轴系扭振故障机理研究和预防对策

总结了近年来船舶轴系扭振故障的研究成果，从疲劳机理，振型、共振、计算与实测比较以及扭转－轴向耦合振动几个方面，分析了五种典型实例产生扭振故障的原因，讨论了调整系统固有频率对改善扭振特性的影响，提出了几种调频减振的方法。     

船舶轴系扭振计算中若干问题的研究

对船舶轴系扭振计算中最为主要的公式,平均指示压力、气体力所产生的干扰力矩、外阻尼等进行探讨和修正。完善了船舶轴系扭振计算,提高扭振计算的精度。对MAN B＆W 90MC型柴油机实例计算及实船测量结果表明,平均指示压力降低了5．3％,气体力所产生干扰力矩降低了3．1％,外阻尼降低了8．29％,而船舶轴系扭振应力的计算精度也相应地提高了3．23％。     

含有皮带驱动附件的船舶柴油机轴系扭振分析

按照造船规范,船舶柴油机轴系扭振计算中,皮带驱动部件可不予考虑。在测试中发现,1台含皮带驱动附件的柴油发电机组轴系扭振固有频率测试值多于计算值。在传统计算模型上增加皮带驱动部件后,并根据实际布置形式建立带分支的扭振计算模型,轴系固有频率的计算与测试结果吻合。分析表明:皮带系统对轴系的扭振存在不可忽视的影响,而且若皮带及驱动设备的参数选择不当,可使轴系扭振固有频率在机组额定转速附近,威胁轴系安全运行。     

某船舶推进轴系扭振计算分析

提高轴系扭振计算精度,必须有精确的原始参数,以准确掌握船舶轴系扭振情况。在有限元分析软件中,建立曲柄半拐等的三维模型,用有限元分析方法精确的确定了各质量、轴段的转动惯量、扭转刚度等精确原始参数。基于建立的实船轴系当量系统,计算出了各结自由振动的频率及对应的共振转速,自由端和飞轮输出端的振幅,分析了轴段应力和扭矩随曲轴转角及转速的变化关系。结果表明在整个转速范围内,扭转振幅小于限定值,轴段的最大扭矩和应力均小于材料许用值,本船舶轴系扭转振动状况是良好的。     

MTU柴油机推进轴系的联轴器匹配研究及扭振特性预报

[目的]为明确中、高速柴油机与多弹性联轴器匹配的扭振计算方法及推进轴系扭振特性,[方法]以某船MTU柴油机推进轴系为研究对象,分析与之匹配的多弹性联轴器选型方法,建立MTU柴油机推进轴系的扭振计算模型,分析MTU柴油机的激励特性和推进轴系扭振特性,开展MTU柴油机与多弹性联轴器匹配系列轴系的扭振特性预报,并提出基于实测振幅和解析法的阻尼修正推算方法,用以修正轴系扭振特性的预报结果。[结果]研究结果表明:实测共振频率与计算频率吻合;经修正,共振转速处的曲轴应力降低了16%,弹性联轴器的振动扭矩降低了15%,验证了扭振计算方法的正确性。[结论]所得结论可为后续同型舰船的轴系扭振分析提供工程参考。     

船舶柴油机轴系扭振测试程序软件集成开发平台

扭振会对船舶柴油机轴系产生较大的不利影响,致使轴系发生故障或者断裂,需要对其进行精准的测试。为了提升柴油机轴系扭振测试的准确性,设计扭振测试程序软件集成开发平台,其硬件包括传感器选型单元、采集卡选型单元与调理电路设计单元,软件包括扭振测试数据处理模块与轴系扭振计算模块。通过上述硬件单元与软件模块的设计,实现了船舶柴油机轴系扭振测试程序软件集成开发平台的运行。实验结果表明,在共振转速27 r/min时,减振器内外圈振幅分别为3.3°与4.4°,与实测数值保持一致,证实设计平台具备可行性。     

实测法验证硅油减振器扭振参数

硅油减振器是船舶轴系中重要的减振部件,但其生产厂家往往仅根据理论给出其阻尼等关键参数,即假定减振器发挥最佳阻尼,实船测试结果表明,这种假定并不准确。通过理论计算和柴油机台架测试,给出确定硅油减振器扭振参数（当量惯量、阻尼）的有效方法。实测结果表明,该方法操作方便,能较好地验证柴油机和硅油减振器的扭振参数。     

船舶推进轴系扭转振动减振研究

结合具体实例探讨了改变轴系某些参数对其固有频率的影响,得出减振调频的主要方法和规律。针对某轴系实例,运用减振调频的具体方法对初始计算结果进行分析,对参数进行修正,最终达到规范的要求,消除了扭振故障的威胁。     

带有阻尼减振器系统的扭转振动计算的简化方法

对于一般的扭振装置,在国内外已逐渐形成一套大家比较熟悉的扭振计算方法,即基于实测经验数据的共振计算和近似非共振计算的分别运算法与目前正在发展的以阻尼线性化为基础的综合运算法。显然,当系统带有大阻尼的扭振减振器以后,由于减振器中较大阻尼的影响,运用分别运算法进行强制扭振计算将会产生较大的误差,包括最大振幅工况的移动,振幅的平缓化,振型的较大变异及其立体化等等。而运用综合运算法,则由于计算工作量的剧增,以致必须依靠较大型的电子计算机才能完成计算工作。     

船舶推进轴系扭振激光测试技术

本文介绍船舶推进轴系扭振的激光测试原理与方法，并将实测数据与轴系扭振电测法测试数据及理论计算数据进行对比分析，得到满意的结果。轴系扭振激光测试不仅测试数据可靠，而且测试简单、安装方便，无需任何附件，适用于各类轴系的扭振测试工作。对于利用其它方法无法测试的轴系显示了不可比拟的优越性。     

基于有限元的轴系回旋振动响应计算及试验

为更好地了解轴系振动对舰船声辐射的影响,以某台架轴系为研究对象,基于Workbench软件建立仿真分析,对轴系回旋振动涡动频率及响应和轴系振动对轴承基座的影响进行研究。研究表明,有限元法计算所得回旋振动的固有频率与传统的传递矩阵法结果一致。通过轴系激励力的分析,给出有限元法回旋振动响应的分析方法,获取轴系振动的位移响应。提取轴承处频域激励力施加于尾轴承上,得到尾轴承基座上点的振动响应加速度。设计台架测试方案,通过试验验证轴系振动的位移响应和轴承基座振动加速度响应计算的正确性。基于有限元的轴系回旋振动涡动频率及响应提出的计算方法,可为推进轴系振动对舰船声辐射的研究提供一定的理论指导。     

双机并桨船舶推进轴系扭转振动分析

以某滚装船为例,分析了由两台8ZAL40S主机通过齿轮啮合共同驱动一根螺旋桨轴旋转的复杂船舶推进轴系的自由扭转振动和强迫扭转振动,按照相关船级的要求进行了校核,满足安全性要求.在此基础上,重点计算了两台主机发火间隔角的匹配对轴系扭转振动所产生的影响.对合理选择同一系统中多台主机的发火相位差角,避免对轴系扭转振动产生有害影响等方面进行了研究.     

低速柴油机推进轴系频域稳态扭转振动分析

以载重10 000 t低速柴油机推进轴系为研究对象，创建其当量系统模型。基于系统矩阵法对推进轴系进行自由振动分析，求得扭转振动固有频率和振型。研究柴油机在全转速下的气体和往复惯性激励力矩，针对推进轴系在柴油机和螺旋桨共同激励下的频域稳态扭转振动响应特性进行计算，求得推进轴系扭转振动的主谐次、共振转速点和推进轴系各部件的应力值。结果表明，推进轴系在低阶频率振动时气缸和中间轴振幅较大，推进轴系应力远小于材料的屈服强度，船舶能够安全稳定航行，同时为推进轴系时域瞬态扭转振动研究打下基础。     

考虑船舶影响的升船机结构动力特性

运用ANSYS有限元软件建立了包含塔柱、承船厢、水体、船舶、提升系统等构件的大型垂直升船机整体模型,计算分析了升船机结构的动力特性。计算结果表明:横荡、扭转、纵荡是承船厢结构低阶主要振型。厢内有船会降低承船厢系统的自振频率,其有船与无船工况下横荡自振频率分别为0. 130 9 Hz和0. 280 5 Hz;升船机整体结构低阶特征振型主要包括整体系统的横向摆动、绕竖向的扭转、纵向摆动。承船厢内有无船舶计算得到的同种振型下升船机整体结构的自振频率相差很小,表明船舶对升船机整体结构自振特性的影响不大;承船厢位置的升高会使得升船机整体结构的自振频率降低;承船厢位置的变化对升船机低阶振型影响较大,对高阶振型的影响较小。     

舰船复杂轴系扭振计算的通用模型及系统矩阵法研究

建立舰船复杂轴系扭转振动计算的通用模型,采用系统矩阵法对舰船复杂轴系进行扭振计算,并在Matlab中编制相应的计算程序,实例计算结果证明这种建模和计算方法在解决舰船复杂轴系扭振计算方面的有效性。     

基于液压阻尼减振器的轴系纵振控制研究

在船舶主推进轴系中安装液压阻尼减振器可减小轴系的纵向振动。首先对安装被动式液压阻尼减振器的船舶主推进轴系进行数学模型简化,推导推力轴承基座处的力传递率公式与加速度插入损失公式,并分析液压阻尼减振器的结构参数对减振效果的影响。轴系台架试验表明,插入损失计算结果与测试结果吻合较好。然后,采用单神经元自适应PID控制器,将原有的被动式液压阻尼减振器变为主动式液压阻尼减振器,分析在周期载荷和随机载荷激励下力传递率随时间的变化。计算结果表明,合理选择液压阻尼减振器的参数能有效地实现纵向减振,且单神经元自适应PID主动控制单元能进一步抑制力传递率的峰值。     

船体变形对轴系横向振动的影响研究

船体变形是影响船舶推进轴系振动的一个重要因素,但目前对于轴系横向振动的研究都是在基于船体为刚性体,不发生变形的前提下进行。针对某散货船,采用有限元法建立了船体变形下,轴系中心线垂向相对变形对轴系横向振动影响的计算方法和流程。结果表明:船体在不同工况下,轴系中心线垂向相对变形对轴系横向振动固有频率有着显著的影响。     

船舶推力轴承弹性支承的轴系纵振减振性能研究

运用结构弹性波理论,以推力轴承及其弹性支承系统作为一端边界条件,建立推进轴系纵向振动理论模型,详细推导轴系纵向振动特征频率方程,基于泰勒级数展开得到轴系纵振一阶固有频率估算解析式;结合某型船舶参数,重点对比研究集成隔振系统与RC支承子系统对轴系纵振衰减效果,分析结果表明:集成隔振系统能够在较大频段内有效衰减轴系纵向振动,而RC支承子系统表现动力吸振特性;在保证轴系运行安全性的基础上,增大集成隔振系统质量或减小RC支承子系统质量有助于扩大减振频段。