船舶管系舾装减振降噪研究

摘 要：船舶管路系统遍布舰船每一个角落，是舰船整体减振降噪的重要环节。管路系统的振动与噪声是泵、阀、附件、管路及介质综合作用的结果。除管路系统本身减振降噪外，管路系统与设备及船体需进行有效的振动与噪声隔离。本文重点针对水管路及油管路系统，从振动与噪声的产生、传导及减振降噪三方面进行了研究，并提出了有效的减振降噪方法，成功指导了工程实践，起到了良好的效果。

关键词：船舶  管路  减振降噪  研究

中图分类号：TB535 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（b）-0049-02

1 管路系统振动与噪声危害

液体管路的振动和噪声的影响，在于管路系统的振动本身对管路有破坏作用，压力脉动还直接导致管道的应力脉动和机械振动，特别是当脉动频率与管道系统的固有频率接近时，其破坏作用更大。轻则引起跑冒滴漏，严重时可导致系统失效。特别对于运行中油系统，喷出的雾化燃滑油遇到高温物体可能引起火灾。失效的液压系统可引起舰船或设备的操纵失控。失效的消防系统及舱底水排放系统会对舰船的生命力构成威胁。后果不堪设想。同时振动会传递到其它结构，并激励后者产生声辐射，管道内的噪声通过管壁向外辐射以及在出口处直接向环境辐射。管道流体噪声不仅对船上工作、生活环境产生很大的影响，对于军船还存在破坏其隐蔽性问题。

2 流体动力学方程

流体的运动规律遵循物理学三大定律，即质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。流体动力学基本方程组就是这三大定律的描述。

液体流动时的三个基本方程是连续性方程、伯努利方程、动量方程。

2.1 n连续性方程

ρv1A1=ρv2A2=常量

（管路两端的两个流通面积分别是A1，A2;液体的流速为v1，v2;液体的密度为ρ）。

2.2 伯努利方程（理想流体）

p1+1/2ρv1ˆ2+ρgh1=p2+1/2ρv2ˆ2+ρgh2

（两个流通面积分别是A1，A2;液体的流速为v1，v2;两截面积至水平参考面面的距离分别为h1、h2;ρv1ˆ2、ρv2ˆ2为单位体积液体的动能）。

2.3 动量方程（矢量方程）

ΣF=ρqv2-ρqv1

实际流体的动力学基本方程组要复杂的多，同时流体动力学基本方程组是不封闭的，要使其封闭还需增加辅助的物理关系，如密度、比热、粘性系数和热传导系数随温度、压强的变化关系等。虽然目前尚不能求得流体动力学基本方程组解析解，但通过研究这一方程组的性质具有极其重要的意义。因实际流体流动的过程遵循这一基本方程组。是管路系统减振降噪的理论基础。液体管路的振动和噪声是不可避免的，但可以通过系统的优化起到减小和隔离振动和噪声的效果，从而使船舶的生命力及人员的舒适性大幅度提高。

3 水管路系统振动与噪声

水管路系统由泵、管路、阀门及附件组成。泵的振动与噪声、阀门振动噪声、管系流体压力脉动是造成水管路系统振动与噪声的根源。

（1）不稳定的水流中存在着压力脉动，经叶片向输送介质传递能量时就会产生压力脉动，因而是引起离心水泵振动的原因。靠近叶轮部分或在叶轮进、出口边壁上的脉动压力就像许多小铁锤以一定的频率敲打水泵。因流体无法承受更大静压力梯度，所以存在着较大的边界层分离的危险。水流绕流叶片，在叶片正面和背面产生漩涡和脱流以及流体的分离都会导致离心泵内的流体处于不稳定和不平衡状态。水泵进口流速和压力分布不均匀，泵进出口工作液体的压力脉动、液体绕流、偏流和脱流，非定额工况以及各种原因引起的水泵气蚀等，都是常见的引起泵机组振动的原因。如小流量运行时产生的振动，流量低于额定流量的二分之一时高转速、大型泵的轴和叶轮产生激烈振动。支撑水泵和电机的基座平面度差或刚性差等原因，也会导致机组发生振动。进水流道设计不合理或与机组不配套会使进水条件恶化，产生漩涡，诱发气蚀或加重机组及泵房振动。

（2）阀门振动噪声是管路系统振动噪声的重要组成部分。阀门的节流作用也是产生振动噪声的主要原因。

（3）流体压力脉动也是产生船舶水管路噪声的主要根源。除引发噪声外，管路中液体携带气泡破碎产生的空化噪声，当泵入口及调节阀等部位的局部压力低于液体介质的饱和蒸汽压时会产生气泡，管路中的气泡一旦进入压力正常区域时就会发生破碎，产生噪声。管路中的弯头、支管等引起液流方向、状态突然变化而产生的噪声。输水管道内压力急剧变化和水锤作用等，也常常导致泵房和机组产生振动。不适当的真空度也会引起振动与噪声。

4 油管路系统振动与噪声

油管路系统一般为齿轮泵或螺杆泵，相对于离心泵的水系统，油管路系统的压力高、液流状态变化大、介质的粘度大，振动和噪声大。

（1）液压管路系统的振动与噪声源为：①机械的振动和噪声，如回转体的不平衡或安装不当引起振动和噪声，如系统管道支承不良及基础的缺陷或液压泵与电机轴不同心，以及连轴节松动，这些都引起振动和噪声。②由于液体压力流量积聚变化引起，第一，液压泵的齿轮、叶片及柱塞在吸油压油的过程中，使相应的工作产生周期性的流量和压力过程中，使相应的工作腔产生周期性的流量和压力的变化，进而引起泵的流量和压力脉动，造成液压泵的构件产生振动，而构件的振动又引起了与其相接触的空气产生疏密变化的振动，进而产生噪声的声压传播出去。第二，液压泵的空穴现象，如果液压油吸入管道阻力过大，此时液压油来不及充满泵的吸油腔，造成吸油腔内局部真空，形成负压，如果这个压力恰好达到了油的空气分离压力时，原来溶解在油液内的空气便会大量析出，形成游离状态的气泡，随着泵的转动，这种带有气泡的油液转入高压区，此时气泡由于受到高压而缩小，破裂和消失，形成很高的局部高频压力冲击。第三，液压泵内的机械振动引起液压系统的振动和噪声。③液压阀的振动和噪声。第一，阀内可动零件的机械接触产生的噪声。第二，流体声，由于液压阀进行节流、换向、溢流时，方向及背压发生种种变化，导致阀件及管道壁面产生振动，从而产生噪声。按其产生压力振动的原因又可分为气穴声、流动声、液压冲击声和振荡声。④管路的振动和噪声，当管路的长度恰好等于振动压力波长一半的整数倍时，管路会产生强烈的高频噪声。此外，外部振源也可能引起管路的共振。当管路的截面积突然变化（急剧扩大、缩小或急转弯）时，都会使其中的液流发生变化，易产生紊流而发出噪声。

（2）滑油系统振动和噪声源主要滑油预供泵及滑油备用泵引起，阀的开启、泵的启动、系统的卸载或外载负荷变化等，在由稳定状态过渡到新的稳定状态的短暂时刻，管道内部将产生冲击波，在一定条件下，油管与泵或阀相结合就会产生管道系统中油液的持续振动。当滑油温度较低时，滑油系统的振动和噪声会较大。当管路布置不合理时，滑油在急弯管路流动时，滑油系统的振动和噪声会增大。管路的长度刚好等于发生共振的管路长度时，会产生强烈的高频振动。

5 减振降噪措施

对管路系统振动噪声的控制从声源和传播途径两方面进行。即振动与噪声源及传播途径控制。

（1）振动与噪声源控制。

①选用满足工作要求的低噪声泵和阀门等管系设备、部件。②采用重心定位方法将泵等设备安装在具有隔振功能的基础上。③管路的布置应避免管路系统固有频率与压力脉动频率相同或相近。④管路的流量与泵及阀门要匹配。⑤泵的基座的强度、刚度及安装面的平面度要满足要求。⑥泵的吸油管接头密封要严，油箱设计合理。泵的吸油阻力尽量减小。防止液压阀产生空穴现象。

（2）传播途径控制。

①隔离振动，振源隔离或整个系统隔离。在管道上设置隔振元件，如弹性接头、波纹管等。②一般管路采用弹性支承或弹性吊装，穿越隔壁可采用防振穿舱件。液压管路应采用重载管夹以减少冲击、振动及噪声的影响。管夹与管路的接触部分应采用弹性材料（耐100 ℃高温）以利于热涨、冷缩及吸收振动。③管道外壁包覆阻尼吸声材料。④进水管与排出管的口径合理选择并避免管路突变。⑤采用直径较大的吸油管，大容量的吸油滤器，同时要避免滤油器堵塞，泵的吸油高度尽量减小。防止管道内紊流和旋流的产生，对液压管路设计时，管道截面积应尽量避免突然扩大或缩小，如采用弯管，其曲率半径应为管道直径的五倍以上，这些措施可有效防止管路内紊流和旋流的产生。⑥避免系统发生共振，液压系统的振动性质、振幅与管道长度、材料、支承形式及位置和联结构件的性质等因素有关。为了防止共振，可把配管系统的固有频率控制在激振源频率的1/3到3倍的范围以外，大多数情况下，激振源频率是不能随意改变的，因此，需要从配管系统的固有频率上进行调整。可通过改变管道的长度来改变管道的振动固有频率，以及对一些阀的安装位置进行改变的措施来消除。⑦滑油管路的布置应保证船舶在一定的横倾和纵倾的范围内可靠地供油。同时应尽可能缩短管子的长度。⑧滑油循环泵的布置应使吸入管的长度尽可能的短，因此油泵应尽可能靠近机器设备或循环油柜。⑨为了减少管路的阻力和管路的振动现象，在滑油循环泵到过滤器的管路上应用的弯头尽可能少，一般不应采用直角弯头。并缩短此管路的长度。管路转弯处应尽量弯管，对直径38mm以上管子或受空间位置限制不易弯曲的地方，可采用弯头对焊。⑩过滤器是滑油管路重要设备，过滤器分为粗滤器和细滤器两种，一般为双联式，滑油过滤器一般布置在滑油冷却器前，因此滑油温度较高，以利于减少滤器阻力，同时也减少了振动和噪声，提高了过滤效果。滤器前后要装设压力表，管路中还应设低压报警器，以检测和控制滑油的压力。

参考文献

[1] 陈玉璞，王惠民.流体动力学[M].清华大学出版社，2013.

[2] 龚存忠，张文平，柳贡民，等.汽轮发电机组滑油管路高频噪声的消除[J].船舶工程，2009，31（B09）：54-55，123.

[3] 程广福，靳军，张李伟，等.船舶水管路噪声及其控制研究[J].噪声与振动控制，2004（2）：31-33，44.

推荐访问： 船舶 降噪 减振 研究 管系舾装