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中间轴承对船舶轴系回旋振动特性的影响

时间:2017-8-22 9:17:00   来源:中国轴承网   添加人:admin

  (1.武汉理工大学,武汉430063;2.天津修船技术研究所,天津300456)自由端,弯矩、剪力为零,挠度和转角不为零,则状态矢量2,可表示为2回旋振动计算方法2.1回旋振动的数学模型数目和轴系长度的增加,会出现数值不稳定现象,求解精度降低。Riccati传递矩阵法将不稳定的边值问题转化为初值问题,较好地解决了此类问题,既提高了常规传递矩阵法的数值稳定性,又减少了迭代矩阵的阶数。在船舶轴系中,始端螺旋桨一般为基金项目:国家高技术船舶科研项目(SHT(2009)-001)Q―剪力;y――挠度;自由振动中,对于任一元件i,其左右端状态矢量的传递方程为在同一端面疙中的矢量元素,当量简化模型如所示。支承刚度取各向相同。

  对质刚性薄圆盘元件,系统为自由振动时,不计阻尼作用,元件传递矩阵为――极转动惯量;o――转动惯量比,均计及附水效应;h――频串比;n――振动频率。

  对匀质轴段元件,不计及轴端迟滞阻尼时,元件传递矩阵为对支承元件,将其作为三端元件,左右端与轴段连接,另一端与支承系统连接。在混合模型中,支承元件是无质量、无弹性的伪元件,设支承系统的等效刚度为怂,则元件传递矩阵为对连接法兰、联轴器,在船舶推进轴系中,通常认为连接法兰和螺栓的弯曲刚度远比轴大,因此,一般将法兰作为匀质轴段来处理。液压联轴器由于其刚度较大,也作为质轴段;膜片联轴器、齿形联轴器等刚度相对较小的联轴器,通常作为半刚性联轴器。

  2.2支承系统的等效模型一般支承系统简化为两个部分,一部分为油膜,一部分为轴承与船体基座,如所示。其中油膜刚度与负载大小、轴承间隙、滑油粘度、温度及轴的转速等有非线性关系,较难求得。由于不同的船型和吨位,支承系统结构各异,难以对于不同情况给出确切的数据。在回旋振动计算中,通常根据国内外实船的数据,由经验给出支承系统的等效刚度。

  k一、―第n支承系统油膜刚度、油膜阻/e,m.sk.――第支承系统轴承和船体参振质量、支承刚度支承系统简化模型3轴系模型以某68m船为研究对象,其轴系布置如。

  该船是多用途拖船,配有型号MCP85―C/4可调螺旋桨,轴长18.38m,由螺旋桨轴、后中间轴和前中间轴组成。轴系有三个中间轴承,其中3、4中间轴承距离较短且靠近尾管前轴承,5轴承距离尾端和4轴承都较远,支承的轴段较长。各轴承支承系统如表1,尾管后轴承支承点选在距离轴承衬后端面1/5处,其他轴承选在中点。

  表1轴承支承元件轴承4枯类型尾管后轴承尾管前轴承中间轴承齿轮箱后轴承齿轮箱前轴承支点位置(mm)等效刚度(kN/mm)螺旋桨的简化模型如表2,其中质量和转动惯量值均为满螺距时考虑附水效应。

  表2螺旋桨元件类别额定转速均质圆盘4计算结果与比较分析基于原有轴系的建模基础,在满足轴系校中的前提下,针对中间轴承不同的纵向布置、取消中间轴承以及不同的支承刚度等情况进行计算,研究其影响。

  4.1中间轴承纵向位置的变化20111111,后移(向螺旋桨端)3、4、5中间轴承200mm,求得回旋振动的固有频率(c/min)与临界转速“/min)。表3给出中间轴承变位前后不同的系揠值。

  表3轴承变位下固有频率和临界转速初始频率比A固有频率临界转速固有频率(c/min)临界转速(r/min)固有频率(c/min)临界转速(r/min)由表3可见,当中间轴承向螺旋桨端靠近时,固有频率和临界转速在基频和倍频上均在增加;相反远离螺旋桨端时,固有频率会有所减少。这是因为,在进行回旋振动计算时,由于螺旋桨悬臂作用,产生较大的陀螺效应,当中间轴承向尾部靠近时,其作用等效于增加了轴的弯曲刚度,从而提高了系统的固有频率与临界转速。同时也可以看出,轴系尾部轴承(尾管前后轴承)位置分布对于轴系回旋振动的固有特性影响最大。

  系统的固有频率和临界转速如表4.表4分别变位下的固有频率和临界转速前移200mm4或5前移200mm4林和5前移200mm频率比固有频率(c/min)临界转速(r/min)固有频率(c/min)临界转速(r/miri)固有频率(c/min)临界转速比较表4与表3可知。

  移动3轴承时,系统的固有频率和临界转速在发生变化,当3轴承布置远离螺旋桨时,系统的固有频率和临界转速在减少;相反可知,3轴承位置靠近尾端时,固有频率和临界转速会增加。

  井轴承均移动,对于轴系的固有特性的影响都很小甚至没有影响,也间接表明距螺旋桨越远的轴承发生变位,对于轴系的特性影响越小。若需要通过调整中间轴承的位置提高系统的固有频率和临界转速,就要尽量调整靠近尾部的轴承。

  4.2取消中间轴承分别取消一个或两个中间轴承,重新进行中间轴承的布置,在满足轴系校中的基础上,计算所得轴系的固有频率和临界转速如表5.表5取消单个轴承的固有频率和临界转速取消3林取消3和5,4前移2频率比固有频率(c/min)临界转速(r/min)固有频率(c/min)临界转速固有频率(c/min)临界转速(r/min)取消部分中间轴承会降低系统的固有频率和临界转速,对于系统的固有特性有很大的影响,取消的轴承越多,影响的效果越明显。

  对多中间轴承的长轴系而言,保留相同数量的中间轴承,在满足校中轴承负荷的条件下,轴承布置越靠近螺旋桨越可以提高系统的固有频率。

  保留单轴承,中间轴段平均较长轴段缺少支承,轴段的弯曲增加,陀螺效应也增加,系统的固有频率下降非常厉害,同时考虑轴承负荷要求,前移轴承位置,也降低了固有频率。

  取消中间轴承,频率下降几十甚至几百,远比移位中间轴承影响大。

  取消中间轴承虽然降低了系统固有频率和临界转速,但均>150rpm,满足要求,这表明对于多中间轴承较长轴系,取消部分中间轴承后,整体系统回振动的固有特性仍可以符合规定,对多中间轴承船舶推进轴系的轴承布置将会产生很有意义的指导作用:取消部分中间轴承,既不影响轴系的正常运行,又可以节约资源、降低成本、减少计算和安装工作;通过计算分析,中间轴承的合理地布置,既可以保证轴系设计运行满足相关要求,也可以减少工作量,这种取消部分中间轴承的方法是可行的,对轴系的设计和安装有着指导意义。

  水压试验存在诸多限制,目前广泛采用空气气密试验替代水压试验。但下列情况必须作水压试验。

  如全部液舱均采用空气气密度时,则至少应对每种类型的液舱提供1个作水压试验。

  如水压试验发现结构薄弱或严重缺陷或渗漏时,则验船师可要求对所有液舱作水压试验。

  煤油试验。煤油试验是在船体检面上涂以煤油,利用煤油的渗透作用检是否渗漏的试验。

  4结论目前,船舶钢材结构逐步发生变化,向宽板、高强度、大规模型材以及不锈钢、特殊性能钢材等方向发展,其焊接工艺的要求也更高。需要广大工程技术人员从焊接材料、焊接方法、焊接结构设计、焊接检验等各方面采取措施,减小或避免焊接缺陷,保证船舶焊接质量,大力发展我国的造船工业。