浅析海洋平台闭排泵机组振动控制及减振改造

杨波，姚新，操成刚，王永顺

（1.中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524000；2.中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300450）

近年来，国内外的研究人员对海洋平台的减振隔振进行了大量的研究，如基于柔性基础的浮筏式隔振、导管架式海洋平台的阻尼隔振等，但这些研究的重点主要集中在地震、海浪、风等外部激励，然而海洋平台除了受到外部载荷作用外，还要承受海洋平台内部激励载荷。其中，闭排泵机组产生的振动载荷是内部激励的主要组成部分，这些载荷不仅会给闭排泵机组撬座上的设备、管路和仪表带来破坏，还会通过撬座传递到支撑甲板及附近设备上，造成振动超标及仪器失灵等故障。并且振动叠加的能量及其伴随的强噪声会给人体健康和工作效率带来不利影响。因此，针对海上平台特点，采取有效措施进行闭排泵机组的振动控制、实现减振效果，对保证平台的可靠性、安全性具有重要意义。

最近几年，人们开始逐渐认识到闭排泵机组减振隔振的重要性，并尝试选择合适的抑制方法解决闭排泵机组的振动问题。目前，应用较为广泛的方法是采用弹簧阻尼隔振器减小闭排泵机撬座与平台之间的振动隔离、闭排泵机组的振动能量向平台传递。

本文针对WC19-1平台闭排泵机组运行时甲板和设备中的高振动问题，提出了一整套详细的减振设计流程，在闭排泵机组的撬座与甲板之间加装弹簧阻尼隔振器，并对改造前后闭排泵机组及其支撑甲板进行了现场振动测试，计算了改造后的隔振效率。

1 闭排泵机组概述

WC19-1平台闭排泵机组由2台闭排泵组成，此处命名为闭排泵A和闭排泵B，型号均为XZA46-30×8的卧式、单吸、节段式多级离心泵，主要用于输送原油。在工作过程中，甲板和设备振动过大，造成设备故障率较高，影响了机组的正常运行。因此，需要对闭排泵机组制定设备振动控制及减振技术方案，并进行现场改造。

2 减振设计流程

减振是工程上防止振动危害的主要手段。为了对闭排泵机组进行振动控制和减振改造，首先需要对其规划一个详细的设计流程。在实际工程中，解决振动隔离问题的过程包括以下几个步骤。

2.1 确定振动激励的来源和性质

首先根据振动系统，分析和确定激励的来源，建立简化的力学模型。

2.2 建立振动隔离的性能指标

从设备或结构的振动幅值允许范围、稳定性、隔振效率和结构完整性等角度，根据设计原则，规定满足要求的性能指标。

2.3 选择合适的振动控制方法

按照控制措施制定的出发点区分，振动控制方法可以分为主动减振和被动减振。主动减振是在设计过程中考虑消除或减小振源的影响，这种方法目前主要应用在精密仪器、高速旋转机械和航空航天设备。被动减振有隔振和吸振等手段。

按所采用的振动抑制手段区分，在振源传递到受控对象的过程中，振动控制方法共有5种，如图1所示。第一种是消振，这是治本的方法，旨在消除或减弱振源。只要消除或者减弱了振源，就从源头抑制了振动的传递。第二种是隔振，通过在振源和受控对象之间增加一个隔振器，改变系统的刚度以调整固有频率，避开振源的激振频率，从而减小振源激发的振动传递。第三种是吸振，是通过在受控对象上增加一个动力吸振器，动力吸振器可以产生吸振力，达到减振的效果。第四种是阻振，顾名思义，这是一种利用阻尼元件或阻尼器进行减振的方法。阻尼元件或阻尼器可以消耗振动能量，降低振动响应。第五种是结构修改，通过修改与受控对象质量、刚度和阻尼相关的动力学特性，进而达到满足规定的性能指标。

图1 振动控制方法

2.4 分析计算振动隔离系统

根据建立的力学模型，计算振动隔离系统的静力变形、固有频率、振动幅值以及最大振幅等静态和动态特性。

2.5 选择合适的隔振器及其安装方式

根据载荷性质、安装空间尺寸，考虑隔振后系统的稳定性问题，选择合适的隔振器和安装方式。

通过现场测试和仿真建模分析，发现闭排泵机组的支撑甲板存在刚度不足问题。闭排泵运行时，周边甲板产生共振，振动通过甲板传递到其他设备，导致运行时设备振动超标。但是受限于现场实际条件，大规模的结构加强不具备可行性。因此，此次将从机组本身进行减振处理，设备底部甲板也要做局部结构加强。

3 WC19-1平台闭排泵机组减振效果测试

针对WC19-1平台闭排泵机组，制定并实施了一套完整的减振隔振措施。在改造完成后，为衡量隔振效果，进行现场振动测试。其中闭排泵机由4对弹簧阻尼隔振器对称支撑，测试仪器采用DASPV10工程版高级型分析软件、INV3062T 24位智能信号分析仪以及8个YSV200型振动速度传感器，其中速度传感器的灵敏度为26.00 mV/(mm/s)，测量频响范围为5~1000 Hz。测点的具体布置如图2。

图2 具体测点位置

从图2可以看出，测点1~8测量的是闭排泵机组中电机非驱动端、驱动端、闭排泵非驱动端以及驱动端的振动速度值，并且分别测量了改造前、后的振动数据进行对比，以检验隔振效果。

首先测量闭排泵A和B分别单独运行时的振动速度有效值，如表1和2。可以看出，A泵改造后单独运行，机组单个测点最高下降60%，改造前机组测点速度有效值总和为23.0 mm/s，改造后机组测速度有效值总和为15.7 mm/s，下降31.7%。B泵改造后单独运行，机组单个测点最高下降89%，改造前机组测点数据总和为60.7 mm/s，改造后机组测点数据总和为19.5 mm/s，机组速度总有效值下降67.8%。

表1 闭排泵A单独运行时振动速度RMS（mm/s）

表2 闭排泵B单独运行时振动速度RMS（mm/s）

对闭排泵A运行、闭排泵B停机测量B泵和闭排泵B运行、闭排泵A停机测量A泵2种情况下的振动数据进行采集，以测试隔振系统安装后，闭排泵机组的振动经由甲板传递到其他设备的能量衰减程度。此外，对改造前振动剧烈的甲板位置的振动也进行了测试对比，测试数据整理为表3、4。

表3 闭排泵A运行、B泵停机时B泵振动速度RMS（mm/s）

表4 闭排泵B运行、A泵停机时A泵振动速度RMS（mm/s）

从表3、4可以看出，A泵运行、B泵停机时，B泵单个测点最高隔振效率71%，甲板最高隔振效率为95%；改造前机组测点有效值总和为5.9 mm/s，改造后机组测点有效值总和为3.7 mm/s，机组速度总值下降37%；B泵运行、A泵停机时，A泵单个测点最高隔振效率为91%，甲板最高隔振效率为97%；改造前机组测点有效值总和为24.8 mm/s，改造后机组测点有效值总和为5.7 mm/s，机组速度总值下降77%。

以上分析结果表明，通过此次现场整改，闭排泵A、B及甲板振动均下降至正常范围内，弹簧阻尼隔振器对于海洋平台闭排泵机组有着十分良好的隔振效果。

4 结语

针对海洋平台装备的减振隔振问题，本文提出了详细的减振设计流程，通过合理选择振动控制方法，可以有效抑制闭排泵机组的振动传递。并以WC19-1平台闭排泵机组为对象，通过安装弹簧阻尼隔振器，实现了隔振的性能要求，机组隔振效率最高可以达到77%，甲板的隔振效率最高为97%，证明了将弹簧阻尼隔振器隔振系统应用到海洋平台振动问题上是一种切实有效的解决方式。本文的研究为海洋平台减振隔振、闭排泵机组橇座上下振动隔离形成一套完善的设计方法和配套措施，具有一定的指导意义。