Ко Дню знаний 1-го сентября Испытательная лаборатория крутильных и линейных колебаний ИП Зайцев С.А. информирует о том, что приняла участие в научном исследовании, посвящённом сопоставлению двух подходов к расчёту крутильных колебаний судовых валопроводов. Работа выполнена совместно с Камчатским государственным техническим университетом. Специалистами лаборатории выполнены вычисления податливостей и моментов инерции валовой линии судна, на примере которого велось сравнение.
В практике расчёта крутильных колебаний применяются два принципиально разных подхода. Традиционный основан на модели с сосредоточенными параметрами: механическая система разбивается на конечное число дискретных масс, соединённых упругими связями. Этот метод имеет проработанную методику составления крутильных схем, широкую практическую апробацию и типовое одобрение РМРС и РКО. Второй подход использует систему с распределёнными параметрами, где валолиния представляется участками упругого стержня, а расчёт собственных форм и частот ведётся методами волновой теории. Он ближе к реальному объекту и даёт неограниченный спектр собственных форм, но математически сложнее, а методика построения схем для разветвлённых конфигураций проработана не до конца.
Сравнение выполнено на крутильной схеме самоходной баржи типа «Сосновка». В состав её пропульсивной установки входят главный двигатель Cummins QSM-11 с номинальной частотой вращения коленчатого вала 1 800 мин⁻¹, эластичная муфта Vulkan, гибкий вал, разобщающая муфта Schottel, винто-рулевой комплекс SPR-200 с общим передаточным числом 3,441:1 и четырёхлопастной винт фиксированного шага. Для расчёта классическим методом крутильная схема была представлена двадцатью тремя сосредоточенными массами, вычисление велось по методу профессора В. П. Терских. По системе с распределёнными параметрами та же схема представлена шестью упругими стержнями, сопрягаемыми упругими элементами и редуцирующими передачами.
Результаты показали хорошую сходимость: расхождение числовых значений первых девяти собственных частот не превысило 7%, а соответствующие им формы согласуются и по внешнему виду. Однако в диапазоне первых десяти частот классический метод «пропустил» две собственные формы, выявленные моделью с распределёнными параметрами. Пропущенные формы оказались балочными — они возникают на участке гибкого вала и вертикального вала винто-рулевой колонки, то есть там, где дискретная схема не имеет подробной разбивки. Для рассмотренного примера это не сказалось на качестве расчёта: согласно требованиям РМРС, здесь было достаточно первых семи форм. Но сам факт пропуска принципиален.
Практическое значение результата в том, что возникновение резонанса на такой пропущенной форме может привести к выходу из строя или интенсивному износу отдельного участка валопровода. Наиболее чувствительны к этому машинно-движительные комплексы с винто-рулевыми колонками, редукторами и другими разветвлёнными схемами — те конфигурации, которые всё шире применяются на современном флоте. Качество расчёта по дискретной модели во многом определяется тем, насколько удачно специалист выбрал число масс.
«Оба метода не противоречат друг другу — они описывают одну и ту же физику с разной степенью детализации. Дискретную модель можно сближать с распределённой, увеличивая число масс на участке, а распределённую — увеличивая число участков. Практический вывод состоит в том, что для ответственных валопроводов со сложной кинематикой имеет смысл применять оба метода совместно», — комментирует ИП Зайцев С.А.
Для судовладельца и проектанта это означает, что расчёт крутильных колебаний, формально выполненный по одобренной методике и уложившийся в требования регистра, всё же стоит проверять вторым способом, если речь идёт о валопроводе с винто-рулевой колонкой, редуктором или разветвлённой схемой.
