主機隔振及其安裝技術

甘 能，樂成剛

(中國葛洲壩集團機械船舶有限公司，湖北 宜昌 443007)

0 引言

豪華游輪為了航行中確保和滿足旅客的安全性和舒適度，對噪聲、振動的要求特別高。主機及軸系是船舶的主要振源和噪聲源，因此必須對主機采用可靠的減振降噪措施，并制定合理的安裝工藝，才能保證達到完美的設計效果，確保船舶正常航行的安全、舒適和可靠性。本文以長江某五星級豪華游輪為例，介紹主機減振裝置的原理和安裝工藝。

1 主機及軸系概況

長江某五星級豪華游輪軸系由螺旋槳軸、尾管總成、中間軸、艏艉密封裝置、螺旋槳組成，雙軸系左、右對稱，軸系總長為 10223.5 mm，軸間距為13140 mm，軸線與基線傾角約1.7797°。主機為HND-MAN 8L21/31柴油機，單機額定功率為1720 kW，額定轉速為1000 r/min，重量約為1700 kg。齒輪箱型號為 GWS 4549，減速比為3.087，重量約為5000 kg。主機輸出功率通過LS2520高彈聯軸節，減速齒輪箱，艉軸傳到螺旋槳。齒輪箱采用環氧樹脂定位，主機采用彈性安裝，主機、齒輪箱基座采用局部阻尼處理等措施，主機采用環形金屬橡膠隔振器安裝進行減振處理。

2 柴油機振動分析

2.1 柴油機振動的主要原因

①柴油機自由力和力矩引起的不平衡振動;

②由柴油機橫向力與力矩引起的機體振動;

③柴油機軸系耦合振動引起的機體振動。

2.2 柴油機振動的特點

柴油機振動的特點為多振源、寬頻帶、形態復雜。其激振力可簡單分類為，由燃燒發生的直接激振力(如氣缸內氣體壓力、曲柄連桿機構的重力及其慣性力)和由柴油機機械工作發生的間接激勵力(如活塞敲擊、正時齒輪、氣門系及燃料噴射系振動等)。在激振力作用下，柴油機存在6個自由度的剛體運動。其整機振動狀況，除受本身參數和重量、慣性矩、激振力頻率、強度等影響外，還受支撐性能的制約。

3 隔振裝置的選擇與應用

3.1 隔振器選擇的基本要求

設計和選用隔振器時，必須注意隔振裝置要能提供所需的隔振量;要能承受規定的負載;要能經受溫度和濕度、腐蝕性流體等其他環境條件的變化;要具有一定的隔振特性并滿足應用隔振器的設備對隔振器重量和體積的要求。

3.2 本船環形金屬隔振裝置的特點

結合本船主機型號及各種參數，設計和選用主機減振裝置為環形金屬橡膠隔振器。

環形金屬隔振裝置的特點:

①當設備本身是振源時，能減小設備的振動和結構噪聲向基礎的傳遞;

②當設備不是振源時，減少基礎即周圍環境的振動和結構噪聲向設備的傳遞;

③當基座受到較大的沖擊作用時，使設備的沖擊響應和沖擊加速度處于允許的范圍之內，從而保護設備及隔振系統免受損壞。

3.3 隔振器的應用

目前船舶主機安裝，一般采用環氧樹脂墊塊或鋼墊塊安裝，是一種剛性安裝形式。該船為了減振降噪，采用彈性安裝方式，如圖1所示。每臺主機地腳兩側分別與2件過渡機座相聯，每件過渡機座下設8塊YT3D170金屬橡膠隔振器單元;在每臺主機的兩側，分別設有4件橫向限位支架，每個支架設2塊YT2D170型金屬橡膠隔振器單元，用于限制主機橫向大位移;在每臺主機的前后端四角，設4件縱向限位支架，每個支架設1塊YT2D170型金屬橡膠隔振器單元，用于限制主機縱向大位移。主機是船舶主要噪聲源之一，與其他動力機械相比 ，其振動也是比較難于控制的。金屬橡膠隔振器既可使用在壓縮狀態，又可使用在剪切狀態。它的最大優點是具有足夠的內阻尼，適用于船舶主機這種靜態工作位移小而動態工作位移雖短暫但較大的情況，可有效地抑制共振，使固有頻率遠離激振頻率，避免共振。采用主機彈性安裝，雖然可以有效地對船舶施行減振降噪，但卻與船舶航行時主機的穩定性有矛盾。當主機在動態工作中產生位移時，由于齒輪箱輸入端不發生位移，所以附加力矩會反作用在主機輸出端上，對主機的曲軸、主軸承等主要運動件將產生重大影響，嚴重時會危及主機運行安全。因此，必須采取合理的安裝工藝，并充分考慮動力輸出端的對中問題。

圖1 主機隔振器布置圖

4 隔振裝置安裝及工藝要求

4.1 主機與軸系定位

船舶下水前，應先安裝好尾軸、尾管和螺旋槳，并在主機基座上按安裝位置劃線，定位焊接隔振器固定調整墊塊后，方可將主機吊進機艙。主機進艙前，先清潔柴油機腳機、過渡機座的各個安裝面，清除表面上的污漬、銹斑、毛刺等，然后用連接螺栓將過渡機座安裝固定在柴油機機腳上。安裝過程中，應檢查柴油機腳側面與過渡機座立板的側面靠緊。M24螺栓的擰緊力矩為480 N·m，M12螺栓的擰緊力矩為70 N·m。過渡機座固定在柴油機上后，將主機連同過渡機座一同吊進機艙，用頂起螺栓或千斤頂支撐柴油機，并采取限位安全措施。

船舶下水后，以尾軸法蘭為基準，對中間軸、齒輪箱進行軸系直線校中。合格后依次用螺栓連接尾軸與中間軸、中間軸與齒輪箱各法蘭。齒輪箱按齒輪箱環氧澆注工藝進行安裝，鉸孔完畢后安裝螺栓固定牢。準備工作做好后，開始校中主機。以齒輪箱為基準，調整柴油機的位置，進行柴油機的對中找正，要求上下、左右、開口值符合規定。要求徑向對中允許差≤0.5 mm，軸向對中允許差≤0.6 mm，角向對中允許差≤0.5 mm。

4.2 隔振裝置安裝

4.2.1 YT3D170 隔振器的安裝

柴油機對中找正后，在船體基座面板上根據主機隔振器安裝圖(注意YT3D170隔振器按位置有2種安裝方式)確定YT3D170隔振器安裝孔的位置，并在船體基座面板上加工安裝孔。測量每個YT3D170隔振器處的過渡機座上安裝平面至船體基座上平面的距離Bi。計算每只隔振器調整墊塊的厚度hi，按該厚度值加工墊塊并記錄。

調整墊塊的厚度按下式計算:

式中:Fi為各YT3D170型隔振器的自由高度;i為隔振器編號1～16。

按編號將對應的YT3D170隔振器、調整墊塊、組合調整墊片(5 mm)安裝至對應位置，擰上M20螺栓、M16螺柱，但不必按力矩擰緊。平緩松開頂起螺栓或千斤頂，使YT3D170隔振器承載，保持該狀態48 h，進行隔振器預壓。YT3D170隔振器預壓結束后，檢查主機對中情況，測量并記錄各隔振器承載高度，計算各隔振器的變形量。要求各隔振器的變形量均勻，且在所有隔振器變形量平均值的±1 mm范圍之內。若對中的上下位移不在規定的范圍內或隔振器的變形不均勻，重新調整墊塊，直至在規定范圍內。YT3D170型隔振器安裝示意圖如圖2所示。對中合格后，擰緊YT3D170隔振器的連接螺栓。M16的連接螺栓擰緊力矩為100 N·m，M20的連接螺栓擰緊力矩為150 N·m。對需安裝定位螺栓的隔振器，首先將金屬橡膠墊放置在YT3D170型隔振器上方，然后放置M33螺栓，旋上定位螺母，螺栓六角頭與金屬橡膠墊貼緊(不需用力扳緊定位螺母);擰緊鎖緊螺母，擰緊力矩為600 N·m。

圖2 YT3D170型隔振器安裝示意圖

4.2.2 YT2D170 隔振器的安裝

YT3D170型隔振器安裝結束后，進行YT2D170型隔振器的安裝。使用M12螺釘將4塊擋板固定在過渡機座上。測量過渡機座上平面至船體基座上平面的高度，并根據該高度加工4個縱向限位支架和4個橫向限位支架。縱向限位支架上平面低于過渡機座上平面5 mm，橫向限位支架上平面與擋板上平面對齊。YT2D170型隔振器安裝示意圖見圖3。

圖3 YT2D170型隔振器的安裝示意圖

將4個縱向限位支架和4個橫向限位支架焊接在船體基座上。具體為:縱向限位支架側面與過渡機座側面對齊，支架與過渡機座端板平行，且要求限位支架與過渡機座的間距為(10±1.5)mm;橫向限位支架側面與擋板側面距離35 mm，支架與擋板平行，且要求限位支架與過渡機座的間距為(10±1.5)mm。將YT2D170型隔振器、定位套、組合調整墊片安裝至限位支架上，M20的連接螺栓擰緊力矩為 150 N·m，通過組合調整墊片調整，使YT2D170型隔振器預壓縮量為3 mm。限位裝置安裝完畢后，復測主機對中情況并記錄。若柴油機軸線和齒輪箱軸線的對中數據超過規定值，重新調整。安裝限位螺栓，調整間隙，要求限位螺栓與限位支架間的間隙為(5.5 ±0.5)mm。

隔振器安裝完后，復測主機和齒輪箱的校中情況，無誤后安裝齒輪箱與主機飛輪端間的聯軸器。

5 結語

本船主機采用環形金屬橡膠隔振器安裝完成后，試航期間經長江船舶測試中心檢測，主機轉速在1000 r/min工況下穩定航行;1～80 Hz頻率范圍內，全船所有艙室振動測量值均在規定限制值之內，很好的保證和滿足了旅客的舒適度和安全性。

［1］余成波，等.內燃機振動控制及應用［M］.北京:國防工業出版社，1997.

［2］許寶森.船舶動力裝置安裝工藝［M］.北京:人民交通出版社，2007.