Судно как объект управления. Реферат: Вибрация в условиях корабля. Профилактика морской болезни Причины сильной вибрации на судне

Все нагрузки, вызывающие вибрацию корпуса корабля и его отдельных конструкций, целесообразно разделить на четыре вида.

К первому виду отнесем меняющиеся во времени силы, которые появляются вследствие неточностей, допущенных при изготовлении и монтаже судовых механизмов, валопроводов, гребных винтов.

Ко второму виду принадлежат нагрузки, связанные с тем, что гребные винты корабля работают за корпусом и в непосредственной близости от него.

Третий вид нагрузок составляют силы, вызванные воздействием на судно морского волнения.

Наконец, к четвертому виду будем относить различные динамические нагрузки, появляющиеся в специфических условиях эксплуатации судна: при взрывах, ударах о лед, ударах при швартовке и столкновениях и т.п.

Нагрузки, вызванные неточностями изготовления механизмов, валопроводов, винтов

Одним из основных дефектов, приводящих к появлению вибрационной нагрузки, следует считать неполную сбалансированность вращающихся или движущихся поступательно масс, которая может наблюдаться у главных и вспомогательных двигателей, редукторов, гребных валов и винтов.

При статической неуравновешенности центр тяжести вращающейся части не лежит на оси вращения. Пусть а - отстояние центра тяжести от оси вращения, т - масса, ? - угловая скорость.

Тогда на ротор действует радиальная (вращающаяся) сила:

F = та? 2, которая передается на подшипники и фундамент механизма в виде периодической нагрузки.

Рис. 1.1

На рис.1.1 показан вал с двумя дисками, центры тяжести которых сдвинуты в противоположные стороны от оси вращения на одинаковые расстояния а. Такой ротор статически уравновешен.

Рис. 1.2

Если части вала имеют искривления, либо плоскости их фланцев не перпендикулярны к оси (рис.1.2), после соединения фланцев и затяжки болтов на опорах вала возникают реакции, изменяющие направления действия по мере поворота вала

Существование упругого прогиба могут привести к резонансным колебаниям системы винт - валопровод и к резкому возрастанию вибрационной нагрузки на корпус. Поэтому валопроводы всегда проектируются так, чтобы критическая частота была существенно выше любой эксплуатационной частоты вращения вала.

Гребные винты наряду со статической и динамической неуравновешенностью могут быть несбалансированны гидродинамически. Иначе говоря, на гребной винт будут действовать гидродинамическая сила и момент, векторы которых перпендикулярны к оси гребного вала. Вращаясь вместе с винтом, эти сила и момент, передающиеся через подшипники корпусу, создают периодическую нагрузку, изменяющуюся с частотой, равной частоте вращения гребного вала.

Таким образом, статическая и динамическая неуравновешенность роторов, неточность изготовления гребного винта и валопровода приводят к появлению вибрационной нагрузки первого порядка, изменяющейся с частотой вращения вала Q.

При расчете вибрации периодические возмущающие силы и моменты, передаваемые двигателем на фундамент, могут быть представлены в виде суммы гармоник:

где F, M - возмущающие сила и момент;

? 0 - круговая частота вращения вала двигателя;

б i -, в i - начальные фазы составляющих силы и момента.

Тщательной балансировкой многоцилиндрового поршневого двигателя, устранением неравномерности рабочих циклов в цилиндрах удается свести к минимуму или полностью устранить создаваемую им вибрационную нагрузку низших порядков.

Опрокидывающими моментами и горизонтальными силами не исчерпывается многообразие вибрационных нагрузок, источником которых служат двигатели внутреннего сгорания. Так, неполная сбалансированность движущихся масс приводит к появлению моментов, вращающих двигатель относительно осей вертикальной (рыскание) и поперечной горизонтальной (галопирование). Динамические нагрузки, имеющие случайный характер, создаются в результате неидентичности воспламенения и сгорания топлива в цилиндрах.

Нагрузки, вызванные работой гребных винтов за корпусом

Действие нагрузок, связанных с работой гребных винтов за корпусом в непосредственной близости от него, представляет собой наиболее существенную причину вибрации судна.

Винт, работающий за корпусом судна, возбуждает два вида вибрационной нагрузки: нагрузку, передающуюся корпусу через подшипники и непосредственно приложенную к обшивке в виде пульсирующих давлений.

Нагрузка, передающаяся корпусу через подшипники

Неоднородность потока, набегающего на винт, создается вследствие нескольких причин, среди которых важнейшую роль играет так называемый попутный поток.

Осевая V x (направленная вдоль оси гребного вала) и окружная V t составляющие скорости регулярной части попутного потока могут быть рассчитаны или измерены с использованием I модельного эксперимента.

Осевую составляющую удобно представить в виде суммы:

V x = v 0 + v x ,

где v 0 - скорость судна; v x - зависящая от координат в плоскости диска винта составляющая осевой скорости.

Пример изменения v x и V t за один оборот лопасти двухвинтового судна показан на рис.1.3

Рис 1.3 Пример изменения v x /v 0 и V t /v 0 за один оборот лопасти.

колебательные движения корпуса судна и его частей, обусловленные способностью конструкции сопротивляться деформированию под воздействием нагрузок. Различают свободные и вынужденные колебания корпусных конструкций. Первые возникают в результате действия кратковременных возмущений - взрыва, обрыва швартовных канатов, посадки на мель, слеминга и т. п. Вторые поддерживаются периодическими возмущениями и передаются корпусу через фундаменты работающих главных и вспомогательных механизмов, через гребной вал и кронштейны от неуравновешенного гребного винта, через воду, давление которой вблизи винта пульсирует с частотой, равной произведению его частоты вращения на число лопастей (т. н. лопастная частота) и т. п. Свободные колебания, в т. ч. возникшие в начальный момент действия периодических сил, вследствие рассеяния энергии быстро затухают, поэтому вызывают повреждения корпуса лишь в первые мгновения и только в случае достаточно интенсивных возмущений. Изучать поведение конструкции в этот промежуток времени очень трудно из-за возникновения различных волновых деформаций, распространяющихся от места внешнего воздействия подобно волнам на поверхности воды. В практических расчетах, за исключением расчетов прочности при взрывах, рассеянием энергии и волновыми деформациями пренебрегают, считая, что они распространяются мгновенно, вследствие чего все частицы конструкции, как испытавшие, так и не испытавшие непосредственно внешнее возмущение, начинают двигаться одновременно. При этих предположениях любые свободные колебания корпусных конструкций, как и всякого упругого тела, будут состоять из бесконечного множества независимых отдельных колебательных движений, каждому из которых соответствуют своя частота и определенная пространственная форма деформации, постоянная во времени. Эти элементарные движения, их формы и частоты называют главными, реже - нормальными, собственными. Вынужденные колебания при низких частотах возмущающих сил, не превосходящих 5-6-ю частоты спектра главных частот, обычно раскладывают в ряд по формам главных свободных колебаний. Высокочастотные вынужденные колебания рассчитывают, не раскладывая в ряд, решая непосредственно, как правило численно, соответствующие уравнения. Вынужденная Вибрация Корпуса Судна, особенно резонансная, при которой частота возмущения близка к одной из главных частот колебаний конструкции, может вызвать усталостные разрушения, чаще всего в кормовой оконечности, где амплитуды вибрации максимальны. Вибрация Корпуса Судна утомляет экипаж и пассажиров, затрудняет использование аппаратуры. Поэтому еще в проекте предусматриваются меры, снижающие уровень Вибрации Корпуса Судна до допустимых пределов, устанавливаемых классификационными обществами.Вибрацию Корпуса Судна в целом называют общей, вибрацию его частей (перекрытий, балок, мачт и т. п.) - местной, возбуждаемую работающими главными механизмами, гребными винтами - ходовой. Общая Вибрация Корпуса Судна может быть поперечной (изгибной - вертикальной и горизонтальной), продольной и крутильной. Эти виды вибрации взаимосвязаны. Они независимы лишь при определенной симметрии конструкции и распределении масс на судне. Обычно поперечную вертикальную Вибрацию Корпуса Судна рассчитывают независимо от других видов колебаний, поперечную горизонтальную - совместно с крутильной.Вибрация Корпуса Судна отличается от упругих колебаний других тел взаимодействием с забортной водой, оказывающей существенное влияние вследствие воздействия реактивных гидродинамических давлений на вибрирующую наружную обшивку. В расчетах влияние воды может быть учтено присоединением к каждому поперечному сечению судна некоторой фиктивной массы воды, колеблющейся вместе с сечением с его скоростью. Увеличение масс судна заметно уменьшает собственные частоты по сравнению с их значениями в случае колебаний в вакууме. Присоединенные массы жидкости (воды) вычисляются довольно приближенно, особенно при высоких частотах колебаний.

Вибрация на корабле.

Кроме шума другим сильно выраженным физическим фактором, дейст­вующим в условиях корабля является вибрация.

Как известно, вибрация - это механические колебательные движения, передающиеся телу человека или отдельным его частям от источников коле­баний.

Источники вибрации:

1. Гребные винты

2. Двигатель, механизмы проворачивания

3. Удары волн

4. Вибрация после выстрелов, взлетов.

Вибрация бывает:

1) Местная

Естественно, что на корабле преобладает общая вибрация.

В результате действия вибрации развивается профессиональное заболе­вание - вибрационная болезнь.

Особенно опасно совпадение частоты вибрации с собственной частотой колебания тела человека или отдельных органов.

Для стоящего человека резонансными частотами являются частоты 5-15 Гц, для сидящего - 4-6 Гц, собственная частота желудка составляет 2 Гц, сердца и печени - 4 Гц, мозга - 6-7 Гц.

При совпадении вынуждающей частоты с собственной частотой колеба­ния органа наблюдается явление резонанса и, как следствие, висцероптозы (опущение внутренних органов). Под воздействием общей вибрации развива­ются поражения ЦНС, вегетативной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, возникает нарушение обменных процессов, быстрая утомляемость и др. Под действием общей вибрации также может происходить повреждение позвоночника за счет смещения межпозвоночных дисков.

По частоте вибрации могут быть

1) Низкочастотные (до 35 Гц). При этом поражаются нервы, мыш­цы, костный аппарат.

2) Высокочастотные (100 - 150 - 250 Гц). Поражаются в основном сосуды.

Профилактика вибрационных воздействий:

1. Технологические методы, (уравновешивание двигателей, частей двигателей и тд.).

2. Виброизоляция (амортизаторы, прокладки и тд.).

3. Эксплутационные методы (изменение резонансной частоты за счет, например, изменения частоты колебаний корабля).

4. Индивидуальная защита включает в себя обувь на виброгасящей по­дошве (толстая резина), виброкресла, вибропояса и тд.

Качка - это разновидность вибрации. Качка может быть (по направлению)

1) Бортовая (поперечная)

2) Килевая (продольная)

3) Вертикальная Последствиями качки могут быть

1. Смещение органов

2. Раздражение оболочек органов

3. Боль в органах (печень, селезенка)

4. Тошнота, рвота, нарушение сна, головокружение из-за нарушения вестибулярного аппарата - синдром морской болезни.

Профилактика качки (морской болезни):

1) Технические мероприятия (приспособления - успокоители качки)

2) Личные мероприятия (необходимы движения, совершение работы и тд)

3) Усиленная вентиляции.

4) Тренировка

5) Питание только холодными блюдами в небольшом количестве и обязательно с включением соленых и кислых продуктов.

6) Медикаментозная коррекция при помощи фармакологических препаратов (аэрон, аппликации скополамина на мочку уха или за ухо, эфедрин и др.)

19. Обязанности корабельного врача.

1) Контроль за здоровьем персонала

2) Оценка физического состояния личного состава

3) Состаачение меню-раскладки, контроль за качеством и количеством питания.

4) Контроль за соблюдением режима питания.

5) Лабораторный контроль суточного рациона.

6) Профилактика гиповитаминозов

7) Профилактика пищевых отравлений

8) Контроль за местами приготовления пищи.

9) Контроль за качеством мытья посуды

10) Предупреждение заражения продуктов отравляющими веществами, ра­диоактивными веществами, бактериологическими средствами (военное время).

11) Контроль за продуктами, взятыми в иностранных портах.

20. Военно-морская база. Санитарно-гигиенические требования к планировке, устройст­ву, водоснабжению.

Военно-морская база (ВМБ) - это комплекс береговых инженер­но-технических сооружений, предназначенных для

1) Боевого обеспечения кораблей.

2) Материально-технического обеспечения кораблей.

3) Обеспечения отдыха и лечения личного состава.

4) Предоставления кораблям безопасной стоянки Военно-морская база состоит из нескольких элементов.

1. Элементы акватории.

2. Элементы территории, а также береговые сооружения.

3. Элементы обороны

Вопрос № 2 Условия на судне.

По факторам, относящимся к условиям судна , нужно отметить, что для улучшения условий пребывания человека на судне ведется непрерывная работа в процессе проектирования судна и его эксплуатации. Конструктивно среда обитания человека на судне обеспечивается по следующим направлениям:

1.Климатические условия . К этим условиям относят:

а) температуру в помещении, которая должна поддерживаться на среднем уровне около + 20 градусов,

б) относительную влажность воздуха (наиболее комфортные условия при относительной влажности 40-60%),

в) скорость движения воздуха в помещениях, циркуляция воздуха должна быть умеренной и не превышать 0,1-0,2 м\с.

2.Освещенность. Сюда можно отнести:

а) освещенность рабочих мест. Наиболее благоприятные условия создаются при естественном освещении. К освещенности естественной и искусственной предъявляются следующие требования: свет не должен слепить глаза, сила света должна быть постоянной, а отражение световых лучей должно быть исключено, избыточная освещенность также вредна, как и недостаточная,

б) освещенность в жилых и для отдыха помещениях. Здесь тоже отдается предпочтение естественному освещению. В зависимости от назначения помещения устанавливаются определенные нормы освещенности: от 50 лк в коридорах до 200лк на рабочих панелях пультов управления.

3.Шум. По воздействию на человека звук проявляется следующим образом:

Допустимая граница 20-30 дБ. Сила звука в 130 дБ вызывает болевые ощущения. При силе звука в 150 дБ ощущение становится непереносимым и оглушает. В судовых условиях шум является сложнейшей проблемой создания нормальной среды обитания человека. Для снижения шума от работающих агрегатов, их устанавливают на специальных амортизаторах и шумопоглощающих прокладках, закрывают звукоизолирующими кожухами и звукоотражающими экранами и щитами. Переборки помещений, также как и подволоки их покрываются звукопоглощающей изоляцией. Жилые помещения размещаются как можно дальше от отсека машинного отделения. Для ослабления шума применяют шумозащитные средства в виде наушников, вкладышей. Влияние шума в зависимости от его уровня от различных источников характеризуется следующей таблицей (табл.№12):

Таблица №12

Источник шума	Сила звука дБ	Влияние на человека
Судовой гудок (тифон, сирена)		Болезненное
Пневматическая дрель		Вредное, неприятное
Вспомогательный двигатель		Вредное, неприятное
Нормальный разговор		Безопасное
		Безопасное
Ночная тишина		Ощущения покоя, комфорта
Шорох листьев		Ощущение покоя. Комфорта

4.Вибрация . На судне человек круглые сутки находится под воздействием вибрации, которая возникает от неуравновешенных вращающихся масс, ударов механизмов и т.д. Кроме того что вибрация нарушает прочность конструкции, она крайне отрицательно воздействует на человека, вызывая утомление, расстройство нервной системы и ухудшение зрения. Наиболее опасной для человека является вибрация с частотой 6-9 Гц, лежащая в диапазоне собственных колебаний внутренних органов человека. Глобальная проблема, которую должны решать судостроители, заключается в снижении вибрации до минимально безопасного для человека уровня. Наиболее эффективным способом борьбы с вибрацией является:

установка амортизаторов и демпферов,

размещение механизмов, работающих с повышенной вибрацией в изолированных помещениях,

монтаж отдельных помещений или всей жилой надстройки на специальных подвесках.

5.Инфразвук . На судне источниками инфразвука являются, энергетическая установка, гребной винт, система вентиляции и кондиционирования воздуха, а также штормовая погода. Инфразвук характеризуется колебаниями ниже 20 дБ и при воздействии на организм человека вызывает чувство беспокойства и страха. Система кровообращения человека является низкочастотным колебательным контуром и при воздействии на нее инфразвука учащается сердцебиение настолько, что может произойти разрыв артерий или остановка сердца. Инфразвук распространяется в воздухе со скоростью около 330 м\сек, а в воде - до 1650 м\сек. Опережая зону со штормовым ветром, инфразвук достигает судна намного раньше наступления плохой погоды, что способствует чувству необъяснимого страха. При частоте 7 Гц ультразвук смертелен для человека. Он становится «безмолвным убийцей».

6.Электромагнитные излучения . Источниками электромагнитных излучений служат радиотехнические и электронные устройства, трансформаторы и генераторы сверхвысоких частот. Весь спектр электромагнитных полей условно разделен на 3 категории:

а)токи высокой частоты (ниже 30 МГц),

б)токи ультравысокой частоты (30-300 МГц),

в)токи сверхвысокой частоты (более 300 МГц).

Электромагнитные излучения оказывают вредное влияние на организм человека. Наиболее опасными будут излучения сверхвысокой частоты. Ткани человека поглощают энергию электромагнитного излучения, и если организм не может справиться с образующимся теплом, то возникает тепловой эффект. При этом страдают органы человека со слаборазвитой сосудистой системой (глаза, мозг, желудок). Опасность воздействия излучений усугубляется тем, что оно не обнаруживается органами чувств. Если электромагнитное излучение не превышает предельно допустимых норм, то расстройства в организме человека носят обратимый характер.

В процессе длительного плавания восприятие обитаемого пространства судна как совокупность материальных, социальных и духовных условий притупляется. Оторванность моряка от берега, замкнутость жизненного пространства, в котором нет привычной социальной дистанции, создают многие профессиональные и сугубо личные трудности. Члены экипажа связаны между собой на судне не только посредством обычных средств, но через органы чувств - слуха, обоняния и даже подсознательного ощущения физического присутствия других людей, когда в любой момент тебя могут увидеть, услышать. Предметно - пространственное окружение человека на судне нуждается в постоянном обновлении. Следует находить неадекватные решения по созданию конструктивных адаптеров, которые существенно повышают комфортность. Совершая одиночное кругосветное плавание, Ф.Чичестер отмечал положительные результаты адаптеров: "На мою плиту при любой качке можно было поставить полный стакан или чашку, не боясь, что содержимое прольется. Достигалось это благодаря удачно сконструированной подвесной качающейся раме с тяжелым поддоном, который играл роль маятника. Подвесное кресло, соединенное с качающимся столом, было размещено очень удачно. Я мог сидеть в кресле совершенно прямо, независимо от крена судна. Это была одна из самых удачных деталей в оборудовании яхты". Одной из особенностей вахтенной службы является возникновение в течение рейса длительных периодов вынужденной бездеятельности при невозможности покинуть рабочее место.

В открытом море, когда движение судна не осложнено помехами, возникает состояние скуки, тревожного монотонного ожидания. Некоторые исследователи психологического состояния человека рассматривают скуку как пассивное состояние, при котором понижается интерес к окружающей действительности. С физиологической точки зрения скука вызывает торможение нервных процессов коры головного мозга, что дало И.П.Павлову назвать ее сном с открытыми глазами. Это чрезвычайно опасная ситуация, которая зачастую приводит к тяжелым авариям. Одной из причин скуки, кроме того, является состояние, когда труд в период вынужденной пассивности дискредитируется и человек из творческой, целеустремленной личности превращается в придаток машины (судно). Специалист с высшим уровнем культуры с целостно - ориентационным характером устремлений, попадая в вынужденные, незаполненные ценными формами жизнедеятельности условия, оказывается в профессиональном конфликте с выполняемой работой.

Предпринимаются попытки, для преодоления скуки: от технических средств, стимулирующих двигательную активность (квитирование сигналов различных звуковых или световых датчиков предупреждения), и профессионального отбора, до гармонизации среды музыкой, дизайнерными решениями ее эстетизации. Но они не полностью устраняют это явление. Автоматизация и механизация ручного труда, процессов анализа информации от множества датчиков, облегчает и расширяет возможности человека в успешном управлении судном. Улучшение конструктивных элементов судна устраняет отрицательное влияние на человека шумов, теплового воздействия, вибрации, качки судна и помогает лучшей адаптации членов экипажа к судну. Обслуживание судна и дисциплинарная практика имеют индивидуальные и общественные особенности, а инициатива и расторопность, выполнение национальных и международных, по линии МОТ, стандартов обеспечения судов и перемещения членов экипажей с судна на берег улучшают или ухудшают состояние человека при исполнении обязанностей по службе.