船舶管路中高频振动成因分析及控制策略研究
时间：2020-12-14 20:07:54 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：船舶管路中高频振动是影响船舶正常运行的主要因素，一旦高频振动严重，就会发出刺耳的声音，严重时还将产生不良问题。本次研究中，主要利用管路减振工程实例进行分析，了解管路振动的特点，掌握了不同振动对管路高频振动控制效果的影响，并针对性提出了控制管路高频振动的方法，以期给研究人员提供参考。
关键词：管路；高频振动；控制措施
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.021
1 掌握管路振动的特性
船舶航行中，对其内部系统具有较高要求。内部系统是传播动力设备的重要组成部分，可以给船舶运行提供基础的动力，同时也产生了一些不利振动。经过分析发现，船舶上所安装的管路都具有分布广的特点，一旦管路发生振动，将会将振动传递到船体结构，直接影响了传播噪声性能。因此必须控制好管路振动，降低船舶振动噪音，保证传播安全运行。从实际分析可知，管路振动主要受以下两方面因素影响。一方面动力设备运行中向管路传递了振动。管路与动力设备相连，随着设备的振动，可以直接将能量传递给管路，进而导致管路发生振动。此阶段中，管路振动频谱特点与设备相同，振动峰值一般出现在低频位置。随着振动传播距离和阻尼的影响，振动会逐渐降低。另一方面，船舶运行中管内流体所产生的影响。动力设备在流体输送中，会进行流体做工，受管路中相关设备自身特点影响，会产生空化及旋流问题，进而撞击管路，产生了强烈的振动。在此种状况下，管路不仅有受到流体动力噪声影响，还聚集了水流噪音，主要集中在高频区域。此外，管路中的阀门或器件，由于具有流道及通道面積变化特点，均容易产生振动，由于这些设备较集中所以噪声也集中在一起，具有高频特点，对管道中对振动敏感的设备均造成了不同程度的损坏，如声呐。由于管路振动原因不同，所表现出来的特征也不相同。为了及时解决振动对船舶管路造成的影响，必须结合实际，了解振动噪音的特点和产生原因，然后针对性的进行处理，保证船舶的安全运行。
2 分析实验案例
本次所选用船舶的管路直接占据主管的40%，利用旁通节流阀连接主管与支管，管内流体均为冷取水。如下图1所示。
当支管中流过水时，可以在自来水管道中听到类似爆炸的声音，从此种现象可以做出初步判断，管路中已经出现了流体空化。经过对管路及安装管路的船舶结构监测发现振动中高频频段比低频频段振动量级高。由此可见，管路产生的振动不仅包含自来水泵产生的低频振动，还包含管内流体互相激励所产生的高频振动。结合实际测量数据可知，船体结构上的高频振动和管路振动所呈现的频谱特征相似，由此可见，管路内流体所产生的振动，不仅对管路产生了影响，同时也影响了船体结构，不能发挥传播的隐身性能，严重时将影响船舶的安全运行，产生不良的安全问题。
3 分析振动控制措施的效能
为了详细了解管路振动，本次采用支管中插入了挠性接管及取消节流阀件方式进行探究，结合实际检测结果可知，取消节流阀对降低管理振动具有明显作用。
（1）了解插入挠性接管前后振动变。在管路中插入挠性接管已经成为降低管路振动的主要操作方法。挠管接管是管路弹性元件，所以可以控制管壁机械振动，消减了振动噪音。但是分析管路振动时，由于管路内流体是主要激励源，所以挠管限制振动的作用较微小。下图2展示了船体结构上的管路挠性接管振动相应变化图。图中曲线表示了无挠性接管减去有挠性接管的测量时，从图中数据可知，挠性接管虽然具有降低振动作用，但减振作用会失效。
从上图2可知，插上挠性导管后船体结构振动频段会有所降低，但某些频段也会出现增加，总体振动变动的较小。所以给管路中插入挠性接管降低的振动力度有限，必须利用其它技术进行控制。
（2）采用拆换节流阀方式降低管路振动。从频谱变化图可知，主要为中高频，可以判定为管内流体所产生的振动激励。诱发管路中流体变化的主要是急转弯弯头与阀门。但是进行实际加工时对弯头提出的要求较高，所以管路未安装急转弯弯头，主要利用振动测量及数据进行分析。结果表明，直通管替代阀门船体后，振动明显下降。如下图3所示。
（3）分析。 管路系统中阀门是静止的，不会因机械运动产生振动。但是流体通过阀门时，受流体影响，就会诱发管内流体变化，进而产生强烈的水动力噪音。一般此种噪音主要呈现出高频特征。从本次案例分析可知，高频特征的主要根源也是流体。但流体运行到弯头或截面位置时，受结构变化影响，增加了振动强度，所以可以通过改变阀件方式减小结构对流体的影响。由于流体空化与流体内部压力密切相关，所以只有保证压力大于空化值时，才会产生空化。所以可以将流动状态变化产生的压力理解为流速，从动量定理可知，流体通过相同结构时，随着流速增大，压力差也会增大，所以降低流速也是减小振动的主要措施。随着结构的变化，相同振动源响应力度也会变化。在排除共振的基础下，能量相同时，对刚度结构的影响较小，所以必须设置好阀件位置，制定可行的减振措施。本次将阀件安装在下游主管，整体振动均得到了降低。
4 结束语
船舶安全行驶与内部设备及管路具有密切联系。目前振动所产生的影响已经成为影响船舶顺利运行的重要因素。经过本次研究发现，流体激烈产生的振动较大，必须价钱生源振动控制，同时还要对阀门及阀件安装方式进行改变，制定出合理的措施，减少振动，保证船舶的安全运行，提高船舶运行的经济效益。
参考文献：
[1]梁向东.管路振动噪声对船舶总体声隐身特性的影响[J].噪声与振动控制，2010（12）.
[2]冯志敏，王颖.基于人机系统的船舶振动分析及其控制[J].中国航，2010（02）.
