蔡龍奇 劉 佳 黎昭文 董成林 陳 糾

（中國核動力研究設計院核反應堆系統設計技術重點實驗室，四川 成都 610041）

0 引言

船舶動力裝置含有大量的泵類設備和靜設備，泵類旋轉機械是船舶動力裝置的主要振動源，這些振源設備振動會通過設備支承結構和管路向外傳遞。 浮筏隔振措施由于減振效果好、便于模塊化建造等典型特點成了目前船舶減隔振發(fā)展趨勢。

船舶動力裝置具有靜設備集中質量大、振源設備多、振動特性多樣等典型特點，本文針對船舶動力裝置集中質量復雜浮筏隔振系統開展了參數敏感性研究工作，對比分析了不同筏架結構重量、不同隔振器配置參數、不同振源分布形式、不同安裝基礎條件下條浮筏隔振系統振動傳遞特性， 獲得了各參數影響規(guī)律。

1 浮筏隔振技術簡介

隔振技術作為一種重要的機械噪聲控制措施，在國外已有幾十年的研究歷史和應用經驗， 并在振動控制方面取得了顯著成效。 從其發(fā)展歷程上看，主要經歷了單層隔振、 雙層隔振和浮筏隔振等幾個發(fā)展階段[1]。 目前，浮筏隔振系統仍是隔振技術發(fā)展研究的重點[2]。

浮筏隔振系統筏架上安裝有多機組（因而具有多擾動源），共用一個筏體結構。 浮筏隔振效果可達中低頻段35 dB、高頻段50 dB 以上的隔振效果，此外筏體結構能充分節(jié)省安裝空間。

2 集中質量浮筏隔振組成及特點

船舶動力裝置是一種典型的集中質量復雜系統，主要由大質量靜設備、泵類振源設備、管路及支吊架等組成，大質量靜設備、泵類設備參數如表1 所示。 如表1 所示，復雜系統中含有大質量靜設備、三型泵類設備，且泵運行方式多樣、激勵特性不一致。

表1 浮筏隔振系統被支撐設備參數

浮筏隔振系統如圖1 所示，大質量靜設備A 布置在筏架中部位置， 靜設備A 與筏架采用剛性連接，C泵筏架剛性連接，D 泵、E 泵與筏架彈性連接。 浮筏筏架通過大承載隔振器與安裝基礎連接。

圖1 集中質量浮筏隔振系統示意圖

集中質量系統主要典型特點如下：

（1）靜設備重量遠大于泵類振源設備；

（2）泵類振源設備類型和運轉方式多樣，振源特性不一致，運行方式不同；

（3）各振源設備與靜設備采用剛性管路連接。

3 集中質量浮筏隔振參數敏感性分析

為獲得筏架結構重量、 浮筏下部隔振器參數、振源分布位置及安裝基礎阻抗等參數對浮筏隔振系統振動傳遞特性的影響規(guī)律，開展了隔振系統參數敏感性分析研究工作。 利用系統頻響函數矩陣H（ω）對系統振動傳遞規(guī)律進行了分析。 線性定常系統振動響應與載荷之間有如下關系：

式中，X 為響應譜向量，F 為載荷譜向量，H（ω）即為頻響函數矩。

本分析中將F 定義為垂直方向單位載荷譜向量，通過譜分析獲得的系統響應譜向量X 即與系統的頻響函數矩H（ω）為同一數值，通過系統的頻響函數矩H（ω）可對系統激勵—響應特性進行分析。

3.1 筏架結構重量影響規(guī)律分析

浮筏隔振系統隔振器參數及安裝基礎等參數均保持不變， 通過調節(jié)筏架結構密度來達到改變筏架結構重量的目的，研究筏架重量對振動特性的影響。對筏架結構設置如表2 中所示的重量， 對4 臺C 型泵、1 臺 D 型泵和 1 臺 E 泵施加 10～315 Hz 頻率范圍內的載荷譜， 得到下層隔振器下端與安裝基礎連接處的振動加速度響應如圖2 所示， 振動響應線譜特征分析見圖3。

表2 筏架結構重量及安裝基礎振動響應

圖2 不同筏架重量下安裝基礎振動響應

圖3 振動加速度響應頻譜特性曲線

由上述對比可知：

（1）含有大質量靜設備的系統隔振設計時，筏架結構與被隔振設備重量比遠低于傳統浮筏隔振設計中筏架重量比（需達0.5 以上），即可取得較好的減振效果；

（2）如圖2 示，隨著筏架結構重量的增加，下層隔振器振級略有降低，但筏架結構重量增加對減振效果的提升貢獻很少；

（3）由圖3 中可知，特征線譜主要由隔振系統固有頻率、筏架結構固有頻率引起，在筏架結構設計中可考慮采取敷設阻尼等措施降低特征線譜峰值響應。

3.2 浮筏下層隔振器參數影響規(guī)律分析

筏架結構重量及安裝基礎等參數均保持不變，通過調節(jié)浮筏下層隔振器參數獲得隔振器參數對隔振系統振動傳遞特性影響規(guī)律。對隔振系統設置如表3中所示的隔振器參數，對4 臺C 型泵、1 臺D 型泵和1 臺E 泵施加10～315Hz 頻率范圍內的載荷譜，得到下層隔振器下端與安裝基礎連接處的振動加速度響應如圖5 所示。

表3 隔振器參數及安裝基礎振動響應

圖4 不同隔振器參數下安裝基礎振動響應

如圖4 所示，下層隔振器剛度越低，傳遞到安裝基礎上的振動加速度響應越小。但隔振器剛度過低易導致集成支承隔振系統穩(wěn)定性差、抗沖擊能力差，需綜合考慮減振及抗沖擊需求選擇合理參數的隔振器。

3.3 筏架上振源分布位置影響規(guī)律研究

筏架結構重量、隔振器參數、安裝基礎等參數均保持不變，通過調節(jié)D 型泵安裝位置（在筏架中心位置、在筏架邊角位置）獲得不同振源分布對隔振系統振動傳遞特性影響規(guī)律。 對4 臺C 型泵、1 臺D 型泵和1 臺E 泵施加10～315 Hz 頻率范圍內的載荷譜，得到下層隔振器下端與安裝基礎連接處的振動加速度響應如圖5 所示，表4 為振源分布位置及安裝基礎振動響應。其中1 號隔振器為遠離靜設備A 的隔振器，8號隔振器為靜設備A 附近隔振器。

表4 振源分布位置及安裝基礎振動響應

圖5 不同振源分布下安裝基礎振動響應

如圖5 所示，在不同安裝位置激勵下浮筏不同位置，隔振器響應基本一致，表明在較小質量的振源設備安裝位置對于大質量浮筏系統振動響應影響較小，在大質量復雜系統隔振設計中可根據實際的工程設計需求布置小質量振源設備。

3.4 安裝基座結構參數影響規(guī)律分析

筏架結構重量、隔振器參數等均保持不變，通過調節(jié)安裝基礎面板厚度獲得安裝基礎阻抗參數改變對集成支承隔振系統振動傳遞特性影響規(guī)律。 對隔振系統設置如表5 所示的安裝基礎面板厚度參數，對4 臺 C 型泵、1 臺 D 型泵和 1 臺 E 泵施加 10～315 Hz頻率范圍內的載荷譜，得到隔振器參數下層隔振器下端與安裝基礎連接處的振動加速度響應如圖6所示。

表5 安裝基礎阻抗參數及安裝基礎振動響應

圖6 不同面板厚度下安裝基礎振動響應

如圖6 所示，安裝基礎阻抗越大，傳遞到安裝基礎上的振動加速度響應越小， 隔振系統減振效果越好， 但集成支承隔振系統對于安裝基礎阻抗的參數敏感性低于隔振器剛度參數。 在浮筏隔振系統時應注意加強安裝基礎結構強度和剛度， 增加安裝基礎阻抗。

4 結論

本文針對大質量復雜隔振系統開展了隔振參數敏感性分析研究，主要結論如下：

（1）筏架結構重量、隔振器剛度、安裝基礎阻抗等參數均對浮筏隔振系統振動傳遞特性有一定的影響，且隔振系統對于隔振器剛度參數最為敏感，對于安裝基礎阻抗參數敏感性次之，對于筏架結構重量參數敏感性最低；

（2）對于靜設備重量較大的系統，筏架結構與被支承設備重量比在0.1 以下時也可獲得良好的減振效果，這與常規(guī)浮筏隔振系統重量比需大于0.5 的設計原則存在顯著不同， 故對于大集中質量復雜系統筏架設計可在保證剛度、 強度基礎上降低筏架結構重量；

（3）小質量泵類設備布置位置對于集中質量浮筏隔振系統振動響應影響十分有限，在隔振設計中可重點考慮安裝、維修因素布置小質量泵類設備。

上述結論可為集中質量動力裝置浮筏隔振工程設計提供技術支撐。