1、67 英尺豪华游艇振动问题分析及解决方案探讨摘要：太阳鸟公司建造的 67 英尺豪华游艇在首次试航中出现振动过大情况。本文针对其产生的原因进行分析，并结合现场情况提出改善船艇振动过大问题的有效解决方案。 关键词：游艇；振动；振动分析；减振方案 中图分类号：TU528.063.2 文献标识码：A 文章编号： 引言： 近几年随着国内游艇市场的升温，大量欧美厂家生产的高品质游艇进入国内市场，这迫使国内游艇生产厂家不断改善技术和工艺细节从而为客户提供性能优异使用舒适的游艇产品。一款使用舒适的游艇对航行中产生的振动和噪音有着苛刻要求。近期珠海太阳鸟游艇制造有限公司为海南一高端客户定制的一条 67 英尺豪华
2、游艇在首次试航时发现船体振动过大。特别是在主机转速 2100rpm 时沙龙地板及艏部栏杆振动尤为明显，这严重影响了客户的使用舒适性，必须找到导致过大振动的原因并采取有效措施予以消除。 1.振动的危害及其产生的原因 1.1 振动对游艇的危害主要体现在以下几点： 第一：该艇为豪华游艇，较大的振动会影响船员和船主的航行舒适性，并影响船员的工作效率及乘员的身体健康。 第二：影响机器和设备的正常运转，恶化设备及仪表工作环境，缩短使用寿命。 第三：严重的振动会使游艇的艇体结构和机械部件产生疲劳损坏，从而影响游艇的航行安全。 第四：振动会激发噪声，过大的噪声会影响到整体的使用舒适性。 所以必须找到本船产生较
3、大振动的原因，并采取措施消除船艇的较大振动。 1.2 可能导致较大振动的原因分析 游艇一般通过高速柴油机驱动轴系带动螺旋桨来推动游艇高速航行，在航行中船体受到各种激励的作用，必然会引起游艇总振动和局部振动。游艇产生过大振动主要原因大致分为以下几个方面： 第一：结构设计不合理，结构整体刚度不够。如纵向结构不连续，甲板、舷侧及船底结构连接不好，没有形成一个刚性较大的整体。机舱内扶强结构设计不合理。主机座与船底龙骨连接过度不均匀，且纵向呈折角线。主机机座没有延伸到机舱前、后壁等。经查本船为批量建造的游艇。船船体结构设计合理，结构刚度足够。机座的设计和制作符合要求。前期采用同样图纸建造的其它游艇试航时
4、没有出现过大振动。因此可以排除本船因结构设计及制作不合理而产生较大振动。 第二：船、机、轴、桨匹配不合理。柴油机、螺旋桨、轴系是船舶振动的激振源，主机、齿轮箱、及高弹的选用，轴系、螺旋桨的设计应防止过大的轴系扭转及回旋振动，以减小其对船体的二次激励。通过评估先期按照同样图纸和工艺建造的游艇的试航测试数据。并结合轴系扭振计算报告，可以判定本艘游艇的船、机、轴、桨匹配是比较合理的。 第三：轴系、螺旋桨的安装不合理而导致过大振动。本船主机采用VOLVO 公司的 D11-670 型四冲程高速柴油机，齿轮箱为 ZF 公司的 ZF311A型齿轮箱，主机与齿轮箱之间配有德国 VULASTIK 公司生产的高弹
5、联轴器。主机厂对主机机脚安装及轴系对中有严格的要求。参照 VOLVO 公司的安装要求如图所示。 （本船螺旋桨的直径 =0.83m,艉轴直径 D=80mm.）各安装尺的最小值不下于如下计算值： A=0.1=83mm，实船安装 A 值为 115mm； B=0.15=125mm,实船安装 B 值为 130mm； D=0.08=66.4mm,实船安装 D 值为 300mm； E1D=80mm, 实船安装 E 值为 75mm； F 为轴系安装角，一般避免超过 12，实船轴系安装角度为 9.5。所以本船轴系的布置的各个取值优于主机厂家推荐值，符合要求。 本船轴系简单且直径较小，布置与安装时采用直线校中工艺
6、即可。轴系的对中数据参照 ZF 齿轮箱的安装文件具体如下图所示。轴承的布置参照船上振动与控制指南9.8.2 进行计算，轴承之间的最小距离 L建议不小于下式计算值： L=12d10-3 m 式中:d-轴的直径，mm。 计算得：L=0.96 m，本船前后轴承之间距离为 2.148m,满足要求。 XMAX=0.05mm,YMAX=0.1mm 齿轮箱输出法兰到第一个轴承的最小距离 Lmin 的取值建议不小于Lmin=500mm(D60mm), Lmin=1000mm(60D90mm), Lmin=2000mm(D90mm),本船设计实际取值 L= 1926mm。符合厂家推荐值。经过校核，本船的轴系布置
7、及安装满足主机及齿轮箱厂家的要求，不需要调整。 第四：轴系、螺旋桨的加工精度不高引起船体过大振动。 螺旋桨激励是船体振动的主要激励源之一。螺旋桨的设计和加工精度对船体振动有很大的影响。因批量建造的其它游艇试航时未出现过大振动。所以本船重点检查螺旋桨及轴系的加工精度对船体振动的影响。经核查本船螺旋桨出厂的静平衡试验报告，改桨出厂前按照挂重 30g 进行检验合格。根据船用金属螺旋桨技术条件 （GB12916-91）7.1.2 当螺旋桨直径 D1.5m 时，可以用以下公式计算 G 值： G=0.25D2+0.02 式中: G-计算挂重，kg D-螺旋桨直径，m 计算得：G=37.22g 根据计算静平
8、衡数据符合国标要求。但本船为高速游艇，螺旋桨的转速高达 1131 转/分钟，且船体在试航中出现较大振动。要求螺旋桨厂家对本船的螺旋桨进行动平衡检测。且最大允许残余不平衡量参照参ISO1940 标准 6.2.3 计算公式计算： U=1000 (eper ) m/ U: 允许残余不平衡量，单位克每毫米 eper :平衡品质等级 - 螺旋桨取 6.3 m:螺旋桨重量，单位公斤 68KG :工作转速的角速度数值，单位用弧度每秒（rad/s）表示， N: 螺旋桨转速，1131RPM = * N/30=118.44 U=10006.368/118.44=3617g.mm 叶梢的允许残余不平衡量 G=U/半
9、径 G=3617/415=8.7g 返厂动平衡检测结果如下： 螺旋桨 A 面 螺旋桨 A 面 经检验本船螺旋桨静平衡达到国家标准，但动平衡测试发现该桨允许残余不平衡重量超标较大，需返厂修理，使螺旋桨残余不平衡重量量小于计 8.7g。从而使螺旋桨在高速旋转时产生的机械振动幅度减小到允许的范围内。 另外轴系的加工及安装质量不好也能引起船体异常振动。本船两条艉轴拆下后测量艉轴的跳动，发现左艉轴后轴承位置处跳动严重超标，跳动量达 0.2mm.右艉轴的跳动量满足设计要求。左艉轴后轴承位置跳动量超差的原因，可能是艉轴加工质量有问题，也可能是在运输途或安装时操作不当导致跳动超差。左艉轴跳动超标，轴系偏移，导
10、致轴系扭振增大，会引起船体异常振动，必须予以修复。 此外螺旋桨下水后产生的桨叶卷曲和缺失以及艉轴缠绕有绳子或鱼网等也可能会引起船体异常振动。经检查发现右艉轴上有少量缠绕鱼网和绳子。 综上述分析，此次海试的 67 英尺豪华游艇出现较大振动是因为，左艉轴后轴承处弯曲导致后轴承处跳动严重超差，轴系偏移，导致轴系扭振增大。另外螺旋桨加工精度不达标产生不平衡，导致螺旋桨振动激励增大。主机弹性机脚安装不满足要求，主机不平衡力矩增大，主机振动激励增大。 2.减振措施 在分析了导致本船振动过大的原因之后，需要结合实际情况对其采取有针对性的修理，以改善本船的异常振动问题。根据本船的实际情况，在修理中我们采取了以
11、下几个方面的措施： （1）调整主机弹性机脚，使弹性机脚处于最佳工作状态。以减小主机工作时引起的振动； （2）游艇重新上排检查，清除艉轴上缠绕的渔网和网绳； （3）艉轴上车床校正，满足跳动量要求； （4）螺旋桨返厂进行动平衡校正，螺旋桨叶梢的允许残余不平衡量不超过 8g; 降低螺旋桨所引起的振动。 按照上述方案整改修理后，重新进行验收试航，过大振动得以消除，通过了验收，并获得客户的好评。 3.结论 本文通过对 67 英尺豪华游艇试航时出现的异常振动问题，进行了系统的分析，并根据排查情况，参照主机、齿轮箱安装及螺旋桨加工国家检测标准制定了有效合理的整改，最终消除了本船的异常振动，提高了客户驾乘的舒适性。 参考文献： 1中国船级社，船上振动控制指南 2000. 2VOLVO PENTA,Installation Marine Propulsion Diesel Engines.
