1、第19卷第4期2006年8月中國修船CHINASHIPREPAIRAug.2006船舶推進軸系扭轉振動減振研究張建陽(杭州市港航管理局,浙江杭州310014)摘要:結合具體實例探討了改變軸系某些參數對其固有頻率的影響,得出減振調頻的主要方法和規律。針對某軸系實例,運用減振調頻的具體方法對初始計算結果進行分析,對參數進行修正,最終達到規范的要求,消除了扭振故障的威脅。關鍵詞:推進軸系;扭轉振動;減振中圖分類號:U672.2文獻標識碼:C文章編號:-(200604-Abstract:Withconcretefromsomeparametertochangetheorig2enatedthemajo

2、rmethodsandrulesforfrequencymodulationbyshockabsorption.shaft2systemasexample,frequencymodulationbyshock2absorptionisadoptedtoanalysetheresultandtoamendtheparameter.Thetwistingvibrationisremovedstandardly.Keywords:propulsion2shaftsystem;twistingvibration;shockabsorption1引言船舶推進軸系的扭轉振動是影響船舶安全運行的重要問題之一

3、。分析扭轉振動計算的結果,如果存在單節主簡諧共振或是存在應力和扭矩超過額定值,說明船舶推進軸系設計存在問題,在運行中可能會出現船體振動加劇、曲軸裂紋、彈性聯軸器的彈性元件過早報廢,甚至嚴重的斷軸事故。這時,應該對軸系初始設計參數進行修正以滿足扭轉振動計算的要求。通常解決扭振減振的方法有:減小激振能量與增加阻尼消耗能量、調整自振頻率和劃轉速禁區。本文主要分析軸系參數對自振頻率的影響,結合存在故障的實例研究了如何通過修改軸系參數改變固有頻率達到減振的目的。油機配有全套合式曲軸或半套合式曲軸),最常見且實用的方法是調整飛輪的轉動慣量。而要調整剛度,改變柴油機部分的剛度可能性不大,如果要改變軸的直徑來

4、調整剛度又會受到機艙布置的限制。調整剛度最常見的方法是在軸系中加裝高彈性聯軸器,并調整聯軸器的剛度以調整自振頻率。2.1調整飛輪轉動慣量調整飛輪轉動慣量是最常用的調頻方法,柴油機制造廠通常會備有不同轉動慣量的飛輪供用戶選擇。通過具體的分析計算,在設計階段選擇合適的飛輪能夠影響系統的扭振特性,避免強共振造成破壞。2.2調整彈性聯軸器剛度如果能將節點調整到彈性聯軸器的橡膠上,使橡膠承受最大的扭振力矩,內、外環產生最大扭轉角,就能充分發揮其高彈性聯軸器的調頻作用。不同型號的彈性聯軸器剛度不盡相同,選用合適的剛度對系統扭振特性有較大影響。內河某船舶推進軸系,主機為4沖程8缸高速柴油機,額定功率2940

5、kW,額定轉速600r/min,2調頻方法要改變扭轉振動系統的固有頻率,必須對計算模型進行修正,若不改變模型的結構,只能改變某些計算參數如轉動慣量、剛度。通常情況下,很難改變柴油機和螺旋槳的轉動慣量(除了少部分柴作者簡介:張建陽(19622),男,浙江嵊州人,工程師,大學本科,主要從事船舶檢驗工作。342006年第4期張建陽:船舶推進軸系扭轉振動減振研究第19卷并自帶減振器和彈性聯軸器。飛輪轉動慣量236.622kgm,柴油機單缸轉動慣量29.98kgm,彈性聯軸器剛度為17kNm/rad。其單節固有頻率1273.09r/min,雙節固有頻率2422.32r/min。通過分析可以得出,無論飛輪

6、轉動慣量是多少,彈性聯軸器剛度對單節固有頻率影響都相當大;而對雙節固有頻率來說,僅僅在彈性聯軸器柔度和飛輪轉動慣量都比較小時才能對固有頻率產生較大影響,隨著飛輪轉動慣量的增加,改變彈性聯軸器剛度對固有頻率產生的影響隨之減小。由上面的分析可知,通過調整飛輪的轉動慣量和彈性聯軸器的剛度對系統的固有頻率都會有相應的影響,若要調整單節頻率,要調整雙節頻率,了強烈的共振,導致彈性聯軸器處的扭矩在額定轉速附近達到了10kNm以上,而該彈性聯軸器的持續許用扭矩僅為1.9kNm,瞬時許用扭矩為18kNm。曲軸處的應力在額定轉速附近也超出了許用應力19.62MPa。電機轉子處電角遠大于規范要求的2.5°

7、;。如果以這樣的方式運轉,強烈的共振會導致曲軸某些部位應力集中,引起疲勞破壞,甚至斷裂;彈性聯軸器持續運轉發出的熱量積聚在橡膠元件上,強度下降而開裂損壞。3.2。3.3調整后計算結果3實例分析以某小型海船上的電站設備為例分析,該電站配備4缸4沖程高速柴油機,額定轉速2400r/min,額定功率191kW,簡化的當量系統如圖1所經過反復的計算與比較,將調頻飛輪的轉動慣量提高到2.3613kgm,彈性聯軸器剛度調整為0.541MNm/rad。調整后,轉子電角低于要求的2.5°,彈性聯軸器處在1000r/min附近存在單節2次共振,但扭矩峰值僅為0.8MNm,低于持續許用扭矩。各軸段應力值

8、也低于許用值,全系統滿足安全運行的要求。示。4結論(1)調整飛輪轉動慣量和彈性聯軸器剛度可1-調頻輪;2-減振器;36-汽缸;7-彈性聯軸器;8-電機轉子傳動軸;9-電機風扇;10-電機轉子;11-勵磁機。圖1當量系統圖在柴油機的自由端,配置了減振器和調頻飛輪,調頻飛輪轉動慣量1.1536kgm,在柴油機輸出端安裝有彈性聯軸器,彈性聯軸器剛度5.50kNm/rad。因此,可以通過調整調頻飛輪和聯軸節的參數來控制固有頻率從而控制扭轉振動。3.1初始計算結果通過計算,前3節的固有頻率分別為:4471.2r/min,7354.8r/min,14959r/min。單節2諧次共振轉速為2235.6r/min,而柴油機的額定轉速為2400r/min,電站在額定轉速附近運轉很有可能發生強烈的主諧次共振,對其進行強迫振動計算。根據計算,單節2諧次在2240r/min處發生以調整系統的固有頻率,從而對系統的扭振計算結果產生影響。(2)調整彈性聯軸器剛度能夠對系統的單節振動產生全面而強烈的影響,能夠成倍的降低固有頻率,使節點處于彈性聯軸器中,使橡膠承擔最大的扭振力矩,充分發揮其高彈性的作用,達到減振的目的。(3)針對具體的軸系,充分分析其固有頻率的變化趨勢后,可以將調整