浅谈船舶振动水平的评价标准

Woodrow

作者：上海交通大学  黄金兵

1 前言
       近几年来，对新建船舶的振动水平进行约定几乎成了一个习惯的做法。在新建船舶的规格书中，对船舶在营运过程中的振动极限值往往作了规定，船厂必须确保建成的船舶最终的振动水平达到约定的数值，否则的话，就必须采取相应的措施去减少振动水平。
       在设计阶段，船厂必须对船舶的振动水平进行适当的分析、评估和计算。在对船东进行承诺新造船的振动水平时，船厂需要结合船型特点、主机特性、结构形式等因素进行综合考虑。
       一般来讲，在规格书中进行振动水平的约定主要是考虑到以下几个方面的因素：
      ① 振动对船上人员舒适性的影响；
      ② 振动对船体结构寿命的影响；
      ③ 振动对主机和其他船上设备工作环境的影响。
       在下面将对上述振动危害的因素进行阐述，其中振动水平涉及到的特征参数有以位移、速度、加速度和应力等表达的，有以
单幅峰值表达的，也有以均方根值(r．m，S，又称为有效值)来表达的。

2 振动对船上人员舒适性的影响
       现行的要求主要是针对人员的健康和舒适性，这也是通常所讲的“可居住性”。如果振动不超过推荐极限，对人员的健康就不会损害。
2．1 振动水平衡准标准
       在国际上，标准ISO6954(I984年版)作为评价人员暴露于振动环境的标准得到了普遍的认同。这个标准的一个重要的特征是，从评价的目的出发，每一次激振频率振幅的峰值都被单独考虑。由于推进系统周期性的激振力，特别是螺旋桨，是随着某个变量的变化作不断变化，最终得到的振动值也是随着这个相关的变量进行变化。又因为在ISO标准里面没有明确说明如何在一段时间内的不断变化的量值中得到振幅的平均峰值，这导致评估中出现了由“峰值因数”(振幅峰值与有效值之比)构成的问题。
       新的ISO标准在2000年12月发布，并有了实质性的改进。作为最新的振动评价标准，所谓的“全频率计权有效值”不再是一个峰值。因此，词语“峰值因数”不再需要考虑并且可以取消。表1为ISO6854—2000中基于1—80HZ全频率计权有效值基础上，给出的船上不同处所的3种分类振动推荐值，该表往往是船东、船厂约定船舶振动值的基础。

       然而，对于具体的船舶，如何规定船上的振动舒适性，仍然取决于船东和船厂商谈的结果。但是由于取消了“峰值因数”而避免了误解和更加清晰，IS06954在1-80HZ全频率范围内更好的反映了人体的敏感度而成为较为普遍采用的评价标准。

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2．2．船级社的入级符号要求
       近几年随着船舶建造的不断增加，对船上人员的舒适性极为重视，不少船级社也适时的推出舒适性的入级符号。很明显，对于船舶来讲，舒适性的入级是一个非常重要的符号，它的推出主要为船厂和船东在讨论建造规格书时对船舶噪音、振动的水平找到一个评价的标准。因此，作为船级社，也不断的鼓励船东特别是邮轮的船东，把舒适性入级作为一个自愿的附加符号应用到他们的船舶上。
       当然，作为船级社的入级符号它还要求船厂在设计阶段必须送审相关的图纸资料给船级社进行审查，以及检验、测量的程序和最终形成的报告都要取得认可。另外对于DNV，他们还可以提供整船的建模和振动计算，在设计早期预报船只的振动水平并提出改进意见。
       如DNV推出的COMF—V舒适性入级符号，就对船上的振动极限值做出了要求，它按照基于1—80HZ全频率计权有效值基础上，对船上的不同处所给出一个舒适等级(crn 1-3)，表2举例给出了货船的等级要求。


3 振动对船体结构寿命的影响
       即使船舶振动在居住处所对于人员暴露在振动环境中没有超过极限值，但是振动问题在其他区域仍然出现。典型的部位是船舶的舱柜结构、船体尾部和机舱区的单元结构等。在这些部位中，如果出现共振和临界振动，结构发生疲劳损伤而产生破坏的机率就比较高。有几个因素影响结构的疲劳强度：① 材料；② 结构形式； ③ 振动的模式；④焊接质量；⑤ 建造方法；⑥ 使用环境(腐蚀媒介)
3．1 影响结构寿命的振动标准
       各船级社常常采用下列的图表在不同频率下的振动速度来评价结构可能发生疲劳
损伤，在图1中峰值低于20mm／s为推荐水平，超过峰值高于40mm/s，结构就有损坏
的可能。

3．2 船级社的要求
       DNV对于结构的振动也有相关的要求，DNVSN清楚的指出结构性的振动必须限制在一定水平以确保结构的完整性，结构的振动情况是船舶产生疲劳断裂危险的标志。对于结构振动水平，DNV对于钢质结构和铝质结构分别给出了下列表3两个格作为极限值。

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4 振动对主机和其他船上设备工作环境的影响
       各国对主机和其他船上设备激振的评价标准均有研究， 目的是限制由振动引起的应力不致造成主机或相连船体构件的疲劳破坏，限制振动不致引起操作人员的心理厌恶或不适，但具体的判别标准是不同的。
       在过去几年里，几个有关主机振动的国际标准被取代。关于这一点，比较出名的标准如vDI 2056和2063，同样的ISO2372，2373和3945都被废止。系列标准ISO7919(非反复性机器的机械振动一旋转轴的振动测量和评价标准， 1996年版) 和ISO10816(机械振动一机械振动中非反复性部件的振动测量衡准，1996年版)，其内容包含了前面说到的被废止的标准，在今天被广泛的使用。
        BV法国船级社提出的标准是把柴油机基座和气缸头的振级值作为判别依据，主机基座处的振动11 mm／s作为监控要求，而对小型柴油机(不足750 kW)和大型柴油机(750kW 以上)基座处的振动分别超过18mm／s和28mm／s时被认为不允许。在柴油机的气缸头处的允许振动比上述值可适当放宽。丹麦研究的船用柴油机振动允许值是对不同频率采取不同的振动烈度，对低频区，限制振动位移值， 旨在限制静应力；对中频区，限制速度值，以达到整个区域内动能保持不变，从而使位移值有所减小；对高频区，限制加速度值，进一步减小位移值，达到控制噪声的目的。俄罗斯中央海运科学研究所提出不平衡力矩的许用标准，具体做法是建立低速柴油机不平衡力矩与上层建筑甲板振动之间的函数关系，再建立其函数关系中参数的统计分布，列出不平衡力矩满足
振动标准的概率关系式，由此评价低速柴油机的不平衡性，从而制定其低速柴油机不平衡力矩的许用标准。
       DNV在规范中说明机器设备的振动情况是机器是否产生噪声、运转是否平衡、安装是否精确等的标志。DNV给出了机器设备在正常的运转速度、负荷的振动评价标准表C1～C14。具体参见DNV规范Pt．6 Ch．15 See．2 C200 201。

5 振动水平在规格书约定描述中的案例
       最后，下面给出一般船舶规格书里面对于振动要求的典型描述，以供参考。
       英文：
       VIBRATION AND N0SIE C0NTR0L
       Special attention should be paid in the design and construction to limit the Vibration and noise levels within the ship to those generally accepted，and which will not give rise to discomfort and annoyance to the crew．not cause damage to the main propulsion system nor cause damage or m alfunction of other shipboard machinery and equipment．
        (1) Vibration
       Reference is m ade to International Standard ISO 6594： “Guidelines for the overall evaluation of vibration in merchant ships”
       Measurements carried out in relevant loading conditions shall demonstrate that the fo llowing vibration levels are met：
       ． In accom modation and localities where people are exposed to vibration fo r a prolonged period of time， such as wheel house，radio room，control room s and offices，the vibration level shall be below 6 mm／s for
frequencies above 5 Hz．
        For areas designed as working areas where no special comfo rt iS required，such as workshops， galley， stores， engine room platform s etc．,the vibration shall be blow 8 mm／s fo r frequencies above 5 Hz．
       (2) Vibration limits for machinery andequipm ent
       Special attention shall also be taken to avoid that machinery and equipm ent will have local vibrations causing risk for malfunction or dam ages when the ship is in service．The vibration levels of machinery。equipment，radars，structure etc．shall be in accordance with the recom mended limits given in DNV Report No．95-042 1 “ DNV Guidelines for Vibration Evaluation”．

       译文：
       振动和噪音控制
       在设计和建造阶段对船上的振动和噪音水平控制要引起特别的重视，要限定在基本可以接受的水平上，并且不应对船员引起不适和干扰，不应对推进系统造成破坏，不会对船上的其他机器设备造成失效。
       (1) 振动
       下面主要是对于国际标准ISO6594“商船的振动衡准指南”。
       相关装载状态下的振动水平要测量以符合：
       ． 在居住区和其他人员长时间暴露在振动环境的处所，如驾驶室、报务室、控制室和办公室，在5Hz的频率以上振动水平应低于6mm／s。
       ． 对于设计为工作处所的区域，对于舒适性没有特别的要求的，如机修间、厨房、储藏室、机舱平台等，在5Hz的频率以上振动水平应低8mm／s。
        (2)机器和设备的振动水平限制
       要采取特别的措施以避免机器和设备处产生局部振动，从而导致船舶在服务期内发生破坏和失灵。机器、设备、雷达、结构等的振动要按照DNV的95．042l报告“DNV振动衡准指南” 中的推荐值。

肉肉不肉

ks-leadfar

船上设备的振动监测是很重要的,因为船是在海上长期航行的

will3678

这个很好，我带走了，谢谢楼主。

Vib_way

这个是好东西，有没有结合实际的分析谈谈啊

xinzhoutai

精典 学习啦 .........

zouxiao

谢谢楼主

globalship

12月14日，《劳氏日报》发布了《2012年全球航运界百位最具影响力人物》榜单。排名第一的是挪威油轮大亨John Fredriksen，排名第二是来自马士基集团CEO安仕年以及马士基航运CEO施索仁，排名第三则是中国交通运输部副部长徐祖远