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船舶振动及其管理方面的探讨

作者:未知

  摘 要:本文从一名船舶管理人员的角度,概述了引起船舶振动的主要因素,以及在日常管理中,根据船上已有的条件和技术,采取哪些措施使船舶振动控制在一个限定的范围之内,并以遇到的实际情况为例提出需注意的一些事项。
  关键词:振动;转速禁区;标准数值
  中图分类号:U661.44            文献标识码:A            文章编号:1006—7973(2019)05-0081-02
  船舶在运行过程中,由于要受到周期性的不平衡力和力矩作用,船舶的振动现象不可避免。而振动的存在,会使机件产生撞击和变形,增加机件的磨损,从而影响各机械设备的使用寿命,由于振动需要消耗能量,并且改变各部件的配合间隙和各种标准数值,使船舶的可靠性和经济性下降;同时振动还会使船员的工作条件恶化,损害健康,产生疲劳而酿成事故。因此,对于轮机管理人员来说,如何在日常管理工作中,依靠船上已有的技术和条件,控制船舶振动在合理范围之内,使船舶能够平衡运行,这可以说是机舱管理工作的一项重要任务。
  1 引起船舶振动的主要因素
  影响船舶振动的因素有多种多样,而且也极其复杂。其中柴油机及其推进轴系的振动为引起船舶振动的主要因素。
  柴油机是往复运动机械,它采用曲柄连杆机构把活塞的往复运动转换成曲轴的回转运动。由于曲柄连杆机构这种复杂的运动特点,必然要产生周期性变化的不平衡力和力矩,它们的存在不仅影响活塞,连杆和曲轴的强度,也影响连杆小端和大端轴承的负荷、润滑和磨损,同时还使柴油机产生振动并引起船体振动,甚至会导致柴油机和船体发生故障或损坏。
  船舶推进轴系在实际运转中会受到各种冲击和周期性的激振力的作用,主要有以下几种激振力:①柴油机气缸气体力、运动部件惯性力与重力等产生的作用在曲轴、曲柄销上的交变切向力和径向力;②螺旋桨在径向和周向都很不均匀的三维伴流场中运转时,受到的交变纵向和横向推力和力矩;③轴系部件运转时所产生的激振力和力矩。由于这些激振力和力矩的存在,将导致船舶推进轴系产生扭转振动、纵向振动和横向振动,造成轴系损坏或影响船舶的正常航行。
  2 日常管理中控制船舶振动的措施
  当然,设计、制造者会想尽各种办法来消弱引起船舶振动的因素。使它控制在一个限定的范围之内。如柴油机在其基座上设置弹性支承,弹性支承将柴油机产生的振动力源与船体隔开,使振动力源不传或少传到船体上。合理安排各缸的发火顺序,在曲轴上配置平衡块以改善内部平衡特征,减轻机身和轴承所受的作用力,改善其振动特性。合理选择螺旋桨桨叶和安装位置,减少螺旋桨的激振能。提高推进轴系的设计水平和加工精度,调整螺旋桨和轴系间夹角,来改善轴系的振动。而作为一名船舶实际使用的管理人员,我们如何依靠船上已有的条件和技术,把船舶振动控制在合理范围之内呢?
  2.1 回避“转速禁区”与共振
  柴油机在运行转速范围内,往往某一转速区段内船舶的振动会明显加剧。因此驾驶人员在操纵船舶时,要认识到这一点,尽量回避船舶长时间在“转速禁区”内运行,避免柴油机在有害转速区段内持续运转,造成不必要的振动加剧而带来的损害。
  对于局部的振动,如管系的共振,可以改变管系的振动惯性质量和弹性(柔度)的大小及其分布情况,管系中任何振动惯性质量和弹性(柔度)的改变都可以变动整个管系的自振频率,从而避开管系共振,达到减振目的。如某轮的柴油机柴油回油管由于振动激烈,造成柴油回油管与高压油泵回油管连接圆弧处几次发生断裂,漏油严重,甚至影响船舶作业,后来在柴油回油管上加装三角支撑,振动情况得到明显改善。这正是运用改变振动惯性质量来避开管系的共振。
  2.2 各种机械设备的使用数值是否符合说明书的标准
  船舶在出厂时厂方都会提供各种机械设备的使用说明书,说明书中都有各种机械设备的使用标准数值,这些标准值是经过设计、制造人员无数次试验而得出的,应该说是机械设备运行的最佳数值,除非我们能够确信使用其他的数值对船舶运行更加有利,否则不允许我们轻易的变动。
  (1)柴油机的喷油压力,喷油定时,气阀间隙是否符合要求。如柴油机的喷油压力降低,不仅会影响柴油雾化质量,而且会使喷油定时提早,燃烧恶化,工作粗暴,使柴油机振动加剧,甚至造成气缸积碳严重,活塞环密封不严漏气,柴油机可靠性和经济性下降,对船舶运行十分不利。在实际工作中本人遇到过这种情况;某轮主机运转时声音尖锐、振动较大,排气冒黑烟严重,经检查发现喷油压力仅为28Mpa,而按说明书要求为35Mpa,对喷油压力校正后主机运转平稳,排气冒黑烟现象改善。
  (2)各种部件的配合间隙和相对位置精度是船舶能够正常运行的关键。如柴油机活塞运动部件的失中,不仅加剧磨损,而且还会产生敲缸、拉缸等故障,使船舶无法正常运行。同样配合间隙的过大、过小都会对机件运行造成不利的影响。以拖轮上重要设备——绞缆机为例,某一新型绞缆机由于齿合间隙过大,运转时机件撞击力大,不仅声响异常,而且管系的固定螺丝、法兰螺丝因振动剧烈经常松动,甚至导致船舶无法作业。而绞缆机刹车带间隙过小,在放缆绳时同样也会导致机体声响异常,振动过大。
  (3)各种螺栓的拧紧度是否符合说明书的要求,轴系对中是否符合说明书的要求。以管系法兰螺栓为例,现在新造的船舶法兰床垫一般都安装尼龙垫,当初次拧紧螺栓时,由于尼龙垫存在一定弹性,螺栓拧紧度感觉已上紧。但由于船舶的振动,再加上尼龙垫存在老化现象,弹性会渐渐消失,螺栓会渐渐松动。一旦螺栓产生松动,管系振动会加剧,而振动加剧会进一步导致螺栓产生松动。本人刚上新船时就遇到这种情况,而且还是滑油主管路法兰螺栓松动,导致法兰尼龙床垫冲破,滑油在高压下大量泄漏,情形十分危险。因此,在滑油管路法蘭上不要使用尼龙床垫。   2.3是否按規定对船舶进行维护与操作
  在船舶运行过程中,总是伴随着各种摩擦和振动,因此机械设备的各种标准值并不是一成不变,而是在不断发生变化,当超过一定数值时,需要对其进行维修。维修是为了保持船舶机械设备的技术性能正常发挥采取的技术措施,船舶航行期间进行适时、充分的维修是保证船舶机械设备处于良好运行状态的主要手段,同时也可以减少船舶的修理工程和费用,它对延长船舶寿命,提高船舶营运的经济性,保证船舶安全航行、控制振动等有着直接关系。
  另外,船舶的振动与管理者的操作有着密切的联系。上述提到的转速禁区的回避就是明显例子。另外如果船舶在运行时,舵角变化过快、过大,油门突加突减都会使船舶振动明显加剧。当柴油机转速过高(超速)时,曲柄连杆机构会由于转速太高、惯性力过大,可能导致连杆螺栓断裂,机器强烈振动。因此管理人员在操作过程中要严格遵守各项操作规程和公司规定的各项规章制度。
  3 日常管理中需注意一些事项:
  船舶在运行过程中对于船舶振动问题的注意事项有多种多样,下面仅以本人遇到的实际情况,谈一些在日常管理中值得注意事项:
  3.1 注意新船维修间隔的变化
  对于刚投入营运不仅的新船来说,要注意某些方面的维修间隔,以6L28HLX主机为例,主机底脚固定螺栓的松驰情况检测,最初安装时为主机运转100小时,此后为每6000小时;增压器只在主机开始运转的100小时检查螺栓帽的松驰情况;同样测量主机曲臂的偏差只在最初的100小时进行,此后作为每3000小时检修。这是由于机械部件在刚装配时,各配合表面可能会不十分服帖。以主机底脚螺栓为例,其承受主机各缸周期性气体力产生的倾覆力矩,如松动将会使柴油机机座下面的垫床磨损,从而使机座局部下沉,导致曲轴臂距差的变化,影响曲轴的受力状态,当松动的螺栓数量增多时,还会加剧主机的振动,严重的可能使机座位移。
  3.2 各种机油是否添加到位
  机油能使各运动部件得到充分润滑,减少各机件的摩擦,从而有效减轻船舶振动。以本人遇到的实际情况为例:某轮刚出厂运转不久,中间轴承最后一道轴承出现渗油现象。起初怀疑可能轴承安装不正或轴承油封漏油。后来对整个轴系作仔细检查后发现,船厂工人在出厂对轴系中的万向节加过牛油不到位。后来重新给万向节加注足量牛油,渗油现象消失。事后分析,由于轴系万向节加注牛油不到位,万向节润滑不足,影响十字轴的滑动,导致轴系振动加剧,最后一道轴承渗油。
  3.3 各种滤器是否及时清洗
  有些细小的保养工作看起来不十分起眼,但同样十分重要,比如说各种滤器的清洗工作。某轮在运转过程中,发现些油机各缸排温逐渐升高,同时增压器也出现喘振现象。起初怀疑螺旋桨打桨,但观察柴油机各仪表数值的变化,柴油机的增气压力反而有所降低,经过仔细排查发现,发现增压器进口滤网被严重堵塞,造成柴油机进气量减少,使燃油得不到充分燃烧,造成排温升高,增压器发生喘振,清洗增压器滤网后,柴油机恢复正常运行。
  4 结束语
  船舶在运行时虽然振动不可避免,但机舱工作人员可以通过日常的管理把船舶振动控制在一个限定的范围之内。当发现船舶某些方面振动加剧时,作为机舱管理人员,要及时查找原因,注意任何一个细小的变化。船舶是否能够平稳运行,从某一方面也说明机械设备是否处于良好的运行状态,这也是衡量机舱管理人员工作的一种尺度。
  参考文献:
  [1]杜荣铭.船舶柴油机[M]. 大连海事大学出版社出版,1999.
  [2]满一新.轮机维护与修理[M]. 大连海事大学出版社出版,2000.
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