Исследование вибродемпфирующих покрытий

Дипломная работа Исследование вибродемпфирующих покрытий

• Введение
• 1. Общепроектная часть. Выбор и расчёт ЭУ танкера
• 1.1 Описание объекта и района эксплуатации
• 1.2 Обоснование выбора ЭУ
• 1.3 Расположение оборудования в машинном отделении
• 1.4 Расчет потребной мощности ЭУ
• 1.5 Системы дизельных установок
• 1.5.1 Топливная система
• 1.5.2 Система охлаждения
• 1.5.3 Система сжатого воздуха
• 1.5.4 Масляная система
• 1.5.5 Газовыхлопная система
• 1.5.6 Утилизационный котел
• 1.6 Расчет главного двигателя
• 1.6.1 Общие сведения
• 1.6.2 Тепловой расчет двухтактного дизеля с наддувом
• 2. Специальная часть. Исследование вибродемпфирующих покрытий
• Введение
• 2.1 Основные методы виброзащиты
• 2.1.1 Источники колебаний и объекты виброзащиты
• 2.1.2 Основные методы виброзащиты
• 2.1.3 Классификация вибродемпфирующих покрытий
• 2.2 Виброизоляция и вибропоглощение
• 2.2.1 Виброизоляция
• 2.2.2 Вибропоглощение
• 2.2.3 Связь между виброизоляцией и вибропоглощением
• 2.4 Определение собственных частот и собственных форм пластин
• 2.5 Влияние вибродемпфирующего покрытия на частотную характеристику
• 3. Технологическая часть
• 3.1 Технология оценки эффективности вибропоглощения на судах
• 3.2 Технология нанесения вибропоглощающих покрытий на судовые конструкции
• 3.3 Монтаж вибропоглощающих покрытий
• 3.4 Рекомендации по применению средств вибропоглощения на судах
• 4. Экономическая часть
• 4.1 Определение себестоимости проведения виброакустических испытаний в лаборатории
• 5. Охрана труда и защита окружающей среды
• 5.1 Охрана труда при работе на виброакустических установках в лаборатории
• 5.2 Требования пожарной безопасности
• 5.3 Электробезопасность при использовании электроприборов
• 5.4 Методы и средства защиты от вибрации и шума
• 5.5 Средства индивидуальной защиты от производственного шума и вибраций
• 5.6 Защита окружающей среды
• Заключение
• Список литературы

Освоение полярных областей, начавшееся примерно 100 лет назад, ведется в наши дни с применением новейших технических средств. Тем не менее, мы еще далеки от того, чтобы считать вопрос о плавании судов в полярных льдах полностью решенным. Поиски новых решений, касающихся оптимальной организации ледовых плаваний, продолжаются. Если прежде движущими силами покорителей полярных областей были жажда познать неведомое и спортивное честолюбие, то сейчас, а в еще большей степени в будущем, превалирующим фактором являются экономические интересы.

Север России — это, прежде всего богатейшая минерально-сырьевая база страны, особенно с учетом богатств не только суши, но и арктических морей. Север является глобальным экологическим и стратегическим резервом XXI века и на более отдаленную перспективу не только России, но и всей планеты.

Освоение природных ресурсов и развитие производительных сил в северных районах являются важнейшими элементами экономической стратегии России на предстоящий длительный период.

В исследованных в геологическом отношении районах Арктики найдены несметные запасы сырья, которые нужно не только добыть, но и вывезти. Но как раз здесь и возникают значительные трудности. Льды чинят препятствия морскому судоходству не только за Полярным кругом, но и южнее его, в прибрежных морях на севере азиатского и американского материков. Продление навигационного периода в этих районах возможно лишь при условии совершенствования техники и технологии преодоления ледовых препятствий.

Какие возможности для этого имеются в настоящее время? В основном можно отметить три варианта движения судов в полярных морях:

под льдом на подводных судах;

над льдом, например, на судах на воздушной подушке;

сквозь льды с разрушением льда.

Не будем рассматривать два первых варианта, так как разработка подводного танкера и танкера на воздушной подушке, это тема будущих дипломных проектов, тем самым перейдем к рассмотрению третьего способа передвижения во льдах.

Разрушение льдов до сих пор, несмотря на многочисленные предложения по рационализации этого процесса, производится по одному и тому же принципу. Форштевню судна придается специальная так называемая ледокольная форма, отличающаяся от обычной подрезом в подводной части. Форма штевня, а также большая удельная мощность энергетической установки способствуют подъему носовой оконечности и выходу ее на поверхность ледяного поля. Под тяжестью судна лед ломается и оттесняется корпусом судна в стороны. Ледокол прокладывает во льдах канал, по которому за ним идет целый караван судов. Ледоколы в высшей степени приспособлены к выполнению этой функции.

Следует, однако, уделить внимание и другому направлению в решении этой проблемы — созданию крупного транспортного судна, способного самостоятельно (без сопровождения ледокола) плавать во льдах. Интерес к такому судну объясняется потребностью в вывозе из полярных районов большого количества сырья.

Причиной способствовавшей возросшему спросу на ледовые танкеры, можно считать проектирование и строительство новых нефтяных терминалов и портов в замерзающих морях, и прежде всего Приморск, Высоцк, Усть-Луга на Балтике, Де-Кастри, Находка на Дальнем Востоке.

Поэтому мной в общей части дипломной работы рассмотрен танкер ледового класса, а также спроектирована судовая энергетическая установка, что подразумевает обоснование выбора типа установки, разработку принципиальной тепловой схемы дизеля с описанием входящих в её состав систем, а также выполнение теплового расчёта главной энергетической установки — дизеля.

1. Общепроектная часть. Выбор и расчёт ЭУ танкера

1.1 Описание объекта и района эксплуатации

Район эксплуатации объекта

Танкер предполагается для эксплуатации в районе Печорского и Баренцева морей, где открыто нефтяное месторождение Приразломное, запасы которого, по предварительным данным, оцениваются в 70 млн. тонн.

Нефтяное месторождение Приразломное расположено в юго-восточной части Печорского моря в 320 км от речного порта Нарьян-Мар и в 960 км от морского незамерзающего морского порта Мурманск. Район характеризуется суровыми природно-климатическими и ледовыми условиями. Ледовый период продолжается 8−10 месяцев, толщина льда 2,5−3 м, минимальная температура воздуха — 47 С, глубина моря до 30 м. Толщина однолетнего льда без торосов при глубине 30 м составляет 0,3 м, при глубине 10 м-0,5 м. Скорость дрейфа льда 0,26 м/с. Скорость течения на поверхности (с учетом ветрового дрейфа) составляет 1 м/с. Скорость ветра на высоте 10 м от спокойного уровня воды с осреднением в 10 мин. возможная 1 раз в 100 лет составляет 40,0 м/с. Высота волны расчетная, возможная 1 раз в 100 лет (для глубины моря 30 м) — 10,7 м. Длина волны — 146−208 м.

Описание объекта

Проектируемый танкер (см. рис. 1.1) представляет собой судно валовой вместимостью 10 298 рег. т и дедвейтом 15 530 т при проектной осадке 8,7 м предназначено для транспортировки нефтепродуктов, и газового конденсата при температуре воздуха до — 35 C. Ледокольная носовая оконечность, усиленная конструкция корпуса призваны обеспечить преодолевание с постоянной скоростью годовалого льда толщиной до 0,4 м со снежным покровом 0,2 м. Форма обводов корпуса оптимизирована по результатам модельных испытаний в опытовом бассейне в Гамбурге. Для корпуса в основном (80%) применена сталь повышенной прочности.

Шестнадцать грузовых танков, вмещающих 17 210 м³ жидкости, имеют двойные борта (1,32 м) и днище (1,5 м), где располагаются цистерны изолированного балласта. Два отстойных танка (180 м³) в соответствии с требованиями для судов, плавающих по Северному морскому пути, отделены от обшивки коффердамами, но в других районах часть из них может быть использована для топлива с целью увеличения дальности плавания. На внутреннюю поверхность грузовых танков нанесено стойкое к химикатам покрытие «Marine Line» американской фирмы Applied Polimer Sciences.

Рисунок 1.1 Общий вид танкера.

Одновременно может транспортироваться груз двух сортов, соответственно два грузовых насоса располагаются в насосном отделении, находящемся в носовой части машинного отделения. Грузовые и отстойные танки снабжены нагревательными змеевиками из нержавеющей стали и стационарными моющими устройствами.

Водяной балласт (5640 м³) располагается в полностью окрашенных цистернах, для него предусмотрено два центробежных насоса подачей по 300 м³/ч и соответствующая система оцинкованных трубопроводов. Грузовые операции осуществляются с использованием компьютерной системы мониторинга.

Главный двигатель работает непосредственно на ВРШ. В носовой оконечности — подруливающее устройство мощностью 495 кВт. Электроэнергия вырабатывается двумя дизель-генераторами мощностью по 670 кВт. Имеются утизационный котёл — паропроизводительностью 7 т/ч. Ёмкость цистерн для тяжёлого топлива 1100 м³, для дизельного — 40 м³.

В корме по правому борту установлен кран грузоподъёмностью 7 т, в корме по левому борту сбрасываемая шлюпка на 28 чел. Судно оборудовано компьютером HP VECTRA XM 5/90.

Основные характеристики судна:

Длина, м

наибольшая

между перпендикулярами

Ширина наибольшая, м

Высота борта на миделе, м

Осадка наибольшая, м

Дедвейт, т

Валовая вместимость, рег. т

Вместимость грузовых танков,

Скорость на чистой воде, узл

Ледопроходимость, м 0,4

Дальность плавания, миль 12 000

Экипаж, чел 19 (+3)

1.2 Обоснование выбора ЭУ

В качестве главных двигателей в судовых энергетических установках могут применяться паровые машины или турбины, двигатели; внутреннего сгорания и газовые турбины. Широкое распространение за последнее время получили газотурбинные установки со свободнопоршневыми генераторами газа и ядерные установки. Сейчас морской флот пополняется в основном дизельными судами. Это объясняется большой экономичностью и другими преимуществами дизелей.

Применение в качестве главных двигателей дизелей позволяет обеспечить:

1) лучшее использование тепла и меньший расход топлива, причем в установках с утилизацией тепла отходящих газов и охлаждающей воды может быть полезно использовано до 45−50% тепла, выделенного топливом;

2) больший район плавания судна без пополнения запасов топлива;

3) большую полезную грузоподъемность судна вследствие меньших габаритных размеров установки при отсутствии котельных отделений;

4) готовность к действию установки и возможность пуска двигателей в течение нескольких секунд;

5) меньший расход топлива при стоянке в порту;

6) меньшее количество обслуживающего персонала из-за отсутствия кочегаров;

7) лучшие условия для внедрения автоматизации;

8) большую безопасность обслуживания из-за отсутствия котлов и паровых магистралей.

В морских и речных двигателях широко используется газотурбинный наддув, автоматизация и дистанционное управление.

Основным направлением развития двигателей внутреннего сгорания всех типов является повышение их надежности, долговечности и экономичности, а также снижение эксплуатационных расходов за счет внедрения тяжелого топлива и средств автоматизации, увеличение межремонтного периода. Все это и предопределяет ведущее место двигателей внутреннего сгорания на судах морского и речного флота.

Экономичность современных двухтактных и четырехтактных двигателей примерно одинакова. Шумность у двухтактных двигателей несколько ниже, чем у четырехтактных, из-за отсутствия впускных и выпускных клапанов и привода к ним.

Исходя из вышеизложенного в качестве главного двигателя примем малооборотистый двухтактный дизель. Благодаря значительному перепаду температур при осуществлении цикла (от 300 — 320 до 1800 — 2000°К) дизели являются в данное время наиболее экономичными тепловыми двигателями. Вместе с тем, несмотря на высокие температуры цикла, двигатели этого типа могут работать надежно, так как действие высоких температур является периодическим и после сгорания топлива, расширения газов и их выпуска в цилиндр поступает свежий воздух, а стенки цилиндра охлаждаются водой или воздухом.

Использование дизеля обосновано тем, что он обеспечивает более экономичную работу и быстрый выход на рабочий режим, по сравнению с другими силовыми установками. Этот двигатель также высоконадежен, обладает малым уровнем шума, небольшой стоимостью, низким расходом масла и топлива. Работа дизеля на тяжёлых сортах топлива также снижает его эксплуатационную стоимость.

Экономичность установки зависит не только от двигателей, но и от передач, кроме того, от последних зависит также маневренность судна и его приспособленность к работе на различных режимах.

В нашем случае применим установку с прямой жесткой передачей (рис. 1.2), в которой выходной фланец вала двигателя 3 непосредственно соединен с валопроводом. В таких установках обычно используют малооборотные реверсивные дизели со встроенным в корпусе двигателя упорным подшипником 2. Эти установки имеют высокую экономичность благодаря относительно малому расходу топлива главными двигателями, небольшим затратам энергии на нужды установки и малым потерям в прямой передаче. В передаче между двигателем и движителем остаются только потери в валопроводе, которые зависят в основном от числа опорных подшипников 1, т. е. от длины валопровода. При кормовом расположении МО к. п. д. валопровода обычно _вал= 0,98 — 0,99.

Рисунок 1.2 Схема дизельной установки с прямой передачей.

В качестве движителя используем винт регулируемого шага (ВРШ), что позволит регулировать скорость, не изменяя число оборотов двигателя. Это даст возможность работать только на самом экономичном режиме.

1.3 Расположение оборудования в машинном отделении

На рис. 1.3 показана схема размещения оборудования в трюме МО танкера. Главный двигатель — малооборотистый дизель. По правому борту от носа в корму размещены: оборудование системы охлаждения забортной и пресной водой, деаэратор, опреснительная установка, холодильники масла главного двигателя, насосы и другое оборудование системы циркуляционной смазки главного двигателя, оборудование систем сепарации и перекачки масла и насосы забортной воды для бытовых нужд.

вибродемпфирующее покрытие дизель танкер Рисунок 1.3 Схема расположения механизмов и оборудования в МО танкера.

1. — Дизель; 2. — Сепаратор масла; 3. — Фильтр грубой очистки масла; 4. — Фильтр тонкой очистки масла; 5. — Охладитель масла; 6. — Электронасос для прокачки масла; 7. — Резервный электронасос масла; 8. — Цистерна расходная масляная; 9. — Цистерна расширительная; 10. — Подогреватель воды; 11. — Охладитель воды; 12. — Электронасос; 13. — Дизель-генератор; 14. — Компрессор; 15. — Осушительный поршневой насос; 16. — Насос забортной воды; 17. — Топливоперекачивающий насос; 18. — Насос забортной воды; 19. — Топливный ручной поршневой насос; 20. — Балон сжатого воздуха к главному двигателю; 21. — Баллон сжатого воздуха к вспом. дизель-генераторам; 22. — Гидрофор пресной воды; 23. — Гидрофор забортной воды; 24. — Подогреватели масла; 25. — Днищевой кингстон; 26. — Бортовой кингстон; 27. — Фильтр забортной воды; 28. — 3-ёх клапанная коробка; 29. — 3-ёх клапанная коробка невозвр. — запорная; 30. — 4-ёх клапанная коробка невозвр. — запорная; 31. — 5-и клапанная коробка к топливному трубопроводу; 32. — Распред. коробка пресной вод; 33. — Радиатор водяного отопления; 34. — Цистерна отработанного топлива; 35. — Цистерна чистого масла; 36. — Цистерна отработанного масла; 37. — Щит манометров; 38. — Сепаратор топлива; 39. — Клинкетная водонепроницаемая дверь; 40. — Поддон под топливный ручной насос; 41. — Магнитный пускатель; 42. — Манометрическое реле; 43. — Главный распределит. щит; 44. — Силовой распред. щит; 45. — Щит нормального освещения; 46. — Трансформатор; 47. — Пульт связи и сигнализации; 48. — Баллон; 49. — Щит приборов 50. — Фильтр трюмных вод.

По левому борту от носа в корму расположены охлаждающие насосы конденсаторов турбоприводов, пожарные насосы, сепаратор трюмных вод, балластно-осушительные насосы, оборудование системы сепарации топлива, топливоперекачивающие насосы, оборудование систем смазки приводов топливных насосов, а также подкачки топлива на главный двигатель.

В нос от МО расположено насосное отделение, где размещены грузовые турбонасосы, поршневые зачистные насосы и балластные.

На первой платформе размещены компрессорная установка с баллонами пускового воздуха, а в насосном отделении — турбоприводы грузовых насосов и конденсаторы пара турбоприводов. На второй платформе находятся кладовые и мастерские. Над насосным отделением установлен главный распределительный щит (ГРЩ). На третьей платформе находится электростанция, состоящая из двух дизель-генераторов.

На главной палубе расположена котельная установка с двумя котлоагрегатами и оборудованием систем питания и подачи топлива. На этом же уровне находятся холодильные машины системы кондиционирования, несколько выше — утилизационный котел.

1.4 Расчет потребной мощности ЭУ

Найдем полное сопротивление среды движению судна.

(1.1)

где — сопротивление воды,

— сопротивление воздуха.

Сопротивление воздуха, в предположении, что ветер дует навстречу движению судна, может быть рассчитано по формуле,

(1.2)

где — коэффициент воздушного сопротивления;

— массовая плотность воздуха;

— скорость судна в ();

— скорость ветра ();

— площадь проекции надводной части судна на плоскость мидель-шпангоута, (см. рис. 1.4)

(1.3)

Рисунок 1.4 Площадь проекции надводной части судна на плоскость мидель-шпангоута

где

B — ширина подводной части корпуса ();

H — высота борта ();

T — осадка судна ();

— высота надстроек и рубок ().

.

Сопротивление воды определяется по формуле:

(1.4)

где

— массовая плотность морской воды;

— площадь смоченной поверхности;

— коэффициент сопротивления.

Площадь смоченной поверхности Щ может быть подсчитана по формуле В. А. Семеки, [2]

(1.5)

или по более простой формуле Мумфорда, [2]

(1.6)

(1.7)

.

Коэффициент сопротивления определяется как сумма коэффициентов сопротивления трения, остаточного сопротивления (состоящего, в свою очередь, из сопротивления формы и волнового сопротивления), сопротивления шероховатости и сопротивления выступающих частей.

. (1.8)

Коэффициент сопротивления трения находится по формуле Прандтля-Шлихтинга, [2]

(1.9)

(1.10)

где — коэффициент кинематической вязкости воды.

.

Коэффициент остаточного сопротивления можно найти по графику Штумпфа [2]

(1.11)

.

Коэффициент шероховатости примем:

.

Коэффициент выступающих частей

.

;

; [2]

. [2]

После того, как известно полное сопротивление движению, можно определить потребную мощность двигателя N (кВт).

(1.12)

где

— запас мощности двигателя,

_- пропульсивный коэффициент, равный,

. (1.13)

В котором — к. п. д. гребного винта () (ВРШ);

— коэффициент влияния корпуса ();

— к. п. д. валопровода ();

— к. п. д. передачи (, т.к. передача прямая).

.

примем .

Так как у судна ледокольная носовая оконечность и усиленная конструкция корпуса, то с учетом мощности главной энергетической установки судно может преодолевать с постоянной скоростью ледовый покров годовалого льда толщиной до 0,4 м со снежным покровом 0,2 м.

1.5 Системы дизельных установок

Общие сведения

Для обеспечения главных и вспомогательных дизелей топливом, маслом, водой и воздухом, а также для удаления продуктов сгорания СЭУ оборудуют системами: топливной, масляной, водяного охлаждения, сжатого воздуха, газовыпуска.

Каждая система может быть подразделена на две части: непосредственно связанную с дизелем и судовую. Первая часть системы является неотъемлемым конструктивным элементом дизеля. К ней присоединяется судовая часть, состав и компоновка которой зависят не только от мощности и конструкции дизеля, но и от расположения оборудования в машинном помещении.

Перемещение рабочих тел по трубопроводам, подготовка и изменение их параметров, обеспечивающих нормальные условия работы дизелей, осуществляются различными механизмами и устройствами, которыми оборудуют системы (компрессорами, холодильниками, сепараторами, фильтрами, насосами, регулирующей и управляющей арматурой и т. п.).

Часть механизмов систем имеет непосредственный привод от главного или вспомогательного дизеля (навешенные механизмы). С навешенными вспомогательными механизмами выпускают большинство судовых дизелей, имеющих частоту вращения вала 250 мин^-1 и выше, мощностью до 2950 кВт. Обычно этими механизмами являются топливоподкачивающий насос, насосы циркуляционной и забортной воды, нагнетательный и откачивающий масляные насосы.

Надежная работа главных и вспомогательных дизелей находится в прямой зависимости от бесперебойного действия обслуживающих их систем. Даже кратковременный перерыв в подаче одного из рабочих тел приводит к немедленной остановке дизеля, а иногда к аварии. Поэтому надежность постоянно действующих систем должна быть не ниже надежности дизеля, который они обслуживают. Для обеспечения требуемой надежности систем применяют резервирование механизмов и устройств (насосов, фильтров, компрессоров, теплообменных аппаратов и др.).

Рисунок 1.5 Тепловая схема дизеля.

1.5.1 Топливная система

Рассматриваемая система служит для приема, перекачки, хранения, очистки, подогрева, транспортировки жидкого топлива к дизелям и автономным котлам. У некоторых дизелей топливо используется для охлаждения форсунок.

Основной запас топлива размещают в носовой части судна и в междудонном пространстве судна под машинными помещениями и грузовыми трюмами. Располагать его под котлами и жилыми помещениями запрещается. В связи с тем, что топливо обладает высокой проникающей способностью, топливные отсеки и цистерны отделяются от отсеков пресной воды коффердамами.

Топливные цистерны устанавливают на расстоянии не менее 600 мм от задней стенки котла и 450 мм от его корпуса.

При хранении топлива в междудонном пространстве часть его (аварийный запас) в количестве не менее суточного расхода по Правилам Регистра должна размещаться вне двойного дна.

Прием топлива на судно в цистерны основного запаса с береговых или плавучих бункеровочных баз должен обеспечиваться с двух бортов закрытым способом. Число и диаметр отверстий для приема топлива на каждом борту зависят от мощности установки, автономности плавания судна и расположения топливных цистерн.

Для приема топлива на судне имеется постоянный трубопровод, который снабжен необходимой арматурой для подачи топлива во все цистерны основного запаса. Он заканчивается на главной палубе наливными втулками, снабженными крышкой и сеткой. Погрузочный шланг с бункеровочной базы закрепляется в наливной втулке замком.

Кроме запасных, на судах устанавливают цистерны расходные, расходно-отстойные, сточные, грязного топлива.

Подача топлива к потребителям производится из расходных цистерн. Их обычно размещают в машинном помещении на высоте, обеспечивающей поступление топлива к дизелям, автономным котлам или топливоподкачивающим насосам самотеком. Топливные цистерны не рекомендуется размещать над трапами, главными механизмами, котлами, газоотводными трубами, дымоходами, электрическим оборудованием, а также над постами управления главными двигателями.

Топливоперекачивающие и топливоподкачивающие насосы зарезервированы для обеспечения надежности системы.

Напор, создаваемый перекачивающим насосом, обычно находится в пределах 25 — 50 м. вод. ст., а производительность перекачивающего насоса выбирают из расчета, чтобы время перекачки топлива из наибольшего отсека составляло примерно 2 — 4 ч.

Емкость расходных цистерн тяжелого топлива принята из условия обеспечения работы двигателей на номинальной мощности в течение не менее 12 ч без пополнения цистерн, а цистерн дизельного топлива — не менее 8 ч. В расходных цистернах топливо также отстаивается, и это необходимо учитывать при выборе их емкости.

При работе дизелей на тяжелых сортах топлив запасные, отстойные, расходные и сточные цистерны оборудуют системой подогрева. Для этого в нижней части цистерн вблизи приемных патрубков трубопроводов устанавливают змеевиковые подогреватели, по которым циркулирует горячая вода или насыщенный пар под давлением не более кПа. В запасных цистернах топливо подогревается до 30 — 40 °C, а в расходных — до 45 — 50 °C. Кроме того, перед форсунками для лучшего распыления топливо подогревается в трубчатых водогрейных, паровых или электрических подогревателях до 80 — 90 °C.

На упрощенной принципиальной схеме топливной системы (рис. 1.5) главный двигатель 1 работает на тяжелом и дизель-генераторы 2 работают на легком сорте топлива. Последнее поступает на судно самотеком через палубные наливные втулки, в цистерны основного запаса 17 (58), соединенные трубопроводом. Из цистерн 17 (58) топливо подается через фильтр грубой очистки 18 (59) топливоперекачивающим насосом 20 (61) в расходную цистерну 22 (63). Из цистерны топливо поступает к топливоперекачивающим насосам, проходит через фильтры тонкой очистки и поступает к дизель-генераторам и главному двигателю.

1.5.2 Система охлаждения

Основное назначение системы водяного охлаждения состоит в отводе теплоты от втулок и крышек рабочих цилиндров, а в дизелях большой мощности и от головок поршней, в охлаждении газовыпускного коллектора, наддувочного воздуха и масла циркуляционной смазочной системы. Данная система предназначена также для отвода теплоты от передач, компрессоров, опорных и упорных подшипников линии валопровода, дейдвудных подшипников, если они имеют смазку водой, и других механизмов. В качестве рабочего тела в системе охлаждения используют воду. Для охлаждения форсунок и поршней дизелей средней мощности, во избежание коррозии, применяют масло. Генераторы и электродвигатели обычно охлаждают воздухом

Система водяного охлаждения дизельных установок, как правило, двухконтурная. Она состоит из замкнутой системы внутреннего контура, вода которой охлаждает дизели, и открытой системы внешнего контура, в которой через холодильник циркулирует забортная вода. Такая схема системы охлаждения позволяет поддерживать во внутреннем контуре оптимальную среднюю температуру охлаждающей дизель воды (равную для большинства дизелей 75 — 90°С). При такой температуре дизель имеет наиболее экономичный расход топлива. Если дизели охлаждаются непосредственно забортной водой (например, при выходе из строя насосов внутреннего контура), во избежание выпадения из воды солей жесткости и образования накипи температуру ее поддерживают в пределах 50 — 55 °C. Однако при этом расход топлива увеличивается на 5 — 7%.

Непосредственно забортной водой в ДЭУ охлаждают, кроме воды внутреннего контура и масла циркуляционной смазочной системы, также цилиндры компрессоров, наддувочный воздух и масло смазочной системы упорных подшипников.

Чтобы уменьшить коррозионную активность пресной воды, в нее добавляют раствор хромпика (бихромат калия КСr₂О₇ и соды) в количестве 2 — 5 г на литр воды.

Принципиальная схема системы водяного охлаждения показана на рис. 1.5 Вода внутреннего контура насосами 28, 29 навешенным на дизель, по распределительной трубе подается через хладители 35, 37 в зарубашечное пространство главного двигателя 1 и дизель-генераторов 2. Вода циркулирует по замкнутому контуру. Для защиты системы предусмотрен расширительный бак в который возможно поступление воды от опреснительной установки.

Вода внутреннего контура охлаждается в водяных холодильниках трубчатого типа, конструкция которых аналогична масляным. Если забортная вода охлаждает не только воду внутреннего контура, но и масло, то оба холодильника часто располагают в одном корпусе. В этом случае холодильник состоит из водомасляной и водо-водяной секций. Забортная вода движется через обе секции последовательно полным потоком, проходя внутри труб. Масло и вода внутреннего контура движутся противотоком между трубами.

В системах водяного охлаждения получают распространение холодильники пластинчатого типа, имеющие более компактную конструкцию, чем трубчатые.

1.5.3 Система сжатого воздуха

На судне сжатый воздух используют для пуска главных и вспомогательных дизелей, подачи звукового сигнала (сифона), подпитки пневмоцистерн (гидрофоров), работы пневматической системы автоматического регулирования и управления, приведения в действие пневмоинструментов, а также для хозяйственных нужд и технологических целей, например в озонаторных установках подготовки питьевой воды и др.

Система сжатого воздуха состоит из компрессоров (в них получают сжатый воздух), баллонов, воздухохранителей, водои маслоотделителей (в них очищают воздух), трубопроводов и арматуры.

Баллоны в зависимости от назначения делятся на пусковые главных дизелей, пусковые вспомогательных дизелей, тифонные и хозяйственных нужд. По Правилам Регистра число баллонов для пуска главных дизелей должно быть не менее двух равной вместимости. Вспомогательные дизели могут иметь один пусковой баллон, однако при этом должна быть предусмотрена возможность их пуска от одного пускового баллона главных дизелей.

Баллоны сжатого воздуха рекомендуется устанавливать в машинном отделении вертикально. При расположении баллонов вдоль машинного отделения их ставят с уклоном в корму .

На рис. 1.5 показана принципиальная схема системы сжатого воздуха. Сжатый воздух вырабатывается двумя компрессорами 42 с электроприводом, один из которых является резервным. Через водои маслоотделитель 43 воздух поступает в пусковые баллоны. В баллонах поддерживается давление кПа; они имеют предохранительные клапаны.

Из баллонов сжатый воздух направляется в пусковую систему главного дизеля 1, дизель-генераторов 2, а через редукционный клапан сжатый воздух давлением кПа подается на хозяйственные нужды.

Для пуска главных нереверсивных дизелей, а также вспомогательных этот запас должен быть достаточным для выполнения не менее шести пусков каждого дизеля, а при наличии более двух дизелей — не менее четырех пусков каждого из них. В пусковых баллонах хранится сжатый воздух обычно под давлением кПа. Ряд поставляемых промышленностью компрессоров с независимым приводом рассчитан на конечное давление сжатия кПа.

1.5.4 Масляная система

Данная система предназначена для приема, хранения, очистки и подачи масла к потребителям. В СЭУ масло используется для смазки трущихся деталей главных и вспомогательных механизмов, а также для отвода теплоты, выделяющейся при трении; для охлаждения поршней ДВС; в качестве рабочей жидкости гидромуфт гидротрансформаторов, объемного гидропривода судовых механизмов и в элементах гидравлических систем автоматики.

Масляные системы дизельных установок во многих случаях состоят из следующих, по существу, независимых систем:

— смазочной и охлаждения трущихся деталей главных и вспомогательных дизелей;

— смазочной редукторных передач;

— гидравлической реверс-редукторных, гидродинамических и объемных гидравлических передач;

— масляной органов управления и автоматического регулирования.

Циркуляционная система обеспечивает смазку под давлением всех основных узлов и агрегатов дизеля, включая подшипники турбокомпрессора. Маслом, разбрызгиваемым движущимися деталями, смазываются некоторые узлы, расположенные в картере дизеля.

Дизели могут быть с «сухим» и «мокрым» картером. В дизелях с «мокрым» картером масло, заливаемое в смазочную систему, находится в нижней его части — поддоне, откуда подается в циркуляционную смазочную систему нагнетательным насосом. В дизелях с «сухим» картером стекающее из подшипников масло непрерывно удаляется из него откачивающим насосом в специальную цистерну — маслосборник и из последнего нагнетательным насосом подается в смазочную систему дизеля.

Чтобы обеспечить полное осушение картера при работе дизеля, откачивающий насос должен иметь большую подачу, чем нагнетательный.

Нагнетательный и откачивающий масляные насосы обычно навешены на двигатель. На дизелях малой и средней мощности их монтируют в одном корпусе, при этом образуется двух — и трехсекционный насос.

На крупных морских судах с дизельными установками, имеющими «сухой» картер, маслосборник можно разместить ниже картера и обеспечить удаление из него масла самотеком. В этом случае смазочная система обслуживается одним нагнетательным насосом, подающим масло из маслосборника, называемого сточно-циркуляционной цистерной, в смазочную систему дизеля.

На рис. 1.5 показана схема смазочной системы дизеля. На переднем торце дизеля установлен и нагнетательный масляный насос 13. Из двигателя масло самотеком направляет в маслосборник 6. Насос 8 через фильтр грубой очистки масла забирает масло из маслосборника и подает его в холодильник масла 9, сепаратор масла 11 и фильтр тонкой очистки масла 14 после чего оно вновь поступает на двигатель.

Перед холодильником масла установлен терморегулятор, который в зависимости от температуры масла регулирует его потоки, поступающие в холодильник или в обход последнего. После холодильника оба потока смешиваются, и масло подается в главную распределительную магистраль дизеля, откуда оно направляется к подшипникам коленчатого и распределительного валов, на охлаждение поршней, на смазку передач, навешенных механизмов и других узлов и деталей. От трущихся деталей масло самотеком стекает в картер дизеля и направляется в маслосборник. Для контроля работы и защиты смазочные системы оборудуют местным и дистанционным манометрами, термометрами, датчиками сигнализации по температуре.

К оборудованию и расположению масляных цистерн предъявляются такие же требования, как и к топливным цистернам. Все масляные цистерны снабжают воздушными и переливными трубами, измерительными устройствами.

Применяемые на судах консистентные смазки и другие масла в небольших количествах хранятся в переносной таре.

1.5.5 Газовыхлопная система

Данная система предназначена для отвода в атмосферу выпускных газов от главных и вспомогательных дизелей, котлов и камбуза. Она состоит из газовыпускных труб, компенсаторов, изоляции, глушителей шума, искрогасителей и др.

Каждый главный дизель должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод. Газовыпускные трубопроводы вспомогательных дизелей могут быть объединены в общий трубопровод при наличии предохранительного устройства, предотвращающего попадание газов из общего трубопровода в трубопроводы неработающих дизелей. Газовыпускные трубы проходят по машинному помещению и выводятся через палубы вверх в общую фальштрубу. Вывод их через бортовую обшивку не допускается. В отдельных случаях по согласованию с Регистром можно, как исключение, отводить газы через обшивку в корме. В установках с утилизацией теплоты выпускных газов дизелей в систему газовыпуска входят также утилизационные котлы. Газовыпускной трубопровод изготовляют из круглых стальных бесшовных труб стандартного размера. Газовыпускные трубы присоединяют к выпускным коллекторам дизелей или патрубку турбокомпрессора, если дизель с наддувом. Для удобства монтажа трубопровод делают составным из труб длиной не более 3 — 5 м. Трубы соединяют фланцами, между которыми для обеспечения герметизации стыков устанавливают прокладки из материала, стойкого при высоких температурах. Трубопровод оборудуют компенсаторами.

В связи с высокой температурой выхлопных газов (примерно 350 — 450° С после двигателей) выхлопные трубопроводы и другие элементы системы покрывают изоляцией из асбеста, совелита, ньювеля и других изоляционных материалов, а там, где эта изоляция может быть нарушена, ее защищают кожухом из оцинкованного железа. Температура на наружной поверхности изоляции во избежание ожогов и для уменьшения тепловыделения должна быть не выше 55° С.

Скорость газов в выхлопных трубопроводах находится примерно в пределах с=20 м/с.

На рис. 1.5 изображена принципиальная схема системы газовыпуска. Газы после турбокомпрессора главного дизеля 1 по трубопроводу поступают в глушитель 47, утилизационный котел 48 и далее по трубопроводу отводятся вверх в атмосферу.

Выпускные газы содержат твердые частицы догорающего топлива и масла. Они вылетают в атмосферу в виде отдельных искр, которые могут вызвать пожар. По Правилам Регистра, на судах, перевозящих нефтепродукты и легковоспламеняющиеся грузы, а также на толкачах, эксплуатирующихся с такими судами, газовыпускные трубопроводы снабжают искрогасителями. Глушители и искрогасители могут быть объединенными.

Чтобы избежать снижения мощности дизеля и увеличения удельного расхода топлива, сопротивление системы газовыпуска, включая утилизационный котел, глушитель и искрогаситель, не должно превышать 3 — 4 кПа.

Рисунок 1.6 «Мокрый» искрогаситель.

" Мокрые" искрогасители применяют на нефтеналивных судах. Они имеют повышенное сопротивление. Конструкция «мокрого» искрогасителя показана на рис. 1.6. В корпус 6, покрытый изоляцией 7, вварены подводящая 4 и отводящая 1 газ трубы. Подводящая труба имеет насадку-завихритель 2, направляющую поток газа вдоль стенок искрогасителя. Вода для гашения искр поступает в корпус искрогасителя по распределительной трубе 8 через шесть радиально расположенных распылителей 9. Грязная вода удаляется по трубе 5. Для чистки искрогасителя имеется люк с заглушкой 3. «Мокрые» искрогасители по сравнению с «сухими» имеют меньшие в 2,5−3 раза объем и в 2−2,5 раза — массу.

1.5.6 Утилизационный котел

На современных судах широко применяется развитая утилизация тепловых потерь. В дизельных установках утилизация тепловых потерь осуществляется в основном путем использования части тепла отработавших газов. В двигателях с наддувом отработавшие в турбине газы направляются в утилизационный котел и далее на выхлоп в дымовую трубу. Если на некоторых режимах работы установки нет необходимости в работе утилизационного котла, то посредством заслонки котел может быть отключен и газы — направлены на выхлоп помимо котла.

В утилизационных водогрейных котлах можно получить горячую воду с температурой 85 — 95° С, а в утилизационных паровых котлах — насыщенный пар низкого давления, обычно в пределах 3 — 7 кг/см². Пар и горячая вода используются для подогрева топлива, обогрева кингстонов, работы паровых вспомогательных механизмов, для технологических целей и санитарных бытовых нужд.

Температура газов перед утилизационным котлом в зависимости от типа двигателей находится в пределах 250 — 400° С. Температуру газов за котлом обычно принимают не ниже 160 — 180° С, так как при более низкой температуре содержащийся в газах водяной пар может конденсироваться.

1.6 Расчет главного двигателя

1.6.1 Общие сведения

В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает непосредственно внутри рабочего цилиндра. Образующиеся газообразные продукты сгорания являются рабочим телом двигателя, которое, воздействуя на поршень, помещенный в рабочем цилиндре, совершает механическую; работу.

Схема устройства двигателя внутреннего сгорания показана на рис. 1.7 Остов двигателя состоит из фундаментной рамы 1, рабочего цилиндра 4 и крышки 6. К нижней части рамы крепится маслосборник.

Кривошипно-шатунный механизм обеспечивает преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала и состоит из поршня 9, штока 10, шатуна 15 и коленчатого вала 16. Коленчатый вал устанавливается в подшипниках, которые расположены в фундаментной раме.

Механизм газораспределения предназначен для замены рабочего тела после совершения каждого цикла и состоит из распределительного вала 11, выпускного клапана 8, кулачка 12, привода распределительного вала.

Во время работы двигателя поршень в цилиндре занимает два крайних положения. Крайнее верхнее положение поршня, при котором он меняет свое направление движения на обратное и скорость его равна нулю, называется верхней мертвой точкой (в. м. т.), крайнее нижнее положение поршня — нижней мертвой точкой (н. м. т.).

Расстояние по оси между нижней и верхней мертвыми точками называется ходом поршня и равно двум радиусам кривошипа коленчатого вала.

Рисунок 1.7 Двухтактный крейцкопфный дизель

Схема и принцип действия двухтактного двигателя.

Двухтактными называются двигатели, у которых весь рабочий цикл совершается за два хода (такта) поршня, соответствующих одному обороту коленчатого вала. В отличие от четырехтактного двигателя впуск и выпуск осуществляются не как самостоятельные такты, а путем продувки цилиндра воздухом через продувочные и выпускные окна, расположенные в нижней части втулки рабочего цилиндра. Как правило, выпускные окна имеют большую высоту, чем продувочные, причем верхние кромки продувочных окон расположены ниже верхних кромок выпускных окон. Специальный продувочный насос, приводимый в действие от двигателя, засасывает воздух из окружающей среды и под давлением нагнетает его в ресивер, откуда воздух поступает в цилиндр через продувочные окна. Для удаления отработавших газов в атмосферу выпускные окна соединены с выпускным коллектором. Открытие и закрытие окон происходит при помощи поршня.

Первый такт — продувка и сжатие. При нахождении поршня в н. м. т. продувочные и выпускные окна находятся в открытом положении и воздух поступает в цилиндр. Поршень, двигаясь вверх, перекрывает сначала продувочные окна (точки 1 и 6 на индикаторной диаграмме рис. 1.9), а затем и выпускные окна (точка 2). После перекрытия выпускных окон в цилиндре двигателя происходит сжатие воздуха и повышается температура. При этой температуре обеспечивается самовоспламенение топлива. Таким образом, за время одного хода поршня или полуоборота коленчатого вала происходят два процесса — продувка и сжатие воздуха. Подача топлива через форсунку так же, как и в четырехтактном двигателе, производится с опережением (точка 3).

Второй такт — рабочий ход и выпуск отработавших газов (точка 4). Расширяющиеся газы совершают работу. Поршень движется вниз и своей верхней кромкой открывает выпускные окна (точка 5). Давление газов падает и начинается их истечение в выпускной коллектор. При открытии выпускных окон поршень не доходит до н. м. т. на угол 40−60°. В двухтактном двигателе полезный ход поршня меньше полного хода на величину высоты выпускных окон.

Рисунок 1.9 Индикаторная диаграмма двухтактного дизеля

Поступающий в цилиндр двухтактного двигателя воздух продувает цилиндр от продуктов сгорания и заполняет его свежим зарядом, поэтому процесс очистки цилиндра от остаточных газов называется продувкой. За время второго такта коленчатый вал совершает вторую половину оборота. Следовательно, в двухтактном двигателе рабочий процесс совершается за один оборот коленчатого вала.

В двухтактном двигателе процессы продувки и выпуска происходят в течение меньшего промежутка времени по сравнению с четырехтактными двигателями, где на каждый процесс отводится полный ход поршня.

1.6.2 Тепловой расчет двухтактного дизеля с наддувом

Прототип дизель фирмы MEN B&W S35MC.

Расчет ведется по источнику данные из других источников указаны в примечаниях к расчету.

Таблица 1.1

Рисунок 1.10 Индикаторная диаграмма двухтактного дизеля.

2. Специальная часть. Исследование вибродемпфирующих покрытий

Причиной повышения вибрации механизмов и конструкций может быть не только значительная вибрационная интенсивность рабочих процессов механизмов, но и наличие резонансных явлений, податливость конструкций силовым воздействиям. В связи с этим при проведении виброакустических исследований динамических характеристик конструкций и выявление их влияния на величины вибрации.

При определении влияния динамических характеристик конструкций на величины вибрации возникает необходимость, во-первых, исследовать и выявить основные присущие системе собственные частоты с идентификацией их по формам колебаний. Во-вторых, установить какие из собственных форм проявляются от действия сил конкретного источника колебаний (механизмы или устройства) и приводят к резонансным колебаниям. Очевидно, что устранить все собственные частоты конструкций из частотной зоны действия возмущающих сил практически нереально.

Для решения первой части задачи необходимо освоение методов и способов силового искусственного воздействия на конструкции, обеспечивающих возбуждение различных форм собственных колебаний, и методов сбора и обработки информации о пространственном распределении амплитуд и фаз колебаний для фиксации вида собственных форм.

Наиболее ясной является ситуация, когда при работе механизмов или устройств форма возбуждаемых резонансных колебаний четко соответствует одной из форм собственных колебаний конструкции. Для идентификации резонансных форм собственным формам достаточно иметь упомянутые средства сбора и обработки информации о пространственном распределении амплитуд и фаз колебаний, снабженные дополнительными анализирующими устройствами для выделения дискретных частот из общего спектра вибрации.

Но на практике случаи совпадения резонансной и собственной форм редки. Это — «аварийные» случаи. Обычно формы собственных колебаний ярко не проявляются. Распределение вынужденных колебаний в пространстве является либо результатом суперпозиции форм собственных колебаний всей системы в целом, либо результатом преимущественного влияния резонансных колебаний отдельных элементов конструкций. В таких случаях сложно, а зачастую нереально, установить степень влияния динамических характеристик пластин на величину вибрации методом «сопоставления» собственных форм с вынужденными, так как в широком диапазоне частот пластины имеют большое число частот собственных колебаний. Даже сама задача выявления всех собственных частот в широком диапазоне при точной ее экспериментальной реализации требует детального исследования каждого из элементов конструкции, что чрезвычайно громоздко и длительно.

Один из возможных вариантов решения проблемы — использование вибродемпфирующих покрытий (ВДП).

Такие покрытия изготавливаются из вибропоглощающих упруговязких материалов с большим коэффициентом внутреннего трения. Вибропоглощающие покрытия ослабляют энергию изгибных колебаний в широком диапазоне частот.

2.1 Основные методы виброзащиты

Классификация вибродемпфирующих покрытий.

Основными источниками вибрации и шума являются: машины и механизмы (насосы, редукторы, конденсаторы, электрические машины, подшипники); регулирующие устройства и арматура (клапаны, дроссельные шайбы, тройники); трубопроводы (участки труб, сильфонные компенсаторы, рукава, шланги).

Вибрация нарушает планируемые конструктором законы движения машин, механизмов и систем управления, порождает неустойчивость процессов и может вызвать отказы и полную расстройку всей системы. Из-за вибрации увеличиваются динамические нагрузки в элементах конструкций, стыках и сопряжениях, снижается несущая способность деталей, инициируются трещины, возникают усталостные разрушения. Действие вибрации может приводить к трансформированию внутренней структуры материалов и поверхностных слоев, изменению условий трения и износа на контактных поверхностях деталей машин, нагреву конструкций.