基于某型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的振動(dòng)等級(jí)評(píng)定設(shè)計(jì)研究

摘要：由于熱電聯(lián)供、西氣東輸、壓裂石化等大型工程的需求，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組相關(guān)技術(shù)在我國(guó)迅速發(fā)展起來(lái)。其中，機(jī)組振動(dòng)問題，是機(jī)組技術(shù)重點(diǎn)之一。我國(guó)自1987年起加入國(guó)際化組織以來(lái)，雖已通過了一些振動(dòng)方面的標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)主要是檢測(cè)、評(píng)定設(shè)備動(dòng)力部分的軸和軸承部分的規(guī)范，還缺乏在機(jī)組整體振動(dòng)方面的設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)。本文為整車振動(dòng)和主要?jiǎng)恿Σ考恼駝?dòng)設(shè)計(jì)提供了一種有效的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：某型燃?xì)廨啓C(jī) 機(jī)組 振動(dòng)

中圖分類號(hào)： TU113 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)1672-3791（2015）04（a）-0000-00

1現(xiàn)有振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

在振動(dòng)判斷標(biāo)準(zhǔn)中，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)均采用振動(dòng)速度標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中還選用振動(dòng)速度作為衡量振動(dòng)激烈程度的參量，即振動(dòng)烈度。

速度標(biāo)準(zhǔn)中大多采用速度有效值 作為診斷參數(shù)，速度有效值 即振動(dòng)速度的均方值。計(jì)算公式如下：

（1）、當(dāng)設(shè)備的振動(dòng)速度為 的簡(jiǎn)諧振動(dòng)

式中 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期。

（2）、若設(shè)備的振動(dòng)系由幾個(gè)不同頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)復(fù)合而成，則

式中： ， ，…， 分別為第1，2，…，n個(gè)簡(jiǎn)諧分量的有效值；

， ，…， 分別為第1，2，…，n個(gè)簡(jiǎn)諧分量的峰值。

通過大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2372規(guī)定了轉(zhuǎn)速為10～200 r/s的機(jī)器在10～1000 Hz的頻率范圍內(nèi)機(jī)械振動(dòng)烈度的范圍，如表1所示。

表1 ISO2372標(biāo)準(zhǔn)

振動(dòng)強(qiáng)度的分級(jí)范圍機(jī)械設(shè)備的類別

Vrms（mm/s）dBⅠ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類

0.071——0.11277——81AAAA

0.112——0.1881——85

0.18——0.2885——89

0.28——0.4589——93

0.45——0.7193——97

0.71——1.1297——101B

1.12——1.8101——105 B

1.8——2.8105——109C B

2.8——4.5109——113 C B

4.5——7.1113——117D C

7.1——11.2117——121 D C

11.2——18121——125 D

18——28125——129 D

28——45129——133

45——71133——137

注：A：良好 B：允許 C：較差 D：不允許

表中所示：Ⅰ類為小型機(jī)器， 15 kW以下的發(fā)電機(jī)等；Ⅱ類為中等尺寸的機(jī)器， 15-75 kW的發(fā)電機(jī)，300 kW以下剛性安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器；Ⅲ類為剛性安裝的大型機(jī)器等；Ⅳ類為柔性安裝的大型機(jī)器等。

2機(jī)組情況分析

該燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組額定輸出功率大于3000kW，額定輸出轉(zhuǎn)速大于12000r/min，安裝在柔性支撐之上。根據(jù)振動(dòng)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，該燃?xì)廨啓C(jī)屬于Ⅳ類大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，故機(jī)組運(yùn)行及運(yùn)輸過程中振動(dòng)可容許的級(jí)別為7.1級(jí)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)組整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，在燃?xì)廨啓C(jī)與支撐系統(tǒng)之間，整個(gè)撬與運(yùn)輸車之間均需減振裝置。

表3 不同振動(dòng)等級(jí)下的相關(guān)參數(shù)

振動(dòng)等級(jí)4.5級(jí)7.1級(jí)11級(jí)18級(jí)

位移um≤71≤113≤178≤283

速度mm/s≤4.46≤7.07≤11.2≤17.8

加速度m/s2≤7.01≤11.1≤17.6≤27.9

通過表3，可查詢到7.1級(jí)對(duì)應(yīng)的加速度應(yīng)≤11.1m/s2，根據(jù)30%～50%的安全余量要求，取機(jī)組附加動(dòng)載荷設(shè)計(jì)值為靜載的2倍。

這種設(shè)計(jì)思路可概括為如下流程。首先，分析機(jī)組的實(shí)際工況，確定振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)下的機(jī)組類型。然后確定相應(yīng)部件的允許振動(dòng)等級(jí)，獲得振動(dòng)參考值。再次，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定其他相關(guān)振動(dòng)參數(shù)。最后，修正設(shè)計(jì)輸入值。

3模型抽象計(jì)算及實(shí)際應(yīng)用

在由不同剛度元件支撐的平臺(tái)上建立模型，可抽象為并聯(lián)的單自由度無(wú)阻尼彈性振動(dòng)模型。根據(jù)并聯(lián)彈性元件的剛度關(guān)系，并聯(lián)后彈性剛度計(jì)算如下：

式中： 為支撐的總剛度； ， ， ， 分別為并聯(lián)的第1，2，，n個(gè)彈性元件的剛度值。考慮到減振器受力、壽命狀況及成本因素，減振元件以選用同型號(hào)為宜，即

計(jì)算剛度要求。根據(jù)胡克定律公式，

式中： 為施加在彈性部件的作用力； 為部件在受力方向的形變量。

在確定機(jī)組的附加動(dòng)載荷后，可估算出機(jī)組振動(dòng)時(shí)，施加在支撐平臺(tái)的作用力。根據(jù)機(jī)組自身工況，可查詢到振動(dòng)部件最大允許的偏移量，即。

某型燃?xì)廨啓C(jī)與支撐系統(tǒng)之間的減振狀況計(jì)算。

機(jī)組滿油狀態(tài)工作時(shí)，燃機(jī)靜態(tài)重量≯800kg，附加動(dòng)載荷為靜載2倍。故在鉛垂方向上的附加載荷為：

≯2×800×9.8=15680N

根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)安裝要求，支撐點(diǎn)處最大允許偏移量≯2mm，故

=15680÷2=7840N/mm

當(dāng)選用2個(gè)相同減振元件時(shí)，即n=2， = ，有

7840÷2=3920N/mm

通過計(jì)算可知，該機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)選用的減振彈性剛度不小于3920N/mm時(shí)即可滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）不同設(shè)備，因工況和環(huán)境等因素的不同，其振動(dòng)情況也會(huì)有很大差異。因此，在實(shí)際運(yùn)行中，工程師對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的檢測(cè)，建立適用于此設(shè)備的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)是必要的。同時(shí)， 也應(yīng)該將設(shè)備實(shí)際工況參數(shù)與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比對(duì)，修正設(shè)計(jì)偏差，完善設(shè)計(jì)方法。

（2）燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意收集機(jī)組相關(guān)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，建立起機(jī)組的振動(dòng)穩(wěn)態(tài)基線值，并相應(yīng)地修訂報(bào)警值。

參考文獻(xiàn)

[1] 貢文偉，徐桂芳. 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)診斷標(biāo)準(zhǔn)研究. 機(jī)械研究與應(yīng)用，2001（9）：2-5.