СИСТЕМА АМОРТИЗАЦИИ СУДОВОГО ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА Российский патент 2023 года по МПК F16F7/14 B63H21/30 

Изобретение относится к системам амортизации судовых дизель-генераторных агрегатов (СДГА).

Основными компонентами системы амортизации СДГА являются несущая рама, упругие опорные и упорные связи, виброизолирующая муфта, страховочные элементы, компенсаторы, вставки и подвески трубопроводов.

Упругие опорные связи воспринимают вес СДГА и называются опорными виброизоляторами.

Из соответствующих общеизвестных источников, например, Беляковский Н.Г. Конструктивная амортизация механизмов и аппаратуры на судах. Л.: «Судостроение», 1965. 523 с. (стр. 411, абзац №1-3, стр. 501 абзац. №1 и последний абзац) [1] и Амортизация судовых дизельных энергетических установок: учеб. Пособие / М.А. Минасян, A.M. Минасян. - СПб.: Изд-во СПбГМТУ, 2017. - 360 (с. 67 пункт 4 и с. 70, рис. 3.16) [2], известно, что система амортизации виброактивного оборудования, например, судовой дизельной энергетической установки (СДЭУ), состоит из несущей рамы виброактивного дизеля, судового фундамента, опорного виброизолирующего устройства, представляющего собой упругую связь, которая устанавливается между опорными площадями несущей рамы дизеля и судового фундамента. Для уменьшения статических деформаций (т.е., статических перемещений, амортизированных СДЭУ относительно судового фундамента) целесообразно установить упорные носовые, кормовые и бортовые виброизоляторы с зазором [1]. Примером такой системы опорной и упорной (с зазором относительно элементов несущей рамы) амортизации является СДГА-2200 с приводным дизелем М 453 С (6ЧН 32/42) {Судовой дизель-генераторный агрегат СДГА-2200 с приводным дизелем М 453 С (6ЧН 32/42) фирмы (Крупп МАК, представительство в Санкт-Петербурге, Обводный канал 93-а. Издание 11 / 1993 г. 118 с. } [3].

Однако, известны и амортизирующие системы, в которых упорные носовые, кормовые и бортовые виброизоляторы устанавливаются относительно элементов несущей рамы без зазоров, например, СДГА-500 с приводным неуравновешенным дизелем 5ЧН 25/30 принятый в качестве, прототипа {Minasyan М.А., Minasyan A.M., Kyaw Thet Naing. Research of the depreciation system of marine power plants with a drive 5CHN 25/30 diesel (Исследование системы амортизации судовых электростанций с приводным дизелем 5ЧН 25/30) // Журнал AKUSTIKA (Чехия) - SCOPUS.04. 2021 г. (рис. 1 и 2)} [4].

Согласно прототипа [4] виброизоляторы носовых, кормовых и бортовых упоров судовых четырех дизель-генераторных агрегатов ДГА-500 с приводными неуравновешенными дизельными двигателями 5ЧН 25/30 на рефрижераторных судах установлены без зазора и работают вместе с опорными виброизоляторами. Целесообразность такого технического решения объясняется тем, что пятицилиндровый четырехтактный двигатель является неуравновешенным по моментам сил инерции вращающихся и поступательно движущихся масс первого и второго порядков, кроме того не отвечает известному по динамике поршневых двигателей численным безразмерным критериям Каца A.M. {Истомин, П.А. Динамика судовых двигателей внутреннего сгорания. - Л.: Судостроение, 1966. - 262 с. (с. 241)} [5]. В штатных, то есть построечных системах опорной и упорной амортизации применялись двухпластинчатые резинометаллические виброизоляторы. Как отмечалось ранее упорные носовые, кормовые и бортовые двухпластинчатые резинометаллические виброизоляторы при этом постоянно прижаты к соответствующим элементам общей несущей рамы СДГА с помощью крепежных болтов, гаек и контргаек.

Существенными недостатками применения в носовых, кормовых и бортовых упорах СДГА двухпластинчатых резинометаллических виброизоляторов являются:

1. Неодинаковая эффективность работы при кренах и дифферентах соответственно симметрично-противоположных виброизоляторов носовых-кормовых и бортовых упоров. То есть, например, при крене на правый борт, активную работу включаются только виброизоляторы упоров правого борта за счет деформации сжатия резиновых упругих элементов. В это же время резиновые виброизоляторы с противоположной стороны - левого борта работают пассивно, то есть разгружаются от предварительного поджатия - деформации резины к раме и работа виброизолятора парализуется.

2. Сложность обеспечения равномерного поджатия виброизоляторов к соответствующим элементам общей несущей раме, требующих определенные навыки и квалификацию обслуживающего персонала.

3. Недлительная эффективность работы упорных виброизоляторов, заключающаяся в ненадежности конструкции - быстрому расслаблению крепежных элементов из-за виброактивности неуравновешанного приводного дизеля, приводящих к нарушению эффективности виброизоляции и необходимость постоянного ухода, контроля и обслуживания.

Технический результат предлагаемого изобретения, на примере СДГА-500 с приводным дизельным двигателем 5ЧН 25/30, заключается в усовершенствовании носовых, кормовых и бортовых упорных виброизоляторов известной системы амортизации с целью обеспечения, простоты конструкции, надежности и стабильности работы упорной системы амортизации и повышении эффективности их по виброшумоизоляции.

Указанный технический результат достигается тем, что:

1. Упругий элемент виброизолятора системы упорной амортизации предлагаемого изобретения выполнен из стального каната, который поочередно и зигзагообразно с образованием петель крепится между каждой противоположно расположенной парой упорной и прижимной пластин крепежными средствами к упорным пластинам.

2. Упругий канатный элемент совместно с парами противоположно расположенных упорных и прижимных пластин образуют форму в виде параллелепипеда.

3. В образованном объеме параллелепипеда размещается буфер из упругодемпфирующего элемента.

4. Упорные пластины виброизолятора по краям выполнены с отверстиями для крепления с помощью крепежных средств с одной стороны к элементам рамной конструкции, а с другой - к кронштейну упора.

5. Длину и диаметр стального каната, количество зигзагообразных канатных элементов, габаритные размеры виброизолятора и буфера, количество крепежных средств и. т.п. определяют расчетным путем.

Упорные элементы состоят из двух пластин - наружной и внутренней - прижимной, которые выполнены с соответствующими отверстиями под крепежные средства для петель.

Благодаря креплению стальных канатных упругих элементов через упорные элементы с одной стороны к упорам, а с другой - к элементам несущей рамы при кренах и дифферентах стальные канатные элементы всех упорных виброизоляторов в отличие от прототипа, работают активно (постоянно), то есть одни работают на сжатие, а другие на растяжение с одновременным плавным демпфированием, благодаря наличию буфера.

Техническое решение поясняется чертежами применительно, на примере судового ДГА-500 с приводным неуравновешенным дизелем 5ЧН 25/30 (неуравновешенный по моментам сил инерции вращающихся и поступательно движущихся масс первого и второго порядков и не отвечающий известному по динамике поршневых двигателей численным безразмерным критериям неуравновешенности Каца A.M.):

фиг. 1 - общий вид амортизирующей системы, в которых упорные носовые, кормовые и бортовые виброизоляторы устанавливаются относительно элементов несущей рамы без зазоров;

Фиг. 2 - общий вид подмоторной - несущей рамы с носовой части по левому борту с упорными носовыми, кормовыми и левого борта виброизоляторами;

Фиг. 3 - общий вид подмоторной - несущей рамы с носовой части по правому борту с упорными носовыми, кормовыми и правого борта виброизоляторами;

Фиг. 4 - общий вид упорного виброизолятора;

Фиг. 5-7 - общие виды упорного виброизолятора с упорными кронштейнами.

На фиг. 1-7 обозначены:

1 - приводной неуравновешенный дизель 5ЧН 25/30;

2 - генератор;

3 - подмоторная - несущая рама агрегата;

4 - судовой фундамент под два ДГА-500;

5 - опорные виброизоляторы;

6 - носовые упорные виброизоляторы;

7 - кормовые упорные виброизоляторы;

8 - упорные виброизоляторы левого борта;

9 - упорные виброизоляторы правого борта;

10 - носовая поперечная вертикальная стенка подмоторной - несущей рамы;

11 - кормовая поперечная вертикальная стенка подмоторной - несущей рамы;

12 - продольная вертикальная стенка подмоторной - несущей рамы по левому борту;

13 - продольная вертикальная стенка подмоторной - несущей рамы по правому борту;

14, 15 - наружные упорные пластины канатного виброизолятора;

16 - стальные канатные упругие элементы виброизолятора;

17 - буфер;

18 - крепежные элементы петель стального каната;

19, 20 - отверстия;

21, 22 - прижимные пластины,

23 - кронштейн упорного виброизолятора;

24, 25 - крепежные элементы.

Система амортизации СДГА состоит из опорных 5 (фиг. 1) и упорных (фиг. 1-7) виброизоляторов. Упругий элемент упорного виброизолятора системы упорной амортизации (фиг. 1) изобретения выполнен из стального каната 16, который поочередно и зигзагообразно с образованием петель (см. пунктирные линии на фиг. 4) крепится крепежными средствами 18 (фиг. 4, 5) к упорным 14, 15 (фиг. 4-7) и прижимным 21, 22 (фиг. 4) пластинам. Упругий элемент 16 (фиг. 4-7) имеет форму параллелепипеда (фиг. 4-7), внутри которой размещается буфер 17 (из упругодемпфирующего элемента). Упорные пластины 14 и 15 (фиг. 4-7) по краям выполнены с отверстиями 19 и 20 для крепления с помощью крепежных средств 25 (фиг. 5-7) с одной стороны к соответствующим 10-13 (фиг. 2, 3) элементам рамной конструкции, а с другой - к кронштейну 23 упорного виброизолятора (фиг. 5-7).

Длину и диаметр стального каната 16, количество зигзагообразных канатных элементов, габаритные размеры упорного виброизолятора и буфера 17, количество крепежных средств 18-20, 24, 25 и. т.п. определяют расчетным путем.

Упорные элементы состоят из двух пластин - наружной 14, 15 (фиг. 4-7) и внутренней-прижимной 21, 22 (на фиг. 4), которые выполнены с соответствующими отверстиями под крепежные средства 18 для петель (пунктирные линии на фиг. 4). Наружные пластины 14, 15 по краям выполнены дополнительными отверстиями 19,20 для крепления соответственно с одной стороны к кронштейнам упор 23 (фиг. 5-7), а с другой - к рамным конструкциям 10-13 (фиг. 2, 3).

Изобретение особенно актуально для системы амортизации СДГА с неуравновешенным приводным поршневым двигателем. Поэтому работу системы амортизации удобно рассматривать на примере конкретного СДГА-500 с неуравновешенным пятицилиндровым четырехтактным двигателем 5ЧН25/30 (фиг. 1) не отвечающего численному безразмерному критерию Каца A.M. [5].

Поскольку двигатель 5ЧН25/30 не отвечающего численному безразмерному критерию Каца A.M. [5], то целью опорной связью 5 (фиг. 1) между нижней полкой общей - несущей рамой 3 и судовым фундаментом 4, является звукоизоляция с допустимой по требованию морского регистра России амплитудой вибросмещения 0,16 мм [2].

Жесткость упругих упорных связей с помощью упорных канатных виброизоляторов 6-9 (фиг. 1-3) подбирается из расчета максимально допустимого по требованию морского регистра России перемещения 1-2 мм [2] при кренах и дифферентах.

Работа системы опорной и упорной амортизации заключается в следующем.

Согласно изобретения, как на стоянке, так и на ходу судна в условия крена и дифферента работа опорных 5 и упорных 6-9 (фиг. 1-3) виброизоляторов происходит взаимосвязано.

Благодаря креплению стальных канатных упругих элементов 16 (фиг. 4-7) через упорные элементы 14, 15 с одной стороны к упорам 21, а с другой - к элементам 10-13 общей - несущей рамы при кренах и дифферентах стальные канатные элементы 16 всех упорных виброизоляторов 6-9, в отличии прототипа, работают активно, то есть одни работают на сжатие, а другие на растяжение с одновременным плавным демпфированием, благодаря наличию буферов 17.

Важно отметить при этом, что благодаря расположению канатных упругих элементов 16 виброизолятора вокруг буфера 17 по всему периметру виброшумоизоляция достигается в любом направлении по и вокруг осей координат.

Расчеты амортизации с учетом влияния упорных виброизоляторов обеспечивают достоверность определения номинальных нагрузок, статических и динамических жесткостей опорных и упорных виброизоляторов, всех шести частот свободных колебаний и допустимых по требованию морского регистра России амплитуд перемещения в любых условиях работы судовых ДГА.

При работе СДГА (фиг. 1) от колебательной энергии которого происходят упругие знакопеременные деформации опорных 5 и упорных 6-9 связей. Упругие знакопеременные деформации опорных 5 и упорных 6-9 связей препятствуют передаче вибрационной энергии опорному фундаменту 4. То есть основная часть поглощаемой опорными 5 и упорными 6-9 связями работы переходит в потенциальную энергию деформации упругих связей, которая частично вновь отражается источнику возмущений - виброактивному СДГА. В связи с чем улучшается виброизолирующий эффект амортизации, ослабляется вибрация, предотвращаются местные усилия и деформации. Низкие напряжения, возникающие в фундаменте, не могут разрушить крепления, остов оборудования и фундамент.

Таким образом, применение в изобретении оригинальных упорных виброизоляторов (фиг. 4-7) обеспечивает достижение одинаковой эффективности работы при кренах и дифферентах соответственно симметрично-противоположных носовых 6 - кормовых 7, и бортовых 8 и 9 упорных виброизоляторов. То есть, например, при крене на правый борт, одновременную активно работу включаются виброизоляторы как правого борта 9, так и левого 8 борта (фиг. 1). При этом стальные канаты 16 (фиг. 4-7) упорных виброизоляторов 9 (фиг. 1) плавно благодаря наличию буфера 17 сжимаются, а 8 - плавно растягиваются на расчетную величину в пределах не более 1 - до 2 мм (нормы морского регистра России).

Кроме того, система амортизации по сравнению с прототипом [4], не требует постоянного ухода, обладает высокой надежностью и виброшумозащитной эффективностью в соответствии с нормами морского регистра России.

Изобретение относится к системам амортизации. Система амортизации судового дизель-генераторного агрегата содержит общую несущую раму, виброизоляторы и упорные кронштейны. Каждый упорный виброизолятор выполнен из упругого непрерывного стального канатного элемента, поочередно и зигзагообразно петлями закрепленного на противоположно расположенных прижимных пластинах с формированием объема параллелепипеда между ними, внутри которого размещен буфер, и соединенного крепежными средствами с опорными пластинами по всему периметру. Обеспечивается упрощение конструкции, повышение надежности и эффективности системы амортизации. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система амортизации судового дизель-генераторного агрегата, содержащая общую несущую раму, опорные и упорные связи – виброизоляторы, упорные кронштейны, отличающаяся тем, что каждый упорный виброизолятор выполнен из упругого непрерывного стального канатного элемента, который поочередно и зигзагообразно петлями закреплен на противоположно расположенных прижимных пластинах с формированием объема параллелепипеда между ними, внутри которого размещен буфер, и соединен крепежными средствами с опорными пластинами по всему их периметру.

2. Система амортизации судового дизель-генераторного агрегата по п. 1, отличающаяся тем, что опорные пластины упорного канатного виброизолятора выполнены с возможностью крепления с помощью крепежных средств с одной стороны к носовому, кормовому и бортовым элементам общей несущей рамы агрегата, а с другой - к соответствующим упорным кронштейнам.