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。 4.隔振器：在机座下部装设，使主要用于副机。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 6. 螺旋桨振动控制：改善伴流、改进螺旋桨设计、减小激励传递。 7.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 τ=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型的差别仅在于缺少阴影部分，以两个三角形构架充实该部分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。否则，在水流与船体间形成死水区。 9.改进螺旋桨设计：①叶数：螺旋桨的设计应该尽量避免空泡。在无空泡的情况下，螺旋桨所激励起的表面力的大小，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↑，→表面力↓、→推进效率↓、→引起高频激励）。②侧斜螺旋桨：大侧斜螺旋桨可以减小螺旋桨轴承力和表面力；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激励力。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。串列螺旋桨则可解决激励，从而减小船体的振动，实船测试也证明其减振效果良好。 10.减小激励传递：①调整间隙：间隙适当增大，表面力减小，螺旋桨激励适当改善。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，减少激励； 或设凹穴，填以海绵、橡胶。通常取开孔面积为D×D，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，以减小对船体的激励。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。 11. 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： 橡胶隔振垫是一种表面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-5～50℃。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。 12. 隔振设计 ⑴确定隔振对象的激励力频率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K

每只隔振器的Z向刚度k P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 （4-3） 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，N。 ⑷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。若有某一方向达不到满意的隔振效果，则应重新布置隔振器，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激烈振动，甚至断裂。 第四章轴系扭振及控制 1.船舶轴系振动类型：扭转振动、横向振动、纵向振动 2.扭转设计：①计算自振频率以避免减振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。 4.激励力矩：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。 5.振幅计算:放大系数法----将激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。 6.轴系扭振控制措施：简单回避法、调整频率法（改变刚度K、改变转动惯量J）、降低激励力矩法。 第五章噪声及控制理论 1.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