船舶機械設備振動及控制措施

郎曉松

【摘? 要】船體的機械振動是一種常見的物理現象，對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的主要起因和控制措施。

【關鍵詞】船舶;機械振動;螺旋獎主機激勵控制

現代的船舶技術復雜、數據精密，同時這也反應了一個國家的科技發展水平和工業水平。船舶在航行中，經常受到各種外力的作用，有些是通過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，或多或少都在其結構上造成一定的影響。雖然在大多數情況下激起的振動并不致于產生任何有害的影響，但如果振動激烈，則會引起船員的煩惱，降低航行的舒適性，是船舶結構和船上的各類機械部件產生疲勞損傷，更為嚴重的是會造成機械部件與設備發生故障，以致使維修保養費用增加。因此必須了解作用在船舶上的各類振動，以便采取相應的預防措施。

船體的機械振動是一種常見的物理現象，引起船舶振動的主要起因為四個方面，即主機、螺旋槳、輔機以及海浪，這其中包括周期性激勵振動和非周期性激勵振動。螺旋槳產生的激勵，螺旋槳以不同的途徑激起船體結構的振動。因激振的螺旋槳是通過軸系傳遞給船體結構的力和力矩，槳激振動產生主要是空泡螺旋槳引起的脈動壓力。主機在工作期間，一般都會產生一次激勵，如情況特殊還會產生二次激勵。風浪對船體的沖擊，船舶在航行時波浪引起的振動激勵尤為重要。由波浪引起并作用在船上的效應是船體梁的振動源，波浪產生的振動現象主要涉及到船體梁組合件的形式，影響較為嚴重的是兩種類型，即沖蕩振動和彈跳振動。

一、螺旋槳振動控制

螺旋槳是激起船體振動的一個主要激勵源，在設計尾型與螺旋槳時，除了考慮快速之外還必須考慮振動這一因素。減小螺旋槳的節流一般原理大致可分為三個方面：首先是改善半流分布以不可能進一步改善時，則可改進螺旋槳設計，減小激勵幅頻。當上述兩者均達不到理想狀態時，則可在結構上采取措施，減小激勵的傳遞和減小結構響應。

（一）改善伴流

1、尾型設計

螺旋槳盡面內伴流分布對螺旋槳激勵起著重要的作用，而船舶尾部線型對伴流場的形成起著很大影響。設計尾部線型時，應考慮使螺旋槳來流和去流順暢，盡可能避免漩渦形成，使伴流盡可能均勻。

2、加裝尾鰭

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

3、控制去流角

去流角是船體縱削面與后體水線的夾角，增加去流角會導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，對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，滿載水線的去流角對單槳船一般不宜超過20度，否則伴流便脫離船體表面在水流和船體間的空隙內停滿了“死水”，對螺旋槳工作不利。

（二）改進螺旋槳設計

1、葉數螺旋槳的設計應該注意避免引起空泡。一般米說，隨著螺旋槳葉數的增加，螺旋槳誘導的脈動壓力有下降的趨勢。

2、側斜大側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設計中，徑向載荷分布，即徑向環量分布都選擇最佳環量分布形式，以求最高的效率。串列螺旋槳可解決激勵，從而減小船體振動。減小激勵傳遞

1、調整間隙螺旋槳與冊體的間隙直接影響螺旋槳激勵力的傳遞，保證閬隙特別是適當增大梢隙，將使螺旋槳的激勵得到改善

2、設備避振對于淺水船因吃水小，梢隙難以滿足要求時，可設置避振，主要作用是用橡皮膜及空氣室吸收螺旋槳傳來的脈動壓力，以減小對船體的激勵。

二、柴油機振動控制

柴油機是引起船體振動的主要激勵源之一，因此在船舶設計初期，選擇機型至關重要。在滿足功率等指標的情況下，應注意選擇具有較小不平衡力和不平衡力矩的柴油機做主機。柴油機的缸數越多，其一般平衡性就越好。

（一）防止共振

主機配合螺旋槳運轉時考慮是否與船體發生低階共振，尤其應避免在主機常用轉速下的低階共振問題。

（二）減小激勵

對于存在外部不平衡力或者不平衡力矩柴油機，可通過平衡補償裝置減小振動激勵。這是一種普遍應用的防止有害振動的措施。

（三）減小振動傳遞

1、隔振器

對于不平衡的主機或輔機可以在基座下裝設隔振器，以減小主機激勵對船體的傳遞。所要求的減震器通常對高速柴油機才能實現。目前國內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

防振支撐主要有機械式、摩擦式、液壓式三種。大型柴油機因采用長沖程和超長沖程，其機架橫向振動是一個突出問題，成為激勵源振動之一。當橫向振動比較大時，可在主機上部與船舷左右側間設橫向防振支撐與船體連接。通常能使機架橫向振動減小50%以上，固有頻率提高5%至50%。

三、海浪引起的振動控制

對于海浪引起的激振，可以考慮船舶自身的特性（船舶長度、速度、艏艉吃水等）與波浪的遭遇周期之間的關系，因這種關系確定了沖蕩振動和彈跳振動的大小。可以通過修整航行條件達到改變航速、改變方向，為增加艏部吃水而改變壓載條件的方法來降低由于沖蕩振引起的激勵。對于彈跳振動，只能通過改變船速和方向來改變波浪的遭遇周期或對于壓載的船來說改變載荷分布來改變激勵的大小。

船體與設備的振動是十分復雜的，可以說它是一個由無限多的諧振器組成的復雜系統稍不注意就會出現激振力與某一諧振器發生共振，造成結構、部件、甚至機械設備的損壞因此必須針對各種振動情況提前識別振動原因并采取相應的措施，只有這樣才能保證船舶航行的安全，延長船舶的使用壽命。

參考文獻：

[1]金成定、夏麗娟《船體振動學》上海交通大學出版社2011-3

[2]富貴根、費千《船舶輔機》大連海事大學出版社2010-7

（作者單位：大連遼南船廠）