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(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300450）

近年來，國內(nèi)外的研究人員對海洋平臺的減振隔振進(jìn)行了大量的研究，如基于柔性基礎(chǔ)的浮筏式隔振、導(dǎo)管架式海洋平臺的阻尼隔振等，但這些研究的重點(diǎn)主要集中在地震、海浪、風(fēng)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(nèi)部激勵載荷。其中，閉排泵機(jī)組產(chǎn)生的振動載荷是內(nèi)部激勵的主要組成部分，這些載荷不僅會給閉排泵機(jī)組撬座上的設(shè)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(shè)備上，造成振動超標(biāo)及儀器失靈等故障。并且振動疊加的能量及其伴隨的強(qiáng)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(diǎn)，采取有效措施進(jìn)行閉排泵機(jī)組的振動控制、實(shí)現(xiàn)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(rèn)識到閉排泵機(jī)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(jī)組的振動問題。目前，應(yīng)用較為廣泛的方法是采用彈簧阻尼隔振器減小閉排泵機(jī)撬座與平臺之間的振動隔離、閉排泵機(jī)組的振動能量向平臺傳遞。

本文針對WC19-1平臺閉排泵機(jī)組運(yùn)行時甲板和設(shè)備中的高振動問題，提出了一整套詳細(xì)的減振設(shè)計流程，在閉排泵機(jī)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(jī)組及其支撐甲板進(jìn)行了現(xiàn)場振動測試，計算了改造后的隔振效率。

1 閉排泵機(jī)組概述

WC19-1平臺閉排泵機(jī)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(jié)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(shè)備振動過大，造成設(shè)備故障率較高，影響了機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，需要對閉排泵機(jī)組制定設(shè)備振動控制及減振技術(shù)方案，并進(jìn)行現(xiàn)場改造。

2 減振設(shè)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(jī)組進(jìn)行振動控制和減振改造，首先需要對其規(guī)劃一個詳細(xì)的設(shè)計流程。在實(shí)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(zhì)

首先根據(jù)振動系統(tǒng)，分析和確定激勵的來源，建立簡化的力學(xué)模型。

2.2 建立振動隔離的性能指標(biāo)

從設(shè)備或結(jié)構(gòu)的振動幅值允許范圍、穩(wěn)定性、隔振效率和結(jié)構(gòu)完整性等角度，根據(jù)設(shè)計原則，規(guī)定滿足要求的性能指標(biāo)。

2.3 選擇合適的振動控制方法

按照控制措施制定的出發(fā)點(diǎn)區(qū)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(shè)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(yīng)用在精密儀器、高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和航空航天設(shè)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(qū)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(tǒng)的剛度以調(diào)整固有頻率，避開振源的激振頻率，從而減小振源激發(fā)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(chǎn)生吸振力，達(dá)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(jìn)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(yīng)。第五種是結(jié)構(gòu)修改，通過修改與受控對象質(zhì)量、剛度和阻尼相關(guān)的動力學(xué)特性，進(jìn)而達(dá)到滿足規(guī)定的性能指標(biāo)。

圖1 振動控制方法

2.4 分析計算振動隔離系統(tǒng)

根據(jù)建立的力學(xué)模型，計算振動隔離系統(tǒng)的靜力變形、固有頻率、振動幅值以及最大振幅等靜態(tài)和動態(tài)特性。

2.5 選擇合適的隔振器及其安裝方式

根據(jù)載荷性質(zhì)、安裝空間尺寸，考慮隔振后系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，選擇合適的隔振器和安裝方式。

通過現(xiàn)場測試和仿真建模分析，發(fā)現(xiàn)閉排泵機(jī)組的支撐甲板存在剛度不足問題。閉排泵運(yùn)行時，周邊甲板產(chǎn)生共振，振動通過甲板傳遞到其他設(shè)備，導(dǎo)致運(yùn)行時設(shè)備振動超標(biāo)。但是受限于現(xiàn)場實(shí)際條件，大規(guī)模的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)不具備可行性。因此，此次將從機(jī)組本身進(jìn)行減振處理，設(shè)備底部甲板也要做局部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。

3 WC19-1平臺閉排泵機(jī)組減振效果測試

針對WC19-1平臺閉排泵機(jī)組，制定并實(shí)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(jìn)行現(xiàn)場振動測試。其中閉排泵機(jī)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(diǎn)的具體布置如圖2。

圖2 具體測點(diǎn)位置

從圖2可以看出，測點(diǎn)1~8測量的是閉排泵機(jī)組中電機(jī)非驅(qū)動端、驅(qū)動端、閉排泵非驅(qū)動端以及驅(qū)動端的振動速度值，并且分別測量了改造前、后的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以檢驗(yàn)隔振效果。

首先測量閉排泵A和B分別單獨(dú)運(yùn)行時的振動速度有效值，如表1和2?？梢钥闯?，A泵改造后單獨(dú)運(yùn)行，機(jī)組單個測點(diǎn)最高下降60%，改造前機(jī)組測點(diǎn)速度有效值總和為23.0 mm/s，改造后機(jī)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(dú)運(yùn)行，機(jī)組單個測點(diǎn)最高下降89%，改造前機(jī)組測點(diǎn)數(shù)據(jù)總和為60.7 mm/s，改造后機(jī)組測點(diǎn)數(shù)據(jù)總和為19.5 mm/s，機(jī)組速度總有效值下降67.8%。

表1 閉排泵A單獨(dú)運(yùn)行時振動速度RMS（mm/s）

表2 閉排泵B單獨(dú)運(yùn)行時振動速度RMS（mm/s）

對閉排泵A運(yùn)行、閉排泵B停機(jī)測量B泵和閉排泵B運(yùn)行、閉排泵A停機(jī)測量A泵2種情況下的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，以測試隔振系統(tǒng)安裝后，閉排泵機(jī)組的振動經(jīng)由甲板傳遞到其他設(shè)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(jìn)行了測試對比，測試數(shù)據(jù)整理為表3、4。

表3 閉排泵A運(yùn)行、B泵停機(jī)時B泵振動速度RMS（mm/s）

表4 閉排泵B運(yùn)行、A泵停機(jī)時A泵振動速度RMS（mm/s）

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

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

4 結(jié)語

針對海洋平臺裝備的減振隔振問題，本文提出了詳細(xì)的減振設(shè)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(jī)組的振動傳遞。并以WC19-1平臺閉排泵機(jī)組為對象，通過安裝彈簧阻尼隔振器，實(shí)現(xiàn)了隔振的性能要求，機(jī)組隔振效率最高可以達(dá)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(tǒng)應(yīng)用到海洋平臺振動問題上是一種切實(shí)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(jī)組橇座上下振動隔離形成一套完善的設(shè)計方法和配套措施，具有一定的指導(dǎo)意義。