船舶轴系扭振产生的原因及对策

船舶轴系扭振产生的原因及对策

吉向荣

身份证号：321283199109054212

摘要：近年以来，随着中国现代化进程的发展，为适应中国海洋事业的快速发展时期，综合确保船舶航行安全的同时，相关工作人员也对船舶轴系扭振成因进行了深入的研究，以期对船舶轴系的扭振特性及规律进行相应的完善与总结，严格按照有关规定处理船舶轴系扭转振动问题，尽量减少轴系扭转振动造成的船舶安全事故。

关键词：船舶轴系，扭振，原因及对策，探讨

1前言

一般来说，振动定律可以直接使用正弦波来表示轴向运动。扭转振动是在扭矩变化的作用下所发生的周期性运动。扭矩振动主要发生在输出和扭矩吸收不均匀的机械装置中，如柴油机运行的某些设备或装置、电机压力机、电机泵等等。就柴油发动机而言，包括减速齿轮之间的碰撞、齿面的点蚀及断裂、连接螺栓的断裂、橡胶接头的撕裂、引擎零件的加速磨损等。在运行过程中发生的严重事故，对此方面的研究始终在持续，力度也不再不断加大，积累了大量的经验和数据。人们一直在探索和寻找一种相对简单的近似计算方法，包括轴系怠速振动固有频率和临界转速的计算方法。最后，它算是处理实际问题逐渐形成的方法。

2船舶轴系扭转振动的概述

主动推进装置的扭转振动问题非常重要，值得去好好深入地研究。通常情况下，当气缸关闭之后，后续的操作才更安全。然而，一些辅助振荡器的相对振幅矢量不会减小。相反，共振应力增大，甚至接近或超过允许的扭转应力。此外，每个圆柱的分解振幅矢量的相对值也会受到不同程度的影响。了解气缸轴承拆卸后产生较大冲击应力的推力控制，对于避免单个气缸的拆卸事故具有重要的意义。

在柴油机的实际运行过程中，在电梯试验以及运行试验中，不仅要进行单缸停油试验，而且在柴油机发生紧急故障时，必须要密封气缸进行运行。此外，最大燃烧压力、排气温度调节等平衡性差异以及各种故障往往导致燃烧不良现象。因此，在计算转向轴系的振动时，必须考虑这种情况。在细致完成相关工作之后，还要向船公司提供船舶运行中的计算结果和注意事项，以确保船舶在正常运行和气缸密封运行中的正确操作和管理。

针对轴系振动的测量仪器和计算方法有很多。到目前为止，许多仍然在世界范围内广泛使用。就目前的情况来看，动力装置是柴油机故障产生的重要原因之一。严重的扭转振动是曲轴。中心轴发生故障，弹性连接螺丝切断的弹性元件发生故障，会导致传动齿轮的表面腐蚀和齿面断裂，导致凸轮轴受损，部分轴发热。运行过程中发生的严重事故，使相关企业和人员使用更大的力量和成本进行研究，积累了大量的经验和数据。由于当时试验技术和计算手段的限制，人们不断探索相对简单的近似计算方法，逐渐形成了一系列计算和处理船舶轴系扭转振动实际问题的方法。

3船舶轴系扭振分类及主要原因分析

船舶轴系怠速三振动的产生在一定程度上与主机、船舶柴油机的间歇燃烧和喷油输出扭矩有关，当船舶不平衡时，齿轮箱受到冲击，加之一些误差，齿轮系统受到环境因素的影响而变形。在船舶连续推进的过程中，由于船舶轴系各部分安装不当，如果出现双向偏差或者材料不均匀，船轴在运动过程中质量就会不均匀。此外，螺旋桨在工作状态下也会受到环境因素的影响，导致轴系励磁不均匀、不平稳和不平衡。当柴油机轴系有扭转振动时，一般不会对船舶造成不适的振动。这也是轴系扭转振动容易被忽视的主要原因之一。如果不认真对待这样的扭转振动，稍有不慎就会造成重大的安全事故。此外，当发动机继续在主要航道和临时航道上运行时，自由端的电机箱往往会产生较大的噪声。这时，会发现齿轮脱落或腐蚀，严重时甚至会发生齿轮断裂的现象。

4削减船舶轴系扭振的措施

船舶推进轴系包括动力装置，传动轴，螺旋桨等部件。传动轴把动力装置发出的能量传给船舶，旋转中产生驱动力。为使推进系统安全高效的长时间工作，需要设计机械，螺旋桨与轴系的配合。轴系的扭转振动对轴系的使用寿命非常重要。因此，船舶规格要求在设计轮轴系统时进行理论计算，并在安装后进行扭转振动试验。轴系扭转振动的计算，是船舶设计中的一个重要环节。在轴系设计过程中，需要分析各种影响的因素，以尽量减少扭转振动对船舶运行产生的负面影响。通过上述分析，针对影响轴系扭转振动的主要因素，制定相应的对策，以减少轴系扭转振动，有以下几个主要的对策。

4.1减少简谐激振力矩

（1）可以用推进电机取代船用柴油机：合理运用轮机工程电子原理，采用磁感应强度先切格原理驱动电机输出。与设备内的转轴相比，船用低速柴油机曲轴一般比较短，内扭摆小的整个轴系几乎可以忽略不计，从而在一定程度上减少了扭转振动。例如，中国船舶集团第七一二研究所推进电机用于180标箱级集装箱船，大大降低了船舶推进轴的振动。

（2）改变柴油机的点火顺序: 主机的点火顺序可以改变，改变次级临界转速，从而避免共同转速范围，但是对主机的主要临界转速没有影响。一般情况下，用户在按照主要机械制造企业设定的点火顺序操作时会产生扭转(振动)现象。如果有问题，可以通过改变原来的发射顺序来调整点火的旋转速度。

（3）改变振型:主机械曲轴自由端或者中心轴第二节点幅值较高处设置辅助飞轮，将引起轴系频率和振型的改变，从而使得临界转速超出一般转速区间，扭转振动幅值减小。设置大型飞轮或大型调频轮，其主要功能是调节扭转振动的频率或幅度。

（4）合理选择叶片安装位置，可以减小螺旋振动力矩。另外，长叶片的数量不能等于主机桨叶量。

4.2调整系统自振频率

通过改变轴系的固有振动频率，可以使轴系的临界转速超出主要机械工作转速的范围。最直接的方法是增加直径。轴径的增加不仅意味着成本方面的增加，而且轴径的变化对整个轴系有很大的影响。因此，尽量不要使用此类方法。此外，还可以增加弹性连接轴。高弹性联轴器既是联轴器，又是减振器，它不仅可以改变轴系的刚度，而且还会产生衰减，减小振幅。

4.3划出转速禁区

当扭转应力超过连续允许应力，但低于瞬时允许应力时，可以将转速范围设定为限速区，柴油机动力装置长时间不得在限速区内运行。当机器增加或者减速时，它必须迅速通过。一般来说，很难通过计算来获得速度限制区域的范围，因为扭矩需要由马达产生，而船体或其他需要剧烈振动的装置的速度范围也应该被定义为不旋转区域，这必须是转速表应该显示为红色，并且不应该存在于正常机器速度（额定速度的80-105%）的范围内。

4.4增加阻尼消耗能量

减小激励磁力矩，减少振动或增加激励力传动等，以降低装置阻尼能量前的振幅。此外，还可以考虑采用阻尼隔振器。阻尼隔振器是减少振动和降低扭转振动应力的重要措施。正确选择阻尼器，可以为系统提供很好的阻尼效果，提高了系统振动能量耗散。其中硅油减振器的使用是最为普遍的。动力阻尼器通过子系统共振产生动力效应，达到对原有系统实现减振的目的。当共振激振力矩降低时，设置阻尼器，还会使原有系统固有频率发生变化。

5结语

船舶轴系振动作为导致船舶动力装置故障的主要因素之一，是关系到船舶运行安全性的一个主要方面，研究并采取适当的方法找出轴系的计算和减少方法，通过一系列改变实例分析的措施，得到了如何依据轴系固有频率使轴系发生扭转，消除轴系扭转振动。设计人员在船舶设计与建造过程中对轴系扭转振动作用进行充分考虑与细致计算，并采取相应措施，进一步提升船舶运行安全系数，是降低安全事故发生的有效手段。

参考文献

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吉向荣，男，1991.09，汉，江苏泰兴，本科，助理工程师，机械工程专业