船體變形對主機液壓頂撐校中的影響分析1

王 彧

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

主機液壓調節式頂撐主要由1 個液壓缸和2 套球軸承構成。凸輪軸潤滑系統向頂撐提供液壓油，通過設置1 只溢流閥防止產生過高壓力。主機液壓頂撐的吸振性能好，且允許主機機架和船體之間存在一定的相對變形量，這不僅能有效緩解因船舶裝載不同導致的橫向支撐預應力，還能減小因主機搖擺而產生的附加載荷。主機液壓頂撐裝在主機的一側，無論船體如何變形，主機和船體間的作用力都保持固定不變[1]。主機液壓頂撐是一種用于減小主機和船體結構振動的裝置，已廣泛應用于多種類型的船舶上。

然而，近些年已發現數艘船舶在營運過程中出現主機液壓頂撐變形超出許用衡準的問題。一旦主機液壓頂撐的變形超出許用衡準，且變形無法自主恢復原位，則液壓頂撐的減振效果會大打折扣，主機的振動水平相應增大，甚至會導致橫向頂撐發生斷裂或機損等事故[2]。

本文基于某多用途船的主機液壓頂撐，對船體變形情況進行有限元計算，對變形對液壓頂撐校準的影響進行分析，并提出有針對性的優化措施。

1 液壓頂撐變形

1.1 船舶主尺度

某多用途船的主尺度信息見表1。

表1 船舶主尺度信息

1.2 液壓頂撐變形情況

某多用途船采用MAN B&W 5G60ME-C9.5 型主機，據船東反饋，該船在一次滿載航行的過程中遭遇惡劣海況，且當時船舶的航速相對較高，航行過程中未出現主機振動異常的情況。然而，在設備檢查保養過程中發現主機液壓橫撐在靠主機側有明顯的變形。

此外，根據主機后側連接管路的油漆表面破損痕跡可知，連接管路存在明顯的向艏部移動的趨勢。在船舶靠港卸載部分貨物后，進行現場實測勘驗，未發現主機固定螺栓有松動情況，相應管路已基本恢復到初始安裝位置，但主機橫撐變形并未恢復。

主機液壓頂撐變形示意圖見圖1，實際變形數據測量如下：

圖1 主機液壓頂撐變形示意圖

1）船體側最大變形值Hmax=78 mm。

2）船體側最小變形值Hmin=67 mm。

3）船體側變形量ΔH=11 mm。

4）主機側最大變形值Emax=78 mm。

5）主機側最小變形值Emin=67 mm。

6）主機側變形量ΔE=11 mm。

船體側和主機側的許用變形量均為10 mm。

2 變形影響及優化措施

2.1 船體變形對液壓頂撐的影響

船舶整體可視為一個船體梁，一般情況下，在滿載工況時船舶會出現中垂變形，而在壓載工況時船舶會出現中拱變形[3]。

在船舶運營過程中，船體彈性變形會使主機液壓頂撐產生縱向位移。這是由于船體發生彈性變形的過程中主機和船體結構之間產生了相對位移。

針對不同型號的船舶，對船體變形情況進行有限元計算，并對船體變形對液壓頂撐校準的影響進行分析。在進行有限元分析時，選取主機前端一點和機艙二甲板前端一點作為參考點（見圖2），計算滿載工況和壓載工況下主機與機艙下平臺之間的相對變形，見表1。在滿載工況下，主機相對平臺通常會有朝向艏部的相對位移；在壓載工況下，主機相對平臺通常會有朝向艉部的相對位移，且位移大小不及滿載工況。此外，船舶的噸位或主尺度越大，主機與機艙下平臺之間的相對變形值越大。

圖2 參考點選取情況

表1 主機與機艙下平臺變形情況（x 方向）

船舶在滿載工況下，全船總的變形表現為中垂變形，主機與機艙下平臺在x方向的變形情況見圖3。船舶在壓載工況下，全船總的變形表現為中拱變形，主機與機艙下平臺在x方向的變形情況見圖4。

圖3 主機與機艙下平臺在x 方向的變形情況（滿載工況）

圖4 主機與機艙下平臺在x 方向的變形情況（壓載工況）

由于主機本身剛度較大，可認為主機和內底板的變形情況一致，而平臺的變形則沒有內底板變形大，故平臺與主機之間存在相對位移。圖3 和圖4中，AB代表變形前的機艙下平臺輪廓線；CD代表變形前的機艙內底輪廓線；A'B'代表變形后的機艙下平臺輪廓線；C'D'代表變形后的機艙內底輪廓線；A"B"C'D'代表主機外輪廓線；A"A'代表主機后端點與機艙平臺之間的相對變形；B"B'代表主機前端點與機艙平臺之間的相對變形。

通過分析變形情況，可得出如下結論：

1）在不同工況下主機與機艙下平臺的相對位移會導致頂撐變形。

2）在滿載工況下，主機相對機艙下平臺通常會有朝向艏部的相對位移；在壓載工況下，主機相對機艙下平臺通常會有朝向艉部的相對位移。

3）在惡劣海況下，波浪彎矩的疊加可能會增加船舶的總變形量。此外，主機本身的振動也可能增大主機與機艙下平臺的相對位移。

2.2 優化措施

1）在設計階段，通過有限元等方法提前預判主機與船體結構之間的相對變形情況，若某一方向的變形量超出了許用范圍，可建議設備供應商改進主機液壓頂撐的設計，以增加主機液壓頂撐的許用變形值。

2）在主機液壓頂撐安裝階段，要保證主機液壓頂撐處于合理狀態，校中過程應考慮船體變形的影響[4]。在通常情況下，液壓頂撐的安裝和校中均在輕載工況下進行。在滿載工況下，結構的彈性變形最大，考慮主機振動的影響，容易出現錯位現象。因此，建議在半載工況下重新調整液壓頂撐的位置，半載工況介于輕載工況和滿載工況之間，可兼顧結構彈性變形的影響。此外，可在后續船舶頂撐校中時設定一個提前偏置量，使滿載工況和壓載工況的變形均在許用范圍內。

3）為盡可能避免主機支撐超出許用變形值，建議在船舶營運過程中對主機液壓頂撐進行定期檢查和維護，必要時要重新進行校中調整。

3 結論

主機液壓頂撐廣泛應用于多種類型的船舶，本文基于某多用途船的主機液壓頂撐，對船體變形情況進行了有限元計算，分析了變形對液壓頂撐校準的影響，并提出了有針對性的優化措施。結果表明：船體變形會對主機液壓頂撐的校中產生影響，校中誤差隨船體變形程度的增加逐漸增大。