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海洋指南

船舶福彩3d的类型– 船体福彩3d &机械福彩3d

最后更新于2019年4月23日
Types of ship vibrations-机械福彩3d &  船体福彩3d

船上的福彩3d不仅会导致结构疲劳,还会由于不适而破坏乘客和船员的体验。结果,许多船如果福彩3d太大,就会被丢弃。这是因为船上的福彩3d可能表明船的功能出现问题,并且操作起来可能不安全。

随着时间的流逝,对这些福彩3d的分类进行了大量研究,以便找出问题并在可能的情况下加以解决。更重要的是,已经对船舶的基本设计进行了更改,以尽可能减少福彩3d。它不仅使乘客和船员的体验愉悦,而且增加了船的使用寿命。

本文讨论了一般福彩3d,船舶福彩3d及其分类,原因以及详细的解决方法。

在深入分类之前,让我们看一下福彩3d如何发生的基础知识。

高中物理学告诉我们,福彩3d是物体的运动,通过它,它脱离了平衡状态。福彩3d可以是“来回”或“进出”或质量振荡。

福彩3d如何发生

福彩3d如何发生

福彩3d如何发生

让我们以上图为例。 “ b”代表摆的平衡状态,“ a”和“ c”代表摆的福彩3d位置。因此,每当钟摆被击中时,它就会在经过“ b”点时发生振荡。因此,我们从这里得出的结论是:

  • 外力使福彩3d从刚体开始。
  • 身体偏离了稳定的平衡。
  • 重力或弹力都会使身体恢复到其初始静止状态。这就是恢复力。
  • 惯性使身体继续’来回运动。
  • 最后,如果不再施加外力,则福彩3d幅度会逐渐减小。换句话说,身体慢慢停止。

福彩3d现象取决于以下四个物理量:

  1. 质量[m]:福彩3d的刚体
  2. 春季[k]:身体的弹性
  3. 阻尼器[c]:能量耗散的手段
  4. 励磁[F(t)]:系统从励磁中获取能量。

如果上述任何一项改变,则福彩3d的特性将相应地改变。

表示运动物体所需的独立坐标数称为 自由度 (自由度)。例如,在弹簧-质量系统的情况下,它是1;在两个弹簧-质量系统的情况下,它是2。

现在我们了解了福彩3d的基本知识,让我们从分类开始。福彩3d的分类主要基于引起福彩3d的组件进行。这些是:

  1. 机械福彩3d
  2. 船体福彩3d

让我们一一详细讨论。

机械福彩3d

机器具有运动部件,这些部件在运行时会引起福彩3d。这种福彩3d称为 机械福彩3d。主要是,主机,推进轴,变速箱,螺旋桨,泵和柴油发电机会引起福彩3d。

既然我们知道哪些零件会引起福彩3d,那么工程师就有责任保持安全的福彩3d水平。这些机械福彩3d可以进一步分为以下三种类型:

  1. 扭转福彩3d
  2. 轴向或纵向福彩3d
  3. 横向福彩3d

扭转福彩3d

笼统, 扭转福彩3d 可以定义为物体沿其旋转轴的角福彩3d。在船舶的主推进系统中,主机连接到螺旋桨轴。轴由一些较小的组件组​​成。

船用轴的常见组成部分是中间轴和螺旋桨轴,它们通过联接法兰连接。由于存在联轴器法兰,止推块,发动机连接法兰和主柴油发动机中的气缸活塞系统之类的连接,会在旋转轴系统中产生扭转福彩3d。所有这些都会导致“激发”,自然导致福彩3d。工程师的工作是设计轴和盘以及它们的位置,使主机的福彩3d低于整个推进系统固有扭转频率的5%。用更多的技术术语,可以说是因为应将激励减至最小以防止共振。当容器达到一定速度时会发生共振。由此,将该速度设定为禁止速度范围。只要避免该速度范围,就不会发生共振。此类限制和准则的疏忽可能导致轴的扭转故障。

轴向或纵向福彩3d

推进系统的轴向或纵向福彩3d是机械福彩3d中最令人感兴趣的情况之一,并且也是最有可能引起福彩3d的情况。有必要找出福彩3d的原因,以了解和分析系统的福彩3d。在轴向福彩3d的情况下,推进系统充当质量系统,在水平轴上具有多个自由度。

让我们更详细地了解螺旋桨的操作。入射到螺旋桨叶片的水的速度决定了螺旋桨产生的推力。它被称为“唤醒”。由于船体在船尾有弯曲,因此螺旋桨上的尾流本质上是不均匀的。顶部螺旋桨盘上的尾流与底部螺旋桨盘上的尾流不同。螺旋桨每旋转一圈便会重复进行此更改。因此,螺旋桨产生的推力是周期性的。它被称为替代推力。该替代推力用作激励力,该激励力导致推进系统的轴向福彩3d。

从数学上讲,螺旋桨激励等于螺旋桨的RPM乘以其拥有的叶片数量。因此,设计人员需要确保前几个固有频率与螺旋桨激励频率的固有频率至少相距5%,以便任何共振也可以。

横向或横向福彩3d

在这种情况下,福彩3d方向 垂直于轴的旋转轴。在这种结构中,中间轴和尾轴可被视为横梁,而轴承则可被视为支撑点。

由于轴的曲率,轴的理想中心线与其重心不一致。因此,当轴旋转时,由于重心上的离心力,其偏离理想的中心线。这导致福彩3d运动称为 轴旋转 。这种福彩3d的发生取决于轴承的数量及其之间的距离。

在准备设计时,人员应注意横向福彩3d模式的固有频率与发动机的固有频率不一致,因为如果发生这种情况,将会产生共振,进而导致极端的回旋。这将导致轴折断并造成灾难性和破坏性影响。

启动船上发动机后,速度逐渐提高到感觉到最大福彩3d的程度。它被称为临界速度或禁止速度范围。永远不要以这种速度航行。即使出于某种原因必须达到此速度,也应尽快通过。在这一点上,发动机的转速与船舶的自然回旋相吻合,因此以这种速度继续行驶很危险。

防止福彩3d

船舶设计师必须充分了解福彩3d的原因,并据此进行设计,以尽可能减少福彩3d。旋转福彩3d背后的主要原因如下:

螺旋桨波动载荷

如前所述,螺旋桨提供的有效推力不是沿着轴中心线。相反,它与轴的中心线成一定角度存在,从而导致弯曲应力作用在轴上,进而引起回旋。另外,随着推力和轴中心线之间的角度周期性地变化,观察到各种旋转方式。为了抵抗旋转,螺旋桨应以使影响最小化的方式对准。

柴油机励磁:

旋转的主要激励源之一是柴油发动机中的运动部件和发动机中的气压。它的径向分量引起回旋福彩3d,而切向分量导致扭转福彩3d。

制造商提供与发动机中的气体所施加压力有关的数据,这些数据可在进行轴的设计时作为参考。

轴对中误差:

有时,在船厂进行轴对中时,轴联结法兰不能正确重合。这会导致轴旋转轴连续性的损失。

当所有穿过联接法兰的联接螺栓未正确对准时,也会发现类似的联接缺陷。这会导致联接法兰之间的未对准。这样的错误将激发旋转激励的第一种模式,任何造船商都应避免这些错误,以保持良好的造船规范。

齿轮系统中的制造缺陷:

在安装各种齿轮设备时,可能会发生其中一些安装不正确的情况。在这种情况下,很明显由于不正确的齿轮传动将产生高频回旋。在施工阶段的早期阶段就需要注意这一点,并且与设计阶段的福彩3d分析无关。

纵向福彩3d可以通过以下方式解决:

在这种情况下,通常有两个选择。要么必须更改螺旋桨的激励频率,要么必须更改主推进系统的频率。在讨论过程之前,让我们先看一下每个选项的可行性。

可以通过更改螺旋桨叶片的数量或更改螺旋桨的RPM来更改螺旋桨的激励频率。前者不是一个实际的选择,因为螺旋桨的数量与螺旋桨的效率有很大关系。

然而,到目前为止,螺旋桨的预定RPM也无法更改。这是因为基于所需的扭矩和向船上传递有效动力所需的推力已经确定,并且改变所有这些都不是一个好主意。因此,这两个选项不能视为有效。

因此,剩下的选择就是改变主推进系统的固有频率。由于这不会影响船舶的任何其他因素,因此这是一个可行的选择。因此,既然我们已经确定了走哪条路,就让我们详细了解该过程。

系统的刚度和质量决定了其固有频率。当然,我们不应该改变系统的质量。改变推进系统的质量都不是可行的选择。因此,船舶设计者试图发挥系统的刚性。他们主要关注于推力轴承及其基础。后者是系统的组件,它响应于由止推轴承传递的推力而偏转。它就像春天一样。以某种方式重新设计推力轴承的结构基础将通过获得一定的刚度将推进系统的固有频率更改为所需值。

现在,让我们讨论第二种船舶福彩3d,即船体福彩3d。

船体福彩3d

另一个值得注意的部分 福彩3d 传播到 船体 。船体腰带福彩3d的各种激发源如下:

1.低速主柴油机

长期以来,众所周知,这是导致船体梁福彩3d的主要原因。作用在发动机上的三个周期力和周期力矩控制着柴油机的励磁。这三个力中的两个仍为其中之一,沿着轴轴线的力被周期性推力抵消。两种力量分为:

气体压力: 这是在发动机旋转一圈的各个阶段所施加的力的名称。他们也被称为引导力夫妇。这些力是由点火指令产生的横向反作用力引起的,并且还取决于气缸的数量。它们作用在发动机的十字头上。

发动机的周期性运动是由H联轴器引起的。在这种情况下,发动机的最上部处于与与发动机基础接触的部分相反的相位。与此相反,X联轴器会使发动机的前端与发动机的后端处于相反的相位。当这些力的频率在发动机基础的固有频率范围内时,后者开始产生共振。这会导致机舱底部结构的局部福彩3d。

因此,为了防止运动,采用了横向支撑或顶部支撑将发动机的顶部连接至船体梁。同样,为了改变结构的刚度,建议在结构设计的早期阶段重新设计发动机基础。

惯性力: 在低速主柴油机中,旋转部件通常具有较高的质量。因此,在往复运动的发动机部件的加速期间产生高惯性力。

主机励磁的第二个方面是周期矩。在内燃机中,活塞从上止点(TDC)到下止点(BDC)所花费的时间与活塞从BDC到TDC所花费的时间不同。在一次完整的旋转中,每一半所花费的时间都不相同,从而导致二阶垂直矩(M2V)。发动机的RPM的频率是这些周期性力矩的一半。

具有六个或更多工作缸的船用柴油机中的二阶垂直力矩在确定是否存在船体梁福彩3d的可能性中起着至关重要的作用。船体梁的垂直福彩3d的前三个或四个自然模式通常是发动机RPM的两倍。由于共振,可能导致垂直福彩3d。

设计人员需要从制造商处获取发动机的二阶垂直运动值。需要计算电源相关不平衡量(PRU)。它的价值可帮助设计师规划下一步的工作。力矩补偿器的调谐方式可以使它们产生的剩余力矩被主机的二阶垂直力矩所抵消。

当试图找出是否需要补偿器时,建议使用表格进行参考。但是,如果分析是在设计的早期阶段完成的,则设计人员可以完全选择其他引擎。

2.船体唤醒

在前面的段落中,我们详细讨论了螺旋桨中不同的尾流如何引起福彩3d。

一旦确定了船体形式,船尾轮廓和一定数量的螺钉,船体尾流就无法在后期开发中进行调整。如果必须进行任何更改,则需要在设计本身的流体动力学阶段进行。这可以使用流体力学软件来完成,该软件可以分析船体周围的水流。

3.螺旋桨

螺旋桨由于旋转而产生的激励有两种,分别是:

交替推力: 我们已经在本文的第一部分中对此进行了讨论。这导致推进系统的纵向福彩3d。

螺旋桨气蚀: 这导致气泡形成。这些气泡在螺旋桨叶片上爆裂。通常,在旋转的每一点上,螺旋桨上都不会发生气蚀现象。它仅在叶片上的总压力低于海水的蒸气压的位置发生。这些爆炸气泡产生周期性的激励力。因此,在设计螺旋桨时必须考虑各种速度下的气穴现象。

船尾的垂直压力: 当螺旋桨旋转时,船尾受到垂直压力。压力的频率和螺旋桨的激励频率相似(即RPM X叶片数)。船尾外伸较长的船舶更容易受到这种刺激,通常会在船尾部感受到福彩3d。

要记住的一件事是,在确定为一艘特定的船舶分配多少个螺旋桨时,设计者应注意主机的气缸数。气缸数和叶片数不应为整数的倍数。这是因为螺旋桨的激励频率取决于叶片的数量,而发动机频率取决于气缸的数量。因此,当这两个分量都是整数的整数倍时,更容易发生共振。因此,例如,如果采用具有四个气缸的主机,则应使用三叶桨或五叶桨的螺旋桨,而应避免使用六叶桨的螺旋桨。

上层建筑前后福彩3d

随着每一种新型号的出现,货船的长度开始增加。为了适应这种变化,大多数船舶的机舱从轮船的后部移开,以减小轴距。由于增加了长度,因此也必须加强其纵向截面。为了做到这一点,必须将不连续性从船中移开。因此,有必要将大多数上层建筑向后移动。为了获得正确的视野,导航甲板室必须与主甲板保持一定高度。

通常,机舱空腔容纳甲板室结构。这使得难以获得足够的结构刚度。由于螺旋桨和上部结构彼此靠近,并且甲板室的顶部结构很轻,螺旋桨引起的上部结构福彩3d已成为船舶福彩3d的重要方面。

上层建筑的福彩3d与两种运动有关,即摇摆和弯曲。 Hirowatari和Matsumoto对不同类型的上层建筑进行了详细分析。这简化了确定将上部结构的摇摆和弯曲运动保持在安全范围内所需的上部结构的扭转和弯曲刚度的过程。

螺旋桨感应力和低速柴油机是上层建筑福彩3d的主要诱因。在分析过程中,分别考虑了上部结构福彩3d和船体梁福彩3d。船级社建议了与此计算相关的某些程序。

船体大梁的福彩3d比机械福彩3d更危险。由于在制定船体共振图时需要做出各种假设,因此要准确预测船体梁的福彩3d并不容易。

一种更好的推荐方法是使用船舶有限元模型在局部和全局水平上进行福彩3d分析。

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