撓性接管安裝工藝對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)傳遞影響試驗(yàn)研究

張生樂(lè)，許 銳，高亞坤

(武昌船舶重工集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430060)

撓性接管安裝工藝對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)傳遞影響試驗(yàn)研究

張生樂(lè)，許 銳，高亞坤

(武昌船舶重工集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430060)

為了解撓性接管安裝工藝狀態(tài)對(duì)機(jī)械隔振系統(tǒng)振動(dòng)傳遞特性的影響，選取某型船舶上典型的管路系統(tǒng)及撓性接管為研究對(duì)象，采用二分法進(jìn)行了撓性接管不同安裝工藝偏差對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)傳遞特性影響的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在一定安裝工藝偏差范圍內(nèi)，船體結(jié)構(gòu)振級(jí)、馬腳下部振級(jí)、撓性接管遠(yuǎn)設(shè)備端振級(jí)變化不大，在安裝過(guò)程中應(yīng)控制撓性接管工藝參數(shù)在規(guī)定偏差范圍內(nèi)。

撓性接管；工藝偏差；振動(dòng)傳遞

0 引 言

船舶管路系統(tǒng)中傳遞的振動(dòng)和噪聲直接影響到船舶的隱身性和安全性。此外，船舶在承受水下沖擊作用時(shí)，管系上的設(shè)備因沖擊作用會(huì)產(chǎn)生較大的瞬時(shí)位移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起管系破損。因此，有必要對(duì)船舶管路系統(tǒng)采取有效的減振、抗沖措施。目前，撓性接管技術(shù)是有效控制方法之一，它不僅能隔離和衰減管路結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲，還能補(bǔ)償設(shè)備與管路系統(tǒng)間因振動(dòng)、沖擊引起的位移[1-2]。

撓性接管的隔振原理主要體現(xiàn)在 2 個(gè)方面：首先它的彈性膠管含有粘彈性材料，它具有內(nèi)摩擦阻尼特性，在力學(xué)上表現(xiàn)為應(yīng)變滯后于應(yīng)力，因而其σ-ε（應(yīng)力-應(yīng)變）曲線為遲滯回線，吸收管路系統(tǒng)的振動(dòng)能量，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌簟Ｆ浯螕闲越庸芨淖兞斯苈废到y(tǒng)的阻抗，從而形成了阻抗突變，阻礙振動(dòng)的傳遞。

撓性接管的安裝狀態(tài)分為理想安裝狀態(tài)和不同安裝變形工藝狀態(tài)。理想安裝狀態(tài)是指撓性接管安裝位置處前后金屬管段的法蘭自然對(duì)中，無(wú)軸向、徑向以及扭轉(zhuǎn)等偏差工藝因素，確保撓性接管空管安裝時(shí)不承受前后金屬管段的安裝約束力。在撓性接管的實(shí)際使用過(guò)程中，由于前后金屬管段安裝時(shí)不可能完全自然對(duì)中，管體通常可能會(huì)承受來(lái)自軸向變形、徑向變形、扭轉(zhuǎn)變形等各種安裝工藝偏差引起的靜態(tài)載荷，從而引起撓性接管阻尼及阻抗特性的變化，進(jìn)而影響撓性接管的隔振效果。王強(qiáng)等[3-9]對(duì)幾種撓性接管的作用、研究現(xiàn)狀與進(jìn)展進(jìn)行了分析和試驗(yàn)研究，但都是基于撓性接管在理想安裝狀態(tài)下進(jìn)行的。本文基于安裝過(guò)程中的實(shí)際情況，開(kāi)展了撓性接管在不同安裝工藝偏差下的特性變化對(duì)機(jī)械隔振系統(tǒng)振動(dòng)傳遞特性影響的試驗(yàn)，得出了在工程實(shí)際中聲學(xué)性能允許的撓性接管安裝工藝偏差范圍。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃驮O(shè)備

本次試驗(yàn)選用與某型船舶一致的艙段臺(tái)架及浮筏、設(shè)備，通過(guò)購(gòu)買該型船用隔振器、撓性接管、管路馬腳等，加工浮筏基座、管路等，安裝浮筏、海水泵及管路連接試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)浮筏配重，盡量保證試驗(yàn)結(jié)構(gòu)與實(shí)船一致。試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D如圖 1 所示。其中海水泵為離心泵，轉(zhuǎn)速 2 900 r/min，排量 100 m3/h。進(jìn)口撓性接管型號(hào)為 JYXR（H）030125S-225EA，出口撓性接管型號(hào)為 JYXR（H）030100S-225EA。

試驗(yàn)時(shí)使用的主要儀器為 LMS 數(shù)據(jù)采集儀、控制電腦、振動(dòng)加速度傳感器（41 個(gè)）、連接線等。試驗(yàn)前在船體結(jié)構(gòu)上布置 9 個(gè)測(cè)點(diǎn)、下層隔振器上下端各布置 6 個(gè)測(cè)點(diǎn)、上層隔振器上下端各布置 4 個(gè)測(cè)點(diǎn)、撓性接管兩端軸向及垂向、馬腳上下端等位置布置振動(dòng)加速度傳感器，試驗(yàn)時(shí)開(kāi)啟海水泵，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)響應(yīng)。

1.2 試驗(yàn)工況

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，撓性接管在安裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的最大偏差為軸向 5 mm，徑向 5 mm，扭轉(zhuǎn) 2°。據(jù)此，確定撓性接管安裝工藝偏差對(duì)機(jī)械隔振系統(tǒng)振動(dòng)傳遞影響試驗(yàn)研究工藝參數(shù)最大值。采用二分法進(jìn)行試驗(yàn)，首先進(jìn)行無(wú)變形和最大變形 2 種工況試驗(yàn)，比較二者差異，若影響較大，則調(diào)小撓性接管的工藝參數(shù)，重復(fù)上述內(nèi)容繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，直至判斷出撓性接管在工程安裝中可容許的工藝參數(shù)范圍。若影響較小，則判定最大變形為撓性接管安裝工藝允許值。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 撓性接管軸向變形

撓性接管存在軸向變形時(shí)各部位隔振效果及典型部位振動(dòng)加速度總級(jí)變化對(duì)比如表 1 所示。其中負(fù)數(shù)表示數(shù)值較無(wú)軸向變形小，正數(shù)表示數(shù)值較無(wú)軸向變形大。

表 1 有無(wú)軸向變形時(shí)隔振效果及典型部位振級(jí)變化對(duì)比（10 Hz～10 kHz）Tab.1 Isolation effect and typical locations vibration magnitude with axial deformation（10 Hz～10 kHz） 單位：dB

由表 1 可知：

1）軸向變形在由 0 增大到 5 mm 的過(guò)程中，浮筏隔振效果、上層隔振器隔振效果、浮筏基座平均振級(jí)、進(jìn)口撓性接管隔振效果等變化不大，均在 2 dB 以內(nèi)；

2）軸向變形在由 0 增大到 5 mm 的過(guò)程中，船體部位振級(jí)變化在 0.5 dB 以內(nèi)，馬腳下部振級(jí)變化較大，在軸向變形 5 mm 時(shí)變化達(dá)到 3 dB，進(jìn)口撓性接管遠(yuǎn)設(shè)備端振級(jí)變化在 1 dB 以內(nèi)，出口撓性接管遠(yuǎn)設(shè)備端振級(jí)變化達(dá)到 2 dB；

3）下層隔振器在撓性接管軸向變形在由 1 mm 增大到 5 mm 的過(guò)程中隔振效果變化不大，但相較無(wú)軸向變形降低約 3 dB，整個(gè)變化無(wú)規(guī)律性；

4）進(jìn)口馬腳隔振效果、進(jìn)口馬腳下部振級(jí)、出口撓性接管隔振效果軸向變形在由 0 增大到 4 mm 的過(guò)程中隔振效果變化不大，但軸向變形增大到 5 mm 時(shí)效果急劇變差，差別在 3 dB 左右；

5）在軸向變形由 0 增大到 5 mm 的過(guò)程中，出口馬腳隔振效果及出口馬腳下部振級(jí)呈現(xiàn)直線變差的趨勢(shì)；

6）出口馬腳下部振級(jí)隨軸向變形的增大而增大，而進(jìn)口馬腳下部振級(jí)無(wú)此規(guī)律，在軸向變形 5 mm 時(shí)進(jìn)出口馬腳下部振級(jí)變化較大。

綜上，以船體部位振級(jí)、馬腳下部振級(jí)、撓性接管遠(yuǎn)設(shè)備端振級(jí)為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，撓性接管的軸向拉伸變形應(yīng)控制在 4 mm 以內(nèi)。

2.2 撓性接管徑向變形

撓性接管存在徑向變形時(shí)各部位隔振效果及典型部位振動(dòng)加速度總級(jí)變化對(duì)比如表 2 所示。其中負(fù)數(shù)表示數(shù)值較無(wú)徑向變形小，正數(shù)表示數(shù)值較無(wú)徑向變形大。

由表 2 可知：

1）撓性接管無(wú)徑向變形與撓性接管徑向變形為 5 mm，對(duì)浮筏隔振效果、上下層隔振器隔振效果、進(jìn)出口馬腳隔振效果的影響差別不大，都在 2 dB 以內(nèi)；

2）徑向變形在由 0 變化到 5 mm 時(shí)，船體部位振級(jí)、馬腳下部振級(jí)、進(jìn)出口撓性接管遠(yuǎn)設(shè)備端振級(jí)變化不大，均在 2 dB 以內(nèi)；

3）撓性接管徑向變形為 5 mm 時(shí)撓性接管隔振效果較無(wú)徑向變形時(shí)變差，進(jìn)口撓性接管差別在 2 dB 以內(nèi)，出口撓性接管差別約為 3 dB；

4）進(jìn)口撓性接管隔振效果優(yōu)于出口撓性接管隔振效果。

表 2 有無(wú)徑向變形時(shí)隔振效果及典型部位振級(jí)變化對(duì)比（10 Hz～10 kHz）Tab.2 Isolation effect and typical location’s vibration magnitude with radial deformation（10 Hz～10 kHz） 單位：dB

綜上，以船體部位振級(jí)、馬腳下部振級(jí)、撓性接管遠(yuǎn)設(shè)備端振級(jí)為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，撓性接管徑向變形應(yīng)控制在 5 mm 以內(nèi)對(duì)聲學(xué)效果影響不大。

2.3 撓性接管扭轉(zhuǎn)變形

撓性接管存在扭轉(zhuǎn)變形時(shí)各部位隔振效果及典型部位振動(dòng)加速度總級(jí)變化對(duì)比如表 3 所示。其中負(fù)數(shù)表示數(shù)值較無(wú)扭轉(zhuǎn)變形小，正數(shù)表示數(shù)值較無(wú)扭轉(zhuǎn)變形大。

表 3 有無(wú)扭轉(zhuǎn)變形時(shí)隔振效果及典型部位振級(jí)變化（10 Hz～10 kHz）Tab.3 Isolation effect and typical location’s vibration magnitude with torsional deformation（10 Hz～10 kHz） 單位：dB

由表 3 可知：

1）撓性接管無(wú)扭轉(zhuǎn)變形與撓性接管扭轉(zhuǎn)變形為2°，對(duì)浮筏隔振效果、上下層隔振器隔振效果、進(jìn)出口撓性接管隔振效果、浮筏基座平均振級(jí)等的影響差別不大；

2）扭轉(zhuǎn)變形在由 0° 變化到 2°時(shí)，船體部位振級(jí)、進(jìn)出口撓性接管遠(yuǎn)設(shè)備端振級(jí)變化不大，均在 1 dB 以內(nèi)；

3）撓性接管扭轉(zhuǎn)變形為 2°時(shí)，進(jìn)口馬腳的隔振效果降低約 3 dB，但進(jìn)口馬腳下部振級(jí)差異不大，出口馬腳隔振效果及出口馬腳下部振級(jí)均有所變差，但變化不大，在 2 dB 以內(nèi)；

4）扭轉(zhuǎn)變形由 0° 增大到 2°時(shí)，浮筏隔振效果、上下層隔振器隔振效果均變小，但差別都不大。

綜上，以船體部位振級(jí)、馬腳下部振級(jí)、撓性接管遠(yuǎn)設(shè)備端振級(jí)為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，撓性接管的扭轉(zhuǎn)變形應(yīng)控制在 2°以內(nèi)。

3 結(jié) 語(yǔ)

1）撓性接管軸向變形在 0～4 mm 時(shí)滿足聲學(xué)性能要求，當(dāng)軸向變形達(dá)到 5 mm 時(shí)聲學(xué)性能急劇下降，在安裝撓性接管時(shí)應(yīng)控制軸向變形不能超過(guò) 4 mm；

2）撓性接管徑向變形 5 mm 時(shí)，聲學(xué)性能與無(wú)徑向變形變化不大，在安裝撓性接管時(shí)應(yīng)控制徑向變形在 5 mm 以內(nèi)；

3）撓性接管扭轉(zhuǎn)變形為 2°時(shí)，撓性接管隔振效果滿足聲學(xué)性能要求，在安裝撓性接管時(shí)應(yīng)控制扭轉(zhuǎn)變形指標(biāo)為 2°。

[1]Naval Engineering Slandard, Ministry of Defence, U.K., Requirements for Flexible Rubber Pipe Assemblies and Bellows for Use in Systems from Vacuum to 10 bar[S].2000.

[2]朱石堅(jiān), 何琳.船舶減振降噪技術(shù)與工程設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社, 2002.

[3]SHUAI Chang-geng, HE Lin, LV Zhi-qiang, The development of studying flexible pipe bend reinforced by Kevlar Fibers[J].Journal of Marine Science and Application, 2003, 2(2): 61-66.

[4]鄧亮, 周煒, 何琳.JYXR型撓性接管減振性能試驗(yàn)研究[J].船海工程, 2002(4): 9-11.

[5]葉偉, 郭偉, 何琳, 等.肘型撓性接管沖擊特性試驗(yàn)研究[J].振動(dòng)與沖擊, 2010, 29(6): 159-163.YE Wei, Guo Wei, He Lin, etc.Study on method for testing the mi pact characteristics of flexible elbow pipe[J].Journal of Vibration and Shock, 2010, 29(6): 159-163.

[6]梁向東, 付愛(ài)華.非金屬阻尼與撓性接管在管路減振中的作用[J].噪聲與振動(dòng)控制, 2002(2): 30-31.LIANG Xiang-dong, FU Ai-hua.Vibration decrease caused by nonmetal damping on the pipe and flexibility tube in the pipe[J].Noise and Vibration Control, 2002, (2): 30-31.

[7]柴小文.艦船用撓性接管技術(shù)現(xiàn)狀和進(jìn)展[J].噪聲與振動(dòng)控制, 2007(5): 13-16.CHAI Xiao-wen.The technological status and development of flexible rubber pipe and bellows in ship[J].Noise and Vibration Control, 2007(5): 13-16.

[8]王強(qiáng), 張宗安, 丁煒, 等.袖套式撓性接管性能及管路減振效果的試驗(yàn)研究[J].噪聲與振動(dòng)控制, 2002(1): 2-5.WANG Qiang, ZHANG Zong-an, DING Wei, etc.Experimental investigation on the properties of a rubber hose and its effect on vibration attenuation of piping system[J].Noise and Vibration Control, 2002(1): 2-5.

[9]梁向東, 不同工作壓力下?lián)闲越庸軠p振特性試驗(yàn)研究[J].噪聲與振動(dòng)控制, 2001(5): 44-46.LIANG Xiang-dong.The experiment study about the property of flexibility tubes at different working pressure[J].Noise and Vibration Control, 2001(5): 44-46.

Experimental study on the flexible pipe fixxing technology and the vibration transfer of the system

ZHENG Sheng-le, XU Rui, GAO Ya-kun
(Wuchang Shipbuilding Induatry Group Co., Ltd., Wuhan 430060, China)

In order to understand the Influence on flexible pipe fixing technology state to the vibration transfer of the machine vibration isolation system, the typical pipeline and flexible pipe of one ship was chose as the object, and the experiments about flexible pipe different fixing technology deviation to the vibration transfer of the machine vibration isolation system in dichotomy were carried out.The results showed that if the deviation was in fixed scope of fixing technology deviation, the hull vibration acceleration level, vibration acceleration level of the flexible support's bottom, and vibration acceleration level of the flexible pipe's lies beyond equipment, which change are little.The flexible pipe fixxing technology deviation should be controlled in fixing.

flexible pipe；technology deviation；vibration transfer

TB535+.1

：A

1672-7619(2017)01-0100-04doi：10.3404/j.issn.1672-7619.2017.01.020

2016-05-08；

: 2016-09-26

張生樂(lè)(1983-)，男，工程師，主要從事船舶管路系統(tǒng)振動(dòng)與噪聲控制研究。