船舶螺旋桨鸣音浅析和处理实例

2017-11-01乐洪波

中国水运 2017年10期

关键词：鸣音轴系声响

乐洪波

（扬帆集团股份有限公司，浙江舟山 316100）

船舶螺旋桨鸣音浅析和处理实例

乐洪波

（扬帆集团股份有限公司，浙江舟山 316100）

本文简要描述了螺旋桨鸣音的现象、危害、产生原因和解决方案，并通过实例描述了从发现船舶艉部异常噪音，到确定螺旋桨鸣音，再通过有效方法处理消除鸣音的过程，可为船舶发生类似现象的检修提供参考。

螺旋桨；鸣音；异常声响

1 概述

1.1 螺旋桨鸣音现象

船舶正常航行时螺旋桨运转所发出异常的有节奏的单频调声音，称为螺旋桨鸣音。主要体现在船舶的艉部区域、机舱或艉轴附近能听到异常的、间断的、有规律的似机械摩擦发出的声音。这种声音出现时，它的节奏频率和螺旋桨、艉轴转速是一致的。如鸣音现象出现，通常在相当大的转速范围内持续，且音量的高低会随着转速变化而改变，也会在一定的转速范围内消失。此外，鸣音也会随着船舶吃水状态而改变或消失。鸣音现象较为少见。

1.2 鸣音危害

营运船舶正常航行时，船上产生的异常声响，船员都非常敏感。一方面作为异常的噪音污染，给船员的日常工作和生活带来很大困扰，倘若长期处于异常噪音环境，会导致加速船员疲劳，注意力分散以及交流信息失真，严重影响船员对船舶的操作安全，甚至导致事故发生的风险。

新造船试航出现螺旋桨鸣音时，在不确定声响来源及原因的情形下，船东往往会怀疑艉轴承安装有问题，进而会要求船厂拆检轴系。但轴系拆检后又不能发现问题，又要重新安装后再试航验证。在没有经验或没经过专业测试的情况下，很难确诊问题的原因所在，造成非常大的消耗，不仅会延误交船期，甚至导致船东弃船，对船厂造成严重的损失。

1.3 鸣音产生原因

产生鸣音的主要原因是螺旋桨桨叶的随边产生了旋涡,且旋涡的频率恰好与桨叶的固有频率相接近,引起了共振。通常鸣音是由船体、螺旋桨和涡流的扰动产生共鸣锁而造成，鸣音也与螺旋桨空泡有关，一般无空泡的螺旋桨容易产生鸣音，而空泡产生时，鸣音会减弱或消失。

1.4 鸣音消除方法

知道了鸣音产生的原因，就可以针对性地采取方法去消除鸣音，即避免共振发生。那么简单来说，改变桨叶的固有频率，就可以消除鸣音。通常可采用以下方法：

（1）修磨桨叶随边，改变随边边缘厚度和尾缘尺寸。桨叶材料大多采用镍铝青铜合金，材料性质较软，容易进行修磨。由螺旋桨厂家或专业工程师通过计算和预测来确定修磨量。

（2）桨叶表面增加阻尼。由专业工程师通过计算，在桨叶的表面涂覆一种特殊的防腐材料，该材料可以采用高粘度氯丁橡胶或类似产品，可有效抑制振动。

（3）改变桨叶随边形状。把随边加工成锯齿形或不规则的波浪形，从而改变随边产生的水流来消除鸣音。

（4）改变桨叶的表面形状。即在桨叶的背面或正面随边附近固定一些凸出的物体。为了不影响桨的水动力性能，通常在桨叶背面固定，且将凸出物体加工成半椭圆球形或小半球形，椭球的长轴线顺着螺旋桨的旋向。该方法的目的是通过改变涡流来消除鸣音。

2 某散货船鸣音案例

2.1 本案例船主推进系统简介

本船主机为低速机，通过一根中间轴和艉轴带动固定螺距螺旋桨推进。

2.2 鸣音发生和过程确认

案例船在试航时，船舶所处的压载状态，艏吃水4.0m，艉吃水7.6m。当主机50%负荷（转速108rpm）试验时，发现机舱及艉部有一种清脆明显的“嗯—嗯”的异常声响，似金属摩擦发出的声音，声音的节奏、频率与艉轴转速一致，于是马上开展一系列检查。①对轴系工作状态进行检查。艉轴承温度31℃，艉管滑油液位正常，滑油取样正常，转动部位及周边也未发现有异常摩擦和振动，轴系运行一切正常。②对主机进行检查。主机运行没有发生异常声响和敲击声，且所有参数正常。③对机舱其它设备和结构进行检查，也未发现异常声响情况。④对异常声响较为明显可听见的区域进行检查。艉部空舱、轴系周围、舵机间、艉部甲板及贴近艉部外板处异常声响明显，但附近设备运行正常，未能发现异响情况。

通过上述的检查，排除了机舱内各运行设备和轴系运行的异常声响因素。在原因不明的情况下，通过主机各工况下的试验，观察异常声响变化。①对主机进行降速检查声响情况。但随着主机转速减低，异常声响有所减小，在主机转速降至90rpm时，异常声响消失。②再次提升主机转速到103rpm时，异常声响又出现了，但与第一次出现时的转速略有不同。因此，初步判断，异常声响的出现与主机转速大小有关联。经过反复测试，主机转速在90rpm～136rpm（100%负荷）区间内都会出现异常声响。主机倒车没有发现异常声响。③操纵舵机，通过调整转舵角度，观察声响情况，当转舵到大舵角时，异常声响暂时消失。在保持转舵角度不变，船舶直线航行时，异常声响持续按节奏发出。

通过调整主机转速和操舵角度变化，虽然找到了产生异常声响的源头，但由于当时缺乏处理“螺旋桨鸣音”的事故经验，也未查询到相关资料和信息，大家仍是一筹莫展。船东和船检的观点是异常声响与轴系频率相同，怀疑轴系出了问题，要求拆轴检查，不同意再继续试航。也由于无法分析异响真正原因，又没及时咨询对口的专家，且又得不到船级社技术支持，经公司高层讨论后决定按船东和船检要求进坞进行拆轴检查。但拆轴检查后一切正常：①在船坞内对船体艉部进行检查，未发现异常。②拆除中间轴连接两端的螺栓及拆下中间轴承盖，吊起中间轴，检查轴径表面和轴承表面，也未发现异常。③吊起艉轴并拉出检查，艉轴表面无异常划痕，艉管前后轴承表面无异常磨痕，艉管内无金属粉末，前后密封装置未发现异常。

只能重新安装轴系，出坞后，对船舶进行又一次航行测试。在吃水未到压载水线时，异常声音没有出现；当压水到接近压载水线和达到压载水线时，异常声响又再次发生。为了找出原因和解决该问题，消除船东及船检的顾虑，按时将船交付给船东，于是邀请专业振动、冲击、噪声研究机构的专家上船进行振动和噪音测量，在船舶打压载到试航状态，通过专业仪器，在船舶各转速工况下测试，得出了异响分析报告，并根据异响振动源和异响特征，最终判定此异常声响为螺旋桨鸣音。

2.3 鸣音消除处理

确认螺旋桨存在鸣音问题后，查阅了螺旋桨的设计和厂方加工数据，得知厂方在螺旋桨设计和出厂前加工时已对随边、消鸣音边尺寸进行了处理，各数据都在允许公差范围内。因此，通过对上述1.4中描述的方法进行了比较分析，最终确定了修磨螺旋桨随边的方案。从0.6R起到0.95R，向内打磨再减小2～3mm，将Ф2mm圆边加工成2mm直边，并光顺过渡到1.0R，按此修复后的桨叶尺寸仍在公差允许范围内。见图1。

为了避免再次进坞造成资源上浪费，决定在码头时对桨叶随边进行修磨。具体措施为利用压载水将船头下压，使船艉上翘露出桨叶，在不影响盘轴的前提下，通过艉部外板上吊耳，在螺旋桨周围搭好脚手架，由专业人员对桨叶随边进行修磨。随边修磨处理完成后，又进行了试航验证，主机各种工况下再没有出现鸣音现象。该船交付营运后，没有收到船东关于螺旋桨鸣音的意见，证明上述修复方案是成功的。修磨后的随边厚度在设计允许值范围内，即保证了消音的理想效果，又不影响桨叶强度。