主机隔振及其安装技术

甘 能，乐成刚

(中国葛洲坝集团机械船舶有限公司，湖北 宜昌 443007)

0 引言

豪华游轮为了航行中确保和满足旅客的安全性和舒适度，对噪声、振动的要求特别高。主机及轴系是船舶的主要振源和噪声源，因此必须对主机采用可靠的减振降噪措施，并制定合理的安装工艺，才能保证达到完美的设计效果，确保船舶正常航行的安全、舒适和可靠性。本文以长江某五星级豪华游轮为例，介绍主机减振装置的原理和安装工艺。

1 主机及轴系概况

长江某五星级豪华游轮轴系由螺旋桨轴、尾管总成、中间轴、艏艉密封装置、螺旋桨组成，双轴系左、右对称，轴系总长为 10223.5 mm，轴间距为13140 mm，轴线与基线倾角约1.7797°。主机为HND-MAN 8L21/31柴油机，单机额定功率为1720 kW，额定转速为1000 r/min，重量约为1700 kg。齿轮箱型号为 GWS 4549，减速比为3.087，重量约为5000 kg。主机输出功率通过LS2520高弹联轴节，减速齿轮箱，艉轴传到螺旋桨。齿轮箱采用环氧树脂定位，主机采用弹性安装，主机、齿轮箱基座采用局部阻尼处理等措施，主机采用环形金属橡胶隔振器安装进行减振处理。

2 柴油机振动分析

2.1 柴油机振动的主要原因

①柴油机自由力和力矩引起的不平衡振动;

②由柴油机横向力与力矩引起的机体振动;

③柴油机轴系耦合振动引起的机体振动。

2.2 柴油机振动的特点

柴油机振动的特点为多振源、宽频带、形态复杂。其激振力可简单分类为，由燃烧发生的直接激振力(如气缸内气体压力、曲柄连杆机构的重力及其惯性力)和由柴油机机械工作发生的间接激励力(如活塞敲击、正时齿轮、气门系及燃料喷射系振动等)。在激振力作用下，柴油机存在6个自由度的刚体运动。其整机振动状况，除受本身参数和重量、惯性矩、激振力频率、强度等影响外，还受支撑性能的制约。

3 隔振装置的选择与应用

3.1 隔振器选择的基本要求

设计和选用隔振器时，必须注意隔振装置要能提供所需的隔振量;要能承受规定的负载;要能经受温度和湿度、腐蚀性流体等其他环境条件的变化;要具有一定的隔振特性并满足应用隔振器的设备对隔振器重量和体积的要求。

3.2 本船环形金属隔振装置的特点

结合本船主机型号及各种参数，设计和选用主机减振装置为环形金属橡胶隔振器。

环形金属隔振装置的特点:

①当设备本身是振源时，能减小设备的振动和结构噪声向基础的传递;

②当设备不是振源时，减少基础即周围环境的振动和结构噪声向设备的传递;

③当基座受到较大的冲击作用时，使设备的冲击响应和冲击加速度处于允许的范围之内，从而保护设备及隔振系统免受损坏。

3.3 隔振器的应用

目前船舶主机安装，一般采用环氧树脂垫块或钢垫块安装，是一种刚性安装形式。该船为了减振降噪，采用弹性安装方式，如图1所示。每台主机地脚两侧分别与2件过渡机座相联，每件过渡机座下设8块YT3D170金属橡胶隔振器单元;在每台主机的两侧，分别设有4件横向限位支架，每个支架设2块YT2D170型金属橡胶隔振器单元，用于限制主机横向大位移;在每台主机的前后端四角，设4件纵向限位支架，每个支架设1块YT2D170型金属橡胶隔振器单元，用于限制主机纵向大位移。主机是船舶主要噪声源之一，与其他动力机械相比 ，其振动也是比较难于控制的。金属橡胶隔振器既可使用在压缩状态，又可使用在剪切状态。它的最大优点是具有足够的内阻尼，适用于船舶主机这种静态工作位移小而动态工作位移虽短暂但较大的情况，可有效地抑制共振，使固有频率远离激振频率，避免共振。采用主机弹性安装，虽然可以有效地对船舶施行减振降噪，但却与船舶航行时主机的稳定性有矛盾。当主机在动态工作中产生位移时，由于齿轮箱输入端不发生位移，所以附加力矩会反作用在主机输出端上，对主机的曲轴、主轴承等主要运动件将产生重大影响，严重时会危及主机运行安全。因此，必须采取合理的安装工艺，并充分考虑动力输出端的对中问题。

图1 主机隔振器布置图

4 隔振装置安装及工艺要求

4.1 主机与轴系定位

船舶下水前，应先安装好尾轴、尾管和螺旋桨，并在主机基座上按安装位置划线，定位焊接隔振器固定调整垫块后，方可将主机吊进机舱。主机进舱前，先清洁柴油机脚机、过渡机座的各个安装面，清除表面上的污渍、锈斑、毛刺等，然后用连接螺栓将过渡机座安装固定在柴油机机脚上。安装过程中，应检查柴油机脚侧面与过渡机座立板的侧面靠紧。M24螺栓的拧紧力矩为480 N·m，M12螺栓的拧紧力矩为70 N·m。过渡机座固定在柴油机上后，将主机连同过渡机座一同吊进机舱，用顶起螺栓或千斤顶支撑柴油机，并采取限位安全措施。

船舶下水后，以尾轴法兰为基准，对中间轴、齿轮箱进行轴系直线校中。合格后依次用螺栓连接尾轴与中间轴、中间轴与齿轮箱各法兰。齿轮箱按齿轮箱环氧浇注工艺进行安装，铰孔完毕后安装螺栓固定牢。准备工作做好后，开始校中主机。以齿轮箱为基准，调整柴油机的位置，进行柴油机的对中找正，要求上下、左右、开口值符合规定。要求径向对中允许差≤0.5 mm，轴向对中允许差≤0.6 mm，角向对中允许差≤0.5 mm。

4.2 隔振装置安装

4.2.1 YT3D170 隔振器的安装

柴油机对中找正后，在船体基座面板上根据主机隔振器安装图(注意YT3D170隔振器按位置有2种安装方式)确定YT3D170隔振器安装孔的位置，并在船体基座面板上加工安装孔。测量每个YT3D170隔振器处的过渡机座上安装平面至船体基座上平面的距离Bi。计算每只隔振器调整垫块的厚度hi，按该厚度值加工垫块并记录。

调整垫块的厚度按下式计算:

式中:Fi为各YT3D170型隔振器的自由高度;i为隔振器编号1～16。

按编号将对应的YT3D170隔振器、调整垫块、组合调整垫片(5 mm)安装至对应位置，拧上M20螺栓、M16螺柱，但不必按力矩拧紧。平缓松开顶起螺栓或千斤顶，使YT3D170隔振器承载，保持该状态48 h，进行隔振器预压。YT3D170隔振器预压结束后，检查主机对中情况，测量并记录各隔振器承载高度，计算各隔振器的变形量。要求各隔振器的变形量均匀，且在所有隔振器变形量平均值的±1 mm范围之内。若对中的上下位移不在规定的范围内或隔振器的变形不均匀，重新调整垫块，直至在规定范围内。YT3D170型隔振器安装示意图如图2所示。对中合格后，拧紧YT3D170隔振器的连接螺栓。M16的连接螺栓拧紧力矩为100 N·m，M20的连接螺栓拧紧力矩为150 N·m。对需安装定位螺栓的隔振器，首先将金属橡胶垫放置在YT3D170型隔振器上方，然后放置M33螺栓，旋上定位螺母，螺栓六角头与金属橡胶垫贴紧(不需用力扳紧定位螺母);拧紧锁紧螺母，拧紧力矩为600 N·m。

图2 YT3D170型隔振器安装示意图

4.2.2 YT2D170 隔振器的安装

YT3D170型隔振器安装结束后，进行YT2D170型隔振器的安装。使用M12螺钉将4块挡板固定在过渡机座上。测量过渡机座上平面至船体基座上平面的高度，并根据该高度加工4个纵向限位支架和4个横向限位支架。纵向限位支架上平面低于过渡机座上平面5 mm，横向限位支架上平面与挡板上平面对齐。YT2D170型隔振器安装示意图见图3。

图3 YT2D170型隔振器的安装示意图

将4个纵向限位支架和4个横向限位支架焊接在船体基座上。具体为:纵向限位支架侧面与过渡机座侧面对齐，支架与过渡机座端板平行，且要求限位支架与过渡机座的间距为(10±1.5)mm;横向限位支架侧面与挡板侧面距离35 mm，支架与挡板平行，且要求限位支架与过渡机座的间距为(10±1.5)mm。将YT2D170型隔振器、定位套、组合调整垫片安装至限位支架上，M20的连接螺栓拧紧力矩为 150 N·m，通过组合调整垫片调整，使YT2D170型隔振器预压缩量为3 mm。限位装置安装完毕后，复测主机对中情况并记录。若柴油机轴线和齿轮箱轴线的对中数据超过规定值，重新调整。安装限位螺栓，调整间隙，要求限位螺栓与限位支架间的间隙为(5.5 ±0.5)mm。

隔振器安装完后，复测主机和齿轮箱的校中情况，无误后安装齿轮箱与主机飞轮端间的联轴器。

5 结语

本船主机采用环形金属橡胶隔振器安装完成后，试航期间经长江船舶测试中心检测，主机转速在1000 r/min工况下稳定航行;1～80 Hz频率范围内，全船所有舱室振动测量值均在规定限制值之内，很好的保证和满足了旅客的舒适度和安全性。

［1］余成波，等.内燃机振动控制及应用［M］.北京:国防工业出版社，1997.

［2］许宝森.船舶动力装置安装工艺［M］.北京:人民交通出版社，2007.