Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важнейших проблем современной промышленности и транспорта является необходимость постоянного снижения вибрации и шума поставляемого оборудования, среди которого особое место занимают гидравлические приборы (ГП) систем управления (СУ). Снижение шума и вибрации этих приборов существенно улучшает условия работы обслуживающего персонала, что является особенно важным при управлении кораблями, судами , объектами общепромышленного назначения и атомной энергетики. Кроме этого шум и вибрация приборов вносят свой вклад в формирование подводной шумности кораблей ВМФ, ухудшая их скрытность.
Исследования в области снижения виброактивности ГП в нашей стране начались в 60-ых годах, после того как первые результаты работ по снижению вибрации механизмов привели к тому, что их вклад в формирование шума и вибрации стал сопоставим с шумом, обусловленным работой трубопроводных систем. В этих исследованиях принимали участие специалисты ОАО «Концерн «НПО «Аврора», ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, ЦКБ МТ "Рубин", СПМБМ "Малахит" и другие организации.
Исследования показали, что снижение акустической энергии, формирующейся в самих элементах трубопроводных систем при течении в них рабочей среды, возможно только путем совершенствования их проточных частей, а решение проблемы создания малошумных приборов СУ не возможно без создания специализированного стенда с низким уровнем собственных акустических помех. Только наличие экспериментально-стендовой базы позволяет обеспечить:
- экспериментальное выявление связи между гидравлическими и виброакустичесеими характеристиками ГП СУ;
- определение конструктивного исполнения малошумных приборов, в которых исключена кавитация;
- минимизацию влияния турбулентности потока за счет уменьшения скорости струи при дросселировании жидкости;
- исключение образования крупномасштабных вихрей;
- минимизацию влияния волновых процессов при нестационарных режимах работы.
В силу отсутствия такой базы не удавалось создать достоверные методы расчета виброактивности ГП, что не позволяет однозначно выбрать наиболее предпочтительные с точки зрения малошумности компановочные и схемно-режимные решения как для ГП так и для самих СУ.
Поэтому тема исследования «Разработка методов и средств снижения вибрации и шума ГП СУ техническими средствами (ТС)» является несомненно актуальной.
Диссертация написана по результатам исследований, выполнявшихся в НПО «Аврора» в период с 1980 по 2010 год непосредственно автором, либо под его научным руководством, либо при его творческом участии.
Цель и задачи исследования.
Целью настоящей работы является разработка методов и средств снижения вибрации и шума ГП СУ ТС по результатам исследований выполненных на созданной экспериментальной стендовой базе и научное обоснование полученных результатов.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
-
Создать экспериментально-стендовую базу для отработки ГП СУ ТС с низким уровнем собственных акустических помех.
-
Разработать научно-методические основы проектирования малошумных ГП, позволяющие:
определить оптимальный принцип дросселирования для заданного режима работы прибора;
получить основные гидравлические параметры проточной части;
выполнить расчет вибрации и шума ГП на стационарных и нестационарных режимах работы.
3. Обосновать основные принципы конструктивного исполнения проточных частей ГП СУ.
4. Создать методики проведения экспериментальных исследований по снижению шума и вибрации ГП.
Методика выполнения исследований.
Работа выполнена на основе комплексных теоретических, экспериментальных и расчетных исследований, а также конструкторских разработок.
Поиск и выбор вариантов конструктивного исполнения малошумных приборов осуществлялся посредством вариантных расчетов разработанных математических моделей.
Научная новизна.
1. Разработаны методы и средства снижения вибрационных и гидродинамических помех, передаваемых на измерительные участки стенда,определен частотный диапозон применимости этих средств и получены аналитические выражения для расчета их конструктивных параметров.
2. Впервые разработана структура программного управления заданием и поддержанием параметров рабочей среды, позволяющая обеспечить минимальный уровень вибрации, передаваемой от регулирующих органов(РО) на измерительный участок стенда, разработана математическая модель автоматизированного стенда, проведены динамические исследования, показавшие возможность технической реализации предложенной структуры.
3. Впервые экспериментально определены коэффициенты местного гидравлического сопротивления, кавитации и расхода для РО СУ, работающих в переходной области чисел Рейнольдса. Проведена аппроксимация экспериментально определенных основных параметров РО и получены математические выражения, позволяющие выполнить сравнительный анализ результатов с количественной их оценкой на стадии проектирования;
4. Впервые обоснованы научно-методические основы проектирования малошумных ГП СУ, разработан акустический метод расчета, позволяющий выбрать безкавитационный режим работы ГП и произвести расчеты параметров проточной части обеспечивающие заданные трабования по виброакустическим характеристикам( ВАХ.)
Практическая ценность работы.
Практическая ценность работы заключается:
- в разработке научно-методических основ проектирования малошумных ГП СУ, что позволяет на стадии проектирования оценить ВАХ прибора и определить оптимальные характеристики средств акустической защиты, необходимых для каждой конкретной системы,
- в предложенных основных принципах конструктивного исполнения проточных частей малошумных ГП СУ, что позволяет обеспечить заданные акустические характеристики,
- в разработке основ проектирования комплексно-автоматизированных стендов и методов снижения уровней их собственных помех, использование которых позволяет значительно уменьшить вибрацию, передаваемую на измерительный участок.
Реализация работы.
Результаты работы реализованы:
при модернизации стендовой базы ОАО «Концерн «НПО «Аврора»;
при модернизации стенда ЦКБ «Армас»;
при проектировании малошумной арматуры НПО «Аврора», «ЦКБА», ЦКБ «Армас»;
в гидравлических приборах, изготавливаемыех заводами «Варяг», «Армалит-1», «Нептун».
За создание уникальной стендовой базы и на ее основе малошумных приборов СУ техническими средствами коллектив ученых под научным руководством автора настоящей работы удостоен премии правительства РФ в области науки и техники в 2007 году.
За создание новой техники, внедрение ее в производство и улучшение виброакустических характеристик кораблей автор настоящей работы награжден медалями «300 лет флоту России» и «100 лет подводного флота России».
На защиту выносятся:
-
Методы снижения уровней собственных акустических помех комплексно-автоматизированных стендов за счёт применения известных и вновь разработанных средств виброгашения, методики расчета этих средств и результаты экспериментального исследования, подтверждающие их эффективность.
-
Научно-методические основы проектирования малошумных ГП, позволяющие:
определить оптимальный принцип дросселирования для заданного режима работы;
получить основные гидравлические параметры проточной части, включая профиль дросселирующего элемента;
выполнить расчет вибрации изделия на стационарных и нестационарных режимах работы.
3. Основные принципы конструктивного исполнения проточных частей ГП СУ.
4. Методики и результаты экспериментальных исследований подтверждающие эффективность разработанных методов снижения шума и вибрации ГП.
Достоверность
Достоверность результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований, использованных при обосновании всех основных положений научно-методических основ проектирования малошумных ГП, подтверждена данными виброакустических испытаний созданных ГП.
Апробация работы.
Основные результаты, выводы и практические рекомендации, полученные в процессе выполнения настоящей работы, докладывались на заседаниях научно-технических советов НПО «Аврора», на отраслевых, межотраслевых российских и всесоюзных семинарах и конференциях.
Результаты работ, положенные в основу диссертации, представлялись автором на 21 Российских и Международных конференциях и симпозиумах по шуму и вибрации. Шум и вибрация на транспорте 1994, 1996, 1998, 2002, NSN’2003 годах, Санкт-Петербург; Международный симпозиум по системам трубопроводов ISOPE EUROMS, Москва 1999 г.; Механика неоднородных деформируемых тел: методы, модели, решения, Севастополь 2005 г.; Самара 2006 г., Экологический конгресс ELPIT, Тольятти 2007 и 2009 г.г.; Transport noise and vibration, Таллин 1998 г.; Международный акустический конгресс, Берлин 1999 г.; Internoise – 2001, Гаага 2001 г.; Форум акустиков, Севилья 2002 г.; International Congress on sound and Vibration, Стокгольм 2003 г.; Международный конгресс по шуму и вибрации ICSV12, Лиссабон 2005 г.; ICSV13, Вена 2006 г.; ICSV14, Ливон 2007 г.; ICSV17, Каир 2010 г.
Публикации.
По проблеме, представленной в диссертации, опубликовано 52 научных работы, в том числе 28 статей, 11 докладов, 1 тезисы доклада, 9 авторских свидетельств, 1 патент РФ, 2 коллективных монографии. Доля автора составляет от 50 до 80 %. В изданиях, опубликованных в перечнях ВАК, 9 статей, все статьи написаны лично автором ,его доля составляет от 65 до 75%.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка цитированной литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 315 страницах текста, включает 150 рисунков и 13 таблиц. Список литературы состоит из 158 наименований, приложение на 5 страницах.
