Compass2010海船规范轴系扭转振动计算

1、COMPASS-RULES 计算软件用户手册轴系扭转振动计算(SRM09)传递矩阵法二零零九年七月解析法轴系扭转振动计算程序(SRM09)目 录1 概述11.1 SRM09程序和SRMO1程序之.间的关系11.2 适用范囤11.3 主要功能11.4 注意22 计算原理32.1 计算模型32.2 计算方法32.3 轴系模型质鼠号的排序方法33 程序流程说明43.1 程序流程图43.2 菜单层次图说明44 输入数据74.1 操作界面及布局74.2 输入数据94.3 数据打印说明204.4 计算结果保存215 保存数据文件216 计算结果输出说明216.1 屏幕输出216.2 帮助21运行环境211

2、概述1.1 SRM09程序和SRM01程序之间的关系 SRNI01程序采用的算法是放大系数法，放大系数法在轴系扭振计算中得到了广泛 的应用，采用这种方法进行扭振计算一般可满足丁程应用精度耍求，但对卜列情况 冇一定的局限性。(1 主机同时驰动发电机的PTO轴系；(2) 多分支系统的轴系，例如双机并车的推进轴系：(3) 人阻尼系统的轴系，例如轴系中仃多个高弹性联轴器：(4) 发火间隔角不等的高速V型柴油机(5) 对尸非共振计算，尤其是靠近共振转速的非共振计算，计算精度比较差。 为了使扭振程序不仅能进行般匚况的扭振计算，还能进行上述工况的扭振计算, 所以开发了采用传递矩阵法计算的SRN109程序。1

3、.2适用范围 本计算程序是根据CCS钢质海船建造与入级规范(2001第3篇第12章“轴系 振动及校中”和船上振动选择指南(2000)第6章“轴系扭转振动”等有关内 容进行计算。 本程序可对计算模型屮总质旋数不人J'- 60,分支点不人J'- 10处，每个子分支的质 量数不大J-40,轴系中弹性联轴器元件不大J：20个，齿轮啮介数不人r 10,对不 人2个减振器的复朵轴系进彳J： 口由振动和强迫振动计算。 本程序适用卜列柴汕机动力装置在止常工况和任意-缸熄火匸况卜°,以及考世螺旋 桨激励工况卜的扭振特性计算：(1) 船舶柴油机推进轴系，包括双机并车轴系、PTO轴系、可调

4、距螺旋桨轴系、 空气螺旋桨轴系、塑升轴系和喷水推进轴系：(2) 船舶柴油机发电机组轴系；(3) 柴油机水力测功器轴系。 本程序也可用燃气轮机推进轴系的门山振动计算。1.3主要功能用解析法计算(0.11.2)额定转速范閘内肖到16次简谐的振动应力/扭矩和合成 振动应力/扭矩。包括振动频率、振型和相对振幅矢最和、轴段扭振应力、齿轮啮 合扭矩及弹性联轴器的振动扭矩、发电机转子处的振动扭矩、发电机转子处电角等:町进行双机并乍、PTO、可调桨垫升轴系、女个弹性联轴器和齿轮箱、V型柴油机 不等间隔发火和一般轴系的扭振计算；柴油机轴系扭振强迫振动计算，柴油机激励可选用CCS形式的激励系数（程序自 动调用，不

5、用用户输入参数），或调用MANB&W公司提供的相应机型的激励系数 或NEW SULZER公司提供的相应机空的激励系数，若程序数据库中没冇所需耍计 算的机型激励系数，程序留冇接II,用户可门己建立B&W或SULZER形式的激 励系数数据文件，供程序调用，数据文件格式见附录（一）、附录（二）、附录（三）。对J轴系阻尼，包括质駅阻尼和轴段阻尼，程序可选用CCS形式阻尼（程序门动 计算），或选用B&W形式，或SULZER形式，或绝对值形式的阻尼，程序提供相 应的输入界面。般阻尼与激励系数应匹配，即选用CCS形式激励则应选择CCS, 形式阻尼B&W激励配B&W形式

6、阻尼，SULZER激励配SULZER形式阻尼。对口山振动计算结果，程用输出频率小J* 14.4ne （主机额定转速）的轴系固仃频 率，并以列农的形式输出各个模态卜的各个质吊的相对振福、轴段的振动扭矩及相 对振幅矢量和。对强迫振动计算结果，程序输出116谐次和合成计算的结果，以列表和图形曲 线形式输出。曲轴应力可以全部输出也可指定某一曲轴输出。对于联轴器和齿轮, 其振动扭矩可选择输出。对J：螺旋桨轴系，理序自动输出螺旋桨轴的振动应力。对 轴系中令发电机（包括PTO轴系）程序自动输出发电机转子处振动扭矩和电角。以图形曲线方式输出以上振动应力或扭矩时，程序自动计算并显示CCS规范耍求 的相应许用曲线

7、。对J：强迫振动计算结果，已根据速比转换为实际值。对应力与 扭矩的输出，程序还备留仃一按II,可指定任一轴段输出。对r计算模型数据和程序计算结呆数据，程序可保存在数据文件里，供以后调用， 也可通过打印机输出，形成计算报告，打印内容可以选择。主机类型、额定功率、额定转速、主机列数、冲程数、气缸直径、活窕行程、曲肾 回转半径、连杆长度、单缸往复质彊、机械效率等数据属多分支模块公共数据，这 些数据修改厉会影响到K它模块的计算结果。2计算原理2.1计算模型 SRM09程序是把柴油机轴系简化为一个线性集总参数系统模型的当看，当杲系统 由只冇转动惯乗而无柔度的集中质起和只仃柔度而无惯帚的柔度组成半凤系统示

8、 意图，如图2.1所示。4963。- OCIV27o-j-ocly6W9+635O-O 叶34?右厲 32?右® 31?30?右呦 290O3图2.12.2计算方法 本程序用综合运算法（传递矩阵法）进行自由振动和响应计算得到方程的精确解。2.3轴系模型质量号的排序方法 质最序号 般从主机口由端开始，向螺旋桨方向，由前到后排序，若轴系中存在分 支，则分支中质駁序匕从分支点的询一质駁序号跳到分支点口由端，依次向分支点 方向排序,排序规则如图2.1所示。对F双机并车及可能存在分支与分支点以前的 主支相对称的轴系，应尽磺避免分支与主支相对称的排序情况。3程序流程说明31程序流程图 程序流程图

9、如图3.1所示。图3.13.2菜单层次图说明 运行程序后，显示如图3.2所示的主菜单.在主菜单有【数据】、【计算】、【显示】、【语言】、【帮助】和【退出】等项，界面述有【存入】、【计算人【计算报告】、【输 入数据】、【帮助】和【退出】等快捷图标按饥，鼠标停留在图标按钮，将显示该图 标按钮的内容提示孑主菜单及相內子菜单的详细说明见卜述。沁»*± 9ifiESi*T1)口强w仃动用W5：Vj«( A)0曰全抑&讣2J 44辿丽计.申肯ifiiP退跖 萨怙趣gr粒札称5鼻号 ssnwWMCQ)t2 COIHASS <SKUl!?解析法綸糕lAdHf?序 &

10、gt;SXQ)计 X© JLf、G) iS£(L) «JQD 退出 COI .13 一l3图3.2输入数据轴系数据1皋本选项 主机类型柴汕机燃气轮机 动力装置螺旋桨发动机PTO喷水推动器空气螺旋桨垫升风机水力测功器泵离合器脱排多种装置并存 阻尼方式 Man B&W New Sulzer 自动计算(CCS) 绝对阻尼值 中间轴联接方式 整体法兰联接 过盈套合联轴器 键槽 轴段数据 屮间轴所处轴段号 指定输出应力轴段兮 指定输出扭矩轴段巧 中间轴抗拉强度 燃'(轮机数据 燃气轮机型号 制造厂名称 额定功率 燃气轮机所处质最号 打印选项 原始输入数据 自

11、由振动计算结杲 强迫振动计算列表 强迫振动图形结果 合成结果 分谐次结果 直接打印轴系数据2 轴段数据发电机数据螺旋桨数据垫升风机数据弹性联轴器数据减振器数据齿轮箱数据喷水推进器数据空气螺旋桨数据水力测功器数据泵数据分支数据主机数据主机数据柴油机型号汽缸排列方式冲程数柴油机匸况额定功率额定转速最低稳定转速汽缸貢径回转半径连杆长度单杠往复质駅机械效率柴汕机第一气缸所处质彊号曲轴应力输出的轴段兮曲轴抗拉强度汽缸间不连续质竜号发火与激励气缸发火数据激励选择柴油机型号激励数据计算显示计算结呆打印模型数据和计算结果中英文界面转换 帮助 内容（本用户手册） 关于.（本程序版权信息）版本序列号4输入数据4.

12、1操作界面及布局 系统主界面中包括：标题栏、功能菜单、快捷功能按钮、数据显爪与编轲区、轴系 当鼠图区、轴系单元信息区、状态提示区,如图41所示。功能菜单快捷功能按钮标题栏 i数据显示与编辑区COMPASS-RULES <SEM09船殂紬系扭转振动计算(传建矩碎法数J8 )计Q)语宫)WtbQI) 出IH 4STO36W8只6累?#1类型柴油机v/力装置V阴尼类型自动计It ( CCS )V中间釉联接方式盘体法兰联接中间釉所处朋号22指定输岀应力独段号23捋定输出扭矩M3殴号中间釉抗拉题(.430燃轮机卫号诳厂名称讓定功$(kf)逖吒轮机所处厦量号 打E卩选项0原始输入数蹇叼楚迫条妙计 分

13、谧次结臬全S5 谐次范谢減菸器：1聊性职油88：12356：齿轮:208蚁罐桨2S： 气卸3, <5,6, 7, 8, 9,10, 11：状态捉示区、j轴系部件信息区取消©E自由餐动计 E强迫畫勒S) 叼合成结果 HftHfP抽系数1SL昭数据2主杖数翳轴系卅啟图区图4.1 SRM09三级主界面标题栏：位J窗II的顶端，显示半前丁作的模块的名称。功能菜单：位于标题栏卜方，菜单项分别有【数据】、【计算】、【显示】、【语言】、【帮助】、 【退出】等。 【数据】实现数据保存 【计算】计算并显示报告 【显示】内仃显示输入的数据和计算报告了菜单项，其中输入的数据用r显示当前用户输入的数据

14、：计算报告则用显示计算后的结果 【语言】内右简体中文和英语两个菜单项，其屮简体屮文用J：切换当前的界血为中文界而：英语则切换半前界而为英文界而 【帮助】显示操作指南及版本信息 【退出】退出三级界面，返回二级界面快捷功能按钮：位J功能菜单卜方，提供常用操作功能的快捷使用方式。数据显示与编辑区：位窗II中部的右半部，用r输入、修改和显示柑关数据。数据区 最上方显示当询的船名、控制号和轴系名称，当m标移到其上时，状态提示栏显示出当询操 作的数据文件名。轴系当童图区：位J：窗II中部的左半部f方,主要用于显示轴系当最图,可对图形做一 定的操作。轴系部件信息区：位窗II左半部卜方，列出该轴系的并类部件所

15、处单元巧信息。状态提示栏：显示操作状态或输入数抓的限制条件。4.2输入数据 在窗I I屮部的右半部分为数据输入区域，共仃【轴系数据1】、【轴系数据2】和【主 机数据】三个部分。 用户输入数据时，可以按TAB”键或卞NTER"键使光标从一个数据录入控件转入F 一个数据录入控件。 在选择不同的计算时，界面中相应部分的控件会变得可用。如果不进行某项计算， 则与苴相关的栏目则会禁用，无需用户输入.4.2.1轴系数据1 初始启动SRNI04窗II时，系统自动定位在【轴系数据1】页，在It屮可以输入“慕 本选项“、“轴段数据”、“燃气轮机数据''基本信息，并可设置“打印选项&qu

16、ot;，如图4.2 所示。“打印选项”可设置计算报告的内容及输入设备，计算时只按打钩的内容生成计算报 吿，报告可在屏幕上显示，也可直接打印，由“EL接打印”选项确定。11主机类型柴油机动力装置蛭旋桨卜阻尼类型自动计障（CCS）V中间轴联接方式整体法兰联接V中间轴所处轴段号22扌錠输出应力轴段号23指定输岀扭矩轴段号中问轴抗拉强度onz430基本选项憋气轮机型吕制造厂名称眾定功率（酬） 锻气轮机所处质量号打E卩选顶0原始输入数据Moo吨级工型中0自由振动计算结果0衽迫掠动国形结果0强迫振动计算列表分谐次结果 <全部谐次范围确定（Q）叼合磐果取消©轴系数据1轴系数据2主机数据图4.

17、2轴系数据1页“基木选项”中冇“主机类型”、“动力装置”、“阻尼类型”和“中间轴联接方式”基本信息供选择。 “主机类型”卜拉列表，仃柴油机和燃汽轮机两项选择，戏认项为柴油机。选 择燃汽轮机时，程序将只进行轴系模型的门山振动计算，此时强迫振动讣算 所要求的数据项将被屏蔽，输入操作无效。 “动力装迓”卜拉列衣，用/选择轴系的动力装宣，共仃io项选择，分别为螺 旋桨、发电机、PTO、喷水推进器、空气螺旋桨、垫升风机、水力测功器、 泵、离合器脱排和多种装置并存。默认项为螺旋桨。“阻尼类型”下拉列表，用于选择轴系进行强迫振动计算时,采用何种阻尼形 式进行计算。共有四种选择，分别为Mail B&W

18、 .New Sulzer. 口动计算（CCS） 和阻尼绝对值。选择不同的阻尼形式，程序提供不同的阻尼输入界面。当选 择CCS项时,轴系阻尼程序根据CCS的船舶振动控制指南屮关扭振 阻尼计算公式自动计算。本卜拉列表的默认项为ManB&W。 “中间轴联接方式”卜拉列表，用选择中间轴的连接方式，用计算CCS规 范对中间轴的许用应力值。共有三项，分别为整体法兰联接、过他套介连轴 器和键槽。 “打印选择”用选择轴系计算模式，选择“自由振动计算结果”项，程序只进行自 rh振动计算，选择“强迫振动计算结果''项，程序既进行门由振动计算又进行强迫 振动计算。还仃“分谐次结果”和呛成结果

19、”选项，选择“分谐次结果"项，可以在 文本框中输入“谐次范I射'值。还可以将计算结果U接打卬。 “轴段数据”中，“指定输出应力轴段号"文本框用输入指定某-轴段振动应力输 出，“指定输出扭矩轴段号”文本框用J输入指定某-轴段振动扭矩输出。如呆在“主机类型”中选择了“燃气轮机”，则在“燃气轮机数据”下的文本框中填入 相应的信息。4.2.2轴系数据2 【轴系数据2】页分成上卜两个部分，上半部分足“轴段数据”，卜半部分是-个轴 段的部件信息，如图43所示。納系数据轴系数堀2图4.3轴系数据2页11 轴系单尤表格数据可以宜接用鼠标定位到耍操作的行列，也可以用“'、“广

20、、“一”光标键移动到要操作的行列； 当轴系单尤表格数据中当前行变化时，轴系肖鼠图的当前单元也对臧同步变化，当 斎图中相应的单元获得焦点并且颜色变蓝。 反之，当用户单击轴系当吊图中的一个单尤时，在轴段数据表格编辑框中的相应记 录行中的单尤也将获得焦点。 选中任一个单尤兮，会显示该单元所含部件的信息，可以输入轴系各部件的数据,如图4.4所示。(5)21 <SP07C047>-Ki第11单无所含部件O齿轮 O減需器C蛭旋桨C弾性G）发电机 泵 有分支发电机数据发电机所处庚量号发电机类型发电机型号制造厂名称发电机霰定功率（kW）发电机极对数（AC ）喷水水力.空气垫升风机O无部件11单 酉

21、鬆5柔度 Ed-10 rad/H. )外径 D(mn)内径 D Gnm)比11100.916690.4503.125.00.00.6125.39134281.79.999.00.00.61324. 472559.8226.125.00.00.6142.36101000.00.00.6153.97276.3430.,.250.00.01.0161.901000.00.01.0172.8672491.6058.250.00.0L.180.738501000.00.01.1971.642337.00.215.00.04.200.416127388.5.195.00.04取消C）轴系数据1釉系数据2主

22、机数据图4.4轴系部件数据如图4.5所示，“第19单元所含部件”中“螺旋桨数据”的基本信息。三个文本框分别用输入“螺旋桨叶片数”、“螺旋桨所处的质量号”及“螺旋 桨轴的抗拉强度”。 “螺旋桨类型单选按钮区，用r选样螺旋桨的类粮，是定跖桨还是可调桨。 “螺距状况”单选按钮区，用选择当前计算况卜螺旋桨的螺距状况，是 零螺距还是满螺距。只有螺旋桨为可调桨时，该区才不会被屏蔽。 “考虑螺旋桨激励”选择框，用选择半前轴系的强迫振动计算是否考虑螺 旋桨的激励。若选择了则程序在计算时，将考虑螺旋桨的激励。蛭雄桨数皓嫌旋桨所处债量号19摞越桨型号制谨厂名称甥旋桨叶片数嫖徒桨轴抗拉强度（N .螺旋桨类型O定距桨

23、可调桨考虑摞旋桨激励ZF4430螺距状况O雷螺距G）满甥距13#图4.5螺旋桨数据如采选中“有分支”选项,则可输入分支数据，如图4.6所示。第15单元所含部件 O齿轮O蛭堆桨O发电机回有分支O減震器O弾性泵喷水水力垫升风机 ©无部件#分支数据第分支点分支点所处质量号15设置该分支的数据：图4.6分支数据#如图4.7所示第14单元所含部件呻啮轮”的基本信息。 三个文本框分别用输入“被动轮所处质罠号”、“输岀扭炬齿轮质吊号”和齿介齿轮速比二肖未输入耍求输出扭矩的轴段号时.程序将不计算肖前齿 轮对的啮合振动扭矩。m 14单元所含郃件 ©齿轮 O減奉器 OStt« O弾性

24、. O发电机 泵 有分支齿轮数据第i对啮合齿轮喷水水力空气.垫升风机O无部件被动轮所处质量号输岀扭矩齿轮战量号啮合齿轮速比主动轮所处质量号14图4.7齿轮数据如图4.8所示第10单尤所含部件”中'減振器”的基本信息。 减振器类型"卜拉列表，用J：选择当询减振器的类型。分别为Nonnal(Absolute) Nomial (Relative)、Viscous Damper 和 MWM Dampen三个文本框用输入“减振器型号”、“制造厂名称”和“绝对阻尼值”。 对J-Viscous Damper要求输入“惯性轮惯嚴”和“减振器外壳惯駁”。 对J-MWM Damper要求输入“刚

25、度因子”和“阻尼因子”。第10单元所含部件 ©舟松'发电机1=有分支O禅忡O泵水力.垫升尺机O无部件减震器数拐第台猱版器减振器类型 咸振器型号 制產厂名称 绝对阴尼值(丽s/RaD 剛度因子阴尼因子减振器所处质塑号确定(0) II取消(O#抽系数撼1轴系数療 主机数据# 如图4 9所示，“第10单元所含部件”中“弹性联轴器“的基本信息。 “联轴器类型”卜拉列表，用选择联轴器的类型。分别为Nonnal(Absolute). Nonnal (Relative)和 Geislinger Couplmg<. 对F Normal(Absolute),要求输入“绝对阻尼值”、“持续

26、许用扭矩”和“瞬时 许用扭矩”。 対J：Normal(Relative),要求输入“相对阻尼值”、“持续许用扭矩”和“瞬时许 用扭矩”。确走(0) 对J-Geislinger Coupling,要求输入“特征频率“、“额定扭矩”和“静态刚度”。弾性联铀器数擴第1个弹性联轴器联轴器所处质塑号10联轴器类型IhrmiL (Rslative)制渣厂名称Vulkan.相对阻尼系數 0. 75持续许用扭拒(kNm) .10睡时许用扭矩.20第io单元所含部件桁於 O减諄器睛水 C水力的旅桨 6譯特 牢气垫丹同机o戏电机聚©无剖件IS有分支取消(C)图4.9弹性联轴器数据 如图4.10所示，“第

27、10单尤所含部件”中“堆升风机”的基木信息。在跳出的窗I I中输入垫升风机的数据。15第io单元所含密件初.取消(C)图4.10垫长风机数据 如图4.11所示第10单元所含部件叫发电机"的基本信息。 “发电机型号”卜拉列表，用J：选择发电机的类别，是直流(DC)还是交流 (AC)发电机。"发电机额定功率"文本框用J：输入发电机的输出额定功率。当柴汕机只带 动发电机时，本文本框将被隐藏，不可见此时发电机功率门动根据柴汕机功率进行换算。 对交流发电机，要求输入发电机极対数S第10单元所含部件|确定)j取消gj图4.11发电机数据#图4.11发电机数据#轴铀据1辩数涿主

28、机敎据图4.11发电机数据#423主机数据 【主机数据】页分成上卜两个部分，上半部分为主机类型，卜半部分为主机数据和 发火与激励数据.如图4.12所示。图4.12主机数据页“主机数据”选项卡屮显示了柴油机的数据输入界面。 “柴油机型号”文本框。 “汽缸排列方式”卜拉列衣川选择柴油机是Single还是Type。默认项 为 Single。 “冲程数"卜拉列表用选择柴油机的冲程数。默认项为2 Stiokeo “柴油机匸况”下拉列表用F选择柴油机当前计算时的运行工况,是正常 还是熄火。 “最低稳定转速”文本框用输入主机的授小稳定转速。 “曲轴应力输出的轴段号”文本框用I：选择曲轴振动应力的输

29、出。若输入 曲轴的轴段号，则计算结果将只输岀该曲轴的振动血力。若本文木框输 入为o或空，则计算结果将输出本台柴油机所有曲轴的振动应力。本界面正上方标签显示为前柴油机在模型中的“主机序号”及“主机类 “发火和激励”选项卡的内容，如图4.13所示。11000吨级T型中国海需缰<SF026198><1主机序号|主机类型主机数据发火和激励1S1S柴油机型号 人工输入确定©L取消©)轴系数据1轴茶数据2主机数据单列机气缸号发火角A0.00280.003640. 004160. 005560. 006240 00V激励选择CCS (Auto)v图4.13发火和激励数据

30、"单列机”栏中显示了“汽缸号”和相应的发火角S1S “激励选择”卜拉列表，用选择激励方式。 选择相应的B&W柴油机机型，程序将自动调用本程序数据库的柑应激 励系数（激励系数由B&W提供）供强迫振动计算用。若卜拉列表中没 仃所要求计算的柴油机吃号，本理序己提供激励系数调用接门，用户可 以根据附录（一）提供的数据文件格式，建芷相应的数据文件。点击“柴 油机型号''后的导入按钮，导入数据的窗II,如图4.14所示。 选择相应的SULZER柴油机熨，程序将门动调用木程序数据库的相应 激励系数（激励系数由SULZER公司捉供）供强迫振动计算用。若下 拉列表屮没仃所耍求il算的柴油机型号,本程序己捉供激励系数调用接 II,用户可以根据附录：（-）提供的数据文件格式，建立相应的数据文 件。 选择CCS菜单，程序将采用CCS形式的激励系数进行轴系的强迫振动 计算。激励系数程序自动调用。 选择other菜单，程序将调用外部的激励系数数据文件，供强迫振动计 算用。数据文件可由用户自行编写。此处输入的激励系数数据是“激励 序号”、“转速”和“压力”。数据文件格式见附录（三）O图4.14激励参数° “激励参数”管理的操作