320000DWT油轮振动分析及减振设计

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随着航运业和造船技术的不断发展,船舶大型化已经成为一种发展趋势,船舶主机功率相应增大,这就造成船舶振动问题,尤其是上层结构振动问题变得愈加突出。对于上层结构,主机与螺旋桨是造成的船舶局部结构振动问题的主要激励。我国自行设计制造的320000DWT大型油轮在试航过程中发现上层结构振动偏大,影响人员乘坐舒适性,因此针对该型油轮开展其振动特性及减振研究具有重要工程意义。本文主要开展了以下几个部分的工作:首先,本文简述了大型油轮振动问题,主要介绍了大型油轮主要存在振动问题及国内外对其研究情况。文中简要介绍了大型油轮振动形式及控制难点,简述了国内外学者对船舶振动问题开展的相关研究。船舶振动问题的核心是激励、船体刚度及响应问题,在振动船舶振动分析中涉及到的主机及螺旋桨激励、结构共振及模态分析问题,本文简要介绍了相关理论,为后续分析奠定理论基础;其次,针对国产自主设计制造的32000DWT大型油轮,根据设计图纸建立其整体及各关注部位有限元模型,对其局部结构、船体及上部结构振动特性开展分析。根据给定主机及螺旋桨参数,结合设计标准对其振动特性进行评估。分析表明除主桅外其余结构振动特性均满足设计要求,主桅建议后期加斜拉索进行振动控制。上部结构整体固有频率与主机激励频率接近,会造成上部结构振动响应偏大,这与试航结果吻合,因此对其进行振动响应分析,为减振设计奠定基础;再次计算了上部结构在主机及螺旋桨作用下振动响应情况,分析表明上部结构振动偏大。结合分析结果在上部结构布置振动响应测点,进行试航监测,在试航过程中监测油轮上部结构实际振动响应,发现上部结构振动稍大,无法满足人员居住要求。通过分析发现上层结构与主机激励之间存在8阶共振,加上上层结构内部钢壁连续性也不好。造成振动响应过大。针对这一情况,在上层结构前端增加支撑,通过加固上部结构,改变其固有频率等措施对油轮上部结构开展减振设计,再次计算发现振动响应大幅减小,再次试航后,通过实测发现相应设计均对上部结构减振产生了有利结果,与仿真计算结果吻合。文中最后针对试航过程中发现的船舶淡水舱水位变化,造成舱壁与主机存在共振点,设计了一种类似制荡舱壁结构减振设计方案,通过仿真分析发现减振效果良好。同时对上层结构振动问题改进设计了一种支撑结构,初步摸索了采用力矩平衡器对主机不平衡力矩进行平衡的减设计方案,并进行了相关试验验证,给出了对应试验结果,结果表明两种减振方案均达到了一定减振设计效果。最后简单总结了大型油轮减振设计相关经验,希望能提供有益参考。
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