Передача общей вибрации в судостроении¶

Общая вибрация — это низкочастотные колебания корпуса судна, корабля или космического аппарата, вызванные работающими механизмами и передающиеся по всей конструкции. В отличие от локальной вибрации отдельных узлов, общая вибрация охватывает протяжённые элементы корпуса — обшивку, набор, палубы, переборки — и может распространяться на всё судно, создавая шум в жилых помещениях и воздействуя на приборы. Явление имеет важное значение для судостроения, проектирования корабельных систем и обеспечения комфортности экипажа.

¶Причины возникновения

Основными источниками общей вибрации судна являются:

• Двигательная установка — дизели, газотурбинные установки, электродвигатели главного хода. Поршневые двигатели создают вибрацию на частотах, кратных частоте вращения коленчатого вала и частоте срабатывания цилиндров.
• Винторулевой комплекс — гребной винт, особенно при работе в неравномерном потоке воды от корпуса, вызывает лопастные колебания с частотой, равной произведению числа лопастей на частоту вращения.
• Вспомогательные механизмы — насосы, вентиляторы, компрессоры, дизель-генераторы.
• Гидродинамические силы — пульсации давления при обтекании корпуса, особенно на больших скоростях.
• Волны и шхеновые явления — периодическое воздействие волн на корпус порождает колебания на частотах волнового спектра.

¶Механизм передачи

Общая вибрация передаётся по конструктивным элементам корпуса. Начальная вибрация от источника (например, крепления главного двигателя) через фундаментные рамы и корпусные конструкции распространяется далее по набору — шпангоутам, стрингерам, поперечным связям. Обшивка, являясь большой поверхностью, излучает звуковые волны в замкнутые объёмы помещений, превращая механические колебания в воздушный шум.

Ключевую роль играют резонансные явления: если собственная частота какой-либо конструкции (палубной плиты, переборки, целой палубной секции) совпадает с частотой возмущения от механизма, амплитуда колебаний резко возрастает. Поэтому при проектировании судна собственные частоты крупных конструкций рассчитывают и стараются разнести с рабочими частотами основных механизмов.

¶Классификация

По характеру возмущения общую вибрацию разделяют на:

По области распространения выделяют продольную, поперечную и крутильную вибрацию корпуса.

¶Нормирование и измерения

В судостроении вибрация корпуса нормируется. Российские нормы (СНиП, отраслевые стандарты Морского регистра судоходства) устанавливают допустимые уровни вибрации в жилых и служебных помещениях, обычно не более 65–75 дБ по виброускорению в зависимости от класса судна и назначения помещения. Измерения проводят с помощью вибродатчиков (акселерометров), устанавливаемых на конструктивных элементах и в помещениях. Спектральный анализ позволяет выделить составляющие на частотах работы конкретных механизмов.

¶Способы уменьшения

Основные методы борьбы с общей вибрацией:

1. Виброизоляция источников — установка механизмов на виброизолирующие опоры (резинометаллические, пружинные), разрыв передачи вибрации на корпус.
2. Динамическое гашение — установка динамических виброгасителей на валах, винтах, корпусных конструкциях.
3. Коррекция собственных частот — усиление или, наоборот, ослабление конструкций для смещения резонансов.
4. Снижение возмущения — подбор числа лопастей винта, балансировка механизмов, использование виброгасящих муфт.
5. Акустическая изоляция — виброизолирующие вставки в трубопроводах, электрических соединениях, воздуховодах, предотвращающие «мостиковые» передачи.

¶Общая вибрация в других областях

Понятие общей вибрации применяется и за пределами судостроения. В зданиях и сооружениях общая вибрация возникает от работающих лифтов, вентустановок, транспорта и передаётся по несущим конструкциям, вызывая дискомфорт жильцов. В космической технике общая вибрация ракеты-носителя возникает на этапе полёта от двигателей и аэродинамических нагрузок и передаётся на полезную нагрузку и приборные отсеки, что учитывается при разработке космических аппаратов.

¶См. также

• Вибрация
• Виброизоляция
• Резонанс
• Судовой двигатель

¶Источники

• Балашов В. И. «Вибрация судовых механизмов и корпуса»
• Справочник по судостроению, т. «Конструкция корпуса»
• Нормы вибрационной прочности судовых конструкций, Морской регистр судоходства
• СНиП 2.02.04-85 «Здания и сооружения на подвижных основаниях»