實測法驗證硅油減振器扭振參數

(中國船級社 武漢規范研究所, 武漢 430022)

硅油減振器是降低柴油機扭轉振動的一種常用裝置，基本結構見圖1。

1-外殼;2-摩擦環;3-慣性環;4-密封墊圈；5-儲油槽

圖1硅油減振器結構示意

其中，減振器外殼和慣性環做成法蘭聯接的型式，可直接安裝在曲軸自由端，慣性環經過青銅襯套繞轂自由轉動，在慣性環和外殼之間很小的間隙中充滿粘度很高、穩定性強的硅油。柴油機運轉過程中，外殼隨曲軸一起轉動，由于慣性環的轉動慣量較大，在扭振過程中它比殼體的運動要滯后一些，因此慣性環與外殼之間便存在相對運動，此時,間隙中的硅油的阻尼就會消耗能量，對柴油機的曲軸起到減振作用。

在實際的船舶軸系扭振計算審圖過程中，筆者發現，許多計算方按減振器處于最佳阻尼狀態處理，即將硅油減振器作為一個質量點，其阻尼按理論取最佳阻尼，當量慣量為最佳阻尼條件下所對應的慣性環慣量與外殼慣量的一半之和。多次將船舶軸系扭振實測結果與扭振計算書對比分析發現，上述處理的結果往往跟實際情況存在較大出入。因此，本文通過理論分析和柴油機臺架測試相結合的方法，驗證硅油減振器的當量轉動慣量和阻尼[1-3]。

1 實測法的理論依據

對一個由有限質量點和扭力彈簧構成的系統，其扭振頻率僅與質量點的轉動慣量和彈簧的扭轉剛度有關，反之，如果系統的實測頻率與計算頻率一致，則可認為計算中所用參數(慣量、剛度)準確，符合實際情況。當慣量、剛度確定后，進行強迫振動計算，在其它條件不變的情況下，質量點的振幅僅與減振器的阻尼有關。

為此，在柴油機自由端布置測點，先對單機進行扭振測試(第一次測試)，通過分析儀得出單機實測頻率，與單機自由振動計算結果對比，以核對廠家所提供的柴油機扭振參數。在這些參數驗證合格的基礎上，對柴油機加裝硅油減振器工況進行測試以得出實測頻率(第二次測試)，并假定硅油減振器的當量慣量為慣性環慣量加外殼慣量的一半(此時減振器阻尼按最佳阻尼)進行自由振動和強迫振動計算，比較實測頻率與計算頻率。如果一致，則認為假定的當量慣量正確；如果不一致，則逐步調整減振器當量慣量，直至計算頻率與實測頻率一致為止，則此時的慣量可視為減振器的當量慣量。同時，比較強迫振動中硅油減振器處(第1質量點)主諧次(對本機為6諧次)計算振幅與實測主諧次振幅，如不一致，則調整減振器阻尼值再次進行強迫振動計算，直至與實測振幅一致為止，此時的阻尼值可視為減振器實際阻尼。

2 單機測試

通過單機(未裝減振器)測試，對比柴油機實測扭振頻率與計算頻率，驗證其扭振參數是否準確。

2.1 測試方法及分析

采用中國船級社研發的ZDCL軸系振動測量分析系統對某型柴油機進行測試，測試結構裝置見圖2。從柴油機最低穩定轉速400 r/min到額定轉速1 200 r/min范圍內，每隔10 r/min左右連續采集數據。

圖2 單機測試原理

對測試結果進行頻譜分析，分別在1 079.3、910.8和676.2 r/min發現7.5諧次、9諧次和12諧次明顯共振峰，相應頻譜圖分別見圖3。

圖3 頻譜

根據上述測試結果，得出單機自由振動實測頻率為

8 131.5 1/min=135.5 Hz

該頻率反映了柴油機實際固有扭振頻率，可用于驗證柴油機廠家所提供的扭振參數。

2.2 驗證廠家提供的柴油機扭振參數

因此，實測與計算頻率的誤差為

根據船級社規范要求，該誤差小于5%，可以認為廠家提供的柴油機扭振參數是準確的，在后續的測試分析中，將以此為基礎。

3 單機+減振器測試

在柴油機自由端加裝硅油減振器，重復2.1中測試步驟并對結果進行頻譜分析，分別在1 069.7、950.03、849.4、823.9和725.6 r/min發現6諧次、6.5諧次、7.5諧次、8諧次和9諧次明顯出現共振峰，相應頻譜圖見圖4。

圖4 共振峰頻譜

根據上述5個諧次的共振轉速，得出實測共振頻率為

該頻率代表了柴油機+硅油減振器系統的真實扭振頻率。前面已驗證了柴油機扭振參數的準確性，所以可利用該頻率和柴油機的扭振參數，通過試算法，反推減振器的扭振參數值。

4 減振器扭振參數的驗證

4.1 減振器的當量轉動慣量

實測與計算頻率的誤差為

該誤差在工程計算允許范圍內，因此，減振器當量轉動慣量取1.295 kg·m2，滿足實際情況。

4.2 減振器的阻尼

對柴油機+減振器系統進行強迫振動計算，得出系統一節點共振頻率下，減振器處(第1質量點)的6諧次振幅為0.0227°。而根據圖4可知，第1質量點實測振幅為0.048 8°，遠大于計算振幅。因此，可以判定，硅油減振器在該共振轉速下并非發揮了最佳阻尼。

調整減振器阻尼值，反復進行試算，直到第1質量點的6次計算振幅與實測振幅接近，減振器阻尼調整結果見表1。

表1 調整減振器阻尼計算結果

表1中，當減振器阻尼調整為223 N·m·s/rad時，第1質量點的計算主諧次振幅與實測振幅一致。確定該減振器的阻尼值為223 N·m·s/rad。

至此，已根據實測和計算對比分析，確定了硅油減振器的關鍵扭振參數——當量轉動慣量和阻尼。

5 結論

1)實測頻率代表了系統的固有頻率，是進行對比、分析和驗證的基礎；

2)柴油機扭振參數是驗證減振器扭振參數的基礎，故應首先通過實測驗證廠家提供的柴油機參數是否準確；

3)通過頻率對比分析驗證減振器的當量慣量，通過振幅對比分析驗證減振器的阻尼；

4)有的扭振計算書中將硅油減振器當成兩個質量點，此時則不存在減振器的當量慣量，而是需要廠家提供扭轉剛度。對此，也可以用與本文類似的方法驗證減振器剛度和阻尼。

[1] 中國船級社.船上振動控制指南[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 中國船級社.船用柴油機硅油減振器檢驗指南[M].北京：人民交通出版社，2008.

[3] 許運秀,李宗焜.船舶柴油機軸系扭轉振動[M].北京：人民交通出版社，1982.