Значение допустимых значений уровней шума в служебных помещения

Рис.4.4. (1 -для судов 4-ой категории (при отсутствии спальных мест) и с подводными крыльями; 2 - для судов 4-ой категории; 3 - для судов 3-ей кате­гории; 4 - для судов 1-ой и 2-ой категорий). Опыт эксплуатации СЭУ показывает следующее:

- ПТУ создают значительно меньший шум по сравнению с ДЭУ.

- безредукторные СЭУ менее шумны чем редукторные;

- тихоходные ДВС менее шумны по сравнению с быстроходными;

- уровень шума дизель-компрессоров выше уровня шума электрокомпрессоров.

Наиболее мощными источниками структурного шума являются ГД, особенно дизели.

Вибрации двигателей вызываются статической и динамической неуравновешенностью вращающихся деталей, овальностью шеек вала, неправильной центровкой валов, прогибами валов, соударениями деталей, сухим трением деталей и др.

По данным исследований проведенных ЦНИИФМ-ом на теплохо­дах уровни шума в МО значительно превышали допустимые нормы. На судах с МОД Бурмейстер и Вайн уровень шума на режиме пол­ного хода 108 ДБ на средних решетках, 106 ДБ у поста управле­ния, в жилых и служебных помещениях достигал 85 ДБ, а в коридо­рах 95 ДБ, тогда как по нормам он не должен превышать 55 - 60 ДБ_.

В гидравлических механизмах (например, насосы, вентиляторы) вращающиеся лопасти рабочего колеса пораждают пульсации давле­ния. Этим создаются колебания среды, носящие название звука вращения[1].

Одним из интенсивных аэродинамических источников шума яв­ляется вихреобразование в проточных частях механизмов. Вихревой шум создается при движении твердого тела в газовой либо жидкой среде, при обдувании тела потоком жидкости или газом и при истечении из канала. Интенсивность вихревого шума зависит от раз­меров тела и скорости набегающего потока. Вихревой шум имеет сплошной спектр, располагающийся в широкой области звуковых частей_. Вихревой шум может передаваться по рабочему телу_, как в атмосферу, так и на стенки механизма или трубопровода; последние в этом случае порождают звуковые вибрации других частей меха­низма и воздушный шум. Например, мощным источником шума на теп­лоходах является выхлоп ГД и ВД.

В судовых насосах источником интенсивного шума является кавитация жидкости [17], возникающая на поверхности лопастей при высоких окружных скоростях и недостаточном давлении на всасыва­нии. Даже малый очаг кавитации, не приводящий практически к ухуд­шению рабочих характеристик насоса, вызывает интенсивный шум. Ввиду обилия высокочастотных составляющих кавитационный шумоказы­вает очень сильное воздействие на орган слуха.

Проведенные исследования шума, создаваемого турбулентным потоком в трубах, соплах, каналах и замеры шума в потоках показа­ли, что уровень шума повышается при наличии изгибов труб, уста­новки клапанов и дросселировании потока с помощью частично от­крытого клапана. Причинами шума в трубопроводах могут быть ре­зонансные колебания штоков клапанов, а также отдельные полости клапанов, являющиеся резонаторами.

Гребной винт является одним из главных источников шума на судах, особенно для жилых помещений, расположенных в корме, и одним из главных источников общей и местной вибрации корпуса.

Шум редукторных передач зависит в основном от точности обработки зубчатых шестерен и зубчатых колес, от их балансировки. Частотная характеристика зависит от числа оборотов и числа зубьев.

Мощным источником шума является также система судовой вентиляции и кондиционирования воздуха. Шум, создаваемый винтиляционными агрегатами, распространяется по воздуху и через фунда­менты по корпусу судна.

Таким образом, основными источниками шума СЭУ являются ГД с навешенными механизмами, дизель-генераторы, насосы и компрессоры, валопровод и гребной винт, система винтиляции.

Для судов с ГТУ преобладающее значение имеет высокочастот­ный шум аэродинамического происхождения. Основными источниками шума являются всасывающие и нагнетательные тракты; корпуса тур­бин и компрессоров; камеры сгорания; редукторы и выпускной тракт. Однако преобладающее значение имеет компрессор. Из анализа дан­ных эксплуатации газотурбохода "Парижская коммуна", следует что применение звукоизоляции, глушителей шума на всасывании компрессора и на выхлопе турбины, установка агрегата на амортизаторах позволяет значительно снизить уровень шума ГТУ.

На судах с ПТУ основным источником высокочастотного шума является редуктор ТЗА, Уровни шума на судах с ПТУ и ДЭУ с МОД примерно одинаковы.

Основной причиной шума электрических машин является пульсация магнитных сил, действующих в воздушном зазоре между ротором и ста­тором. Пульсации этих сил вызывают вибрацию машины и создают шум. Другой причиной может быть недостаточная выверка и пригонка под­шипников. Шум может быть также вызван: эксцентричностью ротора и статора, неточностью пригонки парных деталей, недостаточной жест­костью станины электрической машины. Воздушный шум электрических машин вызывается главным образом системой винтиляции машины; бо­лее высокооборотные машины создают большой воздушный шум.

Большое количество типов судовых механизмов, а также paзнообразные причины, вызывающие повышенную шумность механизмов, в значительной мере затрудняют борьбу с шумностью.

Необходимо, прежде всего, снижать шум в источнике его возник­новения, демпфировать звуковые вибрации на путях их распростра­нения, применять средства изоляции и поглощения воздушного шума.

Уровень шума в МО зависит не только от шума двигателей и механизмов, но и от акустических свойств и размеров МО, числа ра­ботающих двигателей и режима их работы.

Шумовое поле в МО неравномерно по интенсивности и по частотному составу. Поэтому опенка шумности в МО производится по сред­нему уровню шума, который определяют как среднее арифметическое результатов замеров уровня шума, в точках, равномерно распреде­ленных в МО [1]:

L_ср = 20lg (∑ⁿ_i=1 P_i) / nP₀ дб, (4.5.)

где Р_i - звуковое давление в i - oй точке;

Р₀ - звуковое давление на пороге слышимости; n - число точек замера.

Понижение уровня шума, создаваемого в СЭУ, достигается умень­шением шума в его источнике, применением глушителей аэродинами­ческого шума, создаваемого впускной и выпускной системами двигателя, виброизоляцией механизмов, трубопроводов, применением амор­тизаторов вибрации и звукопоглощающих материалов.

Шум механизма в источнике может быть снижен конструктивными, технологическими и эксплуатационными мероприятиями.

К конструктивным мероприятиям можно отнести:

- уменьшение энергии возмущающих сил или перераспределение её
во времени соответствующими изменениями конструкции механизма (снижение соотношения масс вращающихся и неподвижных частей механизма, замена подшипников качения, подшипниками скольжения, скос пазов ротора электродвигателя и др.) или режима его работы (уменьшения числа оборотов ротора, сни­жение скорости движения рабочих сред и т.п.);

- отстройку попавших в резонанс частей собственных колебаний механизмов от частот возмущающих сил изменением жесткости деталей, а также установку дополнительных уравновешиваю­щих масс;

- применение средств изоляции, поглощения и рассеяния энер­гии вибрации и воздушного шума.

Для эффективной борьбы с вибрацией и шумом механизмов не­обходимо использовать комплекс средств снижения шума.

Снижение шума, вызванного дисбалансом, достигается динами­ческой балансировкой вращающихся деталей машины с помощью урав­новешивающихся колец, на которых крепят грузы, распределенных по периметру кольца.

Уменьшение структурного шума, передаваемого от работающих механизмов фундаментным конструкциям, достигается применением составных опор, т.е. между опорными поверхностями машины и фун­дамента предусматривается дополнительная амортизирующая опора и промежуточная масса.

Применение соответствующих смазок может также снизить шум­ность подшипников качения.

Эффективным средством в борьбе с шумностью является изоля­ция механизмов от корпуса судна путем установки их на звукоизо­лирующие амортизаторы, что уменьшает передачу вибраций фунда­ментным и корпусным конструкциям, снижает подводный шум от их работы и воздушный шум в МО и в соседних помещениях.

Виброизолирующий эффект амортизирующего крепления в зна­чительной мере зависит от частоты свободных колебаний механизма на амортизаторах. Поэтому для получения наибольшей виброизоляции стремяться амортизацию механизмов выполнить так, чтобы эти час­тоты были возможно меньше. Для обеспечения низкочастотной амор­тизации часто механизмы устанавливают на амортизаторы через промежуточную общую раму. В некоторых случаях применяют двухкаскадную амортизацию, один каскад располагают между промежуточ­ной рамой и фундаментом, а другой - между рамами и механизмами. Применение звукоизолирующих амортизаторов не обеспечивает полной изоляции и часть звуковой энергии от работающих механиз­мов передается фундаментаным и корпусным конструкциям. Снижение уровня звуковых вибрации фундаментных и корпусных конструкций достигается вибропоглощением, для чего применяются вибродемпфирующие покрытия, изготовленные из материалов с большим коэффициентом потерь (полихлорвинил, войлок, пропитанный сернистым каучуком и др). Хорошее вибропоглощение достигается покрытием, состоящим из слоя полихлорвинила и алюминиевого листа. Соединение слоя пластика с покрываемой поверхностью и алюминиевым листом произ­водится эпоксидной смолой.

Для снижения шума в жилых помещениях, расположенных вблизи МО, устанавливают переборки и палубы плавающего типа в этих по­мещениях, делают облицовку шахты МО слоем звукопоглашающего ма­териала, а также звукоизоляцию и уплотнение дверей МО.

Таким образом, борьба с шумом на судах ведется в двух нап­равлениях:

- снижение шума ГД и ВМ в самом источнике путем осуществ­ления мероприятий конструктивного, технологического и эксплуата­ционного характера;

- ослабление влияния и распространения шума путем приме­нения средств звуковиброизоляции, звуко- и вибропоглощения.

К методам борьбы с шумом СЭТ можно отнести следующие:

1. Установка глушителей.

2. Звукоизоляция с помощью кожухов и выгородок.

3. Экранирование постов управления.

4. Дистанционное управление и комплексная автоматизация.

5. Использование индивидуальных средств защиты.

6. Установка амортизаторов, эластичных муфт и вставок в трубопроводы.

7. Использование вибропоглащающих покрытий фундаментов и ус­тановка виброгасителей.

8. Виброизоляция газовыпускных трактов и воздухопроводов и воздухопроводов и др.

4.3. Методы борьбы с загрязнением окружающей среды, при эксплуатации энергетических установок.

Мировой океан является основным поставщиком атмосферного кислорода. На его долю приходится 71 % поверхности земного шара. Он дает человечеству ежегодно 34 млрд.м³ кислорода из общего количества 40 млрд.м⁴ и свыше 80 млрд.т. животных и расти­тельных продуктов.

Исходя из этого вопросы борьбы с загрязнением Мирового оке­ана приобретают в настоящее время первостепенное значение.

К источникам загрязнения мирового океана можно отнести:

- нефть и нефтепродукты;

- химические вещества;

- мусор;

- санитарно-фановые воды, и т.п.

В настоящее время разработано ряд документов, ограничиваю­щих сбросы отходов рабочих веществ СЭУ применительно к судам различного назначения. Особенно жесткие требования по предотв­ращению загрязнения моря нефтью предъявляются к танкерному флоту в части:

- организации погрузки и выгрузки;

- надежности работы грузовых и зачистных систем;

- проведения мойки танков со сбросом промывочной и балластной воды за борт или на береговые очистные сооружения.

Общими для всех видов судов являются требования_, выпол­нение которых сводит к минимуму количество нефтепродуктов, попадающих в лъяла МКО, а также соблюдение правил бункеровки.

Все операции по удалению с судна нефтепродуктов и загряз­ненных вод должны в обязательном порядке регистрироваться в спе­циальном журнале нефтяных операций.

Крупнотоннажные суда без исключения должны быть снабжены штатными приборами для проведения экспресс - анализа содержания нефтепродуктов в воде. Слив загрязненных льяльных и балластных вод за борт допускается только после прохождения их через сепаратор, а оставшиеся нефтепродукты рекомендуется сдавать на берег или вводить в котельное топливо.

Каждое судно должно оборудоваться сепарационной установкой. Её основное назначение заключается в обеспечении очистки сливаемых за борт льяльных вод до содержания в них нефтепродук­тов не свыше 100 мг/л.

В настоящее время подучили распространение три типа судо­вых сепарационных установок: отстойные; флотационные; коалесцирующие.

Принцип работы первых основан на отделении нефти от воды. Это осуществляется за счет разности их плотностей и возникающей при этом подъемной силы, действующей на частицы нефти.

Опыт эксплуатации таких сепараторов показывает о нецелеобразности их практического использования из-за громоздкости и не возможности полного обеспечения возрастающих требований по очистке вод.

Флотационные сепараторы обладают бóльшими достоинствами по сравнению с отстойными. Их работа основана на принципе флотации, т.е. извлечении частиц нефти из воды с помощью пузырьков воздуха. Такие сепараторы имеют большую эффективность работы. Она обусловлена тем, что частицы нефтепродукта, прилипшие к поверхности воздушных пузырьков, имеют скорость всплытия в 900 раза бóльшую, чем при статическом отстое. В целях интенси­фикации процесса пенообразования в нефтеводяную смесь добав­ляют поверхностно-активные вещества (флотореагенты). К достоинствам таких сепараторов можно отнести:

- возможность очистки вод_, содержащих наиболее тяжелые сорта нефтепродуктов с плотностью до 0,98 кг/см;

- устойчивость работы при качке судна;

- стабильность процесса очистки.

Недостатками флотационных сепараторов являются: сравни­тельная сложность установки; наличие в установке вращающихся частей (электродвигатели, импеллеры);

Флотационные импеллерные установки отечественных танкеров производительностью 10 м ³/ч обеспечивают содержание нефтепро­дуктов на сливе льяльных вод не выше 60-80 мг/л.

Наиболее перспективным типом судовых сепараторов трюмных вод по сравнению с первыми двумя являются сепараторы коалесцирующего типа. Их работа основана на принципе коалесценции (объединения). Процесс очистки нефтесодержащих вод заключает­ся в том, что при пропускании эмульсии через коалеосцирущие материалы мелкие частицы нефти укрупняются и затем всплывают. К ним относятся песок, синтетические волокна, материалы на ос­нове целлюлозы.

Достоинствами сепараторов такого коалесцируюмого типа яв­ляются: простота конструкции; отсутствие движущихся частей; малые габариты.

Сепарационные установки с песчаными коалесцирующими пат­ронами позволяют поддерживать нефтесодержание на сливе в пределах 10 - 80 мг/л. Однако в процессе работы фильтрующие элементы быстро засоряются, трудно поддаются очистке и требуют частой за­мены песка.

Для повышения эффективности работы сепарационных установок вообще необходимы: полная автоматизация; оснащение приборами для автоматического контроля за нефтесодержанием в сливаемых водах; улучшение очистной способности с целью достижения пре­дельного содержания нефтепродуктов в смеси 5-10 мг/л.

ГЛАВА 5. ЭКСПЛУТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ЭНЕГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

5.1. Надёжность главных двигателей.

Основными элементами, определяющими работоспособность (например, дизелей) являются: топливная аппаратура (ТНВД, форсунки), ЦПГ (крышки, втулки, поршни), подшипники и клапаны. Анализ ре­зультатов статистических исследований их эксплуатационной на­дежности показывает следующее [4].

ТНВД. Одной из причин их отказов износового происхождения являются эрозионные разрушения. Таким разрушениям в основном подвергаются: плунжеры, окна втулок, клапаны и их седла, а также корпусная часть. Наиболее распространенный случай разрушения рабочей части (головки) золотниковых плунжеров вследствие кавитационной эрозии. Чаще всего износ проявляется в виде точек, затем переходит в сыпь и далее в сплошное поражение участка поверхности - раковины. Эрозионный износ существенно снижает моторесурс элементов ТНВД, например, золотниковых пар. По опыту эксплуатации ТНВД в Балтийском пароходстве средняя продолжительность работы пары соответствовала 1-2 годам. Срок службы плунжерных пар в Северном пароходстве на серийных судах типа "Дорогобуж" составлял ≈ 5-I0 тыс.ч.

Основнойпричиной отказов отдельных улов и элементов ТНВД в среднем для всех эксплуатационных зон являются трещины (60 - 75 %). Второе место по значимости занимают поломки (11 – 12 %). Отказы износового происхождения составляют от 7 %до 12 %, хотя в области приработки они имеют преобладающее значение.

Основными узлами, определяющими уровень эксплуатационной надежности ТНВД, являются: плунжерная пара (27 %отказов); вса­сывающие (25 %)и нагнетательные (21 %) клапаны. Наименее на­дежным элементом плунжерной пары являются втулки (50 %). На до­лю плунжера приходится 21 %. В процессе эксплуатации этого уз­ла и его элементов имеют место задиры, деформация плоскости трения, заклинивание, выкрашивание и трещины вследствие усталостных явлений в металле, наличия температурных напряжений, неоднородности металла, некачественной сборки в процессе мон­тажа, дефектов технического характера. Выработка контактных поверхностей вероятнее всего происходит вследствие комплексно­го воздействия диспергирования (размельчения) отдельных участ­ков контакта, абразивного и окислительного износа.

Уровень эксплуатационной надежности клапанов определяется ТС следующих элементов: седла, перемычки, корпуса, хвостовика. При этом их доля отказов для клапанов различного функционально­го назначения неодинакова. Так, отказы нагнетательных клапанов по причине выхода из строя седла составляют 45 %,а всасывающих – 30 %; по причине выхода из строя корпусов отказы состав­ляют от 20 %до 38 %.В процессе работы этих узлов и их элементов имеют место: поломки посадочных мест, обрывы головки, заклинива­ние, коррозионное разъедание и трещины. Отказы узлов ТНВД вслед­ствие трещин в среднем для судов типа т/х "Академик Сеченов" составляют; клапаны - 24 %,плунжерная пара - 17 %,головка -12 %,корпус (блок) - 47 %.

Основными дефектами, имитирующими ресурс плунжерных пар судовых дизелей, являются износы прецизионных поверхностей зо­лотниковой части плунжера и втулки. В среднем около 80 % плунжерных пар бракуется по причине износа этих поверхностей и потери гидравлической плотности ниже допустимого уровня. Средний износ золотниковой части плунжера втулки за 1 тыс.ч работы дизелей составляет 0,35-0,5 мкм, а фактический ресурс находится в среднем в пределах (6-13)*10³ ч.

Опыт эксплуатации ТНВД на судах типа "Академик "Сеченов" в течение шести лет с 1982 по 1987 г. показывал, что наибольшее количество отказов приходится на начало и конец четвертого го­да эксплуатации. За первые четыре месяца эксплуатации произошло 9 отказов (1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9 цилиндры). Такое же количество отказов произошло в течение одного месяца в конце года (1, 2, 4, 5, 6, 7, 9 цилиндры). Общее количество отказов в течение осталь­ных лет эксплуатации равно 11 (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9 цилиндры). Чаще всего выходили из строя ТНВД четвертого, шестого и де­вятого цилиндров. Например, на ТНВД т/х "И.Тевосян" четвертого и девятого цилиндров приходилось 34%отказов. Количество отказов для ТНВД шестого и девятого цилиндров т/х Т.А.Насер" в общей совокупности составляло ~ 32 %для ТНВД т/х "Академик Сеченов" эта величина составляла ~ 20 %. В процессе эксплуатации ТНВД т/х "Академик Сеченов" имели место срезы: головок стопорного винта, направляющих шпонок тол­кателей, поломка пружины толкателей и демпферов, замена толка­телей из-за износа роликов, трещины всасывающих клапанов, риски на поверхности плунжерных отсечных кромок, пропуски по посадоч­ному поясу корпуса всасывающих клапанов.

Динамика потоков отказов ТНВД для ГД различных типов судов приведена на рис 5.1.