船舶推进轴系扭转振动减振研究

1、第19卷第4期2006年8月中国修船CHINASHIPREPAIRAug.2006船舶推进轴系扭转振动减振研究张建阳(杭州市港航管理局,浙江杭州310014)摘要:结合具体实例探讨了改变轴系某些参数对其固有频率的影响,得出减振调频的主要方法和规律。针对某轴系实例,运用减振调频的具体方法对初始计算结果进行分析,对参数进行修正,最终达到规范的要求,消除了扭振故障的威胁。关键词:推进轴系;扭转振动;减振中图分类号:U672.2文献标识码:C文章编号:-(200604-Abstract:Withconcretefromsomeparametertochangetheorig2enatedthemajo

2、rmethodsandrulesforfrequencymodulationbyshockabsorption.shaft2systemasexample,frequencymodulationbyshock2absorptionisadoptedtoanalysetheresultandtoamendtheparameter.Thetwistingvibrationisremovedstandardly.Keywords:propulsion2shaftsystem;twistingvibration;shockabsorption1引言船舶推进轴系的扭转振动是影响船舶安全运行的重要问题之一

3、。分析扭转振动计算的结果,如果存在单节主简谐共振或是存在应力和扭矩超过额定值,说明船舶推进轴系设计存在问题,在运行中可能会出现船体振动加剧、曲轴裂纹、弹性联轴器的弹性元件过早报废,甚至严重的断轴事故。这时,应该对轴系初始设计参数进行修正以满足扭转振动计算的要求。通常解决扭振减振的方法有:减小激振能量与增加阻尼消耗能量、调整自振频率和划转速禁区。本文主要分析轴系参数对自振频率的影响,结合存在故障的实例研究了如何通过修改轴系参数改变固有频率达到减振的目的。油机配有全套合式曲轴或半套合式曲轴),最常见且实用的方法是调整飞轮的转动惯量。而要调整刚度,改变柴油机部分的刚度可能性不大,如果要改变轴的直径来

4、调整刚度又会受到机舱布置的限制。调整刚度最常见的方法是在轴系中加装高弹性联轴器,并调整联轴器的刚度以调整自振频率。2.1调整飞轮转动惯量调整飞轮转动惯量是最常用的调频方法,柴油机制造厂通常会备有不同转动惯量的飞轮供用户选择。通过具体的分析计算,在设计阶段选择合适的飞轮能够影响系统的扭振特性,避免强共振造成破坏。2.2调整弹性联轴器刚度如果能将节点调整到弹性联轴器的橡胶上,使橡胶承受最大的扭振力矩,内、外环产生最大扭转角,就能充分发挥其高弹性联轴器的调频作用。不同型号的弹性联轴器刚度不尽相同,选用合适的刚度对系统扭振特性有较大影响。内河某船舶推进轴系,主机为4冲程8缸高速柴油机,额定功率2940

5、kW,额定转速600r/min,2调频方法要改变扭转振动系统的固有频率,必须对计算模型进行修正,若不改变模型的结构,只能改变某些计算参数如转动惯量、刚度。通常情况下,很难改变柴油机和螺旋桨的转动惯量(除了少部分柴作者简介:张建阳(19622),男,浙江嵊州人,工程师,大学本科,主要从事船舶检验工作。342006年第4期张建阳:船舶推进轴系扭转振动减振研究第19卷并自带减振器和弹性联轴器。飞轮转动惯量236.622kgm,柴油机单缸转动惯量29.98kgm,弹性联轴器刚度为17kNm/rad。其单节固有频率1273.09r/min,双节固有频率2422.32r/min。通过分析可以得出,无论飞轮

6、转动惯量是多少,弹性联轴器刚度对单节固有频率影响都相当大;而对双节固有频率来说,仅仅在弹性联轴器柔度和飞轮转动惯量都比较小时才能对固有频率产生较大影响,随着飞轮转动惯量的增加,改变弹性联轴器刚度对固有频率产生的影响随之减小。由上面的分析可知,通过调整飞轮的转动惯量和弹性联轴器的刚度对系统的固有频率都会有相应的影响,若要调整单节频率,要调整双节频率,了强烈的共振,导致弹性联轴器处的扭矩在额定转速附近达到了10kNm以上,而该弹性联轴器的持续许用扭矩仅为1.9kNm,瞬时许用扭矩为18kNm。曲轴处的应力在额定转速附近也超出了许用应力19.62MPa。电机转子处电角远大于规范要求的2.5°

7、;。如果以这样的方式运转,强烈的共振会导致曲轴某些部位应力集中,引起疲劳破坏,甚至断裂;弹性联轴器持续运转发出的热量积聚在橡胶元件上,强度下降而开裂损坏。3.2。3.3调整后计算结果3实例分析以某小型海船上的电站设备为例分析,该电站配备4缸4冲程高速柴油机,额定转速2400r/min,额定功率191kW,简化的当量系统如图1所经过反复的计算与比较,将调频飞轮的转动惯量提高到2.3613kgm,弹性联轴器刚度调整为0.541MNm/rad。调整后,转子电角低于要求的2.5°,弹性联轴器处在1000r/min附近存在单节2次共振,但扭矩峰值仅为0.8MNm,低于持续许用扭矩。各轴段应力值

8、也低于许用值,全系统满足安全运行的要求。示。4结论(1)调整飞轮转动惯量和弹性联轴器刚度可1-调频轮;2-减振器;36-汽缸;7-弹性联轴器;8-电机转子传动轴;9-电机风扇;10-电机转子;11-励磁机。图1当量系统图在柴油机的自由端,配置了减振器和调频飞轮,调频飞轮转动惯量1.1536kgm,在柴油机输出端安装有弹性联轴器,弹性联轴器刚度5.50kNm/rad。因此,可以通过调整调频飞轮和联轴节的参数来控制固有频率从而控制扭转振动。3.1初始计算结果通过计算,前3节的固有频率分别为:4471.2r/min,7354.8r/min,14959r/min。单节2谐次共振转速为2235.6r/min,而柴油机的额定转速为2400r/min,电站在额定转速附近运转很有可能发生强烈的主谐次共振,对其进行强迫振动计算。根据计算,单节2谐次在2240r/min处发生以调整系统的固有频率,从而对系统的扭振计算结果产生影响。(2)调整弹性联轴器刚度能够对系统的单节振动产生全面而强烈的影响,能够成倍的降低固有频率,使节点处于弹性联轴器中,使橡胶承担最大的扭振力矩,充分发挥其高弹性的作用,达到减振的目的。(3)针对具体的轴系,充分分析其固有频率的变化趋势后,可以将调整