導(dǎo)讀

　　隨著航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，人們逐漸要求船舶裝載量大、吃水淺和航速高。

　　肥大、淺水和大功率成為船型的發(fā)展方向。

　　同時(shí)，為了盡量減少船舶自重，船體鋼板及構(gòu)件的厚度相對(duì)減薄，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度裕量接近規(guī)定下限。

　　這些原因?qū)е麓w抗震能力差，在風(fēng)浪中或主機(jī)自振的影響下，振動(dòng)幅度加劇，船體振動(dòng)已成為航運(yùn)界一個(gè)突出的問(wèn)題。

　　船舶作為一個(gè)自由漂浮在水中的彈性體，只要螺旋槳或其他設(shè)備工作，總是會(huì)引起船體不同程度的振動(dòng)。

　　輕微的振動(dòng)是允許的，也是不可避免的。

　　但船體振動(dòng)過(guò)大會(huì)導(dǎo)致船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞，影響船上設(shè)備和儀器的正常工作，降低使用精度，縮短使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致船體斷裂乃至沉沒(méi)。

　　同時(shí)，船體振動(dòng)還嚴(yán)重影響著船員和旅客的居住舒適感、船員的工作效率和身體健康。

　　船舶振動(dòng)主要與其振源有關(guān)，同時(shí)也與船舶總布置、尾部線型和船體結(jié)構(gòu)有關(guān)。

　　激起船體振動(dòng)的主要振源(也稱(chēng)激勵(lì)源)是螺旋槳和主機(jī)，它們?cè)谶\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)激起周期性干擾力，使船體發(fā)生穩(wěn)態(tài)強(qiáng)迫振動(dòng)。

　　若激勵(lì)幅值過(guò)大或引起了共振，就會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。

　　本文重點(diǎn)研究因主機(jī)基座澆筑質(zhì)量激起船體的振動(dòng)。

　　一、船舶振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因

　　船舶產(chǎn)生振動(dòng)的原因，主要有 6 種。

　　1)線型。

　　因?yàn)槲膊烤€型對(duì)伴流的分布起決定性作用，直接影響螺旋槳來(lái)流和去流產(chǎn)生漩渦、伴流等方面的狀況。

　　這些都直接與船體振動(dòng)有關(guān);

　　2)船體結(jié)構(gòu)。

　　船體結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件取材不合理、剛度不足和結(jié)構(gòu)部件不連續(xù)，都會(huì)使船體板格固有頻率太低，或產(chǎn)生應(yīng)力集中和慣性矩不能滿足要求，特別是在機(jī)艙、尾部結(jié)構(gòu)不合理或板材、構(gòu)件取材太小和剛度不足時(shí)。

　　另外，肥大型淺水大開(kāi)口船，在裝載中產(chǎn)生較大扭矩時(shí)，導(dǎo)致推進(jìn)器軸系偏移，主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)引起船體振動(dòng);

　　3)螺旋槳的選擇及與船體線型匹配。

　　螺旋槳誘導(dǎo)的表面力和空泡是導(dǎo)致劇烈尾振的原因時(shí)，這兩者又與螺旋槳的設(shè)計(jì)如槳葉的傾斜度、盤(pán)面比、螺距、厚度分布和葉片數(shù)等有關(guān)。

　　因此，螺旋槳的選擇將直接影響到船體振動(dòng)頻率。

　　同時(shí)，螺旋槳與船體線型是否匹配、間隙是否足夠，均與船體振動(dòng)密切相關(guān)。

　　若螺旋槳與船體、尾柱、舵托、舵之間的間隙太小，螺旋槳誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力將會(huì)劇增，加上伴流不均勻，使螺旋槳的激勵(lì)力較大，使尾振加劇;

　　4)主副機(jī)的選擇。

　　柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)作用在船體上的周期性干擾力主要有兩種，一是運(yùn)動(dòng)部件的慣性力產(chǎn)生的不平衡力和不平衡力矩;

　　二是氣缸內(nèi)氣體爆炸壓力產(chǎn)生的對(duì)氣缸側(cè)壁的側(cè)向壓力和傾覆力矩。

　　若主副機(jī)選擇不當(dāng)，可能引發(fā)主副機(jī)與船體共振，造成船體或主副機(jī)損壞;

　　5)船舶運(yùn)營(yíng)時(shí)，航行條件的影響。

　　在淺水或狹窄航道航行，或由于裝載不當(dāng)、軸系變形、螺旋槳受損傷、主機(jī)各缸燃燒不均勻等，均會(huì)引起船體振動(dòng);

　　6)主機(jī)或軸系安裝對(duì)中影響。

　　主機(jī)或者軸系安裝不良，對(duì)中出現(xiàn)偏差或裝載時(shí)，由于配載導(dǎo)致主柴油機(jī)拐檔差超過(guò)規(guī)定值，將會(huì)導(dǎo)致主機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)，曲軸變形，機(jī)器振動(dòng)增大，影響船上設(shè)備和儀器的正常工作，降低使用精度，縮短使用壽命。

　　二、三用工作船(OSV)A 輪主機(jī)振動(dòng)原因分析

　　6 468 kW(8 800 hp) OSV A 輪運(yùn)行 8 年的主機(jī)機(jī)帶泵修理情況統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

　　

　　從表 1 可以看出，6 468 kW(8 800 hp) OSV A輪 1#、2#主機(jī)機(jī)帶泵修理頻次遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 3#、4#主機(jī)。

　　經(jīng)實(shí)地體驗(yàn)，用裝大半瓶水放在主機(jī)機(jī)帶泵處觀察、機(jī)帶泵表面貼 A4 紙、振動(dòng)儀測(cè)量等各種方法綜合判斷，左主機(jī)振動(dòng)明顯大于右主機(jī)。

　　為了驗(yàn)證上述的判斷，船公司對(duì) 6 468 kW(8 800 hp))OSV A 輪(在 2023 年廠修期間)1#、3#主機(jī)的澆筑環(huán)氧樹(shù)脂底座進(jìn)行檢查。

　　從拆除的澆筑塊來(lái)看，1#主機(jī)澆筑氣泡明顯多于 3#主機(jī)。

　　如圖1至圖4所示。

　　

　　▲圖 1 1#主機(jī)澆筑塊

　　

　　▲圖2 3#主機(jī)澆筑塊1

　　

　　▲圖 3 3#主機(jī)澆筑塊 2

　　

　　▲圖 4 3#主機(jī)澆筑塊 3

　　三、三用工作船(OSV)B 輪 1#主機(jī)澆筑

　　2022年10月9日，在作業(yè)時(shí)，6 468 kW (8 800hp)OSVB 輪 1#主機(jī)突發(fā)滑油低壓報(bào)警。

　　在立即采取主機(jī)降速措施的過(guò)程中，滑油低壓停車(chē)。

　　經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)，1#主機(jī) No.5 缸連桿瓦擠壓變形，曲柄銷(xiāo)磨損。

　　船公司制定了應(yīng)急修理方案，將曲軸運(yùn)送到大連工廠進(jìn)行恢復(fù)尺寸、主機(jī)軸線找正和主機(jī)底座重新澆筑。

　　對(duì) 1#主機(jī)進(jìn)行解體后發(fā)現(xiàn)，其余 5 個(gè)缸連桿瓦均有磨損，4 個(gè)缸連桿平衡度超標(biāo)。

　　專(zhuān)業(yè)公司測(cè)量發(fā)現(xiàn)，曲軸跳動(dòng)量超標(biāo)嚴(yán)重，實(shí)測(cè)值 1.00 mm，遠(yuǎn)大于全長(zhǎng)允許標(biāo)準(zhǔn)最大值≤0.050 mm。

　　如圖 5 至圖10 所示。

　　

　　▲圖5 1#主機(jī)損壞的軸瓦

　　

　　▲圖 6 新舊軸瓦對(duì)比

　　

　　▲圖7 1#主機(jī)第二三缸軸瓦

　　

　　▲圖 8 1#主機(jī)第五六缸軸瓦

　　

　　▲圖 9 磨損軸頸照片

　　

　　▲圖 10 測(cè)量照片

　　自 2015 年出廠運(yùn)營(yíng)以來(lái)，6 468 kW (8 800 hp)OSVA、B 輪兩船均反饋 1#主機(jī)振動(dòng)幅度大、軸系損壞頻率高。

　　2022年初，船公司就兩船 1#主機(jī)振動(dòng)原因進(jìn)行分析，查找振動(dòng)原因，并就振動(dòng)源問(wèn)題到廠家調(diào)研。

　　通過(guò)三用工作船(OSV)B 輪 1#主機(jī)的修理發(fā)現(xiàn)，1#主機(jī)環(huán)氧樹(shù)脂底座有 3 塊松動(dòng)，從拆除的澆筑塊來(lái)看，環(huán)氧樹(shù)脂塊與主機(jī)接觸面有大量氣泡，氣泡的面積約占整接觸面的 40%。

　　可以判斷出當(dāng)時(shí)的澆筑過(guò)程存在缺陷，產(chǎn)生大量的氣泡，造成接觸面減少，受力面增加，是 1#主機(jī)振動(dòng)根源。

　　2023年1月6日至1月12日， 三用工作船(OSV)B 輪主機(jī)修理工程項(xiàng)目完工，本次修理將曲軸運(yùn)送到專(zhuān)業(yè)公司進(jìn)行尺寸恢復(fù)、主機(jī)軸線找正、主機(jī)環(huán)氧樹(shù)脂底座進(jìn)行重新澆筑。

　　目前，1#主機(jī)已運(yùn)轉(zhuǎn)5 850 h，經(jīng)儀器測(cè)量，振動(dòng)幅度平均降低15%。

　　四、三用工作船(OSV)A 輪 1#、3#主機(jī)澆筑工藝

　　1、技術(shù)要求

　　主機(jī)軸線對(duì)中，需安排專(zhuān)業(yè)人員使用專(zhuān)業(yè)設(shè)備，按照主機(jī)說(shuō)明書(shū)高彈鋼性連接要求進(jìn)行對(duì)中，提前考慮樹(shù)脂勢(shì)塊的厚度，將樹(shù)脂的千分之一的收縮量考慮進(jìn)去。

　　如果進(jìn)行軸線對(duì)中，時(shí)間安排在6月份，陰天可以白天施工，晴天就要安排晚間進(jìn)行施工。

　　另外，風(fēng)力不能超過(guò) 4 級(jí)。

　　軸線對(duì)中要滿足兩個(gè)條件，一是主機(jī)各缸曲軸開(kāi)檔差值要在規(guī)范值內(nèi);

　　二是要滿足主機(jī)說(shuō)明書(shū)安裝要求的剛性連接數(shù)值。

　　在進(jìn)行主機(jī)墊塊澆筑前，要采購(gòu)足夠的環(huán)氧樹(shù)脂并提供證書(shū)，主機(jī)地腳墊塊按主機(jī)墊塊施工工藝進(jìn)行，同時(shí)澆筑試件。

　　等固化時(shí)間夠了，進(jìn)行硬度測(cè)試并報(bào)檢。

　　合格后，收緊主機(jī)地腳螺栓，再連接主機(jī)相關(guān)的管路等。

　　2、環(huán)氧樹(shù)脂施工工藝

　　使用材料為環(huán)氧樹(shù)脂(Chockfast® Orange PR610-TCF)。

　　施工單位為中國(guó)伊麗諾工具集團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱(chēng) ITWPPFCHINA)。

　　施工前應(yīng)注意的要點(diǎn)，一是確認(rèn) Chockfast® Orange PR610-TCF 環(huán)氧樹(shù)脂墊塊的應(yīng)用已經(jīng)報(bào)相關(guān)的船級(jí)社批準(zhǔn)，相關(guān)圖紙獲得書(shū)面認(rèn)可;

　　二是確保 Chockfast® Orange PR610-TCF環(huán)氧樹(shù)脂墊塊的澆注由 ITWPPFCHINA 的服務(wù)工程師或者其它具有美國(guó)費(fèi)城樹(shù)脂公司資質(zhì)認(rèn)可的人員實(shí)施。

　　Chockfast® Orange PR610-TCF 包含雙組份的液體材料，即環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑。

　　儲(chǔ)藏時(shí)應(yīng)防止冰凍。

　　使用有效期為出廠后最多 24 個(gè)月。

　　Chockfast® Orange PR610-TCF 環(huán)氧樹(shù)脂墊塊的澆注厚度通常為 12～100 mm。

　　本船主機(jī)實(shí)際要求80mm，在其正常范圍以內(nèi)。

　　(1)澆筑準(zhǔn)備

　　由 ITWPPFCHINA 提供的施工材料，包括海綿圍條、攪拌漿葉、脫膜劑、密封膩?zhàn)?、耐高溫油脂、橡膠管螺孔塞、膠水、便攜式溫度計(jì)和巴氏硬度計(jì)(用于測(cè)量環(huán)氧樣塊硬度)。

　　由船廠提供的材料，包括 1.5～10L 丙酮和足夠的破布，用于環(huán)氧樹(shù)脂澆注區(qū)域的清潔;

　　厚度約為 3 mm 的內(nèi)擋板和厚度約為 1～2 mm 的外擋板若干;

　　220 V 、50 Hz 的電源插座，用于驅(qū)動(dòng)手提電鉆;

　　3～10 名工人(含 1名電焊工)進(jìn)行施工配合。

　　如施工區(qū)域亮度不夠或者在晚上施工，還需要準(zhǔn)備足夠的 36 V 安全照明燈，并預(yù)先安裝到位。

　　在冬季或者環(huán)境溫度過(guò)低<13℃ 時(shí)，還需要準(zhǔn)備下列加熱設(shè)備，即鋼板溫度若低于13℃，使用加熱裝置將鋼板加溫至 15℃以上。

　　使用熱風(fēng)機(jī)、電加熱器或碘鎢燈，用于澆注后使 Chockfast®Orange PR610-TCF 環(huán)氧樹(shù)脂區(qū)域溫度保持至20℃以上，以縮短固化時(shí)間。

　　預(yù)先將 Chockfast® Orange PR610-TCF 樹(shù)脂與固化劑置于 2～25℃溫度下預(yù)熱至少 12 h，以確保最合適的攪拌溫度和粘度及最長(zhǎng)的可操作時(shí)間。

　　攪拌溫度應(yīng)在要求溫度±5 ℃范圍內(nèi)。

　　在夏季，使用前，應(yīng)避免 Chockfast® Orange PR610-TCF 暴露在陽(yáng)光直射狀態(tài)下，將內(nèi)擋板點(diǎn)焊在基座面板的內(nèi)沿，以防止圍框海綿圍條在澆注過(guò)程中翻倒。

　　其高度比環(huán)氧樹(shù)脂墊塊的厚度低 1～15 mm，即假如墊塊的厚度為 50 mm，那么，內(nèi)擋板的有效高度即為35～40 mm。

　　由于主機(jī)的重量及底腳螺栓的預(yù)緊力，Chockfast®Orange PR610-TCF 會(huì)有所壓縮，壓縮量為墊塊厚度的 0.001 倍。

　　如果墊塊厚度為 50 mm，則壓縮量為 50 mm×0.001 = 0.05 mm。

　　因此，當(dāng)墊塊厚度為 50 mm 時(shí)，主機(jī)中心線的定位應(yīng)比尾軸中心線高出 0.05 mm。

　　其他厚度時(shí)以此類(lèi)推。

　　軸系對(duì)中及曲軸的撓曲度測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，并將船東、船檢認(rèn)可的軸系對(duì)中數(shù)據(jù)提供給Chockfast® Orange PR610-TCF 服務(wù)商。

　　在進(jìn)行主機(jī)兩側(cè)止動(dòng)塊座的焊接及其他主要的焊接工作前，應(yīng)該將主機(jī)座板底平面及基座面板上平面全部清潔干凈，在 Chockfast® Orange PR610-TCF 接觸的表面應(yīng)無(wú)任何油脂、油跡、銹斑、斑剝的油漆以及任何應(yīng)力集中點(diǎn)。

　　將柔性的泡沫條切割成相應(yīng)的尺寸。

　　通常泡沫圍條的高度應(yīng)比環(huán)氧墊塊的厚度要高出 5～6mm，根據(jù)所批準(zhǔn)的圖紙尺寸，塞入主機(jī)座與基座平面之間，并緊密貼合上、下平面，形成墊塊模殼。

　　在定位螺栓的表面(僅在主機(jī)座與基座之間)，包覆一層薄薄的泡沫條或者用 Sealing Compound 一種專(zhuān)用密封膠泥包覆， 以便 在 Chockfast® OrangePR610-TCF 固化后能將定位螺栓取出和防止出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)。

　　將泡沫管條插入底腳螺栓孔內(nèi)，完全插入后，檢查泡沫管條是否有凹陷不平處(在主機(jī)座及基座之間)并糾正，以防 Chockfast® OrangePR610-TCF 泄漏。

　　當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂固化后，螺孔內(nèi)光順整齊，便于塞入底腳螺栓。

　　將脫模劑噴入已形成的墊塊模殼內(nèi)，要求把脫膜劑搖晃均勻后沿著澆注口緩慢地來(lái)回噴一遍，并在鐵擋板(約2～3mm 厚)與 Chockfast® Orange PR610-TCF 接觸的一面噴兩層脫模劑，或者將耐高溫牛油均勻抹一層在該表面，以便于環(huán)氧樹(shù)脂固化后移去擋板，防止粘結(jié)。

　　將外檔板與 Chockfast® Orange PR610-TCF 環(huán)氧樹(shù)脂接觸的表面涂上一層薄薄的牛油，以便于在環(huán)氧樹(shù)脂固化后可以方便地拆除;

　　然后，點(diǎn)焊在基座表面，沿設(shè)備底座邊緣形成 20～30mm 寬，比墊塊厚度高 20～40mm 的澆注口。

　　在鐵擋板的底邊，用 Sealing Compound 密封填料填密縫隙，以防止環(huán)氧樹(shù)脂滲漏。

　　將最后的對(duì)中、曲軸撓度及下沉間隙測(cè)量結(jié)果記錄在案，便于對(duì)照和查證。

　　(2)攪拌和澆注

　　在澆注前，應(yīng)備有足夠數(shù)量的 Chockfast®Orange PR610-TCF 環(huán)氧樹(shù)脂材料在工作區(qū)域。

　　根據(jù)服務(wù)工程師的經(jīng)驗(yàn)，參考固化劑比例表，將固化劑加入 Chockfast® Orange PR610-TCF 環(huán)氧樹(shù)脂中，攪拌漿葉安裝到攪拌電鉆，接通電源，以不超過(guò)1000r/min 的轉(zhuǎn)速攪拌2～3min，以保證攪拌均勻。

　　沿桶體轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌漿葉，使罐底和邊緣的環(huán)氧樹(shù)脂也能與固化劑均勻混合。

　　攪拌時(shí)，槳葉必須全部埋入環(huán)氧樹(shù)脂里面，以防將空氣泡混入環(huán)氧樹(shù)脂。

　　混合后的Chockfast® Orange PR610-TCF 應(yīng)立即進(jìn)行澆注。

　　倒入時(shí)，應(yīng)選擇在澆注槽口的最低點(diǎn)，緩緩倒入，直到液面升至澆口高度為止。

　　澆口高度一般為墊塊厚度+25～30mm。

　　同時(shí)，做兩只 50×50×50 mm³的試樣。

　　在澆注完成后應(yīng)仔細(xì)檢查，防止有泄漏。

　　Chockfast® Orange PR610-TCF 環(huán)氧樹(shù)脂的沉積、固化是從墊塊的中心區(qū)域開(kāi)始，在此過(guò)程中，有一定收縮，澆注冒口中多余的部分將用于進(jìn)行補(bǔ)充。

　　對(duì)尺寸較大的墊塊，必要時(shí)還需要向澆口中補(bǔ)充環(huán)氧樹(shù)脂。

　　在 Chockfast® Orange PR610-TCF 環(huán)氧樹(shù)脂沉積固化的過(guò)程中應(yīng)注意觀察。

　　在 Chockfast®Orange PR610-TCF 環(huán)氧樹(shù)脂完全固化后，澆注口看上去不會(huì)很平整，這是正常的。

　　加熱設(shè)備的布置應(yīng)防止熱點(diǎn)的出現(xiàn)。這可能會(huì)引起在最初的固化過(guò)程中過(guò)度的放熱反應(yīng)。

　　(3)澆注結(jié)束后的工作

　　在開(kāi)展進(jìn)一步工作之前，應(yīng)保證 Chockfast®Orange PR610-TCF 環(huán)氧樹(shù)脂已經(jīng)完全固化。

　　通常情況，在無(wú)其他外部加熱器的情況下，環(huán)氧樹(shù)脂固化所需的時(shí)間與鋼板溫度(環(huán)境溫度)的關(guān)系，即鋼板溫度<13 ℃時(shí)，無(wú)法固化;

　　14～18℃，約需48 h;

　　19～21 ℃，約需 24 h;

　　21 ℃以上，約需 18 h;

　　6 月份正值夏季，所在船廠晝夜環(huán)境溫度均高于21 ℃。

　　在環(huán)氧樹(shù)脂的完全固化之前，澆注處所周?chē)坏眠M(jìn)行吊裝重物、電焊、打磨和噴水等作業(yè)。

　　待環(huán)氧樹(shù)脂固化后，向船東、船檢報(bào)驗(yàn)樣塊硬度。

　　墊塊和樣塊表面巴氏硬度應(yīng)不小于 40。

　　在使用加熱器或熱風(fēng)機(jī)促進(jìn)固化的情況下，應(yīng)確保在進(jìn)一步的施工前，環(huán)氧樹(shù)脂和機(jī)械設(shè)備底座的溫度已冷卻到環(huán)境溫度。

　　松掉調(diào)整鍥塊或螺釘，使環(huán)氧墊塊承受設(shè)備的負(fù)荷。

　　拔除螺栓孔橡皮塞，拆除外擋板并將澆注口區(qū)域高出有效高度部分的環(huán)氧墊塊用砂輪機(jī)切除并修整其邊緣。

　　塞入地腳螺栓并按照安裝圖上的要求的扭矩進(jìn)行。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　在排查故障時(shí)，要熟讀說(shuō)明書(shū)，充分掌握設(shè)備原理及相互關(guān)聯(lián)。

　　設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，分析造成設(shè)備損壞的根本原因，找出消除隱患的辦法，為公司節(jié)約后期維護(hù)成本，確保設(shè)備本質(zhì)安全，保障船舶在航率。

　　通過(guò)本次故障分析與修理，鍛煉了輪機(jī)部人員的動(dòng)手能力及邏輯思維能力，對(duì)船舶主機(jī)異常振動(dòng)的判斷及消除措施具有借鑒意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 安 慶 中 船 柴 油 機(jī) 有 限 公 司 . DK-26e 中文說(shuō)明書(shū).2014.10

　　[2] 安慶中船柴油機(jī)有限公司.扭振計(jì)算報(bào)告.2015.5

　　[3] 安慶中船柴油機(jī)有限公司.DK-26e 主機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)報(bào)告.2015.5

　　[4] 安慶中船柴油機(jī)有限公司.DK-26e 主機(jī)完工資料.2015.2

　　原創(chuàng)作者系：

　　中海油田服務(wù)股份有限公司船舶事業(yè)部塘沽作業(yè)公司 張玉軍 劉習(xí)俊