陸忠杰 趙 寅 曹建毅 李衛(wèi)華

（1.中海油田服務(wù)股份有限公司，河北 065201 2.上海船舶研究設(shè)計院，上海 200032）

0 引言

5 000 HP油田供應(yīng)守護船船長63.88m，型寬15m，型深6.65m；主機采用YAMAR PM734C，持續(xù)功率956 kW，額定轉(zhuǎn)速900 r/min；螺旋槳采用4葉CPP槳，額定轉(zhuǎn)速200 r/min。

該船首制船交船后，據(jù)船員反映,從后散料罐艙到舵機艙的走道區(qū)域和舵機艙區(qū)域振動和噪音非常大，造成人員不適。我方會同船東和專業(yè)測量單位對后續(xù)船進行了全面深入的測量調(diào)查和分析，最終找到了振動部位和原因，并采取適當(dāng)措施，較好地解決了振動問題。

1 現(xiàn)場調(diào)研和初步判斷

由于當(dāng)時首制船未能及時提供振動的具體部位和情況，且該船已經(jīng)赴油田作業(yè)，為了掌握該型船的振動問題的實際情況，借后續(xù)船試航之機，進行了一次振動摸底測試。

摸底測試的目的是在試航吃水狀態(tài)下，查找在首制船反映的30%～50%主機負(fù)荷間該船型是否滿足《商船振動綜合評價基準(zhǔn)》（GB/T 7452.2-1996）這一標(biāo)準(zhǔn)的要求。

為使測點測到的數(shù)據(jù)更能反映整個船體的振動情況，在駕駛室及主甲板的首、中、尾共選擇了4個測點，每個測點均測量垂向、縱向和橫向的加速度。試驗工況定為4機全開，軸轉(zhuǎn)速為200 rpm，主機轉(zhuǎn)速為900 rpm。通過調(diào)整槳葉螺距改變主機負(fù)荷，使主機負(fù)荷為20%～50%。

測試結(jié)果顯示各測點的縱向振動加速度值很小，在各個頻率范圍內(nèi)最大值未超過15mm/s2。

橫向振動加速度和《商船振動綜合評價基準(zhǔn)》的比較見表1。由表1可見：所有的數(shù)據(jù)均未超過標(biāo)準(zhǔn)允許的上限值，橫向振動滿足《商船振動綜合評價基準(zhǔn)》的要求。

表1 橫向振動加速度和《商船振動綜合評價基準(zhǔn)》的比較

表2 垂向振動加速度與《商船振動綜合評價基準(zhǔn)》的比較

以上數(shù)據(jù)表明船體梁前中后各測點均滿足《商船振動綜合評價基準(zhǔn)》的要求，可知船體梁并未發(fā)生較大的振動，因此該船發(fā)生的振動為局部振動。需要進一步的調(diào)查和分析，才能找到具體振動部位。

隨后在后續(xù)船上進行了第二次振動測量來尋找具體振動部位和振源。

根據(jù)船員的反映，振動較大的部位主要位于尾部區(qū)域。對主機基座和主軸軸承座的振動測量表明結(jié)構(gòu)振幅在正常范圍之內(nèi)，主軸軸溫也在正常范圍之內(nèi)。因此排除了主機和主軸部位不正常振動的可能。尋找具體振動部位的注意力集中到了螺旋槳附近結(jié)構(gòu)。

根據(jù)《商船振動綜合評價基準(zhǔn)》附錄A的補充要求：激振力直接作用區(qū)內(nèi)的振動劇烈部位（如振動劇烈的螺旋槳上方殼板、尾尖艙壁及機艙底板）建議加測板格中心的振動幅值，作為衡量板格局部振動程度的參考測點。根據(jù)附錄A，船底外板板格中心的振幅限值為：

A=0.11（s/100t）2t=0.33mm

因此在現(xiàn)場決定增加對尾部船底和艙壁的振動測量點：

1）No.12和No.13液艙平臺以上的縱艙壁，（見圖1，1號標(biāo)記處）

數(shù)學(xué)課堂留白，指數(shù)學(xué)教師在課堂教學(xué)的某些環(huán)節(jié)中，有意留出一定的時間和空間讓學(xué)生自主思考、感悟，為學(xué)生構(gòu)建屬于自己的數(shù)學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從事數(shù)學(xué)探究活動，表達對數(shù)學(xué)的理解提供機會．?dāng)?shù)學(xué)課堂留白藝術(shù)的運用，為師生思維火花的碰撞提供契機，有助于提高數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的效能．

2）No.13和No.14液艙船底外板（見圖1，3號標(biāo)記處）

圖1 尾部船底和艙壁的振動測量點

隨后的測量結(jié)果表明：在No.12和No.13液艙平臺以上的縱艙壁板架振動加速度較小，但骨材間的板格中心振動幅值測量結(jié)果較大；No.13和No.14液艙船底外板處振幅測量值為0.998mm，是標(biāo)準(zhǔn)值0.33mm的3倍左右。根據(jù)該結(jié)果，我們認(rèn)為螺旋槳是主要的振源，主要的振動部位是螺旋槳附近的外板和相鄰結(jié)構(gòu)。

2 計算驗證

根據(jù)螺旋槳廠商提供的螺旋槳脈動壓力計算結(jié)果（MCR condition）（見圖 2）最大壓力為 2.36 kPa。小于脈動壓力衡準(zhǔn)要求8.0 kPa。因此，應(yīng)從激勵頻率上入手進行分析。

圖2 螺旋槳脈動壓力計算結(jié)果

采用有限元計算方法，對圖1中1號和3號部位的結(jié)構(gòu)固有頻率進行計算評估，計算軟件為DNV的Sesam。頻率儲備值根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求按表3選取：

表3 局部振動的頻率儲備值

該船螺旋槳的葉頻為 13.33 Hz、二倍葉頻為 26.66 Hz、三倍葉頻為 39.99 Hz、四倍葉頻為53.32Hz。

2.1 縱艙壁部位計算結(jié)果及分析

由于測量結(jié)果表明板架振動較小，但骨材間的板格中心振動測量結(jié)果偏大，故計算扶強材之間的板格固有頻率。通過Sesam進行有限元建模計算得到艙壁板格的一階固有頻率（空氣中）為53.326Hz，參見圖3。

圖3 艙壁板格固有頻率

根據(jù)《船舶設(shè)計手冊振動控制指南》“第4章船體局部振動”對水中矩形板的固有振動頻率進行修正計算得到：單面帶水固有振動頻率為26.97 Hz；雙面帶水固有振動頻率為20.42Hz。

從以上計算結(jié)果可以得知在液艙空載時，縱艙壁的板格固有一階振動頻率和槳葉的4倍葉頻（53.32 Hz）相同；在液艙滿載（單面帶水）的時候其板格固有一階振動頻率和槳葉的2倍葉頻（26.66Hz）接近，裕度為1.2%，不滿足局部振動頻率儲備值要求。

2.2 船底外板部位計算結(jié)果及分析：

1）通過Sesam進行有限元建模計算得到外板板格一階固有頻率（空氣中）為67.5113Hz，見圖4。

圖4 外板板格固有頻率

對水中矩形板的固有振動頻率進行修正計算得到：單面帶水固有振動頻率為36.75 Hz;雙面帶水固有振動頻率為28.16Hz。故該處的外板板格在空載（單面帶水）的時候其板格的一階固有振動頻率和槳葉的3倍葉頻（39.99Hz）接近，裕度為8.8%；在滿載（雙面帶水）的時候其板格的一階固有振動頻率和槳葉的2倍葉頻（26.66Hz）接近，裕度為5.4%，不滿足局部振動頻率儲備值要求。

2）通過Sesam進行有限元建模計算得到外板板架的一階固有頻率（空氣）為65.3447Hz，見圖5。

圖5 外板板架固有頻率

對水中矩形板的固有振動頻率進行修正計算得到：單面帶水固有振動頻率為35.6 Hz；雙面帶水固有振動頻率為27.28Hz。故該處的外板板架在滿載（雙面帶水）的時候其板架的一階固有振動頻率和槳葉的2倍葉頻（26.66 Hz）接近，裕度為2%，不滿足局部振動頻率儲備值要求。

3 提出解決方案及減振效果的評估和對比

根據(jù)測量結(jié)果和計算結(jié)果，采取了以下減振措施：

1） No.12和No.13的縱艙壁 （圖1中1號和2號標(biāo)記處）在艙壁半高處加水平加強筋；

2）船底（圖1中3號標(biāo)記處）處加設(shè)船底縱桁（圖1中4號標(biāo)記），并對采取減振措施以后的船體結(jié)構(gòu)進行了振動測試。測試數(shù)據(jù)見表4～表6。

表4 加強后振動測試結(jié)果（50%螺距角）

表5 加強后振動測試結(jié)果（75%螺距角）

表6 加強后振動測試結(jié)果（90%螺距角）

加強后的后續(xù)船各測點局部振動值和《商船振動綜合評價基準(zhǔn)》的要求進行對照，各測點速度值均小于良好區(qū)域極限值4mm/s。該船的局部振動滿足要求。螺旋槳激振力直接作用區(qū)內(nèi)的板格中心的振動幅值明顯減小，也在允許范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

本文提供了船舶振動的分析和處理的實際工程案例。根據(jù)現(xiàn)場測試和計算分析，分析和查找原因，進而對結(jié)構(gòu)采取有效的加強措施，并經(jīng)過現(xiàn)場再次測試，滿足了《商船振動綜合評價基準(zhǔn)》的要求。

對于該類型工程船，由于螺旋槳功率較大，結(jié)構(gòu)相對比較弱。在設(shè)計階段，設(shè)計人員有必要采取經(jīng)驗公式等手段對尾部的局部板格和板架的固有頻率進行估算，以防止螺旋槳激勵頻率和結(jié)構(gòu)發(fā)生的共振現(xiàn)象。

［1］中國船舶工業(yè)總公司.船舶設(shè)計實用手冊（結(jié)構(gòu)分冊）［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2000.

［2］中國船級社.船上振動控制指南（2000）［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［3］李凱等.30 000 t大湖型散貨船有害振動的診斷和治理［J］.船舶工程 ，2009，（4）.

［4］吳佳蒙.集裝箱船的振動與響應(yīng)評估［J］.上海造船，2009，（4）.