Poziomy drgań i hałasu na jednostkach pływających są ważnym problemem z punktu widzenia technicznego i sanitarnego, gdyż mają one wpływ na: stan zdrowia załogi, bezpieczeństwo żeglugi oraz trwałość i funkcjonowanie maszyn i urządzeń zainstalowanych na statku. Celem prac analityczno-pomiarowych w przemyśle okrętowym jest minimalizacja poziomów drgań i hałasu do stopnia umożliwiającego długotrwałą, bezawaryjną pracę urządzeń i mechanizmów oraz konstrukcji okrętowych, co w konsekwencji prowadzi do zapewnienia bezpiecznej pracy załogi statku.
Katarzyna Adamowicz
Do głównych źródeł drgań, które kształtują warunki drganiowe jednostek pływających należą:
- silniki spalinowe Diesla pracujące jako silniki główne,
- śruby napędowe „klasycznych linii wałów”,
- śruby napędowe pędników azymutalnych.
W efekcie obliczeń wyznacza się częstotliwości i formy drgań własnych kadłuba, nadbudówki czy masztów analizowanej jednostki, celem sprawdzenia możliwości wystąpienia drgań rezonansowych przy obrotach nominalnych głównego układu napędowego statku, ponieważ drgania rezonansowe mogą doprowadzić do trwałych uszkodzeń konstrukcji statku lub jego elementów, co przekłada się w efekcie na bezpieczeństwo żeglugi.
Schemat propagacji dźwięków materiałowych w przekroju poprzecznym kadłuba statku
Stworzenie modelu drganiowego kadłuba (z nadbudówką) pozwala na uzyskanie informacji nt. częstotliwości i amplitud drgań własnych pokładów (wspomniane wyżej rezonanse), które rzutują m.in. na warunki drganiowe (sanitarne) w pomieszczeniach mieszkalnych i bytowych statku. Można także wykonać modelowanie drgań wymuszonych, ale jest to droga i skomplikowana procedura, która może nie znaleźć odzwierciedlenia w warunkach rzeczywistych.
Energia drganiowa rozprzestrzenia się po kadłubie statku w sposób nie do końca możliwy do przewidzenia (stąd prognozowanie). Na podstawie wieloletnich badań wiadomo, iż każda kondygnacja konstrukcji kadłuba i nadbudówki statku tłumi drgania o ok. 5 dB. Podobnie tłumienie wnoszą wszelkie elementy usztywniające daną konstrukcję tj.: usztywnienia mocne, pokładniki i wzdłużniki pokładu, usztywnienia ścian itp. Natomiast w przypadku mechanizmów generujących drgania stosuje się amortyzatory gumowo-metalowe, które w zależności od sztywności gumy tłumią bardziej lub mniej drgania wytwarzane przez te mechanizmy. Można powiedzieć, że im dalej od źródła drgań znajduje się pomieszczenie „odbiorcze”, tym mniejsze są poziomy drgań pokładu, ścian czy burt w tym rejonie.
Odstrojenie od wykazanych w obliczeniach rezonansów możliwe jest bądź poprzez zmianę rozkładu mas na statku (w tym przekonstruowanie odpowiednich rejonów – w tym np. dosztywnienie konstrukcji), bądź poprzez zmianę prędkości obrotowej głównego układu napędowego (o ile jest to możliwe). Są to jedyne sposoby projektowego wpływu na poziom drgań generowanych do kadłuba przez główny układ napędowy. Należy w tym miejscu zauważyć, iż dobór napędu podyktowany jest potrzebami armatora i przeznaczeniem eksploatacyjnym danej jednostki, a zatem najłatwiej i najszybciej jest zmienić rozkład mas. Reasumując: analizy drgań rezonansowych kadłuba wraz z nadbudówką, szczególnie wynikających z częstotliwości własnych (naturalnych) danej konstrukcji, są bardzo ważne, ponieważ zapobiegają przykrym konsekwencjom podczas eksploatacji danej jednostki.
cały artykuł dostępny jest w wydaniu 11 (134) listopad 2018
