某型天然氣發動機振動試驗研究

王盤龍，曲其磊，代 偉，齊 鳳，吳瑞斌，黨向萍，韓云龍

（中國石油集團濟柴動力有限公司，山東濟南 250306）

0 引言

濟柴動力有限公司研發的12 V 天然氣發動機，多用于為油田鉆井平臺配套發電機組提供生活區用電，也可應用于社會市場為中小型發電機組提供動力。在應用于社會發電市場的時候，用戶為了獲取最大利潤，使該型發動機長期運行于滿負荷工況，此時的機械振動相對劇烈，甚至會影響機組的壽命。因此，有必要對該型天然氣發動機進行振動試驗研究[1]。

1 天然氣發動機產生振動的原因分析

（1）發動機設計、裝配和工藝等存在缺陷。一般發動機的強迫振動和自激振動多由設計缺陷造成，而裝配的精度不夠和工藝的粗糙也是造成機械振動異常的原因之一[1-2]。

（2）發動機在安裝時存在問題。如果發動機在安裝時存在底盤水平度不夠、未加裝減振墊造成剛性連接和配套發電機組時對中度不夠等，也會造成發動機異常振動[1-2]。

（3）發動機使用不當造成的振動。在發動機運行過程中，如果使用不當也會造成發動機的異常振動。如長期滿負荷運行、各缸點火不均勻、發動機過度使用、冷卻和潤滑系統故障等[1-3]。

2 振動測量方法和測量儀器

該型天然氣發動機的相關參數見表1。其中，P標為標定功率，n標為標定轉速。

表1 該型發動機概況

該型天然氣發動機的振動測量及品質評定按照GB/T 7184—2008《中小功率柴油機振動測量及評級》的要求進行[2-3]。振動試驗測量儀器為丹麥B＆K 4321V 加速度傳感器、B＆K 2647B 信號變換器、B＆K PULSE 11.0 測試系統。振動試驗測量系統如圖1 所示。

3 振動試驗測點布置及測量工況

3.1 振動試驗測點布置及測量方向設計

針對該型發動機的型式特點，進行了振動測點布置和測量方向的設計（圖2）。其中，測點1 位于發動機功率輸出端的上端，測點2 位于發動機自由端的上端，測點3 位于發動機功率輸出端的底部，測點4位于發動機自由端的底部[1-3]。發動機與底座剛性連接，傳感器采用磁力座連接。

圖1 振動實驗測量系統

3.2 振動試驗的測量工況設計

根據該型天然氣發動機的負荷特性，對該振動試驗的測量工況進行了設計，如表2所示。其中，P測為測試功率，r 為測試功率百分比。

圖2 振動試驗測點布置及測量方向

4 振動試驗測量及計算結果

在標定轉速，對該型發動機各測試功率段的振動數據進行測量，各表中數據均為加速度、速度、位移測量值的方均根值，震動頻率范圍為2～1000 Hz。因保密需要，本文只列出空載、50%負荷和滿載時的測試數據。

表2 振動試驗的測量工況設計

4.1 空載振動測量試驗數據

空載振動測量試驗數據，分別對X、Y 和Z 軸方向的加速度、速度、位移測量值求出方均根值，并得到振動烈度（表3）。其中，a 為加速度，v 為速度，d 為位移。

由表3 的數據可得到振動烈度等級，在X 軸水平方向，1.8 級≤振動烈度≤11 級；在Y 軸水平方向，2.8 級≤振動烈度≤11 級；Z 軸水平方向，2.8 級≤振動烈度≤11 級，均滿足SY/T 5641—2019《石油天然氣工業天然氣發動機》標準中規定的要求[3]。

4.2 50%負荷振動測量試驗數據

50%負荷振動測量試驗數據，分別對X、Y和Z 軸方向的加速度、速度、位移測量值，求出方均根值，并得到振動烈度。

由表4 的數據可知，在X 軸水平方向，7.1級≤振動烈度≤11 級；在Y 軸水平方向，4.5級≤振動烈度≤18 級；Z 軸水平方向，7.1 級≤振動烈度≤18 級，均滿足SY/T 5641—2019 標準中規定的要求[3]。

4.3 滿載振動測量試驗數據

滿載振動測量試驗數據，分別對X、Y 和Z軸方向的加速度、速度、位移測量值，求出方均根值，并得到振動烈度。

由表5 的數據可知，在X 軸、Y 軸和Z 軸水平方向振動烈度范圍相同，11 級≤振動烈度≤18 級，均滿足SY/T 5641—2009 標準中規定的要求[1-3]。

6 結論

該型天然氣發動機經振動試驗驗證，各項振動數據均滿足SY/T 5641—2019《石油天然氣工業天然氣發動機》標準中規定的要求。未發現影響振動的設計缺陷，正常安裝后發動機運行的各監視參數均正常。

表3 P測為空載時X、Y、Z 軸振動測試數據

表4 P測為50%負荷時X、Y、Z 軸振動測試數據

表5 P測為滿載時X、Y、Z 軸振動測試數據