設備振動內源參數識別方法

龐福振　吳闖　繆旭弘　王雪仁　賈地

摘要：針對設備振動內源參數識別問題，分為設備不平衡激擾力單獨作用、不平衡激擾力及不平衡激擾力矩聯合作用兩種情況，建立“設備-隔振器-基礎”多自由度耦合振動模型，提出設備振動內源參數識別方法。基于Kirehhoff定律，假設設備內源特性參數（設備等效激勵力及等效質量）不受基座、隔振器等外部參數影響，通過改變隔振器類型開展設備臺架試驗，并通過線性回歸方法對設備內源特性參數（設備等效激勵力及等效質量）辨識，獲得設備內源特性參數。在此基礎上，開展試驗研究，驗證方法有效性。

關鍵詞：參數識別；隔振器；內源參數；識別方法

引言

由于機械設備比較復雜，且設備在不同工況下運轉時，設備振動的輸出力與接收結構的特性有關，不同的基座、不同的安裝方式會改變注入接收結構的能量和接觸力大小。工程中需要獲取不同安裝條件下（不同安裝位置或方式）設備振動輸出到基座的能量和激勵力，從而進行聲學預報與控制。設備制造商在設備出廠之前進行臺架試驗，測得設備對臺架傳遞的激勵力，給出加速度值，但由于臺架試驗無法模擬實際情況，因此無法直接應用于真實的工況中，解決工程中的實際困難。所以，通過機械設備的內源特性試驗，獲得設備的內源特性非常有必要。

Breeuwer和Tukker提出設備“自由振速”等參數后，設備內源激勵的不變性才逐步被認識。所謂設備自由振速，是指將設備懸吊起來使其不與基礎連接，設備正常開啟時的機腳振動速度，該理論假設設備的內源特性不隨設備安裝條件發生改變。“自由速度”理論很快被試驗證實，以“自由速度”理論為基礎的設備激勵力計算方法也被逐漸建立和完善起來。1987年Mondot等在自由速度理論的基礎上引人源描述符來表征設備的源特性，Fulford，Gibbs等將結構聲源描述符拓展到多點、多激勵耦合情況，使人們對設備的內源特性有了較為深刻的認識。圍繞設備自由速度的測量，JuhaPlunt指出設備的自由懸掛條件可由設備安裝于軟彈簧上近似滿足。梁軍基于導納和能量流推導出機械振動系統結構聲功率的估算公式，利用機械設備振動源特性描述參數，建立不同安裝狀態下的機械設備振動激勵特性的轉換關系。嚴斌等通過物理試驗分析，證明了設備自由速度的測試條件：即設備的自由速度可在與機腳阻抗失配10倍以上的隔振器上測量得到。原春暉以自由速度作為描述振源激勵特性的參數，通過對機器-隔振器-基座系統的分析，得到了作用于基座結構的激勵力與機器自由速度之間的關系，最后來測量機械設備的自由速度。然而對于實船大型設備（如主機、柴發機組等）而言，設備“自由速度”的測試條件往往不易滿足，設備自由速度的測量結果也會因隔振器與機腳阻抗的失配性而產生一定誤差。可見，設備“自由速度”理論雖反映了設備內源特性的不變本質，但當不滿足設備“自由速度”測試條件時，仍不能得到設備對船體的激勵載荷。

本文方法理論與設備自由速度理論不同，認為設備的內源特性保持不變，同時內源特性參數的獲得只需要通過兩次振動試驗測試，然后通過換算得到，不必采取自由速度測試環境的苛刻條件而得到。知曉設備內源特性后，即可進一步計算設備機腳振動加速度值，獲取設備激勵載荷，為艦船聲學預報提供輸入。