Крутильные колебания в судовой дизельной установке

Крутильные колебания в судовой дизельной установке испытывают коленчатый вал, промежуточные и гребной валы с навешенными на них массами (детали механизма движения отдельных цилиндров, маховик, соединительные муфты, гребной винт), связанные в единую упругую систему валопровода.
Крутильные колебания представляют собой периодические колебания в плоскости вращения навешенных на вал масс, при которых участки вала между массами скручиваются и раскручиваются под действием циклически меняющегося крутящего момента.
При совпадении частот свободных и вынужденных колебаний наступает явление резонанса, при котором амплитуда крутильных колебаний (угол скручивания вала) и пропорциональные ей дополнительные напряжения кручения могут оказаться опасными для прочности вала и вызвать его по­ломку. Опасные режимы работы можно определить с помощью графика (рис. 2,6), на оси ординат которого отложены дополнительные напряже­ния от крутильных колебаний при резонансах T доп, а на оси абсцисс - ча­стота вращения вала двигателя n. Напомним, что резонанс наступает при совпадении частот свободных (собственных) и вынужденных колебаний системы. На рис.2, а резонансные частоты имеют место при пересечении линий собственных колебаний вала двигателя Vc1 и Vc2 с двумя гармоническими составляющими вынужденных колебаний Vб1 и Vб2. На этот же график наносится линия допускаемого напряжения Т, установленного из соображений усталостной прочности материала вала. Если линия допускаемого напряжения не пересекает резонансных кривых, резонансные напряжения особой опасности не представляют и режимы Пкр2 и Пкр3 допустимы для длительной работы. Режим Пкр1 опасен для длительной работы, так как прямая допускаемого напряжения отсекает на резонансной кривой участок чрезмерно больших напряжений. Диапазон частот вращения вблизи Пкр1 опасен для длительной работы. Он называется запретной зоной. На циферблатах тахометров запретные зоны частот вращения обычно отмечают красными секторами.
Длительная работа в пределах этой зоны недопустима, и переходить ее надо быстро. Критическую частоту вращения можно установить не только расчетным путем, но и при помощи специального прибора - торсиографа, позволяющего снимать с работающего двигателя графики крутильных колебаний (торсиограммы). Внешние признаки работы двигателя в зоне критических частот вращения: сильная вибрация и резкие стуки в двигателе, являющиеся следствием периодического изменения угловой скорости вращения отдельных криво­шипов, нарушающего уравновешенность сил инерции движущихся масс; нагрев отдельных участков валопровода (иногда до появления цветов побежалости) вследствие внутреннего трения частиц металла при упругих деформациях кручения.
Если запретная зона частот вращения оказывается в области рабочих режимов дизеля, принимают меры для смещения пкр за пределы этой области. Для этого изменяют частоту свободных колебаний системы за счет изменения момента инерции р сечения коленчатого вала или ва­лопровода или за счет изменения моментов инерции 0 маховых масс. Изменение момента инерции /р достигается путем увеличения или уменьшения диаметра вала, а моментов инерции в - за счет изменения массы маховика, гребного вала или путем установки динамических гасителей колебаний - антивибраторов. В ряде случаев прибегают к уменьшению амплитуды резонансных колебаний, что может быть обеспечено следующими способами: изменением порядка вспышек в цилиндрах (что не всегда возможно); разделением крутильной системы путем установки между двигателем и валопроводом гидромуфты; установкой специальных гасителей крутильных колебаний - демпферов.
Источник: Судовой дизель генератор