RU1781700C - Устройство дл снижени вибраций объекта с открытыми полост ми в потоке жидкости или газа - Google Patents

Abstract

Использование: гидродинамика и виброакустика . Сущность изобретени : устройство дл  снижени  вибраций объекта с открытыми полост ми в потоке жидкости или газа содержит накладку, установленную на отверстие каждой открытой полости. Накладка выполнена в виде р да параллельных разделенных перегородками щелей с различной чередующейс  длиной, ориентированных вдоль потока. Суммарна  площадь щелей составл ет не менее площади отверсти  открытой полости, а рассто ние между щел ми не менее 2,5 ширин отдельной щели, отношение длин соседних щелей равно 3:2, а отношение длины каждой щели к ее ширине не менее 30:1. Кромки соседних , одинаковых подлине щелей разнесены вдоль потока не менее чем на 0,1 длины соответствующей щели а кромки соседйих, различных по длине щелей не менее, чем на 0,1 длины большей щели по передним кромкам и не менее, чем на 0,23 длины большей щели по задним кромкам. 5 ил. & Ј

Description

Изобретение относитс  к гидродинамике и виброакустике и может быть использовано дл  уменьшени  вибраций, возникающих при воздействии обтекающего корпус морского объекта потока на замкнутые полости внутри корпуса объекта, св занные через пбсто нно открытые отверсти  с забортной средой.

Аналогами данного изобретени   вл ютс  работы, посв щенные возникновению вибраций и звуковых колебаний при обтекании полости с. отверстием в безграничной непроницаемой перегородке потоком жидкости или газа. Ввиду сложности физического механизма  влени , полна  и достаточно точна  физико-математическа  модель процесса в насто щее врем  не создана. Однако , можно считать доказанным, что

причиной интенсивных вибраций  вл ютс  автоколебани , возникающие в полости под воздействием вихрей, образующихс  на передней кромке отверсти . Автоколебани  возникают, когда акустические колебани  в полости начинают управл ть срывом вихрей на отверстии, при этом движение вихрей регул ризуетс  и сосредоточенна  в них энерги  увеличиваетс . Это приводит к по влению мощного источника колебаний по- рожд ающего вибрации корпуса, т.к. существенна  часть энергии, сосредоточенной в вихр х, передаетс  в вибрации корпуса при взаимодействии их с задней кромкой отверсти .

Нафиг.1 представлена гидродинамическа  картина обтекани  полости с отверстием . Позици  1 обозначает профили средней скорости в различных сечени х вдоль по

V|

09

3

О

потоку, позици  2 - вихри, образующиес  на отверстии.

Характерна  частота срыва вихрей при отсутствии автоколебаний определ етс  формулой Струхал  срыва вихрей на отверстии , причем, как правило, про вл ютс  несколько гармоник. При возникновении автоколебаний зависимость частоты срыва вихрей от скорости потока измен етс  -увеличение частоты с ростом скорости заметно замедл етс .

Возникновение автоколебаний становитс  возможным в случае близости частоты Струхал  срыва вихрей и собственной частоты колебательной системы.

Это условие реализуетс  в небольшом диапазоне скоростей вблизи скорости, при которой частота Струхал  и частота колебательной системы совпадают.

Поскольку морские объекты эксплуатируютс  с разными скорост ми, а в их корпусах , как правило, имеетс  множество полостей, св занных с забортной средой, имеетс  больша  веро тность возникновени  условий дл  возбуждени  интенсивных автоколебаний и ухудшени  эксплуатационных характеристик обьектов. Поэтому при создании морских объектов с высокими эксплуатационными характеристиками необходимо учитывать опасность возникновени  автоколебаний в полост х, св занных с забортной средой, и использовать способы, позвол ющие ее избежать. Данное изобретение и представл ет собой один из таких способов.

Технических решений, в которых реализовано уменьшение автоколебаний, немного .

В известном техническом решении, прин том за прототип предлагаетс  уменьшать интенсивность автоколебаний с помощью специальной накладки на отверстие, котора  позвол ет вынести переднюю кромку отверсти  на некоторое рассто ние от корпуса. Эго дает возможность , во-первых, уменьшить скорость, на которой возникают автоколебани , так как передн   кромка отверсти  находитс  в более скоростной части потока, а во-вторых, уменьшить степень взаимодействи  вихрей с задней кромкой отверсти , вследствие разнесени  его передней и задней кромки поперек потока.

Эффективность данного способа была проверена с помощью гидродинамической трубы на модели кингстонной коробки. Экспериментальна  установка схематично изображена на фиг.2, поз.3-7, поз.З - стенка рабочего участка гидродинамической трубы , поз.4 - модель кингстонной коробки,

поз.5 - полость внутри кингстонной коробки , поз.6 - отверстие, св зывающее полость и набегающий поток, поз.7 - накладка на отверстии, (изображена накладка, соответствующа  фиг.2, поз.10). Накладки, используемые в прототипе, изображены на фиг.2., поз.8-10. Поз 8 - накладка с разнесением передней и задней кромок отверсти  поперек потока и с закрытием части площади

отверсти , поз.9 - накладка с разнесением передней и задней кромок отверсти  поперек потока и без закрыти  части площади отверсти , поз. 10 накладка без разнесени  передней и задней кромок отверсти  и

без закрыти  части площади отверсти , используема  в качестве эталонной накладки. Интенсивность автоколебаний измер лась с помощью датчика турбулентных пульсаций давлени , установленного около

задней кромки отверсти .

Автоколебательный процесс был получен на частоте примерно 35 Гц. Максимальна  интенсивность колебаний достигалась при скорости потока б м/с.

Получено, что применение накладки без перекрыти  части площади отверсти  (поз.9) дает уменьшение интенсивности автоколебаний на 10 дб, а накладки с перекрытием площади отверсти  (поз.8) - 28 дб.

Устройство, предложенное в прототипе имеет два существенных недостатка. Во- первых, дл  значительного снижени  интен- сивности автоколебаний необходимо закрыть 2/3 площади отверсти  и, следовательно , требуетс  прин тие дополнительных мер дл  обеспечени  прежнего расхода воды, что или повысит интенсивность автоколебаний , или потребует дополнительного оборудовани . Во-вторых, создаютс  дополнительные выступы иа корпусе судна, измен ющие структуру и характеристики пограничного сло , что приводит к нежелательному увеличению сопротивлени  движению и повышению мощности турбулентных

пульсаций давлени  за отверстием.

Целью насто щего изобретени   вл етс  повышение эффективности снижени  интенсивности вибраций, возникающих в результате автоколебаний при обтекании открытой полости, путем применени  накладки на отверстие более совершенной конструкции.

Эта цель достигаетс  тем, что дл  5 уменьшени  интенсивности автоколебаний накладка выполнена в виде системы параллельных щелей двух различных, чередующихс  длин, ориентированных вдоль по потоку и с разнесенными вдоль по потоку кромками, причем отношение длины кзждои щели к ее ширине не должно быть меньше строго определенного значени  (30:1).

На фиг.1 изображена динамическа  картина обтекани  отверсти  в безграничной стенке с полостью за ним; на фиг.2 - устройство, выбранное за прототип; на фиг.З - то же, по изобретению; на фиг.4 - устройство, близкое по конструкции к патентуемому , эффективность которого была изучена экспериментально; на фиг.5 - гра- фик зависимости интенсивности автоколебаний от скорости набегающего потока дл  конструкции, изображенной на фиг.4, и отверсти  размером 140x140 мм .

Примером конкретного выполнени  ус- тройства, предложенного в изобретении, служит конструкци , изображенна  на фиг.З. Здесь поз.1 - щели, поз.2 - передние кромки, поз.З - задние кромки, поз.4 - изображение отверсти  открытой полости.

Пример. Была измерена зависимость интенсивности автоколебаний от скорости потока дл  отверсти  размером 140x140 мм2 и устройства, изображенного на фиг.4, соответственно поз.5 и 6 на фиг.5. Интен- сивность автоколебаний измер лась преобразователем турбулентных пульсаций давлени , расположенным вблизи задней кромки отверсти . Из приведенных зависимостей видно, что максимальна  интенсив- ность автоколебаний на исследуемом устройстве ниже максимальной интенсивности автоколебаний на едином отверстии на 30 дБ, то есть эффективность исследуемого устройства составл ет примерно 30 дБ. Его конструкци  отличаетс  от конструкции патентуемого устройства только неразнесением передних кромок щелей вдоль по потоку. Это, как известно из свойств автоколебаний , приведет к еще большему сниже-

5 10 15 20

25 30 35 40

0

нию интенсивности автоколебаний у патентуемого устройства относительно исследованного . Следовательно можно утверждать, что эффективность патентуемого устройства составл ет более 30 дБ. Это на 2-20 дБ больше, чем в устройстве, выбранном за прототип.

Таким образом, предлагаемое в изобретении устройство, позвол ет, во-первых , отказатьс  от создани  конструкций, выступающих в движущийс  поток, во-вторых , сохранить площадь проходного сечени  отверсти  неизменной и, в-третьих, повысить эффективность действи  устройства на 2-20 дБ.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  снижени  вибраций объекта с открытыми полост ми в потоке жидкости или газа, содержащее накладку, установленную на отверстие каждой открытой полости, отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности, накладка выполнена в виде р да параллельных разделенных перегородками щелей с различной чередующейс  длиной, ориентированных вдоль потока, при этом суммарна  площадь щелей составл ет не менее площади отверсти  открытой полости, а рассто ние между щел ми не менее 2,5 ширин отдельной щели, отношение длин соседних щелей равно 3 : 2, а отношение длины каждой щели к ее ширине не менее 30 ; 1, причем кромки соседних, одинаковых по длине щелей разнесены вдоль потока не менее, чем на 0,1 длины соответствующей щели, а кромки соседних, различных по длине щелей не менее, чем на 0,1 длины большей щели по передним кромкам, и не менее, чем на 0,23 длины большей щели по задним кромкам.

   /

   фс/г.1

   /

   XL -X.Z7

   го Ј5

   Фиг.

   Составитель Б.Григорьев

   Техред М.МоргенталКорректор Н.Бучок

   Редактор

   Заказ 4276ТиражПодписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035. Москва, Ж-35. Раушска  наб.. 4/5

   so

   sf Ј -у„Ј