基于阻抗传递原理的减振接管阻抗测试方法

戴 俊，商 超，王 帅，朱海雄，陶襄樊

（1.海军驻葫芦岛四三一厂军代表室，辽宁 葫芦岛 125004；2.武汉第二船舶设计研究院，武汉 430205）

减振接管能够有效降低隔振系统传递到管系的振动[1-3]，研究减振接管的阻抗特性[4-6]，实现对其隔振效果准确预报评估[7]，能够在设计阶段完成管路振动的控制和治理。

在对隔振装置的计算中，一般的处理方法是将减振器简化为弹簧，这种简化方法使用的参数为减振器的动刚度，不能完全体现减振器的复杂力学性能，与使用阻抗数据计算的阻抗法相比精确度较低。隔振装置的阻抗可通过阻抗试验获得，但接管阻抗试验对边界条件要求较高，需要在专门的试验台架上进行，因此本文采用间接法计算接管阻抗。

以工程中常见的单球减振接管为研究对象，首先从减振接管机械系统出发，推导减振接管的阻抗反求计算公式，然后通过试验获取不同激励频率工况的数据，接着以某一激励频率工况的数据作为计算输入，利用编制的计算程序，反求减振接管阻抗，最后以反求得到的阻抗作为输入，对其它不同工况的隔振效果进行预报，并与试验结果进行对比。

1 基本理论

1.1 减振接管阻抗模型

将减振接管简化为图1所示模型，由输入端等效质量m1、输出端等效质量m2及连接进出口端质量的刚度K、等效阻尼系数Ce组成。

分别对m1和m2列出力平衡方程如下

对于简谐系统，质点运动速度与加速度、位移满足下述关系

代入式（2）并化简为与式（1）相同的格式如下

对比式（1）与式（3），可得阻抗与等效模型的质量、刚度及阻尼关系

根据以上部分推导，在已知减振接管的刚度、阻尼及进出口端等效质量的情况下，可得出减振器的4个阻抗参数，即采用质量、刚度和阻尼组成的简化模型可以模拟减振接管的阻抗参数。

1.2 计算公式推导

根据传递函数的定义，减振器物理方程为

减振接管机械系统振动传递物理数学模型为

(10)矿区规划是一项涉及煤炭开采、运输、加工利用的综合性工程，与煤炭工业、电力工业等多个行业相关，方案规划与国家和行业地方国民经济发展规划、工业发展、资源开发以及旅游开发等政策、规划是否协调一致也是制约规划实施的重要因素之一。

若已知管网导纳，结合式（4）得

2 试验方案

试验台架由一台水泵、管路、减振器、减振接管、管卡等组成。水泵通过减振器侧挂在筏架上，筏架刚性安装在基座上；水泵出口安装减振接管1只，DN200，PN1.0；管路均为DN200，安装弹性管卡5只，示意图如图2所示。

在减振接管后充液管网封盲板，采用力锤进行激励，测量管网在该位置的原点导纳（5 Hz～1 000 Hz）；开启水泵，进行1 200 r/min工况下接管两端的振动加速度（5 Hz～1 000 Hz）测试。

3 阻抗特性计算

根据式（10）编写阻抗特性计算程序，将20 Hz工况的试验数据包括输入端振速、输出端振速、管路导纳代入，求解得到的减振接管阻抗和如图3所示。

4 隔振结果评估

通过变频器分别将水泵转速调节为480 r/min、960 r/min、1 500 r/min、3 000 r/min。利用根据1 200 r/min工况反求得到的减振接管阻抗特性曲线，对4个工况下接管输出端的振动响应进行预报，结果如图4所示。

图2 减振接管试验台架示意图

图3 减振接管阻抗特性曲线

图4所示对比结果表明，在5 Hz～1 000 Hz的频率范围内，仿真得到的减振接管输出端振动加速度值与试验结果随频率变化的趋势基本是吻合的，预报结果的峰值位置与试验结果总体一致。

分别利用根据各工况反求得到的减振接管阻抗特性曲线对隔振效果进行预报。将仿真值加速度总级与试验值加速度总级相减，得到隔振效果预报误差如表1所示。

分析表中数据可知，试验结果与预报结果的加速度总级误差在3.5 dB以内，满足工程应用要求。

图4 仿真预报结果和试验结果对比

表1 预报结果总级与试验结果总级误差/dB

5 结 语

本文首先推导了减振接管的阻抗反求计算公式，接着以某一激励频率工况的数据作为计算输入，得到减振接管的阻抗特性曲线，最后利用反求的阻抗值，对不同工况的隔振效果进行预报。结果对比表明：基于此方法预报的结果与试验结果误差在3.5 dB以内，满足工程应用要求。

(简 讯)

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中船第九设计研究院工程有限公司 吕玉恒

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