Высокие требования к безотказной работе судового пропульсивного комплекса диктуют необходимость оценки риска возникновения резонансных крутильных колебаний валопровода. Методика расчета резонансных крутильных колебаний судового валопровода рассмотрена на примере пассажирского теплохода проекта Р118. Приведены технические параметры теплохода и его энергетической установки. Представлена расчетная дискретная математическая модель валопровода и определены ее параметры, описаны основные этапы расчета крутильных колебаний и приведены результаты вычислений по каждому этапу. В результате компьютерного моделирования с использованием дискретной математической модели определена собственная частота крутильных колебаний валопровода и соответствующие ей потенциально опасные частоты вращения валопровода. Для работы двигателя на опасных частотах рассчитаны вынуждающие моменты от двигателя и определены амплитуды вынужденных колебаний. Приведены характеристики двигателя, необходимые для получения индикаторной диаграммы его рабочего цикла. Зависимость тангенциальной силы от угла поворота коленчатого вала получена в результате силового анализа механизма двигателя. Для гармонического анализа полученной зависимости использована специально написанная для этой цели программа. Выполнение указанных вычислений для всех эксплуатационных режимов работы двигателя позволило установить зависимость гармонических составляющих тангенциальной силы от частоты вращения коленчатого вала и построить соответствующие графики. На основе полученных зависимостей определены вынуждающие моменты от двигателя. При расчете вынуждающих моментов в работе использованы известные в инженерной практике эмпирические формулы. По результатам расчета вынужденных колебаний определен наиболее опасный участок валопровода. Анализ представленных результатов дает возможность сформулировать рекомендации как в части возможных конструктивных изменений (при проектировании или существенной модернизации судов), так и в части ограничений эксплуатационных режимов.
High requirements for the failure-free operation of the ship propulsion complex dictate the need to assess the risk of resonance torsional vibrations of the shaft line. The methodology for calculating resonant torsional vibrations of a ship shaft line is considered on the example of a passenger ship of P118 project. The technical parameters of the ship and its power plant are given. The calculated discrete mathematical model of the shaft line is presented and its parameters are determined, the main stages of the torsional vibrations calculation are described, and the calculations results for each stage are presented. As a result of computer simulation using a discrete mathematical model, the natural frequency of torsional vibrations of the shaft line and the corresponding potentially dangerous frequencies of the shaft line rotation are determined. For the engine to operate at dangerous frequencies the exciting moments from the engine are calculated and the forced vibrations amplitudes are determined. The calculation of forced vibrations is based on determining the driving torques caused by the engine operation. The engine characteristics necessary to obtain an indicator diagram of its duty cycle are described in the paper. The dependence of the tangential force versus crankshaft rotation angle is obtained as a result of a force analysis of the engine mechanism. For the harmonic analysis of the obtained dependence, a specially written for this purpose program is used. Performing these calculations for all operating modes of the engine makes it possible to establish the dependence of the tangential force harmonic components on the crankshaft rotational speed and construct the corresponding graphs. On the basis of the obtained dependences, the driving moments of the engine are determined. When calculating the driving torques, the well-known empirical formulas are used in the work. Based on the forced vibrations calculation results, the most dangerous section of the shaft line is determined. An analysis of the presented results makes it possible to formulate recommendations both in terms of possible structural changes (during the design or significant modernization of ships), and in terms of restrictions on operational conditions.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.