Проектирование средств гидроакустической защиты

• Проектирование средств гидроакустической защиты
• Содержание
• Введение
• 1. Подготовка исходных данных
• 1.1 Исходные данные по черному корпусу
• 1.2 Основные источники шума на судах
• 1.3 Нормируемые помещения, нормативные характеристики для этих помещений
• 2. Расчет черного корпуса модели сухогруза
• Заключение
• Литература

Проблема шума в судостроении состоит из следующих задач:

· Снижения звукоизлучения и пассажиров от шума машин, вспомогательных механизмов и гребного винта. Задача заключается в том, чтобы по возможности не превышать допустимых значений уровней шума.

· Снижения звукоизлучения в окружающее пространство (в атомсферу) как один из аспектов защиты окружающей среды. Задача особенно актуальна для судов внутреннего плавания, а так же при заходах судов в порты, причем в этих случаях превалирует необходимость снижения шума выхлопа. Допустимые уровни шума на расстоянии 25 м для судов, плавающих по Рейну — 82 фона, а судов на баварских озерах — 72 фона.

· Уменьшение звукоизлучения в окружающее пространство с целью обеспечения слышимости сигналов и команд.

· Снижения звукоизлучения в воду, в основном применительно к военным кораблям, научноисследовательским и рыболовным судам. По этому параметру допустимые уровни шума не опубликованы. Задача заключается в том. Чтобы излучение в воду «было как можно меньше».

· Устранение помех гидролокатора от шумов, создаваемых на судне или самим судном.

Для решения упомянутых задач существует ряд принципиальных возможностей:

· Использование малошумных машин. Вспомогательных механизмов и гребных винтов;

· Выбор общего расположения помещений на судне таким образом, тобы расстояние от источников шума до тех мест, где шум должен быть снижен, было возможно больше;

· Такая установка источников шума, при которой на корпус судна передается меньше звуковой и вибрационой энергии;

· Применение шумоглушащих устройств в помещениях.

Содержание курсового проекта по дисциплинам «Проектирование средств гидроакустической защиты» состоит в разработке, расчете и обосновании противошумового комплекса для различных объектов морской техники и промышленного производства или их отдельных элементов. Расчет основан на энергостатистическом анализе (ЭСА) инженерных конструкций, который был реализован с использованием программного комплекса AutoSea;

В рамках выполнения курсового проекта необходимо произвести виброакустический расчет конструкции без средств снижения вибрации и шума. Результаты расчета сопоставить с существующими нормами, на основании этого сопоставления выбрать противошумовые мероприятия, повторить расчет ВАХ и, при необходимости, произвести модернизацию средств.

сухогруз конструкция модернизация виброакустическая

1. Подготовка исходных данных

Рассматривоемое судно (сухогруз) Для примера берется сухогруз типа «Карелия.

Длина габаритная 108.3 м, ширина 16.5 м, высота борта 5.5 м.

Сухогруз представлен на Рис. 1

" Карел" является первым судном нового поколения, предназначенного для замены около 480 существующих сухогрузов смешанного плавания, имеющих грузоподъемность в реке около 3000 тонн.

Скорость на ходовых испытаниях составила 12.2 узлов. Судно продемонстрировало на испытаниях отличные маневренные качества, существенно отличающиеся в лучшую сторону от судов с обычным движительно-рулевым комплексом.

Рис. 1 «Карел» сухогруз типа «Карелия»

1.1 Исходные данные по черному корпусу

Представим модель сухогруза в AutoSea.

На Рис. 2 представлен общий вид модели построенный в AutoSee. На Рис. 3 Представнен вид модели общий с представлением объемов. И на Рис. 4 представлен вид модели сухогруза с указанием материала, который был использован.

Рис. 2 Общий вид модели

Рис. 3 Объемы модели

1 — машинное отделение; 2 — ходовая рубка; 3 — жилое помещение; 4 — газовыхлоп; 5 — отсеки для грузов.

Рис. 4 Строение модели сухогруза

Где; 1 -сталь 8 мм, 2 — сталь 5 мм, 3 — сталь 4 мм, 4 — сталь 3 мм, 5 — стекло 15 мм.

На Рис. 5 представлен список используемых материалов из AutoSee.

Рис. 5 используемые материалы

Где материал 6 — бумага используется из-за особенностей AutoSea, а именно, она означает переход из МО в ГВ и служит исключительно для создания объема.

1.2 Основные источники шума на судах

Звукоизоляция судовых помещений является сложной задачей вследствие разнообразия источинков шума большой интесивности и путей его распростарнения по судну.

По своему происхожению шумы, возникающие в помещениях судна, можно разделить на судовые и бытовые.

Судовые шумы порождаются работаюшими машинами, механизмами, системами, устройствами и конструкциями расположенными как внутри корпуса судна, так и вне его.

К источникам судовых шумов относятся:

· дизель и турбогенератоы. Компрессоры, насосы, и другие вспомогательные механизмы;

· системы машинно-котельной и общесудовой вентиляции, система кондиионирования воздуха и другие судовые системы;

· главные вентиляторы судов на воздушной подушке;

· воздухозаборные и газовыхлопные решетки главных и вспомогательных двигателей;

· приборы и аппаратура, установленные в ходовой, штурманской и радиорубках, а так же в других помещениях судна;

· линия волопровода;

· гребные винты и крыльчатые движетели;

· корпус судна при ударе о лед, крыльевая система судов на подводных крыльях;

· движетели судов на воздушной подушке и т. д.

Бытовые шумы непосредственно не связаны с работой судовых машин и устройств и создаются экипажем и пассажирами судна, а так же оборудованием помещений.

К источникам бытовых шумов могут быть отнесены:

· громкие разговоры и радиопередача, игра на музыкальных инструментах, топот ног и т. д.;

· скрип дверей и других конструкций насыщенных судовых помещений, где имеются трущиеся друг о друга детали и т. п.

На Рис. 6 изображена модель судна с приложенными нагрузками. Далее представлены все источники с их характеристиками.

Рис. 6 Модель с приложенными нагрузками

1 — гидрофон: 2 — микрофон; 3 — вибрация от винтов; 4 — вибрация от двигателей; 5 — шум от двигателей; 6 — шум от гвзовыхлопа;7 — вибрация от подруливающего устройства Гидрофон и микрофон расположены на расстоянии 50 м от модели.

Гребной винт Гребной винт создает в воде высокие переменные давления, которые при своем распростарнении возбуждают сильную звуковую вибрацию наружной обшивки корпуса судна. Определяющим в механизме возникновения шума от винта является наличие или отсуствие кавитации. Если некавитирующие винты возбуждают практически только низкочастотный шум (в диапазоане, определяемом произведениеием частоты вращения вала на число лопастей и первыми десятью гармониками этой частоты), то кавитирующие винты «ответственны» за очень широкополосный шум. Этот шум при излучении в воду превосходит все другие судовые источники, а за счет возбуждинеия звуковой вибрации в обшивке определяет шумность в большом числе судовых помещений. Критерием начала кавитации служит число кавитации (для надводных судов при окружных скоростях гребного винта свыше 18 м/с) следует ожидать начала кавитации. Иногда винты создают очень резкий дискретный тон (пение винтов), частота которого состаляет от 500 до 1500 гц. Причем уровни шума на этой частоте могут превышать на 10 -30 дБ значения уровней. Используемая в работе вибрация представлена на Рис. 7[1]

Рис. 7 Вибрация пластин ахтерпика от винтов.

Двигатель Двигатели внутреннего сгорания применяются на многих видах транспортных средств и на ряде стационарных установок (строительные машины, агрегаты аварийного питания). Поэтому в обычных производственных условиях они встречаются практически повсеместно. Из-за особенностей принципа действия двигатели внутренного сгорания отностяся к неитнесивностным источниками звука. Характеристики используемого двигателя и вибрация от него представлены на Рис. 8 и Рис. 9. [1, 4]

Рис. 10 Вибрация от двигателя

Рис. 9 Шум от двигателя

Газовыхлоп Характеристика газовыхлопа, который был использован в данной работе, представлен на Рис. 10. [2]

Рис. 10 Газовыхлоп.

1.3 Нормируемые помещения, нормативные характеристики для этих помещений

Чрезмерный шум относится к категории вредных излучений (). Ни одно судно не может быть введено в эксплуатацию и принято в серийное производство, если на нем не соблюдены требования по ограничению уровней шума соблюдение мероприятий по предотвращению вредного воздействия шума обязательно для всех рабочих и служащих, занятых разработкой, строительством и эксплуатации судов. Эти мероприятия должны быть отражены в проектах, инструкциях и правилах на их проектирование, строительство и эксплуатацию.

Первые нормы по ограничению шумности на судах были разработаны и введены в 1962 г.

Характреистики и нормы шума на рабочих местах. Характеристикой постоянного шума на рабочих местах являются уровни звуковых давлений в октавных полосах (в децибелах) со среднегеометрическими частотами, определяемых по формуле

.

Где р — среднеквадратическое значение звукового давления, Па — пороговое значение среднего квадратического звукового давления, Па.

При нормировании шумовых характеристик допускается расширение частотного диапазона. Для ориентировочно2 оценки (например, при проверке органами надзора, выявлении необходимых мер по шумоглушению и др.) допускается за характреистику постоянного шума на рабочем месте принимать уровень звука, дБА, измеряемой по шкале, А шумомера (ГОСТ 17 187−71) и определяемый по формуле

.

Где ра — среднее квадратическое значение звукового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука в децибелах на рабочих местах слеудет принимать; для широкополосного шума по Табл. 1.

Табл. 1. Санитарные нормы по шуму.

Все нормируемые помещения представлены на Рис. 3, с указанием их расположения в данной модели.

2. Расчет черного корпуса модели сухогруза

Модель представлена на рис. 2. После построения модели в AutoSee приложения всех нагрузок, был произведен рассчет. На основе рассчета был построен график Рис. 11, где видно как распределен шум в нормируемых отсеках, его величину и состав по частотной шкале.

Рис. 11 Результат чернового рассчета в МО ХР и ЖП.

Далее строим график шума на гидрофоне и микрофоне, где видно как модель судна излучает шум в воздух и воду. На Рис. 12 наглядно видно в каком частотном диапазоне, величину излучения в окружающее пространство. Микрофон и гидрофон расположены на расстоянии 50 метров от корпуса судна. Видно, что шум излучаемый в воду достаточно равномерен, уменьшаясь с увеличением частоты.

Рис. 12. Шум на микрофоне и гидрофоне

Получив результаты расчета мы сравниваем их с санитарными нормами в MS office Exel, построив график. Сравниваем полученный результат с санитарними нормами.

Рис. 13 Сравнение черновых рассчетов МО с санитарными нормами

Рис. 14 Сравнение черновых рассчетов ХР с санитарными нормами

Рис. 15 Сравнение черновых рассчетов ЖП с санитарными нормами На Рис. 13,14 и 15 видно что превышения санитарных норм нет, во всех отсеках сухогруза.

Заключение

Все нормируемые помещения сухогруза удовлетворяют санитарным нормам.

1. Клюкин И. Н., Боголепов И. И. «Справочник по судовой акустике». 1978 г.

2. Изак Г. Д., Гомозников Э. А. «Шум на судах и методы его уменьшения»

3. http://www.riverships.ru/

4. М. Хекл, Х. А. Мюллер. «Справочник по технической акустике». Судостроение. 1980 г.

5. Санитарные нормы СН 2.5.2.047−96.Уровни шума на морских судах