Разработка методов и средств снижения вибрации и шума гидравлических приборов систем управления техническими средствами (11.07.2011)

Автор: Берестовицкий Эрлен Григорьевич

Основные результаты, выводы и практические рекомендации, полученные в процессе выполнения настоящей работы, докладывались на заседаниях научно-технических советов НПО «Аврора», на отраслевых, межотраслевых российских и всесоюзных семинарах и конференциях.

Результаты работ, положенные в основу диссертации, представлялись автором на 21 Российских и Международных конференциях и симпозиумах по шуму и вибрации. Шум и вибрация на транспорте 1994, 1996, 1998, 2002, NSN’2003 годах, Санкт-Петербург; Международный симпозиум по системам трубопроводов ISOPE EUROMS, Москва 1999 г.; Механика неоднородных деформируемых тел: методы, модели, решения, Севастополь 2005 г.; Самара 2006 г., Экологический конгресс ELPIT, Тольятти 2007 и 2009 г.г.; Transport noise and vibration, Таллин 1998 г.; Международный акустический конгресс, Берлин 1999 г.; Internoise – 2001, Гаага 2001 г.; Форум акустиков, Севилья 2002 г.; International Congress on sound and Vibration, Стокгольм 2003 г.; Международный конгресс по шуму и вибрации ICSV12, Лиссабон 2005 г.; ICSV13, Вена 2006 г.; ICSV14, Ливон 2007 г.; ICSV17, Каир 2010 г.

Публикации.

По проблеме, представленной в диссертации, опубликовано 52 научных работы, в том числе 28 статей, 11 докладов, 1 тезисы доклада, 9 авторских свидетельств, 1 патент РФ, 2 коллективных монографии. Доля автора составляет от 50 до 80 %. В изданиях, опубликованных в перечнях ВАК, 9 статей, все статьи написаны лично автором ,его доля составляет от 65 до 75%.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка цитированной литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 315 страницах текста, включает 150 рисунков и 13 таблиц. Список литературы состоит из 158 наименований, приложение на 5 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика состояния вопроса по созданию модели динамического взаимодействия потока с обтекаемыми внутренними поверхностями ГП СУ и разработке методов расчета их виброакустических характеристик.

Обосновывается актуальность проблемы снижения шума и вибрации СУ путем снижения виброактивности определяющего источника - ГП.

Проводится анализ опубликованных работ в области динамического взаимодействия потока с обтекаемыми поверхностями, формулируются цели и задачи исследований.

В первой главе конкретизируются задачи исследования. Показано, что ГП современных СУ характеризуются исключительным разнообразием параметров и выполняемых ими функций, в силу чего проточные части практически всех приборов с точки зрения гидродинамики являются плохообтекаемыми.

При течении рабочей среды в них формируется акустическая энергия, которая проявляется в виде вибрации, гидродинамического (ГДШ) и воздушного шума (ВШ). Источником этой энергии является процесс взаимодействия рабочей среды, проходящей через проточную часть, с обтекаемыми поверхностями корпуса прибора.

Решение задачи о колебаниях и излучении упругих конструкций при воздействии произвольной нагрузки обычно определяется методом импульсных характеристик. Точное математическое представление с использованием этих соотношений может быть получено для достаточно ограниченного класса задач, т.е. для тех задач, для которых известна функция Грина. Кроме этого необходимо знать характеристики внешнего воздействия, которые в настоящее время получены только для случая наружного обтекания. Таким образом, строгое математическое решение задачи об акустическом возмущении внутренним потоком конструкций с произвольными конструктивными неоднородностями в настоящее время невозможно.

Имеющиеся данные по коэффициентам кавитиции Кс и коэффициентам гидравлического сопротивления определены исключительно для случаев течения рабочей среды в зоне развитой турбулентности, т.е. в той области чисел Рейнольдса, где они не зависят от скорости потока, а потеря давления на рассматриваемых элементах прямо пропорциональны квадрату скорости, рекомендуемые коэффициенты гидравлических сопротивлений также относятся к квадратичной области.

Из изложенного следует необходимость проведения экспериментальных и теоретических исследований, позволяющих создать методологию проектирования безкавитационных малошумных приборов, отвечающих предъявляемым к ним требованиям во всём диапазоне их возможной работы. В том числе:

- разработать требования, предъявляемые к стендам для исследования ВШХ ГП и доработать стенды в соответствии с этими требованиями;

- разработать и апробировать методы выявления источников стендовых помех и средства их снижения;

- разработать методики экспериментального исследования ВШХ ГП с различными рабочими средами;

- провести экспериментальные исследования и сформулировать рекомендации по снижению виброактивности ГП с различными рабочими средами.

Во второй главе рассмотрены проблемы создания специализированного стенда для проведения испытаний ВШХ ГП

Формулируются требования, предъявляемые к стендам.

Дается описание процесса распространения колебательной мощности по трубопроводам.

При этом рассматриваются все виды колебаний собственно трубопровода (два изгибных, продольные и крутильные колебаний). Кроме этого учитываются также акустические колебания в рабочей среде.

Выделяется участок, на котором отсутствуют различные посторонние элементы, такие как фланцы или штуцера, колена, тройники, подвески трубопровода, гибкие вставки и т.п., т.е. выделенный участок трубопровода представляется прямым стержнем кругового поперечного сечения. При стремлении длины этого участка к нулю получаем мощность, проходящую через выделенное сечение.

Первый член в выражении (1) описывает колебательную мощность, переносимую продольными колебаниями стенок трубопровода. Второй и третий - мощности, переносимые изгибными колебаниями трубопровода в плоскости XOY и XOZ, четвертый – мощность, переносимую крутильными колебаниями трубопровода, пятый - мощность, переносимую плоскими акустическими волнами, распространяющимися в рабочей среде.

Таким образом, зная параметры акустических колебаний как собственно трубопровода, так и его рабочей среды, с использованием известных геометрических характеристик трубопровода можно рассчитать поток полной колебательной мощности, проходящий через любое сечение трубопровода.

Теоретически обоснована возможность экспериментального определения места источников акустического возбуждения в системе трубопроводов. Это базируется на том факте, что поток излучаемой активной колебательной мощности всегда направлен от источника колебаний.

Показано, что место расположения источника должно характеризоваться максимальной величиной фазы колебаний.

Предложен метод обнаружения источников акустической мощности в трубопроводах. На нем произвольно выбираются две контрольные точки. В этих точках измеряются фазы колебаний (интересующего нас типа колебаний) относительно какой-либо произвольной опорной точки. В соответствии с вышесказанным та точка, в который фаза колебаний больше, расположена ближе к источнику колебаний. Эта точка оставляется, следующая точка выбирается по направлению ближе к возможному источнику колебаний. После этого процесс измерений фазы повторяется до того момента, пока не будет определено место с максимальной фазой колебаний.

В третьей главе рассмотрены вопросы, связанные с разработкой методов и средств снижения стендовых помех и их реализация при модернизации стенда ВШХ ОАО «Концерн «НПО «Аврора»

На основе разработанных методов были определены источники стендовой помехи и разработаны средства её снижения.

Применительно к модернизированному стенду потери колебательной энергии при ее распространении от источника акустического возмущения по длине трубопровода определяются выражением:

, где LH - уровень вибрации источника;

- затухание вибрации на j -том участке трубопровода;

- количество участков трубопровода.

Величина затухание вибрации на каком-либо j -том прямолинейном участке трубопровода определяется по формуле:

- наружный диаметр, Hj- толщина стенки,

- плотность материала , lj - длина j -того участка,

- модуль упругости материала стенок трубопровода;

- круговая частота; ?- коэффициент потерь, учитывавший наличие рабочей среды.


загрузка...