СУДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2012
рицу ускорений на виброизолированной массе — DATA; матрицу усилий в каждом ЭС — DATAF; матрицу деформаций каждого ЭС — DATAD.
Они могут иметь каждая по 30 000 элементов и должны переформировываться до размера в 300 элементов для построения одной зависимости.
Матрица ускорений переформировывается в наборы данных accel.dat (по количеству заданных ИЭ, на которые прибор разбивался при составлении модели).
Матрица усилий в виброизоляторах переформировывается в набор данных force.dat, при вводе данных по поперечному сечению каждого ЭС формируются матрицы sig.dat или tau.dat в зависимости от вида деформации (растяжение—сжатие, изгиб и т.д.) и количества ЭС, определенных моделью.
Матрица деформаций ЭС переформировывается в наборы дан-
ных disp.dat (по количеству заданных ЭС, определенных при составлении модели).
Временные зависимости строятся с помощью графического редактора MathСad, в который передаются наборы данных accel.dat, force.dat, disp.dat и time.dat. В определенной последовательности строятся зависимости, которые необходимы при оптимизации системы виброизоляции.
В случае неудовлетворительных результатов моделирование проводится вновь после изменения исходных данных модели прибора или изменения схемы системы виброизоляции, или типоразмера, или вообще типа виброизолятора.
Механические испытания пульта подтвердили правильность выбора виброизоляторов. Пульт выдержал весь комплекс механических испытаний и в процессе всех испытаний работал без сбоев. Анализ много-
численных испытаний и данных моделирования показал, что разница между результатами испытаний и расчетными оценками составляет не более 10—20 % при доверительной вероятности 0,9.
Литература
1. Карпов В. Н., Кудрявцев О. М, Сухов В. В., Шмаков В. И., Спиридонов В. Г. Новые технологии снижения вибрации и шума для радиоэлектронной техники//Технологии приборостроения. 2002. № 4.
2. Москалев А. И., Сухов В. В., Федотов В. А., Литвинов М. А. Методика выбора оптимальной виброизоляции приборов систем управления/современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации. Труды XIII Международного научно-технического семинара. Часть II. Сентябрь 2004 г., Алушта. М.: изд. МГУ, 2004.
3. Сухов В. В. Программа моделирования прочности радиоэлектронной аппаратуры и оптимизации систем виброизоляции с помощью многомассовых моделей «GRSМa». Свидетельство о государственной регистрации программы ЭВМ № 2004611005. М.: ФИПС Роспатента.
ПРИМЕНЕНИЕ НИЗКОЧАСТОТНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ АМОРТИЗАТОРОВ НА ОСНОВЕ ПАКЕТОВ ГОФРИРОВАННЫХ ПЛАСТИН КАК СПОСОБ БОРЬБЫ С ВИБРАЦИЕЙ
Н. И. Кокотков, А. Я. Альпин, докт. техн. наук
(ОАО ПО «Севмаш», тел. (8184) 504726,
е-тюП: ipko@sevmash.ru) удк 621-752:629.5
Исследования и опыт эксплуатации показывают, что одним из наиболее эффективных средств улучшения вибрационных характеристик машин и агрегатов является установка их на амортизаторы. Однако существующие типы амортизаторов не всегда подходят для особо жестких условий эксплуатации, например, на магистральных нефтеперекачивающих станциях, в горячих цехах металлургических предприятий, на некоторых агрегатах военных кораблей.
Рассматривая известные конструкции амортизаторов в целях применения их для поглощения переменных осевых нагрузок валопро-водов, можно сделать вывод, что все они по различным причинам не отвечают предъявленным требовани- Рис. 1. Пакет пластин
ям, например по нагрузочной способности в совокупности с высоким коэффициентом демпфирования.
Широко применяемые в судостроении резинометаллические амортизаторы [1] непригодны для этой цели вследствие их низкой нагрузочной способности. Кроме того, сама резина изменяет упругие характеристики со временем.
Масляные катаракты с тарельчатыми пружинами лишены недостатков, свойственных резине, но непригодны в данных условиях эксплуатации из-за больших габаритов, а также в связи с низкой виброизоляцией из-за высокой собственной частоты, а также при малых амплитудах колебаний. Резинокорд-ные пневматические амортизаторы обладают высокой нагрузочной способностью, но имеют низкий коэффициент демпфирования и требуют систему для периодической подкачки воздуха. Лучше всего подходят для данных условий демпферы Аллисо-на [2]. Существует большое число разновидностей таких демпферов, однако экспериментальных и теоретических зависимостей, которые могли бы послужить рекомендацией при определении конструктивных элементов демпферов, в литературе недостаточно [3]. Поэтому авторами разработаны конструкции и основы гидродинамической теории таких амортизаторов.
Рабочая часть амортизатора представляет собой пакет гофрированных пластин (рис. 1), промежутки между которыми заполнены машинным маслом. Поскольку демпфирующие свойства амортизатора оп-
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2012
СУДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Рис. 2. Схема плоского сдавливаемого слоя:
Ь0 — толщина слоя; I — длина слоя; и — скорость жидкости; V — скорость одной из поверхностей; у, х — координаты соответственно по толщине и длине слоя
ределяются гидравлическими потерями в масляной пленке, амортизаторы получили название — гидропленочные.
Упругий элемент амортизатора — пакет гофрированных пластин, помещенных в масляную ванну. Эффект амортизации достигается за счет прогиба каждой пластины пакета на участках между гофрами. Суммарный прогиб большого количества пластин в пакете обеспечивает значительное перемещение при больших нагрузках и, как следствие, низкую частоту амортизации. При работе пакета в масляной среде происходит периодическое втягивание масла в зазор между пластинами и выталкивание его из зазора. Этим достигается высокий коэффициент демпфирования.
Рассмотрим схему плоского сдавливаемого слоя (рис. 2).
Слой расположен между двумя плоскими параллельными поверхностями и ограничен по оси Хдлиной /. По оси 1 размер слоя бесконечен. Верхняя поверхность движется по направлению к нижней со скоростью V. В общем случае V= V(t), где t — время.
Для одномерной задачи сдавливаемого между двумя поверхностями слоя
Р - Ро =
юр 2Ьп
1- ■
зЬ5+в1п5 8(со$8+сЬ8) _
зЬ8-$1п8
_8(со$8+сЬ8)
/2 4
зЬ5+в1п5
зЬ8-$1п8
■+1
8(со$8+сЬ8) 8(со$8+сЬ8)
где р0 — давление при х = ±(//2); 8 = кЬ/^2; к = Л;0)р/ц; ю — круговая частота колебаний пакета.
Для примера: пакет гофрированных пластин размерами LхBхH = 125х65х125 мм при нагрузке 1000 кгс (10 кН) обеспечивает частоту амортизации 4 Гц при коэффициенте демпфирования 0,3.
Опыт эксплуатации амортизаторов на основе пакетов гофрированных пластин на судовых движитель-ных комплексах доказал их высокую надежность и простоту в эксплуатации. Проверка, проведенная после 10 лет эксплуатации, показала, что амортизаторы не утратили заданных рабочих характеристик, не имеют просадки и повреждений упругих элементов.
честве средства виброизоляции для насосно-энергетического оборудования блочных насосных станций, применяемых в системах сбора и транспортировки нефти.
Для амортизации магистрального насосного агрегата № 2 на нефтеперекачивающей станции «Невская» (Ленинградская обл.) были применены гидропленочные амортизаторы типа ГПА-2-5,6-М (рис. 3) [4]. До и после установки агрегата на амортизаторы были измерены средние квадратические значения виброскорости его подшипниковых узлов [5].
Как видно из полученных результатов (таблица), установка магистрального насосного агрегата на амортизаторы позволила зна-
Виброскорость подшипниковых узлов с превышениями норм вибрации магистрального насосного агрегата № 2 нефтеперекачивающей станции «Невская» до и после установки агрегата на амортизаторы
Подшипниковый узел Направление Виброскорость, мм/с
До установки амортизаторов После установки амортизаторов
Полевой подшипник электродвигателя Вертикальное 5,0 1,1
Подшипник электродвигателя со стороны муфты Вертикальное 3,2 1,7
То же Поперечное 3,0 1,7
Накопленный опыт эксплуатации амортизаторов в судостроении позволяет предложить их также в ка-
др
— = ц-
дх ду2
д2и ди
- Р—
дt
где р — давление; р — плотность масла; ц — динамическая вязкость масла.
Решение этого уравнения при граничных условиях и = 0, при у = 0 и у = Ь позволяет получить:
Рис. 3. Металлические пластинчатые амортизаторы
чительно улучшить его вибрационное состояние, которое до модернизации агрегата оценивалось как «удовлетворительное», на грани остановки станции, а после внедрения амортизаторов стало «отличным».
В целом теоретические и экспериментальные исследования позволили создать новый вид эффективных амортизаторов (виброизоляторов) для частот от 2,5 Гц и выше и нагрузок до 20 тс (200 кН). По эффективности эти амортизаторы несколько выше резинокорд-ных, спроектированных для той же собственной частоты, благодаря более высокому коэффициенту демпфирования.
2
х
СУДОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2012
По эксплуатационным качествам гидропленочные амортизаторы превосходят резинокордные пневматические, так как не требуют периодической подкачки воздуха. Проверка состояния положения механизмов блочных насосных станций после 10 лет эксплуатации на этих амортизаторах также не обнаружи-
В период с 2005 по 2011 г. ОАО ПО «Севмаш» была проведена большая работа по определению возможности перевода высокоскоростных подшипников жидкостного трения с циркуляционной смазкой на автономную смазку. Работа выполнялась по заказу ОАО АК «Транснефть» и первоначально подшипники предназначались для насосопе-рекачивающих станций. Полученный опыт можно при- а) менить и в судостроении.
Системы циркуляционной смазки, в которые входят масляные насосы, масляные системы с фильтрами и масло- _ охладителями, громоздки, — сложны в обслуживании, пожароопасны. Замена таких систем автономными подшипниками позволит упростить конструкции энергетических установок, повысит нсдежносгь ' и обеспечит значительную экономию средств (рис. 1).
Есть несколько причин, мешающих созданию высо- ■ коскоростных автономных подшипников жидкостного трения:
1. Большое количество тепла, выделяемое в смазочном слое при высоких окружных скоростях.
2. Большой расход масла, необходимый для заполнения смазоч
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.