Разработка усовершенствованной методики расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний при проектировании валопроводов судовых дизельных установок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Лапин Юрий Алексеевич

• Лапин Юрий Алексеевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Лапин Юрий Алексеевич

Введение

Глава 1 Обзор исследований в области расчётов резонансной амплитуды крутильных колебаний судовых валопроводов

1.1 Общая проблематика расчёта резонансных амплитуд крутильных колебаний

1.2 Анализ исследований в области расчётов возмущающих моментов в судовом валопроводе

1.3 Анализ исследований в области расчётов демпфирующих моментов в судовом валопроводе

1.4 Анализ параметров и факторов, определяющих точность расчёта возмущающего момента судового дизеля

1.5 Анализ существующих методов расчёта гармонических возмущающих моментов судового дизеля

1.6 Предлагаемый способ уточнения расчёта гармонических возмущающих моментов судовых дизелей

1.7 Анализ методов подтверждения адекватности получаемых результатов

Выводы по главе

Глава 2 Метод расчёта гармонических коэффициентов судового дизеля в зависимости от его режима работы

2.1 Общее описание метода расчёта и получаемые с его помощью результаты

2.2 Построение развёрнутой индикаторной диаграммы дизельного двигателя

2.3 Динамический расчёт дизельного двигателя

2.4 Гармонический анализ диаграммы крутящего момента

2.5 Оценка точности расчёта гармонических составляющих возмущающего момента судового дизеля при использовании упрощённых индикаторных

диаграмм

Выводы по главе

Глава 3 Подтверждение адекватности результатов, получаемых с помощью предложенного метода расчёта

3.1 Методика проведения испытаний и анализа результатов

3.2 Описание исследуемых судов и их дизельных установок

3.3 Описание измерительного оборудования

3.4 Используемая методика расчёта резонансных амплитуд крутильных колебаний

3.5 Оценка погрешностей

3.6 Анализ результатов испытаний

Выводы по главе

Глава 4 Проведение вычислительного исследования по определению зависимости значений гармонических коэффициентов возмущающего момента современных судовых двс от их режима работы и типа

4.1 Общие положения

4.2 Судовые дизели, для которых были получены точные данные, входящие в расчёт

4.3 Порядок проведения исследования

4.4 Гармонический анализ конкретного дизеля

4.5 Получение гармонических коэффициентов для серии дизелей

4.6 Описание усовершенствованной методики расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний валопроводов судовых дизельных установок с применением полученных в работе результатов

4.7 Пример расчёта резонансной амплитуды по предложенной в п. 4.6 усовершенствованной методике

4.8 Рекомендации по применению методики

4.9 Реализация методики в виде программы для ЭВМ

Выводы по главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка усовершенствованной методики расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний при проектировании валопроводов судовых дизельных установок»

Актуальность темы исследования

В настоящее время актуальным остается вопрос обеспечения необходимой точности расчёта вибрационных характеристик при проектировании промышленного оборудования, в том числе таких сложных и ответственных комплексов, как судовые энергетические установки (СЭУ). Крутильные колебания валопроводов судовых дизельных установок, входящих в состав СЭУ, являются опасным явлением, которое способно привести к повреждениям и даже разрушениям элементов установки [12, 14, 17, 46, 60].

Для обеспечения безопасности судоходства требования к анализу крутильных колебаний, а также требования к допускаемым напряжениям от таких колебаний установлены правилами различных классификационных обществ. В Российской Федерации эти требования регламентируются Частью VII «Правил классификации и постройки морских судов» Российского морского регистра судоходства, пунктом ^.6 «Правил классификации и постройки судов» Российского классификационного общества [31].

Расчёт резонансных амплитуд является одним из основных, наиболее ёмких в отношении опытных данных, а также одним из наиболее ответственных этапов анализа крутильных колебаний валопровода судовой дизельной установки. По результатам этого расчёта определяются напряжения в исследуемой системе [14, 17, 46, 60].

В случае превышения напряжениями допускаемых значений проводятся мероприятия по их снижению. Например, устанавливаются демпферы, изменяются частоты свободных колебаний системы. При невозможности или

нецелесообразности снижения напряжений до безопасных значений назначаются запретные зоны частот вращения для исследуемой системы [14, 17, 46, 60].

Принцип расчёта резонансных амплитуд крутильных колебаний основан на том, что резонансная амплитуда Аур устанавливается при равенстве работы вынужденных колебаний (возмущающих моментов) И/^в и работы трения (демпфирования) Шутр в системе [12, 14, 17, 29, 46, 60]. Погрешность расчёта определяется точностью расчёта этих величин.

Основной вклад в повышение погрешности вносит величина И/^в, так как для ее определения необходимо провести расчет значений возмущающих моментов, который, как показал обзор литературы, в настоящее время имеет недостаточную точность.

Недостаточная точность расчёта обусловлена тем, что используемые при определении возмущающих моментов значения гармонических коэффициентов устарели. Эти данные были опубликованы в 1971 г. в работе «Крутильные колебания валопроводов силовых установок» В.П. Терских [46] и предназначены для расчётов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) прошлых поколений. Но в последние годы наблюдается рост цилиндровых мощностей главных и вспомогательных судовых двигателей [5, 8, 9, 29, 64, 73, 74]. В связи с этим воздействие вынужденных крутильных колебаний в судовых ДВС увеличивается. Это приводит к увеличению резонансных амплитуд крутильных колебаний, возникающих в валопроводе дизельных установок с современными двигателями.

Подводя итог, можно сделать вывод о том, что точность расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний по существующим методикам в настоящее время недостаточна, а исследования, направленные на решение задачи повышения точности этого расчета, являются актуальными.

Получение значений гармонических коэффициентов, соответствующих современным ДВС, позволит обеспечить повышение точности методики расчёта резонансных амплитуд крутильных колебаний.

Актуальность разработки подтверждается заинтересованностью ведущего судостроительного предприятия Дальнего Востока ООО «Судостроительный комплекс «Звезда» (письмо № 31949 от 15.12.2025).

Цель и задачи исследования

Цель диссертационного исследования - совершенствование методики расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний при проектировании валопроводов судовых дизельных установок.

Для достижения цели диссертационного исследования в работе поставлены и решены следующие задачи:

1) предложен способ уточнения расчёта гармонических возмущающих моментов судовых ДВС;

2) предложен метод расчёта гармонических коэффициентов современных судовых ДВС в зависимости от их режима работы;

3) подтверждена адекватность результатов, получаемых с помощью предложенного метода расчёта, путём проведения натурных испытаний на морских судах;

4) проведен вычислительное исследование, в результате которого получены зависимости амплитуд и фаз гармонических коэффициентов от типа и режима работы современных судовых ДВС с использованием предложенного метода расчёта;

5) разработана усовершенствованная методика расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний валопроводов судовых дизельных установок с применением полученных результатов.

Степень разработанности темы исследования

Расчёт резонансной амплитуды крутильных колебаний применяется многими исследовательскими коллективами для анализа различных энергетических установок на крутильные колебания.

В нашей стране и за рубежом наибольшее распространение получил расчёт резонансных амплитуд крутильных колебаний судовых энергетических

установок, который также применяется при вычислении прочности трансмиссий автомобилей и тяжёлых колёсных тягачей. В некоторых случаях расчёт резонансных амплитуд крутильных колебаний проводят при определении торсионов паровых турбин. В разработку и совершенствование расчётов крутильных колебаний установок с двигателями внутреннего сгорания внесли вклад следующие отечественные учёные: В.П. Терских, П.А. Истомин, Л.В. Ефремов, В.В. Алексеев, Г.И. Бухаргина, В.К. Румб, А.В. Самсонов, Г.С. Маслов, М.В. Кудрявцев, М.Н. Покусаев, М.М. Горбачёв, К.О. Сибряев С.А. Худяков, А.М. Кац, И.А. Лурье, М.Г. Серебряников, К.Т. Шаталов Б.М. Тверсков, В.И. Осипов, А.А. Руетов, а также зарубежные учёные: E.J. Nestorides, R.L. Eshleman, S. Doughty, E.I. Pollard, J.E. Shigley и др. Значительный вклад в развитие расчёта резонансных амплитуд крутильных колебаний вносят исследователи фирм-производителей судовых дизельных двигателей внутреннего сгорания - Man ES, Wartsila, WinGD (ранее Sulzer), Japan Engine Corporation (ранее Mitsubishi) Yanmar, MAK, Caterpillar и др.

Объект исследования - валопроводы судовых дизельных установок.

Предмет исследования - крутильные колебания в валопроводах судовых дизельных установок.

Научная новизна работы

1. Получены зависимости амплитуд и фаз гармонических коэффициентов возмущающих моментов сил давления газов от среднего индикаторного давления в цилиндре для современных судовых ДВС.

2. Применён учёт активного управления параметрами рабочего процесса судовых дизелей при расчёте гармонических коэффициентов возмущающих моментов сил давления газов.

3. Определены дополнительные параметры рабочего процесса современных ДВС, влияющие на величину гармонических коэффициентов возмущающих моментов сил давления газов.

4. Предложена и обоснована целесообразность увеличения числа рассматриваемых моторных гармоник с 12 до 24 порядков при анализе крутильных колебаний установок, оснащённых ДВС с изменяемым углом опережения впрыска топлива.

Теоретическая значимость работы

1. Результаты гармонического анализа возмущающих моментов современных судовых ДВС позволили получить более точное представление о том, как изменяется возмущающий момент соответствующих гармоник в зависимости от нагрузки дизеля при изменении угла опережения впрыска топлива и степени сжатия.

2. Результаты расчётов и измерений резонансной амплитуды крутильных колебаний для исследуемых в работе судов дали возможность получить более точное представлении об опасности крутильных колебаний различных форм в современных энергоустановках.

Практическая значимость работы

1. Результаты вычислительного исследования в виде новых гармонических коэффициентов позволяют более точно оценить величину гармонических возмущающих моментов в современных судовых ДВС.

2. Разработанная усовершенствованная методика расчёта дает возможность использовать полученные в работе результаты широкому кругу инженеров.

3. Результаты исследования внедрены в учебный процесс ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», используются при реализации дисциплин «Судовые энергетические установки» и «Судовые двигатели внутреннего сгорания».

4. Результаты исследования внедрены в производственную деятельность компании ООО «Океан-ЗД», выполняющей расчёт и измерение крутильных колебаний валопроводов судовых дизельных установок.

Методология и методы исследования

Основой диссертационного исследования является математическое моделирование возмущения и демпфирования крутильных колебаний в судовых дизельных установках. Результаты моделирования проверены экспериментально.

Научно-теоретической базой диссертационного исследования являются широко использующиеся и зарекомендовавшие себя методики, а также результаты исследований, изложенные в работах отечественных и зарубежных учёных, в правилах Российского морского регистра судоходства, Российского классификационного общества и другой технической и нормативно-технической документации. Обработка результатов расчётов и измерений проводилась с использованием современного программного обеспечения для работы с массивами данных, а также специализированного программного обеспечения для работы с измерительным оборудованием. Экспериментальная проверка результатов исследования проводилась путём измерения крутильных колебаний судовых дизельных установок во время ходовых испытаний различных морских судов.

В работе применялись следующие методы исследования: анализ, абстрагирование, обобщение, измерение, моделирование, сравнение.

Положения, выносимые на защиту

1. Усовершенствованная методика расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний валопроводов судовых дизельных установок.

2. Результаты вычислительного исследования в виде гармонических коэффициентов для расчёта возмущающих моментов современных судовых ДВС.

3. Результаты натурных испытаний, выполненных на судах в целях подтверждения адекватности и достоверности разработанной методики.

Личный вклад автора

1. формулирование цели и задач исследования;

2. составление комплексного метода расчёта гармонических моментов и коэффициентов от сил давления газов для судовых дизелей;

3. измерение крутильных колебаний во время натурных испытаний;

4. проведение численных расчётов для получения базы данных гармонических коэффициентов современных судовых дизелей;

5. формирование усовершенствованной методики расчётов резонансной амплитуды крутильных колебаний с использованием результатов, полученных в ходе диссертационного исследования.

Степень достоверности полученных результатов

1. Достоверность результатов расчётов определяется использованием общепризнанных теорий и зависимостей - динамика и термодинамика двигателей внутреннего сгорания, гармонический анализ, теория колебаний.

2. Достоверность результатов измерений определяется использованием поверенной измерительной аппаратуры и лицензионного программного обеспечения фирмы «Вгие1&К|аег», «7Е^АВ», проведением измерений по утверждённым методикам, приведённым в нормативно-технической документации.

3 Полученные результаты не противоречат теории крутильных колебаний и результатам расчётов фирм-производителей тех двигателей, анализ которых проводился в ходе исследования.

Апробация результатов

Основные положения диссертационного исследования обсуждались на следующих конференциях:

Региональная научно-практическая конференция «Наука, техника, промышленное производство: история, современное состояние, перспективы», Владивосток, 28 декабря 2022 - 20 января 2023 гг.

Региональная научно-практическая конференция «Молодежь и научно-технический прогресс», Владивосток, май-июнь 2023 г.

VII Всероссийская научно-техническая конференция «Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития», Петропавловск-Камчатский, 14-15 ноября 2024 г.

Всероссийская научно-практическая конференция «Инженерное дело на Дальнем Востоке России», Владивосток, 21-27 января 2024 г.

Всероссийская научно-техническая конференция молодых учёных и специалистов «Научно-техническое развитие судостроения (НТРС-2025), Санкт-Петербург, 23 апреля 2025 г.

Основные результаты, полученные в ходе исследования, опубликованы в следующих статьях.

Статьи в научных журналах и изданиях из перечня ВАК:

1 Лапин, Ю.А. Разработка стенда для исследования характеристик демпферов крутильных колебаний судовых валопроводов / Ю.А. Лапин, А.М. Ханнанов, О.С. Портнова, А.В. Куренский // Морские интеллектуальные технологии. - 2022. - № 2-1(56). - С. 79-82. DOI: 10.37220/MIT.2022.56.2.010. EDN SSSIVZ.

2 Лапин, Ю.А. Метод измерения крутильных колебаний судовых валопроводов при помощи трёхосевого акселерометра / Ю.А. Лапин, М.В. Грибиниченко, О.С. Портнова, П.А. Андрюхина // Вестн. Инженерной школы ДВФУ. - 2023. - № 3(56). - С. 35-45. DOI: 10.24866/2227-6858/2023-3/35-45. EDN SIVWMC.

3 Лапин, Ю.А. Оценка точности определения гармонических возмущающих моментов судовых дизелей при использовании упрощённых индикаторных диаграмм / Ю.А. Лапин, М.В. Грибиниченко, О.С. Портнова // Вестн. Инженерной школы ДВФУ. - 2024. - № 2(59). - С. 21-27. DOI: 10.24866/2227-6858/2024-2/21-27. EDN AUWNFD.

4 Лапин, Ю.А. Повышение точности расчета резонансной амплитуды крутильных колебаний судовых валопроводов за счет уточнения расчетов гармонических возмущающих моментов судовых дизелей / Ю.А. Лапин, М.В. Грибиниченко, О.С. Портнова // Вестн. АГТУ. Сер.: Морская техника и технология. - 2025. - № 1. - С. 49-62. DOI: 10.24143/2073-1574-2025-1-49-62. EDN RDZBST.

Публикации в других изданиях:

1 Лапин, Ю.А. Особенности оценки частот свободных крутильных колебаний судовых валопроводов при помощи трёхмерных моделей / Ю.А. Лапин // Материалы региональной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Наука, техника, промышленное производство: история, состояние, перспективы - 2022» : научное электронное издание (CD-R). - Владивосток : ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», 2023. - С. 567-572. Режим доступа: https://www.dvfu.ru/science/publishing-activities/catalogue-of-books-fefu/. — Загл. с экрана.

2 Лапин, Ю.А. Способы повышения точности расчёта амплитуд крутильных колебаний судовых валопроводов // Материалы региональной научно-практической конференции «Молодежь и научно-технический прогресс» : научное электронное издание (CD-R). - Владивосток : ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», 2023. - С. 637-641.

3 Лапин, Ю.А. Метод определения гармонического возмущающего момента судового дизеля при расчётах резонансной амплитуды крутильных колебаний / Ю.А. Лапин // Материалы конференции «Инженерное дело на Дальнем Востоке России». - Владивосток : Дальневосточный федеральный университет, 2024. - С. 512-519. EDN HLANEE.

4 Лапин, Ю.А. Оценка величины крутильных колебаний в пропульсивном комплексе краболовных судов проекта Damen CCa 5712LS / Ю.А. Лапин, М.В. Грибиниченко // Вестн. Морского государственного университета. - 2024. - № 95. - С. 9-17. EDN APLNJH.

Свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ:

1 Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2026610376 Российская Федерация. Программа расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний валопроводов судовых дизельных установок : № 2026610376: заявл. 22.12.2025 : опубл. 13.01.2026 / Ю. А. Лапин, М. В. Грибиниченко; заявитель Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет»

Соответствие паспорту научной специальности

Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 2.5.20 «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)» по следующим пунктам:

4. Научно-технический уровень главных и вспомогательных элементов СЭУ. Проектирование, конструирование, комплектование, компоновка СЭУ и их элементов.

5. Надежность, экономичность, функциональные, эргономические и технологические характеристики, мониторинг, диагностика и техническое обслуживание СЭУ и их элементов. Обеспечение эффективной и безопасной эксплуатации СЭУ, включая утилизацию их элементов.

Благодарности

Автор выражает благодарность А.В. Куренскому, В.Е. Куренскому за оказание консультационной помощи по расчётам и измерениям крутильных колебаний судовых валопроводов.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ РАСЧЁТОВ РЕЗОНАНСНОЙ АМПЛИТУДЫ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

СУДОВЫХ ВАЛОПРОВОДОВ

В данной главе рассмотрены научные исследования в области расчётов резонансных амплитуд крутильных колебаний судовых валопроводов. Научный обзор выполнен для постановки цели и задач диссертационного исследования в соответствии с актуальностью работы.

1.1 Общая проблематика расчёта резонансных амплитуд крутильных

колебаний

Основное положение расчёта резонансных колебаний заключается в равенстве работ возмущающего момента и момента трения в системе при резонансе соответствующего порядка:

И^в(^ур) = И^р(А,р) (1.1)

где V - порядок колебаний.

Одной из основных сложностей, с которыми сталкиваются исследователи и проектировщики при расчёте резонансных крутильных колебаний судовых валопроводов, является отсутствие единой методики расчёта возмущающих моментов и моментов трения в системе. Также осложняет задачу то, что для резонанса каждого отдельного порядка существуют различные возмущающие и демпфирующие моменты соответствующего порядка [14, 46, 60, 64].

Таким образом, точность методик расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний определяется точностью расчёта возмущающих и демпфирующих моментов системы.

1.2 Анализ исследований в области расчётов возмущающих моментов в

судовом валопроводе

Источниками возмущающего момента в судовом валопроводе являются его различные элементы [1, 12, 17, 31, 35, 36, 46, 60]. Основными из них являются:

- гребной винт;

- редуктор;

- дизельный двигатель.

1.2.1 Возмущающий момент, создаваемый гребным винтом

Гребной винт по отношении к развитию резонансной амплитуды является неоднозначным элементом. В зависимости от режима его работы он может быть значительным источником возмущающего момента, при этом он также является источником демпфирующего момента [1, 14, 46]. Возмущающий момент, который создаётся гребным винтом при его нормальной работе (полностью погружен в воду, имеет правильную геометрию и ни обо что не ударяется), в первую очередь зависит от его расположения в корпусе судна - центральный или бортовой, во вторую - от его геометрии (число лопастей, шаговое и дисковые отношения) [1, 17, 35, 36, 46]. При нормальном режиме работы возмущающий момент гребного винта, как правило, меньше, чем возмущающий момент от ДВС, но тем не менее при малом демпфировании может быть опасным [14, 17, 46]. Вследствие того, что конструкции кормовых оконечностей судов менялись незначительно, данные по возмущающему моменту гребного винта, полученные даже более 30 лет назад, до сих пор являются актуальными, что подтверждается различными расчётами и измерениями [14]. Однако при нарушении нормального режима работы гребного винта создаваемый им переменный возмущающий момент может стать как меньшим, так и значительно большим. Один из частых случаев неравномерной работы гребного винта - работа в ледовых условиях. Исследования отечественных учёных показали, что при работе гребного винта в полынье увеличивается работа демпфирования, а не возмущающих моментов [1]. Также

вопросом работы гребного винта в ледовых условиях активно занимаются исследователи из Канады [77-79]. Их исследования направлены на изучение развития крутильных колебаний от ударной нагрузки при работе гребного винта в колотом и сплошном льду. Рост резонансных амплитуд крутильных колебаний также отмечается при повышении осевой вибрации в случаях, когда её создаёт гребной винт вследствие различных дефектов лопастей [56]. В некоторых случаях изгибное усилие на валопроводе во время манёвров также может вызывать повышенные амплитуды крутильных колебаний [59].

1.2.2 Возмущающий момент в зубчатом редукторе

Удары в зубчатом зацеплении, неточность изготовления или износ зубчатых венцов главных турбозубчатых, а также главных дизель-редукторных агрегатов, могут стать причиной появления крутильных колебаний судового валопровода [12, 35, 36, 63, 80]. Величина возмущающего момента, вызываемого редуктором, зависит от точности его изготовления и сборки, а также износа. Воздействие крутильных колебаний, вызываемых редуктором, может оказаться опасным в установках с ДВС, когда амплитуда динамического возмущающего момента ДВС будет больше среднего крутящего момента, передаваемого на редуктор. В этом случае будет происходить двусторонний удар зубьев, и оценка амплитуды крутильных колебаний от такого воздействия затруднительна [12].

1.2.3 Возмущающий момент, создаваемый дизельным двигателем

Дизельный двигатель внутреннего сгорания является основным источником неравномерного крутящего момента, возбуждающего крутильные колебания в судовых валопроводах. Создаваемый дизельным двигателем неравномерный возмущающий момент можно разложить на две составляющие - момент от сил давления газов и момент от сил инерции поступательно-движущихся масс. Для получения адекватных значений работы возмущающих моментов, которые создаёт такой двигатель, необходимы данные о его рабочем процессе -

индикаторная диаграмма, а также сведения о его конструкции. При расчёте величины порядковых гармоник функции возмущающего момента кривошипа выполняется гармонический анализ - разложение функции крутящего момента в ряд Фурье.

Наиболее точный подход к расчёту гармонических составляющих возмущающего момента ДВС - использование индикаторных диаграмм, полученных в результате испытаний дизеля для различных режимов нагрузки, построение с их помощью диаграмм крутящего момента и его разложение в ряд Фурье [12, 14, 17, 46, 55, 60, 64]. На практике такой подход оказывается весьма трудоёмким. Индикаторные диаграммы, снятые при испытаниях двигателя, доступны проектировщикам не всегда, и даже при их наличии выполнение гармонического анализа остаётся трудоёмкой процедурой, требующей навыков использования специализированных программ для ЭВМ, как, например, предложено в работе Л.В. Ефремова [14], или немалых временных затрат для применения графоаналитических методов, как описано В.П. Терских [46].

В целях упрощения этой задачи предлагаются эмпирические зависимости для расчёта возмущающих моментов дизельных двигателей, которые были составлены на основе исследования большого числа индикаторных диаграмм различных двигателей отечественными исследователями [17, 31, 46, 50]. Такие зависимости просты в использовании, а также обеспечивают достаточную точность расчёта возмущающих моментов. Основным элементом этих расчётов является гармонический коэффициент Су. Если известен гармонический коэффициент, то возмущающий момент соответствующего порядка может быть определён по формуле [17]:

Му = СУЯЭ ц2 (1.2)

Такими или подобными выражениями также часто пользуются иностранные исследователи. В различных работах, направленных на расчёт и снижение резонансной амплитуды, для определения возмущающих моментов ДВС

используются подобные зависимости, в которые входят либо гармонические коэффициенты, либо коэффициенты Фурье [51, 57, 60, 75].

Хотя расчётные формулы с применением этих коэффициентов из отечественных и иностранных источников могут различаться, объединяет их общее свойство: при изменении параметров выпускаемых ДВС достаточно обновить данные по гармоническим коэффициентам для различных серий двигателей, чтобы в дальнейшем снова пользоваться простыми зависимостями. Такой подход особенно удобен ввиду больших различий параметров двигателей внутреннего сгорания в судовой и автомобильной областях. Общие расчётные зависимости остаются одинаковыми для обоих направлений, а данные по гармоническим коэффициентам для каждой отрасли получены свои.

Существующие гармонические коэффициенты относятся к двигателям выпуска 1970-1980 гг. С тех пор параметры рабочего процесса двигателей значительно изменились. В настоящее время величины средних индикаторных давлений, максимальных давлений в цилиндрах, давления наддува и давления сжатия значительно увеличились. Также в двигателях некоторых моделей изменились углы опережения впрыска топлива. Тенденцию к росту цилиндровых мощностей дизелей можно проследить как по различным отечественным работам [5, 8], так и по зарубежным [64, 73, 74]. В результате этого гармонические коэффициенты современных ДВС отличаются от тех, для которых были разработаны расчётные формулы.

Анализируя изложенное выше, можно сделать вывод о том, что наиболее актуальным для повышения точности методик расчётов резонансной амплитуды является повышение точности расчёта возмущающего момента ДВС. Эти возмущающие моменты - основной возбудитель крутильных колебаний и присутствуют во всех судовых энергоустановках с ДВС. А значения этих возмущающих моментов изменяются вслед за изменением параметров рабочего процесса ДВС, что требует их регулярного уточнения.

Возмущающие моменты прочих элементов судовых валопроводов становятся опасными в основном в том случае, когда имеют дефекты или эксплуатируются в условиях, отличающихся от расчётных в худшую сторону. Эти возмущающие моменты и их возбудители, безусловно, необходимо исследовать, но эти исследования будут более полезными для развития вибрационной диагностики элементов валопровода по его крутильным колебаниям, а не для расчётов резонансных амплитуд.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лапин Юрий Алексеевич, 2026 год

— /

9,00

>

8,00 Л 0,40

г

7,00

¿/Г *

6,00 ** 0,30

5,00 _

4,00 0,20

3,00 """

2,00 . — 0,10

1,00

0,00 0,

30 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 3,60

Р1 , МПа

Ра

ГС

Серия VII - современные четырёхтактные мощные двигатели с классической организацией впрыска топлива.

Конструктивный тип Тронковый

Действительная степень сжатия на номинальной мощности 13-15

Изменение степени сжатия от нагрузки -

Постоянная КШМ 0,2-0,3

Максимальное среднее индикаторное давление 2,9 МПа

Отношение среднего индикаторного давления к давлению начала сжатия на номинальном режиме 6,0-7,0

Максимальное давление сгорания 18,0-20,0 МПа

Способ ограничения максимального давления сгорания -

Способ изменения степени сжатия -

Порядки, рекомендуемые к рассмотрению при анализе КК 0,5-12

Характерные нагрузочные кривые

£

N £-

о

&4

22,00 21,00 20,00 19,00 18,00 17,00 16,00 15,00 14,00 13,00 12,00 11,00 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00

/

V

✓ г

/

/

У

/

У

*

/ к»

** "Г

— """

1,10

1,00

0,90

0,80

0,70

0,60

0,50 «

0,40

0,30

0,20

0,10

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00

К, М11а

■Не--Рг - - Ра

Серия VIII - современные четырёхтактные двигатели с более высокой степенью сжатия.

Конструктивный тип Тронковый

Действительная степень сжатия на номинальной мощности 15-16

Изменение степени сжатия от нагрузки -

Постоянная КШМ 0,2-0,3

Максимальное среднее индикаторное давление 2,2 МПа

Отношение среднего индикаторного давления к давлению начала сжатия на номинальном режиме 6,0-7,0

Максимальное давление сгорания 16,0-18,0 МПа

Способ ограничения максимального давления сгорания -

Способ изменения степени сжатия -

Порядки, рекомендуемые к рассмотрению при анализе КК 0,5-12

1

0,9

0,8

0,7

^ 0,6 i_

гс ■=[

С

< 0,4

0,3

0,2

ОД

О

0,12

0,1

0,08

0,06

0,04

0,02

1

1,5 2

0,5

/ 2,5 3 . 3,5

4

\\\\

0,00 0,50

1,00 1,50 Р|, МПа

2,00 2,50

6,5

7

7,5 8 ^8,5

9 — 9,5 —40 __Ю 5

+

0,00 0,50 1,00 1,50 Р|, МПа

2,00 2,50

0,6

0,5

0,4

Го,3

0,2

0,1

1

2

1,5 У 2,5 'л

у 3,5 /А г 0,5 £

Й1 / / 1

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

Р\, МПа

0,09

0,08

0,07

0,06

Я 0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

/6,5

Л

7,5

8

8,5 9 .9,5 Оо С 10,5 ^11,5 -—12

--

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

Р\, МПа

Серия IX - современные четырёхтактные двигатели малой мощности с высокой степенью сжатия.

Конструктивный тип Тронковый

Действительная степень сжатия на номинальной мощности 16-17

Изменение степени сжатия от нагрузки -

Постоянная КШМ 0,25-0,35

Максимальное среднее индикаторное давление 1,2 МПа

Отношение среднего индикаторного давления к давлению начала сжатия на номинальном режиме 7,0-8,0

Максимальное давление сгорания 10,0-12,0 МПа

Способ ограничения максимального давления сгорания -

Способ изменения степени сжатия -

Порядки, рекомендуемые к рассмотрению при анализе КК 0,5-12

Характерные нагрузочные кривые

12,00 11,00 10,00 9,00 8,00

« 7,00

с

м" 6,00 Он о'

Рн 5,00

4,00 3,00 2,00 1,00 0,00

/

/

/

*

ф

у

<

у

-

1, шГ -

- т." - - —

0,00

0,20

0,40

0,60 0,80 Р1, МПа

1,00

1,20

0,45

0,40

0,30

0,25

Л Рч

0,20

0,10

0,05

1,40

--р2--ра

0,5

0,4

0,3

П!

сС

г

с

I <

0,2

0,1

0,00

1

//

2

/0,5

/у 2,5

' 3

у 3,5

у 4

^___- 6

0,50

1,00

1,50

И. МПа

0,09

0,08

0,07

0,06

га 0,05 £

0,04

0,03

0,02

6,5

у 7

7,5

8

.8,5 у 9

^9,5 ю

: Р '5

0,00

0,50

Р\, МПа

1,00

1,50

4,8

4,6

4,4

4,2

4

3,8

3,6

3,4

3,2

^6,5

" / 7,5 8

^8,5 9 9,5

10 10,5 \ 11

^Ч 11,5 V 12

0,00

0,50

Р\, МПа

1,00

1,50

Акты внедрения

АКТ

о внедрении в учебный процесс результатов диссертационных исследований на соискание ученой степени кандидата технических наук аспиранта Лапина Юрия

Алексеевича на тему «Разработка усовершенствованной методики расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний при проектировании валопроводов судовых дизельных установок»

Мы, нижеподписавшиеся, канд. техн. наук, директор Отделения машиностроения, морской техники и транспорта Грибиниченко Матвей Валерьевич, д-р техн. наук, профессор, профессор Отделения машиностроения, морской техники и транспорта Минаев Александр Николаевич, составили настоящий акт в том, что научные результаты диссертационных исследований соискателя Лапина Юрия Алексеевича внедрены в учебный процесс, а именно:

- усовершенствованная методика расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний валопроводов судовых дизельных установок;

- результаты вычислительного исследования в виде гармонических коэффициентов для расчёта возмущающих моментов современных судовых ДВС;

Результаты используются при изучении дисциплин «Судовые энергетические установки», «Судовые двигатели внутреннего сгорания», дополнительной профессиональной программы повышения квалификации «Анализ крутильных колебаний судовых дизельных установок».

Результаты внедрения диссертационных исследований оценены положительно.

морской техники и транспорта д-р техн. наук, доцент

А.Н. Минаев

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ

«Океан-JA»

IIHH 2536293994. КПП 253601001 ОКЕАН-ЗД 690034, Россия, г. Владивосток, ул. Владикавказская 3-26.

Тел: [phone]. e-mail: [e-mail]. https://www.ocean-3d.ru/

исх № 24/12/25 от 24 12.2025

АКТ

о внедрении в производственную деятельность результатов диссертационных

исследований на соискание ученой степени кандидата технических наук аспиранта Лапина Юрия Алексеевича на тему «Разработка усовершенствованной методики расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний при проектнровашш валопроводов судовых дизельных установок»

Я, нижеподписавшийся, генеральный директор ООО «Океан-ЗД», Иванюта Игорь Александрович, настоящим подтверждаю, что научные результаты диссертационных исследований соискателя Лапина Юрия Алексеевича внедрены в производственную деятельность, а именно:

- усовершенствованная методика расчёта резонансной амплитуды крутильных колебаний валопроводов судовых дизельных установок;

- результаты вычислительного исследования в виде гармонических коэффициентов для расчёта возмущающих моментов современных судовых ДВС;

Результаты используются при выполнении расчётов крутильных колебашш валопроводов судовых дизельных установок в целях проведения торсиографирования или диагностики силиконовых демпферов крутильных колебаний.

Результаты внедрения диссертационных исследований оценены положительно.

Следующие работы выполнены с применением результатов исследования:

1. Торсиографировании главной энергетической установки судна Океанский проспект (Договор 2022-42-12 от 01.12.2022. Измерение крутильных колебаний валопровода ГД._)

2. Торсиографировании главной энергетической установки судна Капитан Хазан (договор № 12/09/23 от 12.09.2023)

3. Торсиографировании главного пропульсивного комплекса судна Квннтан (ДОГОВОР № 20/11/24-1 от 20.11.2024)

4. Диагностирования и определения остаточного ресурса силиконового демпфера главного дизель генератора №1 880 квт судна «Аквариус» (ДОГОВОР №23/03/25 от 23.03.2025)

5. Диагностирования и определения остаточного ресурса силиконового демпфера главного дизель генератора №2 950 квт судна «Аквариус» (ДОГОВОР № 23/03/25 от 23.03.2025) _

6. Диагностирования и определения остаточного ресурса силиконового демпфера главного дизель генератора №3 880 квт судна «Аквариус» (ДОГОВОР №23/03/25 от 23.03.2025)

7. Диагностирования и определения остаточного ресурса силиконового

демпфера главного дизель генератора №4 450 квт судна «Аквариус» (ДОГОВОР № 23/03/25 от 23.03.2025)

8. Торенографнровании главного пропульсивного комплекса судна Агат (ДОГОВОР № 17/04/25-1 от 14.04.2025)

9. Торсиографнровании главного пропульсивного комплекса судна РБТ-56 (ДОГОВОР № 22/07/25-2 от 22.07.2025)

10. Торсиографировании главного пропульсивного комплекса судна Булат-9 (ДОГОВОР № 21/08/25 от 21.08.2025)

С уважением.

Генеральный директор ООО «Океан-ЗД»

Пванюта И.А.

Письма с предприятий

ЗВЕЗДА

Общество с ограниченной or Beiciценностью «Судостроительный комплексе «Звена» (ООО «СГК «Звеиа»)

Адрес 692806. Россия. 11рнморскнй край. Г О Большой Камень, г Большой Камень, ул Аллея Труда, зд 19В Тел [phone] Email sskzvezda@sskzvezda ш ОГРН 1152503000539. ИНН/КПП 2503032517/250301001. ОКПО 39881009

ОТ

15.12.2025

№

31949

на № 62-01-12/390 от 09.12.2025

И.о. директора Политехнического институ та ДВФУ

Шкариной Т.Ю.

E-mail:rectorat©dviu.ru

Об актуальности научных исследований

Уважаемая Татьяна Юрьевна

В ответ на Ваше письмо об актуальности научных исследований, сообщаем следующее.

В процессе постройки судов, в особенности в период ходовых испытаний возникает необходимость в вибрационном обследовании главных и вспомогательных судовых дизелей, в том числе и в измерении их крутильных колебаний

Расчёты, выполненные фирмами производителями двигателей, не всегда получается в полной мере использовать в ходе этих измерений, так как они выполнены только для стандартных условий, назначенных производителем.

Фактические программы-методики испытании составляются исходя из эксплуатационных возможностей двигателей, их системы управления и условий ходовых испытаний, и на заводе имеется потребность в выполнении расчётов крутильных колебаний на данных режимах работы.

В связи с этим, усовершенствованная методика расчёта резонансных амплитуд крутильных колебаний валопровода судовых дизельных установок, выполненная Лапиным К). А., является актуальной для предприятия ООО «ССК «Звезда».

И.о. директора по качеству

ДОКУМЕНТ ПОДПИСАН ЭЛЕКТРОННОЙ подписью

Сертификат 067730330030B3808F4FF5202A73E992C4 Действителен: с 05 08 2025 по 05 0в 2026

Ю.М. Ем

Лаборатория технической диагностики Куликова Юлия Михайловна Тел [phone] ext 5814

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ