Основы проектирования и расчета судового валопровода, страница 35

Другая особенность расчета резонансных осевых колебаний связана с определением демпфирующих сопротивлений. Известно, что физическая природа демпфирования не зависит от типа колебаний. Либо колебательный процесс сопровождается потерей механической энергии и превращением ее в тепловую или другие виды энергии. Точный учет энергетических потерь при расчете колебаний представляет собой невыполнимую задачу. Связано это как со сложностью теоретического описания диссипации, так и с многообразием демпфирующих сил. Поэтому до сих пор ограничиваются приближенной оценкой демпфирования. Осевые колебания в этом вопросе не являются исключением.

Демпфированию осевых колебаний посвящено всего несколько оригинальных работ. Обобщение их результатов позволяет представить силы сопротивления (кг с^-1) в функции коэффициента пропорциональности следующим образом:

                                    ,                             (5.49)

где  – дискретная масса расчетной модели;  – круговая частота резонансных колебаний;  – коэффициент поглощения, для судовых валопроводов  = 0,3÷0,8.

Часто приведенную формулу записывают в другом виде, а именно (кг×с^-1)

,

где  – частота резонансных колебаний в Гц.

Приведенные формулы справедливы для оценки демпфирования КШМ и упорного подшипника. Для подшипников валопровода, согласно данным гидродинамического исследовательского центра Rolls-Royce, коэффициенты демпфирования осевых колебаний составляют:

– дейдвудный подшипник

 = 500000¸1000000 кг×с^-1;

– опорный подшипник

 = 375000¸450000 кг×с^-1.

Также на основании рекомендаций упомянутого центра демпфирование лопастей гребного винта при осевых колебаниях составит

 = (1,5¸1,8)×10⁶ ,

где  – число лопастей гребного винта.

С учетом (5.49) энергия диссипации осевых колебаний модели, состоящей из  масс, выражается формулой

.

Наряду с коэффициентом поглощения демпфирующие силы при осевых колебаниях определяются зачастую через коэффициент динамичности . Его значение устанавливают экспериментально, путем тензометрирования судовых валопроводов. В настоящее время существуют эмпирические зависимости для подсчета , наиболее простая из них имеет вид

,

где  – порядок резонирующей гармонии осевой силы.

После определения коэффициента динамичности вычисляют амплитуду колебаний первой массы дискретной модели

.

По аналогии с расчетом резонансных крутильных колебаний здесь                                              – статическая амплитуда. Ее значение

.

Значение величины  позволяет найти амплитуды осевых колебаний любой массы дискретной модели. Для этого достаточно воспользоваться соотношением (5.45), которое устанавливает связь между действительными и безразмерными амплитудами.

Нормирование, осевых колебаний сводится к ограничению амплитуды перемещения носового конца коленчатого вала. Иногда ограничивают также напряжения от колебаний в шатунных шейках вала. Специальных требований по нормированию осевых колебаний Правила Российского морского регистра судоходства пока не содержат [56]. Вместе с тем, анализ требований иностранных классификационных обществ позволяет особо выделить следующие:

- в расчетах осевых колебаний допускается параметрический анализ влияния тех величин, определение которых сопряжено с большими трудностями. Прежде всего, параметрический анализ касается учета податливости главного упорного подшипника;

- при наличии демпфера осевых колебаний расчеты должны выполняться дважды: сначала с исправно работающим демпфером, затем с неисправным демпфером;

- в требованиях отсутствуют нормы, ограничивающие осевые колебания. Чаще всего сообщается, что амплитуды и напряжения не должны превышать величин, устанавливаемых заводом изготовителем деталей валопровода.

В условиях отсутствия каких-либо дополнительных условий амплитуду коленчатого вала следует ограничивать значением 0,5¸0,6 мм. С увеличением числа цилиндров и их диаметра допускаемую амплитуду обычно увеличивают, например, для дизеля 12К90МС фирмы MAN B&W она может достигать величины 2,17 мм.

Снижение амплитуды осевых колебаний достигается применением демпферов [54]. Демпфер устанавливают на свободном торце коленчатого вала. Конструктивно он мало отличается от демпфера крутильных колебаний. В случае с осевыми колебаниями корпус демпфера вместе с валом совершает продольные перемещения относительно гребня, обычно выполненного за одно целое с валом. Полости между корпусом и гребнем заполнены маслом.