Sheet 1: Лист1

Sheet 2: Диаграмма1

Sheet 3: Лист2

5. ОХРАНА ТРУДА
Расчёт уровней вибрации опорных поверхностей дизеля
в октавных полосах частот и выбор виброизоляторов
5.1. Общие сведения
Уровни вибрации Nа(дБ) опорных поверхностей дизеля в октавных
полосах частот можно определить по формуле:
	где	Д - диаметр цилиндра дизеля, м;
		n - число оборотов вала дизеля, об/мин;
		Z - число цилиндров дизеля;
		Nf - составляющая, учитывающая характер спектра вибрации
		дизеля, которая зависит от отношения частот f/fmax, дБ;
		f - средняя частота октавной полосы (63, 125, 250, 500, 1000, 2000,
		4000, 8000Гц);
		fmax -частота, на которой наблюдается максимальный уровень
		вибрации, которая определяется по формуле
		ного уровня в зависимости от числа оборотов вала дизеля;
		k - коэффициент тактности дизеля, который для 4-х тактного
		дизеля равен 0,5, а для двухтактного - 1;
		Nd - поправка, учитывающая число оборотов вала дизеля, дБ.
Частоты возмущающих сил 1, 2, 3 порядков определяются по
формулам:
	Дизель
	Гребной винт
Частота свободных вертикальных колебаний дизеля вдоль оси Z:
Число опорных виброизоляторов:
	где	nв, Zв - число оборотов и число лопастей винта;
		М - масса дизеля, кг;
		С - общая динамическая жёсткость виброизоляторов, Па*м;
		F - номинальная нагрузка на один виброизолятор, кг.
5.2. Программа расчёта уровней вибрации дизеля 6ЧНСП18/22
в октавных полосах частот
			"Диплом[вибрация дизеля]" - Excel 97
5.2.1. Исходные данные
	Мощность дизеля N, квт						440
	Диаметр цилиндра дизеля Д, м						0.18
	Число оборотов вала дизеля n, об/мин						1000
	Число цилиндров дизеля Z						6
	Коэффициент тактности дизеля k						0.5
	Масса дизеля М, кг						4500
	Число оборотов гребного вала nв, об/мин						350
	Число лопастей гребного винта Zв						4
5.2.2. Расчёт уровней вибрации опорных поверхностей
дизеля в октавных полосах частот
	Расчёт почастотных составляющих спектра вибрации
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
	78	80	82	87	94	98	60	-191
	97	97	97	97	97	97	96	94
Спектр уровней вибрации дизеля заносится в таблицу1
	Для определения спектра Nа необходимо в строку 88 до средней частоты
	2000	включительно, внести с клавиатуры значения уровней вибрации
	из строки 79, обозначенной прямоугольником, а на других частотах из
	строки 80, обозначенной треугольником до частоты 8000Гц.
							Таблица 5.1
Частота,Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Nа, дБ	78	80	82	87	94	98	96	94
5.2.3. Выбор виброизолятора для дизеля
Уровни виброускорения опорных поверхностей дизеля сравниваются с предельными значениями [N], представленными в табл. 5.2. Предельные значения устанавливают уровни вибрации лап дизеля, при которых уровни структурного шума в ближайших к машинному отделению помещениях судна не будут превышать нормативного спектра шума для жилых помещений.
							Таблица 5.2
Частота,Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
[N], дБ	68	69	70	73	77	84	90	96
Nа, дБ	78	80	82	87	94	98	96	94
Тип виброизолятора выбирается таким образом, чтобы его акустическая эффективность (табл. 5.3) была бы не ниже величины W превышения уровней вибрации дизеля Nа над допустимым значением [N]. Несоблюдение этого условия допускается в одной октаве. При полной невозможности выполнения этого условия производят выбор наиболее эффективного для этого дизеля виброизолятора и указывают на необходимость применения дополнительных средств снижения структурного шума. К средствам снижения структурного шума относятся: усиленные двустенные конструкции ограждений ("плавающие"), вибропоглощающие покрытия, виброизолирующие крепления надстроек и др.
Расшифровка марок виброизоляторов и их нагрузка представлены в табл. 5.4.
							Таблица 5.3
Акустическая эффективность виброизоляторов, дБ
Частота,Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
АКСС-М	0	0	10	5	7	12	15	18
АКСС-И	18	15	12	17	20	23	24	25
РН	14	12	10	15	17	18	20	20
АПрС	23	20	15	20	23	25	25	25
W, дБ	10	11	12	14	17	14	6	-2
							Таблица 5.4
Марка	Расшифровка марки виброизолятора						Нагрузка, кг
АКСС-М -	амортизатор корабельный со страховкой (резина жёсткая);						220	400
АКСС-И -	амортизатор корабельный со страховкой (резина мягкая);						220	400
РН -	амортизатор резиновый наклонный;						200	650
АПрС -	амортизатор пружинный со страховкой.						200	400
Дизель-генераторы устанавливают на виброизоляторы АПрс или АКСС-И, а
главные двигатели - на РН или АКСС-И.
Выбирается виброизолятор:				марка	АКСС-И	нагрузка		400
					жёсткость (табл. 5)			5200000
Рекомендуемое число опорных виброизоляторов							12
Принимаемое число опорных виброизоляторов							12
5.2.4. Проектирование системы виброизоляции
При проектировании системы виброизоляции необходимо обеспечить высокую
акустическую эффективность крепления и надёжность его работы.
Следует стремиться к тому, чтобы частота свободных колебаний виброизолированного двигателя была бы как можно ниже; не допускается совпадение частот свободных колебаний и возмущающих сил.
Частота свободных колебаний двигателя зависит от динамической жёсткости
виброизоляторов (табл. 5.5), их количества и массы механизма.
							Таблица 5.5
Номинальная нагрузка на виброизоляторы и их динамическая жёсткость С
Марка	АКСС-М		АКСС-И		РН		АПрС
Нагрузка,кг	220	400	220	400	200	650	200	400
С, Па*м	9700000	10300000	3900000	5200000	3300000	10300000	140000	267000
	Расчёт частот колебаний
	Частота (Гц) возмущающих сил для дизеля:
			первого порядка				17
			второго порядка				50
	Частота (Гц) возмущающих сил для гребного винта:
			первого порядка				6
			второго порядка;		4-х лопастные винты		12
			третьего порядка				23
Частота свободных вертикальных колебаний дизеля							19
Частота свободных вертикальных колебаний дизеля не должна совпадать с частотами возмущающих сил, чтобы не вызвать опасных резонансов и усиления колебаний. При совпадении частот можно уменьшить количество виброизоляторов на 2, относительно рекомендуемого, или изменить систему виброизоляции, а затем повторить расчёт.
5.2.5. Подготовка данных для построения спектров вибрации
Частота,Гц	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Nа, дБ	78	80	82	87	94	98	96	94
[N], дБ	68	69	70	73	77	84	90	96
АКСС-И	18	15	12	17	20	23	24	25
Nф, дБ	60	65	70	70	74	75	72	69
Примечание	Nф - уровни вибрации на фундаменте после виброизоляторов.
В таблицу п. 5.2.5. (строка 171) копируется марка и эффективность выбранного виброизолятора из табл. 5.3 и автоматически строится точечный график на отдельном листе, где вносится марка дизеля.
Выводы:				Виброизоляция дизеля необходима
(необходимость виброизоляции дизеля, марка, нагрузка, количество виброизоляторов)				Марка виброизоляторов - АКСС-И
				Нагрузка - 400 кг
				Количество - 12 шт.

4. Технологический раздел

4.1. Монтаж двигателей внутреннего сгорания

Современное судно насыщено многообразным и сложным механическим оборудованием, которое различается конструкцией, массой и габаритом, а также требованиями к точности монтажа и надёжности при эксплуатации.

Монтажные операции отличаются большим разнообразием, что обусловлено сложностью механического оборудования – главных двигателей, валопроводов, винторулевых комплексов, трубопроводов и т.д. Подготовку к монтажу механического оборудования осуществляют в цехе, основные операции выполняют на судне в стапельный период постройки и при достройке на плаву.

Монтаж оборудования, изготовление и установка трубопроводов, а также испытания судов имеют значительный удельный вес и в зависимости от типа судна составляют 15–35% трудоёмкости его постройки. Продолжительность цикла монтажных операций ещё большая и составляет 70–80% времени постройки судна. Это объясняется прежде всего сложностью энергетических установок современных судов. Кроме того, при монтаже пока преобладают ручные слесарные операции, которые трудно полностью механизировать.

Главные двигатели относятся к числу механизмов, монтаж которых наиболее сложен ввиду их больших массы и габарита, а также строгой связи с координатами судна.

Конструктивной особенностью двигателя является относительно большая длина и, как правило, малая жесткость остова. Наличие специфичной податливости детали – коленчатого вала, работающего с переменными динамическими нагрузками, вносит в монтаж ряд особых требований:

• остов должен оставаться прямолинейным после установки двигателя на судне;

• деформации коленчатого вала должны быть минимальными;

• шейки вала должны плотно прилегать к рамовым подшипникам;

• должна быть обеспечена соосность двигателя и валопровода;

• нагрузка на кормовой подшипник двигателя после соединения его с валопроводом не должна превышать допускаемой величины.

Двигатели тронковые поступают на судно в сборе. Монтаж крейцкопфных крупно габаритных дизелей типа ДКРН, РД и других обычно выполняют отдельными блоками и узлами. Общей базой служат теоретическая ось валопровода, представленная плазовыми точками, и разметочные риски на судовом фундаменте, параллельные плоскости мидель-шпангоута. В базовую систему двигателя входят ось коленчатого вала и торцы или поперечные риски на остове, нанесенные по оси кормового цилиндра.

В процессе спуска судна, как правило, наблюдаются деформации двигателя и нарушение соосности с валопроводом. На стапеле обычно выполняют предварительный монтаж на половине всех клиньев с двойным ужесточением допусков по сравнению с требуемым. Окончательный монтаж и контроль отсутствия деформаций двигателя производят на плаву.

При монтаже широко применяют пластмассу ФМВ, сферические подкладки и амортизаторы. Сохранение стендовой сборки достигается применением динамометров для контроля распределения нагрузок от силы тяжести двигателя на его опорный фланец.

Двигатель грузят в блок или корпус судна, устанавливают на подготовленный фундамент и ориентируют относительно неподвижных координат общей базы. Базирование заключается в совмещении оси коленчатого вала двигателя с осью валопровода и кормовых торцов остова с рисками фундамента при одновременном придании остову прямолинейного положения.

Центровка двигателя оптическим методом производится с помощью визирной трубы по двум мишеням, которые материализуют плазовые точки теоретической оси валопровода. Вначале совмещают ось трубы с осью вала двигателя. После этого двигатель центруют по плазовым координатам, перемещая его отжимными приспособлениями.

4.2. Технологический процесс монтажа главного двигателя

Технологический процесс монтажа главного двигателя

4.3. Сборочные единицы крепления ДВС

4.3.1. Определение размеров прокладок при монтаже ДВС

Прокладки или клинья должны обеспечить надежное крепление и минимальную трудоемкость монтажа механизмов. Эти требования для одного и того же механизма могут быть удовлетворены при различных конструкциях и материалах прокладок. Окончательный выбор определяется технологичностью конструкции компенсирующего звена и техническими возможностями завода – строителя судна.

При выборе материала основное значение имеет неизменность механических характеристик и формы прокладок под нагрузкой при различных температурных условиях эксплуатации. Размеры прокладок выбирают, исходя из удельного давления от веса механизма и усилия затяжки фундаментных болтов. При расчете вначале задаются числом и площадью прокладок, а затем проверяют на удельное давление правильность выбора.

Удельное давление на прокладку от веса механизма:

МПа,

где Н – вес механизма;

– число прокладок;

мм² – площадь прокладки.

Усилие затяжки фундаментных болтов:

Н,

где – напряжение от затяжки болта:

МПа,

где МПа – предел текучести материала болта, для стали 45;

– площадь поперечного сечения болта:

мм²,

где – внутренний диаметр резьбы болта.

Удельное давление на прокладку от усилия затяжки фундаментных болтов:

МПа.

Суммарное давление на прокладку:

МПа.

Суммарное удельное давление на прокладку не должно превышать допускаемого значения, выбираемого в зависимости от материала лап механизма и типа прокладок.

Допускаемое удельное давление на металлическую прокладку (остов механизма из чугуна):

МПа.

– условие выполняется.

4.3.2. Расчёт количества призонных болтов при монтаже ДВС

Крепление судовых механизмов на судовом фундаменте обычно состоит из простых болтов и призонных цилиндрических болтов.

Крупногабаритные дизели, рулевые машины и другие механизмы дополнительно имеют бортовые упоры, которые разгружают основное крепление от сдвигающих нагрузок.

Отверстия для призонных болтов должны быть изготовлены с отклонением Н6 (Н7) и иметь шероховатость не грубее 7-ого класса, т. е. мкм. После сверления отверстия дополнительно обрабатывают черновыми и чистовыми развертками. Призонные болты изготавливаются индивидуально для каждого отверстия. Стержень болта обрабатывается по фактическому диаметру отверстия после чистовой развертки с допускаемым отклонением, обеспечивающим плотную посадку и шероховатость не грубее мкм.

Усилие от динамических нагрузок, пропорциональное земным ускорениям (удары, сотрясения при аварийных ситуациях и т.д.):

кН,

где – коэффициент перегрузки, значение которого выбирается в зависимости от массы и частоты колебания оборудования;

т – масса двигателя;

м/с² – ускорение свободного падения.

Усилие от упора гребного винта равно нулю, так как упор воспринимается упорным подшипником, расположенным в валопроводе: .

Усилие от веса механизма при крене судна:

кН,

где кН – вес механизма;

– угол крена судна.

Усилие от инерционных нагрузок при бортовой качке судна:

кН,

где сек, период качки судна;

м – расстояние по высоте от центра тяжести механизма до центра тяжести судна.

Усилие от момента, который возникает при работе механизма и стремится повернуть его вокруг центра крепления болтов:

,

где – нагрузка наиболее удаленного от центра крепления и нагруженного болта;

– число всех болтов.

Нагрузку рассчитывают по формуле:

,

где кНм – момент, действующий в плоскости крепления;

– расстояния от оси болта до центра крепления, м;

– количество болтов на соответствующих радиусах.

вычислим по теореме Пифагора:

,

где м и м – размеры расположения болтов (рис. 4.1).

м;

м;

м;

м.

Таким образом:

кН;

кН.

Геометрическая сумма всех векторов усилий, приведенных к центру крепления, определяет расчетное значение эксплуатационной нагрузки (рис 4.1):

кН,

где  .

Для обеспечения неподвижности оборудования необходимо, чтобы эксплуатационные нагрузки, сдвигающие механизм в плоскости крепления, были в 2 раза меньше силы трения от затяжки фундаментных болтов и силы сопротивления призонных болтов срезу.

Сила трения от затяжки болтов :

кН,

где – коэффициент трения.

При определении сопротивления призонных болтов срезу считается, что они несут половину нагрузки болтового соединения:

кН,

где МПа – допускаемое напряжение на срез для стали 45;

– площадь сечения болта по стержню:

мм²,

где мм – диаметр стержня болта;

– число призонных болтов.

Таким образом условие неподвижности выполнено:

.

4.3.3. Установка призонных болтов

Посадку призонных болтов выполняют предварительным охлаждением или непосредственной запрессовкой. Первый способ более совершенен. В этом случае исключаются задиры и уменьшение натяга из-за среза и смятия микронеровностей, характерных для запрессовки болтов.

Температура охлаждения болта, обеспечивающая его свободную установку:

С,

где С – температура окружающей среды;

м – фактический натяг напряженной посадки;

м – зазор для установки болта;

1/С – коэффициент линейного сжатия материала болта;

м – диаметр болта при температуре окружающей среды.

В качестве охлаждающей среды целесообразно применять жидкий азот, имеющий температуру кипения С. Охлаждение производят в ваннах, в которые заливают азот из сосудов Дьюара.

Температуру охлаждения контролируют по времени охлаждения. Время охлаждения до °С составляет 5 сек, а до °С – 12 сек на 1 мм диаметра болта.

Момент затяжки фундаментных болтов:

Нм,

где Па – предел текучести материала;

м – внутренний диаметр резьбы болта.

Введение

В настоящее время на судах речного флота России эксплуатируется приблизительно 35 тысяч дизелей, из которых около 30 тысяч отечественного производства. В подавляющем большинстве это четырёхтактные дизели.

Общая мощность дизелей, установленных на судах составляет около 8 млн.кВт, и делится примерно поровну между отечественными и импортными двигателями, причём последние, обладая относительно более высокой мощностью, используются, в основном, в качестве главных.

Диапазон агрегатных мощностей от 11 до 1748 кВт покрывается 29 типоразмерами дизелей 96 модификаций, из которых нашли наибольшее распространение отечественные двигатели 6–12Ч(Н)18/22, 12ЧНСП18/20, 2–4Ч10,5/13, 6Ч(Н)12/14, 6ЧН24/36 и 6ЧНР36/45, а также импортные двигатели производства фирм SKL(Германия):6–8ЧНР32/48, 6–8ЧНР24/36, 6ЧН20/26, 6ЧН18/26, 4–6ЧН17,5/24, 2–4Ч12,5/18, 2Ч10/14; SKODA(Чехия): 6ЧНСП27,5/35, 6ЧНСП16/22,5, 1–6Ч11/15; WARTSILA(Финляндия): 12ЧН22/24; WOLA(Польша): 6–12ЧН13,5/15,5.

Таким образом, парк составляют дизели, имеющие диаметры цилиндров от 100 до 360 мм, ход поршня от 130 до 480 мм, частоту вращения коленчатого вала от 300 до 2000 об/мин, среднее эффективное давление от 0,53 до 1,74 МПа, средний эффективный расход топлива от 270 до 215 г/(кВтч), ресурс до капитального ремонта от 8 до 60 тысяч часов.

Одной из важнейших особенностей парка является преобладание в его составе двигателей, имеющих относительно невысокую агрегатную мощность и небольшие размеры цилиндро-поршневой группы. Это в значительной мере связано с необходимостью обеспечения перевозок грузов по рекам Севера, Сибири, Дальнего Востока с малыми гарантированными глубинами.

Уже в настоящее время двигатели повышенной оборотности (750-1500 об/мин) составляют более 20% от общего количества дизелей, а высокооборотные (>1500 об/мин) – 45%.

Для таких двигателей характерны повышенная жёсткость рабочего процесса, более высокие, чем у малогабаритных дизелей, температуры отработавших газов, что сопряжено со значительной механо-, тепло- и вибронагруженностью деталей остова.

Возникшие у дизелестроительных предприятий трудности в переходе к рыночной экономике заставляют судовладельцев рассматривать в качестве альтернативы другие типы современных дизелей, прежде всего тепловозные.

Несмотря на предпринятые в последние два десятилетия усилия, отечественное дизелестроение, в целом, отстаёт от современного уровня, прежде всего по экономичности, ресурсу, трудоёмкости технического обслуживания и степени автоматизации судовых дизелей. Все эти двигатели имеют среднее эффективное давление от 0,5 од 1 МПа, а в то время создаваемые за рубежом двигатели достигли этих показателей к началу 70-х годов, в 80-е годы были достигнуты значения до 2 МПа, а в настоящее время широко ведутся работы по созданию двигателей со значениями среднего эффективного давления до 3 МПа.

Такой уровень форсированности обеспечен с помощью высокого наддува, что увеличивает размеры теплообменных аппаратов и потери тепла, вызывает необходимость оптимизации охлаждения во всём диапазоне эксплуатационных нагрузок, совершенствование средств автоматики.

Отказ нашего государства от монополии на внешнюю торговлю, акционирование пароходств, использование на внутреннем рынке цен, близких к мировым, необходимость обеспечения конкурентоспособности на европейском фрахтовом рынке, несомненно, будет способствовать увеличению количества приобретаемых пароходствами высокофорсированных дизелей.

1. Модернизация судового дизеля

1.1. Выбор основных направлений модернизации

Современное развитие транспортного флота характеризуется созданием высокопроизводительных грузовых, буксирных и пассажирских судов; повышением их мощности и скорости хода; оборудованием высокоэффективными и экономичными механизмами, устройствами, системами, средствами автоматизации и механизации; стандартизацией и унификацией отдельных механизмов и судовых энергетических установок в целом.

С ростом грузоподъёмности и скорости хода судов увеличивается их энергооснащённость и мощность главных двигателей. В связи с этим судовые энергетические установки, затраты на которые составляют около 35% общей строительной стоимости судов, оказывают большое влияние на технико-эксплуатационные и экономические показатели флота. Большое значение в повышении эффективности работы речного транспорта имеет техническая эксплуатация флота; на неё приходится около 50% расходов, отнесённых на себестоимость перевозок грузов и пассажиров.

Судовая энергетическая установка состоит из комплекса оборудования (тепловых двигателей, механизмов, аппаратов, магистралей, систем), предназначенного для преобразования энергии топлива в механическую, электрическую и тепловую энергию и транспортировки её к потребителям. Указанные виды энергии обеспечивают: движение судна с заданной скоростью; безопасность и надёжность плавания; работу механизмов машинного помещения, палубных механизмов и устройств; электрическое освещение; действие средств судовождения, управления механизмами, сигнализации и автоматики; общесудовые и бытовые нужды экипажа и пассажиров; выполнение различных производственных операций на транспортных судах, судах технического флота и специального назначения.

Судовая энергетическая установка должна удовлетворять следующим основным технико-экономическим и эксплуатационным требованиям:

• быть экономичной, т. е. строительная стоимость и эксплуатационные затраты на неё должны быть оптимальными;

• ГСЭУ должна обеспечивать заданную скорость хода судна, обладать достаточными маневренными качествами на всех режимах его движения и иметь высокий моторесурс;

• снабжать потребителей различными видами энергии и холодом при высокой экономичности процессов превращения тепловой энергии в механическую и электрическую;

• процессы управления и регулирования должны быть автоматизированы;

• быть надёжной, т. е. иметь оптимальную вероятность безотказной работы, требовать минимальное время на устранение неисправностей и сохранять работоспособность в аварийных ситуациях;

• при работе не оказывать вредного воздействия на обслуживающий персонал, пассажиров и не загрязнять окружающую среду;

• иметь малые габариты и массу.

В качестве главных и вспомогательных двигателей в ДЭУ применяются поршневые ДВС – дизели, работающие по отрытому циклу.

Дизельные энергетические установки получили широкое распространение на судах различного назначения вследствие ряда положительных особенностей:

• возможности создания большого диапазона агрегатных мощностей на базе стандартных типоразмеров цилиндров;

• доступности использования различных типов передач;

• сравнительно высокой экономичности;

• относительной простоты автоматизации управления.

На речных транспортных судах новой постройки в качестве главных и вспомогательных двигателей устанавливают исключительно дизели.

На речном флоте в большинстве случаев в качестве главных применяют четырёхтактные дизели с наддувом, реверсивные среднеоборотные