船舶柴油机振动、噪声及废气排放考试

船舶柴油机振动、噪声及废气排放考试ll第二章船舶振声激励源柴油机激励力：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。螺旋桨激励力：①螺旋桨回转时作用在它附近的船体表面上的变动水压力，称为脉动压力。它是沿船体表面进行积分得到的，又称表面力。②作用于桨叶上的变动流体力所激起的激励，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，则称这部分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；而叶厚效应则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↑，脉动压力↓，梢系到一定大小，脉压减小变化很少。螺旋桨叶数↑，脉动压力↓。（表面力、轴承力计算无）波浪激励源: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激励力引起的，常称为波激振动。（回转激励力：、轴系激励力：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，影响人员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。2.防振减振基本原理：⑴避免共振：改变固有频率或激励频率；⑵减小激励力；⑶减小振动的传递3.减小激励力：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激励力和激励力矩。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。按平衡激励形式有：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。第六章船舶噪声和控制1.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。2.降低和控制噪声基本方法：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。3.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。4.吸声形式：①多孔吸声材料：表面有孔，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5.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。6.吸振涂层的敷设原则：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（基础的框架，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。7.消声器：①阻性消声器：利用敷设在消声器内表面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，发生干涉、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，它往往把抗性部分放在前面，阻性部分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佳布置位置问题，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1.排放物分类：无害排放物（N2、O2、CO2、水蒸气），有害排放物（CO、HC、NOX、SO2及微粒）。2.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ge≤214g/(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)。3.国际海事组织排放限值:《MARPLO73/78公约》中有关船舶造成大气污染的新附则中的规定，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/(kW·h)；中速机(n=130～2000r/min)为17～9.84g/(kW·h)；高速机(n>2000r/min)为9.84g/(kW·h)。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，加利福尼亚。如果不符合IMO规则，就可能会以增加港口使用费的手段加以控制。4.微粒排放物（炭烟粒子）:（1）混合气中，C/O>烟界度时，炭烟生成；（2）较高的绝热火焰温度，炭烟增多；（3）湍流扩散速度大，炭烟减少；（4）分隔式柴油机低于直喷式柴油机。5.排放影响因素:1.可燃混合气质量:雾化细、混合和蒸发速度高，油耗率、炭烟、CO、未然烃↓，→，NO↑。不正常喷射，→未然烃↑、CO↑、炭烟↑。2.喷油定时:推迟喷油，→NO↓→未燃烃↑，排烟↑;3.燃烧室结构:分隔式的NOx<直喷式的NOx，但油耗率增加。4.进气状态:进气温度↑，→NO↑,→未燃烃↓。5.负荷和转速（空燃比）：柴油机负荷增大，→NO↑，→CO两头高，中间低→，未燃烃↓，→炭烟↑。6.控制措施：（1）机内净化途径：1.推迟喷油并提高喷油速度；2.增压加中冷；3.低污染燃烧系统；4.最佳喷油、配油定时，改进喷油器结构；5.采用电子技术：配气定时、进气旋流、喷油定时（2）前处理技术：1.废气再循环（EGR）：热循环、冷循环；2.燃油掺水：进气管喷水、乳化柴油、分层喷射（SFWI）；3.加燃油添加剂：钡盐消烟添加剂、二茂铁消烟添加剂、铜添加剂；4.