船舶柴油机振动、噪声及废气排放考试

ll第二章船舶振声鼓励源柴油机鼓励力：①运动部件上的惯性力形成的不平衡力和力矩，其主频率是低谐次的。②气缸内气体爆发压力产生的侧推力和倾覆力矩，其频率是高谐次的。螺旋桨鼓励力：①螺旋桨回转时作用在它附近的船体外表上的变动水压力，称为脉动压力。它是沿船体外表进行积分得到的，又称外表力。②作用于桨叶上的变动流体力所激起的鼓励，通过轴系、轴承传给船体，又称轴承力。载荷效应:随着螺旋桨的旋转，桨叶周期性地时而接近该点，时而远离该点。因此由涡引起该点压力也相应地时大时小周期性地变化，这是产生脉动压力的起因之一；因为涡强度和螺旋桨载荷有关，那么称这局部脉动压力为载荷效应。叶厚效应：圆柱体在流场中运动，流场中某一点P处所受压力必将随着圆柱接近和远离该点而发生周期性变化的效应。小结：载荷效应和螺旋桨的负荷有关，即与螺旋桨的推力和扭矩有关；而叶厚效应那么与螺旋桨的几何尺寸，主要是螺旋桨叶的厚度有关。脉动压力的主要频率成为螺旋桨叶频和叶频的整数倍，其大小主要取决于桨叶的几何要素、船体尾部的线型、伴流特性、桨轴转速、功率、螺旋桨叶梢与尾壳板之间的间隙，以及螺旋桨的叶数等。最主要的影响因素：梢系的大小及螺旋桨的叶片数。梢系T,脉动压力梢系到一定大小，脉压减小变化很少。螺旋桨叶数T,脉动压力J。〔外表力、轴承力计算无〕波浪鼓励源:①轻载状态时船首底部出水后再入水产生的冲击②满载状态时船首甲板上的冲击③船首部外夹板的外源波浪的冲击。这种冲击引起的船体瞬态响应主要是二节点衰减振动，与风浪的大小、船舶航速、航向及首吃水有关，称为冲荡。波激振动：在风浪不大的海洋中航行时，船体经常发出持续的垂向二节点振动，形成尾部上层建筑十分剧烈的纵向振动，这种振动是由波浪产生的非冲击准定常鼓励力引起的，常称为波激振动。〔回转鼓励力：、轴系鼓励力：轴系自身的质量偏心、联轴节安装不良、排气压力波、舵〕过度振动的后果：①使船员和旅客极度不适，容易疲劳和损害健康，使机器和仪表工作失常，寿命缩短，甚至失灵损害②使高压力区的船体结构等出现裂缝或疲劳破坏③引起噪声，影响人职工作和健康以及舰船作战性能和潜藏隐蔽性第三章船舶机械及控制1．船舶机械有害振动的控制措施：防振和减振两种，防振是在船体设计阶段考虑到振动的容许标准而采取降低振动的措施；减振是在船舶使用阶段使营运船舶的振动下降到容许标准。防振减振根本原理：⑴防止共振：改变固有频率或鼓励频率；⑵减小鼓励力；⑶减小振动的传递减小鼓励力：对于存在外部不平衡力或不平衡力矩的柴油机，加装平衡装置和平衡器来减小鼓励力和鼓励力矩。平衡补偿装置是使偏心质量以和主机激振频率相同的转速旋转，产生补偿力或力矩以抵消柴油机不平衡力，减少它们对振动的影响。有离心力平衡重、平衡轴系、电动平衡器来抵消柴油机不平衡力。按平衡鼓励形式有：一次力矩平衡器、二次力矩平衡器、组合式平衡器。按运转驱动形式可分为：电动机驱动〔电动平衡器〕、由曲轴驱动直接附装在主机上。4•隔振器：在机座下部装设，使w/w^2主要用于副机。目前国内常用的减振器有：⑴橡胶减振器：结构简单、有较好的隔声、缓冲和减振效果，但易老化。⑵金属弹簧减振器：性能稳定，但内阻小、高频震动及声振动的隔绝性能差。5•防振支撑：针对长冲程和超长冲程主机的，有3种：机械式支撑、摩擦式支撑、液压式支撑螺旋桨振动控制：改善伴流、改进螺旋桨设计、减小鼓励传递。改善伴流：①尾部设计根据船模试验，单桨船U型尾的轴向伴流较V型尾均匀。球型尾和开式尾间隙大，伴流变化小，脉动压力小，推力系数较高。用尾垂线前0.1L〔L为船长〕处的船体横剖面的形状参数t=a/b来判别U型和V型，它表示船体剖面在水线处的斜率。U型尾可明显改善伴流；单桨船采用U型尾或球型尾；双桨船采用V型尾。②加装尾鳍V型与U型的差异仅在于缺少阴影局部，以两个三角形构架充实该局部也能起到上述特征的作用，实现由V向U的转化。恰当设计这种构架在横向和纵向的形状和尺寸，便是所谓的导流鳍。 水滴型导流帽〔舵上〕：改善螺旋桨去流的不均匀性；导流鳍：起整流作用，使伴流场均匀；③控制去倒角：去流角是船体纵剖面与后体水线之间的夹角，增加去流角会导致平均伴流和船舶阻力增高，从而使螺旋桨的载荷加大。单桨船去流角<200。否那么，在水流与船体间形成死水区。改进螺旋桨设计：①叶数：螺旋桨的设计应该尽量防止空泡。在无空泡的情况下，螺旋桨所鼓励起的外表力的大小，随页数的增加而减少。所以从减振角度出发，应尽可能地选用多叶螺旋桨。但随着叶数的增多，推进效率有可能降低。叶数的增加还可能引起上层建筑结构的共振。此外，叶数还须与柴油机的缸数相匹配,如八缸四冲程柴油机不宜用四叶桨。故叶数的选择必须全面考虑〔叶片数T,T外表力推进效率J、 T引起高频鼓励〕。②侧斜螺旋桨：大侧斜螺旋桨可以减小螺旋桨轴承力和外表力；③卸载螺旋桨：适当减小桨叶梢部和毂部的载荷，即采用卸载螺旋桨，可以有效地减小螺旋桨鼓励力。采用某些形式的特种螺旋桨，如导管螺旋桨，对转螺旋桨、串列螺旋桨也起一定的减振作用。喷水推进可提高桨盘面伴流的均匀度，与同类船型相比，尾振较小。串列螺旋桨那么可解决鼓励，从而减小船体的振动，实船测试也证明其减振效果良好。减小鼓励传递：①调整间隙：间隙适当增大，外表力减小，螺旋桨鼓励适当改善。②设置避振穴利用橡皮膜及空气室吸收螺旋桨传来的脉冲压力，减少鼓励；或设凹穴，填以海绵、橡胶。通常取开孔面积为DXD，其中纵向开孔尺寸不要小于0.7D。避振穴的主要作用是利用橡皮膜及空气室吸收螺旋桨传来 的脉动压力，以减小对船体的鼓励。在螺旋桨上方船壳板上设凹穴，填以海绵、橡胶等弹性物，其外表可与船壳构成一光顺曲面或略向内凹〔也称钟形避振穴〕以增加梢隙。设备的隔振：隔震是在振源与结构之间装设减振装置，减少振动传递。 隔振器类型：⑴橡胶隔振器：橡胶隔振器可用天然橡胶或合成橡胶，其特点是结构简单、三向刚度可通过结构予以调整，但对环境要求高、寿命有限。⑵橡胶隔振垫：橡胶隔振垫是一种外表有不同凸起的橡胶板，具有弹性 ，故有隔振功能。结构简单，对环境要求高；使用温度范围是-5〜50C。⑶金属弹簧隔振器：不受温度影响，适用温度范围宽，对环境影响不敏感，寿命长。 较低的固有频率，但阻尼小；⑷钢丝网隔振器：一组特殊压制的钢丝网；其阻尼是由于隔振器变形时在钢丝之间产生摩擦形成的，具有库仑阻尼性质，使共振响应降低。⑸钢丝绳隔振器：一种新型的纯金属隔振器。弹簧元件用不锈钢钢丝绳绕成，绳圈的上下两面用夹板夹住，夹板就作为隔振器上下的安装平面，具有库仑性质。⑹隔振吊架：吊架可用金属作弹性元件，也可用橡胶或钢丝网垫作阻尼元件。在管路和船体结构之间应用隔振吊架联接，对于高温介质的管路应选用金属型吊架。隔振设计⑴确定隔振对象的鼓励力频率fc主动隔振：取隔振对象的最低激振力频率，对平衡性良好的柴油机、电动机、发电机等可取标定转速。被动隔振：船上激振力频率范围较广，应根据隔振对象安装处所的隔振要求及所遇干扰的特性综合分析决定。⑵确定隔振器刚度为获得满意的隔振效果，首先按沿垂向即Z轴方向平移的系统固有频率f=fe/(3--5),确定沿Z轴的减振器总刚度KP 2K-?(f2)(kg/cm)g每只隔振器的Z向刚度kK- 2k— —?(f2)(kg/cm)nng-隔振对象重量〔kg］；fc最低激振力频率〔Hz〕；f系统固有频率〔Hz〕；n隔振器个数；g重力加速度，9.8〔m/s2〕。⑶选择隔振器型号隔振器类型、数量和安装位置应视隔振对象的特点而定，类型可查产品目录，数量用下式确定G 〔4-3〕n9.81-GPo式中，G—隔振器上方的设备质量，kg；P---- 一个隔振器的额定静载荷，No⑷预估隔振对象的重心位置按各隔振器的变形一致并应使每只隔振器在X、Y、Z三个方向的刚度对隔振对象的力矩为零确定隔振器的布置。⑸验算共振频率验算共振系统的六个固有频率及隔振效率。假设有某一方向达不到满意的隔振效果，那么应重新布置隔振器，重复3--5个步骤。由于作用于隔振系统的周期性激振力的频谱分布于较宽的频率范围内， 为保证较高的隔振效率，隔振系统的六个固有频率，或至少那些在共振时能导致不良后果的频率，应力求彼此相等或接近。⑹绘制隔振布置和安装图凡与隔振对象联接的管路、轴系均应有足够柔度的柔性接头。不够软的柔性接头将增加共振系统的刚度，降低共振效率，并且可能使这些联接本身产生剧烈振动，甚至断裂。第四章轴系扭振及控制船舶轴系振动类型：扭转振动、横向振动、纵向振动:①计算自振频率以防止减振②计算振幅以求得振动产生的附加应力， 从而检验是否超过许用值。3．单质量系统:只考虑螺旋桨质量，其他质量都不考虑；双质量系统:将螺旋桨作为一个质量，将主机和飞轮等作为另一个质量；三质量系统:将螺旋桨作为一个质量，将主机和飞轮作为另外两个质量。鼓励力矩:引起轴系振动的原动力，是柴油机中气缸压力变化、活塞连杆机构惯性力以及其他接受功率的部件〔如螺旋桨、发电机、压气机等〕形成不均匀干扰扭矩而产生的。振幅计算:放大系数法将鼓励力矩作为静力作用在系统上，从而求出一个所谓的平衡振幅〔也称静振幅〕，实际振幅为放大系数乘以平衡振幅。放大系数与系统中的阻尼成反比例，阻尼大放大系数小，系统中不同阻尼的部件就有不同的放大系数。措施：简单回避法、调整频率法〔改变刚度 K、改变转动惯量J〕降低鼓励力矩法。第五章噪声及控制理论声波：声源的机械振动通过周围介质向四周由近及远的传播。按波阵面的形状不同可将声波分为平面波、球面波和柱面波等。空气声：声音在空气中传播的波动形式。固体声或结构声：声音在固体中传播的波动形式。水声：声音在液体中传播的波动形式。声压：有声波时，介质中的压强超过静压力的值， Pa。噪声：从物理观点看，噪声是指声强和频率的变化都“无规律〞地组合在一起的声音。广义的讲，但凡人们不需要的声音都可看做是噪声。按起源不同分，有：空气性噪声、机械性噪声和电磁性噪声。按噪声的传播途径分，有：空气噪声、水噪声和固体〔结构〕噪声。通常人们用声压级、声强级、声功率级以及频率等物理量作为噪声的物理参数。4．声压级：国际上统一规定，把人耳能听到的频率为1000Hz的声压〔2x105Pa〕定为〕OdB,声压级的数学表达式。Lp=20Lg〔P/Po〕噪声的危害：对睡眠的影响〔大约40dB〔A〕以下的噪声影响很小；55dB〔A〕的噪声比拟严重〔睡眠回转30%，突然惊醒50%〕；假设经常受到噪声的干扰，就可能因睡眠缺乏引起头晕、头痛、神经衰弱等症〕、对言语交谈的影响、对听力的影响〔80dB以下不致引起耳聋，但95dB(A)就比拟严重，发病率近于30%〕对工作的影响。响度：反映人耳对声音轻与响的主观尺度，单位为宋。一般说来，声压级越高，声音越响，但人耳对不同频率的声音感觉不一样。A声级：A网络取40方等响曲线倒立形状，代表了人耳对频率的计权。A声级越高，噪声对人耳的损伤越严重。第六章船舶噪声和控制机舱的噪声级是由各个机械设备产生的噪声决定的，具体的讲：①机械设备附近的噪声级主要由他直接辐射的空气噪声控制的。②离机械设备一定距离的噪声级主要由舱室壁反射的空气噪声控制的，取决于机舱的混响时间。③④⑤⑥⑦⑧相邻舱室中噪声级一般的讲，主要由机械设备传递的结构噪声决定，同时亦与透射过舱壁的空气噪声有关。降低和控制噪声根本方法：声源噪声的控制；传播途径的噪声控制；接收器噪声防护设备的使用以保护人耳。应尽可能选用低噪声的机电设备。机舱合理布置、采用集控室、戴耳罩。降噪措施：隔声、吸声、隔振、吸振。根据噪声传播的方法，一般可分为空气声与固体声，因而隔声技术可分为空气声和固体声的隔绝两大类。在船舶噪声控制中，常采用刚性的即不吸声的材料，如钢板，铝板等进行隔声，有时为了提高隔音效果，可采用双层壁〔中间加空气层或吸声材料层〕，对噪声源可采用隔声罩和隔声室等措施。吸声形式：①多孔吸声材料：外表有孔，材料内部多孔，孔孔相通。②薄板振动吸声结构：低频吸声性能较好，但吸声频带窄、吸声系数不高。③共振吸声器：选择性高、吸声频带窄、吸收单调声音。④穿孔板组合共振吸声器：中频吸声性能较好，其中微穿孔板的吸频系数和宽带比一般穿孔板好，适用于高速气流或高温条件。⑤特殊吸声结构：空间吸声体、吸声尖劈等吸振：在金属薄板上涂贴阻尼材料，以抑制其振动，减少结构声的传播。吸振类型：①刚性吸振涂层：刚性吸振涂层是在变化的板上敷设一层硬塑料、沥青化的纤维油毛毡等。振动能量是依靠这吸振层的拉伸或压缩变形而被吸收的。②柔性吸振涂层：柔性吸振涂层就是在板上敷设一层沿厚度方向很容易压缩的粘弹性材料。当弹性波沿粘弹性材料厚度方向传播时，涂层便产生变形而使能量得以消耗。③约束吸振涂层：约束吸振涂层是在粘弹性涂层的外面加上一层薄金属板或其它比涂层“硬〞的材料。这种结构形式像古代军人身上铠甲似的，所以又称为铠装型或加强性吸振涂层。④三明治〔夹心板〕：夹心板即工业上所用的三明治板。它是一种吸振结构的材料，可用于制造船舶的隔声罩、轻型舱壁和其它轻载荷的船体结构。吸振涂层的敷设原那么：①涂层应敷设在与振源直接连接的结构和有振源的舱室里；②涂层应敷设在从振源向观察点传播震动的所有途径上；③涂层应敷设在振幅最大的围壁上；④在杆状结构〔管子，支柱等〕上使用柔性涂层效果较好，在中空结构〔根底的框架，空心支柱等〕中用沙粒或其他散沙粒状的阻振材料填充较为合理。消声器：①阻性消声器：利用敷设在消声器内外表的多孔吸声材料来吸收声能。对中高频噪声吸收能力强，应用广泛。能在较宽的中高频范围内消声，特别对刺耳的高频噪声有突出的消声作用。缺点是在高温带水蒸汽以及对吸声材料有侵蚀作用的气体中，使用寿命较短，低频噪声消声效果较差。注意：增加消声通道长度或缩小通道截面积，可提高消声量；有高频失效现象，此时可采用片式、蜂窝式、折板式、弯头式消声器等以保持高频消声效果；高温水蒸汽对吸声材料有侵蚀作用，通常只用于柴油机进气消声。②抗性消声器：抗性消声器具有良好的消除低、中频噪声的性能，常用的有扩张室消声器和共振腔消声器两大类。它是利用管道的截面积突变引起的声阻抗变化，使声波反射回去；或改变扩张室和内接管的长度，使声波与反射波形成1800相位差，发生干预、互相抵消。如：扩张室消声器、共振腔消声器。能在高温、高速、脉动气流下工作，通用于柴油机排气管。③复合式消声器：在工程实践上常采用阻抗复合式消声器，它往往把抗性局部放在前面，阻性局部放在后面或者两者结合在一起。另有一种用微穿孔板吸声结构制成的微穿孔板消声器，比一般的抗性消声器频率特性好得多。在船舶上还有一个消声器的最正确布置位置问题，一般将消声器布置在离排气管末端1/4管长处。对于船舶轮机部船员，如机舱噪声较强，为了保护健康，建议采取耳塞，耳罩，帽盔，防声棉。第七章柴油机废气排放及控制排放物分类：无害排放物〔2、Q、C®水蒸气〕，有害排放物〔COHCNO、SQ及微粒〕。我国船用柴油机排放标准：当平均有效压力pe>300kPa燃油消耗率gew214g/(kW•h)时，NOX限值为29g/(kW•h);在燃油消耗率ge=214g/(kW・h)〜268g/(kW•h)时，NOX限值为25g/(kW•h)〜14g/(kW•h);在燃油消耗率ge>268g/(kW•h)时，NOX限值为11g/(kW•h)。国际海事组织排放限值：?MARPLO73/7公约?中有关船舶造成大气污染的新附那么中的规定，对船舶主机排放限制更为苛刻。其对排放限制主要有两点：其一，有关NOX限值，低速机(n<130r/min)为17g/(kWh)；中速机(n=130〜2000r/min)为17〜9.84g/(kWh);高速机(n>2000r/min)为9.84g/(kWh)。其二，有关SO2限值，限制使用的燃油硫分不大于1.5%。其中，瑞典，加利