船体变形对主机液压顶撑校中的影响分析1

王 彧

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113）

0 引言

主机液压调节式顶撑主要由1 个液压缸和2 套球轴承构成。凸轮轴润滑系统向顶撑提供液压油，通过设置1 只溢流阀防止产生过高压力。主机液压顶撑的吸振性能好，且允许主机机架和船体之间存在一定的相对变形量，这不仅能有效缓解因船舶装载不同导致的横向支撑预应力，还能减小因主机摇摆而产生的附加载荷。主机液压顶撑装在主机的一侧，无论船体如何变形，主机和船体间的作用力都保持固定不变[1]。主机液压顶撑是一种用于减小主机和船体结构振动的装置，已广泛应用于多种类型的船舶上。

然而，近些年已发现数艘船舶在营运过程中出现主机液压顶撑变形超出许用衡准的问题。一旦主机液压顶撑的变形超出许用衡准，且变形无法自主恢复原位，则液压顶撑的减振效果会大打折扣，主机的振动水平相应增大，甚至会导致横向顶撑发生断裂或机损等事故[2]。

本文基于某多用途船的主机液压顶撑，对船体变形情况进行有限元计算，对变形对液压顶撑校准的影响进行分析，并提出有针对性的优化措施。

1 液压顶撑变形

1.1 船舶主尺度

某多用途船的主尺度信息见表1。

表1 船舶主尺度信息

1.2 液压顶撑变形情况

某多用途船采用MAN B&W 5G60ME-C9.5 型主机，据船东反馈，该船在一次满载航行的过程中遭遇恶劣海况，且当时船舶的航速相对较高，航行过程中未出现主机振动异常的情况。然而，在设备检查保养过程中发现主机液压横撑在靠主机侧有明显的变形。

此外，根据主机后侧连接管路的油漆表面破损痕迹可知，连接管路存在明显的向艏部移动的趋势。在船舶靠港卸载部分货物后，进行现场实测勘验，未发现主机固定螺栓有松动情况，相应管路已基本恢复到初始安装位置，但主机横撑变形并未恢复。

主机液压顶撑变形示意图见图1，实际变形数据测量如下：

图1 主机液压顶撑变形示意图

1）船体侧最大变形值Hmax=78 mm。

2）船体侧最小变形值Hmin=67 mm。

3）船体侧变形量ΔH=11 mm。

4）主机侧最大变形值Emax=78 mm。

5）主机侧最小变形值Emin=67 mm。

6）主机侧变形量ΔE=11 mm。

船体侧和主机侧的许用变形量均为10 mm。

2 变形影响及优化措施

2.1 船体变形对液压顶撑的影响

船舶整体可视为一个船体梁，一般情况下，在满载工况时船舶会出现中垂变形，而在压载工况时船舶会出现中拱变形[3]。

在船舶运营过程中，船体弹性变形会使主机液压顶撑产生纵向位移。这是由于船体发生弹性变形的过程中主机和船体结构之间产生了相对位移。

针对不同型号的船舶，对船体变形情况进行有限元计算，并对船体变形对液压顶撑校准的影响进行分析。在进行有限元分析时，选取主机前端一点和机舱二甲板前端一点作为参考点（见图2），计算满载工况和压载工况下主机与机舱下平台之间的相对变形，见表1。在满载工况下，主机相对平台通常会有朝向艏部的相对位移；在压载工况下，主机相对平台通常会有朝向艉部的相对位移，且位移大小不及满载工况。此外，船舶的吨位或主尺度越大，主机与机舱下平台之间的相对变形值越大。

图2 参考点选取情况

表1 主机与机舱下平台变形情况（x 方向）

船舶在满载工况下，全船总的变形表现为中垂变形，主机与机舱下平台在x方向的变形情况见图3。船舶在压载工况下，全船总的变形表现为中拱变形，主机与机舱下平台在x方向的变形情况见图4。

图3 主机与机舱下平台在x 方向的变形情况（满载工况）

图4 主机与机舱下平台在x 方向的变形情况（压载工况）

由于主机本身刚度较大，可认为主机和内底板的变形情况一致，而平台的变形则没有内底板变形大，故平台与主机之间存在相对位移。图3 和图4中，AB代表变形前的机舱下平台轮廓线；CD代表变形前的机舱内底轮廓线；A'B'代表变形后的机舱下平台轮廓线；C'D'代表变形后的机舱内底轮廓线；A"B"C'D'代表主机外轮廓线；A"A'代表主机后端点与机舱平台之间的相对变形；B"B'代表主机前端点与机舱平台之间的相对变形。

通过分析变形情况，可得出如下结论：

1）在不同工况下主机与机舱下平台的相对位移会导致顶撑变形。

2）在满载工况下，主机相对机舱下平台通常会有朝向艏部的相对位移；在压载工况下，主机相对机舱下平台通常会有朝向艉部的相对位移。

3）在恶劣海况下，波浪弯矩的叠加可能会增加船舶的总变形量。此外，主机本身的振动也可能增大主机与机舱下平台的相对位移。

2.2 优化措施

1）在设计阶段，通过有限元等方法提前预判主机与船体结构之间的相对变形情况，若某一方向的变形量超出了许用范围，可建议设备供应商改进主机液压顶撑的设计，以增加主机液压顶撑的许用变形值。

2）在主机液压顶撑安装阶段，要保证主机液压顶撑处于合理状态，校中过程应考虑船体变形的影响[4]。在通常情况下，液压顶撑的安装和校中均在轻载工况下进行。在满载工况下，结构的弹性变形最大，考虑主机振动的影响，容易出现错位现象。因此，建议在半载工况下重新调整液压顶撑的位置，半载工况介于轻载工况和满载工况之间，可兼顾结构弹性变形的影响。此外，可在后续船舶顶撑校中时设定一个提前偏置量，使满载工况和压载工况的变形均在许用范围内。

3）为尽可能避免主机支撑超出许用变形值，建议在船舶营运过程中对主机液压顶撑进行定期检查和维护，必要时要重新进行校中调整。

3 结论

主机液压顶撑广泛应用于多种类型的船舶，本文基于某多用途船的主机液压顶撑，对船体变形情况进行了有限元计算，分析了变形对液压顶撑校准的影响，并提出了有针对性的优化措施。结果表明：船体变形会对主机液压顶撑的校中产生影响，校中误差随船体变形程度的增加逐渐增大。