Введение к работе
Диссертационная работа посвящена исследованию процесса взаимодействия акустически невозмущенного потока рабочей среды с обтекаемыми внутренними поверхностями арматуры и разработке на этой основе метода контроля вибрации судовой трубопроводной арматуры по результатам испытаний модельных аналогов.
Актуальность проблемы
Интенсивное развитие современной промышленности и транспорта поставило ряд новых задач, среди которых выделяется задача уменьшения шума и вибрации, как на рабочих местах обслуживающего персонала, так и в окружающей среде. Рост энерговооруженности предприятий, мощностей оборудования, увеличение рабочих скоростей машин и механизмов приводит к значительному возрастанию шума и вибрации, что в результате чего ухудшается здоровье человека, снижается производительность труда, происходит акустическое загрязнение среды обитания.
Одной из важнейших проблем при этом является необходимость постоянного снижения вибрации и шума всего поставляемого на суда оборудования. Среди этого оборудования особое место занимают судовые трубопроводные системы. Это обусловлено тем обстоятельством, что судовые трубопроводные системы состоят из большого числа разнородных элементов. Снижение шума и вибрации, которые возникают при работе систем, существенно улучшает условия работы и отдыха обслуживающего персонала, что является особенно важным при управлении кораблями, судами и объектами общепромышленного назначения и атомной энергетики.
Значительный вклад в разработку методов контроля вибрации и исследования гидродинамических среды характеристик потока проводимой среды в проточной части судовой трубопроводной арматуры, их влияние на виброакустические параметры элементов судовых систем внесли Будрин С. В, Ким Я. А, Берестовицкий Э. Г, Викторов А. А, Голованов В. И, Легуша Ф. Ф, Смольяков А. В. и другие ученые и специалисты.
Целенаправленные работы по снижению виброактивности машин и механизмов, входящих в состав судовых трубопроводных систем, привели к тому, что виброактивность систем на современных и, тем более, перспективных кораблях и судах в основном определяется виброшумовыми характеристиками их элементов, в первую очередь, характеристиками трубопроводной арматуры. Виброактивность этих элементов формируется при взаимодействии текущей рабочей среды с обтекаемыми внутренними поверхностями корпусов.
Энергию, излучаемую всеми элементами систем, в том числе и судовой арматурой, необходимо учитывать при расчетах воздушного шума и вибрации на постах и в каютах на кораблях и судах. Это требует создания методов не только расчета, но и контроля вибрационного возмущения трубопроводной
арматуры, обусловленного протекающей по ней акустически невозмущенной рабочей средой.
Для этого в отраслевых центрах были созданы специализированные стенды для исследований, контроля и сдачи как спецификационных, так и виброакустических характеристик арматуры. Вначале были созданы гидравлические стенды на основных предприятиях - поставщиках арматуры. На базе НПО «Аврора» был создан насосный стенд, а на базе ЦКБ «Знамя Октября» (в настоящее время КБ «Армас» ОАО «ЦТСС») - стенд вытеснительного действия. При расширении номенклатуры контролируемых изделий аналогичный стенд был создан на базе ПО «СМП».
Возможности этих стендов позволяют проводить на них исследования значительной части арматуры, которая должна проверяться на соответствие каким-либо виброакустическим требованиям.
Однако имеются отдельные типоразмеры судовой арматуры, которую невозможно проконтролировать на этих стендах. В первую очередь это относится к так называемой болыпепроходной арматуре, то есть к судовой трубопроводной арматуре больших диаметров, которую невозможно установить и, соответственно, испытать на существующих стендах.
Вопрос контроля такой трубопроводной арматуры, которую невозможно проконтролировать на существующих стендах, требует разработки специальных методов. Разработка методов контроля таких изделий возможна лишь на основе совместного моделирования как гидродинамических параметров потока, так и механических характеристик корпусов.
Именно это и обуславливает актуальность данной работы.
Цель работы
Целью данной работы является научное обоснование и разработка метода контроля вибрации судовой трубопроводной арматуры по результатам испытаний модельных аналогов.
Для достижения указанной цели в работе было выполнено следующее:
- определены предельные параметры судовой арматуры, которая может
быть испытана на существующих стендах,
- уточнена физическая модель связи среднеквадратичной вибрации
арматуры с усредненными по внутреннему объему параметрами турбулентных
пульсаций давления проводимой среды,
- предположена и экспериментально подтверждена независимость связи
между вибрацией корпуса арматуры и турбулентными пульсациями давления в
потоке среды от среднерасходной скорости проводимой среды,
- спроектированы и изготовлены маломасштабные модели судовой
арматуры для проведения экспериментальных исследований,
- разработан метод контроля вибрации судовой арматуры, основанный на
результатах испытаний масштабных образцов.
Научная новизна
Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что впервые получены следующие результаты:
1. Уточнена физическая модель связи среднеквадратичной вибрации
арматуры с усредненными по внутреннему объему параметрами турбулентных
пульсаций давления проводимой среды.
2. Экспериментальные данные, подтвердили независимость связи между
вибрацией корпуса арматуры и турбулентными пульсациями давления в
проводимой среде от скорости её потока.
3. Предложен метод определения вибрационных характеристик
арматуры, основанный на результатах модельных испытаний.
Практическая ценность
При непосредственном участии автора работы были разработаны, выпущены и согласованы с заинтересованными предприятиями следующие руководящие документы, регламентирующие порядок определения вибрационных и гидравлических характеристик некоторых типов арматуры на базе результатов испытаний отдельных модельных аналогов:
«Временная методика определения уровней ВШХ затворов переборочных
Ду150-350 на базе результатов испытаний типового представителя», выпуск 33665 ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова,
- «Методика определения ВШХ малошумных дроссельных устройств на основе результатов испытаний отдельных представителей», выпуск 38988 ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова,
«Методика расчетно-экспериментальной оценки гидравлических характеристик большепроходных малошумных дроссельных устройств разработки СМП», ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова.
На основе полученных результатов, под руководством и при непосредственном участии автора был выполнен большой объем работ по созданию большепроходных малошумных захлопок для главных циркуляционных трасс, переборочных затворов, а также дроссельно-регулирующей арматуры. Результаты их испытаний полностью подтвердили правильность предложенных методов их создания.
Использование результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами.
Основные положения, выносимые на защиту
На защиту выносятся следующие основные результаты работы:
1. Уточненная физическая модель связи среднеквадратичной вибрации
арматуры с усредненными по внутреннему объему параметрами турбулентных
пульсаций давления проводимой среды.
2. Результаты экспериментальных исследований связи между
гидравлическими характеристиками потока проводимой среды и
механическими характеристиками корпуса арматуры,
3. Созданный на базе выполненных исследований метод пересчета
вибрации с масштабного модельного образца на натурный образец
болыпепроходной трубопроводной арматуры.
Апробация работы
Диссертационная работа заслушана и одобрена 2012 г. на
расширенном заседании научно-технического совета ОАО «ЦТСС».
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- секции научно-технического совета конструкторского бюро «Армас»;
- заседании научно-технического совета открытого акционерного
общества «Центр судостроения и судоремонта» (ОАО «ЦТСС»);
- результаты работы докладывались и обсуждались на двух отраслевых
конференциях и заседаниях научно технического совета.
Публикации
По теме диссертации опубликовано четыре статьи, из них одна в рецензируемом научном журнале, одна в соавторстве, доля автора не менее 50%. Результаты были опубликованы в материалах НТС.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников (90 наименований).
Объем диссертации составляет 110 страниц, включая 32 рисунка и схемы.
Похожие диссертации на Разработка метода контроля вибрации судовой трубопроводной арматуры по результатам испытаний модельных аналогов
