挠性接管安装工艺对系统振动传递影响试验研究

张生乐，许 锐，高亚坤

(武昌船舶重工集团有限公司，湖北 武汉 430060)

挠性接管安装工艺对系统振动传递影响试验研究

张生乐，许 锐，高亚坤

(武昌船舶重工集团有限公司，湖北 武汉 430060)

为了解挠性接管安装工艺状态对机械隔振系统振动传递特性的影响，选取某型船舶上典型的管路系统及挠性接管为研究对象，采用二分法进行了挠性接管不同安装工艺偏差对系统振动传递特性影响的试验研究。结果表明，在一定安装工艺偏差范围内，船体结构振级、马脚下部振级、挠性接管远设备端振级变化不大，在安装过程中应控制挠性接管工艺参数在规定偏差范围内。

挠性接管；工艺偏差；振动传递

0 引 言

船舶管路系统中传递的振动和噪声直接影响到船舶的隐身性和安全性。此外，船舶在承受水下冲击作用时，管系上的设备因冲击作用会产生较大的瞬时位移，严重时会引起管系破损。因此，有必要对船舶管路系统采取有效的减振、抗冲措施。目前，挠性接管技术是有效控制方法之一，它不仅能隔离和衰减管路结构振动和噪声，还能补偿设备与管路系统间因振动、冲击引起的位移[1-2]。

挠性接管的隔振原理主要体现在 2 个方面：首先它的弹性胶管含有粘弹性材料，它具有内摩擦阻尼特性，在力学上表现为应变滞后于应力，因而其σ-ε（应力-应变）曲线为迟滞回线，吸收管路系统的振动能量，转变为热能而耗散掉。其次挠性接管改变了管路系统的阻抗，从而形成了阻抗突变，阻碍振动的传递。

挠性接管的安装状态分为理想安装状态和不同安装变形工艺状态。理想安装状态是指挠性接管安装位置处前后金属管段的法兰自然对中，无轴向、径向以及扭转等偏差工艺因素，确保挠性接管空管安装时不承受前后金属管段的安装约束力。在挠性接管的实际使用过程中，由于前后金属管段安装时不可能完全自然对中，管体通常可能会承受来自轴向变形、径向变形、扭转变形等各种安装工艺偏差引起的静态载荷，从而引起挠性接管阻尼及阻抗特性的变化，进而影响挠性接管的隔振效果。王强等[3-9]对几种挠性接管的作用、研究现状与进展进行了分析和试验研究，但都是基于挠性接管在理想安装状态下进行的。本文基于安装过程中的实际情况，开展了挠性接管在不同安装工艺偏差下的特性变化对机械隔振系统振动传递特性影响的试验，得出了在工程实际中声学性能允许的挠性接管安装工艺偏差范围。

1 试验方案

1.1 试验模型和设备

本次试验选用与某型船舶一致的舱段台架及浮筏、设备，通过购买该型船用隔振器、挠性接管、管路马脚等，加工浮筏基座、管路等，安装浮筏、海水泵及管路连接试验系统，对浮筏配重，尽量保证试验结构与实船一致。试验模型示意图如图 1 所示。其中海水泵为离心泵，转速 2 900 r/min，排量 100 m3/h。进口挠性接管型号为 JYXR（H）030125S-225EA，出口挠性接管型号为 JYXR（H）030100S-225EA。

试验时使用的主要仪器为 LMS 数据采集仪、控制电脑、振动加速度传感器（41 个）、连接线等。试验前在船体结构上布置 9 个测点、下层隔振器上下端各布置 6 个测点、上层隔振器上下端各布置 4 个测点、挠性接管两端轴向及垂向、马脚上下端等位置布置振动加速度传感器，试验时开启海水泵，测量各测点振动响应。

1.2 试验工况

根据调研结果，挠性接管在安装过程中可能出现的最大偏差为轴向 5 mm，径向 5 mm，扭转 2°。据此，确定挠性接管安装工艺偏差对机械隔振系统振动传递影响试验研究工艺参数最大值。采用二分法进行试验，首先进行无变形和最大变形 2 种工况试验，比较二者差异，若影响较大，则调小挠性接管的工艺参数，重复上述内容继续进行试验，直至判断出挠性接管在工程安装中可容许的工艺参数范围。若影响较小，则判定最大变形为挠性接管安装工艺允许值。

2 试验结果

2.1 挠性接管轴向变形

挠性接管存在轴向变形时各部位隔振效果及典型部位振动加速度总级变化对比如表 1 所示。其中负数表示数值较无轴向变形小，正数表示数值较无轴向变形大。

表 1 有无轴向变形时隔振效果及典型部位振级变化对比（10 Hz～10 kHz）Tab.1 Isolation effect and typical locations vibration magnitude with axial deformation（10 Hz～10 kHz） 单位：dB

由表 1 可知：

1）轴向变形在由 0 增大到 5 mm 的过程中，浮筏隔振效果、上层隔振器隔振效果、浮筏基座平均振级、进口挠性接管隔振效果等变化不大，均在 2 dB 以内；

2）轴向变形在由 0 增大到 5 mm 的过程中，船体部位振级变化在 0.5 dB 以内，马脚下部振级变化较大，在轴向变形 5 mm 时变化达到 3 dB，进口挠性接管远设备端振级变化在 1 dB 以内，出口挠性接管远设备端振级变化达到 2 dB；

3）下层隔振器在挠性接管轴向变形在由 1 mm 增大到 5 mm 的过程中隔振效果变化不大，但相较无轴向变形降低约 3 dB，整个变化无规律性；

4）进口马脚隔振效果、进口马脚下部振级、出口挠性接管隔振效果轴向变形在由 0 增大到 4 mm 的过程中隔振效果变化不大，但轴向变形增大到 5 mm 时效果急剧变差，差别在 3 dB 左右；

5）在轴向变形由 0 增大到 5 mm 的过程中，出口马脚隔振效果及出口马脚下部振级呈现直线变差的趋势；

6）出口马脚下部振级随轴向变形的增大而增大，而进口马脚下部振级无此规律，在轴向变形 5 mm 时进出口马脚下部振级变化较大。

综上，以船体部位振级、马脚下部振级、挠性接管远设备端振级为评判标准，挠性接管的轴向拉伸变形应控制在 4 mm 以内。

2.2 挠性接管径向变形

挠性接管存在径向变形时各部位隔振效果及典型部位振动加速度总级变化对比如表 2 所示。其中负数表示数值较无径向变形小，正数表示数值较无径向变形大。

由表 2 可知：

1）挠性接管无径向变形与挠性接管径向变形为 5 mm，对浮筏隔振效果、上下层隔振器隔振效果、进出口马脚隔振效果的影响差别不大，都在 2 dB 以内；

2）径向变形在由 0 变化到 5 mm 时，船体部位振级、马脚下部振级、进出口挠性接管远设备端振级变化不大，均在 2 dB 以内；

3）挠性接管径向变形为 5 mm 时挠性接管隔振效果较无径向变形时变差，进口挠性接管差别在 2 dB 以内，出口挠性接管差别约为 3 dB；

4）进口挠性接管隔振效果优于出口挠性接管隔振效果。

表 2 有无径向变形时隔振效果及典型部位振级变化对比（10 Hz～10 kHz）Tab.2 Isolation effect and typical location’s vibration magnitude with radial deformation（10 Hz～10 kHz） 单位：dB

综上，以船体部位振级、马脚下部振级、挠性接管远设备端振级为评判标准，挠性接管径向变形应控制在 5 mm 以内对声学效果影响不大。

2.3 挠性接管扭转变形

挠性接管存在扭转变形时各部位隔振效果及典型部位振动加速度总级变化对比如表 3 所示。其中负数表示数值较无扭转变形小，正数表示数值较无扭转变形大。

表 3 有无扭转变形时隔振效果及典型部位振级变化（10 Hz～10 kHz）Tab.3 Isolation effect and typical location’s vibration magnitude with torsional deformation（10 Hz～10 kHz） 单位：dB

由表 3 可知：

1）挠性接管无扭转变形与挠性接管扭转变形为2°，对浮筏隔振效果、上下层隔振器隔振效果、进出口挠性接管隔振效果、浮筏基座平均振级等的影响差别不大；

2）扭转变形在由 0° 变化到 2°时，船体部位振级、进出口挠性接管远设备端振级变化不大，均在 1 dB 以内；

3）挠性接管扭转变形为 2°时，进口马脚的隔振效果降低约 3 dB，但进口马脚下部振级差异不大，出口马脚隔振效果及出口马脚下部振级均有所变差，但变化不大，在 2 dB 以内；

4）扭转变形由 0° 增大到 2°时，浮筏隔振效果、上下层隔振器隔振效果均变小，但差别都不大。

综上，以船体部位振级、马脚下部振级、挠性接管远设备端振级为评判标准，挠性接管的扭转变形应控制在 2°以内。

3 结 语

1）挠性接管轴向变形在 0～4 mm 时满足声学性能要求，当轴向变形达到 5 mm 时声学性能急剧下降，在安装挠性接管时应控制轴向变形不能超过 4 mm；

2）挠性接管径向变形 5 mm 时，声学性能与无径向变形变化不大，在安装挠性接管时应控制径向变形在 5 mm 以内；

3）挠性接管扭转变形为 2°时，挠性接管隔振效果满足声学性能要求，在安装挠性接管时应控制扭转变形指标为 2°。

[1]Naval Engineering Slandard, Ministry of Defence, U.K., Requirements for Flexible Rubber Pipe Assemblies and Bellows for Use in Systems from Vacuum to 10 bar[S].2000.

[2]朱石坚, 何琳.船舶减振降噪技术与工程设计[M].北京：科学出版社, 2002.

[3]SHUAI Chang-geng, HE Lin, LV Zhi-qiang, The development of studying flexible pipe bend reinforced by Kevlar Fibers[J].Journal of Marine Science and Application, 2003, 2(2): 61-66.

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Experimental study on the flexible pipe fixxing technology and the vibration transfer of the system

ZHENG Sheng-le, XU Rui, GAO Ya-kun
(Wuchang Shipbuilding Induatry Group Co., Ltd., Wuhan 430060, China)

In order to understand the Influence on flexible pipe fixing technology state to the vibration transfer of the machine vibration isolation system, the typical pipeline and flexible pipe of one ship was chose as the object, and the experiments about flexible pipe different fixing technology deviation to the vibration transfer of the machine vibration isolation system in dichotomy were carried out.The results showed that if the deviation was in fixed scope of fixing technology deviation, the hull vibration acceleration level, vibration acceleration level of the flexible support's bottom, and vibration acceleration level of the flexible pipe's lies beyond equipment, which change are little.The flexible pipe fixxing technology deviation should be controlled in fixing.

flexible pipe；technology deviation；vibration transfer

TB535+.1

：A

1672-7619(2017)01-0100-04doi：10.3404/j.issn.1672-7619.2017.01.020

2016-05-08；

: 2016-09-26

张生乐(1983-)，男，工程师，主要从事船舶管路系统振动与噪声控制研究。