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        波浪中船舶軸系的試驗(yàn)裝置與方法研究

        2018-12-19 01:39:12董詩晨董良雄
        發(fā)明與創(chuàng)新 2018年29期
        關(guān)鍵詞:造波軸系船體

        董詩晨 董良雄

        1.武漢市第三中學(xué) 湖北 武漢 430050 2.浙江海洋大學(xué) 浙江 舟山 316022

        船舶軸系是船舶動力裝置中的重要組成部分,承擔(dān)著將主機(jī)發(fā)出的功率傳遞給螺旋槳,并將螺旋槳產(chǎn)生的推力傳遞給船體,實(shí)現(xiàn)推船航行的作用。船舶軸系是從主機(jī)輸出端法蘭起至尾軸為止,連接主機(jī)和螺旋槳,尾軸穿過船體由尾軸承支撐,尾軸承則與船體相連。正常工作時軸系應(yīng)保持良好的對中狀態(tài),但船舶在波浪中航行時,船體會隨波浪發(fā)生變形,從而影響軸系的運(yùn)轉(zhuǎn)。

        一、現(xiàn)有船舶軸系試驗(yàn)臺

        軸系試驗(yàn)臺一般由模擬軸系、載荷施加裝置兩部分組成。模擬軸系是對實(shí)船的軸系進(jìn)行比例縮小。載荷施加裝置是對實(shí)際工作環(huán)境進(jìn)行的模擬,現(xiàn)有方法一般采用重錘施加沖擊載荷,或是采用偏心輪施加偏心載荷,能有效模擬船舶軸系受到的外力作用[1]。但由于波浪誘發(fā)的船體變形和船舶運(yùn)動并不是直接作用在軸系上,而是作用在與船體相連的尾軸承上,常規(guī)的載荷施加裝置無法完成。目前一般是通過船模的分段模型來得到波浪力對船舶軸系的影響機(jī)理,但價格昂貴且較難實(shí)現(xiàn)。

        二、波浪力作用下的模型試驗(yàn)臺

        1.基于“波浪在上部”的載荷施加裝置

        波浪誘發(fā)的船體變形作用是通過軸系支承傳遞的,因此可在軸系支承上加裝一根輔軸模擬船體結(jié)構(gòu),輔軸位于尾軸的上方,使輔軸與軸系構(gòu)成一個彈性體結(jié)構(gòu),進(jìn)而傳遞波浪誘發(fā)的船體變形。

        此外,輔軸結(jié)構(gòu)又為波浪載荷的布置提供了方便,可在輔軸上部安裝水箱結(jié)構(gòu),通過水箱的造波機(jī)構(gòu)產(chǎn)生多種類型的波浪,從而將波浪力施加到輔軸上,模擬波浪對船體的激勵效應(yīng)并傳遞給軸系[2]。

        2.基于“噴水沖擊”的波浪發(fā)生裝置

        船體在波浪中的受力規(guī)律與水箱底部受到的波浪力相同,因此可利用水箱中波浪來模擬船體受力。水箱設(shè)計(jì)思路如下:水箱的上部安裝有造波機(jī)構(gòu),造波機(jī)構(gòu)由固定在造波軸上的若干塊造波底板組成,造波底板上安裝造波板并通過螺栓與之活動連接。改變造波板的水平角度,水泵噴成的水沖到造波板上就可以制造多種波浪。此外,水箱內(nèi)部的隔板可以上下調(diào)整,隔板兩側(cè)加裝落水槽和吸水口便于造波時水的流動;水箱的頂部裝有蓋板,蓋板上裝有透氣窗,透氣窗開度可調(diào)整改變箱內(nèi)氣流,水箱的底部安裝弧形部,這些措施都能使造波效果更好。

        3.基于“軟連接”的總體結(jié)構(gòu)

        為了增加振動傳遞效果,水箱兩側(cè)安裝導(dǎo)向塊,在水箱的兩邊與導(dǎo)向槽對應(yīng)位置安裝導(dǎo)向條,使導(dǎo)向塊沿著導(dǎo)向條做上下運(yùn)動,從而控制水箱做上下運(yùn)動。水箱的下表面通過連接件與輔軸連接。連接件分為上、下連接塊并通過螺栓活動連接,上連接塊連接氣體彈簧并具有一個活動頭部,活動頭部安裝在水箱下定位法蘭上的導(dǎo)向孔中并具有一定間隙,水箱受力后的變形通過該間隙來緩沖,連接件起到了軟連接的作用,裝置總體連接效果如圖1、圖2所示。

        圖1 試驗(yàn)臺主視圖與俯視圖

        圖2 連接件結(jié)構(gòu)及局部視圖

        在圖1與圖2中,各部分說明如下:1.轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu);2.剛性尾軸承;3.尾軸;4.機(jī)座;5.彈性尾軸承;6.弧形部;7.輔軸;8.連接件;9.水箱;10.隔板;11.落水槽;12.導(dǎo)向條;13.導(dǎo)向塊;14.導(dǎo)向槽;15.造波機(jī)構(gòu);16.出水口;17.水泵;18.吸水口;81.下連接塊;82.上連接塊;83.氣體彈簧;84.定位銷;85.活動頭部;86.定位法蘭;87.導(dǎo)向孔。

        三、試驗(yàn)效用分析

        船舶航行時由波浪激起的振動分為兩類:一是由船體與波浪之間的砰擊引起的瞬態(tài)強(qiáng)迫振動,二是小而短的波浪誘發(fā)的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)迫振動[3],可作為兩種典型工況進(jìn)行軸系試驗(yàn),具體步驟如下:

        1.將造浪板安裝到造浪板軸上,水箱存水并調(diào)節(jié)造浪板角度及隔板的高度,開啟水泵,使水泵出水口的水流沖擊造浪板產(chǎn)生波浪,波浪力傳遞給輔軸并使輔軸產(chǎn)生相應(yīng)的振動變形。

        2.進(jìn)一步改變尾軸的轉(zhuǎn)速,水泵與造浪板的高度差,以及造浪板的各種位置變化并檢測軸系振動形態(tài),使尾軸上能監(jiān)測出二類典型振動,獲取造波機(jī)構(gòu)參數(shù)。

        3.根據(jù)造波參數(shù)范圍設(shè)置造浪板角度,調(diào)節(jié)隔板高度與水泵出水量,模擬實(shí)際海面上的隨機(jī)波浪,測量并計(jì)算波浪中船舶軸系性能參數(shù),流程如圖3所示?!?/p>

        圖3 實(shí)驗(yàn)流程圖

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