БИЛЬГЕ АКУСТИК
Инженерство контроля шума и вибрации
<<Я не знаю, кем представляюсь миру; однако сам себе я всегда казался всего лишь мальчиком, играющим на морском берегу, который забавляется, находя то особенно гладкий камешек, то необычайно красивую ракушку, в то время как великий океан истины лежит перед ним совершенно неисследованным.>> - Исаак Нютон
Локальные вибрации
Помимо проблем с вибрацией балки корпуса корабля, могут возникнуть проблемы с инфраструктурой, такой как палуба, мачта, силовая установка или крупные части конструкции палубы. Когда такие большие части корабля вибрируют, это также влияет на вибрацию самой балки корпуса.
Термин «местная вибрация» обычно относится к вибрации небольших конструкций или частей оборудования, вибрация которых слишком мала, чтобы существенно повлиять на вибрацию корабельной балки.
Примеры включают:
• Плиты и панели - занавески, сетчатые каркасы, настил или перегородки.
• Балки - валы, мачты, краны, антенны, трубы
• Плиты и бимсы в сборе – часть палубы, корпуса, переборок, обшивки или надстройки.
• Оборудование на упругом основании - котлы, конденсаторы, турбины, вспомогательное оборудование, электронное оборудование (гибкое крепление или на жесткой конструкции)
• Дополнительные удлинители - рули, пятки рулей, лопасти плавников, лопасти гребных винтов
1. Стимулирование местных строительных элементов
Источники предупреждений для локальных элементов конструкции включают все указанные источники возбуждения балки корпуса: винт, двигатели и волны.
Они влияют на локальные конструкции за счет движения балки корпуса. Даже если движение лодки допустимо, установленная на ней локальная конструкция может резонировать на одной из частот привода. Кроме того, вспомогательное оборудование может воздействовать на себя или близлежащие конструкции или оборудование. В случае дополнительных надставок поток воды мимо надставки и ее взаимодействие с конструкцией могут вызвать вибрацию.
Частота возбуждения вдоль балки корпуса и ее величина будут варьироваться в зависимости от местоположения. Aft пиковая область strong базовая частота крыла с 2-кратной частотой крыла и 3-кратной частотой крыла. Чем больше кавитации, тем сильнее гармоники.
В машинном отделении ожидается последовательность основных частот двигателя. Как правило, эффекты как винтов, так и двигателей будут присутствовать в надстройке и корпусе, но более высокие гармоники или последовательности будут быстро исчезать по мере увеличения расстояния от этих источников. На носу, вероятно, будет мало индикации из любого источника, если режим лодки не конфликтует с одним из предупреждений.
Силы с моря должны быть приложены в первую очередь к носу. Тело будет реагировать на этот эффект преимущественно в своих подрежимах.
Если локальный конструктивный элемент расположен в одной части корабля больше, чем в другой, он может реагировать по-разному из-за формы корпуса. Это в некоторой степени верно для локальных вибраций, вызванных всей балкой тела; тем не менее, он полностью действителен, особенно при наличии ударов, ударов волн и пружин. Лучшим примером этого будет мачта корабля. Если мачта размещена посередине корабля; first мод лодки обеспечивает вертикальное движение базы, но не вращение. Это не должно вызывать проблем. Но если бы мачта была размещена рядом с одним из узлов корпуса, скажем, на четверти длины от носа, корпус заставил бы основание мачты вращаться, но с очень небольшим перемещением. Если собственная частота мачты такая же, как у лодки, мачта, вероятно, будет сильно трястись.
Гидродинамические силы, действующие на придатки, могут быть результатом вихрей Кармана или гидродинамических колебаний. Вихри Кармана возникают из придатка с тупой задней кромкой. Низкое давление за задней кромкой вызывает образование завихрений. Нормальный ламинарный поток, скорее всего, исчезнет с одной или с другой стороны, если не с обеих сторон одновременно. . По мере того, как вихрь движется вниз, а сжатая сторона снова распрямляется, вращение вихря создает достаточную разницу давлений, чтобы противоположная сторона превратилась в вихрь. Эта чередующаяся картина воды сохраняется и вызывает переменное давление на задней кромке выступа. Если частота завихрений совпадает с собственной частотой растяжения, возникает вибрация. Для данной геометрии задней кромки вихри Кармана могут возникать только для определенного диапазона скоростей воды. Ниже этого диапазона течение ламинарное, а выше полностью турбулентное. Частота вихрей уменьшается при слепоте задней кромки. Чаще всего это явление возникает на борту, когда вибрация лопасти гребного винта вызывает слышимый (иногда отвлекающий) звук внутри корабля."поющий пропеллер" является
Вихри Кармана также могут распространяться от пилонов и дымовых труб при определенных скоростях ветра, а также могут возникать сильные вибрации, если собственная частота сооружения совпадает с частотой распространения вихрей.
Гидродинамическая вибрация – это взаимодействие вибрирующего придатка с потоком над ним. Например, руль может возбуждаться горизонтальной вибрацией кормы корабля. Если гидродинамические и инерционные силы не уравновешены, руль будет немного поворачиваться и смещаться. Поворот увеличивает «подъемную силу» руля и заставляет его больше отклоняться, увеличивая вибрацию. Вероятность того, что это произойдет, и насколько это серьезно, будет зависеть от частоты предупреждений, собственных частот руля направления (поперечного и торсионного) и того, как на руль направления воздействует подъемная сила.
2. Оценка
Как и вибрация корпуса корабля, локальная вибрация будет считаться неприемлемой, если она вызывает дискомфорт экипажа, структурную усталость или отказ оборудования. Однако часто проблема должна решаться и оцениваться на индивидуальной основе.
Собственная частота локальной структуры, вероятно, является наиболее важной характеристикой при оценке проблемы. В общем, если собственная частота конструкции примерно на 15 процентов выше или ниже частоты возбуждения, проблем не будет. Собственную частоту можно узнать из измерений, сделанных во время движения корабля или во время работы машины. Другой метод нахождения собственной частоты состоит в том, чтобы искусственно стимулировать ее и измерить возникающую вибрацию. Удар молотком по объекту (обычно предпочтительнее резиновый или кожаный молоток, чтобы свести к минимуму высокочастотные эффекты) заставит его «звенеть» на его собственных частотах. Для больших конструкций может потребоваться тяжелая древесина для получения адекватной стимуляции. Более контролируемый метод заключается в использовании генератора вибрации для создания синусоидальной силы на различных частотах. Вес виброгенератора не должен быть настолько большим, чтобы влиять на вибрацию объекта.
Если предусматривается усиление системы или другая коррекция, обычно рекомендуется найти доступную собственную частоту, сравнить ее с расчетной собственной частотой, чтобы увидеть, насколько хороша модель, а затем вычислить частоту объекта с добавленным элементом.
Часто изменения в структуре оказывают меньшее влияние, чем ожидалось. Также было бы разумно протестировать измененную сборку, чтобы проверить исправление.
Связанные формулы могут быть использованы для расчетов. Многие локальные проблемы связаны с панелями. Большинство панелей на кораблях (палубы, переборки и т. д.) имеют собственные частоты где-то между простым поддерживаемым и зажатым состояниями.
3. Методы коррекции
Большая часть «исправления» проблем с вибрацией состоит в переделке того, что не было сделано должным образом в конструкции корабля. Поэтому часто бывает целесообразно пересмотреть определенные рекомендации по проектированию, чтобы убедиться, что они действительны. Следующее может помочь:
• Вертикальные переборки (продольные и поперечные) должны быть выполнены как можно более непрерывными от палубы к палубе. Там, где это сложно, возможно, для непрерывности можно использовать распорки.
• Убедитесь, что тяжелое оборудование закреплено на балках, переборках, шпангоутах или сетках, желательно в обоих направлениях (продольном и поперечном).
• Избегайте использования консолей для поддержки оборудования (если только они не учитывают вибрацию).
• Усилить несущий фундамент.
• В случаях, когда между машинами и фундаментами (двигателями, турбинами, редукторами, упорными подшипниками) возникают большие силы, следует проконсультироваться с производителями относительно жесткости фундаментов.
Часто решение проблем с локальной вибрацией заключается в увеличении жесткости. На рисунке показаны несколько примеров и некоторые возможные решения.
На рисунке (a) часть оборудования установлена на фундаменте, ножки которого не опираются на опорные балки настила. Дека прогибается, а оборудование качается или вибрирует вертикально. Решение может включать перемещение оборудования так, чтобы его ноги опирались на балки, добавление дополнительных ножек, опирающихся на балки, или добавление поперечной распорки (над или под настилом).
На рисунке (b) опоры фундамента очень гибкие. Это можно исправить, установив поперечные распорки между стойками или на их внешней стороне или установив доски вдоль ног и от настила к платформе.
На рисунке (c) панель слишком сильно вибрирует и требует ремонта. Собственная частота контролируется обоими размерами, но в первую очередь самой короткой апертурой. При упрочнении панели следует приложить усилия для уменьшения кратчайшего пролета, как показано в последних двух решениях.
