藍(lán)志云　晏鳳祥

（上海外高橋造船有限公司，上海200137）

船舶輪機(jī)

17.7萬(wàn)噸散貨船尾部異響分析研究

藍(lán)志云晏鳳祥

（上海外高橋造船有限公司，上海200137）

針對(duì)17.7萬(wàn)噸散貨輪船的螺旋槳在貨船滿(mǎn)載的狀態(tài)下，機(jī)艙尾軸區(qū)域出現(xiàn)噪聲這一問(wèn)題，分別從尾軸、中間軸承、螺旋槳三個(gè)方面進(jìn)行分析、研究和探討，最終找出產(chǎn)生機(jī)艙尾軸區(qū)域噪聲的原因是螺旋槳鳴音，提供了解決螺旋槳鳴音問(wèn)題的方法以及途徑，由此解決了機(jī)艙尾軸區(qū)域出現(xiàn)的噪聲問(wèn)題，供船舶輪機(jī)設(shè)計(jì)及修造人員參考。

螺旋槳；中間軸承；隨邊；防鳴音裝置

1　故障現(xiàn)象

某17.7萬(wàn)噸新造散貨船于2013年5月交付營(yíng)運(yùn)，主機(jī)采用國(guó)產(chǎn)B&W 6S70MC（建造于2009年11月），額定功率1×6 860 kW，額定轉(zhuǎn)速91 r/min。螺旋槳國(guó)產(chǎn)，直徑8 200 mm，螺距5 752 mm，4葉片，旋向正向，銅質(zhì)合金。

2013年6月，船舶正常航行，機(jī)艙尾軸區(qū)域出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的噪音，當(dāng)船舶滿(mǎn)載、主機(jī)半/全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主機(jī)尾軸附近出現(xiàn)不明噪聲；當(dāng)船舶處于壓載狀態(tài)時(shí)，該噪音還伴隨有規(guī)則的金屬敲擊聲。由于船舶正常航行時(shí)機(jī)艙噪音較大，不能確定確切噪聲源，只能知道在尾軸或中間軸承周?chē)?/p>

2　故障分析

針對(duì)該故障現(xiàn)象，首先從尾軸軸系方面入手，針對(duì)可能產(chǎn)生的噪聲源分析如下。

2.1尾軸原因分析

該船于2013年9月靠港時(shí)，針對(duì)尾管滑油狀態(tài)、尾密封、尾管軸承前負(fù)荷等問(wèn)題進(jìn)行逐項(xiàng)核實(shí)。根據(jù)船上記錄，海水溫度30℃時(shí)，尾軸軸承溫度穩(wěn)定在40℃～42℃（海水溫度18℃時(shí)，滑油溫度31℃）。從尾滑油管取樣閥中提取油樣分析，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)金屬雜質(zhì)顆粒。尾密封無(wú)海水泄漏情況，滑油溫度隨海水變化正常。測(cè)量尾管軸承前負(fù)荷，結(jié)果見(jiàn)表1。（吃水：船首13 m，船尾14 m。）

表1　負(fù)荷測(cè)量表距離單位為1/100 mm

根據(jù)軸承負(fù)荷Rm計(jì)算公式：

式中：A——Area of jack piston，千斤頂?shù)幕钊娣e；

R——Actual bearing loads，軸承的實(shí)際負(fù)荷；

C——Correction factor which depended on the jack position，頂舉系數(shù)，千斤頂支撐位置不同，頂舉系數(shù)亦有所不同

由此計(jì)算軸承負(fù)荷12.4 t，約等于121.7 kN（見(jiàn)圖1）。

對(duì)比該船試航軸承負(fù)荷（10.9 t，106.8 kN），根據(jù)測(cè)量結(jié)果確定尾軸處于正常狀態(tài)，不存在偏磨、對(duì)中不良、軸系負(fù)荷變換等問(wèn)題。據(jù)此，基本可以排除尾軸金屬敲擊噪聲源原因。

2.2中間軸承原因分析

中間軸承原因（包括中間軸滑油質(zhì)量、中間軸軸瓦、間隙、中間軸軸承負(fù)荷等）；

圖1　壓力和位移曲線

在未拆開(kāi)上端蓋的情況下，用塞尺測(cè)量了軸系間隙，結(jié)果見(jiàn)表2（單位mm，船舶吃水船首13 m，船尾14 m）。

表2　軸系間隙

檢查中間軸下軸瓦，發(fā)現(xiàn)中間一塊出現(xiàn)80 mm的輕微劃痕（圖2，需要指出的是80 mm的劃痕與中間軸運(yùn)動(dòng)方向不一致，基本可以判定不是使用導(dǎo)致），對(duì)軸瓦進(jìn)行清潔修復(fù)。

圖2　中間軸承下軸瓦

軸瓦裝復(fù)，加注滑油，重新測(cè)量軸系間隙，結(jié)果見(jiàn)表3（單位mm，此時(shí)前吃水11.90m，后吃水11.66m）。

表3　軸系間隙2

測(cè)量中間軸承負(fù)荷，見(jiàn)表4。

表4　負(fù)荷測(cè)量表距離單位為1/100 mm

根據(jù)軸承負(fù)荷計(jì)算公式：

式中：A——Area of jack piston，千斤頂?shù)幕钊娣e

計(jì)算軸承負(fù)荷4.4 t，約等于43.3 kN（見(jiàn)圖3）試航軸承負(fù)荷3.8 t，37.2 kN，前吃水11.90，后吃水11.66。

圖3

以上檢查結(jié)果證明該船軸系處于正常工作狀態(tài)，不可能出現(xiàn)噪聲/敲擊聲。針對(duì)船東提供的噪聲錄音，再次分析后，我們將噪聲源對(duì)準(zhǔn)了螺旋槳。

2.3螺旋槳鳴音問(wèn)題

目前判定螺旋槳鳴音通用的技術(shù)相對(duì)成熟的方法是轉(zhuǎn)舵試驗(yàn)，即在出現(xiàn)噪聲時(shí)左右轉(zhuǎn)舵觀察噪聲變化情況。結(jié)果如下：該船在滿(mǎn)載狀態(tài)下，主機(jī)轉(zhuǎn)速76.2 r/min，航速23 km/h，正舵，天氣狀況良好，尾軸區(qū)域出現(xiàn)持續(xù)噪聲。

1）向右轉(zhuǎn)舵5°，4 min后當(dāng)航速降低到21.85 km/h時(shí)噪聲消失；回正舵航速恢復(fù)至23 km/h時(shí)，噪聲出現(xiàn)；向左轉(zhuǎn)舵5°，情況相同；

2）向右轉(zhuǎn)舵10°，3min后當(dāng)航速降低到21.30km/h時(shí)噪聲消失；回正舵航速恢復(fù)至23 km/h時(shí)，噪聲出現(xiàn)；向左轉(zhuǎn)舵10°，情況相同。

據(jù)此，可以確定噪聲是螺旋槳鳴音問(wèn)題。

試驗(yàn)研究表明，螺旋槳鳴音主要是由于槳葉隨邊（Pressure side，即壓力側(cè)，螺旋槳逆時(shí)針運(yùn)轉(zhuǎn)，主機(jī)倒車(chē)時(shí)先進(jìn)水一側(cè)）發(fā)放漩渦的頻率與槳葉震動(dòng)最大振幅的結(jié)構(gòu)響應(yīng)頻率一致引起的，發(fā)放頻率與響應(yīng)頻率與一致，則這些尾緣就有可能開(kāi)始振動(dòng)，當(dāng)鄰近剖面的尾緣也以接近上述頻率發(fā)生漩渦時(shí)，就增加了槳葉隨邊震動(dòng)的相關(guān)長(zhǎng)度，使脈動(dòng)力和振幅相應(yīng)加大。如這個(gè)過(guò)程持續(xù)擴(kuò)展，直到葉片大部分都受到影響，產(chǎn)生強(qiáng)烈的葉片振動(dòng)，從而導(dǎo)致所謂螺旋槳的鳴音。

消除鳴音的有效辦法一般是采用修削槳葉的隨邊（隨邊邊緣由圓弧形打磨成直線型，通稱(chēng)為防鳴音處理Anti-singing），由尾渦發(fā)生頻率的估算公式得知，改變發(fā)放頻率，只要改變槳葉尾隨的厚度即可。如果尾隨相當(dāng)薄，后駐點(diǎn)固定，發(fā)放的交替渦就幾乎不存在。另外，剖面尾緣的形狀對(duì)于發(fā)放渦的強(qiáng)度和頻率也有很大影響，因?yàn)樗鼪Q定了尾緣形成的渦街橫向和縱向間距之比。如果用帶有不同銳角楔形尾緣的平板在流場(chǎng)中作觀察，可發(fā)現(xiàn)越尖銳的楔形尾緣，產(chǎn)生的尾渦也越狹窄，渦的發(fā)放頻率也越高，渦強(qiáng)也越弱。對(duì)于螺旋槳槳葉尾緣，因必須保證一定強(qiáng)度，不能把尾緣修削得相當(dāng)薄或非常尖銳。因此要消除實(shí)槳的鳴音，可采取控制隨邊的銳度和尾緣的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。修削后的尾緣，其發(fā)放頻率一定要遠(yuǎn)離槳葉的鳴音頻率，一般應(yīng)使0.7R（R代表螺旋槳半徑）槳葉半徑處的鋪面尾渦發(fā)放頻率為鳴音頻率的2.5倍以上，才能在整個(gè)航速范圍內(nèi)完全消除鳴音。因此，我們認(rèn)為對(duì)實(shí)槳槳葉隨邊的修削范圍應(yīng)從0.95R至0.4R槳葉半徑處剖面的尾緣為止。每個(gè)鋪面尾緣都削成楔形，槳葉外半徑的楔形角定位21°逐漸過(guò)度到內(nèi)半徑的27°。

3　故障排除工藝措施

1）確定0.3R（半徑）隨邊邊緣點(diǎn)位置。使用卷尺，貼合在隨邊邊緣線上，并按線性延伸至槳榖小端外圓線處。以槳榖小端外圓處作為零點(diǎn)，則長(zhǎng)度742 mm處即為0.3R位置，標(biāo)記0.3R位置。

2）通過(guò)下表數(shù)據(jù)，分別確定0.4R～0.95R位置，并標(biāo)記對(duì)應(yīng)的截面半徑，見(jiàn)圖4和表5（注：長(zhǎng)度是沿著隨邊邊緣輪廓測(cè)量）。

表5　隨邊邊緣半徑位置

圖4　防鳴音處理（0.5R-葉尖）引用［1］

3）根據(jù)第2）步所確定的截面半徑位置，使用新防鳴音樣板沿著邊緣法線方向研各個(gè)截面半徑處的防鳴音；

①用鋼尺光順連接各個(gè)截面半徑處防鳴音邊界，然后畫(huà)出隨邊防鳴音邊緣線（見(jiàn)圖5）；

圖5　隨邊（修削前）

②研出各截面之間的防鳴音，根據(jù)ISO 484/1∶1981標(biāo)準(zhǔn)，樣板可以閃縫0.75 mm（見(jiàn)圖6）；

③整個(gè)隨邊防鳴音光順、拋光處理。

圖6　隨邊（修削后）

4　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)螺旋槳制造公差標(biāo)準(zhǔn) （ISO 484-1∶1981），177 000 DWT船螺旋槳截面長(zhǎng)度公差為：（D/Z）×（±2%）=（8 200/4）×（±2%）=41 mm。經(jīng)過(guò)截面實(shí)際放樣，在原來(lái)防鳴音邊基礎(chǔ)上加工新的防鳴音最大需要向槳葉里邊縮1.8 mm，符合螺旋槳的制造公差要求。實(shí)船修改后，螺旋槳鳴音問(wèn)題消失。為了使柴油機(jī)能充分發(fā)揮作用，同時(shí)得到較高的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和較長(zhǎng)的壽命，對(duì)一臺(tái)指定的柴油機(jī)必須選配一個(gè)合適的螺旋槳，使柴油機(jī)的功率得到充分利用，而且使柴油機(jī)的功率在全部運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都不超出允許的范圍。這要求船廠設(shè)計(jì)部門(mén)在螺旋槳選材方面，要更加切實(shí)考慮螺旋槳實(shí)際運(yùn)行工況，建造出高質(zhì)量船舶。

［1］錢(qián)耀南.船舶柴油機(jī).大連海事大學(xué)出版社，2000.

Analysis of Noise From 177 000 DWT Bulk Carrier Stern Shaft

Lan Zhi-yunYan Feng-xiang

（Shanghaiwaigaoqiao Shipbuilding Co.，LTD.，Shanghai 200137，China）

When 177 000 DWT bulk carrier was in full load condition，the crew found some noise problem in the ship's propeller shaft area.The stern shaft，intermediate bearing，propeller were analyzed，finally it was found out that noise problem came from the propeller singing.Solution had been provided to solve the problem of propeller singing.Thus，the noise problem in the stern area was avoided.This article could serve as a reference for ship designer and builder.

propellers；intermediate bearing；pressure side；anti-sining device

U674.13+4

A

1001-4624（2015）01-0066-04

2014-07-02；

2015-04-20

藍(lán)志云（1971—），女，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事船舶質(zhì)量管理工作。晏鳳祥（1983—），男，工程師，從事船舶檢驗(yàn)工作。