виброизоляторов является то, что повреждение соединения резины 2 с металлом не приводит к разрушению виброизолятора. При динамическом воздействии скоба 3 не дает возможности несущей планке-втулке 1 выйти из зацепления.
Рис. 25. Виброизолятор типа АКСС
1 – несущая планка-втулка; 2 – резиновый массив; 3 – скоба; 4 – нижняя планка.
Широкое применение получили резинометаллические виброизоляторы сварной конструкции типов КАС (корабельный амортизатор сварной), арочные АДП (двух пластинчатый), ДДПН (двух пластинчатый с наклонным резиновым массивом), АДПУ (двух пластинчатый с угловым резиновым массивом), АПМ (с промежуточной массой), ACT (резинометаллический с упругим тороидальным резиновым элементом).
Корабельные машины, механизмы и оборудование для удобства их монтажа и эксплуатации устанавливаются на фундаменты. В конструкцию фундамента можно включить виброизолирующие и вибропоглащающие элементы, виброизолирующие массы или упруго-шарнирные связи в различном исполнении.
Покрытия
Дополнительными средствами для уменьшения акустического поля могут быть специальные покрытия: вибродемпфирующие и противогидролокационные.
Вибродемпфирующие покрытия (ВДП) являются наиболее распространенным средством ослабления вибрации в звуковом диапазоне частот. Приоритет в создании подобных покрытий, как и самого способа демпфирования металлических пластин, принадлежат нашей стране.
Вибропоглощение в
конструкционных материалах оценивается
коэффициентом потерь
,
характеризуемым отношением энергии,
поглощаемой в системе за цикл колебаний
к максимальной энергии в системе
.
Коэффициент потерь зависит от амплитудно-частотных колебательных процессов, При деформации пластин, стержней и т.д. явление поглощения вибрационной энергии является сложным процессом.
-
вязкое (жидкостное) трение. Оно обусловлено трением между частицами вещества, которое тем сильнее, чем больше относительная скорость их движения. Эта скорость растёт с увеличением амплитудно-частотных колебаний, коэффициент потерь соответственно увеличивается.
-
Механический гистерезис (трение твердого тела). Это необратимые микро изменения структуры (поворот и разрушение кристаллов в механических веществах, отделение волокон друг от друга в дереве и т, п.) под возрастанием силы, что является причиной остаточной деформации.
-
Пластическое течение. При текучести материала его остаточная деформация пропорциональна времени действия усилия. Так как время действия периодического усилия пропорционально периоду, то коэффициент потерь обратно пропорционален частоте.
В настоящее время известны три основных типа вибродемпфирующих покрытий различающихся, прежде всего по виду деформации, определяющей основное поглощение вибрации.
В покрытиях первого типа (рис. 26) поглощение энергии при колебаниях изгиба обусловленного главным образом деформациями растяжения-сжатия вдоль поверхности пластины. Эти покрытия называются жесткими.
Рис, 26. Схемы вибродемпфирующих покрытий
1 – демпфируемая пластина;
2 – демпфирующий слой;
3 – армирующий слой
В покрытиях второго типа (армированных) вследствие введения поверх покрытия дополнительного металлического (армирующего) слоя основное поглощение вибрации будут определять деформации сдвига демпфирующего слоя (рис. 26 ,б)
В покрытиях третьего типа (рис. 26, в), условно названном мягким, энергия поглощается, прежде всего, вследствие колебаний растяжения-сжатия в направлении, перпендикулярном к поверхности демпфируемой пластины (а также колебаний сдвига). Существенным его достоинством является то, что оно достаточно интенсивно поглощает в металлических пластинах продольные волны.
Вывод
Существенного снижения акустического поля корабля можно добиться только применением комплекса обесшумливающих технических средств.