郎晓松
【摘 要】船体的机械振动是一种常见的物理现象，对船舶的舒适性和维修可靠性有有一定的危害性，本文主要阐述引起船舶振动的主要起因和控制措施。
【关键词】船舶;机械振动;螺旋奖主机激励控制
现代的船舶技术复杂、数据精密，同时这也反应了一个国家的科技发展水平和工业水平。船舶在航行中，经常受到各种外力的作用，有些是通过中介物间接作用在船体上，有些是直接作用在船体上，不管是哪一种情况，或多或少都在其结构上造成一定的影响。虽然在大多数情况下激起的振动并不致于产生任何有害的影响，但如果振动激烈，则会引起船员的烦恼，降低航行的舒适性，是船舶结构和船上的各类机械部件产生疲劳损伤，更为严重的是会造成机械部件与设备发生故障，以致使维修保养费用增加。因此必须了解作用在船舶上的各类振动，以便采取相应的预防措施。
船体的机械振动是一种常见的物理现象，引起船舶振动的主要起因为四个方面，即主机、螺旋桨、辅机以及海浪，这其中包括周期性激励振动和非周期性激励振动。螺旋桨产生的激励，螺旋桨以不同的途径激起船体结构的振动。因激振的螺旋桨是通过轴系传递给船体结构的力和力矩，桨激振动产生主要是空泡螺旋桨引起的脉动压力。主机在工作期间，一般都会产生一次激励，如情况特殊还会产生二次激励。风浪对船体的冲击，船舶在航行时波浪引起的振动激励尤为重要。由波浪引起并作用在船上的效应是船体梁的振动源，波浪产生的振动现象主要涉及到船体梁组合件的形式，影响较为严重的是两种类型，即冲荡振动和弹跳振动。
一、螺旋桨振动控制
螺旋桨是激起船体振动的一个主要激励源，在设计尾型与螺旋桨时，除了考虑快速之外还必须考虑振动这一因素。减小螺旋桨的节流一般原理大致可分为三个方面：首先是改善半流分布以不可能进一步改善时，则可改进螺旋桨设计，减小激励幅频。当上述两者均达不到理想状态时，则可在结构上采取措施，减小激励的传递和减小结构响应。
（一）改善伴流
1、尾型设计
螺旋桨盡面内伴流分布对螺旋桨激励起着重要的作用，而船舶尾部线型对伴流场的形成起着很大影响。设计尾部线型时，应考虑使螺旋桨来流和去流顺畅，尽可能避免漩涡形成，使伴流尽可能均匀。
2、加装尾鳍
安装导流管不仅可以提高螺旋桨（高负荷）的效率，而且由于导流管的存在减小了斜流的影响，同时又能使导流管上下来流趋于均匀，因此将导致螺旋桨的表面支撑力大大减小。起到整流的作用，使螺旋桨盘面内的伴流趋于均匀。
3、控制去流角
去流角是船体纵削面与后体水线的夹角，增加去流角会导致平均伴流的船舶阻力增高，从而使螺旋桨的载荷加大。但是，只要去流角保持在30度之内，对伴流分布的影响不大，可以得到较理想的伴流分布。为保证光顺的水线，满载水线的去流角对单桨船一般不宜超过20度，否则伴流便脱离船体表面在水流和船体间的空隙内停满了“死水”，对螺旋桨工作不利。
（二）改进螺旋桨设计
1、叶数螺旋桨的设计应该注意避免引起空泡。一般米说，随着螺旋桨叶数的增加，螺旋桨诱导的脉动压力有下降的趋势。
2、侧斜大侧斜螺旋桨可以减小螺旋桨轴承力和表面力。
3、梢部卸载螺旋桨就常规设计中，径向载荷分布，即径向环量分布都选择最佳环量分布形式，以求最高的效率。串列螺旋桨可解决激励，从而减小船体振动。减小激励传递
1、调整间隙螺旋桨与册体的间隙直接影响螺旋桨激励力的传递，保证阆隙特别是适当增大梢隙，将使螺旋桨的激励得到改善
2、设备避振对于浅水船因吃水小，梢隙难以满足要求时，可设置避振，主要作用是用橡皮膜及空气室吸收螺旋桨传来的脉动压力，以减小对船体的激励。
二、柴油機振动控制
柴油机是引起船体振动的主要激励源之一，因此在船舶设计初期，选择机型至关重要。在满足功率等指标的情况下，应注意选择具有较小不平衡力和不平衡力矩的柴油机做主机。柴油机的缸数越多，其一般平衡性就越好。
（一）防止共振
主机配合螺旋桨运转时考虑是否与船体发生低阶共振，尤其应避免在主机常用转速下的低阶共振问题。
（二）减小激励
对于存在外部不平衡力或者不平衡力矩柴油机，可通过平衡补偿装置减小振动激励。这是一种普遍应用的防止有害振动的措施。
（三）减小振动传递
1、隔振器
对于不平衡的主机或辅机可以在基座下装设隔振器，以减小主机激励对船体的传递。所要求的减震器通常对高速柴油机才能实现。目前国内常用的减震器主要有橡胶减震器和金属减震器
2、防振支撑
防振支撑主要有机械式、摩擦式、液压式三种。大型柴油机因采用长冲程和超长冲程，其机架横向振动是一个突出问题，成为激励源振动之一。当横向振动比较大时，可在主机上部与船舷左右侧间设横向防振支撑与船体连接。通常能使机架横向振动减小50%以上，固有频率提高5%至50%。
三、海浪引起的振动控制
对于海浪引起的激振，可以考虑船舶自身的特性（船舶长度、速度、艏艉吃水等）与波浪的遭遇周期之间的关系，因这种关系确定了冲荡振动和弹跳振动的大小。可以通过修整航行条件达到改变航速、改变方向，为增加艏部吃水而改变压载条件的方法来降低由于冲荡振引起的激励。对于弹跳振动，只能通过改变船速和方向来改变波浪的遭遇周期或对于压载的船来说改变载荷分布来改变激励的大小。
船体与设备的振动是十分复杂的，可以说它是一个由无限多的谐振器组成的复杂系统稍不注意就会出现激振力与某一谐振器发生共振，造成结构、部件、甚至机械设备的损坏因此必须针对各种振动情况提前识别振动原因并采取相应的措施，只有这样才能保证船舶航行的安全，延长船舶的使用寿命。
参考文献：
[1]金成定、夏丽娟《船体振动学》上海交通大学出版社2011-3
[2]富贵根、费千《船舶辅机》大连海事大学出版社2010-7
（作者单位：大连辽南船厂）
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