某船双副机发电时共振原因分析及改进措施

摘 要：简述了某船在航行发电时发生共振的情况及危害，针对其产生的原因进行分析，提出改善共振问题的有效解决方法和措施。

关键词：固有频率；共振；激振.

中图分类号：U665.1文献标识码：A

A ship Double Vice Machine Power Resonance Cause Analysis and

Improvement Measures

Yang Zhiqiang

(guangzhou south China dockyard, Guangzhou 510715)

Abstract: describes a ship sailing in the power of the resonance occur and harm, in view of the reasons to carry on the analysis, puts forward improving resonance problem effective solutions and solve the idea.

Keywords: natural frequency； Vibration； Resonance

１ 前言

某船在航行过程中，在船靠港前全船电器满负荷运转时，开动了后发电机仓的双副机并车发电，在发电机转速1 500 r/min、电功率在480 kW/时，突然发生柴油机振动，且振动越来越激烈，直致整个机舱都在振动，最后发生振动使配电保险自动跳闸,双发电机自动停机，导致全船失电，严重影响船舶安全。该船因球鼻首破损进入工厂修理，船方要求工厂在抢修过程中一起解决发电机并车发电突然振动问题，避免以后同样的情形再发生。

2船舶共振原因分析

（1）船舶作为一个自由漂浮在水上的空心弹性梁，整体以及构成整体的每个局部构件都有其固有频率，但固有频率也不是固定不变的，随着船舶装载情况的变化或局部构件的刚性情况的变化，固有频率也是相应变化的。船舶在航行过程中，除了波浪、风力等激励源外，在船上安装有各种各样的机械设备，并各自有其自身的转动频率，称之为激励频率。随着工况的不同，频率在不断地发生变化，同一工况也有相对固定的激励频率。当固有频率与激励频率相近时，它们之间的振动的波峰波谷产生叠加，这时共振就会发生。

（2）同样，两个或两个以上的激励源的激励频率相近或相等时，它们同样会产生叠加，而当叠加后的激励频率与所在的局部位置的组合刚性构件整体固有频率相同时，就会产生更大的叠加，共振也就这样发生了。

３ 解决振动问题的方法

为解决船舶的振动问题，必须从以下几个方面入手进行分析解决：

（1）考虑整体或局部的刚性问题，使因固定频率的变化而改变的振动问题，通过增加或减少构件的刚度来达到减振的目的。实际操作的方法有：

①检查构件的连接处是否有裂缝或坚固件是否有松动，修复连接处会有利于消除振动；

②检查结构变形情况和腐蚀情况，修复严重的变形和腐蚀会改变固有频率，从而有利于消除振动；

③若是结构设计问题，则加强或减弱结构的刚性，使固有频率改变以消除振动。

（2）考虑机械本身的转动部件的动平衡的改变而产生的振动频率改变导致的振动发生。实际操件的方法有：

①检查设备转动机构的轴承是否损坏，消除因损坏产生的振动；

②检查设备的转动机构的质量静平衡和动平衡是否改变，做转动件的动静平衡，改变配重消除转动件的振动；

③检查设备的转动机构的受力是否均衡（如柴油机配油是否均衡），均衡的受力可消除转动件的振动；

④检查设备转动轴中心线是否在一条直线上，轴的曲度会产生跳动，修正能减少振动；

⑤检查轴与轴之间的连接两轴中心线是否在一直线上（两设备之间的对中）连轴线的复合能减少振动。

（3）考虑改变激励源的激励频率，即改变机械的激励频率使其离开它所处位置构架组合体的固有频率，从而达到消除振动的目的。实际操件的方法有：

①在发生振动时，改变机械的负荷，使其激励频率改变从而消除振动；

②在发生振动时，改变机械的转速，使其激励频率改变从而消除振动。

（4）考虑改变激励源与激励源之间频率，避免相互之间产生合振的机率。激励源的激励频率是由转动速率和所带负荷两个因素决定的，因此两激励源发生合振，就需改变其中任一个激励源的转动速率或改变所带的负荷。合振这种情况在两台并车的副机发电时出现的机率较多，出现合振的情况怎样消除呢？实际操作的方法有：

①在合振发生时，改变其中一台的转动速率，使其激励频率改变离开另一台的激励频率，从而消除合振；

②在合振发生时，改变其中一台的配载负荷，使其激励频率改变离开另一台的激励频率，从而消除合振。

4 某船发生共振的具体原因分析

（1）为了证实以上理论推断的正确，在船进厂并随船试航时，对发电机模拟当时发生振动时的工况进行试验，但没有发生类似的共振现象；

（2）进厂后船上排，对船的机舱进行检查，对两台副机的联轴对中情况，机座减振器坚固情况、各机件管路的安装坚固情况、以及柴油机的高压泵的配油量进行细致的检查，检查结果都正常，没有发现产生振动的原因；

（3）船下排后在码头进行了带盐水缸负载系泊试验，两台曾发生共振的发电机并车试验，模拟当时振动时的工况，也试了其它各种工况负荷配比，均没有发生共振现象；

（4）在试验过程中反而是在与前发电机舱的另外两台副机交替负荷并车时，发生过一次振动现象，但随着操作交替负荷的变换后振动又停止。

5 某船产生这次共振的分析结论

（1）某船发生的这次振动，是在特定的因素之下产生的共振现象。该船在两发电机组并车发电时，在某工况特定的转速带特定的负荷下，两机产生的激励频率恰好相等，产生叠加，叠加后合振的激励频率又与副机舱、机座、机体组合的固有频率恰好相等，因此共振事件就不可避免地发生了；

（2）发生共振现象的因变量太多（如船体结构、船的压载分布、机械的性能等），即使在结构和机械都正常的情况下，共振也一样有可能发生，不过发生这样的共振现象的概率是非常之少的；

（3）发生共振现象时不需惊恐，要有科学的态度和合理地操作来消除共振因素，避免因共振导致的设备和船船结构的损害；

（4）船发生振动问题时要有条理地进行分析,是柴油机的故障原因还是船体结构原因导致的振动，盲目的扩大修理工程，会造成不必要的修理周期延长和资源的浪费。

6 共振发生时怎么正确操作避免危害

（1）为避免合振情形的发生机率，在两台发电机并车发电时，在改变转动速率时避免采取无级调速，因为无级调速使激励频率无级变化上升或下降，使之与另一台设备的激励频率会产生一个交集重叠区域而产生合振；

（2）因为发电机并车柴油机的转速是不变的，应采用有级突变冲击交替分配负荷，才能尽量避免合振的发生。

7 防止共振危害的设想

（1）设计一种防止共振发生的保护装置，在机械的控制电路中设置监控程序，当发生振动时，振动感应器就会给出信号给控制糸统，自动地增加或减少一个数量级的负荷，使之快速自动地转换，从而避免共振发生；

（2）设计一种能测量出结构的固有频率和激励频率，在机械控制中使机械发生的激励频率与测出的固有频率和激励频率相位相反，相互抵消，不但可以减振而且可以消振静音。

参考文献

[1]中国船级社ＧＤ０２６－２０００船上振动控制指南。

作者简介：杨志强（1962-），男，工程师。主要从事船舶修造工作。

收稿日期：2013-03-06