張生樂，許 銳，高亞坤

(武昌船舶重工集團有限公司，湖北 武漢 430060)

撓性接管安裝工藝對系統(tǒng)振動傳遞影響試驗研究

張生樂，許 銳，高亞坤

(武昌船舶重工集團有限公司，湖北 武漢 430060)

為了解撓性接管安裝工藝狀態(tài)對機械隔振系統(tǒng)振動傳遞特性的影響，選取某型船舶上典型的管路系統(tǒng)及撓性接管為研究對象，采用二分法進行了撓性接管不同安裝工藝偏差對系統(tǒng)振動傳遞特性影響的試驗研究。結(jié)果表明，在一定安裝工藝偏差范圍內(nèi)，船體結(jié)構(gòu)振級、馬腳下部振級、撓性接管遠設(shè)備端振級變化不大，在安裝過程中應(yīng)控制撓性接管工藝參數(shù)在規(guī)定偏差范圍內(nèi)。

撓性接管；工藝偏差；振動傳遞

0 引 言

船舶管路系統(tǒng)中傳遞的振動和噪聲直接影響到船舶的隱身性和安全性。此外，船舶在承受水下沖擊作用時，管系上的設(shè)備因沖擊作用會產(chǎn)生較大的瞬時位移，嚴(yán)重時會引起管系破損。因此，有必要對船舶管路系統(tǒng)采取有效的減振、抗沖措施。目前，撓性接管技術(shù)是有效控制方法之一，它不僅能隔離和衰減管路結(jié)構(gòu)振動和噪聲，還能補償設(shè)備與管路系統(tǒng)間因振動、沖擊引起的位移[1-2]。

撓性接管的隔振原理主要體現(xiàn)在 2 個方面：首先它的彈性膠管含有粘彈性材料，它具有內(nèi)摩擦阻尼特性，在力學(xué)上表現(xiàn)為應(yīng)變滯后于應(yīng)力，因而其σ-ε（應(yīng)力-應(yīng)變）曲線為遲滯回線，吸收管路系統(tǒng)的振動能量，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌?。其次撓性接管改變了管路系統(tǒng)的阻抗，從而形成了阻抗突變，阻礙振動的傳遞。

撓性接管的安裝狀態(tài)分為理想安裝狀態(tài)和不同安裝變形工藝狀態(tài)。理想安裝狀態(tài)是指撓性接管安裝位置處前后金屬管段的法蘭自然對中，無軸向、徑向以及扭轉(zhuǎn)等偏差工藝因素，確保撓性接管空管安裝時不承受前后金屬管段的安裝約束力。在撓性接管的實際使用過程中，由于前后金屬管段安裝時不可能完全自然對中，管體通?？赡軙惺軄碜暂S向變形、徑向變形、扭轉(zhuǎn)變形等各種安裝工藝偏差引起的靜態(tài)載荷，從而引起撓性接管阻尼及阻抗特性的變化，進而影響撓性接管的隔振效果。王強等[3-9]對幾種撓性接管的作用、研究現(xiàn)狀與進展進行了分析和試驗研究，但都是基于撓性接管在理想安裝狀態(tài)下進行的。本文基于安裝過程中的實際情況，開展了撓性接管在不同安裝工藝偏差下的特性變化對機械隔振系統(tǒng)振動傳遞特性影響的試驗，得出了在工程實際中聲學(xué)性能允許的撓性接管安裝工藝偏差范圍。

1 試驗方案

1.1 試驗?zāi)Ｐ秃驮O(shè)備

本次試驗選用與某型船舶一致的艙段臺架及浮筏、設(shè)備，通過購買該型船用隔振器、撓性接管、管路馬腳等，加工浮筏基座、管路等，安裝浮筏、海水泵及管路連接試驗系統(tǒng)，對浮筏配重，盡量保證試驗結(jié)構(gòu)與實船一致。試驗?zāi)Ｐ褪疽鈭D如圖 1 所示。其中海水泵為離心泵，轉(zhuǎn)速 2 900 r/min，排量 100 m3/h。進口撓性接管型號為 JYXR（H）030125S-225EA，出口撓性接管型號為 JYXR（H）030100S-225EA。

試驗時使用的主要儀器為 LMS 數(shù)據(jù)采集儀、控制電腦、振動加速度傳感器（41 個）、連接線等。試驗前在船體結(jié)構(gòu)上布置 9 個測點、下層隔振器上下端各布置 6 個測點、上層隔振器上下端各布置 4 個測點、撓性接管兩端軸向及垂向、馬腳上下端等位置布置振動加速度傳感器，試驗時開啟海水泵，測量各測點振動響應(yīng)。

1.2 試驗工況

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，撓性接管在安裝過程中可能出現(xiàn)的最大偏差為軸向 5 mm，徑向 5 mm，扭轉(zhuǎn) 2°。據(jù)此，確定撓性接管安裝工藝偏差對機械隔振系統(tǒng)振動傳遞影響試驗研究工藝參數(shù)最大值。采用二分法進行試驗，首先進行無變形和最大變形 2 種工況試驗，比較二者差異，若影響較大，則調(diào)小撓性接管的工藝參數(shù)，重復(fù)上述內(nèi)容繼續(xù)進行試驗，直至判斷出撓性接管在工程安裝中可容許的工藝參數(shù)范圍。若影響較小，則判定最大變形為撓性接管安裝工藝允許值。

2 試驗結(jié)果

2.1 撓性接管軸向變形

撓性接管存在軸向變形時各部位隔振效果及典型部位振動加速度總級變化對比如表 1 所示。其中負數(shù)表示數(shù)值較無軸向變形小，正數(shù)表示數(shù)值較無軸向變形大。

表 1 有無軸向變形時隔振效果及典型部位振級變化對比（10 Hz～10 kHz）Tab.1 Isolation effect and typical locations vibration magnitude with axial deformation（10 Hz～10 kHz） 單位：dB

由表 1 可知：

1）軸向變形在由 0 增大到 5 mm 的過程中，浮筏隔振效果、上層隔振器隔振效果、浮筏基座平均振級、進口撓性接管隔振效果等變化不大，均在 2 dB 以內(nèi)；

2）軸向變形在由 0 增大到 5 mm 的過程中，船體部位振級變化在 0.5 dB 以內(nèi)，馬腳下部振級變化較大，在軸向變形 5 mm 時變化達到 3 dB，進口撓性接管遠設(shè)備端振級變化在 1 dB 以內(nèi)，出口撓性接管遠設(shè)備端振級變化達到 2 dB；

3）下層隔振器在撓性接管軸向變形在由 1 mm 增大到 5 mm 的過程中隔振效果變化不大，但相較無軸向變形降低約 3 dB，整個變化無規(guī)律性；

4）進口馬腳隔振效果、進口馬腳下部振級、出口撓性接管隔振效果軸向變形在由 0 增大到 4 mm 的過程中隔振效果變化不大，但軸向變形增大到 5 mm 時效果急劇變差，差別在 3 dB 左右；

5）在軸向變形由 0 增大到 5 mm 的過程中，出口馬腳隔振效果及出口馬腳下部振級呈現(xiàn)直線變差的趨勢；

6）出口馬腳下部振級隨軸向變形的增大而增大，而進口馬腳下部振級無此規(guī)律，在軸向變形 5 mm 時進出口馬腳下部振級變化較大。

綜上，以船體部位振級、馬腳下部振級、撓性接管遠設(shè)備端振級為評判標(biāo)準(zhǔn)，撓性接管的軸向拉伸變形應(yīng)控制在 4 mm 以內(nèi)。

2.2 撓性接管徑向變形

撓性接管存在徑向變形時各部位隔振效果及典型部位振動加速度總級變化對比如表 2 所示。其中負數(shù)表示數(shù)值較無徑向變形小，正數(shù)表示數(shù)值較無徑向變形大。

由表 2 可知：

1）撓性接管無徑向變形與撓性接管徑向變形為 5 mm，對浮筏隔振效果、上下層隔振器隔振效果、進出口馬腳隔振效果的影響差別不大，都在 2 dB 以內(nèi)；

2）徑向變形在由 0 變化到 5 mm 時，船體部位振級、馬腳下部振級、進出口撓性接管遠設(shè)備端振級變化不大，均在 2 dB 以內(nèi)；

3）撓性接管徑向變形為 5 mm 時撓性接管隔振效果較無徑向變形時變差，進口撓性接管差別在 2 dB 以內(nèi)，出口撓性接管差別約為 3 dB；

4）進口撓性接管隔振效果優(yōu)于出口撓性接管隔振效果。

表 2 有無徑向變形時隔振效果及典型部位振級變化對比（10 Hz～10 kHz）Tab.2 Isolation effect and typical location’s vibration magnitude with radial deformation（10 Hz～10 kHz） 單位：dB

綜上，以船體部位振級、馬腳下部振級、撓性接管遠設(shè)備端振級為評判標(biāo)準(zhǔn)，撓性接管徑向變形應(yīng)控制在 5 mm 以內(nèi)對聲學(xué)效果影響不大。

2.3 撓性接管扭轉(zhuǎn)變形

撓性接管存在扭轉(zhuǎn)變形時各部位隔振效果及典型部位振動加速度總級變化對比如表 3 所示。其中負數(shù)表示數(shù)值較無扭轉(zhuǎn)變形小，正數(shù)表示數(shù)值較無扭轉(zhuǎn)變形大。

表 3 有無扭轉(zhuǎn)變形時隔振效果及典型部位振級變化（10 Hz～10 kHz）Tab.3 Isolation effect and typical location’s vibration magnitude with torsional deformation（10 Hz～10 kHz） 單位：dB

由表 3 可知：

1）撓性接管無扭轉(zhuǎn)變形與撓性接管扭轉(zhuǎn)變形為2°，對浮筏隔振效果、上下層隔振器隔振效果、進出口撓性接管隔振效果、浮筏基座平均振級等的影響差別不大；

2）扭轉(zhuǎn)變形在由 0° 變化到 2°時，船體部位振級、進出口撓性接管遠設(shè)備端振級變化不大，均在 1 dB 以內(nèi)；

3）撓性接管扭轉(zhuǎn)變形為 2°時，進口馬腳的隔振效果降低約 3 dB，但進口馬腳下部振級差異不大，出口馬腳隔振效果及出口馬腳下部振級均有所變差，但變化不大，在 2 dB 以內(nèi)；

4）扭轉(zhuǎn)變形由 0° 增大到 2°時，浮筏隔振效果、上下層隔振器隔振效果均變小，但差別都不大。

綜上，以船體部位振級、馬腳下部振級、撓性接管遠設(shè)備端振級為評判標(biāo)準(zhǔn)，撓性接管的扭轉(zhuǎn)變形應(yīng)控制在 2°以內(nèi)。

3 結(jié) 語

1）撓性接管軸向變形在 0～4 mm 時滿足聲學(xué)性能要求，當(dāng)軸向變形達到 5 mm 時聲學(xué)性能急劇下降，在安裝撓性接管時應(yīng)控制軸向變形不能超過 4 mm；

2）撓性接管徑向變形 5 mm 時，聲學(xué)性能與無徑向變形變化不大，在安裝撓性接管時應(yīng)控制徑向變形在 5 mm 以內(nèi)；

3）撓性接管扭轉(zhuǎn)變形為 2°時，撓性接管隔振效果滿足聲學(xué)性能要求，在安裝撓性接管時應(yīng)控制扭轉(zhuǎn)變形指標(biāo)為 2°。

[1]Naval Engineering Slandard, Ministry of Defence, U.K., Requirements for Flexible Rubber Pipe Assemblies and Bellows for Use in Systems from Vacuum to 10 bar[S].2000.

[2]朱石堅, 何琳.船舶減振降噪技術(shù)與工程設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社, 2002.

[3]SHUAI Chang-geng, HE Lin, LV Zhi-qiang, The development of studying flexible pipe bend reinforced by Kevlar Fibers[J].Journal of Marine Science and Application, 2003, 2(2): 61-66.

[4]鄧亮, 周煒, 何琳.JYXR型撓性接管減振性能試驗研究[J].船海工程, 2002(4): 9-11.

[5]葉偉, 郭偉, 何琳, 等.肘型撓性接管沖擊特性試驗研究[J].振動與沖擊, 2010, 29(6): 159-163.YE Wei, Guo Wei, He Lin, etc.Study on method for testing the mi pact characteristics of flexible elbow pipe[J].Journal of Vibration and Shock, 2010, 29(6): 159-163.

[6]梁向東, 付愛華.非金屬阻尼與撓性接管在管路減振中的作用[J].噪聲與振動控制, 2002(2): 30-31.LIANG Xiang-dong, FU Ai-hua.Vibration decrease caused by nonmetal damping on the pipe and flexibility tube in the pipe[J].Noise and Vibration Control, 2002, (2): 30-31.

[7]柴小文.艦船用撓性接管技術(shù)現(xiàn)狀和進展[J].噪聲與振動控制, 2007(5): 13-16.CHAI Xiao-wen.The technological status and development of flexible rubber pipe and bellows in ship[J].Noise and Vibration Control, 2007(5): 13-16.

[8]王強, 張宗安, 丁煒, 等.袖套式撓性接管性能及管路減振效果的試驗研究[J].噪聲與振動控制, 2002(1): 2-5.WANG Qiang, ZHANG Zong-an, DING Wei, etc.Experimental investigation on the properties of a rubber hose and its effect on vibration attenuation of piping system[J].Noise and Vibration Control, 2002(1): 2-5.

[9]梁向東, 不同工作壓力下?lián)闲越庸軠p振特性試驗研究[J].噪聲與振動控制, 2001(5): 44-46.LIANG Xiang-dong.The experiment study about the property of flexibility tubes at different working pressure[J].Noise and Vibration Control, 2001(5): 44-46.

Experimental study on the flexible pipe fixxing technology and the vibration transfer of the system

ZHENG Sheng-le, XU Rui, GAO Ya-kun
(Wuchang Shipbuilding Induatry Group Co., Ltd., Wuhan 430060, China)

In order to understand the Influence on flexible pipe fixing technology state to the vibration transfer of the machine vibration isolation system, the typical pipeline and flexible pipe of one ship was chose as the object, and the experiments about flexible pipe different fixing technology deviation to the vibration transfer of the machine vibration isolation system in dichotomy were carried out.The results showed that if the deviation was in fixed scope of fixing technology deviation, the hull vibration acceleration level, vibration acceleration level of the flexible support's bottom, and vibration acceleration level of the flexible pipe's lies beyond equipment, which change are little.The flexible pipe fixxing technology deviation should be controlled in fixing.

flexible pipe；technology deviation；vibration transfer

TB535+.1

：A

1672-7619(2017)01-0100-04doi：10.3404/j.issn.1672-7619.2017.01.020

2016-05-08；

: 2016-09-26

張生樂(1983-)，男，工程師，主要從事船舶管路系統(tǒng)振動與噪聲控制研究。