王盤龍，曲其磊，代 偉，齊 鳳，吳瑞斌，黨向萍，韓云龍

（中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動(dòng)力有限公司，山東濟(jì)南 250306）

0 引言

濟(jì)柴動(dòng)力有限公司研發(fā)的12 V 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，多用于為油田鉆井平臺(tái)配套發(fā)電機(jī)組提供生活區(qū)用電，也可應(yīng)用于社會(huì)市場(chǎng)為中小型發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力。在應(yīng)用于社會(huì)發(fā)電市場(chǎng)的時(shí)候，用戶為了獲取最大利潤，使該型發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行于滿負(fù)荷工況，此時(shí)的機(jī)械振動(dòng)相對(duì)劇烈，甚至?xí)绊憴C(jī)組的壽命。因此，有必要對(duì)該型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)研究[1]。

1 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的原因分析

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、裝配和工藝等存在缺陷。一般發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)多由設(shè)計(jì)缺陷造成，而裝配的精度不夠和工藝的粗糙也是造成機(jī)械振動(dòng)異常的原因之一[1-2]。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)在安裝時(shí)存在問題。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在安裝時(shí)存在底盤水平度不夠、未加裝減振墊造成剛性連接和配套發(fā)電機(jī)組時(shí)對(duì)中度不夠等，也會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)異常振動(dòng)[1-2]。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)使用不當(dāng)造成的振動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，如果使用不當(dāng)也會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的異常振動(dòng)。如長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行、各缸點(diǎn)火不均勻、發(fā)動(dòng)機(jī)過度使用、冷卻和潤滑系統(tǒng)故障等[1-3]。

2 振動(dòng)測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器

該型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)見表1。其中，P標(biāo)為標(biāo)定功率，n標(biāo)為標(biāo)定轉(zhuǎn)速。

表1 該型發(fā)動(dòng)機(jī)概況

該型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)測(cè)量及品質(zhì)評(píng)定按照GB/T 7184—2008《中小功率柴油機(jī)振動(dòng)測(cè)量及評(píng)級(jí)》的要求進(jìn)行[2-3]。振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量?jī)x器為丹麥B＆K 4321V 加速度傳感器、B＆K 2647B 信號(hào)變換器、B＆K PULSE 11.0 測(cè)試系統(tǒng)。振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)如圖1 所示。

3 振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量工況

3.1 振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量方向設(shè)計(jì)

針對(duì)該型發(fā)動(dòng)機(jī)的型式特點(diǎn)，進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)點(diǎn)布置和測(cè)量方向的設(shè)計(jì)（圖2）。其中，測(cè)點(diǎn)1 位于發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出端的上端，測(cè)點(diǎn)2 位于發(fā)動(dòng)機(jī)自由端的上端，測(cè)點(diǎn)3 位于發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出端的底部，測(cè)點(diǎn)4位于發(fā)動(dòng)機(jī)自由端的底部[1-3]。發(fā)動(dòng)機(jī)與底座剛性連接，傳感器采用磁力座連接。

圖1 振動(dòng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)

3.2 振動(dòng)試驗(yàn)的測(cè)量工況設(shè)計(jì)

根據(jù)該型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷特性，對(duì)該振動(dòng)試驗(yàn)的測(cè)量工況進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如表2所示。其中，P測(cè)為測(cè)試功率，r 為測(cè)試功率百分比。

圖2 振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量方向

4 振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量及計(jì)算結(jié)果

在標(biāo)定轉(zhuǎn)速，對(duì)該型發(fā)動(dòng)機(jī)各測(cè)試功率段的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，各表中數(shù)據(jù)均為加速度、速度、位移測(cè)量值的方均根值，震動(dòng)頻率范圍為2～1000 Hz。因保密需要，本文只列出空載、50%負(fù)荷和滿載時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)。

表2 振動(dòng)試驗(yàn)的測(cè)量工況設(shè)計(jì)

4.1 空載振動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

空載振動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別對(duì)X、Y 和Z 軸方向的加速度、速度、位移測(cè)量值求出方均根值，并得到振動(dòng)烈度（表3）。其中，a 為加速度，v 為速度，d 為位移。

由表3 的數(shù)據(jù)可得到振動(dòng)烈度等級(jí)，在X 軸水平方向，1.8 級(jí)≤振動(dòng)烈度≤11 級(jí)；在Y 軸水平方向，2.8 級(jí)≤振動(dòng)烈度≤11 級(jí)；Z 軸水平方向，2.8 級(jí)≤振動(dòng)烈度≤11 級(jí)，均滿足SY/T 5641—2019《石油天然氣工業(yè)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求[3]。

4.2 50%負(fù)荷振動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

50%負(fù)荷振動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別對(duì)X、Y和Z 軸方向的加速度、速度、位移測(cè)量值，求出方均根值，并得到振動(dòng)烈度。

由表4 的數(shù)據(jù)可知，在X 軸水平方向，7.1級(jí)≤振動(dòng)烈度≤11 級(jí)；在Y 軸水平方向，4.5級(jí)≤振動(dòng)烈度≤18 級(jí)；Z 軸水平方向，7.1 級(jí)≤振動(dòng)烈度≤18 級(jí)，均滿足SY/T 5641—2019 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求[3]。

4.3 滿載振動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

滿載振動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別對(duì)X、Y 和Z軸方向的加速度、速度、位移測(cè)量值，求出方均根值，并得到振動(dòng)烈度。

由表5 的數(shù)據(jù)可知，在X 軸、Y 軸和Z 軸水平方向振動(dòng)烈度范圍相同，11 級(jí)≤振動(dòng)烈度≤18 級(jí)，均滿足SY/T 5641—2009 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求[1-3]。

6 結(jié)論

該型天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)振動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證，各項(xiàng)振動(dòng)數(shù)據(jù)均滿足SY/T 5641—2019《石油天然氣工業(yè)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求。未發(fā)現(xiàn)影響振動(dòng)的設(shè)計(jì)缺陷，正常安裝后發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的各監(jiān)視參數(shù)均正常。

表3 P測(cè)為空載時(shí)X、Y、Z 軸振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)

表4 P測(cè)為50%負(fù)荷時(shí)X、Y、Z 軸振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)

表5 P測(cè)為滿載時(shí)X、Y、Z 軸振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)