Способ реализации опорной и неопорной амортизации судовой электростанции с виброактивным дизельным приводом

Изобретение относится к опорной и неопорной амортизации судовой электростанции с виброактивным неуравновешенным дизельным приводом. Двигатели с неуравновешенными силами инерции поступательно движущихся (ПДМ) и вращающихся масс (ВМ), моментами их инерции с учетом также действия опрокидывающего момента считаются виброактивными.

Заявляемое изобретение может быть использовано также для главных судовых энергетических установок и других амортизируемых легких и тяжелых объектов в любой области техники.

Системы опорной и неопорной амортизации энергетических установок с виброактивным дизельным приводом являются широко известными, которые представлены на рис. 3.4, 3.5, 3.9 б, 3.13 б, 3.14 а [Амортизация судовых дизельных энергетических установок: учеб. Пособие авт. М.А. Минасян, A.M. Минасян. - СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2017. - 360 с.] [1].

Известно техническое решение, которое можно рассматривать в качестве способа опорной и неопорной амортизации энергетических установок с виброактивным дизельным приводом, реализуемое экспериментальной установкой, представленной на рис. 3.14 а [1] - с. 68.

Экспериментальная установка состоит из приводного виброактивного дизеля 1, с реверс-редуктором на опорных цилиндрических канатных виброизоляторах (ЦКВ); рамы 2; приемника энергии 6 (нагрузочный гидравлический тормоз) с жестким (то есть без виброизоляторов) креплением к основанию, опорной амортизации на 3, 4, 5 - опорные ЦКВ, неопорной амортизации высокоэластичной резиновой или резинокордной торообразной муфты 8 (в виде торообразной оболочки выпуклого профиля) типа «Перифлекс» [1] - с. 68.

Существенными недостатками известного способа опорной и неопорной амортизации установки с дизельным приводом является его неэффективность применительно к установкам с приводным дизелем с неудовлетворительным критерием неуравновешенности, то есть когда перемещения остова двигателя под действием неуравновешенных сил у₀ и моментов у_м превышают у₀=у_м=0,1÷0,15 мм {Истомин П.А. Динамика судовых двигателей внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1966. с 208-240) [2]

Неэффективность известной системы опорной и неопорной амортизации заключается в следующем:

1. Низкая несущая и демпфирующая способность опорных ЦКВ 3, 4, 5 (рис. 3.14,а) [1] - с. 68;

2. Упругий элемент опорных ЦКВ - стальной канат при работе дизельной энергетической установки одновременно является упругим - обладающим поглощающей способностью (подобной пружине) и гасящим - обладающим демпфирующей способностью (подобной MP - металлической резине или гидравлическому амортизатору). Однако в послерезонансной области, где виброизоляторы эффективны, возрастание демпфирования (силы сопротивления) вызывает увеличение силы, передаваемой основанию (судовому фундаменту) [1] - с. 143 (рис. 4.5).

3. Саморазогрев неопорной 8 - высокоэластичной резиновой или резинокордной торообразной муфты при циклическом нагружении в условиях переменного вращающего момента, а также при компенсации радиального и углового смещений соединяемых валов (рис. 3.14,а) [1] - с. 68. Действие температурного фактора на ресурс муфты является превалирующим и разрушение резиновых элементов (зарождение макротрещины) происходит в зоне действия максимальных температур, а не максимальных напряжений.

Изобретение направлено на усовершенствование и развитие способов опорной и неопорной амортизации энергетических установок с виброактивным дизельным приводом, то есть когда перемещения остова двигателя под действием неуравновешенных сил у₀ и моментов у_м превышают у₀=ум=0,1÷0,15 мм [2] - с. 240.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является сохранение прочности элементов системы амортизации двигателя с неудовлетворительным критерием неуравновешенности

Способ реализации системы опорной и неопорной амортизации судовой электростанции с виброактивным неуравновешенным дизельным приводом характеризуется тем, что производят монтаж пружинно-канатных виброизоляторов в расчетных точках крепления на верхних полосах несущей рамы под опорные лапы соответственно дизеля и генератора отдельных опорных гасящих - демпфирующих элементов в виде - торообразных канатных виброизоляторов, расчетная высота которых примерно на 3-10 мм меньше расчетной высоты пружинно-канатных виброизоляторов.

- опускают равномерно дизель до образования между поверхностями опорных лап дизеля и фланцев пружинно-канатных виброизоляторов зазор около 2-3 мм.

- опускают равномерно генератор до образования между поверхностями опорных лап генератора и фланцев пружинно-канатных виброизоляторов зазор около 2-3 мм.

- опускают равномерно поочередно дизель, а затем генератор на опорные пружинно-канатные виброизоляторы.

- замеряют высоты всех опорных пружинно-канатных виброизоляторов.

- определяют разность высот пружинно-канатных виброизоляторов в свободном и нагруженном состояниях.

- сравнивают деформации пружинно-канатных виброизоляторов с расчетными значениями: 0,05 мм (70 Гц) - 0,16 мм (40 Гц).

- производят точную регулировку до достижения установленных от 0,05 мм (70 Гц) до 0,16 мм (40 Гц) расчетом пределов в случае такой необходимости.

- производят крепления всех опорных пружинно-канатных виброизоляторов к опорным лапам дизеля и генератора.

- утанавливают в образованных расчетных зазорах между опорными фланцами торообразных канатных виброизоляторов и лапами дизеля и генератора соответствующие пластины

- проверяют нулевую жесткость всех торообразных канатных виброизоляторов.

- производят крепления всех торообразных канатных виброизоляторов к опорным лапам дизеля и генератора.

- устанавливают канатную торообразную муфту между ведущим валом дизеля и ведомым валом генератора.

- производят центровку приводного дизеля с приемником энергии - генератором.

- производят виброакустические испытания на режимах пуска и остановки, обслуживания на различных, в том числе и переходных режимах работы, а также работы в условиях возникновения ударных механических сотрясений и ударов волн при ходе судна, ударов корпуса о лед при швартовке, ходовой вибрации, работающих механизмов.

- производят обработку, анализ и сравнение с расчетными данными.

- в случае необходимости, уточняют, корректируют отдельные пункты способа в ходе его осуществления применительно к конкретной судовой электростанции.

Технический результат - сохранение прочности элементов системы в условиях вибрации, достигается за счет того, что для реализации способа использованы:

1. Упругие поглощающие элементы - пружинно-канатные виброизоляторы и гасящие демпфирующие элементы - торообразные канатные виброизоляторы, с параллельным расположением.

2. Гасящие - демпфирующие элементы автоматически включаются в работу только при режимах пуска, работы и остановки приводного дизеля.

3. В качестве упругого - поглощающего элемента применяется пружинно-канатный виброизолятор (ПКВ) - Пат. РФ 183991, МПК F16F 7/14 - [3]. В предлагаемом способе используется упруго-поглощающий элемент - ПКВ, расчетная статическая деформация пружины которого, под номинальной статической нагрузкой устанавливается в пределах от 0,05 мм (70 Гц) до 0,16 (40 Гц). То есть упругий - поглощающий элемент - пружина выбирается довольно жесткой, с целью снижения амплитуды вынужденных колебаний под действием неуравновешенных сил у₀ и моментов у_м до значений у₀=у_м ≤0,1÷0,15 мм [2] - с. 240.

31. Петли каната в местах крепления - между опорными фланцами и прижимными кольцами с помощью крепежных винтов, крепятся таким образом, чтобы петли обладали расчетным запасом упругости с возможностью незначительной деформации (примерно ≤0,004-0,0004 мм), достаточной для звукоизоляции под воздействием амплитуд вынужденных колебаний от неуравновешенных сил инерции и моментов сил инерции, а также опрокидывающего момента, что достаточно для обеспечения звукоизоляции.

3.2. Для дополнительной звукоизоляции с наружной стороны нижний и верхний опорных фланцы ПКВ предусмотрены специальные звукоизолирующие прокладками.

3.3. Зигзагообразный канат выполнен из эластичной стали и совместно с нижней и верхней опорными фланцами, прижимными кольцами, крепежными средствами, главным образом, служит соединительным элементом и стабилизатором устойчивости опоры.

4. В предлагаемом способе амортизации в качестве гасящего - демпфирующего элемента применяется торообразный канатный виброизолятор (ТКВ) - (патент РФ 156758 МПК F16F 7/14) [4], который устанавливается между опорными лапами и полосами несущей рамы с нулевой жесткостью - то есть свободно без деформации, путем установки в расчетных зазорах между опорной поверхностью демпфирующего элемента и соответствующих опорных лап дизеля и генератора регулирующих пластин.

5. ТКВ [4] применяется также в способе в качестве муфты, который конструктивно не отличается от опорного демпфирующего элемента, отличие состоит только в принципе работы, то есть упругий торообразный элемент из стального каната работает на кручение с возможностью также одновременно гасить крутильно - изгибно - осевые колебания с одновременной компенсацией излома и смещения осей ведущего и ведомого валов при работе дизель-генератора.

51. В отличие от резиновых торообразных муфт [1]-71 в стальных канатах при трениях проволок тепловая энергия не выделяется, поскольку при вращении муфта приобретает функцию вентилятора.

5.2. Отличительная особенность неопорной амортизации, по сравнению с известным решением, заключается в применении торообразного канатного виброизолятора [3] по новому назначению, то есть в качестве, как муфты, и дополнительно в качестве вентилятора. Последнее обеспечивает не только охлаждение самой муфты, но и дизеля и генератора.

6. Торообразные упругие канатные элементы в гасящем - демпфирующем элементе - ТКВ и муфте, в местах крепления между фланцами и прижимными кольцами, обладают предварительной упругостью и демпфированием, что достаточно для звукоизоляции.

7. Для реализации способа амортизации, гасящий - демпфирующий элемент - ТКВ по высоте выполняют меньше высоты опорного ПКВ не менее 5 мм, для возможности регулировки и крепления ТКВ с нулевой жесткостью.

Заявленный способ реализуется техническим решением на примере судовой дизельной электростанции, где на фиг. 1 изображен общий вид судовой электростанции, на фиг. 2 - опорные упругие - поглощающие элементы и гасящие - демпфирующие элементы.

На фиг.1-3 обозначен: 1 - дизель, 2 - генератор, 3 - муфта, 4 - несущая подмоторная рама, 5, 10 - витая пружина сжатия с соединительными элементом и стабилизатором устойчивости опоры, 6, 11 - гасящий - демпфирующий элемент - торообразный канатный виброизолятор, 7-9, 12-14 - регулировочные пластины, 15, 16 - опорная лапа дизеля и генератора, 17 - фундамент, 18, 19 - верхняя полосы подмоторной рамы под дизель и генератор, 20 - нижняя полоса подмоторной рамы, 21, 22 - ребра жесткости несущей рамы, 23 - стальной канат, 24-26, 31, 34 - опорные фланцы, 25, 27, 32, 33 - прижимные пластины, 28 - крепежные элементы, 29 - петля стального каната, 30 - демпфирующий элемент, 35 - упругий элемент из стального каната, 36, 38 - ведущий и ведомый фланцы, 37, 39 - прижимные кольца ведущего и ведомого фланцев, 40, 41 - ведущий и ведомый валы.

Последовательность монтажа упругих - поглощающих элементов - витых пружины сжатия, гасящих - демпфирующих элементов - ТКВ и муфты с торообразным канатным упругим элементом заключается в следующем:

1. Всем ПКВ 5, 10 (фиг. 1, 2) присваивают номера с занесением в протокол испытаний.

2. Проверяют, чтобы все ПКВ 5, 10 имели одинаковую высоту и заносят в протокол испытаний.

3. Поднимают дизель 1 (фиг. 1) на расчетную высоту [например, с помощью отжимных болтов или другими подъемными устройствами (на фигурах не показаны), производят монтаж упругих - поглощающих элементов - витых пружин сжатия 5 (фиг. 1, 2) с звукоизолирующими прокладками (на фигурах не показаны) и гасящих - демпфирующих элементов - ТКВ 6, 11 (фиг. 1, 2) в расчетных точках крепления на верхних полосах 15 несущей рамы под опорные лапы дизеля.

4. Поднимают генератор 2 (фиг. 1) на расчетную высоту и производят монтаж упругих - поглощающих элементов - витых пружин сжатия 10 с звукоизолирующими прокладками (на фигурах не показаны) и гасящих - демпфирующих элементов - ТКВ 11 (фиг. 1) в расчетных точках крепления на верхних полосах 16 несущей рамы под опорные лапы генератора.

5. Медленно опускают дизель до образования между поверхностями опорных лап 15 дизеля и фланцев 26 ПКВ 5 зазор около 2 мм.

6. Медленно опускают генератор 2 до образования между поверхностями опорных лап 16 генератора 2 и фланцев 26 (фиг. 2) ПКВ зазор около 2 мм.

7. Далее производится точная регулировка зазора с выравниванием высот ПКВ 5, 10 (фиг. 1) под опорные лапы 15, 16 дизеля 1 и генератора 2.

8. Опускают дизель 1 и генератор 2 на опорные ПКВ 5, 10 (фиг. 1), замеряют высоты ПКВ 5, 10 в рабочем состоянии (т.е. под силой тяжести дизеля и генератора) и значения заносят в протокол испытаний.

9. Определяют деформации ПКВ 15, 16, которые должны быть в пределах от 0,05 мм (70 Гц) до 0,16 (40 Гц) с занесением в протокол испытаний.

10. Производят крепления ПКВ 15, 16 к соответствующим опорным лапам 15, 16 дизеля 1 и генератора 2.

11. Путем свободной установки в образованном зазоре между опорными фланцами 34 ТКВ 6, 11 (фиг. 1, 2) и лапами дизеля 15 и генератора 16, соответствующей пластины (или пластин 7-9, 12-14) производят их крепление, обеспечивающие сохранение нулевой жесткости при неработающей электростанции.

12. Установливая торообразную муфту 3 (фиг. 1, 3) между ведущим 40 и ведомым 41 (фиг. 3) валами дизеля 1 и генератора 2, производят их центровку.

В статическом состоянии опорные ПКВ 5, 10 находятся под номинальной нагрузкой с деформацией пружин 5 (фиг. 2) в пределах от 0,05 мм (70 Гц) до 0,16 (40 Гц), а гасящие - демпфирующие элементы - ТКВ 6, 11 никакой нагрузки не несут и имеют нулевую жесткость, в аналогичном состоянии находится также неопорня связь - муфта 3.

На режимах пуска и остановки, обслуживания на различных, в том числе и переходных режимах работы, а также работы в условиях возникновения ударных механичских сотрясений и ударов волн при ходе судна, ударов корпуса о лед при швартовке, ходовой вибрации работающих механизмов, уменьшение динамических нагрузок обеспечивается благодаря знакопеременным амплитудам (сжатию и разжатию) опорных пружинных виброизоляторов 5, 10 (фиг. 1). При этом одновременно с работой пружины 5 (фиг. 2) включаются в работу и гасящие - демпфирующие элементы - ТКВ 6, 11 (фиг. 1, 2), устраняя колебательный процесс превращением механической энергии колебаний за счет трения (проволок стального каната) в тепловую энергию и последующему ее рассеянию.

В этих условиях торообразная канатная муфта 3, обеспечивая передачу крутящего момента от приводного дизеля 1 к потребителю энергии 2 (фиг. 1). поглощает и демпфирует колебательные процессы. В отличие от резиновых торообразных муфт [1]-71 в стальных канатах 35 (фиг. 3) муфты 3 при трениях проволок тепловая энергия не выделяется, поскольку при вращении муфта 3 (фиг. 1) приобретает функцию вентилятора.

Таким образом, новизна способа опорной и неопорной амортизации энергетических установок с виброактивным дизельным приводом и средства для его осуществления заключается:

1. В раздельном и параллельном применении опорных упругих - поглощающих и гасящих - демпфирующих элементов.

2. В выполнении упругих - поглощающих элементов опор из витых пружин сжатия с соединительными элементами, стабилизатором устойчивости опоры и применении дополнительной звукоизолирующих прокладок на опорных фланцах ПКВ.

3. В применении в качестве гасящих - демпфирующих элементов торообразных канатных виброизоляторов [3], отличительная особенность применения которых заключается в том, что под дизель и генератор они устанавливаются с нулевой жесткостью и автоматически включаются в работу только при колебательных процессах электростанции.

4. В применении торообразного канатного виброизолятора [3] по новому назначению, то есть в качестве муфты и вентилятора.