ANALIZA PORÓWNAWCZA CHARAKTERYSTYK DRGANIOWYCH ZEWNĘ TRZNYCH LINII WAŁ ÓW OKRĘ TU PROJEKTU 767

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK LIII NR 3 (90) 202 Adrzej Grzą dzela Marc Kluczyk Akadema Maryark Wojeej ANALIZA PORÓWNAWCZA CHARAKTERYSTYK DRGANIOWYCH ZEWNĘ TRZNYCH LINII WAŁ ÓW OKRĘ TU PROJEKTU 767 STRESZCZENIE W artykule zaprezetowao wyk aalzy badań drgań przeprowadzoych a okręce trasportowo-mowym projektu 767. Badaa zrealzowao po zakończoym remoce slków główych oraz po przeprowadzoych korektach współosowośc elemetów l wałów. Przeprowadzoa aalza umożlwa wyzaczee dalszych keruków badań oraz daje możlwość detyfkacj symptomów jedozacze mootocze detyfkujących zmay parametrów współosowośc lub zmay stau techczego elemetów l wałów. Słowa kluczowe: le wałów okrętowych, dagostyka techcza, drgaa. WSTĘP Celem badań była detyfkacja obektów, zgromadzee materałów pomarowych w astępstwe ch aalzy detyfkacja cech dyamczych oraz opsae wartośc tolerowaych symptomów drgaowych charakteryzujących dopuszczaly sta techczy wytypowaych elemetów układu apędowego okrętu projektu 767. Należało róweż wyzaczyć parametry mogące podczas przyszłych badań drgaowych ułatwć detyfkację powstałych uszkodzeń. Celem badań było poadto określee stopa poprawośc przeprowadzoego remotu oraz ewetuale podae przyczy przekroczea parametrów drgaowych poad wartośc dopuszczale wykające z aalz porówawczych orm. 5

2 Adrzej Grządzela, Marc Kluczyk Ze względu a rodzaj zadań bojowych realzowaych przez okręty projektu 767, do których ależy kotrolowae wchodzee a przybrzeże płyczy, le wałów są arażoe a wyjątkowo duże obcążea dyamcze, a co za tym dze wysoce prawdopodobe jest przekroczee tolerowaych parametrów współosowośc. Dagostyka drgaowa ch układów apędowych podczas realzacj desatu morskego jest ezmere waża dla bezawaryjej eksploatacj jedostk. Należy zazaczyć, ż rozpatrywaa jedostka e ma stacjoarego systemu do motorgu parametrów drgaowych. Z powodu braku możlwośc porówawczych w przypadku środkowej l wałów w pracy skupoo sę a aalze porówawczej zewętrzych geometrycze podobych l wałów. OPIS OBIEKTU BADAŃ Badaa realzowao podczas pobytu okrętu projektu 767 a wodach Zatok Gdańskej 7 lutego 20 roku. Wyporość stadardowa jedostk wyos D = 745 t. Głębokość akweu, a jakm prowadzoo badaa, przekraczała h = 20 m, sta morza wyosł 2 B, temperatura powetrza t pow = 5 C, temperatura wody t w = 2 C, temperatura w słow okrętowej t sl = 25 C. Do aalzy wybrao dwe le wałów zajdujące sę a prawej lewej burce, odpowedo prawo- lewoobrotowe. Na rysuku. przedstawoo schemat l wałów. Ose V, H, L ozaczają keruk pomarowe. Długość wału od sprzęgła do śruby wyos L = 6697, mm, atomast od puktu pomarowego do dławcy L p = 576 mm. Średca wału a całej długośc jest stała wyos d w = 35 mm. Rys.. La wałów okrętu projektu 767 Źródło: opracowae włase. 6 Zeszyty Naukowe AMW

3 Aalza porówawcza charakterystyk drgaowych zewętrzych l wałów Zastosowaa a okręce przekłada redukcyjo-awrota Zamech AWS 60 ma przełożee 2,346: trasmtuje momet obrotowy od slka Sulzer 6ATL 25D/30 za pośredctwem wału do śruby apędowej. Maksymala prędkość obrotowa slka główego wyos = 050 [obr/m], a jego moc maksymala to N = 320 [kw]. Śruba apędowa o skoku stałym średcy d = 500 mm wykoaa jest z brązu, ma trzy skrzydła zamotowaa jest w dyszy Korta. CHARAKTERYSTYKA BADAŃ Jako mejsce motażu akcelerometrów wybrao pukt ad łożyskem zajdującym sę a wyjścu z przekład redukcyjo-awrotej (rys. 2.). Łożysko przekład jest typu baryłkowego, dwurzędowe o 25 baryłkach w rzędze (typ 23036ES). Rejestrację sygałów drgaowych zrealzowao w trzech kerukach (V, H, L). Sygały drgaowe rejestrowao przy czterech prędkoścach obrotowych slka, ajczęścej stosowaych podczas ormalej eksploatacj okrętu, tj. 700, 800, [obr/m]. Pomary wykoywao po ustablzowau sę wartośc cśeń temperatur dla daej astawy slka główego, tj. po około trzech mutach od uzyskaa założoego obcążea. Do rejestracj przyspeszeń drgań użyto trzech akcelerometrów Brüel & Kjær typu 454 B oraz kasety pomarowej typu 3650-B-20. W czase pomarów rejestrowao róweż prędkość obrotową slka apędowego z użycem sody optyczej MM024. W czase rejestracj sygałów drgaowych zastosowao częstotlwość próbkowaa wyoszącą f p = 4096 Hz, atomast pasmo aalzy ograczoo do F =,6 khz. Rys. 2. Pukt motażu akcelerometrów a kadłube przekład Zamech AWS 60 Źródło: zdjęce wykoae przez autorów. 3 (90) 202 7

4 Adrzej Grządzela, Marc Kluczyk WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA Odosząc sę do wstępu, ależało wyzaczyć cechy detyfkujące parametry drgaowe zwązae z dyamką l wałów. W tym celu w środowsku programu PULSE LabShop frmy B&K przeprowadzoo aalzę zarejestrowaych sygałów drgaowych (rys. 3.). Aalza teoretycza ruchu l wałów pozwala a jej uproszczoy ops macerzowy w postac rówaa [, 5]: M & ϕ + C( & ϕ) & ϕ + kϕ = M( t), () gdze: M macerz bezwładośc; C macerz tłumea; k macerz sprężystośc; M momet sł zewętrzych. Jak wyka ze wzoru (), wartość tłumea jest zależa od prędkośc obrotowej wału, w efekce czego występują koleje harmocze od prędkośc obrotowej. Taka forma rówaa ruchu wału opsuje jego elowy charakter, co zacząco przyblża założoy model teoretyczy do obektu rzeczywstego. Podczas aalzy poszukwao kolejych harmoczych od prędkośc obrotowej slka (wału a wejścu do przekład) oraz od prędkośc obrotowej wału za przekładą. Zastosowao lową skalę prędkośc drgań wdma ampltudowo- -częstotlwoścowego (rys. 3.). Rys. 3. Wdmo prędkośc drgań l wałów lewej burty (prędkość obrotowa wału 379 obr/m), keruek V Źródło: opracowae włase. 8 Zeszyty Naukowe AMW

5 Aalza porówawcza charakterystyk drgaowych zewętrzych l wałów W celu określea stopa poprawośc przeprowadzoego remotu odczytao wartośc kolejych harmoczych, aż do dzesątej harmoczej, dla obu l wałów we wszystkch zrealzowaych kerukach pomarowych, zarówo dla prędkośc obrotowej wału, jak slka główego. Tak odczytae wartośc stabelaryzowao poddao aalze pod kątem ewetualych sygałów mogących śwadczyć o ewłaścwe wykoaym remoce. W pracy zameszczoo jedye część odczytaych wartośc (tabela.). Tabela. Zestawee maksymalych wartośc kolejych harmoczych od prędkośc obrotowej prawego slka główego dła płaszczyzy pomarowej H Keruek obr/m I h II h III h IV h V h VI h VII h VIII h IX h X h [mm/s] V 694 0,96 0,27 0,52 0,38 0,44 0,5 0,3 0,24 0, 0, 800 0,57 0,3 0,38 0,47 0,4 0,43 0,25 0, 0,07 0, ,7 0,8 0,24 0,66 0,9 0,98 0,09 0,09 0,05 0, ,76 0,6 0,05 0, 0,25 0, 0,09 0,07 0,09 0,4 Źródło: opracowae włase. Sygałem prawdłowo zamotowaej l wałów jest domująca harmocza, którą moża opsać astępującym rówaem [3]: DH = z p ) / 60 [Hz], (2) ( LW gdze: z lczba skrzydeł śruby; p LW prędkość obrotowa wału śrubowego. Uwzględając zamotowae a jedostce trzyskrzydłowe śruby apędowe, ależy uzać, że motaż l wałów wymaga pewych poprawek bądź też ułożea sę wału a dławcy łożyskach ośych (pomary wykoywae były bezpośredo po remoce, okręt pracował wcześej jedye w czase prób a uwęz). Domująca perwsza harmocza śwadczy o ewyrówoważeu l wałów, czego przyczyą mogą być owe, ewyważoe śruby apędowe, zamotowae w czase remotu, lub ugęce motażowe wału śrubowego (rys. 3.). Jeżel chodz o wysoką wartość VI harmoczej od prędkośc obrotowej slka (tabela. keruek H, rysuek 3. keruek V), to jest oa spowodowaa słam bezwładośc układów korbowo-tłokowych zastosowaych do apędu sześcocyldrowego slka główego. Nemej jedak 3 (90) 202 9

6 Adrzej Grządzela, Marc Kluczyk wszystke zmerzoe wartośc prędkośc drgań meszczą sę zgode z ormą VDI-2056 w grupe T a pozome dobrym [5]. Norma ta dla maszy grupy T jako wartość graczą dobrego stau dyamczego podaje wartość prędkośc drgań wyoszącą 2,8 [mm/s]. Po przeprowadzeu aalzy FFT z użycem programu LabShop (rys. 3.) ograczoo rozpatrywae pasmo częstotlwośc do zakresu częstotlwośc od I do X harmoczej dla daej prędkośc obrotowej l wałów. Dalszą aalzę prowadzoo pod kątem korelacj pomędzy przebegam prędkośc drgań. Ze względu a różcę pomędzy założoym prędkoścam obrotowym slka a faktycze uzyskaym (odczyt z sygału pochodzącego z sody optyczej) koecze było dobrae odpowedch arzędz umożlwających porówae harmoczych występujących, w przypadku obu l, przy różych częstotlwoścach. Rozbeżośc pomędzy prędkoścam obrotowym dla obu slków główych zestawoo w tabel 2. Tabela 2. Rzeczywste prędkośc obrotowe slków główych częstotlwośc perwszych harmoczych od prędkośc obrotowej l wałów Założoa prędkość obrotowa [obr/m] Uzyskaa prędkość obrotowa SG LB/LLW [obr/m] I harmocza l wałów lewej burty [Hz] Uzyskaa prędkość obrotowa SG PB/PLW [obr/m] I harmocza l wałów prawej burty [Hz] /296 4,94 694/296 4, /340 5,66 800/34 5, /379 6,3 900/384 6, /49 6,98 955/407 6,78 Źródło: opracowae włase. Kolejym etapem aalzy było określee wartośc ampltudy prędkośc drgań dla częstotlwośc harmoczych (od I do X) od prędkośc obrotowej w rówych terwałach czasowych. Pomjao tutaj sygały, których źródłem był slk apędu główego. Tak odczytae wartośc stabelaryzowao. Następe uszeregowao w porządku rosącym w celu określea zależośc współczyka korelacj dla kolejych harmoczych lewej prawej l wałów (tabela 3.). W celu określea zależośc korelacj lowej Pearsoa zastosowao wzór (3). x = y = = = x, y 20 Zeszyty Naukowe AMW

7 Aalza porówawcza charakterystyk drgaowych zewętrzych l wałów gdze: =, 2, 3,, x wartość średa z pomarów RMS prędkośc drgań lewej l wałów; y wartość średa z pomarów RMS prędkośc drgań prawej l wałów. r xy = = = ( x x)( y ( x x) 2 y) = ( y y) 2 (3) r xy współczyk korelacj lowej. W wyku aalzy statystyczej określoo współczyk korelacj (3) pomędzy obema aalzowaym lam wałów z uwzględeem trzech keruków pomarowych czterech wartośc prędkośc obrotowych. Dla umożlwea dokoaa pełej bardzej warygodej ocey zależośc pomędzy odpowedm wartoścam harmoczych prawej lewej l wałów oblczoo dla ch, posługując sę wzorem (4), wartość odchylea stadardowego. 2 ( x x) = δ =, (4) gdze: x wartośc daej harmoczej w kolejych odstępach czasu; x średa z kolejych wartośc daej harmoczej; lczba prób. Rys. 4. Zestawee wartośc współczyków korelacj pomędzy harmoczym lewej prawej l wałów dla założoych prędkośc obrotowych Źródło: opracowae włase. 3 (90) 202 2

8 Adrzej Grządzela, Marc Kluczyk Tabela 3. Wartośc kolejych harmoczych oraz współczyk korelacj LLW/PLW Lewa la wałów = 379 [obr/m]; keruek pomarowy H I h II h III h IV h V h VI h VII h VIII h IX h X h 0,03 0,08 0,75 0,22 0,06 0,2 0,2 0,08 0,23 0,2 0,05 0,08 0,77 0,23 0,06 0,23 0,22 0,2 0,23 0,2 0,06 0,09 0,79 0,24 0,06 0,26 0,24 0,2 0,24 0,3 0,06 0,09 0,84 0,24 0,06 0,26 0,25 0,2 0,24 0,3 0,06 0,09 0,89 0,26 0,07 0,27 0,25 0,2 0,27 0,4 0,06 0,09 0,9 0,28 0,08 0,28 0,25 0,3 0,27 0,5 0,06 0, 0,93 0,29 0,09 0,29 0,27 0,3 0,32 0,6 Wartość średa 0,054 0,089 0,840 0,25 0,069 0,256 0,24 0,7 0,257 0,36 Odchylee stadardowe 0,0 0,007 0,072 0,026 0,02 0,03 0,020 0,07 0,033 0,05 Prawa la wałów = 384 [obr/m]; keruek pomarowy H I II III IV V VI VII VIII IX X 0,58 0,06 0,64 0,09 0,,26 0,46 0,09 0,06 0,07 0,59 0,06 0,76 0, 0,2,27 0,5 0,09 0,08 0,09 0,6 0,06 0,76 0, 0,2,27 0,53 0,09 0,09 0,09 0,6 0,08 0,77 0, 0,3,27 0,54 0,09 0, 0,09 0,6 0,08 0,82 0,5 0,3,29 0,54 0, 0, 0, 0,6 0,08 0,85 0,5 0,3,32 0,54 0, 0, 0, 0,62 0,08 0,87 0,5 0,3,33 0,58 0,2 0, 0, Wartość średa 0,60 0,07 0,78 0,2 0,23,287 0,527 0,099 0,09 0,093 Odchylee stadardowe 0,03 0,0 0,076 0,027 0,0 0,028 0,038 0,02 0,07 0,03 Współczyk korelacj lewa la wałów/prawa la wałów 0,827 0,70 0,90 0,93 0,528 0,804 0,983 0,540 0,743 0,867 Źródło: opracowae włase. Aalogcze do sposobu przedstawoego w tabel 3. wykoao aalzę współczyków korelacj odchyleń stadardowych dla wszystkch przeprowadzoych pomarów. Należy zauważyć, że współczyk korelacj lowej mają wartość powyżej 0,5. Wyka stąd fakt slego zwązku pomędzy wartoścam ampltud prędkośc drgań lewej prawej l wałów. Jedak dla ułatwea detyfkacj przyszłych uszkodzeń ależało wybrać te wartośc, które śwadczą o emal pełej korelacj, czyl o wartoścach wększych ż 0,9 (ozaczoe w tabel kolorem szarym). Przy wyborze kerowao sę róweż możlwe skm wartoścam odchylea stadardowego, śwadczącym o stałośc wartośc prędkośc drgań dla daej harmoczej 22 Zeszyty Naukowe AMW

9 Aalza porówawcza charakterystyk drgaowych zewętrzych l wałów przez cały czas pomaru. W te sposób wybrao harmocze od prędkośc obrotowej l wałów, dla których współczyk korelacj są ajwyższe, a odchylea stadardowe ajższe. Są to III, IV oraz VII harmocza. Podczas aalz prowadzoych w zwązku z przyszłym pomaram drgań symptomy te ależy rozpatrywać jako ajbardzej wrażlwe a zmay stau techczego. Należy tu zwrócć uwagę a wysoke wartośc współczyka korelacj LLW/PLW w przypadku trzecej harmoczej. Zmay tego parametru detyfkować mogą uszkodzea śruby apędowej. WNIOSKI Pommo występowaa slych zależośc lowych koecze jest podkreślee faktu występowaa zaczych różć pomędzy wartoścam parametrów drgaowych obu porówywaych l wałów. Właścwe wykorzystae w czase aalzy sygałów drgaowych arzędza statystycze mogą w zaczy sposób ułatwć detyfkację powstałych uszkodzeń, emej e moża w czase aalzy ograczyć sę jedye do ch stosowaa. Będą oe bardzo pomoce przy określau tredu zma zachodzących w badaym układze oraz określeu przyblżoego czasu wystąpea przyszłych esprawośc. Należy przy tym zazaczyć, że pomary drgań są tylko jedym z elemetów welosymptomowego programu dagostyczego układu apędowego okrętu projektu 767. BIBLIOGRAFIA [] Cempel C., Podstawy wbroakustyczej dagostyk maszy, WNT, Warszawa 982. [2] Grządzela A., Metoda dagozowaa okrętowej l wałów z zastosowaem zdetyfkowaych model dyamczych, AMW, Gdya [3] Grządzela A., Aalza możlwośc wykorzystaa metod drgaowych w dagozowau okrętowej l wałów, Przegląd Mechaczy, 2007, r. [4] Morel J., Drgaa maszy dagostyka ch stau techczego, PTT, Warszawa 997. [5] VDI 2056: Normy ocey drgań mechaczych maszy, 964. [6] Zmroz R. Combet F., A ew method for the estmato of the stataeous speed relatve fluctuato a vbrato sgal based o the short tme scale trasform, Mechacal Systems ad Sgal Processg, 2009, Vol (90)

10 Adrzej Grządzela, Marc Kluczyk [7] Zmroz R., Haddar M., Bartelmus W., Chaar F., Modellg of gearbox dyamcs uder tme-varyg ostatoary load for dstrbuted fault detecto ad dagoss, Europea Joural of Mechacs, 2009, Vol. 29. COMPARATIVE ANALYSIS OF VIBRATION CHARACTERISTICS OF EXTERNAL SHAFTING IN PROJECT 767 VESSEL ABSTRACT The paper presets the results of aalyss of vestgatos o vbratos carred out o a project 767 trasport ad me-layg vessel. The vestgatos were coducted after the ma eges had bee overhauled ad correctos coaxalty of shaftg were made. The aalyss doe makes t possble to dcate further drectos for vestgatos ad to detfy symptoms uequvocally ad mootocally dcatg chages coaxalty parameters or chages techcal codto of parts of shaftg. Keywords: shaftg, techcal dagostcs, vbratos. 24 Zeszyty Naukowe AMW