Шум поршневых машин судна

Из всех судовых поршневых машин наиболее шумными являются двигатели внутреннего сгорания и именно двигатели Дизеля.

Дизель имеет следующие основные источники шума:

– систему наддувочного и продувочного воздуха;

– шатунно-кривошипный механизм;

– процесс сгорания;

– клапанно-распределительный механизм;

– топливовпрыскивающую аппаратуру;

– навешанное оборудование, приводимое от коленчатого вала;

– вибрирующие поверхности двигателя и фундамента.

Эти источники способствуют образованию как механического, так и аэродинамического шума.

К шумам аэродинамического (или газодинамического) происхождения относятся шумы впускных и выпускных систем двигателей, шумы различного рода нагнетателей наддувочного и продувочного воздуха, а также шумы, возникающие в период сгорания топлива в цилиндрах двигателя.

В некоторых случаях уровни шума на всасывании, создаваемые продувочными и наддувочными насосами, достигают 115—118 дБ. Значительный уровень имеет и шум всасывания двигателей без наддува.

Шумы нагнетателей роторного типа состоят из вихревого шума, шума от пульсаций столба воздуха в трубе, шума вращения и шума от препятствий в потоке. Шум центробежного нагнетателя имеет аналогичный состав с весьма интенсивной составляющей, соответствующей «сиренному шуму» Высокочастотный интенсивный шум центробежных нагнетателей создает весьма неприятный физиологический эффект.

Следующим источником шума является процесс сгорания в цилиндрах двигателя. Значительная сложность этого вопроса и отсутствие достаточного экспериментального материала являются причиной того, что до сих пор нет еще утвердившейся общей теории шумообразования при сгорании топлива. Одной из главных причин шума является большая скорость нарастания давления при сгорании.

У ряда типов двигателей внутреннего сгорания, особенно у тяжелых тихоходных судовых двигателей, шум процесса сгорания намного ниже общего уровня шума и маскируется другими, более мощными источниками (механическими). К числу механических источников шума дизелей относятся: кривошипношатунный механизм; топливовпрыскивающая система; клапаннораспределительный механизм; различные вспомогательные механизмы, установленные на двигателе, и их приводы (особенно зубчатые передачи).

Как показали отечественные исследования, наибольшее значение в процессе шумообразования двигателей имеют удары в кривошипношатунном механизме, главным образом удары поршней о втулки цилиндров при их перекладке.

Известно, что за один оборот коленчатого вала поршень перекладывается в плоскости движения шатуна с одной стороны на другую несколько раз. Во время перекладки, из-за зазора между поршнем и втулкой цилиндра поршень приобретает некоторую скорость в поперечном направлении, ударяя о стенку в момент контакта. Вследствие этих ударов возникают интенсивные вибрации стенок цилиндра с собственной частотой, что обусловливает появление шума на 3—9 дб превышающего шумы от других источников в двигателе.

На интенсивность шума, вызываемого ударами поршней о втулки цилиндров, влияют следующие факторы: число оборотов, величина зазоров в сочленениях, вес поршня и шатуна, величина и характер действующих на поршень усилий, отношение радиуса мотыля к длине шатуна, материал и толщина блока и крышки цилиндров, тактность, число цилиндров, вязкость смазочного масла.

Поскольку основным источником шума у большинства двигателей является стук поршней, то оценка уровня шума двигателей может производиться по единой формуле. В качестве такой формулы для уровня шума на расстоянии 1 м может служить эмпирическая формула, предложенная В. И. Зинченко, позволяющая рассчитать уровень шума двигателя с точностью до ±2 децибела, дб:

 

       (1.6)

 

n – число оборотов двигателя, 1/мин;

D, S – диаметр и ход поршня, м;

B – постоянная величина, учитывающая условия измерения. При расчете уровня шума на расстоянии 0,5 м от двигателя, имеющего чугунный корпус В = 75,5

z – коэффициент, учитывающий наличие клапанно-распределительного механизма. Для четырех и двухтактных ДВС с прямоточно-клапанной продувкой z=1

Поскольку для большинства двигателей основным источником шума является стук поршней, то в качестве формулы, определяющей уровень шума на расстоянии 1 м может также служить импирическая формула

 

                  (1.7)

 

 — фактор шумности двигателя с воспламенением от сжатия (D — диаметр цилиндра, i — число цилиндров, п — число оборотов двигателя в минуту);

B  ≈ 70 дб — для двухтактных и четырехтактных двигателей с чугунным корпусом.

Последняя формула справедлива в интервале Ф_ш = 150 — 850 м/мин.

Спектры шума дизелей

Спектр шума малооборотных дизелей имеет максимальные составляющие на низких частотах с некоторым спадом на средних частотах. На высоких частотах шум заметно снижается. Шум, излучаемый остовом (цилиндровым блоком и картером), невелик по уровню из-за высокой жесткости и больших масс его узлов. Доминирующий шум излучается в верхней части дизеля, где имеются сравнительно тонкие сварные конструкции. В спектре особенно выделяются частота вращения и частота вспышек. В районе продувочных и наддувочных систем превалирует высокочастотный шум.

Спектр шума среднеоборотных дизелей, по сравнению с малооборотными, имеет более высокочастотный спектр. Уровень шума в низкочастотной части спектра в значительной степени зависит от максимального давления сгорания в цилиндре.

Превалирующий по уровню шум имеет место в средней части спектра из-за более высокой скорости нарастания давления в цилиндрах. У дизелей возбуждаются в наибольшей мере различные плоские поверхности. Наиболее громкий шум излучается клапанными крышками, лючками, стенками картера и т. д. В высокочастотном диапазоне шум, возможно, вызывается непосредственно колебаниями давления в цилиндрах. Система турбонаддува этих машин также может служить доминирующим источником шума на высоких частотах.

Шум высокооборотных машин имеет обычно меньший уровень в низкочастотной области спектра. Уровень возрастает постепенно до самой высокой области спектра, в которой и становится определяющим. На высокочастотный шум заметное влияние оказывает повышение частоты вращения. Двигатели этого класса в целом имеют более высокое давление сгорания и более крутой подъем давления в цилиндре. Эти обстоятельства способствуют значительному повышению механического шума от вращающихся и колеблющихся частей дизеля, а также от клапанного механизма.

Шум системы турбонаддува у высокооборотных дизелей проявляется менее явно.

Типовые спектры шума малооборотных ( об/мин), среднеоборотных ( об/мин) и высокооборотных ( об/мин) дизелей представлены в таблице 1.3

Таблица 1.3 – Типовые уровни звукового давления дизельных установок в октавных полосах частот

Тип дизельной установки	Уровни звукового давления дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, гц
	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
1. Малооборотный дизель	100	98	96	94	93	91	87	77
2. Среднеоборотный дизель	100	101	103	105	107	104	101	97
3. Высокооборотный дизель	103	101	101	103	101	98	94	90

 

Пример 1.1 Определить шум судового дизеля по следующим данным: диаметр цилиндра D = 300 мм, число цилиндров  = 4, число оборотов  = 300 об/мин.

Решение. Фактор шумности двигателя:

=0,3. 300  = 180 м/мин.

По формуле

= 15,8 lg 180 + 70 ≈ 106 дб.

Помимо ударов поршней, шум двигателей внутреннего сгорания также возникает вследствие ударов в сочленениях кривошипно-шатунного механизма (мотылевые и головные подшипники) и воздействия сил инерции в кривошипношатунном механизме.

В некоторых случаях шум двигателя может вызываться крутильными колебаниями коленчатого вала. При крутильных колебаниях движение коленчатого вала таково, что рамовые шейки колеблются в зазоре подшипников в разные стороны и ударяются о вкладыши с критической частотой вала. В результате возникает низкочастотный грохочущий или дребезжащий шум.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: