主機隔振及其安裝技術(shù)

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(dá)到完美的設(shè)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(zhuǎn)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(lián)軸節(jié)，減速齒輪箱，艉軸傳到螺旋槳。齒輪箱采用環(huán)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(huán)形金屬橡膠隔振器安裝進(jìn)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(tài)復(fù)雜。其激振力可簡單分類為，由燃燒發(fā)生的直接激振力(如氣缸內(nèi)氣體壓力、曲柄連桿機構(gòu)的重力及其慣性力)和由柴油機機械工作發(fā)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(shù)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(yīng)用

3.1 隔振器選擇的基本要求

設(shè)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(guī)定的負(fù)載;要能經(jīng)受溫度和濕度、腐蝕性流體等其他環(huán)境條件的變化;要具有一定的隔振特性并滿足應(yīng)用隔振器的設(shè)備對隔振器重量和體積的要求。

3.2 本船環(huán)形金屬隔振裝置的特點

結(jié)合本船主機型號及各種參數(shù)，設(shè)計和選用主機減振裝置為環(huán)形金屬橡膠隔振器。

環(huán)形金屬隔振裝置的特點:

①當(dāng)設(shè)備本身是振源時，能減小設(shè)備的振動和結(jié)構(gòu)噪聲向基礎(chǔ)的傳遞;

②當(dāng)設(shè)備不是振源時，減少基礎(chǔ)即周圍環(huán)境的振動和結(jié)構(gòu)噪聲向設(shè)備的傳遞;

③當(dāng)基座受到較大的沖擊作用時，使設(shè)備的沖擊響應(yīng)和沖擊加速度處于允許的范圍之內(nèi)，從而保護(hù)設(shè)備及隔振系統(tǒng)免受損壞。

3.3 隔振器的應(yīng)用

目前船舶主機安裝，一般采用環(huán)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(cè)分別與2件過渡機座相聯(lián)，每件過渡機座下設(shè)8塊YT3D170金屬橡膠隔振器單元;在每臺主機的兩側(cè)，分別設(shè)有4件橫向限位支架，每個支架設(shè)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(shè)4件縱向限位支架，每個支架設(shè)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(tài)，又可使用在剪切狀態(tài)。它的最大優(yōu)點是具有足夠的內(nèi)阻尼，適用于船舶主機這種靜態(tài)工作位移小而動態(tài)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(yuǎn)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(wěn)定性有矛盾。當(dāng)主機在動態(tài)工作中產(chǎn)生位移時，由于齒輪箱輸入端不發(fā)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(chǎn)生重大影響，嚴(yán)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(yīng)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(diào)整墊塊后，方可將主機吊進(jìn)機艙。主機進(jìn)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(yīng)檢查柴油機腳側(cè)面與過渡機座立板的側(cè)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(jìn)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(zhǔn)，對中間軸、齒輪箱進(jìn)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(huán)氧澆注工藝進(jìn)行安裝，鉸孔完畢后安裝螺栓固定牢。準(zhǔn)備工作做好后，開始校中主機。以齒輪箱為基準(zhǔn)，調(diào)整柴油機的位置，進(jìn)行柴油機的對中找正，要求上下、左右、開口值符合規(guī)定。要求徑向?qū)χ性试S差≤0.5 mm，軸向?qū)χ性试S差≤0.6 mm，角向?qū)χ性试S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(jù)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(diào)整墊塊的厚度hi，按該厚度值加工墊塊并記錄。

調(diào)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(yīng)的YT3D170隔振器、調(diào)整墊塊、組合調(diào)整墊片(5 mm)安裝至對應(yīng)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(tài)48 h，進(jìn)行隔振器預(yù)壓。YT3D170隔振器預(yù)壓結(jié)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(nèi)。若對中的上下位移不在規(guī)定的范圍內(nèi)或隔振器的變形不均勻，重新調(diào)整墊塊，直至在規(guī)定范圍內(nèi)。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(jié)束后，進(jìn)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(jù)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(cè)面與過渡機座側(cè)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(cè)面與擋板側(cè)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(diào)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(diào)整墊片調(diào)整，使YT2D170型隔振器預(yù)壓縮量為3 mm。限位裝置安裝完畢后，復(fù)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(shù)據(jù)超過規(guī)定值，重新調(diào)整。安裝限位螺栓，調(diào)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(fù)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(lián)軸器。

5 結(jié)語

本船主機采用環(huán)形金屬橡膠隔振器安裝完成后，試航期間經(jīng)長江船舶測試中心檢測，主機轉(zhuǎn)速在1000 r/min工況下穩(wěn)定航行;1～80 Hz頻率范圍內(nèi)，全船所有艙室振動測量值均在規(guī)定限制值之內(nèi)，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(nèi)燃機振動控制及應(yīng)用［M］.北京:國防工業(yè)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.