hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-1004Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ГИДРОФИЗИКАTECHNICAL HYDROPHYSICSМетодика проектирования и перспективная конструкция средств снижения шумов судовых трубопроводовDesign Technique and Future-Proof Scheme of the Ship Pipe Anti-Noise ToolКрючковА. Н.KryuchkovA. N.

Самара

Samara

ШахматовЕ. В.ShakhmatovE. V.

Самара

Samara

СамсоновВ. Н.SamsonovV. N.

Самара

Samara

ДружинА. Н.DruzhinA. N.

Самара

Samara

МакарьянцГ. М.MakaryantsG. M.

Самара

Samara

georgy.makaryants@gmail.comСамарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С. П. КоролеваРоссияSamara State Aerospace UniversityRussian Federation201427112022736779Copyright © Крючков А.Н., Шахматов Е.В., Самсонов В.Н., Дружин А.Н., Макарьянц Г.М., 20222022Крючков А.Н., Шахматов Е.В., Самсонов В.Н., Дружин А.Н., Макарьянц Г.М.Kryuchkov A.N., Shakhmatov E.V., Samsonov V.N., Druzhin A.N., Makaryants G.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1004

Важной задачей при разработке гидравлических систем судовых силовых установок является снижение возникающего в них гидродинамического шума (ГДШ). Одним из способов подавления ГДШ является применение гасителей, которые представляют собой устройства, фильтрующие акустические колебания рабочей среды и рассеивающие их энергию. Однако существующие методы проектирования гасителей не учитывают процессы гидродинамического шумообразования на его элементах. Это приводит к значительному снижению эффективности работы гасителей в условиях роста расхода рабочей среды. Представлена методика расчета гасителя ГДШ, главное отличие которой от существующих заключается в моделировании вихревого течения в диффузоре центрального канала и расчете возникающего при этом ГДШ. Использование методики позволило определить закономерности формирования нестационарного течения в диффузоре. Показано, что максимум среднеквадратичного значения пульсаций рабочей жидкости расположен пристеночной области на входе в диффузор центрального канала. Рассчитана частотная зависимость пульсаций давления рабочей среды в диффузоре гасителя. Разработанная методика проектирования гасителя колебаний позволяет достичь среднего значения коэффициента вносимого затухания равного 10.6 в частотном диапазоне от 5 Гц до 1 кГц при скорости течения рабочей среды 30 м/с.

The main task in the course of hydraulic system of ship power plants construction is to suppress flu-id-borne noise. One way to get around this problem is the application of the pressure pulsation dampener. The dampener is the device that filters acoustics pulsation in working fluid and scatters their energy. However the existing methods of pressure pulsation dampener design do not take into ac-count the processes of noise formation due the vortexes on its elements. This fact causes the significant decline of the dampener efficiency under the rise of the flow rate conditions. In this work the new method of pressure pulsation dampener design is presented. The main difference of developed method from traditional ones is the modeling of vortex flux in the diffuser of dampener central duct and fluid-borne nose occurring in such condition. The use of the method allows to define the process pattern of unsteady flux generation in the diffuser. It has been shown that the field of the maximum of the root-mean-square pressure pulsation located near the wall at the inlet part of the dampener diffuser. The frequency vs pressure pulsation in the diffuser curve has been simulated. The developed design method of the pressure pulsation dampener allowed to achieve mean value of insertion losses coefficients equal to 10.6 in the frequency band of 5 Hz to 1 000 Hz under the velocity of the working fluid up to 30 m/s.

гаситель колебанийкоэффициент собственного затуханиягидродинамический шумpressure pulsation mufflerattenuation coefficienthydrodynamic noiseРабота выполнена при государственной поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках реализации мероприятий Программы повышения конкурентоспособности СГАУ среди ведущих мировых научно-образовательных центров на 2013—2020 гг.ReferencesBezyasychny V. V., Popkov V. I. Application of energy methods for localization of sources and determination of vibration-isolating efficiency of three-dimensional system // International congress on intensity techniques. CETIM. Senlis (France). 1990. P. 411—416.Bezyasychny V. V., Popkov V. I. Application of energy methods for localization of sources and determination of vibration-isolating efficiency of three-dimensional system. International congress on intensity techniques. CE- TIM. Senlis (France). 1990, 411—416.Попков С. В., Безъязычный В. В., Попков В. И., Кузнецов Н. А. Распространение колебательных мощностей в инженерных конструкциях // XXIV сессия Российского акустического общества, Сессия Научного совета по акустике РАН. Шумы и вибрации. 2011. С. 164—170.Popkov S. V., Bezyasychny V. V., Popkov V. I., Kuznetsov N. A. Distribution of oscillatory capacities in engineering designs. XXIV Sessiya Rossijskogo akusticheskogo obschestva, Sessiya Nauchnogo soveta po akustike RAN. Shumy i vibracziya. 2011, 164—170. (in Russian).Ким Я. А., Будрин С. В., Селезский А. И. Влияние места установки в трубопроводах звукоизолирующих средств на их эффективность // Вопросы судостроения. 1981. Сер. СЭУ. Вып. 20. С. 71—76.Kim J. A., Budrin S. V., Selezskij A. I. Effect of the installation location in the piping soundproof means for their efficiency. Voprosy sudostroeniya. Ser. SJeU, 1981, 71—76. (in Russian).Никифоров А. С., Рылеева Т. В. Некоторые конструкции глушителей гидродинамического шума // Вопросы кораблестроения. 1978. Серия «Проектирование кораблей», вып. 15. С. 71—76.Nikiforov A. S., Ryleev T. V. Some designs mufflers flow noise. Voprosy sudostroeniya. Ser. «Proektirovaniye korablej». 1978, 15, 71—76. (in Russian).Головин А. Н., Шорин В. П. Гасители колебаний для гидравлических систем. Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2005. 168 с.Golovin A. N., Shorin V. P. Gasiteli kolebanii dlya gidravlicheskih sistem. Samara, Izv. SNC RAN, 2005. 168 p. (in Russian).Шахматов Е. В., Прокофьев А. Б. Виброакустическая модель прямолинейного неоднородного трубопровода при его силовом возбуждении пульсациями рабочей жидкости // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2000. Т. 2, № 5. С. 135—140.Shakhmatov E. V., Prokofiev A. B. Vibroacoustical model of straight line inhomogeneous pipe under working fluid pulsation influence. Izv. SNC RAN. 2000, 2 (5), 135—140. (in Russian).Иголкин А. А., Крючков А. Н., Макарьянц Г. М., Прокофьев А. Б., Прохоров С. П., Шахматов Е. В., Шорин В. П. Снижение колебаний и шума в пневмогидромеханических системах. Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2005. 314 с.Igolkin A. A., Kryuchkov A. N., Makaryants G. M., Prokofiev A. B., Prokhorov S. P., Shakmatov E. V., Sho- rin V. P. Decrease in fluctuations and noise in pneumohydromechanical systems. Samara, Izv. SNC RAN, 2005, 314 p. (in Russian).Шорин В. П. Устранение колебаний в авиационных трубопроводах. М.: Машиностроение, 1980. 156 с.Shorin V. P. Ustranenie kolebanii v aviatsionnyh truboprovodov. Moscow, Mashinostroenye, 1980. 156 p. (in Russian).Шорин В. П., Гимадиев А. Г., Шахматов Е. В. Проектирование гасителей колебаний для гидравличских цепей систем управления // Изв. АН СССР. А. Н. и др.Shorin V. P., Gimadiev A. G., Shahmatov E. V. Designing dampers for hydraulic circuits control systems. Izv. AN SSSR, Energetika i transport. 1987, 4, 127—133. (in Russian).Шорин В. П., Гимадиев А. Г., Шахматов Е. В. Проектирование гасителей колебаний для демпфирования пульсаций давления в системах управления ГТД // Изв. вузов. Машиностроение. 1982. № 7. С. 65—68.Shorin V. P., Gimadiev A. G., Shahmatov E. V. Design oscillation dampers to dampen pressure pulsations in gas turbine engine control systems. Izv. Vuzov. Mashinostroenye. 1982, 7, 65—68. (in Russian).Шорин В. П. Проектирование гасителя колебаний типа акустического фильтра низких частот // Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов. 1972. № 51. С. 161—169.Shorin V. P. Design of an oscillation damper of low frequencies acoustic filter type. Vibracionnaya prochnost' i nadyozhnost' dvigatelej i sistem letatel'nyh apparatov. 1972, 51, 161—169. (in Russian).Головин А. Н., Брудков Л. И., Шорин В. П. К расчету собственных характеристик гасителей колебаний рабочей жидкости типа акустического фильтра низких частот // Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов. 1980. № 7. С. 36—43.Golovin A. N., Brudkov L. I., Shorin V. P. On the calculation of own characteristics oscillation dampers the working fluid type of acoustic low-pass filter. Vibracionnaya prochnost' i nadyozhnost' dvigatelej i sistem leta- tel'nyh apparatov. 1980, 7, 36—43. (in Russian).Шорин В. П. Гасители колебаний давления с активным волновым сопротивлением // РТМ 1672-82. М.: НИИСУ. 1982. 21 с.Shorin V. P. Pressure oscillation dampers with an active wave resistance. RTM 1672-82. Moscow, NIISU, 1982. 21 p. (in Russian).Головин А. Н. Трансформатор активных волновых сопротивлений // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. акад. С. П. Королева (национального исследовательского университета). Спец. вып. 2003. Ч. 2. С. 336—342.Golovin A. N. Transformer active shock wave drug. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo ajerokosmichesko- go universiteta im. akademika S. P. Korolyova. 2003, 2, 336—342. (in Russian).Шорин В. П., Санчугов В. И. Расчет и проектирование ответвленного резонатора как гасителя колебаний рабочей среды в трубопроводных системах // Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов. 1975. № 2. С. 256—261.Shorin V. P., Sanchugov V. I. Calculation and design of the branched-off resonator as an oscillation damper of a workspace in pipeline systems. Vibracionnaya prochnost' i nadyozhnost' dvigatelej i sistem letatel'nyh appa- ratov. 1975, 2, 256—261. (in Russian).Шорин В. П., Санчугов В. И. Об оценке эффективности действия гасителей пульсаций жидкости, содержащие в своей структуре резонансные контуры // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1978. № 2. С. 132—139.Shorin V. P., Sanchugov V. I. Designing of oscillation dampers for hydraulic circuits control systems. Izv. AN SSSR. Energetika i transport. 1978, 2, 132—139. (in Russian).Берестовицкий Э. Г., Брайнин Б. П., Франтов А. А. Методика оценки эффективности глушителя гидродинамического шума на основе резонатора Гельмгольца // Системы управления и обработки информации: науч.-техн. сб. 2011. Вып. 22. СПб.: ОАО «Концерн «НПО «Аврора». С. 160—165.Berestovickiy Je. G., Brain B. P., Frantov A. A. The method of an efficiency assessment of hydrodynamic noise damper on the basis of Helmholtz's resonator. Sistemy upravleniya i obrabotki informaczii. 2011, 22, 160—165. (in Russian).Макарьянц Г. М., Прокофьев А. Б., Шахматов Е. В. Использование численного моделирования для расчета собственных характеристик гасителей колебаний давления в распределенных параметрах // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева (национального исследовательского университета). 2007. № 1. С. 148—155.Makaryants G. M., Prokofiev A. B., Shakmatov E. V. Modelling characteristics of pressure oscillation dampers with regard for distribution of their parameters. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo un- iversiteta im. akademika S. P. Korolyova. 2007, 1, 148—155. (in Russian).Белов Г. О., Головин А. Н., Крючков А. Н., Родионов Л. В., Шахматов Е. В. Исследование процессов возбуждения и подавления пульсаций рабочей среды и гидродинамического шума в трубопроводных системах // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13, № 4. С. 178—184.Belov G. O., Golovin A. N., Kryuchkov A. N., Rodionov L. V., Shakhmatov E. V. Investigation of the processes of excitation and suppression of pulsations of the operating environment and the flow noise in piping systems. Izv. SNC RAN. 2011, 13 (4), 178—184. (in Russian).Берестовицкий Э. Г., Гладилин Ю. А., Крючков А. Н., Федоров А. Е., Франтов А. А., Шахматов Е. В. Гасители пульсации давления как средство улучшения собственных виброакустических характеристик испытательных гидравлических стендов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. акад. С. П. Королева (национального исследовательского университета). 2012. № 2. С. 149—154.Berestovickij Je. G., Gladilin Yu. A., Kryuchkov A. N., Fedorov A. E., Frantov A. A., Shakhmatov E. V. Dam- pers pressure pulsation as a means to improve of own vibroacoustics performance test hydraulic stands. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S. P. Korolyova. 2012, 2, 149—154. (in Russian).Igolkin A. A., Kruchkov A. N., Koh A. I., Safin A. I., Shakhmatov E. V. Pressure reducing valve noise reduc-tion // Proceedings of the Nineteen International Congress on Sound and Vibration (ICSV 19), Vilnius, Lithuania, July 08—12, 2012. P. 2458—2464.Igolkin A. A., Kruchkov A. N., Koh A. I., Safin A. I., Shakhmatov E. V. Pressure reducing valve noise reduction. Proceedings of the Nineteen International Congress on Sound and Vibration (ICSV 19), Vilnius, Lithuania, Ju- ly 08-12, 2012, 2458—2464.Prokofiev A., Makariyants G., Shakhmatov E. Modeling of pipeline vibration under the pressure ripples in the working fluid // Proceedings of the 17th International Congress on Sound and Vibration (ICSV17), Cairo, Egypt, 18—22 July, 2010. P. 1142—1149.Prokofiev A., Makariyants G., Shakhmatov E. Modeling of pipeline vibration under the pressure ripples in the working fluid. Proceedings of the 17th International Congress on Sound and Vibration (ICSV17), Cairo, Egypt, 18—22 July, 2010, 1142—1149.Makaryants G., Shakhmatov E., Prokofiev A., Kruchkov A. The instability of the pipeline due to transporting fluid’s pressure ripples // Proceedings of the 28th International Congress of the Aeronautical Sciences (ICAS2012), Brisbane, Australia, 23—28 September, 2012. P. 2101—2108.Makaryants G.M., Shakhmatov E. V., Prokofiev A. B., Kruchkov A. N. The instability of the pipeline due to transporting fluid’s pressure ripples. Proceedings of the 28th International Congress of the Aeronautical Sciences (ICAS2012), Brisbane, Australia, 23—28 September, 2012, 2101—2108.Макарьянц Г. М., Прокофьев А. Б., Шахматов Е. В. Влияние динамических характеристик присоединенных гидравлических цепей на вибрационные характеристики трубопроводов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королева (национального исследовательского университета). 2004. № 1. С. 96—101.Makaryants G. M., Prokofiev A. B., Shakhmatov E. V. Influence of dynamic characteristics of joined hydraulic chains on vibrational characteristics of pipelines. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akademika S. P. Korolyova. 2004, 1, 96—101. (in Russian).Макарьянц Г. М., Прокофьев А. Б., Шахматов Е. В. Моделирование виброакустических характеристик трубопровода с использованием метода конечных элементов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2002. Т. 4., № 2. С. 327—333.Makaryants G. M., Prokofiev A. B., Shakhmatov E. V. Modeling of pipeline vibroacoustical characteristics by the finite element method. Izv. SNC RAN. 2002, 4 (2), 327—333. (in Russian).Шахматов Е. В., Крючков А. Н., Прокофьев А. Б. Использование гасителей колебаний давления для снижения виброакустической нагруженности гидромеханических систем // Судостроение. 2011. № 3. С. 45—48.Shakhmatov E. V., Kruchkov A. N., Prokofiev A. B. Dampers pressure pulsation as a means to improve own vibroacoustics performance test hydraulic stands. Sudostroenye. 2011, 3, 45—48. (in Russian).Смольяков А. В. Шум турбулентных потоков. СПб.: Изд-во ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова, 2005. 312 с.Smolyakov A. V. Noise turbulent flows. CNII im. akad. A. N. Krylova, 2005. 312 p. (in Russian).Смольяков А. В. Интенсивность акустического излучения турбулентного пограничного слоя на пластине // Акустический журнал. 1973. Т. 19, № 2. С. 251—256.Smolyakov A. V. Acoustic radiation intensity of turbulent boundary layer near a plate. Akust. Zh. 1973, 19 (2), 251—276. (in Russian).Смольяков А. В. Спектр квадрупольного излучения плоского турбулентного пограничного слоя // Акустический журнал. 1973. Т. 19, № 3. С. 420—425.Smolyakov A. V. Spectrum of quadruple radiation of a plane turbulent boundary layer Akust. Zh. 1973, 19 (3), 420—425. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.