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      船舶管路中高頻振動(dòng)成因分析及控制策略研究

      2017-04-10 02:18余欣
      山東工業(yè)技術(shù) 2017年7期
      關(guān)鍵詞:管路控制措施

      余欣

      摘 要:船舶管路中高頻振動(dòng)是影響船舶正常運(yùn)行的主要因素,一旦高頻振動(dòng)嚴(yán)重,就會發(fā)出刺耳的聲音,嚴(yán)重時(shí)還將產(chǎn)生不良問題。本次研究中,主要利用管路減振工程實(shí)例進(jìn)行分析,了解管路振動(dòng)的特點(diǎn),掌握了不同振動(dòng)對管路高頻振動(dòng)控制效果的影響,并針對性提出了控制管路高頻振動(dòng)的方法,以期給研究人員提供參考。

      關(guān)鍵詞:管路;高頻振動(dòng);控制措施

      DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.021

      1 掌握管路振動(dòng)的特性

      船舶航行中,對其內(nèi)部系統(tǒng)具有較高要求。內(nèi)部系統(tǒng)是傳播動(dòng)力設(shè)備的重要組成部分,可以給船舶運(yùn)行提供基礎(chǔ)的動(dòng)力,同時(shí)也產(chǎn)生了一些不利振動(dòng)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),船舶上所安裝的管路都具有分布廣的特點(diǎn),一旦管路發(fā)生振動(dòng),將會將振動(dòng)傳遞到船體結(jié)構(gòu),直接影響了傳播噪聲性能。因此必須控制好管路振動(dòng),降低船舶振動(dòng)噪音,保證傳播安全運(yùn)行。從實(shí)際分析可知,管路振動(dòng)主要受以下兩方面因素影響。一方面動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行中向管路傳遞了振動(dòng)。管路與動(dòng)力設(shè)備相連,隨著設(shè)備的振動(dòng),可以直接將能量傳遞給管路,進(jìn)而導(dǎo)致管路發(fā)生振動(dòng)。此階段中,管路振動(dòng)頻譜特點(diǎn)與設(shè)備相同,振動(dòng)峰值一般出現(xiàn)在低頻位置。隨著振動(dòng)傳播距離和阻尼的影響,振動(dòng)會逐漸降低。另一方面,船舶運(yùn)行中管內(nèi)流體所產(chǎn)生的影響。動(dòng)力設(shè)備在流體輸送中,會進(jìn)行流體做工,受管路中相關(guān)設(shè)備自身特點(diǎn)影響,會產(chǎn)生空化及旋流問題,進(jìn)而撞擊管路,產(chǎn)生了強(qiáng)烈的振動(dòng)。在此種狀況下,管路不僅有受到流體動(dòng)力噪聲影響,還聚集了水流噪音,主要集中在高頻區(qū)域。此外,管路中的閥門或器件,由于具有流道及通道面積變化特點(diǎn),均容易產(chǎn)生振動(dòng),由于這些設(shè)備較集中所以噪聲也集中在一起,具有高頻特點(diǎn),對管道中對振動(dòng)敏感的設(shè)備均造成了不同程度的損壞,如聲吶。由于管路振動(dòng)原因不同,所表現(xiàn)出來的特征也不相同。為了及時(shí)解決振動(dòng)對船舶管路造成的影響,必須結(jié)合實(shí)際,了解振動(dòng)噪音的特點(diǎn)和產(chǎn)生原因,然后針對性的進(jìn)行處理,保證船舶的安全運(yùn)行。

      2 分析實(shí)驗(yàn)案例

      本次所選用船舶的管路直接占據(jù)主管的40%,利用旁通節(jié)流閥連接主管與支管,管內(nèi)流體均為冷取水。如下圖1所示。

      當(dāng)支管中流過水時(shí),可以在自來水管道中聽到類似爆炸的聲音,從此種現(xiàn)象可以做出初步判斷,管路中已經(jīng)出現(xiàn)了流體空化。經(jīng)過對管路及安裝管路的船舶結(jié)構(gòu)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)振動(dòng)中高頻頻段比低頻頻段振動(dòng)量級高。由此可見,管路產(chǎn)生的振動(dòng)不僅包含自來水泵產(chǎn)生的低頻振動(dòng),還包含管內(nèi)流體互相激勵(lì)所產(chǎn)生的高頻振動(dòng)。結(jié)合實(shí)際測量數(shù)據(jù)可知,船體結(jié)構(gòu)上的高頻振動(dòng)和管路振動(dòng)所呈現(xiàn)的頻譜特征相似,由此可見,管路內(nèi)流體所產(chǎn)生的振動(dòng),不僅對管路產(chǎn)生了影響,同時(shí)也影響了船體結(jié)構(gòu),不能發(fā)揮傳播的隱身性能,嚴(yán)重時(shí)將影響船舶的安全運(yùn)行,產(chǎn)生不良的安全問題。

      3 分析振動(dòng)控制措施的效能

      為了詳細(xì)了解管路振動(dòng),本次采用支管中插入了撓性接管及取消節(jié)流閥件方式進(jìn)行探究,結(jié)合實(shí)際檢測結(jié)果可知,取消節(jié)流閥對降低管理振動(dòng)具有明顯作用。

      (1)了解插入撓性接管前后振動(dòng)變。在管路中插入撓性接管已經(jīng)成為降低管路振動(dòng)的主要操作方法。撓管接管是管路彈性元件,所以可以控制管壁機(jī)械振動(dòng),消減了振動(dòng)噪音。但是分析管路振動(dòng)時(shí),由于管路內(nèi)流體是主要激勵(lì)源,所以撓管限制振動(dòng)的作用較微小。下圖2展示了船體結(jié)構(gòu)上的管路撓性接管振動(dòng)相應(yīng)變化圖。圖中曲線表示了無撓性接管減去有撓性接管的測量時(shí),從圖中數(shù)據(jù)可知,撓性接管雖然具有降低振動(dòng)作用,但減振作用會失效。

      從上圖2可知,插上撓性導(dǎo)管后船體結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻段會有所降低,但某些頻段也會出現(xiàn)增加,總體振動(dòng)變動(dòng)的較小。所以給管路中插入撓性接管降低的振動(dòng)力度有限,必須利用其它技術(shù)進(jìn)行控制。

      (2)采用拆換節(jié)流閥方式降低管路振動(dòng)。從頻譜變化圖可知,主要為中高頻,可以判定為管內(nèi)流體所產(chǎn)生的振動(dòng)激勵(lì)。誘發(fā)管路中流體變化的主要是急轉(zhuǎn)彎彎頭與閥門。但是進(jìn)行實(shí)際加工時(shí)對彎頭提出的要求較高,所以管路未安裝急轉(zhuǎn)彎彎頭,主要利用振動(dòng)測量及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,直通管替代閥門船體后,振動(dòng)明顯下降。如下圖3所示。

      (3)分析。 管路系統(tǒng)中閥門是靜止的,不會因機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)。但是流體通過閥門時(shí),受流體影響,就會誘發(fā)管內(nèi)流體變化,進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的水動(dòng)力噪音。一般此種噪音主要呈現(xiàn)出高頻特征。從本次案例分析可知,高頻特征的主要根源也是流體。但流體運(yùn)行到彎頭或截面位置時(shí),受結(jié)構(gòu)變化影響,增加了振動(dòng)強(qiáng)度,所以可以通過改變閥件方式減小結(jié)構(gòu)對流體的影響。由于流體空化與流體內(nèi)部壓力密切相關(guān),所以只有保證壓力大于空化值時(shí),才會產(chǎn)生空化。所以可以將流動(dòng)狀態(tài)變化產(chǎn)生的壓力理解為流速,從動(dòng)量定理可知,流體通過相同結(jié)構(gòu)時(shí),隨著流速增大,壓力差也會增大,所以降低流速也是減小振動(dòng)的主要措施。隨著結(jié)構(gòu)的變化,相同振動(dòng)源響應(yīng)力度也會變化。在排除共振的基礎(chǔ)下,能量相同時(shí),對剛度結(jié)構(gòu)的影響較小,所以必須設(shè)置好閥件位置,制定可行的減振措施。本次將閥件安裝在下游主管,整體振動(dòng)均得到了降低。

      4 結(jié)束語

      船舶安全行駛與內(nèi)部設(shè)備及管路具有密切聯(lián)系。目前振動(dòng)所產(chǎn)生的影響已經(jīng)成為影響船舶順利運(yùn)行的重要因素。經(jīng)過本次研究發(fā)現(xiàn),流體激烈產(chǎn)生的振動(dòng)較大,必須價(jià)錢生源振動(dòng)控制,同時(shí)還要對閥門及閥件安裝方式進(jìn)行改變,制定出合理的措施,減少振動(dòng),保證船舶的安全運(yùn)行,提高船舶運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

      參考文獻(xiàn):

      [1]梁向東.管路振動(dòng)噪聲對船舶總體聲隱身特性的影響[J].噪聲與振動(dòng)控制,2010(12).

      [2]馮志敏,王穎.基于人機(jī)系統(tǒng)的船舶振動(dòng)分析及其控制[J].中國航,2010(02).

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