基于阻抗傳遞原理的減振接管阻抗測試方法

戴 俊，商 超，王 帥，朱海雄，陶襄樊

（1.海軍駐葫蘆島四三一廠軍代表室，遼寧 葫蘆島 125004；2.武漢第二船舶設計研究院，武漢 430205）

減振接管能夠有效降低隔振系統(tǒng)傳遞到管系的振動[1-3]，研究減振接管的阻抗特性[4-6]，實現(xiàn)對其隔振效果準確預報評估[7]，能夠在設計階段完成管路振動的控制和治理。

在對隔振裝置的計算中，一般的處理方法是將減振器簡化為彈簧，這種簡化方法使用的參數(shù)為減振器的動剛度，不能完全體現(xiàn)減振器的復雜力學性能，與使用阻抗數(shù)據(jù)計算的阻抗法相比精確度較低。隔振裝置的阻抗可通過阻抗試驗獲得，但接管阻抗試驗對邊界條件要求較高，需要在專門的試驗臺架上進行，因此本文采用間接法計算接管阻抗。

以工程中常見的單球減振接管為研究對象，首先從減振接管機械系統(tǒng)出發(fā)，推導減振接管的阻抗反求計算公式，然后通過試驗獲取不同激勵頻率工況的數(shù)據(jù)，接著以某一激勵頻率工況的數(shù)據(jù)作為計算輸入，利用編制的計算程序，反求減振接管阻抗，最后以反求得到的阻抗作為輸入，對其它不同工況的隔振效果進行預報，并與試驗結果進行對比。

1 基本理論

1.1 減振接管阻抗模型

將減振接管簡化為圖1所示模型，由輸入端等效質量m1、輸出端等效質量m2及連接進出口端質量的剛度K、等效阻尼系數(shù)Ce組成。

分別對m1和m2列出力平衡方程如下

對于簡諧系統(tǒng)，質點運動速度與加速度、位移滿足下述關系

代入式（2）并化簡為與式（1）相同的格式如下

對比式（1）與式（3），可得阻抗與等效模型的質量、剛度及阻尼關系

根據(jù)以上部分推導，在已知減振接管的剛度、阻尼及進出口端等效質量的情況下，可得出減振器的4個阻抗參數(shù)，即采用質量、剛度和阻尼組成的簡化模型可以模擬減振接管的阻抗參數(shù)。

1.2 計算公式推導

根據(jù)傳遞函數(shù)的定義，減振器物理方程為

減振接管機械系統(tǒng)振動傳遞物理數(shù)學模型為

(10)礦區(qū)規(guī)劃是一項涉及煤炭開采、運輸、加工利用的綜合性工程，與煤炭工業(yè)、電力工業(yè)等多個行業(yè)相關，方案規(guī)劃與國家和行業(yè)地方國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、工業(yè)發(fā)展、資源開發(fā)以及旅游開發(fā)等政策、規(guī)劃是否協(xié)調一致也是制約規(guī)劃實施的重要因素之一。

若已知管網(wǎng)導納，結合式（4）得

2 試驗方案

試驗臺架由一臺水泵、管路、減振器、減振接管、管卡等組成。水泵通過減振器側掛在筏架上，筏架剛性安裝在基座上；水泵出口安裝減振接管1只，DN200，PN1.0；管路均為DN200，安裝彈性管卡5只，示意圖如圖2所示。

在減振接管后充液管網(wǎng)封盲板，采用力錘進行激勵，測量管網(wǎng)在該位置的原點導納（5 Hz～1 000 Hz）；開啟水泵，進行1 200 r/min工況下接管兩端的振動加速度（5 Hz～1 000 Hz）測試。

3 阻抗特性計算

根據(jù)式（10）編寫阻抗特性計算程序，將20 Hz工況的試驗數(shù)據(jù)包括輸入端振速、輸出端振速、管路導納代入，求解得到的減振接管阻抗和如圖3所示。

4 隔振結果評估

通過變頻器分別將水泵轉速調節(jié)為480 r/min、960 r/min、1 500 r/min、3 000 r/min。利用根據(jù)1 200 r/min工況反求得到的減振接管阻抗特性曲線，對4個工況下接管輸出端的振動響應進行預報，結果如圖4所示。

圖2 減振接管試驗臺架示意圖

圖3 減振接管阻抗特性曲線

圖4所示對比結果表明，在5 Hz～1 000 Hz的頻率范圍內，仿真得到的減振接管輸出端振動加速度值與試驗結果隨頻率變化的趨勢基本是吻合的，預報結果的峰值位置與試驗結果總體一致。

分別利用根據(jù)各工況反求得到的減振接管阻抗特性曲線對隔振效果進行預報。將仿真值加速度總級與試驗值加速度總級相減，得到隔振效果預報誤差如表1所示。

分析表中數(shù)據(jù)可知，試驗結果與預報結果的加速度總級誤差在3.5 dB以內，滿足工程應用要求。

圖4 仿真預報結果和試驗結果對比

表1 預報結果總級與試驗結果總級誤差/dB

5 結 語

本文首先推導了減振接管的阻抗反求計算公式，接著以某一激勵頻率工況的數(shù)據(jù)作為計算輸入，得到減振接管的阻抗特性曲線，最后利用反求的阻抗值，對不同工況的隔振效果進行預報。結果對比表明：基于此方法預報的結果與試驗結果誤差在3.5 dB以內，滿足工程應用要求。

(簡 訊)

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中船第九設計研究院工程有限公司 呂玉恒

(2018年9月2日)