Определение общих закономерностей появления повышенной вибрации на больших рыболовных траулерах типа «Прометей»

УДК 629.123.011.1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПОЯВЛЕНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ВИБРАЦИИ  НА БОЛЬШИХ РЫБОЛОВНЫХ ТРАУЛЕРАХ ТИПА «ПРОМЕТЕЙ»

Представлены результаты вибрационных условий обитаемости, полученные в результате натурных испытаний больших рыболовных траулеров типа «ПРОМЕТЕЙ». Определены общие закономерности появления повышенной вибрации палубных перекрытий в жилых помещениях судов этого типа.

вибрация, санитарные нормы вибрации, натурные испытания, большие рыболовные траулеры

В условиях рыночной экономики вопросам экономической эффективности, безопасности мореплавания и обеспечения надлежащих условий обитаемости на судах различного назначения уделяется повышенное внимание. Следует отметить, что одним из важных показателей качества судна является его вибрационное состояние, которое оказывает существенное влияние на здоровье людей. Воздействие  вибрации на организм человека необходимо рассматривать как серьезную дополнительную нагрузку, вызывающую целый комплекс неблагоприятных изменений в жизненно важных системах человека, приводящих к существенному снижению его работоспособности и возникновению заболеваний. Поэтому уровни вибрации в обитаемых помещениях рыболовных судов следует считать одним основных показателей комфортности и безопасности мореплавания, а введение в действие санитарных норм вибрации на судах - важной государственной задачей, предназначенной обеспечить необходимые условия вибрационной обитаемости для экипажей судов и пассажиров. Следует отметить то, что санитарные нормы вибрации не только расширили регламентируемый частотный диапазон и ужесточили требования к предельно допустимым уровням вибрации в местах пребывания людей, но и создали предпосылки для системного анализа вибрационных условий обитаемости на действующих судах. С этой точки зрения, необходимы натурные исследования вибрационных условий обитаемости на  судах, так как  они позволяют не только определить  превышение санитарных норм вибрации в обитаемых помещениях и оценить их величину, но и выявить определенные закономерности появления повышенной вибрации. 

Основной задачей исследований вибрационного состояния на больших рыболовных судах (БМРТ) типа «ПРОМЕТЕЙ» являлось:

определение уровней вибрации в обитаемых помещениях судна; оценка влияния состояния загрузки судна и режимов его эксплуатации (режимы перехода и траления) на уровень вибрации палуб в жилых помещениях; определение закономерностей проявления повышенной вибрации палуб в жилых помещениях; обоснование причин появления повышенной вибрации в обитаемых помещениях.

В качестве объекта исследований выбран БМРТ типа «ПРОМЕТЕЙ». Рассмотрены результаты вибрационных исследований на промысловых судах РТМС «КАЛЬПЕР», РТМС «ТАМУЛА» и  учебном - промысловом судне (УПС) «ПРИЗВАНИЕ». Для оценки вибрационных условий обитаемости использованы данные, представленные в «Атласе вибрационной обстановки на судах флота рыбной промышленности»  [1,2].  При проведении исследований на этих судах, уровень волнения моря не превышал 2 баллов. Замеры параметров вибрации палуб в вертикальном направлении на  РТМС «КАЛЬПЕР» и РТМС «ТАМУЛА» выполнены  на ходовых испытаниях (полный ход, V=14,6 узлов) с использованием виброметра типа 8306 и измерительного прибора СМ 231 («Брюль и Къер», Дания). Все замеры параметров вибрации на УПС «ПРИЗВАНИЕ» выполнены автором статьи для двух  вариантов загрузки судна, соответствующих состоянию его выхода на промысел с полными запасами и снятию с промысла с полным грузом, в режиме полного хода и траления. Для измерения параметров вибрации палуб в вертикальном, поперечном и продольном направлениях  использован виброанализатор 3513, состоящий из виброметра 2511 и перестраиваемого фильтра 1621 («Брюль и Къер», Дания). Обработка результатов натурных испытаний и их сопоставление с санитарными нормами вибрации выполнены с использованием программного обеспечения «Excel» и представлена на рис. 1-8. В качестве предельно допустимых величин вибрации в местах пребывания экипажа и пассажиров  в работе приняты логарифмические (дБ) уровни средних квадратичных значений виброскорости в октавных полосах частот со средними геометрическими частотами 2, 4, 8, 16, 31,5, 63 Гц  и представлены на рисунках предельным спектром вибрации (ПСВ).

Анализ результатов вибрационных испытаний на УПС «ПРИЗВАНИЕ» показал, что уровень вибрации  в вертикальном направлении превышает санитарные нормы вибрации в жилых помещениях для двух рассмотренных вариантов загрузки судна на ходовом режиме (рис. 1 и 2) в октавных полосах частот со средними геометрическими частотами 4, 8, 16, 31,5 Гц. Сопоставление уровней вибрации в вертикальном направлении  судов УПС «ПРИЗВАНИЕ», РТМС «КАЛЬПЕР» и РТМС «ТАМУЛА» (см. рис.1- 4) показало, что характер распределения  уровней вибрации достаточно схож. Отличия самих величин уровней вибрации на рассмотренных судах можно объяснить различным состоянием их загрузки и отклонениями при выборе исследуемых помещений. Так, водоизмещение судна УПС «ПРИЗВАНИЕ» в  варианте выхода на промысел составляло 4615т. Водоизмещение  РТМС «КАЛЬПЕР» и РТМС «ТАМУЛА» на  ходовых испытаниях составляло 3250 т. Исследование уровней вибрации в горизонтальном направлении на УПС «ПРИЗВАНИЕ» показало, что характер распределения и уровень превышения санитарных норм вибрации для ходового режима и режима траления достаточно близки (см. рис. 5 и 6). Такие результаты  натурных вибрационных испытаний позволяют в первом приближении считать, что общие закономерности изменения параметров вибрации на ходовом режиме должны  соблюдаться и на режиме траления.

Рис. 1. Уровни вертикальной вибрации палуб в жилых помещениях на УПС «ПРИЗВАНИЕ» в ходовом режиме  при состоянии нагрузки 100% запасов

Рис. 2. Уровни вертикальной вибрации палуб в жилых помещениях на УПС «ПРИЗВАНИЕ» в ходовом режиме при состоянии нагрузки 100% груза и 50% запасов

Рис. 3. Уровни вертикальной вибрации  палуб в жилых помещениях на БМРТ «КАЛЬПЕР» в режиме  ходовых испытаний

Рис. 4. Уровни вертикальной вибрации палуб в жилых помещениях на БМРТ «ТАМУЛА» в режиме  ходовых испытаний

Рис. 5. Уровни горизонтальной вибрации палуб в жилых помещениях на УПС «ПРИЗВАНИЕ» в ходовом режиме при состоянии нагрузки 100% груза и 50% запасов

Рис. 6. Уровни горизонтальной вибрации палуб в жилых помещениях на УПС «ПРИЗВАНИЕ» в режиме траления при состоянии нагрузки 100% груза и 50% запасов

На рис. 7 и 8 показаны уровни продольной вибрации палуб в жилых помещениях на УПС «ПРИЗВАНИЕ».

Рис. 7. Уровни продольной вибрации палуб в жилых помещениях на УПС

«ПРИЗВАНИЕ» в ходовом режиме при состоянии нагрузки  100% запасов

Рис. 8. Уровни продольной вибрации палуб в жилых помещениях на УПС

«ПРИЗВАНИЕ» в режиме траления при состоянии нагрузки 100% запасов

Как показали результаты натурных испытаний,  уровни продольной вибрации на ходовых режимах (см. рис. 7) соответствуют  требованиям санитарных норм вибрации, а  уровни ходовой вибрации на режиме траления (см. рис. 8) имеют существенные превышения  для ряда жилых помещений в октавных полосах частот со средними геометрическими частотами 4, 16, 31,5, 63 Гц.

Учитывая, что главными инструментами изучения причин появления повышенной вибрации, возникающей в процессе эксплуатации судна, являются расчетные модели и алгоритмы исследований [3], в работе использованы расчетная модель БМРТ типа «ПРОМЕТЕЙ» и алгоритм расчетов частот собственных вертикальных и горизонтальных колебаний его корпуса для ходовых режимов. Рассмотрены основные расчетные варианты загрузки судна: от  состояния порожнем до состояния выхода на промысел с полными запасами и снятия с промысла с полным грузом. Расчеты частот собственных вертикальных и горизонтальных колебаний выполнены методом конечных элементов с использованием программного обеспечения ANSYS [4]. Корпус исследуемого судна представлен  балочной расчетной моделью, состоящей из 20 элементов с характеристиками жесткости и масс, соответствующих судам рассматриваемого типа. Для расчетов присоединенных масс воды использовано методическое обеспечение [5]. В расчетах учтена деформация сдвига при колебаниях.

Целью выполнения расчетов являлось определение возможных вариантов попадания корпуса судна в резонансный режим и объяснение причин появления повышенной вибрации  в октавных полосах частот со средними геометрическими частотами  4, 8, 16, 31,5 Гц на рассмотренных выше судах. Результаты расчётов ожидаемых частот вертикальных и горизонтальных колебаний корпуса судна БМРТ типа «ПРОМЕТЕЙ» приведены в табл. 1. В табл. 2 представлены соответственно возможные частоты возмущающих сил от главного двигателя и винта. Основными гармониками (табл. 1, 2), обуславливающими возможную ходовую вибрацию корпуса судна для рассматриваемых вариантов загрузки, являются:

частота вращения винта =3,57 Гц, близкая к частоте собственных горизонтальных колебаний для всех вариантов загрузки судна; первая лопастная частота =10,7 Гц, близкая к частоте собственных горизонтальных колебаний корпуса судна по третьему тону ; вторая лопастная частота =21,4 Гц, близкая к частоте собственных горизонтальных колебаний корпуса судна по пятому тону и вертикальных колебаний по шестому тону; частота =3,57 Гц, индуцируемая главным двигателем, может являться причиной повышенных  колебаний корпуса судна по первому тону ; частота =5,35 Гц, индуцируемая главным двигателем, может являться причиной повышенных вертикальных колебаний корпуса судна по второму тону ; частота =14,28 Гц, индуцируемая главным двигателем, может являться причиной повышенных вертикальных колебаний корпуса судна по четвертому тону.

Таблица 1. Ожидаемые частоты колебаний корпуса  БМРТ типа «ПРОМЕТЕЙ»

Вариант  Вариант	Состояние загрузки судна	Водо - изме- щение, т	Вид колебания	Собственная частота колебаний, Гц
1	Порожнём	3211	Верти-кальное	3,04	6,49	10,17	15,28	19,65	23,55
2	50% запасов +100% груза	5280	Верти-  кальное	2,37	5,35	8,71	13,23	16,90	20,08
3	100% запасов	4965	Верти-  кальное	2,49	5,41	8,68	12,78	16,41	19,61
4	Порожнем	3211	Горизон-  тальное	4,39	9,27	14,60	21,27	27,76	33,44
5	50% запасов  +100% груза	5280	Горизон - тальное	3,25	7,31	11,43	16,86	22,15	27,03
6	100%  запасов	4965	Горизон-  тальное	3,37	7,21	11,13	16,10	21,59	26,15

Таблица 2. Частоты возмущающих сил БМРТ типа «ПРОМЕТЕЙ»

Параметры	Источник вибрации
Главный двигатель	Гребной винт
Порядок	1,0	1,5	2,0	4,0	8,0	I	III	VI
Частота, Гц	3,57	5,35	7,14	14,28	28,56	3,57	10,7	21,4

ВЫВОДЫ

Выполнен сопоставительный анализ уровней вертикальной вибрации палубных перекрытий жилых помещений в диапазоне частот, регламентируемых санитарными нормами вибрации, полученными по результатам натурных испытаний трех больших рыболовных траулеров.

Определены общие закономерности проявления повышенной вибрации палубных перекрытий на больших  рыболовных судах как на ходовом режиме, так и режиме траления, в октавных полосах частот со средними геометрическими частотами 2, 4, 8, 16, 31,5 Гц.

Выполненные расчеты частот собственных колебаний в вертикальном и горизонтальном направлениях показали, что повышенная вибрация палубных перекрытий в определенной мере обусловлена резонансными колебаниями корпуса рыболовного судна.

По результатам натурных испытаний установлено, что превышение уровня санитарных норм вибрации в вертикальном и горизонтальном направлениях для вариантов состояния загрузки судна выхода на промысел со 100% запасов и возвращения с промысла со 100% груза на ходовых режимах имеют одинаковый характер, см. рис. 1-5.

Установлено, что уровни продольной вибрации палуб на ходовых режимах не существенны, однако высокий уровень продольной вибрации на режиме траления обуславливает необходимость более глубокого изучения вибрации для этого режима эксплуатации рыболовного судна.

Одной из важных задач, направленных на борьбу с повышенной вибрацией рыболовных судов различных типов, является разработка математической модели для изучения вибрации судна на режимах траления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Атлас вибрационной обстановки на судах флота рыбной промышленности. - Калининград, КТИ,1983.- Т.1. - 155с. Атлас вибрационной обстановки на судах флота рыбной промышленности. - Калининград, КТИ,1983. - Т. 2. - 290с. Александров с вибрацией на судах / , , . - СПб.: Мор Вест, 2005. – 424с., ил. ANSYS для инженеров: справ. пособие/ , , .-М.:Машиностроение, 2004.-512с., ил. Короткин массы судостроительных конструкций: справочник/ . – СПб.: Мор Вест, 2007.- 448с., ил.

DEFINITION OF THE GENERAL LAWS OF OCCURRENCE OF THE RAISED VIBRATION ON THE BIG FISHING SHIPS OF TYPE "PROMETEJ"

S. V. Dyatchenko

Results of vibrating conditions habitability, received as a result of natural tests of the big fishing ships of type "Prometej" are presented. The general laws of occurrence of the raised vibration of deck overlappings in premises of ships of this type are defined.