摘要：某海洋平台注水泵自安装服役后，所在区域撬块及甲板一直存在高振问题，通过对注水泵甲板高振区域振动数据采集分析，得出甲板高振原因，并根据原因进行模态仿真分析，给出甲板优化改造方案并实施，对比改造前后甲板振动实测数据，证明改造方法对甲板减振确实有效。
关键词：甲板高振；动力学仿真；减振改造；模态振型；海洋平台
海洋石油平台设计时，对平台上机组振动因素考虑较少。随着使用年限的增加、平台结构改造等原因，海洋石油平台甲板、设备振动及噪音问题日益突显，严重影响平台设备正常使用及平台作业人员健康。某平台注水泵A泵自安装服役以来，所在区域撬块及甲板一直存在高振问题，振动强度及噪音过大，严重影响设备健康及人员巡检和休息。要彻底解决此问题，需采集甲板高振处振动数据，分析高振原因，并对甲板进行模态元分析，找出甲板模态振型，给出优化改造方案，现场进行整改，并采集改造后甲板振动数据，与改造前数据进行对比，分析改造结果。
1 振动数据采集
1.1 问题描述
注水泵由电机驱动，与电机共同组装于同一撬块基座，并安装于某平台底层甲板，具体安装位置见图1-1所示，A泵所在处附近甲板及安全通道区域存在高振问题。
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图1-1 注水泵布置图（标红处为A泵）
1.2 测点布置
为排除机组本身故障造成的高振影响及为模态分析提供基础数据，分别采集机组振动数据和过道甲板振动数据。机组振动数据采集点分别位于电机非驱动端、驱动端、泵驱动端、泵非驱动端水平和垂直方向。甲板振动数据采集点主要布置在A泵机组附近甲板及安全通道。
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图1-2 机组振动数据采集点布置图 图1-3 过道甲板振动数据采集点布置图
1.3 数据分析
采集到的A泵振动数据及A泵典型振动频谱图分别见表1-1和图1-4。甲板及安全通道典型振动频谱图见图1-5。
表1-1可以看出，A机组的四个测点水平和垂直方向振动数据没有明显的差别，对于旋转式机组来说，振动速度值在允许范围之内。在频谱图1-4上，主要以倍频谐波为主，由于钢结构基础刚度分布及注水泵机组本身质量的影响，1X幅值被放大。
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从图1-5过道甲板典型频谱图中可看出，在40Hz～150Hz之间有较高的峰值和底部振动能量，这是由于过道甲板在此频率区间密集的模态频率与注水泵电机的1倍频重叠，产生共振。虽然峰值不是很高，但是底部范围宽，容易使振动速度总值超标。
通过分析可知，机组本身并无故障，高振是由于过道甲板固有频率与机组工作频率共振引起，故需通过动力学仿真分析，得出过道甲板主要的固有频率，并通过改造避开此频段，以达到减振的目的。
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图1-5 过道甲板典型振动频谱图
2 动力学仿真分析
2.1 模型建立
由于整个甲板结构复杂，为减少计算时间，简化结构模型，选取注水泵A泵所在区域甲板进行局部分析。泵、电机及撬块总重按12t计算。过道甲板实体模型如图2-1所示。对结构梁、甲板面及泵机组设置正确的单元格式、材料属性以及截面属性，并采用合适的网格划分方法，得到过道甲板有限元模型，见图2-2。
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图2-1 过道甲板三维模型 图2-2 过道甲板有限元模型
2.2 模态分析
模型四角固支，四边简支。进行模态分析，结果如下：
结构1阶固有频率是13.29Hz，模态振型为沿甲板法向的呼吸模态，2阶固有频率是18.47Hz，模态振型为电机和水泵的上下翘动， 3阶至50阶的振型均为局部模态，表现为结构局部的呼吸模态，这些模态的频率为22.52Hz~51.63Hz，结构局部模态密集。
因激励载荷的频率为49.8Hz，应重点分析49.8Hz频率附近的模态结果。振型如图2-3、图2-4所示，为沿甲板法向的局部呼吸模态，发生在加强梁之间的甲板位置。
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2.3 改造方案
若要避免在49.8Hz及其倍频频率段发生较大的结构响应，就要避免在这些频率时发生局部呼吸模态。故可对响应较大区域进行加强，具体加强方案如图2-5所示，红色标记杆件为新加梁，规格为：PL10X150，H300X150X6.5X9。
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图2-5 过道甲板加强方案
3 现场施工改造及效果验证
3.1 现场施工
按照加强方案对过道甲板进行改造施工，施工内容主要包括脚手架搭设、工字钢及钢板切割、焊接、MT检测、焊道打磨防腐，运行调试等。改造完成后，运行机组，在与改造前相同的过道甲板位置进行振动数据采集。
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图3-1过道甲板实际整改图
3.2 数据对比
从表3-1对比数据可以算出，改造前各测点振动总值为152.7，改造后各测点振动总值为59.9，总降幅达到60.8%，通过此次现场整改，注水A泵附件甲板高振问题得到明显改善。
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4 结论
通过现场实测振动数据与有限元模态分析结合，给出合理的平台甲板改造方案，可以有效指导改善海洋石油平台甲板高振问题。通过实际案例的检验，减振效果明显，说明此方法切实有效，对解决此类平台甲板高振问题具有较大的指导意义。
参考文献：
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