某船雙副機(jī)發(fā)電時(shí)共振原因分析及改進(jìn)措施

摘 要：簡(jiǎn)述了某船在航行發(fā)電時(shí)發(fā)生共振的情況及危害，針對(duì)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(hào)：U665.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，開動(dòng)了后發(fā)電機(jī)倉的雙副機(jī)并車發(fā)電，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速1 500 r/min、電功率在480 kW/時(shí)，突然發(fā)生柴油機(jī)振動(dòng)，且振動(dòng)越來越激烈，直致整個(gè)機(jī)艙都在振動(dòng)，最后發(fā)生振動(dòng)使配電保險(xiǎn)自動(dòng)跳閘,雙發(fā)電機(jī)自動(dòng)停機(jī)，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(jī)并車發(fā)電突然振動(dòng)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(gè)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(gè)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(lì)源外，在船上安裝有各種各樣的機(jī)械設(shè)備，并各自有其自身的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，稱之為激勵(lì)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(duì)固定的激勵(lì)頻率。當(dāng)固有頻率與激勵(lì)頻率相近時(shí)，它們之間的振動(dòng)的波峰波谷產(chǎn)生疊加，這時(shí)共振就會(huì)發(fā)生。

（2）同樣，兩個(gè)或兩個(gè)以上的激勵(lì)源的激勵(lì)頻率相近或相等時(shí)，它們同樣會(huì)產(chǎn)生疊加，而當(dāng)疊加后的激勵(lì)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(shí)，就會(huì)產(chǎn)生更大的疊加，共振也就這樣發(fā)生了。

３ 解決振動(dòng)問題的方法

為解決船舶的振動(dòng)問題，必須從以下幾個(gè)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(dòng)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(shí)際操作的方法有：

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

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(huì)改變固有頻率，從而有利于消除振動(dòng)；

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

（2）考慮機(jī)械本身的轉(zhuǎn)動(dòng)部件的動(dòng)平衡的改變而產(chǎn)生的振動(dòng)頻率改變導(dǎo)致的振動(dòng)發(fā)生。實(shí)際操件的方法有：

①檢查設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸承是否損壞，消除因損壞產(chǎn)生的振動(dòng)；

②檢查設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量靜平衡和動(dòng)平衡是否改變，做轉(zhuǎn)動(dòng)件的動(dòng)靜平衡，改變配重消除轉(zhuǎn)動(dòng)件的振動(dòng)；

③檢查設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的受力是否均衡（如柴油機(jī)配油是否均衡），均衡的受力可消除轉(zhuǎn)動(dòng)件的振動(dòng)；

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

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(duì)中）連軸線的復(fù)合能減少振動(dòng)。

（3）考慮改變激勵(lì)源的激勵(lì)頻率，即改變機(jī)械的激勵(lì)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(dòng)的目的。實(shí)際操件的方法有：

①在發(fā)生振動(dòng)時(shí)，改變機(jī)械的負(fù)荷，使其激勵(lì)頻率改變從而消除振動(dòng)；

②在發(fā)生振動(dòng)時(shí)，改變機(jī)械的轉(zhuǎn)速，使其激勵(lì)頻率改變從而消除振動(dòng)。

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

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

②在合振發(fā)生時(shí)，改變其中一臺(tái)的配載負(fù)荷，使其激勵(lì)頻率改變離開另一臺(tái)的激勵(lì)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(shí)以上理論推斷的正確，在船進(jìn)廠并隨船試航時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)模擬當(dāng)時(shí)發(fā)生振動(dòng)時(shí)的工況進(jìn)行試驗(yàn)，但沒有發(fā)生類似的共振現(xiàn)象；

（2）進(jìn)廠后船上排，對(duì)船的機(jī)艙進(jìn)行檢查，對(duì)兩臺(tái)副機(jī)的聯(lián)軸對(duì)中情況，機(jī)座減振器堅(jiān)固情況、各機(jī)件管路的安裝堅(jiān)固情況、以及柴油機(jī)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(dòng)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(yàn)，兩臺(tái)曾發(fā)生共振的發(fā)電機(jī)并車試驗(yàn)，模擬當(dāng)時(shí)振動(dòng)時(shí)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(yàn)過程中反而是在與前發(fā)電機(jī)艙的另外兩臺(tái)副機(jī)交替負(fù)荷并車時(shí)，發(fā)生過一次振動(dòng)現(xiàn)象，但隨著操作交替負(fù)荷的變換后振動(dòng)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(dòng)，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(jī)組并車發(fā)電時(shí)，在某工況特定的轉(zhuǎn)速帶特定的負(fù)荷下，兩機(jī)產(chǎn)生的激勵(lì)頻率恰好相等，產(chǎn)生疊加，疊加后合振的激勵(lì)頻率又與副機(jī)艙、機(jī)座、機(jī)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(jī)械的性能等），即使在結(jié)構(gòu)和機(jī)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(shí)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(dòng)問題時(shí)要有條理地進(jìn)行分析,是柴油機(jī)的故障原因還是船體結(jié)構(gòu)原因?qū)е碌恼駝?dòng)，盲目的擴(kuò)大修理工程，會(huì)造成不必要的修理周期延長(zhǎng)和資源的浪費(fèi)。

6 共振發(fā)生時(shí)怎么正確操作避免危害

（1）為避免合振情形的發(fā)生機(jī)率，在兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并車發(fā)電時(shí)，在改變轉(zhuǎn)動(dòng)速率時(shí)避免采取無級(jí)調(diào)速，因?yàn)闊o級(jí)調(diào)速使激勵(lì)頻率無級(jí)變化上升或下降，使之與另一臺(tái)設(shè)備的激勵(lì)頻率會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交集重疊區(qū)域而產(chǎn)生合振；

（2）因?yàn)榘l(fā)電機(jī)并車柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速是不變的，應(yīng)采用有級(jí)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(jì)一種防止共振發(fā)生的保護(hù)裝置，在機(jī)械的控制電路中設(shè)置監(jiān)控程序，當(dāng)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)感應(yīng)器就會(huì)給出信號(hào)給控制糸統(tǒng)，自動(dòng)地增加或減少一個(gè)數(shù)量級(jí)的負(fù)荷，使之快速自動(dòng)地轉(zhuǎn)換，從而避免共振發(fā)生；

（2）設(shè)計(jì)一種能測(cè)量出結(jié)構(gòu)的固有頻率和激勵(lì)頻率，在機(jī)械控制中使機(jī)械發(fā)生的激勵(lì)頻率與測(cè)出的固有頻率和激勵(lì)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(guó)船級(jí)社ＧＤ０２６－２０００船上振動(dòng)控制指南。

作者簡(jiǎn)介：楊志強(qiáng)（1962-），男，工程師。主要從事船舶修造工作。

收稿日期：2013-03-06