船舶振動的影響因素及控制

船舶振動的影響因素及控制

在運作過程中，由于不規(guī)則平衡力和矩陣的作用，船舶的振動現(xiàn)象不可避免。而振動的存在,會使機件產(chǎn)生撞擊和變形,增加機件的磨損,從而影響各機械設備的使用壽命,由于振動需要消耗能量,并且改變各部件的配合間隙和各種標準數(shù)值,使船舶的可靠性和經(jīng)濟性下降;同時振動還會使船員的工作條件惡化,損害健康,產(chǎn)生疲勞而釀成事故。因此,對于輪機管理人員來說,如何在日常管理工作中,依靠船上已有的技術(shù)和條件,控制船舶振動在合理范圍之內(nèi),使船舶能夠平衡運行,這可以說是機艙管理工作的一項重要任務。1軸系運轉(zhuǎn)的激振力作用影響船舶振動的因素有多種多樣,而且也極其復雜。其中柴油機及其推進軸系的振動為引起船舶振動的主要因素。柴油機是往復運動機械,它采用曲柄連桿機構(gòu)把活塞的往復運動轉(zhuǎn)換成曲軸的回轉(zhuǎn)運動。由于曲柄連桿機構(gòu)這種復雜的運動特點,必然要產(chǎn)生周期性變化的不平衡力和力矩,它們的存在不僅影響活塞,連桿和曲軸的強度,也影響連桿小端和大端軸承的負荷、潤滑和磨損,同時還使柴油機產(chǎn)生振動并引起船體振動,甚至會導致柴油機和船體發(fā)生故障或損壞。船舶推進軸系在實際運轉(zhuǎn)中會受到各種沖擊和周期性的激振力的作用,主要有以下幾種激振力:(1)柴油機氣缸氣體力、運動部件慣性力與重力等產(chǎn)生的作用在曲軸、曲柄銷上的交變切向力和徑向力;(2)螺旋槳在徑向和周向都很不均勻的三維伴流場中運轉(zhuǎn)時,受到的交變縱向和橫向推力和力矩;(3)軸系部件運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的激振力和力矩。由于這些激振力和力矩的存在,將導致船舶推進軸系產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動、縱向振動和橫向振動,造成軸系損壞或影響船舶的正常航行。2改善軸系振動當然,設計、制造者會想盡各種辦法來消弱引起船舶振動的因素。使它控制在一個限定的范圍之內(nèi)。如柴油機在其基座上設置彈性支承,彈性支承將柴油機產(chǎn)生的振動力源與船體隔開,使振動力源不傳或少傳到船體上。合理安排各缸的發(fā)火順序,在曲軸上配置平衡塊以改善內(nèi)部平衡特征,減輕機身和軸承所受的作用力,改善其振動特性。合理選擇螺旋槳槳葉和安裝位置,減少螺旋槳的激振能。提高推進軸系的設計水平和加工精度,調(diào)整螺旋槳和軸系間夾角,來改善軸系的振動。而作為一名船舶實際使用的管理人員,我們?nèi)绾我揽看弦延械臈l件和技術(shù),把船舶振動控制在合理范圍之內(nèi)呢?2.1管系振動的影響柴油機在運行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),往往某一轉(zhuǎn)速區(qū)段內(nèi)船舶的振動會明顯加劇。因此駕駛?cè)藛T在操縱船舶時,要認識到這一點,盡量回避船舶長時間在“轉(zhuǎn)速禁區(qū)”內(nèi)運行,避免柴油機在有害轉(zhuǎn)速區(qū)段內(nèi)持續(xù)運轉(zhuǎn),造成不必要的振動加劇而帶來的損害。對于局部的振動,如管系的共振,可以改變管系的振動慣性質(zhì)量和彈性(柔度)的大小及其分布情況,管系中任何振動慣性質(zhì)量和彈性(柔度)的改變都可以變動整個管系的自振頻率,從而避開管系共振,達到減振目的。如某輪的柴油機柴油回油管由于振動激烈,造成柴油回油管與高壓油泵回油管連接圓弧處幾次發(fā)生斷裂,漏油嚴重,甚至影響船舶作業(yè),后來在柴油回油管上加裝三角支撐,振動情況得到明顯改善。這正是運用改變振動慣性質(zhì)量來避開管系的共振。2.2系統(tǒng)運行反應產(chǎn)生的錯誤船舶在出廠時廠方都會提供各種機械設備的使用說明書,說明書中都有各種機械設備的使用標準數(shù)值,這些標準值是經(jīng)過設計、制造人員無數(shù)次試驗而得出的,應該說是機械設備運行的最佳數(shù)值,除非我們能夠確信使用其他的數(shù)值對船舶運行更加有利,否則不允許我們輕易的變動。(1)柴油機的噴油壓力,噴油定時,氣閥間隙是否符合要求。如柴油機的噴油壓力降低,不僅會影響柴油霧化質(zhì)量,而且會使噴油定時提早,燃燒惡化,工作粗暴,使柴油機振動加劇,甚至造成氣缸積碳嚴重,活塞環(huán)密封不嚴漏氣,柴油機可靠性和經(jīng)濟性下降,對船舶運行十分不利。在實際工作中本人遇到過這種情況;某輪主機運轉(zhuǎn)時聲音尖銳、振動較大,排氣冒黑煙嚴重,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)噴油壓力僅為28Mpa,而按說明書要求為35Mpa,對噴油壓力校正后主機運轉(zhuǎn)平穩(wěn),排氣冒黑煙現(xiàn)象改善。(2)各種部件的配合間隙和相對位置精度是船舶能夠正常運行的關(guān)鍵。如柴油機活塞運動部件的失中,不僅加劇磨損,而且還會產(chǎn)生敲缸、拉缸等故障,使船舶無法正常運行。同樣配合間隙的過大、過小都會對機件運行造成不利的影響。以拖輪上重要設備——絞纜機為例,某一新型絞纜機由于齒合間隙過大,運轉(zhuǎn)時機件撞擊力大,不僅聲響異常,而且管系的固定螺絲、法蘭螺絲因振動劇烈經(jīng)常松動,甚至導致船舶無法作業(yè)。而絞纜機剎車帶間隙過小,在放纜繩時同樣也會導致機體聲響異常,振動過大。(3)各種螺栓的擰緊度是否符合說明書的要求,軸系對中是否符合說明書的要求。以管系法蘭螺栓為例,現(xiàn)在新造的船舶法蘭床墊一般都安裝尼龍墊,當初次擰緊螺栓時,由于尼龍墊存在一定彈性,螺栓擰緊度感覺已上緊。但由于船舶的振動,再加上尼龍墊存在老化現(xiàn)象,彈性會漸漸消失,螺栓會漸漸松動。一旦螺栓產(chǎn)生松動,管系振動會加劇,而振動加劇會進一步導致螺栓產(chǎn)生松動。本人剛上新船時就遇到這種情況,而且還是滑油主管路法蘭螺栓松動,導致法蘭尼龍床墊沖破,滑油在高壓下大量泄漏,情形十分危險。因此,在滑油管路法蘭上不要使用尼龍床墊。2.3船際機械運行合理在船舶運行過程中,總是伴隨著各種摩擦和振動,因此機械設備的各種標準值并不是一成不變,而是在不斷發(fā)生變化,當超過一定數(shù)值時,需要對其進行維修。維修是為了保持船舶機械設備的技術(shù)性能正常發(fā)揮采取的技術(shù)措施,船舶航行期間進行適時、充分的維修是保證船舶機械設備處于良好運行狀態(tài)的主要手段,同時也可以減少船舶的修理工程和費用,它對延長船舶壽命,提高船舶營運的經(jīng)濟性,保證船舶安全航行、控制振動等有著直接關(guān)系。另外,船舶的振動與管理者的操作有著密切的聯(lián)系。上述提到的轉(zhuǎn)速禁區(qū)的回避就是明顯例子。另外如果船舶在運行時,舵角變化過快、過大,油門突加突減都會使船舶振動明顯加劇。當柴油機轉(zhuǎn)速過高(超速)時,曲柄連桿機構(gòu)會由于轉(zhuǎn)速太高、慣性力過大,可能導致連桿螺栓斷裂,機器強烈振動。因此管理人員在操作過程中要嚴格遵守各項操作規(guī)程和公司規(guī)定的各項規(guī)章制度。3日常管理應注意以下幾點船舶在運行過程中對于船舶振動問題的注意事項有多種多樣,下面僅以本人遇到的實際情況,談一些在日常管理中值得注意事項:3.1每40020080對于剛投入營運不僅的新船來說,要注意某些方面的維修間隔,以6L28HLX主機為例,主機底腳固定螺栓的松馳情況檢測,最初安裝時為主機運轉(zhuǎn)100小時,此后為每6000小時;增壓器只在主機開始運轉(zhuǎn)的100小時檢查螺栓帽的松馳情況;同樣測量主機曲臂的偏差只在最初的100小時進行,此后作為每3000小時檢修。這是由于機械部件在剛裝配時,各配合表面可能會不十分服帖。以主機底腳螺栓為例,其承受主機各缸周期性氣體力產(chǎn)生的傾覆力矩,如松動將會使柴油機機座下面的墊床磨損,從而使機座局部下沉,導致曲軸臂距差的變化,影響曲軸的受力狀態(tài),當松動的螺栓數(shù)量增多時,還會加劇主機的振動,嚴重的可能使機座位移。3.2中間軸承滲油機油能使各運動部件得到充分潤滑,減少各機件的摩擦,從而有效減輕船舶振動。以本人遇到的實際情況為例:某輪剛出廠運轉(zhuǎn)不久,中間軸承最后一道軸承出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。起初懷疑可能軸承安裝不正或軸承油封漏油。后來對整個軸系作仔細檢查后發(fā)現(xiàn),船廠工人在出廠對軸系中的萬向節(jié)加過牛油不到位。后來重新給萬向節(jié)加注足量牛油,滲油現(xiàn)象消失。事后分析,由于軸系萬向節(jié)加注牛油不到位,萬向節(jié)潤滑不足,影響十字軸的滑動,導致軸系振動加劇,最后一道軸承滲油。3.3油機各缸排溫上升,增壓壓力大有些細小的保養(yǎng)工作看起來不十分起眼,但同樣十分重要,比如說各種濾器的清洗工作。某輪在運轉(zhuǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)些油機各缸排溫逐漸升高,同時增壓器也出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。起初懷疑螺旋槳打槳,但觀察柴油機各儀表數(shù)值的變化,柴油機的增氣壓力反而有所降低,經(jīng)過仔細排查發(fā)現(xiàn),發(fā)現(xiàn)增壓器進口濾網(wǎng)被嚴重堵塞,造成柴油機進氣量減少,使燃油得不到充分燃燒,造成排溫升高,增壓器發(fā)生喘振,清洗增