船舶螺旋槳鳴音淺析和處理實例

樂洪波

（揚帆集團(tuán)股份有限公司，浙江 舟山 316100）

船舶螺旋槳鳴音淺析和處理實例

樂洪波

（揚帆集團(tuán)股份有限公司，浙江 舟山 316100）

本文簡要描述了螺旋槳鳴音的現(xiàn)象、危害、產(chǎn)生原因和解決方案，并通過實例描述了從發(fā)現(xiàn)船舶艉部異常噪音，到確定螺旋槳鳴音，再通過有效方法處理消除鳴音的過程，可為船舶發(fā)生類似現(xiàn)象的檢修提供參考。

螺旋槳；鳴音；異常聲響

1 概述

1.1 螺旋槳鳴音現(xiàn)象

船舶正常航行時螺旋槳運轉(zhuǎn)所發(fā)出異常的有節(jié)奏的單頻調(diào)聲音，稱為螺旋槳鳴音。主要體現(xiàn)在船舶的艉部區(qū)域、機艙或艉軸附近能聽到異常的、間斷的、有規(guī)律的似機械摩擦發(fā)出的聲音。這種聲音出現(xiàn)時，它的節(jié)奏頻率和螺旋槳、艉軸轉(zhuǎn)速是一致的。如鳴音現(xiàn)象出現(xiàn)，通常在相當(dāng)大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)持續(xù)，且音量的高低會隨著轉(zhuǎn)速變化而改變，也會在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)消失。此外，鳴音也會隨著船舶吃水狀態(tài)而改變或消失。鳴音現(xiàn)象較為少見。

1.2 鳴音危害

營運船舶正常航行時，船上產(chǎn)生的異常聲響，船員都非常敏感。一方面作為異常的噪音污染，給船員的日常工作和生活帶來很大困擾，倘若長期處于異常噪音環(huán)境，會導(dǎo)致加速船員疲勞，注意力分散以及交流信息失真，嚴(yán)重影響船員對船舶的操作安全，甚至導(dǎo)致事故發(fā)生的風(fēng)險。

新造船試航出現(xiàn)螺旋槳鳴音時，在不確定聲響來源及原因的情形下，船東往往會懷疑艉軸承安裝有問題，進(jìn)而會要求船廠拆檢軸系。但軸系拆檢后又不能發(fā)現(xiàn)問題，又要重新安裝后再試航驗證。在沒有經(jīng)驗或沒經(jīng)過專業(yè)測試的情況下，很難確診問題的原因所在，造成非常大的消耗，不僅會延誤交船期，甚至導(dǎo)致船東棄船，對船廠造成嚴(yán)重的損失。

1.3 鳴音產(chǎn)生原因

產(chǎn)生鳴音的主要原因是螺旋槳槳葉的隨邊產(chǎn)生了旋渦,且旋渦的頻率恰好與槳葉的固有頻率相接近,引起了共振。通常鳴音是由船體、螺旋槳和渦流的擾動產(chǎn)生共鳴鎖而造成，鳴音也與螺旋槳空泡有關(guān)，一般無空泡的螺旋槳容易產(chǎn)生鳴音，而空泡產(chǎn)生時，鳴音會減弱或消失。

1.4 鳴音消除方法

知道了鳴音產(chǎn)生的原因，就可以針對性地采取方法去消除鳴音，即避免共振發(fā)生。那么簡單來說，改變槳葉的固有頻率，就可以消除鳴音。通常可采用以下方法：

（1）修磨槳葉隨邊，改變隨邊邊緣厚度和尾緣尺寸。槳葉材料大多采用鎳鋁青銅合金，材料性質(zhì)較軟，容易進(jìn)行修磨。由螺旋槳廠家或?qū)I(yè)工程師通過計算和預(yù)測來確定修磨量。

（2）槳葉表面增加阻尼。由專業(yè)工程師通過計算，在槳葉的表面涂覆一種特殊的防腐材料，該材料可以采用高粘度氯丁橡膠或類似產(chǎn)品，可有效抑制振動。

（3）改變槳葉隨邊形狀。把隨邊加工成鋸齒形或不規(guī)則的波浪形，從而改變隨邊產(chǎn)生的水流來消除鳴音。

（4）改變槳葉的表面形狀。即在槳葉的背面或正面隨邊附近固定一些凸出的物體。為了不影響槳的水動力性能，通常在槳葉背面固定，且將凸出物體加工成半橢圓球形或小半球形，橢球的長軸線順著螺旋槳的旋向。該方法的目的是通過改變渦流來消除鳴音。

2 某散貨船鳴音案例

2.1 本案例船主推進(jìn)系統(tǒng)簡介

本船主機為低速機，通過一根中間軸和艉軸帶動固定螺距螺旋槳推進(jìn)。

2.2 鳴音發(fā)生和過程確認(rèn)

案例船在試航時，船舶所處的壓載狀態(tài)，艏吃水4.0m，艉吃水7.6m。當(dāng)主機50%負(fù)荷（轉(zhuǎn)速108rpm）試驗時，發(fā)現(xiàn)機艙及艉部有一種清脆明顯的“嗯—嗯”的異常聲響，似金屬摩擦發(fā)出的聲音，聲音的節(jié)奏、頻率與艉軸轉(zhuǎn)速一致，于是馬上開展一系列檢查。①對軸系工作狀態(tài)進(jìn)行檢查。艉軸承溫度31℃，艉管滑油液位正常，滑油取樣正常，轉(zhuǎn)動部位及周邊也未發(fā)現(xiàn)有異常摩擦和振動，軸系運行一切正常。②對主機進(jìn)行檢查。主機運行沒有發(fā)生異常聲響和敲擊聲，且所有參數(shù)正常。③對機艙其它設(shè)備和結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，也未發(fā)現(xiàn)異常聲響情況。④對異常聲響較為明顯可聽見的區(qū)域進(jìn)行檢查。艉部空艙、軸系周圍、舵機間、艉部甲板及貼近艉部外板處異常聲響明顯，但附近設(shè)備運行正常，未能發(fā)現(xiàn)異響情況。

通過上述的檢查，排除了機艙內(nèi)各運行設(shè)備和軸系運行的異常聲響因素。在原因不明的情況下，通過主機各工況下的試驗，觀察異常聲響變化。①對主機進(jìn)行降速檢查聲響情況。但隨著主機轉(zhuǎn)速減低，異常聲響有所減小，在主機轉(zhuǎn)速降至90rpm時，異常聲響消失。②再次提升主機轉(zhuǎn)速到103rpm時，異常聲響又出現(xiàn)了，但與第一次出現(xiàn)時的轉(zhuǎn)速略有不同。因此，初步判斷，異常聲響的出現(xiàn)與主機轉(zhuǎn)速大小有關(guān)聯(lián)。經(jīng)過反復(fù)測試，主機轉(zhuǎn)速在90rpm～136rpm（100%負(fù)荷）區(qū)間內(nèi)都會出現(xiàn)異常聲響。主機倒車沒有發(fā)現(xiàn)異常聲響。③操縱舵機，通過調(diào)整轉(zhuǎn)舵角度，觀察聲響情況，當(dāng)轉(zhuǎn)舵到大舵角時，異常聲響暫時消失。在保持轉(zhuǎn)舵角度不變，船舶直線航行時，異常聲響持續(xù)按節(jié)奏發(fā)出。

通過調(diào)整主機轉(zhuǎn)速和操舵角度變化，雖然找到了產(chǎn)生異常聲響的源頭，但由于當(dāng)時缺乏處理“螺旋槳鳴音”的事故經(jīng)驗，也未查詢到相關(guān)資料和信息，大家仍是一籌莫展。船東和船檢的觀點是異常聲響與軸系頻率相同，懷疑軸系出了問題，要求拆軸檢查，不同意再繼續(xù)試航。也由于無法分析異響真正原因，又沒及時咨詢對口的專家，且又得不到船級社技術(shù)支持，經(jīng)公司高層討論后決定按船東和船檢要求進(jìn)塢進(jìn)行拆軸檢查。但拆軸檢查后一切正常：①在船塢內(nèi)對船體艉部進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。②拆除中間軸連接兩端的螺栓及拆下中間軸承蓋，吊起中間軸，檢查軸徑表面和軸承表面，也未發(fā)現(xiàn)異常。③吊起艉軸并拉出檢查，艉軸表面無異常劃痕，艉管前后軸承表面無異常磨痕，艉管內(nèi)無金屬粉末，前后密封裝置未發(fā)現(xiàn)異常。

只能重新安裝軸系，出塢后，對船舶進(jìn)行又一次航行測試。在吃水未到壓載水線時，異常聲音沒有出現(xiàn)；當(dāng)壓水到接近壓載水線和達(dá)到壓載水線時，異常聲響又再次發(fā)生。為了找出原因和解決該問題，消除船東及船檢的顧慮，按時將船交付給船東，于是邀請專業(yè)振動、沖擊、噪聲研究機構(gòu)的專家上船進(jìn)行振動和噪音測量，在船舶打壓載到試航狀態(tài)，通過專業(yè)儀器，在船舶各轉(zhuǎn)速工況下測試，得出了異響分析報告，并根據(jù)異響振動源和異響特征，最終判定此異常聲響為螺旋槳鳴音。

2.3 鳴音消除處理

確認(rèn)螺旋槳存在鳴音問題后，查閱了螺旋槳的設(shè)計和廠方加工數(shù)據(jù)，得知廠方在螺旋槳設(shè)計和出廠前加工時已對隨邊、消鳴音邊尺寸進(jìn)行了處理，各數(shù)據(jù)都在允許公差范圍內(nèi)。因此，通過對上述1.4中描述的方法進(jìn)行了比較分析，最終確定了修磨螺旋槳隨邊的方案。從0.6R起到0.95R，向內(nèi)打磨再減小2～3mm，將Ф2mm圓邊加工成2mm直邊，并光順過渡到1.0R，按此修復(fù)后的槳葉尺寸仍在公差允許范圍內(nèi)。見圖1。

為了避免再次進(jìn)塢造成資源上浪費，決定在碼頭時對槳葉隨邊進(jìn)行修磨。具體措施為利用壓載水將船頭下壓，使船艉上翹露出槳葉，在不影響盤軸的前提下，通過艉部外板上吊耳，在螺旋槳周圍搭好腳手架，由專業(yè)人員對槳葉隨邊進(jìn)行修磨。隨邊修磨處理完成后，又進(jìn)行了試航驗證，主機各種工況下再沒有出現(xiàn)鳴音現(xiàn)象。該船交付營運后，沒有收到船東關(guān)于螺旋槳鳴音的意見，證明上述修復(fù)方案是成功的。修磨后的隨邊厚度在設(shè)計允許值范圍內(nèi)，即保證了消音的理想效果，又不影響槳葉強度。

圖1 螺旋槳消音邊修復(fù)示意圖

3 鳴音現(xiàn)象識別

基于案例船，我們可以得出總結(jié)，當(dāng)船舶試航或航行期間，如疑似鳴音現(xiàn)象發(fā)生時，對機艙內(nèi)相關(guān)設(shè)備及推進(jìn)系統(tǒng)做常規(guī)檢查，在未發(fā)現(xiàn)異常的情況下，通過以下試驗可判斷和識別是否為螺旋槳鳴音。

（1）改變艉軸轉(zhuǎn)速，異響是否隨著轉(zhuǎn)速改變而改變，并且節(jié)奏頻率與轉(zhuǎn)速相同，或只在某個轉(zhuǎn)速區(qū)間存在異響，一般在低速時不會發(fā)生鳴音。

（2）在異響發(fā)生時，保持艉軸轉(zhuǎn)速，并改變操舵角度，觀察異響情況。

（3）改變船舶的壓載吃水狀態(tài)，觀察異響情況，在重載吃水狀態(tài)時一般容易發(fā)生鳴音。

如果以上三種情況都符合，基本上就可以判斷是螺旋槳的鳴音。對于營運中的船舶，由于貨物裝載原因比較難以實現(xiàn)通過壓載大幅變化來判定，但可用前兩種方法。

4 結(jié)束語

螺旋槳隨邊形狀和厚度對鳴音現(xiàn)象十分敏感，雖然新的螺旋槳隨邊都已具有消鳴音設(shè)計及加工，但由于艉部伴流場的復(fù)雜性，仍會存在個別鳴音現(xiàn)象的發(fā)生。借以本文對螺旋槳鳴音現(xiàn)象的淺析及實例的分享，也驗證了采取修磨隨邊可消除鳴音的可行性，希望能給其它船舶提供經(jīng)驗參考。

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U664.3

A

1006—7973（2017）10-0033-02

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.10.014