船舶管路中高頻振動(dòng)成因分析及控制策略研究

余欣

摘 要：船舶管路中高頻振動(dòng)是影響船舶正常運(yùn)行的主要因素，一旦高頻振動(dòng)嚴(yán)重，就會(huì)發(fā)出刺耳的聲音，嚴(yán)重時(shí)還將產(chǎn)生不良問(wèn)題。本次研究中，主要利用管路減振工程實(shí)例進(jìn)行分析，了解管路振動(dòng)的特點(diǎn)，掌握了不同振動(dòng)對(duì)管路高頻振動(dòng)控制效果的影響，并針對(duì)性提出了控制管路高頻振動(dòng)的方法，以期給研究人員提供參考。

關(guān)鍵詞：管路；高頻振動(dòng)；控制措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.021

1 掌握管路振動(dòng)的特性

船舶航行中，對(duì)其內(nèi)部系統(tǒng)具有較高要求。內(nèi)部系統(tǒng)是傳播動(dòng)力設(shè)備的重要組成部分，可以給船舶運(yùn)行提供基礎(chǔ)的動(dòng)力，同時(shí)也產(chǎn)生了一些不利振動(dòng)。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，船舶上所安裝的管路都具有分布廣的特點(diǎn)，一旦管路發(fā)生振動(dòng)，將會(huì)將振動(dòng)傳遞到船體結(jié)構(gòu)，直接影響了傳播噪聲性能。因此必須控制好管路振動(dòng)，降低船舶振動(dòng)噪音，保證傳播安全運(yùn)行。從實(shí)際分析可知，管路振動(dòng)主要受以下兩方面因素影響。一方面動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行中向管路傳遞了振動(dòng)。管路與動(dòng)力設(shè)備相連，隨著設(shè)備的振動(dòng)，可以直接將能量傳遞給管路，進(jìn)而導(dǎo)致管路發(fā)生振動(dòng)。此階段中，管路振動(dòng)頻譜特點(diǎn)與設(shè)備相同，振動(dòng)峰值一般出現(xiàn)在低頻位置。隨著振動(dòng)傳播距離和阻尼的影響，振動(dòng)會(huì)逐漸降低。另一方面，船舶運(yùn)行中管內(nèi)流體所產(chǎn)生的影響。動(dòng)力設(shè)備在流體輸送中，會(huì)進(jìn)行流體做工，受管路中相關(guān)設(shè)備自身特點(diǎn)影響，會(huì)產(chǎn)生空化及旋流問(wèn)題，進(jìn)而撞擊管路，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的振動(dòng)。在此種狀況下，管路不僅有受到流體動(dòng)力噪聲影響，還聚集了水流噪音，主要集中在高頻區(qū)域。此外，管路中的閥門(mén)或器件，由于具有流道及通道面積變化特點(diǎn)，均容易產(chǎn)生振動(dòng)，由于這些設(shè)備較集中所以噪聲也集中在一起，具有高頻特點(diǎn)，對(duì)管道中對(duì)振動(dòng)敏感的設(shè)備均造成了不同程度的損壞，如聲吶。由于管路振動(dòng)原因不同，所表現(xiàn)出來(lái)的特征也不相同。為了及時(shí)解決振動(dòng)對(duì)船舶管路造成的影響，必須結(jié)合實(shí)際，了解振動(dòng)噪音的特點(diǎn)和產(chǎn)生原因，然后針對(duì)性的進(jìn)行處理，保證船舶的安全運(yùn)行。

2 分析實(shí)驗(yàn)案例

本次所選用船舶的管路直接占據(jù)主管的40%，利用旁通節(jié)流閥連接主管與支管，管內(nèi)流體均為冷取水。如下圖1所示。

當(dāng)支管中流過(guò)水時(shí)，可以在自來(lái)水管道中聽(tīng)到類(lèi)似爆炸的聲音，從此種現(xiàn)象可以做出初步判斷，管路中已經(jīng)出現(xiàn)了流體空化。經(jīng)過(guò)對(duì)管路及安裝管路的船舶結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)中高頻頻段比低頻頻段振動(dòng)量級(jí)高。由此可見(jiàn)，管路產(chǎn)生的振動(dòng)不僅包含自來(lái)水泵產(chǎn)生的低頻振動(dòng)，還包含管內(nèi)流體互相激勵(lì)所產(chǎn)生的高頻振動(dòng)。結(jié)合實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)可知，船體結(jié)構(gòu)上的高頻振動(dòng)和管路振動(dòng)所呈現(xiàn)的頻譜特征相似，由此可見(jiàn)，管路內(nèi)流體所產(chǎn)生的振動(dòng)，不僅對(duì)管路產(chǎn)生了影響，同時(shí)也影響了船體結(jié)構(gòu)，不能發(fā)揮傳播的隱身性能，嚴(yán)重時(shí)將影響船舶的安全運(yùn)行，產(chǎn)生不良的安全問(wèn)題。

3 分析振動(dòng)控制措施的效能

為了詳細(xì)了解管路振動(dòng)，本次采用支管中插入了撓性接管及取消節(jié)流閥件方式進(jìn)行探究，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)結(jié)果可知，取消節(jié)流閥對(duì)降低管理振動(dòng)具有明顯作用。

（1）了解插入撓性接管前后振動(dòng)變。在管路中插入撓性接管已經(jīng)成為降低管路振動(dòng)的主要操作方法。撓管接管是管路彈性元件，所以可以控制管壁機(jī)械振動(dòng)，消減了振動(dòng)噪音。但是分析管路振動(dòng)時(shí)，由于管路內(nèi)流體是主要激勵(lì)源，所以撓管限制振動(dòng)的作用較微小。下圖2展示了船體結(jié)構(gòu)上的管路撓性接管振動(dòng)相應(yīng)變化圖。圖中曲線(xiàn)表示了無(wú)撓性接管減去有撓性接管的測(cè)量時(shí)，從圖中數(shù)據(jù)可知，撓性接管雖然具有降低振動(dòng)作用，但減振作用會(huì)失效。

從上圖2可知，插上撓性導(dǎo)管后船體結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻段會(huì)有所降低，但某些頻段也會(huì)出現(xiàn)增加，總體振動(dòng)變動(dòng)的較小。所以給管路中插入撓性接管降低的振動(dòng)力度有限，必須利用其它技術(shù)進(jìn)行控制。

（2）采用拆換節(jié)流閥方式降低管路振動(dòng)。從頻譜變化圖可知，主要為中高頻，可以判定為管內(nèi)流體所產(chǎn)生的振動(dòng)激勵(lì)。誘發(fā)管路中流體變化的主要是急轉(zhuǎn)彎彎頭與閥門(mén)。但是進(jìn)行實(shí)際加工時(shí)對(duì)彎頭提出的要求較高，所以管路未安裝急轉(zhuǎn)彎彎頭，主要利用振動(dòng)測(cè)量及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，直通管替代閥門(mén)船體后，振動(dòng)明顯下降。如下圖3所示。

（3）分析。 管路系統(tǒng)中閥門(mén)是靜止的，不會(huì)因機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)。但是流體通過(guò)閥門(mén)時(shí)，受流體影響，就會(huì)誘發(fā)管內(nèi)流體變化，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的水動(dòng)力噪音。一般此種噪音主要呈現(xiàn)出高頻特征。從本次案例分析可知，高頻特征的主要根源也是流體。但流體運(yùn)行到彎頭或截面位置時(shí)，受結(jié)構(gòu)變化影響，增加了振動(dòng)強(qiáng)度，所以可以通過(guò)改變閥件方式減小結(jié)構(gòu)對(duì)流體的影響。由于流體空化與流體內(nèi)部壓力密切相關(guān)，所以只有保證壓力大于空化值時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生空化。所以可以將流動(dòng)狀態(tài)變化產(chǎn)生的壓力理解為流速，從動(dòng)量定理可知，流體通過(guò)相同結(jié)構(gòu)時(shí)，隨著流速增大，壓力差也會(huì)增大，所以降低流速也是減小振動(dòng)的主要措施。隨著結(jié)構(gòu)的變化，相同振動(dòng)源響應(yīng)力度也會(huì)變化。在排除共振的基礎(chǔ)下，能量相同時(shí)，對(duì)剛度結(jié)構(gòu)的影響較小，所以必須設(shè)置好閥件位置，制定可行的減振措施。本次將閥件安裝在下游主管，整體振動(dòng)均得到了降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

船舶安全行駛與內(nèi)部設(shè)備及管路具有密切聯(lián)系。目前振動(dòng)所產(chǎn)生的影響已經(jīng)成為影響船舶順利運(yùn)行的重要因素。經(jīng)過(guò)本次研究發(fā)現(xiàn)，流體激烈產(chǎn)生的振動(dòng)較大，必須價(jià)錢(qián)生源振動(dòng)控制，同時(shí)還要對(duì)閥門(mén)及閥件安裝方式進(jìn)行改變，制定出合理的措施，減少振動(dòng)，保證船舶的安全運(yùn)行，提高船舶運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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