RU2735474C2 - Способ снижения ходовой вибрации корпуса корабля, вызванной работой гребного винта, и устройство для его реализации - Google Patents
Способ снижения ходовой вибрации корпуса корабля, вызванной работой гребного винта, и устройство для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2735474C2 RU2735474C2 RU2019105440A RU2019105440A RU2735474C2 RU 2735474 C2 RU2735474 C2 RU 2735474C2 RU 2019105440 A RU2019105440 A RU 2019105440A RU 2019105440 A RU2019105440 A RU 2019105440A RU 2735474 C2 RU2735474 C2 RU 2735474C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- propeller
- ship
- hull
- reducing
- sensor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
- B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
- B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
- B63H1/14—Propellers
- B63H1/15—Propellers having vibration damping means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области судостроения, а именно к гребным винтам и может быть использовано для снижения ходовой вибрации корпуса корабля на лопастной частоте и кратных ей частотах. Для реализации устройства для создания силы упора на гребном винте дополнительно снабжают датчиками сил для определения составляющих силы упора гребного винта, размещенными в районе дейдвудного опорного подшипника гребного вала в трех взаимно перпендикулярных направлениях; датчиком скорости вращения гребного винта; датчиком постоянной составляющей крутящего момента на валу гребного электродвигателя; блоком управления, формирующим управляющий сигнал; регулятором тока, осуществляющим изменение тока в главной цепи гребного электродвигателя и управляющего скоростью вращения гребного винта в течение одного оборота по заданному закону. Входы блока управления соединены с выходами датчиков сил, датчика скорости вращения гребного винта и датчика постоянной составляющей крутящего момента, а выход - со входом регулятора тока, выход которого соединен с входом главной цепи упомянутого привода. Достигается возможность снижения ходовой вибрации корпуса корабля на лопастной частоте и кратных ей частотах. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно к гребным винтам и может быть использовано для снижения ходовой вибрации корпуса корабля на лопастной частоте и кратных ей частотах.
Известны способы и устройства, реализующие данные способы, предназначенные для снижения ходовой вибрации корпуса корабля на лопастной частоте и кратных ей частотах, заключающиеся в уменьшении неравномерности сил, возникающих на гребном винте и передающихся корпусу корабля, с помощью увеличения количества лопастей гребного винта и придания им специальной формы (В.М. Болгов, Д.Д. Плахов, Д.М. Ростовцев «Акустические шумы и помехи на судах», Л., Судостроение, 1984 г., с. 48).
Недостатком известного является то, что они приводят к возникновению сильных вибраций из-за возможного совпадения лопастной частоты или кратных ей частот с одной из собственных резонансных частот продольных и поперечных колебаний корпуса корабля, валопровода либо лопастей гребного винта.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному являются принятые в качестве прототипа способ снижении ходовой вибрации корпуса корабля на лопастной частоте и кратных ей частотах, включающий уменьшение неравномерности сил, возникающих на гребном винте при его работе в неоднородном по окружности винта потоке жидкости и передающихся корпусу корабля, путем уменьшения этой неоднородности с помощью выбора соответствующей формы обводов кормовой оконечности, выступающих частей корпуса корабля, увеличения зазора между обшивкой кормовой оконечности и кромкой гребного винта (В.А. Постнов, B.C. Калинин, Д.М. Ростовцев «Вибрация корабля», Л., Судостроение, 1983 г., с. 237) и устройство для создания силы упора на гребном винте, включающее: гребной винт; гребной вал; главный упорный, промежуточный и дейдвудный опорные подшипники; привод в виде гребного электродвигателя постоянного тока (В.Н. Пархоменко «Комплексное применение средств акустической защиты для снижения вибрации и шума корабельного оборудования», СПб., Моринтех, 2001 г., с. 149).
Однако известные способ и устройство имеют недостатки, заключающиеся в неизбежном наличии на корпусе корабля выступающих частей таких, как ограждение рубки, кормовое оперение (в случае подводной лодки), заборные и выпускные устройства циркуляционных трасс, пилоны, стойки, несимметричные обводы кормовой оконечности (в случае надводного корабля), которые вносят возмущения в набегающий на гребной винт поток жидкости и снижают эффективность известного способа.
Тем более в известном не указано, что при равномерном вращении гребного винта в неоднородном набегающем потоке жидкости на нам возникают пульсирующие силы и моменты, частота которых определяется числом лопастей гребного винта и скоростью его вращения. Эти силы и моменты приводят к возникновению продольных, поперечных и крутильных колебаний валопровода, которые передаются корпусу корабля, вызывая его повышенную вибрацию на соответствующих частотах.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности способа снижения ходовой вибрации корпуса корабля, вызванной работой гребного винта, и создание устройства для его реализации.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в возможности снижении ходовой вибрации корпуса корабля на лопастной частоте и кратных ей частотах.
Указанный технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в том, что дополнительно к известному способу снижения ходовой вибрации корпуса корабля осуществляют изменение скорости вращения гребного винта в течение одного оборота соответственно изменению поля скоростей набегающего на винт потока жидкости в каждый момент времени. Устройство, реализующее данный способ, содержит, в отличие от прототипа, датчики сил для определения составляющих силы упора гребного винта, размещенные в районе дейдвудного опорного подшипника гребного вала в трех взаимно перпендикулярных направлениях; датчик скорости вращения гребного винта; датчик постоянной составляющей крутящего момента на валу гребного электродвигателя; блок управления, формирующий управляющий сигнал; регулятор тока, осуществляющий изменение тока в главной цепи (цепи якоря) гребного электродвигателя и управляющего скоростью вращения гребного винта в течение одного оборота по заданному закону, причем входы блока управления соединены с выходами датчиков сил, датчика скорости вращения гребного винта и датчика постоянной составляющей крутящего момента, а выход - со входом регулятора тока, выход которого соединен со входом главной цепи (цепи якоря) упомянутого привода.
Сущность заявленного поясняется чертежом, где дана схема управления скоростью вращения гребного винта. На чертеже изображено: 1 - гребной винт, 2 - дейдвудный опорный подшипник, 3 - датчики сил, 4 - промежуточный опорный подшипник, 5 - гребной вал, 6 - датчик скорости вращения гребного винта, 7 - упорный подшипник, 8 - датчик постоянной составляющей крутящего момента, 9 - гребной электродвигатель, 10 - регулятор тока главной цепи (цепи якоря) гребного электродвигателя, 11 - блок управления.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При работе гребного винта в неоднородном потоке жидкости, который представляет собой течение с различными аксиальными и тангенциальными составляющими, каждый элемент лопасти встречает различные по величине и направлению скорости потока что, в свою очередь, ведет к колебанию угла атаки за один оборот гребного винта. Вследствие этого происходит колебание величины составляющих подъемной силы как на отдельно взятой лопасти, так и на гребном винте в целом по сравнению с этими величинами при действии винта в свободной воде. Переменные составляющие подъемной силы, действуя со стороны винта на жидкость, вызывают собственно звукоизлучение гребного винта на лопастной частоте и кратных ей частотах. С другой стороны, вследствие реакции жидкости точно такие же по величине, но противоположные по направлению силы действуя со стороны жидкости на винт и передаваясь через гребной вал корпусу корабля, вызывают его ходовую вибрацию.
Переменные силы, действующие на гребной винт, в силу их периодичности могут быть представлены в виде ряда Фурье на интервале 0≤ϕ≤2π, причем амплитуды этих сил пропорциональны скорости вращения гребного винта в квадрате. В этом случае подъемная сила гребного винта может быть представлена в следующем виде:
где ϕ =ωt - угол поворота гребного винта;
n - скорость вращения гребного винта;
Z - число лопастей гребного винта;
Для снижения ходовой вибрации корпуса корабля необходимо свести к минимуму переменные составляющие подъемной силы, что может быть достигнуто обеспечением постоянства угла атаки за один оборот гребного винта. Поскольку попутный поток представляет собой течение с различными аксиальными и тангенциальными скоростями, то для выполнения условий постоянства угла атаки необходимо, чтобы в каждый момент времени при изменении аксиальной составляющей скорости попутного потока происходило соответствующее изменение тангенциальной составляющей, что для гребного винта в целом может быть обеспечено за счет изменения его окружной скорости в течение одного оборота по закону:
где n0 - постоянная составляющая скорости вращения гребного винта;
n(ϕ) - переменная составляющая скорости вращения гребного винта.
Для того чтобы реализовать данный закон изменения скорости вращения гребного винта, необходимо обеспечить соответствующее изменение крутящего момента на валу гребного двигателя, которое может быть получено из уравнения движения вращающегося гребного вала (3) путем подстановки в него значения n:
где J - момент инерции вращающихся масс с учетом присоединенной к гребному винту массы воды;
Н(n0) - момент сил сопротивления вращению гребного вала, обусловленных трением в опорных конструкциях валопровода и трением гребного винта о воду;
4π2n2m0 - момент сил сопротивления вращению гребного винта.
В результате получим следующий алгоритм изменения крутящего момента:
где M0=4π2n2m0 - статический момент сил сопротивления на валу гребного двигателя.
Моментом сил сопротивления вращению гребного вала, обусловленных трением в подшипниках Н(n0), в виду их малости можно пренебречь.
Поскольку крутящий момент на валу гребного электродвигателя постоянного тока пропорционален току в главной цепи (цепи якоря) Мкр=kΦIя, то закон изменения крутящего момента может быть реализован путем соответствующего изменения тока в главной цепи:
где 
- коэффициент, зависящий от конструктивных данных электродвигателя;
p - число пар полюсов электродвигателя;
W - число активных проводников обмотки якоря;
а - число пар параллельных ветвей обмотки якоря;
Φ - результирующий магнитный поток электродвигателя.
Для этого (см. схему управления скоростью вращения гребного винта) сигналы в виде электрических токов с выходов датчиков сил - 3, размещенных в трех взаимно перпендикулярных направлениях в районе дейдвудного опорного подшипника - 2 гребного вала - 5, датчика скорости вращения гребного винта - 6 и датчика постоянной составляющей крутящего момента M0 - 8, размещенных на гребном валу, поступают на вход блока управления - 11, где вырабатывается управляющий сигнал, подающийся с выхода блока управления на вход регулятора тока главной цепи (цепи якоря) гребного электродвигателя - 10. В соответствии с управляющим сигналом регулятор тока вырабатывает переменную составляющую тока главной цепи I(ϕ), которая с выхода преобразователя подается в главную цепь и суммируется там с постоянной составляющей тока I0, обусловливая переменную составляющую крутящего момента на валу гребного электродвигателя - 9, соответствующую закону изменения скорости вращения гребного винта - 1 в течение одного оборота, что, в свою очередь, приводит к снижению величины переменных сил, действующих на гребном винте, и, соответственно, ходовой вибрации корпуса корабля на лопастной и кратных ей частотах.
Таким образом, представленные описание и чертеж позволяют сделать заключение о том, что заявляемое обладает новизной, отличаясь от прототипа такими существенными признаками, как дополнительное изменение скорости вращения гребного винта в течение одного оборота соответственно изменению поля скоростей набегающего на винт потока жидкости в каждый момент времени; использование устройства для создания подъемной силы на гребном винте, дополнительно снабженное датчиками сил для определения составляющих силы упора винта, размещенными в районе дейдвудного опорного подшипника гребного вала в трех взаимно перпендикулярных направлениях; датчиком скорости вращения гребного винта; датчиком постоянной составляющей крутящего момента на валу гребного электродвигателя; блоком управления, формирующем управляющий сигнал; регулятором тока, осуществляющим изменение тока в главной цепи (цепи якоря) гребного электродвигателя и управляющего скоростью вращения гребного винта в течение одного оборота по заданному закону, причем входы блока управления соединены с выходами датчиков сил, датчика скорости вращения гребного винта и датчика постоянной составляющей крутящего момента, а выход - со входом регулятора тока, выход которого соединен со входом главной цепи (цепи якоря) упомянутого привода. Это позволяет выполнить поставленную задачу и сделать вывод о наличии изобретательского уровня и промышленной применимости.
Claims (2)
1. Способ снижения ходовой вибрации корпуса корабля на лопастной частоте и кратных ей частотах, включающий уменьшение неравномерности сил, возникающих на гребном винте при его работе в неоднородном по окружности винта потоке жидкости и передающихся корпусу корабля, путем уменьшения этой неоднородности с помощью выбора соответствующей формы обводов кормовой оконечности, выступающих частей корпуса корабля, увеличения зазора между обшивкой кормовой оконечности и кромкой гребного винта, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности снижения ходовой вибрации корпуса корабля на лопастной частоте и кратных ей частотах дополнительно осуществляют изменение скорости вращения гребного винта в течение одного оборота соответственно изменению поля скоростей набегающего на винт потока жидкости в каждый момент времени.
2. Устройство для создания силы упора на гребном винте, включающее: гребной винт; гребной вал; главный упорный, промежуточный и дейдвудный опорные подшипники; привод в виде гребного электродвигателя постоянного тока, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности снижения ходовой вибрации корпуса корабля на лопастной частоте и кратных ей частотах устройство дополнительно снабжают датчиками сил для определения составляющих силы упора гребного винта, размещенными в районе дейдвудного, опорного подшипника гребного вала в трех взаимно перпендикулярных направлениях; датчиком скорости вращения гребного винта; датчиком постоянной составляющей крутящего момента на валу гребного электродвигателя; блоком управления, формирующим управляющий сигнал; регулятором тока, осуществляющим изменение тока в главной цепи (цепи якоря) гребного электродвигателя и управляющего скоростью вращения гребного винта в течение одного оборота по заданному закону, причем входы блока управления соединены с выходами датчиков сил, датчика скорости вращения гребного винта и датчика постоянной составляющей крутящего момента, а выход со входом регулятора тока, выход которого соединен с входом главной цепи (цепи якоря) упомянутого привода.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019105440A RU2735474C2 (ru) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | Способ снижения ходовой вибрации корпуса корабля, вызванной работой гребного винта, и устройство для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019105440A RU2735474C2 (ru) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | Способ снижения ходовой вибрации корпуса корабля, вызванной работой гребного винта, и устройство для его реализации |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019105440A RU2019105440A (ru) | 2020-08-26 |
| RU2019105440A3 RU2019105440A3 (ru) | 2020-08-26 |
| RU2735474C2 true RU2735474C2 (ru) | 2020-11-02 |
Family
ID=72233776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019105440A RU2735474C2 (ru) | 2019-02-26 | 2019-02-26 | Способ снижения ходовой вибрации корпуса корабля, вызванной работой гребного винта, и устройство для его реализации |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2735474C2 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2130403C1 (ru) * | 1997-03-27 | 1999-05-20 | Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова | Судовой движитель |
| RU2134648C1 (ru) * | 1998-03-16 | 1999-08-20 | Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова | Способ снижения интенсивности гидродинамического воздействия гребного винта на корпус судна |
| WO2001047770A1 (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-05 | Fles Nenad | Partially submerged controllable pitch propeller fitted to a transom contoured thereto |
| RU2640910C2 (ru) * | 2015-11-10 | 2018-01-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") | Судовой движитель |
-
2019
- 2019-02-26 RU RU2019105440A patent/RU2735474C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2130403C1 (ru) * | 1997-03-27 | 1999-05-20 | Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова | Судовой движитель |
| RU2134648C1 (ru) * | 1998-03-16 | 1999-08-20 | Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова | Способ снижения интенсивности гидродинамического воздействия гребного винта на корпус судна |
| WO2001047770A1 (en) * | 1999-12-28 | 2001-07-05 | Fles Nenad | Partially submerged controllable pitch propeller fitted to a transom contoured thereto |
| RU2640910C2 (ru) * | 2015-11-10 | 2018-01-12 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (ФГУП "Крыловский государственный научный центр") | Судовой движитель |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2019105440A (ru) | 2020-08-26 |
| RU2019105440A3 (ru) | 2020-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20040197187A1 (en) | Apparatus and method for enhancing lift produced by an airfoil | |
| Kozlowska et al. | Classification of different type of propeller ventilation and ventilation inception mechanism | |
| KR20130064803A (ko) | 매그너스 로터 및 힘 측정 장치를 포함한 선박 | |
| RU2735474C2 (ru) | Способ снижения ходовой вибрации корпуса корабля, вызванной работой гребного винта, и устройство для его реализации | |
| MacNeil et al. | Design and evaluation of a magnetically-geared underwater propulsion system for autonomous underwater and surface craft | |
| KR102117916B1 (ko) | 선박 추진 장치의 진동을 제어하기 위한 방법 및 제어 장치 | |
| Pivano et al. | Nonlinear thrust controller for marine propellers in four-quadrant operations | |
| JP2013237392A (ja) | 可変ピッチプロペラ制御装置および可変ピッチプロペラ制御装置を搭載した船舶ならびに可変ピッチプロペラ制御方法 | |
| Barro et al. | Transient torsional vibration analysis of ice-class propulsion shafting system driven by electric motor | |
| CN106596006B (zh) | 一种利用艇体轴频振速峰值现场动平衡的桨轴激励响应分离系统及方法 | |
| WO2019106910A1 (ja) | 近接二軸船 | |
| RU2204502C2 (ru) | Водометный движительно-двигательный комплекс | |
| Fujii et al. | Higher order rotating cavitation in an inducer | |
| Krüger et al. | Hydrodynamic damping and added mass of modern screw propellers | |
| AU2020335399A1 (en) | A marine propeller | |
| Hadipour et al. | Hydrodynamic analysis of noise propagation by the high skew marine propeller working in non-uniform inflow | |
| Jürgens et al. | Voith Schneider Propeller (VSP)-Investigations of the cavitation behaviour | |
| Yu et al. | Experimental investigation of the effects of blade geometry on pressure fluctuation and noise of tunnel thrusters | |
| Shi et al. | Unsteady hydrodynamics and vibro-acoustic responses for a pump-jet propelled suboff under distributed pulsation force | |
| Rosłanowski | Identification of ship propeller torsional vibrations | |
| Zhang et al. | Effects of non-uniform inflow on the spatial and temporal distribution of impeller excitation in axial flow pumps in water tunnels | |
| CN114611234B (zh) | 一种泵喷推进器非定常宽带激励力的评估方法 | |
| Johnston et al. | Inlet guide vane wakes including rotor effects | |
| Carp-Ciocardia et al. | Experimental analysis of vibrations at a Pelton turbine | |
| Leshchev et al. | Transfer Function for a Controllable Pitch Propeller with Added Water Mass |