某船雙副機發(fā)電時共振原因分析及改進(jìn)措施

摘 要：簡述了某船在航行發(fā)電時發(fā)生共振的情況及危害，針對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，提出改善共振問題的有效解決方法和措施。

關(guān)鍵詞：固有頻率；共振；激振.

中圖分類號：U665.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A ship Double Vice Machine Power Resonance Cause Analysis and

Improvement Measures

Yang Zhiqiang

(guangzhou south China dockyard, Guangzhou 510715)

Abstract: describes a ship sailing in the power of the resonance occur and harm, in view of the reasons to carry on the analysis, puts forward improving resonance problem effective solutions and solve the idea.

Keywords: natural frequency； Vibration； Resonance

１ 前言

某船在航行過程中，在船靠港前全船電器滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，開動了后發(fā)電機倉的雙副機并車發(fā)電，在發(fā)電機轉(zhuǎn)速1 500 r/min、電功率在480 kW/時，突然發(fā)生柴油機振動，且振動越來越激烈，直致整個機艙都在振動，最后發(fā)生振動使配電保險自動跳閘,雙發(fā)電機自動停機，導(dǎo)致全船失電，嚴(yán)重影響船舶安全。該船因球鼻首破損進(jìn)入工廠修理，船方要求工廠在搶修過程中一起解決發(fā)電機并車發(fā)電突然振動問題，避免以后同樣的情形再發(fā)生。

2船舶共振原因分析

（1）船舶作為一個自由漂浮在水上的空心彈性梁，整體以及構(gòu)成整體的每個局部構(gòu)件都有其固有頻率，但固有頻率也不是固定不變的，隨著船舶裝載情況的變化或局部構(gòu)件的剛性情況的變化，固有頻率也是相應(yīng)變化的。船舶在航行過程中，除了波浪、風(fēng)力等激勵源外，在船上安裝有各種各樣的機械設(shè)備，并各自有其自身的轉(zhuǎn)動頻率，稱之為激勵頻率。隨著工況的不同，頻率在不斷地發(fā)生變化，同一工況也有相對固定的激勵頻率。當(dāng)固有頻率與激勵頻率相近時，它們之間的振動的波峰波谷產(chǎn)生疊加，這時共振就會發(fā)生。

（2）同樣，兩個或兩個以上的激勵源的激勵頻率相近或相等時，它們同樣會產(chǎn)生疊加，而當(dāng)疊加后的激勵頻率與所在的局部位置的組合剛性構(gòu)件整體固有頻率相同時，就會產(chǎn)生更大的疊加，共振也就這樣發(fā)生了。

３ 解決振動問題的方法

為解決船舶的振動問題，必須從以下幾個方面入手進(jìn)行分析解決：

（1）考慮整體或局部的剛性問題，使因固定頻率的變化而改變的振動問題，通過增加或減少構(gòu)件的剛度來達(dá)到減振的目的。實際操作的方法有：

①檢查構(gòu)件的連接處是否有裂縫或堅固件是否有松動，修復(fù)連接處會有利于消除振動；

②檢查結(jié)構(gòu)變形情況和腐蝕情況，修復(fù)嚴(yán)重的變形和腐蝕會改變固有頻率，從而有利于消除振動；

③若是結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，則加強或減弱結(jié)構(gòu)的剛性，使固有頻率改變以消除振動。

（2）考慮機械本身的轉(zhuǎn)動部件的動平衡的改變而產(chǎn)生的振動頻率改變導(dǎo)致的振動發(fā)生。實際操件的方法有：

①檢查設(shè)備轉(zhuǎn)動機構(gòu)的軸承是否損壞，消除因損壞產(chǎn)生的振動；

②檢查設(shè)備的轉(zhuǎn)動機構(gòu)的質(zhì)量靜平衡和動平衡是否改變，做轉(zhuǎn)動件的動靜平衡，改變配重消除轉(zhuǎn)動件的振動；

③檢查設(shè)備的轉(zhuǎn)動機構(gòu)的受力是否均衡（如柴油機配油是否均衡），均衡的受力可消除轉(zhuǎn)動件的振動；

④檢查設(shè)備轉(zhuǎn)動軸中心線是否在一條直線上，軸的曲度會產(chǎn)生跳動，修正能減少振動；

⑤檢查軸與軸之間的連接兩軸中心線是否在一直線上（兩設(shè)備之間的對中）連軸線的復(fù)合能減少振動。

（3）考慮改變激勵源的激勵頻率，即改變機械的激勵頻率使其離開它所處位置構(gòu)架組合體的固有頻率，從而達(dá)到消除振動的目的。實際操件的方法有：

①在發(fā)生振動時，改變機械的負(fù)荷，使其激勵頻率改變從而消除振動；

②在發(fā)生振動時，改變機械的轉(zhuǎn)速，使其激勵頻率改變從而消除振動。

（4）考慮改變激勵源與激勵源之間頻率，避免相互之間產(chǎn)生合振的機率。激勵源的激勵頻率是由轉(zhuǎn)動速率和所帶負(fù)荷兩個因素決定的，因此兩激勵源發(fā)生合振，就需改變其中任一個激勵源的轉(zhuǎn)動速率或改變所帶的負(fù)荷。合振這種情況在兩臺并車的副機發(fā)電時出現(xiàn)的機率較多，出現(xiàn)合振的情況怎樣消除呢？實際操作的方法有：

①在合振發(fā)生時，改變其中一臺的轉(zhuǎn)動速率，使其激勵頻率改變離開另一臺的激勵頻率，從而消除合振；

②在合振發(fā)生時，改變其中一臺的配載負(fù)荷，使其激勵頻率改變離開另一臺的激勵頻率，從而消除合振。

4 某船發(fā)生共振的具體原因分析

（1）為了證實以上理論推斷的正確，在船進(jìn)廠并隨船試航時，對發(fā)電機模擬當(dāng)時發(fā)生振動時的工況進(jìn)行試驗，但沒有發(fā)生類似的共振現(xiàn)象；

（2）進(jìn)廠后船上排，對船的機艙進(jìn)行檢查，對兩臺副機的聯(lián)軸對中情況，機座減振器堅固情況、各機件管路的安裝堅固情況、以及柴油機的高壓泵的配油量進(jìn)行細(xì)致的檢查，檢查結(jié)果都正常，沒有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生振動的原因；

（3）船下排后在碼頭進(jìn)行了帶鹽水缸負(fù)載系泊試驗，兩臺曾發(fā)生共振的發(fā)電機并車試驗，模擬當(dāng)時振動時的工況，也試了其它各種工況負(fù)荷配比，均沒有發(fā)生共振現(xiàn)象；

（4）在試驗過程中反而是在與前發(fā)電機艙的另外兩臺副機交替負(fù)荷并車時，發(fā)生過一次振動現(xiàn)象，但隨著操作交替負(fù)荷的變換后振動又停止。

5 某船產(chǎn)生這次共振的分析結(jié)論

（1）某船發(fā)生的這次振動，是在特定的因素之下產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。該船在兩發(fā)電機組并車發(fā)電時，在某工況特定的轉(zhuǎn)速帶特定的負(fù)荷下，兩機產(chǎn)生的激勵頻率恰好相等，產(chǎn)生疊加，疊加后合振的激勵頻率又與副機艙、機座、機體組合的固有頻率恰好相等，因此共振事件就不可避免地發(fā)生了；

（2）發(fā)生共振現(xiàn)象的因變量太多（如船體結(jié)構(gòu)、船的壓載分布、機械的性能等），即使在結(jié)構(gòu)和機械都正常的情況下，共振也一樣有可能發(fā)生，不過發(fā)生這樣的共振現(xiàn)象的概率是非常之少的；

（3）發(fā)生共振現(xiàn)象時不需驚恐，要有科學(xué)的態(tài)度和合理地操作來消除共振因素，避免因共振導(dǎo)致的設(shè)備和船船結(jié)構(gòu)的損害；

（4）船發(fā)生振動問題時要有條理地進(jìn)行分析,是柴油機的故障原因還是船體結(jié)構(gòu)原因?qū)е碌恼駝?，盲目的擴大修理工程，會造成不必要的修理周期延長和資源的浪費。

6 共振發(fā)生時怎么正確操作避免危害

（1）為避免合振情形的發(fā)生機率，在兩臺發(fā)電機并車發(fā)電時，在改變轉(zhuǎn)動速率時避免采取無級調(diào)速，因為無級調(diào)速使激勵頻率無級變化上升或下降，使之與另一臺設(shè)備的激勵頻率會產(chǎn)生一個交集重疊區(qū)域而產(chǎn)生合振；

（2）因為發(fā)電機并車柴油機的轉(zhuǎn)速是不變的，應(yīng)采用有級突變沖擊交替分配負(fù)荷，才能盡量避免合振的發(fā)生。

7 防止共振危害的設(shè)想

（1）設(shè)計一種防止共振發(fā)生的保護(hù)裝置，在機械的控制電路中設(shè)置監(jiān)控程序，當(dāng)發(fā)生振動時，振動感應(yīng)器就會給出信號給控制糸統(tǒng)，自動地增加或減少一個數(shù)量級的負(fù)荷，使之快速自動地轉(zhuǎn)換，從而避免共振發(fā)生；

（2）設(shè)計一種能測量出結(jié)構(gòu)的固有頻率和激勵頻率，在機械控制中使機械發(fā)生的激勵頻率與測出的固有頻率和激勵頻率相位相反，相互抵消，不但可以減振而且可以消振靜音。

參考文獻(xiàn)

[1]中國船級社ＧＤ０２６－２０００船上振動控制指南。

作者簡介：楊志強（1962-），男，工程師。主要從事船舶修造工作。

收稿日期：2013-03-06