柴油發(fā)電機(jī)組聲振耦合故障處理

（1. 海軍裝備部駐上海地區(qū)第一軍事代表室，上海 202150；2. 上海船舶設(shè)備研究所，上海 200030）

朱 泳1，張 權(quán)2，趙宸翦2

0 引言

船用柴油發(fā)電機(jī)組作為現(xiàn)代船舶主要發(fā)電設(shè)備之一，被廣泛應(yīng)用于不同類(lèi)型船舶。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)企業(yè)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組振動(dòng)噪聲的要求不斷提高。除滿(mǎn)足自身的發(fā)電功能外，還應(yīng)考慮低排放、低噪聲等多方面影響因素，以滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的更高要求。

柴油機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，受技術(shù)手段和工藝水平等限制，降低自身的振動(dòng)、噪聲相對(duì)比較困難。為了降低柴油發(fā)電機(jī)組的輻射振動(dòng)、噪聲，對(duì)機(jī)組加裝消聲器、減振器和隔聲罩等方式已成為現(xiàn)代最主要的被動(dòng)控制振動(dòng)、噪聲的手段。在柴油發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用過(guò)程中，難免會(huì)由于不同的故障、外部因素等，影響柴油發(fā)電機(jī)組自身的振動(dòng)、噪聲指標(biāo)。

本文結(jié)合某船用柴油發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)用情況，通過(guò)對(duì)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)、振動(dòng)結(jié)果等影響分析，確定振動(dòng)超標(biāo)原因。通過(guò)對(duì)影響柴油發(fā)電機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)故障問(wèn)題進(jìn)行整改及振動(dòng)復(fù)測(cè)，解決振動(dòng)測(cè)試異常情況，使得振動(dòng)指標(biāo)有效降低，滿(mǎn)足振動(dòng)指標(biāo)要求[1-2]。

1 振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

1.1 振動(dòng)測(cè)試與分析

某柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行減振器下振動(dòng)測(cè)試時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)異常情況，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 振動(dòng)測(cè)試示意圖

測(cè)試結(jié)果顯示6 300 Hz頻率下出現(xiàn)異常，振動(dòng)幅值明顯高于其他頻率，超出限制線要求，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 減振器下振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

為了確定故障原因，對(duì)柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)出廠數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，未見(jiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)異常。對(duì)機(jī)組對(duì)中數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)測(cè)檢查，滿(mǎn)足安裝要求。對(duì)機(jī)組減振器上振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3，振動(dòng)結(jié)果未見(jiàn)異常。

圖3 減振器上振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

1.2 空氣噪聲測(cè)試與分析

通過(guò)對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)及噪聲情況分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)組噪聲數(shù)據(jù)在6 300 Hz下存在較大情況。將振動(dòng)傳感器懸空放置在場(chǎng)地，其測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)6 300 Hz振動(dòng)異常情況，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 振動(dòng)、噪聲測(cè)試結(jié)果

由圖4可知，對(duì)與懸空放置的傳感器其振動(dòng)數(shù)據(jù)在6 300 Hz下仍相對(duì)較大，同時(shí)與噪聲數(shù)據(jù)頻段一致。因此，可初步判斷振動(dòng)異常應(yīng)為聲振耦合所致[3-4]。

1.3 噪聲與振動(dòng)信號(hào)相干性驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證振動(dòng)異常問(wèn)題與噪聲之間關(guān)系，對(duì)振動(dòng)、噪聲之間相干性進(jìn)行分析。

相干函數(shù)為0～1的實(shí)數(shù)，相干系數(shù)不同，代表相干程度不同，二者關(guān)系見(jiàn)表1[5-7]。

表1 相關(guān)程度表

將聲音信號(hào)與振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行相干分析，具體結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，噪聲與振動(dòng)的頻率在6 300 Hz以下時(shí)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8以上。由此可確定，聲振耦合為振動(dòng)異常的主要原因。

圖5 振動(dòng)與噪聲相干關(guān)系

2 故障處理

通過(guò)場(chǎng)地配置分析發(fā)現(xiàn)，柴油發(fā)電機(jī)組為室內(nèi)進(jìn)氣，具體見(jiàn)圖6，通過(guò)噪聲摸底，確定該位置6 300 Hz噪聲幅值最大。由此可見(jiàn)，6 300 Hz頻率下的噪聲主要是由進(jìn)氣所致，對(duì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造后即可解決聲振耦合問(wèn)題[7]。

圖6 場(chǎng)地進(jìn)氣情況

對(duì)場(chǎng)地進(jìn)氣形式進(jìn)行整改，由室內(nèi)進(jìn)氣改為室外進(jìn)氣的形式，并對(duì)進(jìn)氣、排氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行包覆處理，具體結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 場(chǎng)地進(jìn)氣改造后

經(jīng)過(guò)場(chǎng)地整改后，對(duì)機(jī)組減振器下振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新測(cè)量，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖8所示。由圖8可知，經(jīng)過(guò)場(chǎng)地改造后，6 300 Hz振動(dòng)數(shù)據(jù)明顯降低，滿(mǎn)足幅值要求。

圖8 整改后測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)某船用柴油發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目在振動(dòng)測(cè)試時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)異常情況分析，確定聲振耦合為振動(dòng)測(cè)試異常情況。通過(guò)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，消除噪聲源干擾，最終達(dá)到指標(biāo)要求。聲振耦合問(wèn)題的研究及工程問(wèn)題處理，不僅可以為同類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供借鑒經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)可為耦合研究方向發(fā)展提供理論支撐。