RU2523725C2 - Method for dampening forced vibration of vessel hydrodynamical stabiliser - Google Patents

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to shipbuilding, namely to methods for dampening forced vibration of vessel hydrodynamical stabilisers. Proposed method for dampening vibration of vessel hydrodynamical stabiliser is characterised by the following: internal cavities of stabiliser fin separated by permeable bulkheads are filled with liquid with elements increasing liquid mass. The elements increasing liquid mass are performed in the form of balls made of heavy material, for example of lead, and placed into spherical plastic containers partially compensating gravity.

EFFECT: higher efficiency of dampening vibration displacements of hydrodynamical stabiliser fin of vessel fin stabiliser in various modes of vessel movement.

2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к судостроению, а именно к способам снижения вибрации гидродинамических стабилизаторов.The proposed method relates to shipbuilding, and in particular to methods of reducing vibration of hydrodynamic stabilizers.

Известен активный стабилизатор килевой и бортовой качки корабля (штормовой аварийный движитель) по патенту РФ №2384457, МПК B63B 39/00, заявл. 25.04.2008, опубл. 20.03.2010.Known active stabilizer pitching and rolling of the ship (storm emergency propulsion) according to the patent of the Russian Federation No. 2384457, IPC B63B 39/00, decl. 04/25/2008, publ. 03/20/2010.

Данный стабилизатор имеет два управляемых крыла или две поворотные насадки на гребных винтах, установленных на горизонтальных или наклонных баллерах в кормовой части корпуса корабля под прямым воздействием потока жидкости от работающих гребных винтов.This stabilizer has two steered wings or two rotary nozzles on propellers mounted on horizontal or inclined balloons in the stern of the ship's hull under the direct influence of the fluid flow from the working propellers.

Способ стабилизации осуществляют следующим образом.The stabilization method is as follows.

В штатном режиме работы по командам от измерительно-аналитической системы для компенсации кренящих моментов горизонтальные (наклонные) крылья перекладывают враздрай, или для компенсации дифферента при килевой качке для всплытия/погружения горизонтальные крылья перекладывают совместно.In the normal mode of operation on commands from the measuring and analytical system to compensate for heeling moments, the horizontal (inclined) wings are shifted at odds, or to compensate for the trim at the keel pitch for ascent / immersion, the horizontal wings are shifted together.

Таким образом, при резких воздействиях штормовых волн на винторулевой комплекс упругие (подпружиненные) перекладки крыльев будут способствовать меньшим потерям хода судна.Thus, with sharp impacts of storm waves on the propeller-steering complex, elastic (spring-loaded) wing changes will contribute to less loss of the ship's course.

Недостатком известного решения является то, что у крыльев отсутствуют средства активного снижения уровня их вибрации.A disadvantage of the known solution is that the wings have no means of actively reducing their vibration level.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является способ активного успокоителя качки, в котором реализуют периодическую перекачку (перевалку) значительных объемов воды из одной емкости (бортовой цистерны) в другую, симметрично расположенную, с таким расчетом, чтобы создать необходимый компенсирующий момент, возвращающий судно в положение равновесия. Данное техническое решение может быть принято за прототип (Холодилин А.Н., Шмырев А.Н. Мореходность и стабилизация судов на волнении. - Л.: Судостроение, 1976. - С.157. Сайт ЗАО "Центральный научно-исследовательский институт судового машиностроения" http://www.sudmash.ru/produce/sudmash/ship-stabilizers.html).The closest analogue to the proposed method is the active rolling damper method, which implements periodic pumping (transshipment) of significant volumes of water from one tank (side tank) to another, symmetrically located, in such a way as to create the necessary compensating moment, returning the vessel to position equilibrium. This technical solution can be taken as a prototype (Kholodilin A.N., Shmyrev A.N. Nautical seaworthiness and stabilization of ships. - L .: Shipbuilding, 1976. - P.157. Website of Central Scientific Research Institute of Ship Engineering "http://www.sudmash.ru/produce/sudmash/ship-stabilizers.html).

Недостатком данного решения как и предыдущего также является отсутствие средств активного воздействия на вибрацию.The disadvantage of this solution, as well as the previous one, is the lack of means of active influence on vibration.

Основной целью предлагаемого способа является обеспечение эффективного гашения виброперемещений крыла гидродинамического крыльевого стабилизатора судна на различных режимах его движения.The main objective of the proposed method is to provide effective damping of the vibration displacements of the wing of the hydrodynamic wing stabilizer of the vessel at various modes of its movement.

Поставленная цель достигается тем, что герметичную внутреннюю полость крыла стабилизатора, разделенную проницаемыми переборками для обеспечения прочности, заполняют жидкостью с элементами, увеличивающими массу жидкости.This goal is achieved in that the sealed internal cavity of the stabilizer wing, separated by permeable bulkheads to ensure strength, is filled with liquid with elements that increase the mass of the liquid.

При этом, указанные элементы выполнены в виде шаров, изготовленных из тяжелого материала, например свинца, и помещенных внутрь шарообразных пластиковых контейнеров, частично компенсирующих силу тяжести элемента в жидкости (но не его массу).Moreover, these elements are made in the form of balls made of a heavy material, such as lead, and placed inside a spherical plastic container, partially compensating for the gravity of the element in the liquid (but not its mass).

Предлагаемый способ предусматривает два варианта заполнения отсека жидкостью. Первый - принудительный, при котором жидкость (возможно с элементами при малом их размере) закачивается в отсек с одновременной откачкой воздуха по трубопроводам (гибким шлангам) при помощи насосов. Второй вариант предусматривает заполнение отсека забортной водой через клапаны в обшивке крыла, которые обеспечивают поступление воды, и выход воздуха из внутренней полости крыла. Трубопровод может использоваться для продувки крыла сжатым воздухом и принудительного вытеснения из него жидкости. Элементы, увеличивающие массу жидкости, могут быть размещены внутри крыла предварительно (на этапе его изготовления или монтажа на судне).The proposed method provides two options for filling the compartment with liquid. The first is forced, in which liquid (possibly with elements with a small size) is pumped into the compartment with simultaneous pumping of air through pipelines (flexible hoses) using pumps. The second option involves filling the compartment with outboard water through the valves in the wing casing, which ensure the flow of water, and air out of the inner cavity of the wing. The pipeline can be used to purge the wing with compressed air and force the liquid out of it. Elements that increase the mass of liquid can be placed inside the wing in advance (at the stage of its manufacture or installation on the vessel).

Используемая для изменения массы крыла жидкость способна вследствие своих инерционных и специфичных упругих свойств оказывать существенное влияние на весь частотный спектр, а также на уровни колебаний конструкции в целом. Указанное влияние существенно отличается от влияния конструкционной массы (материала) крыла. В процессе колебаний влияние дополнительной конструкционной массы эквивалентно уменьшению жесткости конструкции. Масса содействует перемещениям. Ее влияние на жесткость проявляется синфазно внешней нагрузке.The liquid used to change the mass of the wing is capable, due to its inertial and specific elastic properties, of exerting a significant influence on the entire frequency spectrum, as well as on the vibration levels of the structure as a whole. The indicated effect differs significantly from the influence of the structural mass (material) of the wing. In the process of vibrations, the influence of additional structural mass is equivalent to a decrease in the rigidity of the structure. Mass promotes movement. Its effect on stiffness is manifested in phase with the external load.

Жидкость, находящаяся внутри конструкции крыла проявляет себя иным образом. Как сплошная среда, жидкость слабо сопротивляется сдвиговым деформациям, что лишает ее значимого влияния на жесткость конструкции. Поэтому движение большой массы жидкости, наоборот, всегда проявляется в противофазе по отношению к внешнему воздействию и движению крыла. Выявлена особенность жидкости перемещаться в резонансе с любой частотой внешнего силового воздействия и, смещаясь в противофазе, гасить колебания конструкции.The fluid inside the wing structure manifests itself in a different way. As a continuous medium, the liquid weakly resists shear deformations, which deprives it of a significant effect on the rigidity of the structure. Therefore, the movement of a large mass of liquid, on the contrary, always manifests itself in antiphase with respect to external influences and the movement of the wing. The peculiarity of a fluid is revealed to move in resonance with any frequency of external force action and, shifting in antiphase, to dampen vibrations of the structure.

Для усиления эффекта во внутреннюю полость крыла вместе с жидкостью помещаются элементы, увеличивающие ее массу. В качестве таких элементов может быть использована, например, тяжелая металлическая дробь. Последнюю заключают в сферическую оболочку - контейнер, изготовленный из легкого прочного материала, например из пластмассы. Выталкивающая сила, действующая в жидкости на контейнер с дробью, уменьшает (компенсирует) его силу тяжести. Поэтому наиболее целесообразно использование жидкости с большим удельным весом, например, глицерина и т.п.To enhance the effect, elements that increase its mass are placed in the inner cavity of the wing together with the liquid. As such elements can be used, for example, heavy metal shot. The latter is enclosed in a spherical shell - a container made of lightweight durable material, such as plastic. The buoyant force acting in a liquid on a container with a fraction reduces (compensates) its gravity. Therefore, it is most advisable to use a liquid with a high specific gravity, for example, glycerol, etc.

Вместе с тем, жидкость, находящаяся в замкнутом объеме, обладая существенной массовой плотностью и объемной упругостью, неизбежно вовлекается и в общие перемещения металлической конструкции крыла, смещая при этом в сторону уменьшения спектр частот ее собственных колебаний. Дозированная закачка жидкости с наполнителем внутрь конструкции, разделенной на отсеки, способна обеспечить более точное управление спектром собственных частот. Отстройка конструкции от резонансных режимов особенно важна в связи с высокой плотностью указанного спектра, а также с невозможностью априорной оценки возбуждаемых форм колебаний конструкции при различных режимах движения на стадии проектирования судна.At the same time, a fluid located in a closed volume, having a significant mass density and bulk elasticity, is inevitably involved in the general movements of the metal structure of the wing, while shifting the frequency spectrum of its own vibrations to the side of decreasing. Dosed injection of liquid with a filler inside the structure, divided into compartments, can provide more accurate control of the spectrum of natural frequencies. The detuning of the structure from the resonance modes is especially important due to the high density of the specified spectrum, as well as the impossibility of a priori estimation of the excited forms of vibration of the structure under various modes of motion at the stage of the vessel's design.

Таким образом, жидкость, находящаяся внутри замкнутой полости, проявляет себя двойственным образом: с одной стороны, как присоединенная масса, она снижает частоты собственных колебаний, уводит конструкцию из резонансной области, а с другой, как свободно перемещающаяся масса, препятствует виброперемещениям, снижает амплитуду колебаний основной конструкции.Thus, the fluid inside the closed cavity manifests itself in a twofold manner: on the one hand, as an attached mass, it reduces the frequencies of natural vibrations, removes the structure from the resonance region, and on the other, as a freely moving mass, it prevents vibration displacements and reduces the amplitude of vibrations basic design.

Для улучшения эксплуатационных качеств оболочки контейнера ее изготавливают двухслойной. Внешний (скользкий) тонкий слой изготавливают из шумопоглощающего износостойкого материала (например, из резины или пластмассы). Внутренний слой должен быть изготовлен из достаточно прочного материала для того, чтобы предотвратить разрушение оболочки дробью (в качестве материала наполнителя может служить, например, пористая пластмасса). Для уменьшения уровня шума, являющегося следствием трения контейнеров о крыло, внутренние поверхности последнего покрывают слоем шумопоглощающего водостойкого материала (например, резины, пластмассы).To improve the performance of the container shell, it is made two-layer. The outer (slippery) thin layer is made of noise-absorbing wear-resistant material (for example, rubber or plastic). The inner layer should be made of a sufficiently strong material in order to prevent the destruction of the shell by a shot (for example, porous plastic can serve as a filler material). To reduce the noise level resulting from the friction of the containers against the wing, the inner surfaces of the latter are covered with a layer of noise-absorbing waterproof material (for example, rubber, plastic).

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Для снижения уровня вынужденной вибрации гидродинамического стабилизатора судна на различных режимах его движения герметичная внутренняя полость крыла, образованная внешней обшивкой и проницаемыми торцевыми переборками, заполняется жидкостью, содержащей элементы, увеличивающие ее массу. Данные элементы представляют собой шары, изготовленные из тяжелого материала, например свинца. Элементы размещены внутри шарообразных пластиковых контейнеров, частично компенсирующих в жидкости силу тяжести, но не массу. Жидкость с элементами, находящаяся внутри крыла и заполняющая весь его внутренний объем, обеспечивает эффективное демпфирование конструкции крыла в широком диапазоне частот.To reduce the level of forced vibration of the hydrodynamic stabilizer of the vessel at different modes of its movement, the sealed inner wing cavity formed by the outer skin and permeable end bulkheads is filled with a liquid containing elements that increase its mass. These elements are balls made of heavy material, such as lead. Elements are placed inside spherical plastic containers, partially compensating gravity in the liquid, but not the mass. A fluid with elements located inside the wing and filling its entire internal volume provides effective damping of the wing structure in a wide frequency range.

Подача жидкости внутрь крыла и откачка жидкости и воздуха осуществляются при помощи насосов по трубопроводам (гибким шлангам). В наиболее простом варианте реализации предлагаемого способа в качестве демпфирующей жидкости может быть использована забортная вода, которая свободно поступает во внутренние полости крыла и вытесняет находящийся там воздух через клапаны, установленные в наружной обшивке крыла стабилизатора. При этом шарообразные элементы, обеспечивающие увеличение массы жидкости и усиливающие ее демпфирующий эффект, могут размещаться внутри крыла предварительно (например, еще на этапе его изготовления или монтажа крыла на судне), а трубопровод может использоваться для освобождения внутренней полости от жидкости путем ее продувки сжатым воздухом.The supply of fluid into the wing and the evacuation of fluid and air are carried out using pumps through pipelines (flexible hoses). In the simplest embodiment of the proposed method, outboard water can be used as a damping fluid, which freely enters the internal cavities of the wing and displaces the air there through valves installed in the outer skin of the stabilizer wing. In this case, spherical elements providing an increase in the mass of the liquid and enhancing its damping effect can be previously placed inside the wing (for example, even at the stage of its manufacture or installation of the wing on the vessel), and the pipeline can be used to release the internal cavity from the liquid by blowing it with compressed air .

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства гашения вынужденной вибрации гидродинамического стабилизатора судна, которое изображено на фиг.1, 2, 3, где на:The proposed method can be implemented using a device for damping the forced vibration of the hydrodynamic stabilizer of the vessel, which is shown in figures 1, 2, 3, where:

фиг.1 показан внешний вид конструкции гидродинамического стабилизатора;figure 1 shows the appearance of the design of the hydrodynamic stabilizer;

фиг.2 приведен поперечный разрез контейнера;figure 2 shows a cross section of a container;

фиг.3 показан продольный разрез отсека крыла;figure 3 shows a longitudinal section of the wing compartment;

Устройство гашения вынужденной вибрации гидродинамического стабилизатора судна содержит (фиг.1): крыло 1 стабилизатора с внутренней герметичной полостью 2, заполняемой водой и контейнерами 3. Крыло 1 стабилизатора включает проницаемые переборки 4, обеспечивающие крылу необходимую прочность. В наиболее простом варианте конструкция имеет впускной 5 и выпускной 6 клапаны с автоматическим управлением для доступа забортной воды и выпуска воздуха из отсека.The damping device of the forced vibration of the hydrodynamic stabilizer of the vessel contains (FIG. 1): stabilizer wing 1 with an internal airtight cavity 2 filled with water and containers 3. The stabilizer wing 1 includes permeable bulkheads 4, which provide the wing with the necessary strength. In the simplest version, the design has inlet 5 and outlet 6 valves with automatic control for access to sea water and air outlet from the compartment.

Каждый контейнер, помещаемый во внутреннюю полость крыла, имеет (фиг.2) внешнюю оболочку 7, внутрь которой помещена дробь 8.Each container placed in the inner cavity of the wing (Fig. 2) has an outer shell 7, inside of which a fraction of 8 is placed.

На фиг.3 показан продольный разрез отсека крыла в плане, а также поперечное сечение A стабилизатора. Закачка и откачка жидкости и воздуха, находящегося внутри крыла 1 (см. фиг.3), осуществляется насосами через гибкие шлаги 9 и 10, проложенные внутри баллера 11 крыла 1.Figure 3 shows a longitudinal section of the wing compartment in plan, as well as a cross section A of the stabilizer. The injection and pumping of liquid and air inside the wing 1 (see figure 3) is carried out by pumps through flexible hoses 9 and 10, laid inside the wing 11 of the wing 1.

Таким образом, предложен способ, применение которого позволит эффективно гасить вибрации гидродинамического стабилизатора на различных режимах движения, повысить надежность всего устройства стабилизации, улучшить условия обитаемости в прилежащих помещениях судна. Возможность активного воздействия на вибрацию расширит область допустимых параметров и конструктивных материалов, анализируемых в процессе проектной оптимизации конструкции. При этом появится возможность принятия таких проектных решений, для которых вибрация оказывается главным сдерживающим фактором.Thus, the proposed method, the use of which will effectively dampen the vibrations of the hydrodynamic stabilizer at various driving modes, increase the reliability of the entire stabilization device, improve the living conditions in the adjacent premises of the vessel. The possibility of active influence on vibration will expand the range of permissible parameters and structural materials analyzed in the process of design optimization of the structure. This will make it possible to make such design decisions for which vibration is the main constraint.

Claims (2)

1. Способ снижения уровня вынужденной вибрации гидродинамического стабилизатора судна на различных режимах его движения, включающий перекачку жидкости, отличающийся тем, что внутренние полости крыла стабилизатора, разделенные проницаемыми переборками, заполняют жидкостью с элементами, увеличивающими массу жидкости.1. A method of reducing the level of forced vibration of a hydrodynamic stabilizer of a vessel at various modes of its movement, including pumping liquid, characterized in that the internal cavities of the stabilizer wing, separated by permeable bulkheads, are filled with liquid with elements that increase the mass of liquid. 2. Способ снижения уровня вынужденной вибрации гидродинамического стабилизатора судна по п.1, отличающийся тем, что элементы, увеличивающие массу жидкости, выполнены в виде шаров, которые изготавливают из тяжелого материала, например свинца, и помещают их внутрь шарообразных пластиковых контейнеров, частично компенсирующих силу тяжести. 2. The method of reducing the level of forced vibration of the hydrodynamic stabilizer of a ship according to claim 1, characterized in that the elements that increase the mass of liquid are made in the form of balls that are made of heavy material, such as lead, and put them inside spherical plastic containers, partially compensating for the force gravity.

Images