船舶機(jī)械設(shè)備振動(dòng)及控制措施

郎曉松

【摘? 要】船體的機(jī)械振動(dòng)是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，對(duì)船舶的舒適性和維修可靠性有有一定的危害性，本文主要闡述引起船舶振動(dòng)的主要起因和控制措施。

【關(guān)鍵詞】船舶;機(jī)械振動(dòng);螺旋獎(jiǎng)主機(jī)激勵(lì)控制

現(xiàn)代的船舶技術(shù)復(fù)雜、數(shù)據(jù)精密，同時(shí)這也反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家的科技發(fā)展水平和工業(yè)水平。船舶在航行中，經(jīng)常受到各種外力的作用，有些是通過(guò)中介物間接作用在船體上，有些是直接作用在船體上，不管是哪一種情況，或多或少都在其結(jié)構(gòu)上造成一定的影響。雖然在大多數(shù)情況下激起的振動(dòng)并不致于產(chǎn)生任何有害的影響，但如果振動(dòng)激烈，則會(huì)引起船員的煩惱，降低航行的舒適性，是船舶結(jié)構(gòu)和船上的各類(lèi)機(jī)械部件產(chǎn)生疲勞損傷，更為嚴(yán)重的是會(huì)造成機(jī)械部件與設(shè)備發(fā)生故障，以致使維修保養(yǎng)費(fèi)用增加。因此必須了解作用在船舶上的各類(lèi)振動(dòng)，以便采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

船體的機(jī)械振動(dòng)是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，引起船舶振動(dòng)的主要起因?yàn)樗膫€(gè)方面，即主機(jī)、螺旋槳、輔機(jī)以及海浪，這其中包括周期性激勵(lì)振動(dòng)和非周期性激勵(lì)振動(dòng)。螺旋槳產(chǎn)生的激勵(lì)，螺旋槳以不同的途徑激起船體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。因激振的螺旋槳是通過(guò)軸系傳遞給船體結(jié)構(gòu)的力和力矩，槳激振動(dòng)產(chǎn)生主要是空泡螺旋槳引起的脈動(dòng)壓力。主機(jī)在工作期間，一般都會(huì)產(chǎn)生一次激勵(lì)，如情況特殊還會(huì)產(chǎn)生二次激勵(lì)。風(fēng)浪對(duì)船體的沖擊，船舶在航行時(shí)波浪引起的振動(dòng)激勵(lì)尤為重要。由波浪引起并作用在船上的效應(yīng)是船體梁的振動(dòng)源，波浪產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)象主要涉及到船體梁組合件的形式，影響較為嚴(yán)重的是兩種類(lèi)型，即沖蕩振動(dòng)和彈跳振動(dòng)。

一、螺旋槳振動(dòng)控制

螺旋槳是激起船體振動(dòng)的一個(gè)主要激勵(lì)源，在設(shè)計(jì)尾型與螺旋槳時(shí)，除了考慮快速之外還必須考慮振動(dòng)這一因素。減小螺旋槳的節(jié)流一般原理大致可分為三個(gè)方面：首先是改善半流分布以不可能進(jìn)一步改善時(shí)，則可改進(jìn)螺旋槳設(shè)計(jì)，減小激勵(lì)幅頻。當(dāng)上述兩者均達(dá)不到理想狀態(tài)時(shí)，則可在結(jié)構(gòu)上采取措施，減小激勵(lì)的傳遞和減小結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

（一）改善伴流

1、尾型設(shè)計(jì)

螺旋槳盡面內(nèi)伴流分布對(duì)螺旋槳激勵(lì)起著重要的作用，而船舶尾部線型對(duì)伴流場(chǎng)的形成起著很大影響。設(shè)計(jì)尾部線型時(shí)，應(yīng)考慮使螺旋槳來(lái)流和去流順暢，盡可能避免漩渦形成，使伴流盡可能均勻。

2、加裝尾鰭

安裝導(dǎo)流管不僅可以提高螺旋槳（高負(fù)荷）的效率，而且由于導(dǎo)流管的存在減小了斜流的影響，同時(shí)又能使導(dǎo)流管上下來(lái)流趨于均勻，因此將導(dǎo)致螺旋槳的表面支撐力大大減小。起到整流的作用，使螺旋槳盤(pán)面內(nèi)的伴流趨于均勻。

3、控制去流角

去流角是船體縱削面與后體水線的夾角，增加去流角會(huì)導(dǎo)致平均伴流的船舶阻力增高，從而使螺旋槳的載荷加大。但是，只要去流角保持在30度之內(nèi)，對(duì)伴流分布的影響不大，可以得到較理想的伴流分布。為保證光順的水線，滿(mǎn)載水線的去流角對(duì)單槳船一般不宜超過(guò)20度，否則伴流便脫離船體表面在水流和船體間的空隙內(nèi)停滿(mǎn)了“死水”，對(duì)螺旋槳工作不利。

（二）改進(jìn)螺旋槳設(shè)計(jì)

1、葉數(shù)螺旋槳的設(shè)計(jì)應(yīng)該注意避免引起空泡。一般米說(shuō)，隨著螺旋槳葉數(shù)的增加，螺旋槳誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力有下降的趨勢(shì)。

2、側(cè)斜大側(cè)斜螺旋槳可以減小螺旋槳軸承力和表面力。

3、梢部卸載螺旋槳就常規(guī)設(shè)計(jì)中，徑向載荷分布，即徑向環(huán)量分布都選擇最佳環(huán)量分布形式，以求最高的效率。串列螺旋槳可解決激勵(lì)，從而減小船體振動(dòng)。減小激勵(lì)傳遞

1、調(diào)整間隙螺旋槳與冊(cè)體的間隙直接影響螺旋槳激勵(lì)力的傳遞，保證閬隙特別是適當(dāng)增大梢隙，將使螺旋槳的激勵(lì)得到改善

2、設(shè)備避振對(duì)于淺水船因吃水小，梢隙難以滿(mǎn)足要求時(shí)，可設(shè)置避振，主要作用是用橡皮膜及空氣室吸收螺旋槳傳來(lái)的脈動(dòng)壓力，以減小對(duì)船體的激勵(lì)。

二、柴油機(jī)振動(dòng)控制

柴油機(jī)是引起船體振動(dòng)的主要激勵(lì)源之一，因此在船舶設(shè)計(jì)初期，選擇機(jī)型至關(guān)重要。在滿(mǎn)足功率等指標(biāo)的情況下，應(yīng)注意選擇具有較小不平衡力和不平衡力矩的柴油機(jī)做主機(jī)。柴油機(jī)的缸數(shù)越多，其一般平衡性就越好。

（一）防止共振

主機(jī)配合螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)考慮是否與船體發(fā)生低階共振，尤其應(yīng)避免在主機(jī)常用轉(zhuǎn)速下的低階共振問(wèn)題。

（二）減小激勵(lì)

對(duì)于存在外部不平衡力或者不平衡力矩柴油機(jī)，可通過(guò)平衡補(bǔ)償裝置減小振動(dòng)激勵(lì)。這是一種普遍應(yīng)用的防止有害振動(dòng)的措施。

（三）減小振動(dòng)傳遞

1、隔振器

對(duì)于不平衡的主機(jī)或輔機(jī)可以在基座下裝設(shè)隔振器，以減小主機(jī)激勵(lì)對(duì)船體的傳遞。所要求的減震器通常對(duì)高速柴油機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。目前國(guó)內(nèi)常用的減震器主要有橡膠減震器和金屬減震器

2、防振支撐

防振支撐主要有機(jī)械式、摩擦式、液壓式三種。大型柴油機(jī)因采用長(zhǎng)沖程和超長(zhǎng)沖程，其機(jī)架橫向振動(dòng)是一個(gè)突出問(wèn)題，成為激勵(lì)源振動(dòng)之一。當(dāng)橫向振動(dòng)比較大時(shí)，可在主機(jī)上部與船舷左右側(cè)間設(shè)橫向防振支撐與船體連接。通常能使機(jī)架橫向振動(dòng)減小50%以上，固有頻率提高5%至50%。

三、海浪引起的振動(dòng)控制

對(duì)于海浪引起的激振，可以考慮船舶自身的特性（船舶長(zhǎng)度、速度、艏艉吃水等）與波浪的遭遇周期之間的關(guān)系，因這種關(guān)系確定了沖蕩振動(dòng)和彈跳振動(dòng)的大小?？梢酝ㄟ^(guò)修整航行條件達(dá)到改變航速、改變方向，為增加艏部吃水而改變壓載條件的方法來(lái)降低由于沖蕩振引起的激勵(lì)。對(duì)于彈跳振動(dòng)，只能通過(guò)改變船速和方向來(lái)改變波浪的遭遇周期或?qū)τ趬狠d的船來(lái)說(shuō)改變載荷分布來(lái)改變激勵(lì)的大小。

船體與設(shè)備的振動(dòng)是十分復(fù)雜的，可以說(shuō)它是一個(gè)由無(wú)限多的諧振器組成的復(fù)雜系統(tǒng)稍不注意就會(huì)出現(xiàn)激振力與某一諧振器發(fā)生共振，造成結(jié)構(gòu)、部件、甚至機(jī)械設(shè)備的損壞因此必須針對(duì)各種振動(dòng)情況提前識(shí)別振動(dòng)原因并采取相應(yīng)的措施，只有這樣才能保證船舶航行的安全，延長(zhǎng)船舶的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]金成定、夏麗娟《船體振動(dòng)學(xué)》上海交通大學(xué)出版社2011-3

[2]富貴根、費(fèi)千《船舶輔機(jī)》大連海事大學(xué)出版社2010-7

（作者單位：大連遼南船廠）