转动惯量对轴系扭振测试的影响

转动惯量对轴系扭振测试的影响

余成双

舟山市港航与口岸管理局浙江舟山316000

在对轴系扭振理论进行大量的研究后，我们对影响轴系扭振计算结果的各种因素进行了详细的分析，研究发现对船舶轴系扭振计算影响较大的有平均指示压力、运动部件往复惯性力产生的干扰力矩、气体力和运动部件重力所产生的力矩以及外阻尼系数等，而在工程应用中比较常见的影响计算精度的扭振参数有联轴节的刚度、转动惯量、减振器等。本文选取一条轴系固有频率计算值与实测值不一致的船舶进行了分析，对这些影响因素进行了深入的分析和研究，来具体说明转动惯量对轴系扭振测试的影响。

某船在扭振测试时，在主机自由端连接光电编码器，其测得的扭振信号接至“ZDCL—Ⅳ型轴系振动测量分析仪”，如图6.2-1所示。

6.2-1扭振测试布点示意图

测试方法为：在400～990r/min的转速范围内，每间隔20r/min左右为一档，对脱排工况进行测试；在360～980r/min的转速范围内，每间隔20r/min左右为一档，对柴油机的正常发火航行工况进行测试。

对测试结果的分析中，发现该船在脱排工况所测转速范围内，未测到明显的共振转速，而且在航行工况所测转速范围内也未测到主谐次3次和6次的共振转速，分别见图6.2-2和图6.2-3。但是在航行工况851.4r/min附近测得双节5次共振转速，频谱及典型波形见图6.2-4。

图6.2-23谐次频谱图

图6.2-36谐次频谱图

图6.2-4双节5谐次频谱图

该船轴系扭振应力测试值都在规范许用值范围之内，如表6.2-1所示：

表6.2-1正常发火航行工况扭振测量值及规范许用值

该船在双节5谐次的计算频率为90.33Hz，而实测固有频率为70.95Hz，相对误差达到27.32%，误差如此之大，已经大大超出规范允许的范围。我们对可能存在的问题进行了逐步排查，在反复核实柴油机相关参数并与柴油机厂家进行沟通后，发现问题应该不是出在主机的参数选取上。我们又对齿轮箱、轴系、螺旋桨的扭振参数进行了核算，也没能发现什么问题。最后，我们将最可能出现变数的联轴节刚度取值进行了反复核算，发现除非大幅度地将联轴节的刚度从38kNm/rad减小到18kNm/rad，才能使计算固有频率值减小到基本与实测值相符，但是这种大幅度降低某一个参数值的做法基本上是不切实际的，弹性联轴器的供货商也不认同这种做法。

在多方查找验算无果后，我们想到最后一种可能性，主机在安装上船以后，船东因为实际需要可能会在主机自由端加装皮带轮之类的元件，而设计公司并不是太了解船上的实际情况，因此设计师可能在生成计算模型的时候漏掉某一个元件。经实船查验，并与轮机长交流之后发现，该船主机自由端确实加装了一个皮带轮，相当于在主机的自由端增加了一个惯量为7.41kgm2的惯性轮。将该惯性轮加入整个系统中经重新建模并计算后得出，该船调整后的计算频率为72.35Hz，与实测固有频率70.95Hz的相对误差缩小到1.97%，调整后的计算频率及误差见表6.2-2。

表6.2-2调整前后计算值与实测对比表

因此得出结论，该船首次计算所出现的远超规范允许的误差现象的原因，就是因为设计师漏掉了一个质量点所致。

参考文献：

[1]吴慧斌，高世伦，王兴光等.柴油机轴系扭振与减振分析.内燃机工程.2003

[2]许运秀，李宗焜.船舶柴油机轴系扭转振动.人民交通出版社.1982