Разработка, расчет и обоснование противошумового комплекса для танкера

В данной работе проведена разработка, расчет и обоснование противошумового комплекса для танкера. Расчет основан на энергостатистическом анализе (ЭСА) инженерных конструкций, который реализован с использованием программного комплекса AutoSea.

1. Описание модели конструкции с обоснованием принятого разбиения на элементы и приведением исходных данных по параметрам модели и ВАХ источников

Модель танкера, использованная при расчете, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Модель танкера

Корпус танкера состоит из машинного отделения (рис. 1), 6 отсеков-цистерн (6) и носового отсека. Стенки и палубы корпуса выполнены из стальных листов толщиной 8 мм. Над машинным отделением расположена надстройка. В нижней части надстройки расположены нежилые помещения (5). Сквозь заднюю часть надстройки проходит шахта газовыхлопа (4), примыкающая вплотную к передней части надстройки. В верхней части надстройки расположены два блока жилых помещений (3). Над жилыми помещениями расположена ходовая рубка. Стенки надстройки выполнены из стальных листов толщиной 2 мм, перекрытия из стальных листов толщиной 5 мм. Боковые стенки газовыхлопа выполнены из стали толщиной 2 мм. Верхняя и нижняя стенки выполнены из бумаги толщиной 0.01мм, это необходимо для создания объема в AutoSea.

Танкер имеет следующие размеры: длина — 190 м, ширина — 32 м, высота корпуса — 16 м, высота надстройки — 15 м.

В машинном отделении расположен двигатель типа 6K90GF. Масса двигателя — 8 т, мощность — 13 980кВт. Уровни механического шума двигателя в октавных полосах частот представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Уровни механического шума двигателя типа 6K90GF

Уровни виброскорости на лапах двигателя в октавных полосах частот, вычисленные по формуле [2]:

(1.1)

Рисунок 3. Уровни виброскорости на лапах двигателя типа 6K90GF

Шум от гребных винтов внутри судна в первую очередь обусловлен вибрацией панели корпуса, расположенной над винтами. Уровни виброскорости пластины корпуса, расположенной над гребными винтами, показаны на рисунке 4.

Рисунок 4. Уровни виброскорости пластины корпуса, расположенной над гребными винтами

Уровни шума газовыхлопа двигателя 6K90GF показаны на рисунке 5.

Рисунок 5. Уровни шума газовыхлопа двигателя 6K90GF

2. Результаты расчета ВАХ танкера без средств акустической защиты (САЗ), и их сопоставление с нормируемыми параметрами

На рисунке 6 представлены уровни звука в октавных полосах частот в машинном отделении (MO), в ходовой рубке (HR5) и в жилом помещении (HR4 Jiloe Pomeschenie), а также уровни звука снятые микрофоном (Microfon) и гидрофоном (Hydrofon) на расстоянии 25 м от корпуса судна. Также на графике показаны санитарные нормы для машинного отделения (сн MO), ходовой рубки (сн Рубка) и для жилых помещений (сн Жилые помещения).

Рисунок 6. ВАХ конструкции без средств

Из рисунка 6 видно, что в машинном отделении уровень звука превышает санитарные нормы на 2−17дБ на всем диапазоне частот. В ходовой рубке на частотах от 63Гц до 1кГц уровень звука превышает санитарные нормы на 4−17дБ. Уровни звука в жилом помещении превышают санитарные нормы на 3−19дБ на частотах от 63Гц до 500Гц.

Уровни звука в рассматриваемых помещениях и санитарные нормы сведены в Таблица 1.

танкер акустический защита конструкция Таблица 1. Уровни звука в исследуемых помещениях

3. Обоснование выбранных средств для реализации противошумового комплекса

Как видно из рисунка 7 на всем рассматриваемом диапазоне частот основной вклад в шум в машинном отделении вносят выхлопная система и вибрация основания на котором стоит двигатель.

Рисунок 7. Составляющие шума в машинном отделении

Для уменьшения шума газовыхлопа используется двухкамерный глушитель. Эффективность глушителя (рис. 8) определена по формуле [1]:

Рисунок 8. Схема глушителя

Рисунок 9. Эффективность глушителя

Уровни шума газовыхлопа двигателя 6K90GF с глушителем показаны на рисунке 10.

Рисунок 10. Уровни шума газовыхлопа двигателя 6K90GF с глушителем

Для уменьшения вибрации основания двигателя используются 20 амортизаторов АПМ-400НП. Эффективность амортизаторов показана на рисунке 11.

Рисунок 11. Эффективность амортизаторов

Уровни виброскорости на лапах после установки двигателя на амортизаторы показаны на рисунке 12.

Рисунок 12. Уровни виброскорости на лапах после установки двигателя на амортизаторы

На рисунке 13 представлены уровни звукового давления в октавных полосах частот в машинном отделении (MO), в ходовой рубке (HR5) и в жилом помещении (HR4 Jiloe Pomeschenie), а также уровни звука снятые микрофоном (Microfon) и гидрофоном (Hydrofon) на расстоянии 25 м от корпуса судна после установки глушителя и амортизаторов.

Рисунок 13. ВАХ конструкции после установки глушителя и амортизаторов

Из рисунка 13 видно, после установки глушителя и амортизаторов уровни звука в машинном отделении, ходовой рубке и жилом помещении соответствуют санитарным нормам. Уровни звукового давления снятые микрофоном превышают санитарные нормы на 3дБ на частоте 2кГц.

Из рисунка 14 видно, что основной составляющей шума, измеренного микрофоном, на частоте 2кГц является вибрация борта танкера в районе машинного отделения. Вибрация борта в этом месте обусловлена вибрацией дна машинного отделения, а также пластиной корпуса, расположенной над гребными винтами (рис.15). Для снижения этих вибраций в местах стыка этих пластин с бортом устанавливается виброзадерживающая масса (ВЗМ). ВЗМ — массивный брусок прямоугольного или квадратного сечения, размещенный на пластине на пути распространения изгибных волн с целью их изоляции. Погонная масса устанавливаемой ВЗМ — 5кг/м. Ожидаемая эффективность, устанавливаемых ВЗМ ~ 10дБ [рис. 23, 3].

Рисунок 14. Составляющие шума снятого микрофоном

Рисунок 15. Составляющие шума излучаемого бортом

4. Результаты расчета после установки САЗ, и их сопоставление с нормируемыми параметрами

Уровни звукового давления в рассматриваемых помещениях после установки средств акустической защиты показаны на рисунке 16.

Рисунок 16. ВАХ конструкции после установки средств защиты

Уровни звука в рассматриваемых помещениях после установки средств защиты и санитарные нормы сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Уровни звука в рассматриваемых помещениях после установки средств защиты

Заключение

После установки САЗ все нормируемые помещения танкера удовлетворяют санитарным нормам. Для обеспечения необходимых уровней звука в нормируемых помещениях были проведены следующие мероприятия по снижению шума:

· для уменьшения вибрации основания, двигатель был установлен на амортизаторы;

· для уменьшения шума излучаемого газовыхлопом, установлен двухкамерный глушитель;

· для подавления вибраций передаваемых от днища на борта танкера в районе машинного отделения, в местах сопряжения днища и бортов установлены ВЗМ.

Список использованных источников

1. Клюкин И. Н., Боголепов И. И. «Справочник по судовой акустике». 1978 г.

2. М. Хекл, Х. А. Мюллер. «Справочник по технической акустике». Судостроение. 1980 г.

3. Ляпунов В. Т., Никифоров А. С. «Виброизоляция в судовых конструкциях». 1975 г.

4. Шаров Я. Ф. «Виброизоляция судовых механизмов», конспект лекций. 1986 г.