淺析海洋平臺閉排泵機組振動控制及減振改造

楊波，姚新，操成剛，王永順

（1.中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524000；2.中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300450）

近年來，國內外的研究人員對海洋平臺的減振隔振進行了大量的研究，如基于柔性基礎的浮筏式隔振、導管架式海洋平臺的阻尼隔振等，但這些研究的重點主要集中在地震、海浪、風等外部激勵，然而海洋平臺除了受到外部載荷作用外，還要承受海洋平臺內部激勵載荷。其中，閉排泵機組產生的振動載荷是內部激勵的主要組成部分，這些載荷不僅會給閉排泵機組撬座上的設備、管路和儀表帶來破壞，還會通過撬座傳遞到支撐甲板及附近設備上，造成振動超標及儀器失靈等故障。并且振動疊加的能量及其伴隨的強噪聲會給人體健康和工作效率帶來不利影響。因此，針對海上平臺特點，采取有效措施進行閉排泵機組的振動控制、實現減振效果，對保證平臺的可靠性、安全性具有重要意義。

最近幾年，人們開始逐漸認識到閉排泵機組減振隔振的重要性，并嘗試選擇合適的抑制方法解決閉排泵機組的振動問題。目前，應用較為廣泛的方法是采用彈簧阻尼隔振器減小閉排泵機撬座與平臺之間的振動隔離、閉排泵機組的振動能量向平臺傳遞。

本文針對WC19-1平臺閉排泵機組運行時甲板和設備中的高振動問題，提出了一整套詳細的減振設計流程，在閉排泵機組的撬座與甲板之間加裝彈簧阻尼隔振器，并對改造前后閉排泵機組及其支撐甲板進行了現場振動測試，計算了改造后的隔振效率。

1 閉排泵機組概述

WC19-1平臺閉排泵機組由2臺閉排泵組成，此處命名為閉排泵A和閉排泵B，型號均為XZA46-30×8的臥式、單吸、節段式多級離心泵，主要用于輸送原油。在工作過程中，甲板和設備振動過大，造成設備故障率較高，影響了機組的正常運行。因此，需要對閉排泵機組制定設備振動控制及減振技術方案，并進行現場改造。

2 減振設計流程

減振是工程上防止振動危害的主要手段。為了對閉排泵機組進行振動控制和減振改造，首先需要對其規劃一個詳細的設計流程。在實際工程中，解決振動隔離問題的過程包括以下幾個步驟。

2.1 確定振動激勵的來源和性質

首先根據振動系統，分析和確定激勵的來源，建立簡化的力學模型。

2.2 建立振動隔離的性能指標

從設備或結構的振動幅值允許范圍、穩定性、隔振效率和結構完整性等角度，根據設計原則，規定滿足要求的性能指標。

2.3 選擇合適的振動控制方法

按照控制措施制定的出發點區分，振動控制方法可以分為主動減振和被動減振。主動減振是在設計過程中考慮消除或減小振源的影響，這種方法目前主要應用在精密儀器、高速旋轉機械和航空航天設備。被動減振有隔振和吸振等手段。

按所采用的振動抑制手段區分，在振源傳遞到受控對象的過程中，振動控制方法共有5種，如圖1所示。第一種是消振，這是治本的方法，旨在消除或減弱振源。只要消除或者減弱了振源，就從源頭抑制了振動的傳遞。第二種是隔振，通過在振源和受控對象之間增加一個隔振器，改變系統的剛度以調整固有頻率，避開振源的激振頻率，從而減小振源激發的振動傳遞。第三種是吸振，是通過在受控對象上增加一個動力吸振器，動力吸振器可以產生吸振力，達到減振的效果。第四種是阻振，顧名思義，這是一種利用阻尼元件或阻尼器進行減振的方法。阻尼元件或阻尼器可以消耗振動能量，降低振動響應。第五種是結構修改，通過修改與受控對象質量、剛度和阻尼相關的動力學特性，進而達到滿足規定的性能指標。

圖1 振動控制方法

2.4 分析計算振動隔離系統

根據建立的力學模型，計算振動隔離系統的靜力變形、固有頻率、振動幅值以及最大振幅等靜態和動態特性。

2.5 選擇合適的隔振器及其安裝方式

根據載荷性質、安裝空間尺寸，考慮隔振后系統的穩定性問題，選擇合適的隔振器和安裝方式。

通過現場測試和仿真建模分析，發現閉排泵機組的支撐甲板存在剛度不足問題。閉排泵運行時，周邊甲板產生共振，振動通過甲板傳遞到其他設備，導致運行時設備振動超標。但是受限于現場實際條件，大規模的結構加強不具備可行性。因此，此次將從機組本身進行減振處理，設備底部甲板也要做局部結構加強。

3 WC19-1平臺閉排泵機組減振效果測試

針對WC19-1平臺閉排泵機組，制定并實施了一套完整的減振隔振措施。在改造完成后，為衡量隔振效果，進行現場振動測試。其中閉排泵機由4對彈簧阻尼隔振器對稱支撐，測試儀器采用DASPV10工程版高級型分析軟件、INV3062T 24位智能信號分析儀以及8個YSV200型振動速度傳感器，其中速度傳感器的靈敏度為26.00 mV/(mm/s)，測量頻響范圍為5~1000 Hz。測點的具體布置如圖2。

圖2 具體測點位置

從圖2可以看出，測點1~8測量的是閉排泵機組中電機非驅動端、驅動端、閉排泵非驅動端以及驅動端的振動速度值，并且分別測量了改造前、后的振動數據進行對比，以檢驗隔振效果。

首先測量閉排泵A和B分別單獨運行時的振動速度有效值，如表1和2。可以看出，A泵改造后單獨運行，機組單個測點最高下降60%，改造前機組測點速度有效值總和為23.0 mm/s，改造后機組測速度有效值總和為15.7 mm/s，下降31.7%。B泵改造后單獨運行，機組單個測點最高下降89%，改造前機組測點數據總和為60.7 mm/s，改造后機組測點數據總和為19.5 mm/s，機組速度總有效值下降67.8%。

表1 閉排泵A單獨運行時振動速度RMS（mm/s）

表2 閉排泵B單獨運行時振動速度RMS（mm/s）

對閉排泵A運行、閉排泵B停機測量B泵和閉排泵B運行、閉排泵A停機測量A泵2種情況下的振動數據進行采集，以測試隔振系統安裝后，閉排泵機組的振動經由甲板傳遞到其他設備的能量衰減程度。此外，對改造前振動劇烈的甲板位置的振動也進行了測試對比，測試數據整理為表3、4。

表3 閉排泵A運行、B泵停機時B泵振動速度RMS（mm/s）

表4 閉排泵B運行、A泵停機時A泵振動速度RMS（mm/s）

從表3、4可以看出，A泵運行、B泵停機時，B泵單個測點最高隔振效率71%，甲板最高隔振效率為95%；改造前機組測點有效值總和為5.9 mm/s，改造后機組測點有效值總和為3.7 mm/s，機組速度總值下降37%；B泵運行、A泵停機時，A泵單個測點最高隔振效率為91%，甲板最高隔振效率為97%；改造前機組測點有效值總和為24.8 mm/s，改造后機組測點有效值總和為5.7 mm/s，機組速度總值下降77%。

以上分析結果表明，通過此次現場整改，閉排泵A、B及甲板振動均下降至正常范圍內，彈簧阻尼隔振器對于海洋平臺閉排泵機組有著十分良好的隔振效果。

4 結語

針對海洋平臺裝備的減振隔振問題，本文提出了詳細的減振設計流程，通過合理選擇振動控制方法，可以有效抑制閉排泵機組的振動傳遞。并以WC19-1平臺閉排泵機組為對象，通過安裝彈簧阻尼隔振器，實現了隔振的性能要求，機組隔振效率最高可以達到77%，甲板的隔振效率最高為97%，證明了將彈簧阻尼隔振器隔振系統應用到海洋平臺振動問題上是一種切實有效的解決方式。本文的研究為海洋平臺減振隔振、閉排泵機組橇座上下振動隔離形成一套完善的設計方法和配套措施，具有一定的指導意義。