17.7萬噸散貨船尾部異響分析研究

藍志云　晏鳳祥

（上海外高橋造船有限公司，上海200137）

船舶輪機

17.7萬噸散貨船尾部異響分析研究

藍志云晏鳳祥

（上海外高橋造船有限公司，上海200137）

針對17.7萬噸散貨輪船的螺旋槳在貨船滿載的狀態(tài)下，機艙尾軸區(qū)域出現(xiàn)噪聲這一問題，分別從尾軸、中間軸承、螺旋槳三個方面進行分析、研究和探討，最終找出產(chǎn)生機艙尾軸區(qū)域噪聲的原因是螺旋槳鳴音，提供了解決螺旋槳鳴音問題的方法以及途徑，由此解決了機艙尾軸區(qū)域出現(xiàn)的噪聲問題，供船舶輪機設計及修造人員參考。

螺旋槳；中間軸承；隨邊；防鳴音裝置

1　故障現(xiàn)象

某17.7萬噸新造散貨船于2013年5月交付營運，主機采用國產(chǎn)B&W 6S70MC（建造于2009年11月），額定功率1×6 860 kW，額定轉(zhuǎn)速91 r/min。螺旋槳國產(chǎn)，直徑8 200 mm，螺距5 752 mm，4葉片，旋向正向，銅質(zhì)合金。

2013年6月，船舶正常航行，機艙尾軸區(qū)域出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的噪音，當船舶滿載、主機半/全負荷運轉(zhuǎn)時，主機尾軸附近出現(xiàn)不明噪聲；當船舶處于壓載狀態(tài)時，該噪音還伴隨有規(guī)則的金屬敲擊聲。由于船舶正常航行時機艙噪音較大，不能確定確切噪聲源，只能知道在尾軸或中間軸承周圍。

2　故障分析

針對該故障現(xiàn)象，首先從尾軸軸系方面入手，針對可能產(chǎn)生的噪聲源分析如下。

2.1尾軸原因分析

該船于2013年9月靠港時，針對尾管滑油狀態(tài)、尾密封、尾管軸承前負荷等問題進行逐項核實。根據(jù)船上記錄，海水溫度30℃時，尾軸軸承溫度穩(wěn)定在40℃～42℃（海水溫度18℃時，滑油溫度31℃）。從尾滑油管取樣閥中提取油樣分析，沒有發(fā)現(xiàn)金屬雜質(zhì)顆粒。尾密封無海水泄漏情況，滑油溫度隨海水變化正常。測量尾管軸承前負荷，結(jié)果見表1。（吃水：船首13 m，船尾14 m。）

表1　負荷測量表距離單位為1/100 mm

根據(jù)軸承負荷Rm計算公式：

式中：A——Area of jack piston，千斤頂?shù)幕钊娣e；

R——Actual bearing loads，軸承的實際負荷；

C——Correction factor which depended on the jack position，頂舉系數(shù)，千斤頂支撐位置不同，頂舉系數(shù)亦有所不同

由此計算軸承負荷12.4 t，約等于121.7 kN（見圖1）。

對比該船試航軸承負荷（10.9 t，106.8 kN），根據(jù)測量結(jié)果確定尾軸處于正常狀態(tài)，不存在偏磨、對中不良、軸系負荷變換等問題。據(jù)此，基本可以排除尾軸金屬敲擊噪聲源原因。

2.2中間軸承原因分析

中間軸承原因（包括中間軸滑油質(zhì)量、中間軸軸瓦、間隙、中間軸軸承負荷等）；

圖1　壓力和位移曲線

在未拆開上端蓋的情況下，用塞尺測量了軸系間隙，結(jié)果見表2（單位mm，船舶吃水船首13 m，船尾14 m）。

表2　軸系間隙

檢查中間軸下軸瓦，發(fā)現(xiàn)中間一塊出現(xiàn)80 mm的輕微劃痕（圖2，需要指出的是80 mm的劃痕與中間軸運動方向不一致，基本可以判定不是使用導致），對軸瓦進行清潔修復。

圖2　中間軸承下軸瓦

軸瓦裝復，加注滑油，重新測量軸系間隙，結(jié)果見表3（單位mm，此時前吃水11.90m，后吃水11.66m）。

表3　軸系間隙2

測量中間軸承負荷，見表4。

表4　負荷測量表距離單位為1/100 mm

根據(jù)軸承負荷計算公式：

式中：A——Area of jack piston，千斤頂?shù)幕钊娣e

計算軸承負荷4.4 t，約等于43.3 kN（見圖3）試航軸承負荷3.8 t，37.2 kN，前吃水11.90，后吃水11.66。

圖3

以上檢查結(jié)果證明該船軸系處于正常工作狀態(tài)，不可能出現(xiàn)噪聲/敲擊聲。針對船東提供的噪聲錄音，再次分析后，我們將噪聲源對準了螺旋槳。

2.3螺旋槳鳴音問題

目前判定螺旋槳鳴音通用的技術相對成熟的方法是轉(zhuǎn)舵試驗，即在出現(xiàn)噪聲時左右轉(zhuǎn)舵觀察噪聲變化情況。結(jié)果如下：該船在滿載狀態(tài)下，主機轉(zhuǎn)速76.2 r/min，航速23 km/h，正舵，天氣狀況良好，尾軸區(qū)域出現(xiàn)持續(xù)噪聲。

1）向右轉(zhuǎn)舵5°，4 min后當航速降低到21.85 km/h時噪聲消失；回正舵航速恢復至23 km/h時，噪聲出現(xiàn)；向左轉(zhuǎn)舵5°，情況相同；

2）向右轉(zhuǎn)舵10°，3min后當航速降低到21.30km/h時噪聲消失；回正舵航速恢復至23 km/h時，噪聲出現(xiàn)；向左轉(zhuǎn)舵10°，情況相同。

據(jù)此，可以確定噪聲是螺旋槳鳴音問題。

試驗研究表明，螺旋槳鳴音主要是由于槳葉隨邊（Pressure side，即壓力側(cè)，螺旋槳逆時針運轉(zhuǎn)，主機倒車時先進水一側(cè)）發(fā)放漩渦的頻率與槳葉震動最大振幅的結(jié)構(gòu)響應頻率一致引起的，發(fā)放頻率與響應頻率與一致，則這些尾緣就有可能開始振動，當鄰近剖面的尾緣也以接近上述頻率發(fā)生漩渦時，就增加了槳葉隨邊震動的相關長度，使脈動力和振幅相應加大。如這個過程持續(xù)擴展，直到葉片大部分都受到影響，產(chǎn)生強烈的葉片振動，從而導致所謂螺旋槳的鳴音。

消除鳴音的有效辦法一般是采用修削槳葉的隨邊（隨邊邊緣由圓弧形打磨成直線型，通稱為防鳴音處理Anti-singing），由尾渦發(fā)生頻率的估算公式得知，改變發(fā)放頻率，只要改變槳葉尾隨的厚度即可。如果尾隨相當薄，后駐點固定，發(fā)放的交替渦就幾乎不存在。另外，剖面尾緣的形狀對于發(fā)放渦的強度和頻率也有很大影響，因為它決定了尾緣形成的渦街橫向和縱向間距之比。如果用帶有不同銳角楔形尾緣的平板在流場中作觀察，可發(fā)現(xiàn)越尖銳的楔形尾緣，產(chǎn)生的尾渦也越狹窄，渦的發(fā)放頻率也越高，渦強也越弱。對于螺旋槳槳葉尾緣，因必須保證一定強度，不能把尾緣修削得相當薄或非常尖銳。因此要消除實槳的鳴音，可采取控制隨邊的銳度和尾緣的厚度來實現(xiàn)。修削后的尾緣，其發(fā)放頻率一定要遠離槳葉的鳴音頻率，一般應使0.7R（R代表螺旋槳半徑）槳葉半徑處的鋪面尾渦發(fā)放頻率為鳴音頻率的2.5倍以上，才能在整個航速范圍內(nèi)完全消除鳴音。因此，我們認為對實槳槳葉隨邊的修削范圍應從0.95R至0.4R槳葉半徑處剖面的尾緣為止。每個鋪面尾緣都削成楔形，槳葉外半徑的楔形角定位21°逐漸過度到內(nèi)半徑的27°。

3　故障排除工藝措施

1）確定0.3R（半徑）隨邊邊緣點位置。使用卷尺，貼合在隨邊邊緣線上，并按線性延伸至槳榖小端外圓線處。以槳榖小端外圓處作為零點，則長度742 mm處即為0.3R位置，標記0.3R位置。

2）通過下表數(shù)據(jù)，分別確定0.4R～0.95R位置，并標記對應的截面半徑，見圖4和表5（注：長度是沿著隨邊邊緣輪廓測量）。

表5　隨邊邊緣半徑位置

圖4　防鳴音處理（0.5R-葉尖）引用［1］

3）根據(jù)第2）步所確定的截面半徑位置，使用新防鳴音樣板沿著邊緣法線方向研各個截面半徑處的防鳴音；

①用鋼尺光順連接各個截面半徑處防鳴音邊界，然后畫出隨邊防鳴音邊緣線（見圖5）；

圖5　隨邊（修削前）

②研出各截面之間的防鳴音，根據(jù)ISO 484/1∶1981標準，樣板可以閃縫0.75 mm（見圖6）；

③整個隨邊防鳴音光順、拋光處理。

圖6　隨邊（修削后）

4　結(jié)語

根據(jù)螺旋槳制造公差標準 （ISO 484-1∶1981），177 000 DWT船螺旋槳截面長度公差為：（D/Z）×（±2%）=（8 200/4）×（±2%）=41 mm。經(jīng)過截面實際放樣，在原來防鳴音邊基礎上加工新的防鳴音最大需要向槳葉里邊縮1.8 mm，符合螺旋槳的制造公差要求。實船修改后，螺旋槳鳴音問題消失。為了使柴油機能充分發(fā)揮作用，同時得到較高的經(jīng)濟性、可靠性和較長的壽命，對一臺指定的柴油機必須選配一個合適的螺旋槳，使柴油機的功率得到充分利用，而且使柴油機的功率在全部運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都不超出允許的范圍。這要求船廠設計部門在螺旋槳選材方面，要更加切實考慮螺旋槳實際運行工況，建造出高質(zhì)量船舶。

［1］錢耀南.船舶柴油機.大連海事大學出版社，2000.

Analysis of Noise From 177 000 DWT Bulk Carrier Stern Shaft

Lan Zhi-yunYan Feng-xiang

（Shanghaiwaigaoqiao Shipbuilding Co.，LTD.，Shanghai 200137，China）

When 177 000 DWT bulk carrier was in full load condition，the crew found some noise problem in the ship's propeller shaft area.The stern shaft，intermediate bearing，propeller were analyzed，finally it was found out that noise problem came from the propeller singing.Solution had been provided to solve the problem of propeller singing.Thus，the noise problem in the stern area was avoided.This article could serve as a reference for ship designer and builder.

propellers；intermediate bearing；pressure side；anti-sining device

U674.13+4

A

1001-4624（2015）01-0066-04

2014-07-02；

2015-04-20

藍志云（1971—），女，高級工程師，長期從事船舶質(zhì)量管理工作。晏鳳祥（1983—），男，工程師，從事船舶檢驗工作。