船舶柴油機(jī)振動(dòng)、噪聲及廢氣排放考試

船舶柴油機(jī)振動(dòng)、噪聲及廢氣排放考試ll第二章船舶振聲激勵(lì)源柴油機(jī)激勵(lì)力：①運(yùn)動(dòng)部件上的慣性力形成的不平衡力和力矩，其主頻率是低諧次的。②氣缸內(nèi)氣體爆發(fā)壓力產(chǎn)生的側(cè)推力和傾覆力矩，其頻率是高諧次的。螺旋槳激勵(lì)力：①螺旋槳回轉(zhuǎn)時(shí)作用在它附近的船體表面上的變動(dòng)水壓力，稱為脈動(dòng)壓力。它是沿船體表面進(jìn)行積分得到的，又稱表面力。②作用于槳葉上的變動(dòng)流體力所激起的激勵(lì)，通過軸系、軸承傳給船體，又稱軸承力。載荷效應(yīng):隨著螺旋槳的旋轉(zhuǎn)，槳葉周期性地時(shí)而接近該點(diǎn)，時(shí)而遠(yuǎn)離該點(diǎn)。因此由渦引起該點(diǎn)壓力也相應(yīng)地時(shí)大時(shí)小周期性地變化，這是產(chǎn)生脈動(dòng)壓力的起因之一；因?yàn)闇u強(qiáng)度和螺旋槳載荷有關(guān)，則稱這部分脈動(dòng)壓力為載荷效應(yīng)。葉厚效應(yīng)：圓柱體在流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，流場(chǎng)中某一點(diǎn)P處所受壓力必將隨著圓柱接近和遠(yuǎn)離該點(diǎn)而發(fā)生周期性變化的效應(yīng)。小結(jié)：載荷效應(yīng)和螺旋槳的負(fù)荷有關(guān)，即與螺旋槳的推力和扭矩有關(guān)；而葉厚效應(yīng)則與螺旋槳的幾何尺寸，主要是螺旋槳葉的厚度有關(guān)。脈動(dòng)壓力的主要頻率成為螺旋槳葉頻和葉頻的整數(shù)倍，其大小主要取決于槳葉的幾何要素、船體尾部的線型、伴流特性、槳軸轉(zhuǎn)速、功率、螺旋槳葉梢與尾殼板之間的間隙，以及螺旋槳的葉數(shù)等。最主要的影響因素：梢系的大小及螺旋槳的葉片數(shù)。梢系↑，脈動(dòng)壓力↓，梢系到一定大小，脈壓減小變化很少。螺旋槳葉數(shù)↑，脈動(dòng)壓力↓。（表面力、軸承力計(jì)算無）波浪激勵(lì)源:①輕載狀態(tài)時(shí)船首底部出水后再入水產(chǎn)生的沖擊②滿載狀態(tài)時(shí)船首甲板上的沖擊③船首部外夾板的外源波浪的沖擊。這種沖擊引起的船體瞬態(tài)響應(yīng)主要是二節(jié)點(diǎn)衰減振動(dòng)，與風(fēng)浪的大小、船舶航速、航向及首吃水有關(guān)，稱為沖蕩。波激振動(dòng)：在風(fēng)浪不大的海洋中航行時(shí)，船體經(jīng)常發(fā)出持續(xù)的垂向二節(jié)點(diǎn)振動(dòng)，形成尾部上層建筑十分劇烈的縱向振動(dòng)，這種振動(dòng)是由波浪產(chǎn)生的非沖擊準(zhǔn)定常激勵(lì)力引起的，常稱為波激振動(dòng)。（回轉(zhuǎn)激勵(lì)力：、軸系激勵(lì)力：軸系自身的質(zhì)量偏心、聯(lián)軸節(jié)安裝不良、排氣壓力波、舵）過度振動(dòng)的后果：①使船員和旅客極度不適，容易疲勞和損害健康，使機(jī)器和儀表工作失常，壽命縮短，甚至失靈損害②使高壓力區(qū)的船體結(jié)構(gòu)等出現(xiàn)裂縫或疲勞破壞③引起噪聲，影響人員工作和健康以及艦船作戰(zhàn)性能和潛藏隱蔽性第三章船舶機(jī)械及控制1．船舶機(jī)械有害振動(dòng)的控制措施：防振和減振兩種，防振是在船體設(shè)計(jì)階段考慮到振動(dòng)的容許標(biāo)準(zhǔn)而采取降低振動(dòng)的措施；減振是在船舶使用階段使?fàn)I運(yùn)船舶的振動(dòng)下降到容許標(biāo)準(zhǔn)。2.防振減振基本原理：⑴避免共振：改變固有頻率或激勵(lì)頻率；⑵減小激勵(lì)力；⑶減小振動(dòng)的傳遞3.減小激勵(lì)力：對(duì)于存在外部不平衡力或不平衡力矩的柴油機(jī)，加裝平衡裝置和平衡器來減小激勵(lì)力和激勵(lì)力矩。平衡補(bǔ)償裝置是使偏心質(zhì)量以和主機(jī)激振頻率相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生補(bǔ)償力或力矩以抵消柴油機(jī)不平衡力，減少它們對(duì)振動(dòng)的影響。有離心力平衡重、平衡軸系、電動(dòng)平衡器來抵消柴油機(jī)不平衡力。按平衡激勵(lì)形式有：一次力矩平衡器、二次力矩平衡器、組合式平衡器。按運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)形式可分為：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（電動(dòng)平衡器）、由曲軸驅(qū)動(dòng)直接附裝在主機(jī)上。第六章船舶噪聲和控制1.機(jī)艙的噪聲級(jí)是由各個(gè)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的噪聲決定的，具體的講：①機(jī)械設(shè)備附近的噪聲級(jí)主要由他直接輻射的空氣噪聲控制的。②離機(jī)械設(shè)備一定距離的噪聲級(jí)主要由艙室壁反射的空氣噪聲控制的，取決于機(jī)艙的混響時(shí)間。③④⑤⑥⑦⑧相鄰艙室中噪聲級(jí)一般的講，主要由機(jī)械設(shè)備傳遞的結(jié)構(gòu)噪聲決定，同時(shí)亦與透射過艙壁的空氣噪聲有關(guān)。2.降低和控制噪聲基本方法：聲源噪聲的控制；傳播途徑的噪聲控制；接收器噪聲防護(hù)設(shè)備的使用以保護(hù)人耳。應(yīng)盡可能選用低噪聲的機(jī)電設(shè)備。機(jī)艙合理布置、采用集控室、戴耳罩。降噪措施：隔聲、吸聲、隔振、吸振。3.根據(jù)噪聲傳播的方法，一般可分為空氣聲與固體聲，因而隔聲技術(shù)可分為空氣聲和固體聲的隔絕兩大類。在船舶噪聲控制中，常采用剛性的即不吸聲的材料，如鋼板，鋁板等進(jìn)行隔聲，有時(shí)為了提高隔音效果，可采用雙層壁（中間加空氣層或吸聲材料層），對(duì)噪聲源可采用隔聲罩和隔聲室等措施。4.吸聲形式：①多孔吸聲材料：表面有孔，材料內(nèi)部多孔，孔孔相通。②薄板振動(dòng)吸聲結(jié)構(gòu)：低頻吸聲性能較好，但吸聲頻帶窄、吸聲系數(shù)不高。③共振吸聲器：選擇性高、吸聲頻帶窄、吸收單調(diào)聲音。④穿孔板組合共振吸聲器：中頻吸聲性能較好，其中微穿孔板的吸頻系數(shù)和寬帶比一般穿孔板好，適用于高速氣流或高溫條件。⑤特殊吸聲結(jié)構(gòu)：空間吸聲體、吸聲尖劈等5.吸振：在金屬薄板上涂貼阻尼材料，以抑制其振動(dòng)，減少結(jié)構(gòu)聲的傳播。吸振類型：①剛性吸振涂層：剛性吸振涂層是在變化的板上敷設(shè)一層硬塑料、瀝青化的纖維油毛氈等。振動(dòng)能量是依靠這吸振層的拉伸或壓縮變形而被吸收的。②柔性吸振涂層：柔性吸振涂層就是在板上敷設(shè)一層沿厚度方向很容易壓縮的粘彈性材料。當(dāng)彈性波沿粘彈性材料厚度方向傳播時(shí)，涂層便產(chǎn)生變形而使能量得以消耗。③約束吸振涂層：約束吸振涂層是在粘彈性涂層的外面加上一層薄金屬板或其它比涂層“硬”的材料。這種結(jié)構(gòu)形式像古代軍人身上鎧甲似的，所以又稱為鎧裝型或加強(qiáng)性吸振涂層。④三明治（夾心板）：夾心板即工業(yè)上所用的三明治板。它是一種吸振結(jié)構(gòu)的材料，可用于制造船舶的隔聲罩、輕型艙壁和其它輕載荷的船體結(jié)構(gòu)。6.吸振涂層的敷設(shè)原則：①涂層應(yīng)敷設(shè)在與振源直接連接的結(jié)構(gòu)和有振源的艙室里；②涂層應(yīng)敷設(shè)在從振源向觀察點(diǎn)傳播震動(dòng)的所有途徑上；③涂層應(yīng)敷設(shè)在振幅最大的圍壁上；④在桿狀結(jié)構(gòu)（管子，支柱等）上使用柔性涂層效果較好，在中空結(jié)構(gòu)（基礎(chǔ)的框架，空心支柱等）中用沙粒或其他散沙粒狀的阻振材料填充較為合理。7.消聲器：①阻性消聲器：利用敷設(shè)在消聲器內(nèi)表面的多孔吸聲材料來吸收聲能。對(duì)中高頻噪聲吸收能力強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。能在較寬的中高頻范圍內(nèi)消聲，特別對(duì)刺耳的高頻噪聲有突出的消聲作用。缺點(diǎn)是在高溫帶水蒸汽以及對(duì)吸聲材料有侵蝕作用的氣體中，使用壽命較短，低頻噪聲消聲效果較差。注意：增加消聲通道長(zhǎng)度或縮小通道截面積，可提高消聲量；有高頻失效現(xiàn)象，此時(shí)可采用片式、蜂窩式、折板式、彎頭式消聲器等以保持高頻消聲效果；高溫水蒸汽對(duì)吸聲材料有侵蝕作用，通常只用于柴油機(jī)進(jìn)氣消聲。②抗性消聲器：抗性消聲器具有良好的消除低、中頻噪聲的性能，常用的有擴(kuò)張室消聲器和共振腔消聲器兩大類。它是利用管道的截面積突變引起的聲阻抗變化，使聲波反射回去；或改變擴(kuò)張室和內(nèi)接管的長(zhǎng)度，使聲波與反射波形成1800相位差，發(fā)生干涉、互相抵消。如：擴(kuò)張室消聲器、共振腔消聲器。能在高溫、高速、脈動(dòng)氣流下工作，通用于柴油機(jī)排氣管。③復(fù)合式消聲器：在工程實(shí)踐上常采用阻抗復(fù)合式消聲器，它往往把抗性部分放在前面，阻性部分放在后面或者兩者結(jié)合在一起。另有一種用微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)制成的微穿孔板消聲器，比一般的抗性消聲器頻率特性好得多。在船舶上還有一個(gè)消聲器的最佳布置位置問題，一般將消聲器布置在離排氣管末端1/4管長(zhǎng)處。對(duì)于船舶輪機(jī)部船員，如機(jī)艙噪聲較強(qiáng)，為了保護(hù)健康，建議采取耳塞，耳罩，帽盔，防聲棉。第七章柴油機(jī)廢氣排放及控制1.排放物分類：無害排放物（N2、O2、CO2、水蒸氣），有害排放物（CO、HC、NOX、SO2及微粒）。2.我國(guó)船用柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)平均有效壓力pe>300kPa，燃油消耗率ge≤214g/(kW·h)時(shí)，NOx限值為29g/(kW·h)；在燃油消耗率ge=214g/(kW·h)～268g/(kW·h)時(shí)，NOx限值為25g/(kW·h)～14g/(kW·h);在燃油消耗率ge>268g/(kW·h)時(shí)，NOx限值為11g/(kW·h)。3.國(guó)際海事組織排放限值:《MARPLO73/78公約》中有關(guān)船舶造成大氣污染的新附則中的規(guī)定，對(duì)船舶主機(jī)排放限制更為苛刻。其對(duì)排放限制主要有兩點(diǎn)：其一，有關(guān)NOx限值，低速機(jī)(n<130r/min)為17g/(kW·h)；中速機(jī)(n=130～2000r/min)為17～9.84g/(kW·h)；高速機(jī)(n>2000r/min)為9.84g/(kW·h)。其二，有關(guān)SO2限值，限制使用的燃油硫分不大于1.5%。其中，瑞典，加利福尼亞。如果不符合IMO規(guī)則，就可能會(huì)以增加港口使用費(fèi)的手段加以控制。4.微粒排放物（炭煙粒子）:（1）混合氣中，C/O>煙界度時(shí)，炭煙生成；（2）較高的絕熱火焰溫度，炭煙增多；（3）湍流擴(kuò)散速度大，炭煙減少；（4）分隔式柴油機(jī)低于直噴式柴油機(jī)。5.排放影響因素:1.可燃混合氣質(zhì)量:霧化細(xì)、混合和蒸發(fā)速度高，油耗率、炭煙、CO、未然烴↓，→，NO↑。不正常噴射，→未然烴↑、CO↑、炭煙↑。2.噴油定時(shí):推遲噴油，→NO↓→未燃烴↑，排煙↑;3.燃燒室結(jié)構(gòu):分隔式的NOx<直噴式的NOx，但油耗率增加。4.進(jìn)氣狀態(tài):進(jìn)氣溫度↑，→NO↑,→未燃烴↓。5.負(fù)荷和轉(zhuǎn)速（空燃比）：柴油機(jī)負(fù)荷增大，→NO↑，→CO兩頭高，中間低→，未燃烴↓，→炭煙↑。6.控制措施：（1）機(jī)內(nèi)凈化途徑：1.推遲噴油并提高噴油速度；2.增壓加中冷；3.低污染燃燒系統(tǒng)；4.最佳噴油、配油定時(shí)，改進(jìn)噴油器結(jié)構(gòu)；5.采用電子技術(shù)：配氣定時(shí)、進(jìn)氣旋流、噴油定時(shí)（2）前處理技術(shù)：1.廢氣再循環(huán)（EGR）：熱循環(huán)、冷循環(huán)；2.燃油摻水：進(jìn)氣管噴水、乳化柴油、分層噴射（SFWI）；3.加燃油添加劑：鋇鹽消煙添加劑、二茂鐵消煙添加劑、銅添加劑；4.