淺談內(nèi)河船舶振動(dòng)及減振措施

1、淺談內(nèi)河船舶振動(dòng)及減振措施 提 要 目前內(nèi)河船舶的振動(dòng)日趨嚴(yán)重，不僅降低了舒適性，而且還嚴(yán)重影響航運(yùn)安全，必須予以足夠重視。本文根據(jù)大量的理論和實(shí)船資料，分析了內(nèi)河船舶振動(dòng)產(chǎn)生的原因，并對(duì)如何減振提出了具體措施，可供船舶設(shè)計(jì)、制造、航運(yùn)、船檢等部門(mén)參考。 隨著航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，人們逐漸要求內(nèi)河船舶裝載量大、吃水淺、航速快，必然促使船舶向肥大、淺水、大功率方向發(fā)展，同時(shí)為了盡量減少船舶自重，船體用板及構(gòu)件相對(duì)減薄和減少，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度不足，所有這些都使船體振動(dòng)加劇，船體振動(dòng)已成為航運(yùn)界一個(gè)突出的問(wèn)題。船舶是一個(gè)自由漂浮在水中的彈性體，只要螺旋槳或主機(jī)工作，總是會(huì)引起船體不同程度的振動(dòng)。輕微的振動(dòng)

2、是允許的，也是不可避免的。但船體振動(dòng)過(guò)大會(huì)導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞，影響船上設(shè)備和儀器的正常工作，降低使用精度，縮短使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致船體斷裂乃致沉沒(méi)；同時(shí)船體振動(dòng)還嚴(yán)重影響著船員和旅客的居住舒適性、船員的工作效率和身體健康。船舶振動(dòng)不但與其振源有關(guān)，而且與船舶總布置、尾部線(xiàn)型和船體結(jié)構(gòu)直接有關(guān)。而激起船體振動(dòng)的主要振源（也稱(chēng)激勵(lì)源）是螺旋漿和主機(jī)，它們?cè)谶\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將激起周期性干擾力，使船體發(fā)生穩(wěn)態(tài)強(qiáng)迫振動(dòng)，若激勵(lì)幅值過(guò)大或引起了共振，就會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。一、船舶振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因船體振動(dòng)分總振動(dòng)和局部振動(dòng)，總振動(dòng)較少出現(xiàn)，而局部振動(dòng)則較為普遍。船舶振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因有以下幾個(gè)方面：(一)

3、線(xiàn)型：因?yàn)槲膊烤€(xiàn)型對(duì)伴流的分布起決定性作用，直接影響螺旋槳來(lái)流和去流產(chǎn)生漩渦、伴流等方面的狀況，這些都直接與船體振動(dòng)有關(guān)。（二）船體結(jié)構(gòu)：如船體結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件取材不合理、剛度不足、結(jié)構(gòu)不連續(xù)，這些都會(huì)使船體板格固有頻率太小，或產(chǎn)生應(yīng)力集中和慣性矩不能滿(mǎn)足要求，特別是若機(jī)艙、尾部結(jié)構(gòu)不合理或板材、構(gòu)件取材太小，剛度不足；另外，甲板開(kāi)口寬度超過(guò)3/4B的內(nèi)河淺水大開(kāi)口船，在航行中產(chǎn)生較大扭矩，使軸系偏移，也都會(huì)引起船體振動(dòng)。（三）螺旋槳的選擇及與船體線(xiàn)型匹配。螺旋槳誘導(dǎo)的表面力和空泡是導(dǎo)致劇烈尾振的原因，而這兩者又與螺旋槳的設(shè)計(jì)如槳葉的傾斜度、盤(pán)面比、螺距、厚度分布和葉片數(shù)等有關(guān)，因而螺旋槳的選擇

4、直接影響到船體振動(dòng)；同時(shí)螺旋槳與船體線(xiàn)型是否匹配、間隙是否足夠，均與船體振動(dòng)密切相關(guān)，因?yàn)槿袈菪龢c船體、尾柱、舵托、舵之間的間隙太小，螺旋槳誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力將會(huì)劇增，加上伴流不均勻，使螺旋槳的激勵(lì)力較大，使尾振加劇。（四）主副機(jī)的選擇。因?yàn)椴裼蜋C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)作用在船體上的周期性干擾力主要有兩種，一是運(yùn)動(dòng)部件的慣性力產(chǎn)生的不平衡力和不平衡力矩；二是氣缸內(nèi)氣體爆炸壓力產(chǎn)生的對(duì)氣缸側(cè)壁的側(cè)向壓力和傾復(fù)力矩；若主副機(jī)選擇不當(dāng)，會(huì)使以上兩種周期性干擾力增大，使船體產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)。（五）船舶營(yíng)運(yùn)時(shí)航行條件的影響，如淺水或狹窄航道、裝載不當(dāng)、軸系變形、螺旋槳受損、主機(jī)各缸燃燒不均勻等均會(huì)引起船體振動(dòng)。根據(jù)以上分析可

5、知，引起船體振動(dòng)的因素很多，而且往往有多個(gè)振動(dòng)同時(shí)作用，又相互影響，為了有針對(duì)性地制訂減振措施，必須進(jìn)行振源分析，找出振源及發(fā)生振動(dòng)的原因。二、減振或避振措施要進(jìn)行振源分析，首先要分析振動(dòng)的性質(zhì)，因?yàn)槊恳环N干擾力都有它自己的特性和一定的規(guī)律，故根據(jù)干擾力的特性與頻率，被激起振動(dòng)的部位和振動(dòng)的性質(zhì)，一般就可找出引起振動(dòng)的振源，然后再有的放矢地采取減振措施，在實(shí)際工作中主要采取以下減振或避振措施：（一）修改船體尾部線(xiàn)型。為保證螺旋槳來(lái)流和去流暢順，盡可能使伴流均勻，尾部線(xiàn)型應(yīng)有平滑的縱剖線(xiàn)和光順的水線(xiàn)。從水線(xiàn)面線(xiàn)型看，為避免水流分離而發(fā)生漩渦和振動(dòng)，尾段的縱向斜度應(yīng)不大于20°，且保持順

6、滑，以直線(xiàn)形為佳，而不宜凹形；從橫剖面線(xiàn)型看，應(yīng)根據(jù)方形系數(shù)、螺旋槳數(shù)和葉片數(shù)來(lái)選擇。一般地說(shuō)，U形剖面的伴流分布比較均勻，V形剖面則容易保證平滑的縱剖線(xiàn)，故單漿船為使伴流均勻大都采用U形剖面，而雙漿船為使水流能暢順地流向螺旋槳，且伴流對(duì)其影響較單漿船少，故多采用V形剖面。（二）合理布置結(jié)構(gòu)，增加船體剛度。特別是機(jī)艙區(qū)域的船底板格第一諧調(diào)固有頻率不少于規(guī)范值，若少于規(guī)范值，就會(huì)引起劇烈振動(dòng)。如果板格最大振動(dòng)正應(yīng)力超過(guò)板的許用應(yīng)用應(yīng)力極限，底板即被振裂。例如新化縣航運(yùn)公司“雪峰”號(hào)工程船由于船底板特別是機(jī)艙底板用材不合理，導(dǎo)致機(jī)艙底部振裂，我們采取了增加船體板格提高第一諧調(diào)固有頻率方法從而避免了

7、該船機(jī)艙再次振裂現(xiàn)象。船體未設(shè)中間骨材、型材尺寸過(guò)小也會(huì)導(dǎo)致船體共振現(xiàn)象發(fā)生，如“婁底市航道工作船”因船舶主尺度較小，建造時(shí)未設(shè)中內(nèi)龍骨，且甲板支柱尺寸過(guò)小、機(jī)艙船底板過(guò)薄，因而該船試航時(shí)整個(gè)船體特別是機(jī)艙部位振動(dòng)甚為劇烈，后經(jīng)增設(shè)中內(nèi)龍骨和增大甲板支柱，船舶振動(dòng)大有好轉(zhuǎn)。（三）合理選擇和設(shè)計(jì)布置螺旋槳，保證螺旋槳的建造質(zhì)量。螺旋槳設(shè)計(jì)應(yīng)注意避免引起空泡，同時(shí)螺旋槳的葉數(shù)及與船體的間隙直接影響螺旋槳激勵(lì)的大小，因此要綜合考慮各方面因素，合理設(shè)計(jì)螺旋槳，同時(shí)又要保證螺旋槳建造質(zhì)量，如螺距誤差和平衡試驗(yàn)等均要符合規(guī)范要求，因?yàn)槁菪龢皇庆o平衡的、螺距誤差太大、軸線(xiàn)對(duì)中不精確或產(chǎn)生變形、結(jié)構(gòu)的連續(xù)性

8、被破壞、焊接殘余應(yīng)力與變形未很好消除等，都將引起船體過(guò)大的振動(dòng)。如九五年，冷水江船廠(chǎng)為一新化個(gè)體船戶(hù)建造的60噸甲板貨船，因螺旋槳未達(dá)到靜平衡導(dǎo)致船尾振動(dòng)劇烈，船檢部門(mén)要求對(duì)螺旋槳進(jìn)行相關(guān)處理并作靜平衡實(shí)驗(yàn)后，尾振劇烈現(xiàn)象基本消除。合理布置螺旋槳，使螺旋槳與船體及其他部件之間的間隙不宜過(guò)少，如這些間隙過(guò)少或船體線(xiàn)型變化較大，使螺旋槳來(lái)流、去流不暢順，則可采用下列措施的一項(xiàng)或兩項(xiàng)加以補(bǔ)救：（1）合理選擇螺旋槳葉片數(shù)；（2）在螺旋槳上方船底板開(kāi)設(shè)避振穴；（3）在螺旋槳上方船底內(nèi)敷設(shè)混凝土漿（水泥、河砂、碎石的比例為1:2:3）。（四）合理選擇船舶主、輔機(jī)。應(yīng)盡量選擇具有較少不平衡慣性力和不平衡慣性

9、力矩的柴油機(jī)作船舶主、輔機(jī)；在建造船舶時(shí)若采用了平衡性較差的柴油機(jī)作船舶主、輔機(jī)，可在機(jī)座下裝設(shè)減振墊，減振墊的型號(hào)可按柴油機(jī)和減振墊的彈性系統(tǒng)自振頻率進(jìn)行選??；對(duì)主機(jī)應(yīng)不大于柴油機(jī)常用最低轉(zhuǎn)速的1.5倍，對(duì)輔機(jī)則應(yīng)不大于柴油機(jī)常用轉(zhuǎn)速的1.4倍；另外，相應(yīng)尾軸系統(tǒng)以及排氣管路等部件均采用彈性連接。除上述的幾種方法外，尚應(yīng)注意防止螺旋槳干擾力頻率、軸系頻率、主輔機(jī)頻率的相互重疊影響及共振；防止船舶裝載不當(dāng)，而使軸系變形或螺旋槳露出水面等現(xiàn)象?，F(xiàn)舉一實(shí)例作進(jìn)一步說(shuō)明。新航47號(hào)為35噸鋼質(zhì)貨船，該船建造完工后，在船廠(chǎng)進(jìn)行系泊試驗(yàn)，試驗(yàn)各工況主機(jī)有關(guān)數(shù)據(jù)，尾軸軸承、軸封溫度均在規(guī)定允許范圍內(nèi)，船體

10、振動(dòng)正常。系泊試驗(yàn)完畢后，進(jìn)行航行試驗(yàn)，主機(jī)在低轉(zhuǎn)速工況時(shí)，主機(jī)各數(shù)據(jù)及軸承，軸封溫度均很正常，船體無(wú)過(guò)大振動(dòng)，但當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1300rpm時(shí)，船體尾部振動(dòng)突然加劇，特別在0#2#肋位（尾部）船底板處，振動(dòng)相當(dāng)嚴(yán)重，且尾軸承、軸封發(fā)熱嚴(yán)重，超過(guò)正常溫度，達(dá)到76，主機(jī)冒黑煙，只得緊急停車(chē)。根據(jù)以上現(xiàn)象，可以判斷該船的船體振動(dòng)是尾部局部振動(dòng)。分析其原因是：（1）尾部線(xiàn)型設(shè)計(jì)不合理。螺旋槳區(qū)域水線(xiàn)縱向斜度達(dá)26度（超過(guò)20度），在船舶快速航行時(shí)引起螺旋槳的來(lái)流和去流不暢，增大了螺旋槳的激勵(lì)力，引發(fā)船舶尾振。（2）船體結(jié)構(gòu)布置不合理。該船尾部甲板下未設(shè)支柱。（3）螺旋槳制造不規(guī)范，未作靜平衡試驗(yàn)。針對(duì)以上