Устройство для снижения вибраций объекта с открытыми полостями в потоке жидкости или газа

 

Использование: гидродинамика и виброакустика . Сущность изобретения: устройство для снижения вибраций объекта с открытыми полостями в потоке жидкости или газа содержит накладку, установленную на отверстие каждой открытой полости. Накладка выполнена в виде ряда параллельных разделенных перегородками щелей с различной чередующейся длиной, ориентированных вдоль потока. Суммарная площадь щелей составляет не менее площади отверстия открытой полости, а расстояние между щелями не менее 2,5 ширин отдельной щели, отношение длин соседних щелей равно 3:2, а отношение длины каждой щели к ее ширине не менее 30:1. Кромки соседних , одинаковых подлине щелей разнесены вдоль потока не менее чем на 0,1 длины соответствующей щели а кромки соседйих, различных по длине щелей не менее, чем на 0,1 длины большей щели по передним кромкам и не менее, чем на 0,23 длины большей щели по задним кромкам. 5 ил. & Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 10 К 11/16

ГОСУДАРСТВЕННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЪ|ТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4892440/10 (22) 19.12.90 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (71) Центральный научно-исследовательский институт им.акад. А.Н.Крылова (72) Б.П.Григорьев, О.Н.Докучаев, С.В.Котков и И.В.Ростов (56) Нихон дзосэн гаккай ромбунсио, 1986, М 159, с.391-404. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИЙ ОБЪЕКТА С ОТКРЫТЫМИ ПОЛОСТЯМИ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА (57) Использование: гидродинамика и виброакустика. Сущность изобретения: устройство для снижения вибраций объекта с открытыми полостями в потоке жидкости или газа содержит накладку, установленную

Изобретение относится к гидродинамике и виброакустике и может быть использовано для уменьшения вибраций, возникающих при воздействии обтекающего корпус морского объекта потока на замкнутые полости внутри корпуса объекта, связанные через пбстоянно открытые отверстия с забортной средой. »

\у

Аналогами данного изобретения являются работы, посвященные возникновению вибраций и звуковых колебаний при обтекании полости с. отверстием в безграничной непроницаемой перегородке потоком жидкости или газа. Ввиду сложности физического механизма явления, полная и достаточно точная физико-математическая модель процесса в настоящее время не создайа. Однако, можно считать доказанным, что

„„. Ж„„1781700 А1 на отверстие каждой открытой полости. На-. кладка выполнена в виде ряда параллельных разделенных перегородками щелей с различной чередующейся длиной, ориентированных вдоль потока. Суммарная площадь щелей составляет не менее площади отверстия открытой полости, а расстояние между щелями не менее 2,5 ширин отдельной щели. отношение длин соседних щелей равно 3:2, а отношение длины каждой щели к ее ширине не менее 30:1. Кромки соседних, одинаковых по длине щелей разнесены вдоль потока не менее чем на 0,1 длины соответствующей щели а кромки соседних, различных по длине щелей не менее, чем на

0 1 длины большей щели по передним кромкам и не мейее, чем на 0,23 длины большей щели по задним кромкам. 5 ил. причиной интенсивных вибраций являются автоколебания, возникающие в полости под воздействием вихрей, образующихся на передней кромке отверстия. Автоколебания возникают, когда акустические колебания в полости начинают управлять срывом вихрей на отверстии, при этом движение вихрей регуляризуется и сосредоточенная в них энергия увеличивается, Это приводит к появлению мощного источника колебаний порождающего вибрации корпуса, т.к. существенная часть энергии, сосредоточенной в вихрях, передается в вибрации корпуса при взаимодействии их с задней кромкой отверстия.

На фиг,1 представлена гидродинамическая картина обтекания полости с отверстием. Позиция 1 обозначает профили средней скорости в различных сечениях вдоль по

1781700

20

30

45

55 потоку, позиция 2 — вихри, образующиеся на отверстии.

Характерная частота срыва вихрей при отсутствии автоколебаний определяется формулой Струхаля срыва вихрей на отверстии, причем, как правило, проявляются несколько гармоник. При возникновении автоколебаний зависимость частоты срыва вихрей от скорости потока изменяется - увеличение частоты с ростом скорости заметно замедляется.

Возникновение автоколебаний становится возможным в случае близости частоты

Струхаля срыва вихрей и собственной частоты колебательной системы.

Это условие реализуется в небольшом диапазоне скоростей вблизи скорости, при которой частота Струхаля и частота колебательной системы совпадают.

Поскольку морские обьекты эксплуатируются с разными скоростями, а в их корпусах, как правило, имеется множество . полостей, связанных с забортной средой, имеется большая вероятность возникновения условий для возбуждения интенсивных автоколебаний и ухудшения эксплуатационных характеристик объектов. Поэтому при создании морских обьектов с высокими эксплуатационными характеристиками необходимо учитывать опасность возникновения автоколебаний в полостях, связанных с забортной средой, и использовать способы, позволяющие ее избежать. Данное изобретение и представляет собой один из таких способов.

Технических решений, в которых реализовано уменьшение автоколебаний, немного.

В известном техническом решении, принятом за прототип предлагается уменьшать интенсивность автоколебаний с помощью специальной накладки на отверстие, которая позволяет вынести переднюю кромку отверстия на некоторое расстояние от корпуса, Эго дает возможность, во-первых, уменьшить скорость, на которой возникают автоколебания, так как передняя кромка отверстия находится в более скоростной части потока, а во-вторых, уменьшить степень взаимодействия вихрей с задней кромкой отверстия, вследствие разнесения его передней и задней кромки поперек потока.

Эффективность данного способа была прбверена с помощью гидродинамической трубы на модели кингстонной коробки. Эксперйментальная установка схематично изображена на фиг.2. поз.3-7, поз.3 — стенка рабочего участка гидродинамической трубы, поз,4 — модель кингстонной коробки, поз.5 — полость внутри кингстонной коробки, поз.6- отверстие, связывающее полость и набегающий поток, поз.7 — накладка на отверстии, (изобра>кена накладка, соответствующая фиг.2, поз.10), Накладки, используемые в прототипе, изобра>кены на фиг.2., поз.8-10. Поз 8 — накладка с разнесением передней и задней кромок отверстия поперек потока и с закрытием части площади отверстия, поз.9 — накладка с разнесением передней и задней кромок отверстия поперек потока и без закрытия части площади отверстия, поз.10 — накладка без разнесения передней и задней кромок отверстия и без закрытия части площади отверстия, используемая в качестве эталонной накладки, Интенсивность автоколебаний измерялась с помощью датчика турбулентных пульсаций давления, установленного около задней кромки отверстия.

Автоколебательный процесс был получен на частоте примерно 35 Гц. Максимальная интенсивность колебаний достигалась при скорости потока 6 м/с.

Получено, что применение накладки без перекрытия части площади отверстия (поз.9) дает уменьшение интенсивности автоколебаний на 10 дб, а накладки с перекрытием площади отверстия (поз.8) — 28 дб.

Устройство, предложенное в прототипе имеет два существенных недостатка. Вопервых, для значительного снижения интенсивности автоколебаний необходимо закрыть 2/3 площади отверстия и, следовательно, требуется принятие допопнительных мер для обеспечения прежнего расхода воды, что или повысит интенсивность авто- . колебаний, или потребует дополнительного оборудования. Во-вторых, создаются дополнительные выступы на корпусе судна, изменяющие структуру и характеристики пограничного слоя, что приводит к нежелательному увеличению сопротивления движению и повышению мощности турбулентных пульсаций давления за отверстием.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности снижения интенсивности вибраций, возникающих в. результате автокопебаний при обтекании открытой полости, путем применения накладки на отверстие более совершенной конструкции.

Эта цель достигается тем, что для уменьшения интенсивности автоколебаний накладка выполнена в виде системы параллельных щелей двух различных, чередующихся длин, ориентированных вдоль по потоку и с разнесенными вдоль по потоку кромками, причем отношение длины каж1781700 дой щели к ее ширине не должно быть меньше строго определенного значения (30:1).

На фиг.1 изображена динамическая картина обтекания отверстия в безграничной стенке с полостью за ним; на фиг,2 — 5 устройство, выбранное за прототип; на фиг.3 —; по изобретению; на фиг.4— устройство, близкое по конструкции к патентуемому, эффективность которого была изучена экспериментально; на фиг.5 — гра- 10 фик зависимости интенсивности эвтоколебаний от скорости набегающего потока для конструкции, изображенной нэ фиг.4. и отверстия размером 140х140 мм °

Примером конкретного выполнения ус- 15 тройства, предложенного в изобретении,, служит конструкция, изображенная на фиг.3. Здесь поз.1 — щели, поз.2 — передние кромки; поз.3— - задние кромки, поз.4 — изображение отверстия открытой полости, . 20

Пример. Была измерена зависимость интенсивности автоколебаний от скорости потока для отверстия размером 140х140 мм и устройства, изображенного на фиг.4, соответственно поз.5 и 6 на фиг.5. Интен- 25 сивность эвтоколебаний измерялась преобразователем турбулентных пульсаций давления, расположенным вблизи задней кромки отверстия, Из приведенных зависимостей видно, что максимальная интенсив- 30 ность автоколебаний на исследуемом устройстве ниже максимальной интенсивности автоколебаний на едином отверстии на 30 дБ, то есть эффективность исследуемого устройства составляет примерйо 30 35 дБ. Его конструкция отличается от конструкции патентуемого устройства только неразнесением передних кромок щелей вдоль по потоку. Это, как известно из свойств автоколебаний, приведет к еще большему сниже- 40 нию интенсивности автоколебаний у патентуемого устройства относительно исследованного. Следовательно можно утверждать, что эффективность патентуемого устройства составляет более 30 дБ. Это на 2-20 дБ больше, чем в устройстве, выбранном за прототип.

Таким образом, предлагаемое в изобретении устройство, позволяет, во-первых, отказаться от создания конструкций, выступающих в движущийся поток, во-вторых, сохранить площадь проходного сечения отверстия неизменной и, в-третьих, повысить эффективность действия устройства на 2-20 дБ.

Формула изобретения

Устройство для снижения вибраций объекта с открытыми полостями в потоке жидкости или газа, содержащее накладку, установленную на отверстие каждой открытой полости, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности, накладка выполнена в виде ряда параллельных разделенных перегородками щелей с различной чередующейся длиной, ориентированных вдоль потока, при этом суммарная площадь щелей составляет не менее площади отверстия открытой полости, а расстояние между щелями не менее.2,5 ширинотдельной щели, отношение длин соседних щелей равно 3: 2, а отношение длины каждой щели к ее ширине не менее 30: 1, причем кромки соседних, одинаковых по длине щелей разнесены вдоль потока не менее, чем на 0,1 длины соответствующей щели, а кромки соседних, различных по длине щелей не менее, чем на 0,1 длины большей щели по передним кромкам, и не менее, чем на 0,23 длины большей щели по задним кромкам, 1781700

1781700

Фиг. у

° Составитель Б.Григорьев

Техред М Моргентал Корректор Н Бучок

Редактор

Заказ 4276 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС

ССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101