基于振动分析的船舶螺旋桨鸣音故障诊断.pdf
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1、第37卷第2期技术交流中 国 修 船基于振动分析的船舶螺旋桨鸣音故障诊断叶文荣,于忠杰,王婉莹,高洪滨(92601部队,广东 湛江524000)摘要:文章针对某船在试航过程中艉部区域出现的不明金属敲击异响,通过测量异响区域船体的振动信号,分析异响出现和消失时振动频谱结构特征,确定故障原因是螺旋桨鸣音。研究发现,附着在螺旋桨上的海生物发展到一定程度后,会改变桨叶的随边形状,流体在螺旋桨背后形成卡门涡街,作用于桨叶发出金属敲击声。关键词:船体振动;卡门涡街;金属敲击声;螺旋桨鸣音中图分类号:U672文献标志码:Adoi:10.13352/j.issn.1001-8328.2024.02.002Ab
2、stract:In response to the abnormal metallic sound in the stern area of a certain ship during its sea trials,this paper measures the vibration signals of the hull in the area of the noise and analyzes the frequency spectrum structure changes of the vibration velocity at the measurement point when the
3、 abnormal sound occurred and disappeared.Itdetermines that the propeller singing creates the sound.The study finds that when marine organisms attached to propellers develop to a certain extent,they change the trailing edge shape of the blades,causing the fluid to form a Karman vortex street behind t
4、he propeller,which acts on the blades to produce a metallic sound.Key words:hull vibration;Karman vortex street;metallic sound;propeller singing作者简介:叶文荣(1982-),男,江西万安人,工程师,硕士,主要从事船舶振动噪声控制及机械设备故障诊断工作。鸣音即圆柱形线性体和有钝后缘的叶片在流体中共有的一种流体动力弹性力学问题1。船舶螺旋桨发生鸣音故障时,能听到金属敲击声,该声响虽对船舶性能无大碍,但可能会让船员误以为是艉轴承出现了严重磨损故障,急需停航
5、检查,造成极大的经济损失。目前,鸣音故障的诊断主要依赖于船员的主观经验,通过人耳判断不同航速、舵角、吃水等航行工况下异响是如何变化的,来推断鸣音故障是否发生,缺乏科学的测试数据做支撑。振动分析可以准确地诊断出质量不平衡、不对中、基础松动等旋转机械设备故障,相关的研究文章较多,但是关于船体振动、异响故障诊断的应用案例相对较少。本文通过采集船体振动信号,比较鸣音故障发生和消失时的频谱结构差异,成功对一起船舶螺旋桨鸣音故障进行了诊断及治理,可为今后识别类似船舶异常声响故障提供技术参考。1故障诊断1.1初步诊断某船在码头停靠1个月后试航,船员发现当主机车钟在进三以上工况时,后甲板附近有异常声响,能明显
6、听到低频率、不连续且不规律的金属敲击声,在靠近左螺旋桨的压载舱最明显。随后进行了15舵角转向试验,发现该船左转向时异响消失,舵角回正直航和右转向时异响又出现。为进一步确定异响来源,船员仔细检查了异响区域管路、阀门、地板、基座等可能发生异响的地方,派潜水员对螺旋桨缠渔网、导流罩脱落等水下问题进行了摸排,均未发现明显异常。船舶的噪声主要包括机械噪声、水动力噪声和螺旋桨噪声。经听音检查,主机舱、轴隧舱、中间轴承、艉轴密封等部位均未听见异响,机械噪声的可能性不是很大。螺旋桨发生空泡时会引05中 国 修 船2024年4月技术交流起强烈的连续宽频带噪声,与听到的有一定时间间隔、低频的金属敲击声也不符。因此
7、重点关注螺旋桨产生的其它噪声或舷外水动力噪声。1.2船体振动测量与分析在靠近螺旋桨、异响明显的舱室测量船体振动,为识别噪声源提供依据。船体振动的激励源主要包括主机振动、轴频振动和螺旋桨振动等,其中螺旋桨的激励频率主要为叶频和倍叶频,计算公式如下:fe=KZN60,(1)式中,fe为螺旋桨激励频率;K为激励阶数,K=1时为叶频,K=2时为倍叶频;Z为螺旋桨叶数;N为螺旋桨转速。1#测点布置在压载舱,2#测点在某油舱附近,测量舱室中部强力构件上的振动速度频谱,测量方向为轴向(螺旋桨推力方向)。采集参数设置如下:频率范围 1200 Hz,分析线数为 800 Hz。测试工况分别为主机车钟进三、进四船舶
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