WYŻSZA SZKOŁA MORSKA W SZCZECINIE WYDZIAŁ MECHANICZNY	LABORATORIUM- ITESO				IV Mb inż. Krzysztof Szulc
		Nr	Temat : Drgania skrętne wałów korbowych
Data wyk .ćw 08.03.1999	Data oddania ćw: 15.03.1999		Ocena:	Podpis asystenta	Podpis Kier.Zakł.

Drgania skrętne wału korbowego

Wał korbowy silnika wraz ze sprzęgniętym z nim wałem. pośrednim i odbiornikiem mocy (śrubą napędowa lub prądnicą ) stanowi układ drgający ,pobudzony do drgań skrętnych ,giętych i wzdłużnych ,okresowo zmiennymi siłami gazowymi , masowymi oraz ich momentami .drgania te są przyczyną powstawania dodatkowych sił i momentów masowych w układzie tłokowo-korbowym i wynikających z tego dodatkowych ,a trudnych do określenia obciążeń mechanicznych. Drgania wpływają także niekorzystnie na warunki pracy łożysk układu tłokowo-korbowego.

Układ drgający składa się z wału korbowego , koła zamachowego , wału pośredniego , wału śrubowego i śruby napędowej . Dla silnika zespołu prądotwórczego układ drgający stanowią : wał korbowy , koło zamachowe i prądnica . Oprócz dodatkowych obciążeń drgania powodują także niekorzystny wpływ na warunki pracy łożysk układu tłokowo-korbowego.

Szczególnie niebezpieczne są rezonansowe drgania skrętne wału korbowego powstające wtedy gdy częstotliwość okresowo zmiennego momentu wzbudzającego drgania skrętne ,zwana dalej częstotliwością wzbudzenia n_wz , jest równa częstotliwości drgań własnych n_wł układu drgającego.

n_wz=n_wł -rezonans

Do eksploatacji silnika ważne jest dla jakich prędkości obrotowych silnika występuje rezonans oraz dla jakich rezonansów praca momentu skręcającego ,czyli praca wzbudzenia jest co najmniej równa pracy tłumienia .

Momentem wzbudzającym drgania skrętne układu napędowego jest moment obrotowy silnika. Prędkości obrotowe silnika n _, dla których istnieje równość:

k*n=n_wł gdzie : k-rząd harmonicznej

czyli występuje rezonans, nazywają się prędkościami rezonansowymi lub krytycznymi prędkościami rezonansowymi lub krytycznymi są niebezpieczne dla silnika, gdyż powodują wzrost (gwałtowny) obciążeń mechanicznych poszczególnych elementów silnika.

W aspekcie konstrukcyjnym ,istotne jest również określenie dodatkowych naprężeń powstających w skutek drgań rezonansowych .

Dla układu silnik-śruba praktycznie trzeba się liczyć z trzema stopniami drgań o częstotliwościach własnych oraz z momentami (harmonicznymi)wzbudzającymi drgania ,zatem teoretycznie możliwa liczba rezonansów wynosi 3z. Liczba porządkowa z równa jest rzędowi k-harmonicznej momentu obrotowego silnika.

Szerokość pasma rezonansowego jest tym większa im niższy jest stopień i rząd drgań. Pasmo rezonansowych prędkości obrotowych silników wolno obrotowych wynosi ± (0,05÷0.08)M­­_kv dla rezonansów niskich stopni i rzędów oraz ±(0.01÷0.03)M_kv dla rezonansów wyższych stopni i rzędów.

Rezonansowe prędkości obrotowe danego układu napędowego wyznaczone drogą obliczeń lub doświadczalnie dla określonych warunków pracy silnika przyjętych za normalne , mogą w warunkach eksploatacyjnych zmieniać się jeżeli zmieni się częstotliwość drgań własnych układu napędowego , ulegnie zmianie praca skręcania poszczególnych harmonicznych lub warunki wpływające na pracę tłumienia .

Pomiar drgań

Pomiaru drgań skrętnych dokonano na silniku stanowiskowym typu :

• SULZER 6A 20/24

• Rzędowy ,6cylindrów nienawrotny

• Znamionowa liczba obrotów 720 obr/min

• Kolejność zapłonu 1-4-2-6-3-5

Charakterystyka α=f(n) -silnik uszkodzony (pompka paliwowa na jednym z cylindrów podwieszona)

n[1/min]	406	456	492	552	608	655	715
	0,475	0,439	0,506	0,439	0,392	0,439	0,409

Rys.1.

Charakterystyka α=f(n) -silnik nieuszkodzony

n[1/min]	410	458	497	558	605	651	716
	0,375	0,414	0,475	0,422	0,411	0,364	0,419

Rys.1.

Na podstawie pomiarów oraz wyznaczonych charakterystyk widmowych drgań skrętnych αf = f(f) zauważono ,że przy częstotliwości 5227 Hz występują największe amplitudy drgań skrętnych dla wszystkich punktów pomiarowych .

WNIOSKI :

Przy częstotliwości 5227 Hz oraz 0 Hz układ wpada w rezonans . Zaobserwowano , że podczas pracy silnika z uszkodzonym jednym cylindrem występuje większa amplituda drgań skrętnych w całym obszarze częstotliwości . Świadczy to o tym iż jeden niepracujący cylinder powoduje zbliżenie amplitudy drgań całego układu na granicę obszaru w którym wymuszone drgania skrętne powodują rezonans.Z tego powodu należy dbać oto aby silnik był w dobrym stanie technicznym nie wolno dopuścić do pracy z uszkodzonym cylindrem .

Rezonansowe drgania skrętne powodują powstanie w wałach korbowych naprężeń skręcających większych od dopuszczalnych , co przy długim czasie oddziaływania może doprowadzić do uszkodzenia silnika. Dlatego praca silnika w zakresie rezonansowych prędkość rzędów głównych jest niedopuszczalna , a przy zwiększeniu prędkości obrotowej należy możliwie szybko przejść przez pole krytycznej prędkości obrotowej rzędów głównych,aby nie dopuścić do awarii silnika lub jego zwiększonego zużycia.

Eliminację drgań skrętnych lub znaczne ich zmniejszenie osiąga się na drodze konstrukcyjnej poprzez :

• odpowiedni dobór kolejności zapłonów .

• odpowiedni dobór odstępu między zapłonami

• ukształtowanie wału korbowego i pośredniego o możliwie największej ,częstotliwości drgań własnych , tak by rezonansowe rzędów głównych wypadały poza zakresem eksploatacyjnym , wymóg ten spełnia wał sztywny o małej długości i dużej średnicy.

Jeżeli mimo określonych zabiegów konstrukcyjnych , amplitudy niektórych drgań rezonansowych w przedziale prędkości eksploatacyjnych są zbyt duże ,to może okazać się konieczne zastosowanie specjalnych urządzeń zmniejszających lub eliminujących drgania, takich jak:

• tłumiki tarciowe zmniejszające amplitudy drgań rezonansowych wszystkich rzędów i stopni

• rezonansowe eliminatory drgań eliminujące drgania rezonansowe jednego rzędu drgań

• tłumiki łączące te dwie cechy , czyli eliminatory rezonansowe z tłumikiem

W silnikach okrętowych stosuje się głównie , tarciowe tłumiki drgań. Działanie tych urządzeń polega na tłumieniu drgań , to znaczy zmniejszeniu amplitud wychyleń skrętnych przez pochłanianie energii ruchu drgającego. Dodatkowym skutkiem tego działania jest zmniejszenie częstotliwości rezonansowych. Głównym elementem typowego tłumika tarciowego jest bezwładnik (bezwładna masa) połączony podatnie ze swobodnym końcem wału korbowego , czyli w miejscu największych wychyleń skrętnych.

Poprzez nie pracowanie silnikiem w obszarach prędkości krytycznych

Poprzez szybkie przechodzenie przy zwiększeniu prędkości przez obszary prędkości krytycznych.

---