浮筏安裝姿態對機械隔振系統性能的影響

周赤奇，許 銳，徐北平

(武昌船舶重工有限責任公司 減振降噪所，湖北 武漢430060)

0 引 言

船舶上很多重要機械設備都安裝在浮筏上面，為了合理分配振動源的激勵力向下傳遞，需要控制浮筏的姿態。為了更好地控制浮筏振動向隔振器下端傳遞的振動能量，需要確定合適的浮筏安裝姿態參數范圍。

通過對某艙浮筏安裝現場施工進行調研得知，由于機械隔振器的剛度較小、存在蠕變效應和大部分設備采用側掛安裝、重心和中心不重合等原因，浮筏單個方向安裝的平行度誤差不易控制在1 mm以內的理想狀態，同時將制約產品的建造周期。但若將浮筏的單個方向平行度誤差控制在5 mm 以內的最大平行度時將易于實現［1－4］。

本文采用理想平行度及最大平行度(包括縱向與橫向水平度)誤差樣本，開展浮筏不同安裝姿態下，對隔振系統的隔振效果影響試驗。通過獲取試驗中LMS 采集到的激勵點到響應點間的頻響函數數據，對比分析在理想平行度及最大平行度下浮筏的振動傳遞性能，確定平行度參數對系統振動傳遞性能影響顯著的樣本范圍，為某艙浮筏安裝提供指導性原則，為工藝文件的制訂提供依據。

1 浮筏安裝姿態對隔振性能影響試驗研究方案

1.1 研究對象

選取某船舶低速巡航時需開啟關鍵設備所對應的某艙浮筏作為研究對象，開展浮筏不同安裝工藝狀態對隔振效果的影響試驗研究。

本試驗裝置示意圖和測試現場浮筏安裝圖分別如圖1和圖2所示。剛性平臺的固有頻率低于1.5 Hz，浮筏不同安裝姿態參數調整到位，試驗臺架內無其他設備及人為干擾。

圖1 試驗裝置示意圖Fig.1 Schematic of the experimental apparatus

圖2 測試現場浮筏安裝圖Fig.2 Test field installation of the floating raft

1.2 試驗方案

利用前期現場調研得到的某艙浮筏安裝時產生的最大平行度及最大平行度(橫向和縱向)范圍，調整某艙浮筏到特定的安裝工藝姿態，采用錘擊法分別對浮筏上6個隔振器的安裝位置按順序進行單點激勵，測量各激勵點到響應點間的傳遞函數。通過對試驗結果進行分析對比，明確某艙浮筏安裝的縱向平行度及橫向平行度對系統振動傳遞性能影響顯著的樣本區間［5－6］。

某艙浮筏安裝現場較易控制的平行度調整誤差約為5 mm (稱之為最大誤差)，在此范圍內研究縱向平行度和橫向平行度誤差對系統振動傳遞性能的影響。

1)對于浮筏縱向平行度工藝誤差，分別在理想縱向平行度和最大縱向平行度下對結構的傳遞函數進行測量，并合成基座各測點的平均歸一化加速度級。如果差值僅在2 dB 以內，則接受結果并停止計算;如果差值大于2 dB，則采取二分法在理想平行度和最大平行度誤差的中值處對系統振動傳遞性能進行測試，并合成基座各測點的平均歸一化加速度級。如果與相鄰樣本點的差值僅在2 dB 以內，則接受結果并停止計算;如果與相鄰樣本點差值大于2 dB，則繼續在差值大于2 dB的區間采取二分法，以此類推，直到最后測試的樣本點與相鄰樣本點的差值小于2 dB，浮筏安裝姿態試驗方案流程圖如圖3所示。

圖3 浮筏安裝姿態試驗方案流程圖Fig.3 Test program flow chart of floating raft installation postures

2)對于浮筏橫向平行度工藝誤差，處理步驟完全如上所述。

2 試驗結果分析

試驗中某艙浮筏各姿態平行度誤差實際數值如表1所示。

表1 浮筏安裝各姿態平行度誤差數據Tab.1 Parallelism error data of floating raft installation postures

由測試報告可知:

1)各測點的平均歸一化加速度級

在浮筏3個不同安裝姿態下，測試共選取15個振動測點，其中6個測點 (測點1～測點6)布置在浮筏下層隔振器船體基座墊板上，測量垂直于基座面板方向(Z 向);8個測點(測點7～測點14)布置在基座腹板、基座肘板與耐壓殼體交接部位上，測量X，Y，Z 三個方向;測點15位于筏架下艙段中部，測量X，Y，Z 三個方向。響應點具體布置位置如圖4所示。將測點1～測點6、測點7～測點15 在6個激勵點激勵疊加后的歸一化加速級均合成得到響應點在6個激勵點激勵疊加后的平均歸一化加速度級(歸一化振動加速度級基準:a0=10－6m·s－2/N)，如圖5～圖6所示。

2)各測點歸一化加速度總級

浮筏不同安裝姿態下，各測點在10～700 Hz 頻段內的歸一化加速度總級，以及1～6 號點、7～15號點平均歸一化加速度總級，對比圖如圖7所示。

圖5～圖6 中，實線曲線代表姿態1 時筏架基座測點1～測點6和布置在筏架基座肘板、腹板與耐壓殼體的交匯處和耐壓殼體中心處的測點7～測點15 在6個激勵點激勵下的平均歸一化加速度級頻譜圖(10～700 Hz)，虛線曲線代表姿態2 時筏架基座測點1～測點6和測點7～測點15 在6個激勵點激勵下的平均歸一化加速度級頻譜圖(10～700 Hz)，點虛線曲線代表姿態3 時筏架基座測點1～測點6和測點7～測點15 在6個激勵點激勵下的歸一化加速度級頻譜圖(10～700 Hz)。

由圖5和圖6 可知:在10～700 Hz 內，3 種浮筏安裝姿態對應的3 條曲線波形相近，幅值差異很小，各波峰及波谷幾乎在同一個頻率位置出現。

由試驗數據可知:

1)在10～700 Hz 范圍內，筏架6個基座處測點在姿態1下6個激勵點激勵后的平均歸一化加速度總級為53.60 dB，在姿態2下為54.25 dB，在姿態3下為54.52 dB，顯然筏架6個基座處測點在姿態1 即平行度均為理想狀態下6個激勵點激勵后的平均歸一化加速度總級最小，而在姿態2和姿態3時平均歸一化加速度總級會略有增大。從數值上看，三者兩兩相差僅僅0.65 dB和0.92 dB，因此試驗無須采用二分法繼續向下進行。

圖4 響應點布置示意圖Fig.4 Schematic of response points

圖5 浮筏不同姿態1～6 號測點在6個激勵點激勵疊加后平均歸一化加速度級頻譜對比圖Fig.5 Comparison of average normalized acceleratio level spectrum of No.1 to No.6 measuring points on floating raft under 6 points excitation superposition

圖6 浮筏不同狀態7～15 號測點在6個激勵點激勵疊加后平均歸一化加速度級頻譜對比Fig.6 Comparison of average normalized acceleratio level spectrum of No.7 to No.15 measuring points on floating raft under 6 points excitation superposition

圖7 各測點在筏架3 種安裝姿態下歸一化加速度總級對比圖Fig.7 Comparison of normalized acceleratio total level all measuring points on floating raft in there installation postures

2)在10～700 Hz 范圍內，筏架9個基座肘板、腹板與耐壓殼體的交匯處和耐壓殼體中心處的測點(7～15)在姿態1下6個激勵點激勵后的平均歸一化加速度總級為50.25 dB，在姿態2下為50.49 dB，在姿態3下為50.43 dB，顯然筏架9個測點在姿態1 即平行度均為理想狀態下6個激勵點激勵后的平均歸一化加速度總級最小，而在姿態2和姿態3 時平均歸一化加速度總級會略有增大。從數值上看三者兩兩相差僅僅0.24 dB和0.18 dB，因此試驗無須采用二分法繼續向下進行。

由圖7 可以看出，橫向平行度和縱向平行度安裝工藝誤差對系統振動傳遞性能影響并不顯著:

1)橫向平行度誤差5 mm:在10～700 Hz 內，姿態1和姿態2 曲線總體波形相似，姿態1的曲線基本在姿態2 曲線下面，大部分測點相差很小，其中最大差值點出現在測點2，相差2.29 dB，最小差值在測點15，相差0 dB;

2)縱向平行度誤差5 mm:在10～700 Hz 內，姿態1和姿態3的曲線總體幾乎重合，姿態3的曲線稍微在姿態1 曲線上面，其中最大差值點出現在測點2，相差0.98 dB，最小差值點出現在測點11，相差0 dB，測點重合。

由1)和2)的分析可知，當筏架安裝的橫向及縱向平行度工藝誤差較大時，作用在筏架上的振動更易向基礎傳遞，但這種差異很小，不超過1 dB，幾乎可以忽略不計。

3 結 語

通過對試驗結果進行比較分析，初步認為以目前浮筏現場安裝施工工藝的水準，3 種安裝姿態下不同的平行度誤差對機械隔振系統隔振性能的影響相差約1 dB，可忽略不計。則當浮筏安裝縱向平行度誤差達到1 mm 內的理想狀態時，橫向平行度安裝工藝誤差只需控制在5 mm 內，或者當浮筏安裝橫向平行度誤差達到1 mm 內的理想狀態時，縱向平行度安裝工藝誤差只需控制在5 mm內，即可確保此姿態參數對隔振系統的隔振性能基本沒有影響。

［1］梁向東.浮筏安裝工藝的改進［J］.噪聲與振動控制，2011(5):178－180.LIANG Xiang-dong.Improving raft fixing technoque［J］.Noise and Vibration Control，2011(5):178－180.

［2］鄭濤，陳衛東.吸振器在浮筏隔振系統中的應用［J］.噪聲與振動控制，2013(3):44－49.ZHENG Tao，CHEN Wei-dong.Application of vibration absorbers in floating raft system［J］.Noise and Vibration Control，2013(3):44－49.

［3］彭偉才.浮筏隔振系統有限元模型中基座的等效方法［J］.中國艦船研究，2012，7(3):89－92.PENG Wei-cai.Equivalent machinery base method for finite element analysis of floating raft isolation system［J］.Chinese Journal of Ship Research，2012，7(3):89－92.

［4］中國船舶重工集團公司七〇一所.GJB 4057－2000.艦船噪聲測量方法［S］.China Ship Development and Design Center.GJB 4057－2000.Ship Noise Measurement Method［S］.

［5］高云劍.基于頻響函數綜合的浮筏隔振系統誤差傳遞分析［J］.噪聲與振動控制，2013，33(3):39－43.GAO Yun-jian.Analysis of uncertainly propagation in floating raft system using FRF-based substructuring method［J］.Noise and Vibration Control，2013，33(3):39－43.

［6］張峰.浮筏隔振效果評定的矢量四端網絡參數方法與試驗研究［J］.船舶力學，2011，15(10):1173－1181.ZHANG Feng.Evaluation and experimental research on floating raft isolation system by vectorial four pole parameter model［J］.Journal of Ship Mechanics，2011，15(10):1173－1181.