高洪濱，趙純領(lǐng)，賈智年

(92601部隊(duì)，廣東 湛江 524009)

設(shè)備振動(dòng)變大的原因可能是激勵(lì)的改變，也可能是結(jié)構(gòu)特性的改變。當(dāng)結(jié)構(gòu)特性改變時(shí)，系統(tǒng)的固有頻率一般會(huì)發(fā)生改變。因此，檢查系統(tǒng)的固有頻率是否變化，是區(qū)分系統(tǒng)激勵(lì)異常還是結(jié)構(gòu)異常的重要手段。轉(zhuǎn)子裂紋、結(jié)構(gòu)松動(dòng)都是可能導(dǎo)致固有頻率變化的結(jié)構(gòu)故障。對(duì)于彈性支承設(shè)備，隔振器問(wèn)題導(dǎo)致結(jié)構(gòu)特性改變的故障更為常見(jiàn)。

隔振器設(shè)計(jì)要考慮盡量隔離設(shè)備振動(dòng)向外傳遞和減少外來(lái)沖擊響應(yīng)，這就要求隔振器的剛度要??；但是也要考慮設(shè)備自身的振動(dòng)響應(yīng)不能太大，這就要求隔振器的剛度要大。因此，隔振器的設(shè)計(jì)要同時(shí)考慮隔振抗沖擊效果和降低設(shè)備自身振動(dòng)。尤其要注意的是，在任何方向上，均要避免共振。

某船有多臺(tái)同型號(hào)的柴油發(fā)電機(jī)組，額定轉(zhuǎn)速1 500 r/min，額定功率550 kW，彈性支撐。在額定轉(zhuǎn)速下，1#機(jī)組振動(dòng)明顯大于其它同型號(hào)機(jī)組，柴油機(jī)前端橫向振動(dòng)最大，前端機(jī)腳和底座振動(dòng)大于機(jī)體和缸蓋振動(dòng)。對(duì)其進(jìn)行了振動(dòng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)隔振器存在問(wèn)題，導(dǎo)致柴油機(jī)振動(dòng)超標(biāo)。

1 數(shù)據(jù)采集與分析

采用VIBXPERT Ⅱ頻譜儀對(duì)該船1#和2#發(fā)電機(jī)組柴油機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)監(jiān)測(cè)。在1 500 r/min、20%負(fù)荷時(shí)，采集了柴油機(jī)通頻振動(dòng)烈度(2 Hz～1 000 Hz)、機(jī)體和機(jī)腳振動(dòng)速度波形和頻譜。柴油機(jī)通頻振動(dòng)烈度測(cè)量結(jié)果如表1所示。1#機(jī)組振動(dòng)烈度大，柴油機(jī)前端機(jī)腳橫行振動(dòng)烈度最大。按照GB/T 7184-2008，1#機(jī)組振動(dòng)等級(jí)為C級(jí)。柴油機(jī)前端機(jī)腳振動(dòng)烈度比前端機(jī)體烈度大得多。一般情況下，柴油機(jī)側(cè)推力方向是橫向，因此橫向振動(dòng)大。一般剛性支撐柴油機(jī)機(jī)體上部橫向振動(dòng)大于機(jī)腳橫向振動(dòng)；彈性支撐柴油機(jī)不一定如此，但是，彈性支撐柴油機(jī)機(jī)腳橫向振動(dòng)遠(yuǎn)大于機(jī)體上部橫向振動(dòng)的情況也很少見(jiàn)。

表1 柴油機(jī)通頻振動(dòng)烈度測(cè)量結(jié)果 mm/s

1#機(jī)組前端右側(cè)機(jī)腳橫向振動(dòng)速度波形和頻譜如圖1和圖2所示，2#機(jī)組的如圖3和圖4所示。

圖2 1#機(jī)組前端右側(cè)機(jī)腳橫向振動(dòng)速度頻譜

圖1 1#機(jī)組前端右側(cè)機(jī)腳橫向振動(dòng)速度波形

圖3 2#機(jī)組前端右側(cè)機(jī)腳橫向振動(dòng)速度波形

圖4 2#機(jī)組前端右側(cè)機(jī)腳橫向振動(dòng)速度頻譜

1#機(jī)組振動(dòng)速度幅值大而且穩(wěn)定，速度頻譜中轉(zhuǎn)頻成分極其突出(大于其它頻率成分5倍以上)。正常情況下，四沖程柴油機(jī)振動(dòng)速度頻譜中，基頻為單缸發(fā)火頻率，為轉(zhuǎn)頻的一半，基頻的各階倍頻均存在，幅值大小不一，個(gè)別或者幾個(gè)頻率成分略大，但是一般沒(méi)有極其突出的頻率成分。1#機(jī)組柴油機(jī)振動(dòng)速度頻譜異常現(xiàn)象的原因可能是轉(zhuǎn)頻共振或與轉(zhuǎn)頻有關(guān)的激勵(lì)有明顯變化。

2 橫向固有頻率測(cè)量

為確定是否存在共振問(wèn)題，采用敲擊法測(cè)量了機(jī)組的固有頻率。設(shè)定預(yù)觸發(fā)時(shí)間1 s，采樣時(shí)間長(zhǎng)度5 s，采樣頻率512 Hz。得到敲擊響應(yīng)速度波形如圖5所示。前1 s數(shù)據(jù)是噪聲信號(hào)。根據(jù)信號(hào)前后對(duì)比，沖擊響應(yīng)信號(hào)信噪比較高的時(shí)段在1～2 s之間。2 s以后主要是噪聲。如果只對(duì)1～2 s之間的信號(hào)進(jìn)行分析，一方面噪聲雖然相對(duì)小但是依然存在，另一方面頻率分辨能力不夠。因此，首先對(duì)前半段(0～2.5 s)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，得到1#機(jī)組橫向敲擊響應(yīng)前半段有用信號(hào)和噪聲信號(hào)綜合頻譜如圖6所示。再對(duì)后半段(2.5～5.0 s)信號(hào)進(jìn)行分析，得到噪聲信號(hào)頻譜如圖7所示。圖6顯示前4階固有頻率分別為8.0 Hz、12.8 Hz、26.0 Hz、30.4 Hz。圖7中，上述4個(gè)頻率成分均明顯小于圖6中對(duì)應(yīng)值。因此，這4個(gè)頻率均是系統(tǒng)固有頻率，只是頻率分辨率略差。對(duì)全部5 s數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，得到有用信號(hào)和噪聲信號(hào)綜合頻譜如圖8所示，得到1#機(jī)組橫向前4階固有頻率約為8.0 Hz、13.0 Hz、25.8 Hz、30.8 Hz?？梢钥闯?，1#機(jī)組橫向第3階固有頻率十分接近于轉(zhuǎn)頻，因此在額定轉(zhuǎn)速時(shí)該機(jī)組共振。

圖5 1#機(jī)組前端右側(cè)機(jī)腳橫向敲擊響應(yīng)速度波形

圖6 1#機(jī)組橫向敲擊響應(yīng)前半段有用信號(hào)和噪聲信號(hào)綜合頻譜

圖7 1#機(jī)組橫向敲擊響應(yīng)后半段噪聲信號(hào)頻譜

圖8 1#機(jī)組橫向敲擊響應(yīng)有用信號(hào)和噪聲信號(hào)綜合頻譜

采用同一方法得到2#機(jī)組橫向前4階固有頻率約為8.4 Hz、13.6 Hz、27.4 Hz、32.4 Hz。2#機(jī)組前4階固有頻率均大于1#機(jī)組，2臺(tái)機(jī)組重量一樣，隔振器型號(hào)和布置一樣，固有頻率應(yīng)該十分接近。但是目前1#機(jī)組固有頻率降低，而且機(jī)腳和基座的振動(dòng)大于機(jī)體上部振動(dòng)，說(shuō)明機(jī)組隔振器存在問(wèn)題的可能性較大，要重點(diǎn)檢查機(jī)組公共基座下的隔振器。雖然共振不是振源，但會(huì)放大振動(dòng)。振源的主要頻率成分是1倍轉(zhuǎn)頻，因此還要確保設(shè)備軸系對(duì)中滿足要求、曲軸減振器安裝符合要求。

3 檢修結(jié)果

測(cè)試時(shí)該船在廠塢修。廠家檢查了隔振器，發(fā)現(xiàn)隔振器多個(gè)螺栓松動(dòng)。按照規(guī)定上緊螺栓后，再次對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了振動(dòng)監(jiān)測(cè)。1#機(jī)組修理后通頻振動(dòng)烈度如表2所示，可以看出，修理后的1#機(jī)組振動(dòng)烈度明顯下降，其前端機(jī)腳橫向振動(dòng)速度頻譜如圖9所示。

表2 1#機(jī)組修理后通頻振動(dòng)烈度 mm/s

圖9 1#機(jī)組修理后前端右側(cè)機(jī)腳橫向振動(dòng)速度頻譜

按照GB/T 7184-2008，該機(jī)組振動(dòng)等級(jí)為B級(jí)，可以正常使用。但是1#機(jī)組振動(dòng)烈度仍然大于2#機(jī)組，轉(zhuǎn)頻成分仍然很突出。測(cè)量了修理后的1#機(jī)組橫向固有頻率，1#機(jī)組橫向前4階固有頻率約為8.4 Hz、14.0 Hz、27.4 Hz、32.8 Hz，比較接近2#機(jī)組。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)設(shè)備振動(dòng)變大的原因可能是激勵(lì)的改變，也可能是結(jié)構(gòu)特性的改變。當(dāng)結(jié)構(gòu)特性改變時(shí)，系統(tǒng)的固有頻率一般會(huì)發(fā)生改變。因此，檢查系統(tǒng)的固有頻率是否變化，是區(qū)分激勵(lì)異常還是結(jié)構(gòu)異常的重要手段。

2)對(duì)船用設(shè)備采用敲擊法測(cè)量固有頻率時(shí)，要注意減少噪聲影響。因此，盡量靠碼頭接岸電時(shí)測(cè)量，盡量避免周圍設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，盡量采集時(shí)域波形，以便檢查噪聲。敲擊前采集幾組噪聲信號(hào)進(jìn)行分析，對(duì)于排除敲擊響應(yīng)中的噪聲十分重要。

3)一般情況下，柴油機(jī)機(jī)體上部橫向振動(dòng)大于機(jī)腳和基座橫向振動(dòng)，如果實(shí)測(cè)結(jié)果機(jī)腳振動(dòng)明顯大于機(jī)體上部振動(dòng)，隔振器存在問(wèn)題的可能性就較大。