船舶輸流管系振動特性研究.pdf

1、船舶動力裝置系統存在著輸送各種介質的管道系統，如壓載水系統、冷卻水系統、燃油輸送系統、滑油輸送系統、壓縮空氣系統等，而各種不同管徑的管道縱橫交叉布置在甲板和機艙里，流體通過泵的作用不斷的在管道內流動，這種流體流動過程產生的脈動可能引起管道的振動，進而降低管道輸送效率，引起結構振動疲勞，甚至由此導致管系結構破壞，造成重大經濟損失，更有甚者可能對船舶安全航行造成威脅。對于潛艇來說，振動引起的噪聲將會降低其隱蔽性，影響航行安全。鑒于此，本文對

2、船舶輸水管道中流體引起的振動問題進行了研究，通過分析管道振動產生的原因及影響管道振動的因素，并運用有限元法對管系進行了模態(tài)分析和強迫振動分析，同時進行了試驗驗證，提出相應改造措施。主要工作包括： （1）闡述了船舶輸流管道一維流動特性及波動理論，建立了一維波動方程，并運用波動理論及其方法，分析了管道內液體產生脈動時，管道截面上脈動壓力P和脈動速度V 隨管道截面位置變化的關系，由此推導出計算管道內液柱振動的固有頻率表達式。并對一端封

3、閉另一端敞開管道（對應于船舶上一端接水泵，另一端接船舶水艙，如船舶壓載系統的情況）內液柱固有頻率進行了分析。 （2）分析了引起管道振動的各種因素，并著重研究了管道流體壓力脈動產生的原因及計算方法，以及由此對管道系統產生的激振力，指出壓力脈動是引起管道振動的主要原因。并模擬一段彎曲管道，應用有限元法對輸流管道進行流體動力學分析，計算流體通過彎曲管道時，其壓力、流速的變化及對管道所產生的附加作用力情況。 (3)對輸流管道橫向

4、自由振動數學模型進行了推導，并分析了管內流體流速與管道系統固有頻率間的關系，隨著流速的增加，管道的固有頻率降低，當流速達到臨界流速時，管道發(fā)生失穩(wěn)，但在分析船舶輸水管系時，流體流速與臨界流速相比，管道內流體的流速很小，由此結論可知，在計算管系振動時，可不考慮流速對管道固有頻率的影響。分析了用有限元對管道進行模態(tài)分析的方法，分別計算了1 DOF和2 DOF約束的充液管道自由、無激勵狀態(tài)下的固有振動頻率。 （4）建造了一段船舶輸水管

5、道實驗系統，通過PRO/E完成幾何建模，建立了輸水管系及其支承的有限元模型，用ANSYS.10軟件對管道系統進行模態(tài)分析，計算管道自由、無激勵狀態(tài)下的固有振動頻率。同時分析計算了管道內流體流動壓力及流速的分布情況以及流體液柱振動的固有頻率。 （5）實測管道內壓力脈動幅值，應用有限元法計算了管道內液體激振力作用下的振動的響應。 （6）對實驗管道系統進行了壓力、振動測量，得出其功率譜圖，并對管道系統的振動、壓力脈動信號進行了