RU158241U1 - Устройство пассивного гашения низкочастотных вибраций морских объектов, обусловленных работой движителей - Google Patents

Abstract

1. Устройство пассивного гашения низкочастотных вибраций морских объектов, обусловленных работой движителей, включающее прижимной лист, механически закрепленный на демпфируемой конструкции посредством болтов, расположенных в шахматном порядке, и имеющий толщину от 0,05 до 0,5 толщины демпфируемой конструкции, причем расстояние между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, отличающееся тем, что прижимной лист со стороны демпфируемой конструкции облицован вибропоглощающим материалом с коэффициентом потерь колебательной энергии от 0,05 до 0,3, и массой, не превышающей половины массы прижимного листа.2. Устройство пассивного гашения низкочастотных вибраций по п. 1, отличающееся тем, что в качестве вибропоглощающего элемента используется прижимной лист, облицованный полимерным вибропоглощающим материалом типа ВПМ-1 с оптимально подобранными коэффициентом потерь и массой.

Description

УСТРОЙСТВО ПАССИВНОГО ГАШЕНИЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ВИБРАЦИЙ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ РАБОТОЙ ДВИЖИТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области борьбы с вибрацией от воздействия на корпусные конструкции морских объектов низкочастотных динамических усилий, возникающих при работе движителей.

Известно большое количество средств уменьшения вибрации, наиболее распространенными из которых являются вибропоглощающие покрытия. Подробное описание принципа действия и конструкций указанных средств и покрытий приведено в монографии А.С. Никифорова Вибропоглощение на судах, Изд. «Судостроение», Ленинград, 1979 г., гл. 3. Вибропоглощающие покрытия для судовых конструкций, с. 53÷78.

Одним из наиболее распространенных типов вибропоглощающих покрытий является армированное вибропоглощающее покрытие, представляющее собой слой вязкоупругого материала, на который наносится армирующий слой из жесткого материала (А.С.Никифоров Акустическое проектирование судовых конструкций, Изд. «Судостроение», Ленинград, 1990 г., § 6.3. Средства вибропоглощения, с. 158÷161).

Армированные вибропоглощающие покрытия наносят на демпфируемые конструкции либо во время постройки морского объекта, когда заранее известна необходимость их применения, либо при необходимости доведения уровней вибрации и шума в помещениях до норм на построенном морском объекте. Недостатком обычно применяемых армированных вибропоглощающих покрытий является наличие в них вязкоупругого материала, деформация которого собственно и обеспечивает эффект вибропоглощения за счет преобразования колебательной энергии в тепловую. В качестве вязкоупругого материала для армированных вибропоглощающих покрытий используют резиноподобные материалы. Однако использование резиноподобного материала ограничивает область применения армированных вибропоглощающих покрытий, например, в части температурного режима или при контакте с агрессивными средами.

Известно также вибропоглощающее устройство, не имеющее в своем составе вязкоупругого материала и работающее практически при любых температурных условиях и воздействиях окружающих сред (Патент изобретения РФ Вибропоглощающее устройство №2117336, 10.08.98) - прототип. Достоинствами этого вибропоглощающего устройства являются также его простота, технологичность изготовления и установки, малая стоимость. Вибропоглощающее устройство включает прижимной лист, механически закрепленный на демпфируемой конструкции посредством болтов, расположенных в шахматном порядке. Причем толщина прижимного листа составляет от 0,05 до 0,5 толщины демпфируемой конструкции, а расстояние между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, где требуется уменьшить вибрации демпфируемой конструкции.

Недостатками прототипа являются относительно невысокая (порядка 6÷8 дБ) вибропоглощающая эффективность и узкий (не более полутора октавных полос) частотный диапазон, в котором она достигается. Недостатки прототипа обусловлены тем, что в его конструкции отсутствует материал, обладающий собственным поглощением колебательной энергии, а вибропоглощение достигается только за счет колебаний участков прижимного листа, происходящих с фазовым сдвигом по отношению к колебаниям демпфируемой конструкции, и возникновения при этих колебаниях сухого трения поверхностей и вязких потерь при движении тонкого воздушного слоя, находящегося между прижимным листом и демпфируемой конструкцией.

Задачей полезной модели является повышение эффективности вибропоглощающего устройства и существенное расширение частотного диапазона, в котором она достигается.

Указанная задача решается благодаря тому, что в отличии от прототипа в полезной модели прижимной лист со стороны демпфируемой конструкции облицован вибропоглощающим материалом с коэффициентом потерь колебательной энергии, величина которого находится в пределах от 0,05 до 0,3, и массой, не превышающей половины массы прижимного листа.

При этом в качестве вибропоглощающего материала использован полимерный вибропоглощающий материал типа ВПМ-1 с оптимально подобранными коэффициентом потерь и массой. Толщина прижимного листа, как и у прототипа, имеет диапазон 0,05÷0,5 толщины демпфируемой конструкции. Прижимной лист может быть прикреплен к конструкции с помощью болтового, заклепочного соединения или сварки. При болтовом соединении расположение крепежных отверстий, как и у прототипа, имеет шахматный порядок.

Облицовка прижимного листа со стороны демпфируемой конструкции вибропоглощающим материалом с коэффициентом потерь колебательной энергии приводит к поглощению вибраций, распространяющихся через крепления на прижимной лист, что совместно с поглощением энергии за счет сухого трения поверхностей и вязких потерь при движении воздушного слоя между вибропоглощающим материалом и демпфируемой конструкцией увеличивает вибропоглощающую эффективность устройства в сравнении с эффективностью прототипа.

В связи с ростом поглощения колебательной энергии в вибропоглощающем материале с увеличением частоты колебаний прижимного листа его облицовка приводит одновременно к расширению частотного диапазона эффективности устройства, ограниченного у прототипа частотой, в 3 раза превышающей частоту диапазона, где требуется уменьшить вибрацию демпфируемой конструкции.

Выбор массы вибропоглощающего материала, не превышающей половины массы прижимного листа, обеспечивает увеличение вибропоглощающей эффективности устройства и расширение частотного диапазона этой эффективности за счет колебаний прижимного листа, приводящих к поглощению вибраций как при взаимодействии материала с демпфируемой конструкцией (сухое трение, вязкие потери), так и собственно в материале.

Сущность полезной модели поясняется рисунком (Фиг.), на котором представлено предлагаемое устройство пассивного гашения вибраций (вид сверху и в разрезе): 1 -прижимной лист, 2 - демпфируемая конструкция, 3 - крепежный болт, 4 -вибропоглощающий материал.

Предлагаемое устройство пассивного гашения вибраций работает следующим образом.

Демпфируемой конструкцией может являться корпусная или внутрикорпусная конструкция морского объекта, возбуждаемая динамическими усилиями со стороны работающего движителя. Это может быть, например, днищевая конструкция кормовой оконечности судна, возбуждаемая пульсационными давлениями со стороны гребного винта, или корпус виброактивного механизма, возбуждаемого соударениями движущихся элементов, являющиеся причиной возникновения повышенных вибрации и (или) шума морского объекта.

Вибрационная энергия, передающаяся источником в демпфируемую конструкцию, распространяется через крепления и вибропоглощающий материал на прижимной лист и вызывает его колебания. При равенстве расстояния между соседними креплениями половине длины изгибной волны в прижимном листе на нижней частоте f_н диапазона, где требуется уменьшить вибрацию демпфируемой конструкции, возникают колебания участков прижимного листа между соседними креплениями, происходящие с фазовым сдвигом. Это приводит к уменьшению ее вибрации вследствие сухого трения поверхностей материала и конструкции, вязких потерь при движении объемов воздуха, находящегося между неровностями материала, а также потерь в нем колебательной энергии.

При выбранном коэффициенте потерь колебательной энергии вибропоглощающего материала широкополосные максимумы изгибных колебаний участков прижимного листа оказываются лучше настроенными на резонансные частоты гасимых изгибных колебаний демпфируемой конструкции, чем при без вибропоглощающего материала с узкими максимумами изгибных колебаний его участков между соседними креплениями. При этом одновременно поглощается часть колебательной энергии, передающейся в вибропоглощающий материал через поверхности его контакта с демпфируемой конструкцией и прижимным листом.

Соответствующие потери колебательной энергии в вибропоглощающем материале имеют тенденцию увеличения с ростом частоты колебаний. Это, как и улучшение настройки резонансных частот изгибных колебаний участков прижимного листа с вибропоглощающим материалом на резонансные частоты изгибных колебаний демпфируемой конструкции, увеличивает вибропоглощающую эффективность заявляемой полезной модели в существенно более широком частотном диапазоне, чем при использовании прототипа.

Уменьшение величины коэффициента потерь колебательной энергии вибропоглощающего материала, наносящегося на прижимной лист, в сравнении с его низшим предельным значением 0,05 ухудшает настройку резонансных частот изгибных колебаний его участков на резонансные частоты изгибных колебаний демпфируемой конструкции, что приводит к уменьшению диапазона частот необходимой для практики эффективности устройства. К такому же результату приводит увеличение коэффициента потерь больше значения 0,3 и превышение массы вибропоглощающего материала над половиной массы прижимного листа из-за уменьшения интенсивности колебаний участков прижимного листа относительно демпфируемой конструкции, обеспечивающих вибропоглощающий эффект устройства за счет сухого трения поверхностей и вязких потерь при колебаниях воздушного слоя.

При выполнении условия, что масса вибропоглощающего материала составляет меньше половины массы прижимного листа, половину длины изгибной волны в прижимном листе на частоте f_н и расстояние между соседними креплениями ℓ вычисляют по формуле:

,

где h - толщина прижимного листа, м; f_H - низшая частота диапазона снижения вибрации, Гц.

Оценка эффективности заявляемой полезной модели проводилась при креплении прижимного листа с полимерным вибропоглощающим материалом типа ВПМ-1 к демпфируемой конструкции с низшей частотой диапазона уменьшения ее вибрации 20 Гц. Было достигнуто уменьшение уровней резонансных максимумов изгибных колебаний демпфируемой конструкции на величину не менее 15 дБ в диапазоне частот 20-1600 Гц. Верхняя частота диапазона высокой эффективности прижимного листа, облицованного вибропоглощающим материалом типа ВПМ-1, составила 80f_н, а частотный диапазон высокой эффективности вибропоглощающего устройства был в 40 раз шире существенно меньшей (6÷8 дБ) эффективности прототипа. Использование экологически чистого вибропоглощающего материала типа ВПМ-1 расширяет область возможного применения предлагаемой полезной модели.

Предлагаемое устройство пассивного гашения вибраций обеспечивает существенное увеличение поглощения колебательной энергии демпфируемой конструкции, а следовательно, и значительное уменьшение уровней ее вибраций, с одновременным существенным расширением частотного диапазона высокой эффективности, что выгодно отличает его от прототипа.

Claims (2)

1. Устройство пассивного гашения низкочастотных вибраций морских объектов, обусловленных работой движителей, включающее прижимной лист, механически закрепленный на демпфируемой конструкции посредством болтов, расположенных в шахматном порядке, и имеющий толщину от 0,05 до 0,5 толщины демпфируемой конструкции, причем расстояние между соседними креплениями составляет половину длины изгибной волны в прижимном листе на низшей частоте диапазона, отличающееся тем, что прижимной лист со стороны демпфируемой конструкции облицован вибропоглощающим материалом с коэффициентом потерь колебательной энергии от 0,05 до 0,3, и массой, не превышающей половины массы прижимного листа.

2. Устройство пассивного гашения низкочастотных вибраций по п. 1, отличающееся тем, что в качестве вибропоглощающего элемента используется прижимной лист, облицованный полимерным вибропоглощающим материалом типа ВПМ-1 с оптимально подобранными коэффициентом потерь и массой.

Images