Упруго-инерционные элементы как средство снижения колебаний давления в рабочих средах трубопроводных систем

М.В. Куклин
ОАО «ПО «Севмаш»,
г. Северодвинск

Низкочастотные колебания в судовых гидравлических системах – одна из основных причин снижения их надежности и долговечности. Для снижения таких колебаний возможно использование глушителей гидродинамического шума – резонаторов Гельмгольца, которые устанавливаются в качестве ответвлений судовых трубопроводов [1,2]. Чем ниже частотный диапазон снижения гидродинамического шума, тем больше габаритные размеры резонаторов, что приводит к уменьшению свободного объема судовых помещений, насыщенных оборудованием, механизмами и трубопроводами.

Для судовых систем, содержащих цистерны и другие емкости с рабочей средой, снижение гидродинамического шума в некотором диапазоне частот может быть достигнуто путем установки внутри цистерн или емкостей упруго-инерционных элементов [3]. В этом случае не будет уменьшения свободного объема судовых помещений.

В данной работе представлены результаты исследований упруго-инерционных элементов, представляющих собой герметичную конструкцию с резиновой оболочкой, внутри которой имеются воздушные полости (рис.1).

Рис. 1. Общий вид упруго-инерционного элемента

Для эффективного использования упруго-инерционных элементов необходимо знать частотные диапазоны, в которых имеет место снижение гидродинамического шума.

Испытуемый элемент 1 располагался в стальной цилиндрической емкости 2 объемом 0,133 м³, с клапаном вентиляции воздуха 3, манометром 4 (рис.2). Емкость заполнялась пресной водой и имела воздушную подушку. В качестве источника гидродинамического шума использовался гидрофон 8100, который через усилитель мощности 2706 получал возбуждение от генератора колебаний 1047. Приемником звука служил гидрофон 8103, сигналы от которого через предварительный усилитель 2635 поступали на узкополосный анализатор 2032, вывод результатов на бумагу осуществлялся при помощи самописца 2308.

Рис. 2. Блок-схема стенда для испытаний упруго-инерционного элемента

Так как упругие и инерционные свойства таких конструкций зависят от величины статического давления рабочей среды в трубопроводах, проведены экспериментальные исследования при различных статических давлениях: 0,1; 0,25; 0,75; 1,1 МПа. Измерения гидродинамического шума проводились в частотном диапазоне 0 – 800 Гц (рис.3).

Испытания показали, что установка упруго-инерционного элемента приводит к изменению амплитудно-частотных характеристик гидродинамического шума в ограниченном диапазоне частот – резонансной области упруго-инерционного элемента. Причем, наряду с областью частот снижения уровней шума имеется области частот отрицательной эффективности, где уровни шума возрастают. На частотах, далеких от частоты собственных колебаний упруго-инерционного элемента, уровни гидродинамического шума не зависят от наличия или отсутствия в трубопроводной системе упруго-инерционного элемента.

С ростом статического давления частотные диапазоны как положительной, так и отрицательной эффективностей перемещаются в область более высоких частот.

Рис. 3. Амплитудно-частотные характеристики гидродинамического шума при давлении: -- 0,1 МПа; -- 0,25 МПа; ^------ 0,75 МПа; ---- 1,1 МПа,

и без упруго-инерционного элемента (--)

Эффективность снижения гидродинамического шума упруго-инерционного элемента оценивалась по разнице уровней колебаний давления в воде до и после установки упруго-инерционного элемента в емкость (рис.4).

Рис. 4. Эффективность снижения гидродинамического шума при давлениях:

-- 0,1 МПа; -- 0,25 МПа; ^------ 0,75 МПа; ---- 1,1 МПа

По результатам испытаний можно сделать следующие выводы:

- упруго-инерционные элементы могут использоваться в качестве средств снижения гидродинамического шума судовых систем;

- упруго-инерционные элементы снижают гидродинамический шум, в резонансной области частот достигая максимального значения ΔL = 15 дБ на своих частотах собственных колебаний;

- наряду с положительной эффективностью в диапазоне резонансных частот имеет место и отрицательная эффективность с диапазоном частот ниже резонансной области;

- при практическом применении таких конструкций необходимо обеспечивать совпадение резонансной области частот упруго-инерционного элемента с частотами, в диапазоне которых необходимо снижений гидродинамического шума и не допускать совпадения области частот отрицательной эффективности с частотами источников колебаний.

Список литературы

1. Горин С.В., Куклин М.В. Особенности использования глушителей гидродинамического шума на судах // Судостроение, 2010, №3, с.44-46.

2. Горин С.В., Куклин М.В. Эффективность снижения низкочастотных колебаний в гидравлических системах резонаторами Гельмгольца // Вестник машиностроения, 2010, №5, с.70-72.

3. Горин С.В., Лычаков А.И.Использование цельнометаллических упругодемпфирующих элементов в трубопроводах энергетических установок. - Изв. ВУЗов Машиностроение, 1985, № 12, с.31-35. 

Назад к списку