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1、船舶柴油机动力装置的振动 2005年第6期 中 国 修 船 13李维坚(广州航海高等专科学校,广东广州 510725)摘要:文章对船舶柴油机动力装置振动的主要形式,引起振动的激振力矩, 轴系的振动响应及其对轴系的危害进行分析。关键词:船舶柴油机动力装置;振动;激振力矩中图分类号:U644.21 文献标识码:C 文章编号-(--03 Abstract:Basedonresearchengineandpropellingshaftsystem,theim2pulsetorqueonthepronthe
2、enginecylindersaredeeplyanalysed.Keyonmarinedieselengine;vibration;activatingvibrationmoment1 柴油机动力装置振动的主要形式柴油机由于具有良好的经济性及工作可靠性,因此被广泛应用于国民经济的各个方面。在船舶中的柴油机动力装置主要有:柴油机带动螺旋桨的主推进装置,柴油发电机组,柴油机空压机组,柴油机同时带动螺旋桨、发电机等装备。因柴油机的主要机件运动的往复性及工作的周期循环性,因而不可避免地导致整个柴油机产生整机
3、性的振动及噪声,此时安装在柴油机上的部件及管系也将会产生局部性的振动。———————————————————————————————————————————————在柴油机运转过程中,伴随着动力的输出,柴油机动力装置还可能产生以下振动:横向振动、纵向振动、扭转振动、螺旋桨的陀螺振动等。所有这些振动及噪声不但影响柴油机装置本身结构及整个系统的工作性能和寿命,也会使与之邻近的设备产生振动而降低工作效能。以柴油机为动力的系统中,柴油机是主要的振动源,因此在柴油机动力装置系统的设计及使用过程中,对振动问题应予
4、以足够的重视,采取适当措施,把柴油机引起的振动限制在允许的范围内,从而避免发生危险的剧烈振动,这不仅可以保证柴油机及其轴系的安全,还可减少船舶运行时导致的船员生活环境舒适性的影响。2 柴油机动力装置振动的激振力矩柴油机动力装置产生振动的内因是柴油机动力装置本身不但具有惯性,而且还有弹性,因此确定了其固有的自由振动特性。而产生振动的外因是作用在柴油机动力装置上周期性变化的激振力矩,这些力矩是形成振动的能量来源。对于柴油机动力装置来说,激振力矩主要来自于以下因素:汽缸中的气体压力所产生的周期性变化力矩;曲
5、柄连杆机构的重力和往复惯性力产生的周期性变化力矩;吸收功率部件如泵、螺旋桨等所吸收的力矩因不是恒定值而产生的激振力矩[1]。其中汽缸中的气体压力所产生的周期性变化力矩,是系统产生扭转振动的主要原因。为阐述气体压力对柴油机动力装置的影响,在此有必要对它进行进一步的分析计算。柴油机汽缸内气体压力变化所产———————————————————————————————————————————————生的激振力矩,实际上是以作用在曲柄销上的切向力变化的形式反映出来。假设作用在活塞上气体力为Fg、活塞组件往复运动
6、所产生的往复惯性力为Fj,则其合力F为:F=Fg+Fj。(1)如图1所示,合力F在活塞销处分解为两个力,一个分力FN垂直于汽缸壁,称为侧推力;另一个分力FL沿着连杆中心线,称为连杆推力。这作者简介:李维坚(19692),男,广西桂平人,硕士,讲师,主要从事船舶电气自动化的教学与研究。?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net14 中 国 修 船 2005年第6
7、期 两个力的大小分别为:(2)FN=F?tanβ;(3)FL=F/cosβ。侧推力FN的大小和方向都是交变的,左右交替,对主轴承将产生一个大小为MD=FN?H的倾覆力矩,会引起柴油机的左右振动。MD无法平衡,通常是依靠强大的地基由机座的地脚螺栓来承受。连杆推力FL也是交变的,对主轴承将形成动力矩,会引起曲轴系统的扭转振动。FL在曲柄销处分解为两个分力:分力FT垂直于曲柄中心线,称为切向作用力;分力FZ沿着连杆中心线,称为径向作用力,这两个————————————————————————————————
8、———————————————力的大小分别为:()α+β)=FFT=FL?sin(;(5)FZ=FLβ)。cosβ式(4)α的形式来表示,近似为:FT=(sinα+α)pg。sin22L[2]仅汽缸内周期性变化的气体压力所产生的周期性变化的扭矩可以分解成无数个振幅不同、频率不同及相角不同的干扰扭矩,而且由于运动部件间的摩擦、轴段变形而产生的内磨擦以及螺旋桨在水中的阻力等,也会产生对干扰力矩起抑制作用的阻尼,因此船舶柴油机动力装置的轴系实际上就是一个多质量
