轴系校中计算时水润滑艉管轴承的等效支点位置分析及影响

为确定水润滑艉管轴承的等效支点位置,建立船舶推进轴系的有限元模型,利用多点支承模型,通过数值计算确定赛龙艉管轴承的等效支点位置,发现它并不在规范给出的范围内.仿真结果发现,随着艉管轴承刚度的增加,艉管后轴承的等效支点向后移动,而艉管前轴承的等效支点向前移动.     

轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响

针对某船舶轴系进行了不同位置、不同支承长度的轴承条件下固有振动特性分析.得到了不同位置不同支承长度的轴承对船舶轴系固有振动特性的影响.计算结果表明,不同位置轴承支承长度的变化对船舶轴系固有振动特性的影响有很大的不同.在所有的轴承中,船舶前后艉架轴承和船舶艉管轴承对船舶轴系的振动特性影响最大,同时这些轴承工作条件恶劣,在船舶正常运行过程中支承长度会发生很大的变化,因此在船舶运行过程中必须时刻注意这些轴承的性能变化.     

艉轴大跨距轴系校中计算

中、小型船舶吃水较浅,其螺旋桨转速快、直径小、重量轻,一旦艉管前后轴承跨距较大,艉管后轴承支点位置就将超出标准给定的范围。本文基于有限元法,将轴系简化为Timoshenko梁单元建立有限元模型,考虑船舶轴系实际安装间隙和基于赫兹接触理论计算的载荷-刚度曲线,使用不同支撑位置和多种支撑模型对艉轴大跨距轴系进行校中计算对比。研究发现,对于艉轴大跨距的轴系,CB/Z 338-2005中对艉管后轴承支点位置的取值已不适合。如果轴承支点选取准确,则单点刚性支承、单点弹性支承、多点非线性弹性支承的轴承负荷计算结果相近。     

船舶艉轴承的工作特性分析

根据某近海拖轮的推进系统,将其轴系进行分析和简化,并利用有限元软件ANSYS建立轴系横向振动的有限元模型,并分析船舶艉轴承发生磨损的原因。如果艉轴承支撑位置安装不当以及螺旋桨激励力的影响,会使轴承负荷分配不均,引起超负荷轴承的过度磨损。而艉轴承的过度磨损则会引起其支承长度的变化,不同位置轴承支承长度的变化对轴系固有振动特性的影响也不同。     

多支点推进轴系回旋振动对艉部船体的激励特性研究

为了提高水面舰船的声隐身性能,将推进轴系回旋振动作为艉部船体结构振动的激励源,建立了某水面舰船多支点推进轴系以及艉部船体的有限元模型,并针对两种边界条件下的轴系回旋振动模型进行了对比研究,重点开展了螺旋桨横向单位激励力下的轴系回旋振动对艉部船体的低频激励特性的分析,得到了回旋振动通过各轴承途径对船体的激励加速度、激励力以及传递功率流。研究表明,在进行回旋振动等动力学计算时,艉部船体的阻抗边界作用不可忽视;不论是考察振动加速度、传递动态力还是传递功率流,双臂艉轴架轴承都是最主要的传递路径,且与其它轴承相比较有明显的传递优势。在论文算例中13.5 Hz以及10 Hz是轴系回旋振动激励艉部船体的最主要的特征频率,需要重点关注。     

船舶艉轴承刚度和螺旋桨陀螺效应对轴系回旋振动特性影响的分析

当船舶轴系运行工况恶劣时,由于轴系后尾轴承与轴颈之间润滑不佳,使得轴承刚度发生较大变化,处于各向异性状态,这会影响轴系回旋振动特性。文章针对某大型集装箱船,在计入螺旋桨陀螺效应的基础上,借助于有限元ANSYS软件,研究了后艉轴承水平刚度单独变化对回旋振动固有频率、临界转速和振动响应的影响。其主要结果表明,后艉轴承水平方向刚度单独降低时,该方向上的横向振动固有频率降低,逆回旋振动固有频率在此基础上进一步降低;其轴频、叶频和倍叶频的正逆回旋临界转速和回旋振动响应均与各向同性时不同。     

艉部激励对船舶推进轴系回旋振动的影响

以某型船舶推进轴系为研究对象,将轴系受到的艉部激励分解为垂向、横向和轴向的3个分量,通过在艉轴承对应节点处计入相应方向的载荷来模拟艉部激励的不同分量,利用ANSYS计算从单向艉部激励分量和多向艉部激励分量共4种工况来探讨艉部激励对轴系回旋振动的影响规律。结果表明:艉部激励垂向分量、横向分量均可以激起轴系的回旋振动,且垂向分量比横向分量的影响更大;而艉部激励轴向分量对轴系回旋振动没有影响;0 Hz~100 Hz频率范围内,回旋振动的共振幅度随共振频率的增加而增大;在多个方向的艉部激励分量同时作用下,轴系在垂直和水平方向的振动响应是一致的。     

轴承油膜动力特性系数对轴系回旋振动影响

由于轴承油膜非线性特性的影响,轴承支承位置及其支承点数目对轴系回旋振动影响较大,运用滑动轴承的流体动力润滑原理计算分析轴承油膜刚度和阻尼动态特性分析,结果表明轴承内油膜刚度和阻尼呈非线性分布,各系数在方向上大小也不同。在此基础上,对某试验平台轴系上各轴承离散成等间距分布的多支撑点,分别计算每个支承点上的油膜动态性能系数,分析比较油膜动态性能系数各向同性和异性时对轴承回旋振动特性的影响,结果表明油膜动态性能耦合系数对轴承回旋振动在低频和共振频率阶段有较大影响。这一结论对轴系回旋振动低频噪声分析提供了一定理论依据,为更进一步研究其噪声辐射提供更为准确的分析方法。     

艉部激励对船舶推进轴系回旋振动的影响分析

船舶推进轴系作为整个船舶动力装置的重要组成部分，其稳定运转对于船舶的安全航行具有重大意义。然而推进轴系在实际运转过程中，会受到各种各样的艉部激励作用，进而引发轴系回旋振动。本文以某型船舶推进轴系为研究对象，将轴系受到的艉部激励分解为垂向、横向、轴向的三个分量，通过在艉轴承对应节点处计入相应方向的载荷来模拟艉部激励的不同分量，利用ANSYS计算从单向艉部激励分量和多向艉部激励分量共四种工况来探讨艉部激励对轴系回旋振动的影响规律。结果表明：艉部激励垂向分量、横向分量均可以激起轴系的回旋振动，且垂向分量比横向分量的影响更大；而艉部激励轴向分量对轴系回旋振动没有影响。0～100 Hz的频率范围内，回旋振动的共振幅度随共振频率的增加而增大；在多个方向的艉部激励分量同时作用下，轴系在垂直方向与水平方向的振动响应是一致的。     

3.5万吨级浅吃水经济型散货船推进轴系校中计算

本文分析了35000吨级浅吃水经济型散货船推进轴系校中计算结果及中间轴承实测负荷超出允许值的原因，并指出按现行推进轴系校中标准，进行单轴承支承桨轴的推进轴系校中计算结果存在的问题。按本文推荐的艉管后轴承支点的位置，可使该船的推进轴系校中计算结果满足轴系校中要求。