Крутильные колебания коленчатого вала: Крутильные колебания коленчатого вала двигателя

Содержание

Крутильные колебания валопровода

Свободные крутильные колебания. Коленчатый вал двигателя и остальные жестко соединенные с ним валы являются упругими телами. На них насажены массы, обладающие значительными моментами инерции. Такая система вал — массы способна совершать крутильные колебания.

Пусть, например, вал несет на себе две вращающиеся массы. Если приложить к этим массам моменты, как показано сплошными стрелками, то вал окажется скрученным и каждая масса повернется на угол а.

При этом предполагается, что вал скручен в пределах упругих деформаций.

Рис. 1. Двухмассовая система

Допустим, что действие моментов сразу прекратится. В силу упругости вала система будет возвращаться в положение равновесия, причем массы будут поворачиваться так, как показано пунктирными стрелками. Вследствие инерции массы при возвратных поворотах не остановятся в положении равновесия, а перейдут его, и вал окажется скрученным, но уже в обратном направлении. Упругость вала опять вызовет поворот масс, а они по инерции вновь перейдут через положение равновесия,,т. е. процесс повторится. Таким образом, после прекращения действия Моментов система начнет совершать колебательное движение, при котором вал будет скручиваться то в одном, то в другом направлении.

Рис. 2. Формы крутильных колебаний трехмассовой системы:
а — одноузловая; б — двухузловая

Ничто не изменится, если во время совершения колебаний вал будет равномерно вращаться. При этом массы то будут опережать те положения, которые занимали бы, вращаясь с постоянной угловой скоростью, то отставать от них.

Упругие колебания вала и насаженных на него Масс, возникающие после прекращения действия моментов, называются свободными крутильными колебаниями. Они совершаются лишь под влиянием упругих сил материала вала и моментов инерции масс.

Свободные крутильные колебания, как и все свободные упругие колебания, происходят всегда с определенной частотой (числом колебаний в единицу времени), называемой частотой свободных колебаний. Эта частота зависит от упругости вала и моментов инерции масс.

Если у системы больше, чем две массы, то она может иметь несколько форм колебаний. Так,, если система трехмассовая, то возможны колебания, при которых две соседние массы движутся в одном направлении, а третья — в другом. Вал будет иметь сечение, остающееся при колебаниях неподвижным. Такое сечение называется узлом колебаний, а колебания с одним узлом — одноузловыми.

Однако в трехмассовой системе возможны и такие колебания, при которых средняя масса движется противоположно крайним. Тогда узлов колебаний будет два и колебания называются двухузловыми.

Таким образом, трехмассовая система может иметь колебания одно- и двухузловой форм. Обобщая сказанное, можно отметить, что у многомассовой системы форм колебаний бывает на одну меньше, чем количество масс. У каждой формы своя частота свободных колебаний, причем чем выше форма колебаний (т. е. чем больше узлов), тем больше частота свободных колебаний.

В связи с действием сил сопротивления свободные колебания будут затухать. Основными силами сопротивления крутильным колебаниям являются силы внутреннего трения материала вала.

Вынужденные колебания. Момент, выводящий систему из состояния равновесия, называется возмущающим. Если он будет периодически изменяющимся, то под его действием система вал — массы начнет совершать вынужденные колебания, частота которых совпадет с частотой возмущающего момента, а амплитуда будет зависеть от значения момента. Во время работы двигателя возмущающим является вращающий момент, форма изменения которого в той или иной степени близка к синусоидальной.

С изменением частоты возмущающего момента, что бывает при изменении скорости вращения вала, изменяется и частота вынужденных колебаний системы. Если частота возмущающего момента совпадает с частотой свободных колебаний, то наступает явление резонанса. При резонансе амплитуда вынужденных колебаний во много раз увеличивается по сравнению с амплитудой при том же значении возмущающего момента вне резонанса. Поэтому при резонансе она может достичь больших значений даже при умеренной величине возмущающего момента.

Частота вращения, при которой наступает резонанс, называется критической. У двигателя может быть несколько критических частот вращения: при одних наступает резонанс с одноузловой формой колебаний при других — с двухузловой и т.д. Возмущающие моменты могут быть разных порядков, т. е. разных частот. Наиболее опасны резонансы первого порядка с одно- и двухузловой формами колебаний.

Когда двигатель работает на критической частоте вращения, он сильна вибрирует на фундаменте, во всех сочленениях слышится стук. Детали движения испытывают при этом ударные нагрузки, что приводит к повышенному их износу. При значительных амплитудах колебаний возможна поломка вала вследствие усталости материала. Поэтому работа на критической частоте вращения запрещается, вблизи нее устанавливается запретная зона. Она отмечается на тахометре, указывается в документах на двигатель. При изменении подачи топлива запретную зону частоты вращения надо проходить быстро, не допуская работы двигателя в ней.

Демпферы. При проектировании силовой установки не всегда удается создать такую систему, крутильные колебания которой в рабочей зоне частоты вращения не опасны и их амплитуды при прохождении через резонанс невелики. Поэтому иногда двигатель снабжается устройством, поглощающим энергию колебаний и тем самым уменьшающим их амплитуду. Такие устройства называются демпферами. На флоте встречаются демпферы жидкостного и сухого трения.

В демпферах жидкостного трения энергия крутильных колебаний поглощается силами внутреннего трения жидкости. Одним из таких демпферов является силиконовый, устанавливаемый на двигателях НФД48, 6ЧРН 36/45 и др.

К фланцу носового конца коленчатого вала призонными болтами крепится корпус демпфера. Внутрь корпуса вставлена кольцевая масса, свободно вращающаяся относительно него на втулках, запрессованных в-массу. Корпус закрыт крышкой, прикрепленной болтами. В зазор, образующийся между массой, корпусом и его крышкой, заливается силиконовая жидкость. Чтобы избежать ее утечки и попадания внутрь демпфера воздуха, места соединений крышки с корпусом заливаются эпоксидным клеем.

Корпус совершает колебания вместе с концом коленчатого вала, тогда как масса вследствие инерции вращается практически с постоянной скоростью. Поэтому при колебаниях корпус будет проскальзывать относительно массы. На преодоление возникающего во время проскальзывания вязкостного трения силиконовой жидкости, заполняющей зазор, затрачивается энергия колебаний, что приводит к уменьшению их амплитуды. Вскрывать силиконовый демпфер запрещается.

Ступица демпфера сухого трения, устанавливаемого на двигателях НФД48, имеет конический обод и жестко крепится к носовому концу коленчатого вала. К ободу присоединен шпильками обод, представляющий зеркальное отражение обода. К внешней поверхности отогнутых ободов приклепаны сегменты из фрикционного материала. Пружины прижимают к сегментам два диска, связанные между собой тремя плавающими пальцами. Затяжка пружин регулируется нажимными втулками, ввернутыми в гнезда дисков.

Рис. 3. Диаграмма вращающего момента четырехтактного восьмицилиндрового дизеля

Рис. 4. Демпфер жидкостного трения

Рис. 5. Демпфер сухого трения

Рис. 6. Схема бифилярного антивибратора

Рис. 7. Схема антивибратора двигателя 10Д40

Демпфер работает подобно рассмотренному. Ободы совершают колебания вместе с концом коленчатого вала , т. е. вращаются с переменной скоростью, тогда как диски вследствие их инерции стремятся вращаться с постоянной скоростью. Поэтому ободы при колебаниях проскальзывают относительно дисков. В данном случае энергия колебаний затрачивается на преодоление трения, возникающего при проскальзывании между дисками и сегментами.

Исправность действия демпфера зависит от силы затяжки пружин. Регулировать затяжку пружин могут только специалисты, регулирование ее обслуживающим персоналом запрещается.

Антивибраторы. Для борьбы с крутильными колебаниями применяют также динамические гасители, называемые антивибраторами. Принцип их работы заключается в следующем.

Допустим, что к упругой (т. е. способной совершать колебания) системе присоединена другая система, которая может колебаться относительно нее. Если на первую систему будет действовать возмущающая сила или возмущающий момент с частотой, равной частоте свободных колебаний второй системы, то совершать колебания будет только эта вторая система, а первая участвовать в колебаниях не будет.

Следовательно, вторая система является динамическим гасителем колебаний первой системы, т. е. антивибратором.

Для гашения крутильных колебаний антивибратор навешивается следующим образом. Маятник двумя пальцами связан с вращающимся диском, участвующим в крутильных колебаниях (например, с щекой кривошипа). Пальцы вставлены в отверстия маятника и в отверстия диска с большими зазорами. За счет зазоров между пальцами и стенками отверстий, между пальцами и стенками отверстий маятник может совершать колебания. Крайние положения колеблющегося маятника показаны штрихпунктирными линиями. За счет этих колебаний маятника и будет происходить гашение крутильных колебаний вала.

С помощью антивибраторов гасят не только крутильные, но и продольно-изгибные колебания коленчатого вала, совершающиеся вследствие действия переменных радиальных сил. Гасители этих двух видов колебаний иногда объединяют в один узел.

На носовой конец коленчатого вала жестко насажена ступица антивибратора. Четыре маятника, предназначенные для гашения крутильных колебаний, соединены со ступицей двумя пальцами каждый. Пальцы имеют большие зазоры как в отверстиях ступицы, так и в отверстиях маятников. Это позволяет маятникам совершать качательные движения в плоскости, перпендикулярной оси вала, т. е. гасить крутильные колебания.

Два маятника соединены со ступицей двумя пальцами каждый с аналогичными зазорами. Эти маятники имеют возможность качаться в плоскости, проходящей через ось вала, т. е. гасить продольно-изгибные колебания.

Пальцы зафиксированы от осевого смещения заглушками, закрепленными на маятниках.

У мало- и среднеоборотных двигателей антивибраторы применения не нашли, так как получаются слишком громоздкими.

Общие понятия о крутильных колебаниях коленчатого вала дизеля. Антивибраторы

Чтобы ответить на вопрос, что такое крутильные колебания вала дизеля, представим себе стальной стержень, один конец которого жестко закреплен, а на другом находится маховик. Стержень возле маховика опирается на подшипник. Если к маховику приложить вращающий момент, то благодаря упругой деформации скручивания стержня маховик повернется на некоторый угол ф (рис. 66, а). Если отпустить маховик, произойдет упругое его раскручивание. Маховик, обладая некоторой массой и моментом инерции, начнет колебаться. Частота колебаний (число колебаний в секунду) маховика будет зависеть от массы, от распределения массы в зависимости от удаления ее от центра вращения, от жесткости стержня при кручении. Колебательная система — маховик — стержень, обладая определенными моментом инерции и жесткостью, будет иметь вполне определенную частоту колебаний (собственную частоту колебаний). Такие колебания системы, вызванные единичным приложением вращающего момента, называют свободными или собственными крутильными колебаниями. Если к системе (к стержню и маховику) не прикладывать повторно вращающий момент, то колебания бу дут постепенно затухать и маховик наконец остановится, заняв первоначальное свое положение в состоянии покоя.

Затухание колебаний происходит вследствие трения стержня в подшипнике, маховика о воздух, а также из-за внутримолекулярного трения в стержне. При колебаниях маховик поворачивается относительно своего первоначального положения на некоторый угол ф в ту и другую сторону и при затухающих колебаниях этот угол будет непрерывно уменьшаться. Отклонение маховика от первоначального положения называют амплитудой колебаний. При затухании колебаний независимо от уменьшения амплитуды частота колебаний остается постоянной. Очевидно, что для поддержания колебаний маховика нужно периодически прикладывать к нему внешний (возмущающий) момент.

Крутильные колебания, возникающие под влиянием внешних сил, называются вынужденными. Частота вынужденных колебаний равна частоте приложения возмущающих сил. Если частота вынужденных крутильных колебаний совпадает с частотой собственных, то возникает явление резонанса. При этом амплитуда колебаний будет возрастать до максимального размера, что может привести систему к разрушению. Рассмотренная выше система стержень-маховик имеет только одну частоту собственных колебаний и называется простой одномассовой системой. Если на длинном валу закрепить через определенные промежутки несколько маховиков и повернуть их на некоторый угол, закрутив тем самым участки вала между маховиками, а затем отпустить, то получим сложные крутильные колебания такой упРис 66. Одномассовая (а) и многомассовая (б) системы крутильных колебанийругой многомассовой системы. Система будет иметь не одну частоту собственных колебаний, а несколько (на единицу меньше числа закрепленных маховиков).

Коленчатый вал дизеля можно также представить себе состоящим из упругих участков, между которыми закреплены массы, представляющие собой кривошипы с присоединенными к ним шатунами и поршнями. К этой системе добавляется также вращающаяся масса якоря генератора, присоединенного к коленчатому валу через дизель-генераторную муфту.

Во время работы дизеля на коленчатый вал действуют усилия от давления газов на поршни и инерционные усилия от движущихся частей. Воздействия эти регулярно повторяются в определенной последовательности и с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала. Благодаря переменному характеру приложения вращающего момента массы, закрепленные на валу, будут совершать крутильные колебания, при которых происходит периодическое закручивание и раскручивание упругих участков вала. Крутильные колебания накладываются на установившееся вращение вала. Так как коленчатый вал дизеля имеет несколько вращающихся масс, то он имеет и несколько собственных частот крутильных колебаний. Например, коленчатый вал дизеля ПД1М, несущий шесть цилиндровых масс и массу генератора, имеет шесть собственных частот колебаний 5100, 13 700, 22 000 кол/мин и т. д. При работе дизеля частота изменения возмущающих сил — сил инерции и сил от давления газов — пропорциональна частоте вращения вала. Частоту возмущающей силы, равную частоте вращения вала дизеля (яд), называют основной частотой, или 1-й гармоникой. Возмущаю щие силы в дизелях обычно состоят из нескольких гармоник.

Если частота какой-либо гармонической составляющей совпадает с одной из собственных частот валопровода, то наступает резонанс. Частота вращения вала, при которой возникает резонанс, называется критической. Работа дизеля при критической частоте недопустима, так как при этом наблюдается тряска его, быстрый износ и разрушение подшипников, а иногда поломка коленчатого вала и других деталей.

Чтобы предотвратить эти явления, изменяют размеры вала, маховые массы, расположение их, увеличивают жесткость вала, уменьшают массу поршневой группы, с тем чтобы рабочий диапазон вращения вала удалить от критической частоты. Однако часто бывает и этого недостаточно, тогда для гашения резонансных крутильных колебаний применяют демпферы (гасители) или маятниковые антивибраторы. Устанавливают их обычно на конце вала.

Демпферы создают сопротивления крутильным колебаниям и гасят их энергию и при резонансных частотах снижают амплитуду углов поворота масс. Антивибраторы изменяют частоты собственных колебаний вала так, чтобы они не совпадали с гармоническими составляющими возбуждающих моментов.

Поясним работу маятникового антивибратора на простой схеме, показанной на рис. 67, а, б, в.

Прохождение груза из одного крайнего положения в другое, а затем возвращение его в первоначальное крайнее положение называется полным колебанием, а время прохождения грузов указанного расстояния — периодом колебания. На схеме (см. рнс. 67, а) груз А подвешен на стержне и при приложении силы совершает свободные колебания с определенной угловой амплитудой, максимальное значение которой составляет фь Подвесив к системе дополнительный груз Б (см. рис. 67, б) и приложив ту же силу, что и в первом случае, мы заметим, что амплитуда колебаний грузов будет меньше, о чем можно судить по углу ф2, и частота свободных колебаний будет другой чем частота колебаний груза А.

На этом принципе устроены и тепловозные антивибраторы маятникового типа. К диску 1 вала по периметру подвешиваются с ограниченной подвижностью дополнительные грузы 3 (см. рис. 67, в), положение которых при вращении вала определяет частоту и амплитуду свободных колебаний вала.

При равномерном вращении вала (ускорение е = 0) грузы 3 остаются в среднем положении. Если по какой-либо причине частота вращения вала начинает возрастать (е>0), приближаясь к критической, грузы 3 в силу своей инерционности будут сохранять первоначальную частоту вращения, отклоняясь назад и препятствуя закручиванию вала. При этом изменяется частота собственных его колебаний. Таким образом, колебательная система в резонанс не войдет вследствие изменения частоты собственных колебаний. И, наоборот, при уменьшении Рис. 68. Антивибратор:

1 — ступица; 2 груш; 3 — втулка; 4 — планка; «> пяльцычастоты вращения (е

Антивибраторы. Для борьбы с крутильными колебаниями коленчатых валов дизелей используют динамические маятниковые антивибраторы (у дизелей типа 1 ОД 100), демпферы вязкого трения (у некоторых дизелей типа Д49) либо комбинированные антивибраторы (у дизелей 2А-5Д49), представляющие собой комбинацию маятникового антивибратора с гасителем вязкого трения. На рис.

68 представлена конструкция антивибратора дизеля 10Д100. Стальная ступица 1, напрессованная на коленчатый вал дизеля, имеет во всех трех дисках по периметру отверстия с запрессованными втулками 3, в которые вставлены с зазором пальцы 5 (16 шт.). Пальцы в осевом направлении застопорены планками 4. На пальцах в два ряда подвешены также с зазором восемь одинаковых сегментообразных грузов 2.

Комплект пальцев антивибратора состоит из четырех их типов, отличающихся только наружным диаметром. Диаметр пальцев определяет настройку антивибратора на определенный порядок (гармонику) относительно собственной частоты крутильных колебаний коленчатых валов дизеля. Число пальцев каждого типа (одной настройки)- 4 шт. Для обеспечения правильной установки пальцев в отверстия ступицы на наружной цилиндрической поверхности крайних дисков ступицы А и Б против каждого отверстия выбиты цифры, соответствующие номеру (типу) того пальца, который должен стоять в этом отверстии. На торцах пальцев также выбиты соответствующие цифры.

Крутильные колебания коленчатого вала вызывают колебания грузов 2 в пределах зазоров между пальцами и втулками, что приводит к изменению собственной частоты колебаний коленчатого вала и предупреждает совпадение собственных и вынужденных частот.

Рассмотрим случай, когда коленчатый вал вращается с частотой вра щения ниже или выше критической. Тогда грузы под действием центробежных сил переместятся от центра в крайнее положение в пределах зазора между пальцами 5 и отверстиями, но как только коленчатый вал начнет работать на критической частоте вращения, например при 550 об/мин, то одна пара грузов, рассчитанная для гашения этих резонансных колебаний, придет в действие, а именно: при увеличении частоты вращения коленчатого вала грузы в силу инерции будут стремиться сохранить прежнюю частоту вращения, а следовательно, отставать на некоторый угол и препятствовать закручиванию вала. При уменьшении частоты вращения вала, наоборот, частота вращения грузов будет опережать частоту его вращения, а следовательно, препятствовать закручиванию вала в другую сторону.

В эксплуатации вследствие каких-либо нарушений крутильные колебания могут возникать и в рабочем диапазоне частоты вращения. Появление крутильных колебаний можно обнаружить, изменяя частоту вращения вала дизеля. При приближении к критической частоте увеличивается шум в дизеле, отмечается неустойчивая его работа. Крутильные колебания будут проявляться только на определенной частоте вращения; при увеличении или уменьшении частоты они прекращаются.

Значительное усиление крутильных колебаний может произойти при увеличении подачи топлива в один или несколько цилиндров. Крутильные колебания валов на дизелях 1 ОД 100 в эксплуатации могут возникать при большом износе валиков антивибратора, нарушениях в сборке антивибратора, при заклинивании его грузов.

Маятниковый антивибратор дизеля 2А-5Д49 принципиально устроен одинаково с антивибратором дизеля 1 ОД 100. Его ступица имеет два диска, между которыми на пальцах подвешены с зазором в соединении шесть грузов, четыре из которых настроены на одну частоту, а два других — на другую.

Антивибратор (демпфер) вязкого трения (см. рис. 58, поз. 1) состоит из корпуса, заполненного вязкой силиконовой жидкостью (жидким каучуком). Внутри корпуса размещен маховик, направляемый двумя боковыми кольцами. Действие демпфера основано на поглощении энергии колебаний за счет трения между инерционной массой и вязкой жидкостью. Когда коленчатый вал дизеля вращается равномерно, то маховик за счет сил трения между ним и жидкостью также будет вращаться с равномерной скоростью. Если возникают крутильные колебания на валу дизеля, то благодаря наличию вязкого трения энергия колебаний будет поглощаться.

Комбинированный антивибратор состоит из маятникового антивибратора и демпфера вязкого трения, присоединенных друг к другу.

Комбинированные антивибраторы снижают напряжение от крутильных колебаний в 1,5 раза по сравнению с силиконовыми демпферами.

На коленчатых валах дизелей ПД1М антивибраторы не применяют, поскольку критическая частота вращения находится вне зоны рабочей частоты вращения коленчатого вала. Это достигнуто благодаря применению алюминиевых поршней вместо чугунных и увеличению жесткости коленчатого вала.

⇐ | Коренные подшипники | | Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт | | Поршни | ⇒

Что такое крутильная вибрация? — АТА

Тенденция двигателей внутреннего сгорания заключается в том, что они становятся меньше и эффективнее за счет использования турбонагнетателей и/или нагнетателей для эффективного увеличения удельной мощности на рабочий объем поршней. Это увеличение удельной мощности создаст значительно большие нагрузки на компоненты, приводимые в движение коленчатым валом, особенно на масляный насос, поскольку он обычно приводится непосредственно коленчатым валом. Источником напряжений являются внезапные импульсы дымовых газов и инерция геометрии вращения кривошипов. При каждом сгорании коленчатый вал скручивается, а затем отскакивает, как эластичная лента. Серия этих резких крутящих движений происходит несколько раз за один оборот коленчатого вала. Это вращательное движение называется крутильными колебаниями.

Известно, что крутильная вибрация выходит из строя шестеренчатого ротора масляных насосов. Как правило, отказ возникает во время испытаний на динамометрическом стенде двигателя на предприятии OEM. Сбой на этом этапе не только очень дорог и требует много времени, но и плохо отражается на репутации поставщика масляного насоса.

Поставщик масляного насоса должен нести ответственность за подтверждение того, что его продукт соответствует назначению, когда он поставляется OEM для тестирования. Существуют определенные конструктивные соображения и расчеты теоретических напряжений, которые можно применить, но окончательной проверкой является испытание компонента. Для проверки компонента не обязательно иметь под рукой динамометр двигателя. Даже если бы он был доступен, пульсации крутящего момента одного двигателя отличались бы от другого, так что это все равно не было бы идеальным.


Теперь некоторые из вас, вероятно, задаются вопросом: «Почему мы не можем просто воспроизвести вывод двигателя?». Ну, вы что-то делаете, но, к сожалению, это немного сложнее, чем вы думаете. Представьте, что трубка вращается с постоянной скоростью, и пока трубка вращается, добавьте дрожащее движение. Трудность заключается в том, чтобы вызвать и наложить крутильные пульсации на компонент за очень короткий промежуток времени, поскольку скорость двигателя будет меняться от 10 до более 100 раз в секунду, поэтому требуемая пульсация должна происходить в течение примерно одной тысячной секунды. Для этого требуется большой крутящий момент для ускорения приводного вала (представляющего собой коленчатый вал) по часовой стрелке и против часовой стрелки, в то время как испытуемый компонент вращается с номинальной скоростью.

В ATA мы разрабатываем новый модуль для имитации пульсаций крутящего момента. Мы изучили рынок и обнаружили, что существуют системы измерения пульсации крутящего момента, но они, как правило, разрабатывались для измерения неуравновешенного крутящего момента турбин для выработки электроэнергии с валами диаметром порядка 200 мм. Эти машины чрезвычайно дороги и не подходят для автомобильного применения. Наш новый модуль был специально разработан для воссоздания крутильных колебаний, которые автомобильный двигатель внутреннего сгорания воздействует на компонент трансмиссии. Например, масляный насос двигателя сможет работать, перекачивая масло в нормальном рабочем режиме, и в то же время испытывать крутильные колебания на приводном валу.

ATA имеет большой опыт предоставления надежных систем для испытаний на долговечность масляных насосов. Этот новый модуль будет доступен в качестве опции для наших систем тестирования механических насосов в ближайшем будущем. Величину крутильных колебаний можно будет контролировать, чтобы тестируемый компонент можно было испытывать с различными номинальными скоростями и профилями пульсаций крутящего момента.

Таким образом, мы добились больших успехов в разработке модуля, который может уменьшить потребность в динамометрах двигателя при разработке компонентов силовой передачи.

Если у вас есть какие-либо вопросы по этому модулю и/или вы хотите присоединиться к нам, чтобы стать лидером в области инноваций, свяжитесь с нами. Если вы нашли этот пост информативным и интересным, расскажите об этом нам и другим. Просто оставьте комментарий ниже и/или поделитесь им в своих социальных сетях. В любом случае, мы ценим вашу цифровую посещаемость и с нетерпением ждем возможности выпускать больше подобного контента.

 

Узнайте больше на https://www.advancedta.com/ata-dynamics

УСЛУГИ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ ИМПУЛЬСОВ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Майкл Коста крутящий момент, крутильные колебания, пульсация крутящего момента, динамометры двигателя, зубчатый ротор, моделирование двигателя, английский язык, имитация крутильных колебаний

0 лайков

Каковы причины и последствия крутильных колебаний коленчатого вала Архив

Вопросы и ответы для морских инженеров – Часть 1

Объясните термин гидравлический удар, указывающий на возможное воздействие на систему?

Гидроудар возникает при попадании пара в холодный трубопровод. Пар конденсируется, образуя как воду, так и вакуум (когда вода изолирует трубопровод от подачи пара). Этот вакуум заставляет водяную пробку втягиваться в закрытый конец трубы с увеличением скорости, создавая большие силы удара по трубопроводу. Эта сила удара может быть достаточно высокой, чтобы разорвать трубопровод.

Укажите, как можно избежать риска гидравлического удара?

Гидравлический удар можно избежать, медленно вводя пар в холодную линию и сливая/выпуская воздух из холодной линии, чтобы свести к минимуму образование вакуума и облегчить слив конденсата.

Укажите причины необходимости проверки и обработки котловой воды?

Проверка котловой воды важна для определения того, что:

  • Уровень хлоридов находится в допустимых пределах (ниже 200 частей на миллион) для предотвращения твердой накипи и точечной коррозии
  • Допускается запас котловых химикатов в котловой воде (P Alk выше 100 ppm, фосфат выше 20 ppm)

Обработка котловой воды химикатами обеспечит:

  • Запас щелочности от коррозии котловой воды
  • Образование накипи сведено к минимуму
  • Существует достаточное количество коагулянта, чтобы свести к минимуму накопление шлама внутри котла
  • Прочность корпуса котла сохраняется

Приведите причины, как можно свести к минимуму проблемы с котлом, если невозможна немедленная очистка воды и необходимо поддерживать подачу пара?

Проблемы с котлом можно свести к минимуму путем:

  • Уменьшения паровой нагрузки и потребления вспомогательного котла для снижения температуры горения
  • Обеспечение температуры подачи в горячем колодце на рекомендуемом уровне 95 °C для минимизации уровня кислорода в подаче
  • Сведите к минимуму продувку котловой воды, не допуская при этом чрезмерного уровня хлоридов, чтобы избежать потерь химикатов котла

Почему износ коренных подшипников имеет решающее значение для состояния системы коленчатого и гребного вала на судах?

На рабочие напряжения, присутствующие в коленчатом валу, влияют присутствующие напряжения изгиба. Если соосность коленчатого вала полностью прямая, то изгибающие напряжения минимальны, но если происходит неравномерный износ коренных подшипников, эти изгибающие напряжения значительно возрастают.

Когда коренные подшипники изнашиваются, положение коленчатого вала относительно карданного вала изменяется. Этот износ увеличит изгибающее напряжение на карданном валу и внешний момент на границе раздела двигатель/вал, увеличивая напряжения на коленчатом валу.

Когда коленчатый вал подвергается таким высоким нагрузкам, небольшие дефекты внутри вала могут развиться и перерасти в трещины, которые могут привести к выходу вала из строя.

Почему в обычном составном коленчатом валу основного двигателя полностью полагаются на фрикционное сцепление?

Фрикционный захват является обычным методом изготовления сборного коленчатого вала. Это сцепление подвергается полному крутящему моменту двигателя и, следовательно, подвергается высоким напряжениям кручения. Если в этом соединении есть какие-либо дефекты, то возникающая в результате концентрация напряжений может вызвать трещину и возможный выход вала из строя.

Чтобы свести к минимуму возможность таких дефектов, в соответствии с Правилами классификации конструкций коленчатых валов допускается только сцепление с трением, поэтому штифты, шпонки и т. д. не допускаются.

Почему смазочные отверстия имеют большие галтели в шатунных шейках и шейках?

Рост дефекта из небольшого поверхностного дефекта в трещину, которая распространяется через материал вала, требует высоких уровней напряжения. Такие уровни напряжения возможны, когда напряжение сосредоточено на смене сечения. Нефтяное отверстие по своей природе увеличивает локальные уровни напряжения, и, таким образом, чтобы свести к минимуму это увеличение, масляное отверстие будет иметь значительный радиус на поверхности. Размер этого радиуса будет значительно влиять на местные уровни напряжения, и его следует тщательно контролировать при изготовлении коленчатого вала и возможном ремонте поверхности шатунной шейки путем шлифования.

Каковы причины и последствия крутильных колебаний коленчатого вала?

Торсионные колебания присущи дизельным двигателям из-за различного крутящего момента, создаваемого поршнем и кривошипом каждого цилиндра. Это изменение крутящего момента дополнительно усугубляется расположением порядка зажигания коленчатого вала.

Эффект таких вибраций заключается в увеличении напряжения сдвига и, следовательно, уровней общего напряжения, воспринимаемого коленчатым валом при эксплуатации, когда присутствуют другие напряжения, такие как нагрузки изгиба и сгорания.

Что подразумевается под критической скоростью и почему это может быть проблемой на кораблях?

Критическая скорость вала возникает, когда скорость вращения вала находится на резонансных условиях или близка к ним. В этом состоянии крутильная вибрация вала значительно возрастает и создает очень высокое напряжение сдвига на коленчатом валу. Такие уровни нагрузки могут даже привести к отказу коленчатого вала.

Что такое термин усталостное растрескивание и укажите причины двух факторов работы коленчатого вала, которые имеют


наибольшее влияние на вероятность усталостного растрескивания ?

Усталостное растрескивание возникает, когда основная причина распространения трещин связана с переменным характером напряжения, приложенного к компоненту. Следующие факторы могут вызвать усталостное растрескивание:

  • Высокие давления сгорания, увеличивающие изгибающее напряжение, прикладываемое к каждому повороту коленчатого вала
  • Чрезмерный изгиб коленчатого вала из-за отказа коренного подшипника, что увеличивает изгибные напряжения коленчатого вала.

Каким образом детюнер или гаситель крутильных колебаний может снизить воздействие крутильных колебаний?

Установка детюнера или виброгасителя снизит уровень вибрации коленчатого вала при работе в зонах с высокой крутильной вибрацией, например, вблизи или в пределах критического диапазона скоростей. Расстройка изменит жесткость вала и, следовательно, собственную частоту, тем самым отделив частоту возбуждения от собственной частоты компонента, тогда как демпфер будет поглощать вибрацию внутри вала, уменьшая влияние крутильных колебаний.

Объясните, как определяется усталостное разрушение?

Усталостное разрушение начинается с источника напряжения или дефекта, затем в материале возникает трещина, прежде чем вызвать внезапное разрушение. Развитие трещины показано как гладкое волнистое образование, известное как бороздки или пляжные следы, в то время как внезапное разрушение представляет собой классический хрупкий излом с шероховатым внешним видом.

Опишите, как может образоваться усталостная трещина?

Место инициации будет там, где локальное напряжение достаточно велико, чтобы увеличить количество мельчайших трещин, возникающих на поверхности металла. Напряжение может быть увеличено локально из-за дефекта поверхности или даже из-за чрезмерной концентрации напряжения, вызванной высоким приложенным напряжением.

Основными причинами усталостных трещин являются:

Концентраторы напряжения

Их можно уменьшить, обеспечив гладкую поверхность во всех областях, где прилагается высокое напряжение, особенно в области радиусов перемычки/штифта

Смазочные отверстия

Они должны быть по возможности сведена к минимуму, а отверстие для смазочного отверстия иметь широкий и гладкий радиус .

Напряжение, приложенное к закаленным материалам

Усталостные трещины могут расти быстрее, если материал более твердый, поскольку дислокации в металле концентрируют напряжение на меньшей площади структуры материала, поэтому любое упрочнение шатунных шеек не должно применяться к сильно нагруженные радиусы.

Опишите события, приведшие к взрыву картера главного двигателя?

Атмосфера внутри картера стабильна и не допускает возгорания или взрыва, поскольку отсутствует воспламенение или источник топлива.

Следовательно, первым событием является образование взрывоопасной смеси. Это происходит, когда смазочное масло в картере нагревается от «горячей точки», и смазочное масло, соприкасающееся с ней, испаряется. Затем испарившееся масло поднимается внутри картера, а затем конденсируется в более холодной части картера. Образовавшийся белый туман находится во взрывоопасном диапазоне и поэтому легко воспламеняется.

Вторым событием является воспламенение этого белого тумана от той же или другой горячей точки внутри картера. При воспламенении масляного тумана произойдет взрыв картера, что повысит давление внутри картера.

Укажите, каким образом может быть указан перегрев помимо датчика запотевания?

Одной из распространенных областей перегрева являются различные подшипники в картере. Следовательно, датчики температуры подшипников могут использоваться для индикации того, что подшипник перегревается и может быть местом образования масляного тумана.

Укажите, как ограничивается опасность взрыва картера?

Быстрое повышение давления в картере может привести к разрыву конструкции двигателя, что приведет к физическому повреждению и распространению пламени по пространству машинного отделения, что приведет к травмам персонала. Это повышение давления ограничено установленным законом предохранительным люком, установленным на картере. Эти двери откроются, когда давление поднимется выше 0,02–0,1 бар, и предотвратят избыточное давление в конструкции двигателя. Двери также выполняют дополнительную функцию предотвращения попадания свежего воздуха в картер, где присутствуют горячие горючие газы, за счет быстрого закрытия разгрузочной дверцы.

Выброс пламени в прошлом вызывал серьезные ожоги у персонала во время взрыва картера, несмотря на добавление пламегасителей. Обсудите процедуру в случае обнаружения перегрева?

Поскольку взрыв является неконтролируемым событием, необходимо уделить особое внимание обеспечению безопасности инженеров в машинном отделении. MAN B&W рекомендует:

  1. Немедленно отойти от дверцы картера
  2. Снизьте скорость до медленной и попросите мостик остановиться
  3. При остановке двигателя закрыть подачу топлива
  4. Останов вспомогательных вентиляторов
  5. Открыть световой люк и/или люк для хранения
  6. Покинуть машинное отделение
  7. Запирайте входные двери машинного отделения и держитесь подальше от них
  8. Подготовьте противопожарное оборудование.
  9. Не открывайте картер в течение как минимум 20 минут после остановки двигателя и убедитесь, что аварийный сигнал датчика масляного тумана (или монитор температуры подшипников) сброшен
  10. Остановить циркуляционный насос LO. Перекройте подачу воздуха и включите поворотный механизм.
  11. Найдите «горячую точку» (источник перегрева масла)
  12. Произвести постоянный ремонт неисправности

Какие проблемы связаны с эффективной смазкой гильзы и узла поршня большого тихоходного двигателя?

Эффективная смазка узла гильзы цилиндра и поршня требует постоянной подачи смазки по всей поверхности гильзы, и это движение поршня будет создавать давление масла, необходимое для разделения поверхностей.

Однако в реальной ситуации возникают следующие проблемы:

  • Масло впрыскивается в определенные точки, что может привести к избыточной подаче в точках подачи и недостаточной подаче вдали от этих точек
  • Обычно используемое остаточное топливо содержит кислоты и абразивы, которые снижают смазывающие свойства масла
  • Нормальная работа поршня приводит к тому, что движение поршня останавливается в верхней мертвой точке, в результате чего любое давление масла, возникающее между кольцом и гильзой, падает 
  • Высокие температуры в верхней мертвой точке снижают эффективность смазки
  • Скорость подачи смазочного материала обычно регулируется частотой вращения двигателя, что вызывает несоответствие между фактическими потребностями в смазочном масле в широком диапазоне работы двигателя, при этом обычно слишком малое количество масла впрыскивается при малых нагрузках и во время работы двигателя. изменения нагрузки.

Опишите внешний вид и укажите причины появления клеверных листьев и микрозадиров на гильзах цилиндров?

Клеверный лист возникает, когда подача смазочного масла неравномерна вокруг радиального отверстия гильзы. Нормальным эффектом является снижение щелочности масла вдали от точки впрыска, поэтому, если масло становится кислым, это приводит к высокой скорости коррозионного износа. Это приведет к неравномерной скорости износа отверстия, причем сильный износ будет происходить в областях, наиболее удаленных от точек впрыска масла.

Микрозадиры возникают, когда гильза и материал поршневого кольца сдавливаются друг с другом, вызывая локальную сварку материала при отсутствии достаточного количества смазочного масла. Причинами являются недостаточное количество масла и/или избыточное давление в цилиндре, что приводит к большим силам контакта кольца с гильзой. Внешний вид представляет собой сильные царапины/разрывы в вертикальном направлении вместе с локальным отверждением материала кольца и вкладыша.

Опишите состав цилиндрового масла, подходящего для главного двигателя, работающего на остаточном топливе?

Для цилиндрового масла потребуется:

  • Достаточная вязкость для разделения поверхностей в условиях высокой нагрузки
  • Достаточный щелочной резерв для нейтрализации кислот, образующихся при сгорании остаточного мазута
  • Высокое содержание моющего средства для поддержания чистоты поршневых колец и свободного движения колец
  • Уровень противоизносных свойств для минимизации микрозадиров
  • Способность сгорать без остатка

Применительно к мостовому управлению большим тихоходным двигателем MAN B&W поясните, как осуществляется запуск и реверсирование?

Для больших двигателей управление мостиком достигается за счет использования телеграфа для выбора желаемой скорости и направления. Когда мостовой телеграф находится в положении «Стоп», впрыск топлива предотвращается, поскольку на пробивные клапаны топливного насоса подается питание. Когда мостовой телеграф переводится на команду вперед, воздушные пусковые и топливные кулачки устанавливаются в нужном направлении и подается команда пуска. Это позволит подать пусковой воздух в двигатель. Как только двигатель вращается выше начальной скорости, воздух перекрывается и подается топливо. Количество допущенного топлива будет зависеть от положения рукоятки телеграфа, т. е. медленное движение вперед, полное движение вперед и т. д.0118 перевернуты. После того, как воздушный пуск будет изменен, двигатель запустится так же, как и для опережающего пуска.

Опишите расследование и необходимые меры по исправлению положения, если двигатель не включает подачу воздуха?

Если двигатель не запускается на воздухе, необходимо изучить следующие вопросы и принять меры по исправлению положения.

  • Нет давления воздуха в коллекторе двигателя. Клапаны воздушного ресивера будут проверены и открыты, если обнаружат, что они закрыты.
  • Низкое давление воздуха в коллекторе двигателя. Это может указывать на то, что воздушные компрессоры либо не работают, либо используется избыточный воздух. Все воздушные компрессоры будут запущены, а использование воздуха будет ограничено только маневрированием двигателя.
  • Поворотный механизм включен. Положение поворотного механизма и блокировочный выключатель проверяются визуально. Шестерня будет удалена, если окажется включенной.

Опишите расследование и необходимые меры по исправлению положения, если двигатель включает воздух, но не работает на топливе?

Если двигатель не запускается на топливе, необходимо изучить следующие вопросы и принять меры по исправлению положения.

  • Проверьте все еще активные отключения. Будет проверена панель отключения, и, если отключение будет активным, будет исследована причина, и система будет приведена в рабочее состояние. После этого будет нажата кнопка сброса отключения.
  • Низкое давление топлива в коллекторе двигателя. Топливная система будет исследована, все клапаны проверены на открытие, а все бустерные и питающие насосы проверены на работу.
  • Заедание топливной тяги. Действие топливной тяги будет проверено во время запуска. Топливная тяга должна допускать «начальный уровень» топлива после завершения последовательности запуска двигателя. Физическое движение топливной тяги будет проверено, а любое механическое трение уменьшено за счет смазки.

Опишите расследование и меры по исправлению положения, если двигатель не реверсирует?

Если двигатель не реверсирует, будут исследованы следующие моменты и предприняты корректирующие действия.

  • Пневмопускатель не реверсивный. Органы управления двигателем будут перемещаться вперед и назад, наблюдая за движением распределителя воздушного запуска. Если распределитель не движется, следует проверить пневмоцилиндр сервопривода, чтобы убедиться, что он свободно перемещается, а также что воздух поступает и выпускается по мере необходимости для достижения требуемого движения.
  • Клапан пуска воздуха не открывается. Возможно, что распределитель воздуха работает в обратном направлении, как и ожидалось, но требуемый пусковой клапан подачи воздуха не открывается для вращения двигателя в новом направлении.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *