结构振动和动态设计分析

针对浮式生产储运油轮，作业平台，高架结构

海上作业平台或浮式生产储运油轮如装有往复式或旋转式机械设备，可能会出现高频振动。高频振动会引发设备故障、生产损失，维护成本过高，以及环境与人的安全问题。所幸，如果在设计阶段处理得当，结构振动的风险就可以降低。

最小化结构振动，需要专业技术、方法和设计工具，结合以广泛的经验——这些都是北塔的核心竞争力。

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1 概览

• 往复式压缩机
• 往复式泵包括安装于小型撬块上的泵
• 驱动机器的发动机或发电用发动机
• 消防水泵系统
• 管道损坏故障包括主管道和小口径管道
• 高架管道支架
• 作用于管道系统的撬块外脉动力
• 其他相关的维护和整体性问题

更多信息，请访问：

• 结构振动以及避免方法
• 控制振动的集成方法
• 振动和动态结构分析示例（视频）
• 由小型泵引起的结构共振（视频）

2 分析范围

• 在项目计划初期（FEED阶段），确定分析需求、时间进度、并提供初步布局建议。
• 对需要振动分析的泵、压缩机、发动机以及其他模块，协调分析进程和项目，（例如API 618，API 674等。），这样可以保障动态力、惯性、阻尼和刚度值的一致性。保证高质量的整体设计。
• 为支撑结构建立有限元分析（FEA）。可以利用和细化现有静态结构分析模型。基于北塔的设计和现场经验，需要特别注重边界条件、阻尼值以及其他关键假设。
• 将机械撬块和设备FEA模型整合于平台模型中（请见下图）。必须精确模拟激振力、矢量载荷以及连接条件。
• 对综合系统进行模态分析。
• 使用北塔的应变能密度方法评估高风险区域。专利技术，可以加快动态分析，提升精确性。
• 进行结构受迫响应分析，应包含所有计划工况条件下的所有动态力。
• 与结构设计师、成撬商和业主的协调合作，评审设计，并确定最优设计。 

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两个例子，演示在平台动态分析中，整合撬块结构和机械系统模型，整合是保障精确的振动和共振预测的重要条件。

3 北塔研究特点和客户利益

3.1 服务特色

• 在设计阶段初期，北塔将提供甲板设计、设备位置以及设备安装技术的建议。这样可以避免设计的返工和项目计划的延期。
• 北塔具有专利软件工具，能够计算应变能密度分布和各种机械产生的动态载荷，比如压缩机气缸的气体力、十字头力，驱动力以及脉动诱发力。
• 评定的对象包括压缩机橇块和平台甲板。
• 北塔受迫振动会评估整个工况范围内各个转速下产生的载荷。
• 参考行业标准对振幅、应力和变形进行评估。
• 北塔方法在浮式生产储运油轮采油舶船的应用如下：分析先用常规假定船体甲板的对扣点（stabbing point）的刚度。也可将计算每一个对扣点处的船体甲板刚度作为可选分析。分析范围可扩大到船体甲板结构的强度分析（弯曲分析）；连接船体甲板的疲劳分析，这里船体梁弯矩为驱动疲劳载荷。
• 北塔拥有自主知识版权的先进的有限元分析建模技术。这些方法已经过严格的现场测试检验。
• 给出的建议包括切实可行的改进方案以提高橇块和/或橇块支撑结构的动态刚度。最终报告会提供外加载荷及分析结果的总结（包括计算的振型、结构固有频率和振幅）。
• 现场测试由振动工程学专家进行，评估结构、撬块、管道和机械设备上的振动和脉动。
• 分析会考虑撬块和甲板的动态性能，以评价控制振动安装设计(AVM)的有效性。许多AVM设计假设撬块（设备机组）是刚性的，并且支撑撬块的甲板也是刚性的。这种简化，会导致不合理的设计。我们可以建议所需的AVM性能，也可以提供改造撬块或者平台的建议，来适应所选择的AVM，或者决定一种优化方案，平衡AVM设计和结构设计。 

3.2 客户利益

• 动态结构分析能避免平台、浮式生产储运油轮、以及机械模块的共振和高频振动。静态结构分析方法不能做到这一点，因为静态方法不包括评估动态响应的技术细节。
• 该分析性价比高，分析产生的建议在设计阶段易于实施。

4 北塔优势

北塔的整体解决方案将妥善处理长期的振动问题，并增加可靠性、降低项目成本，保证项目整体性，完成设计到生产过程。

• 基于上百个研究项目，北塔证明了自己在结构振动分析领域的领军企业实力和经验。经验意味着更快的分析时间，以及更可靠的运行。
• 北塔能整合平台和/或设备模块，撬块和机械。鲜有其他振动工程公司具有整套解决方案来处理管道系统、机械以及结构振动。
• 具有执行现场振动评估和协助故障排除的专家。现场分析指导我们实际设计方案的形成——避免纯理论性、未经测试的方法。 

5 相关信息

• 结构振动以及避免方法
• 管理振动的集成方法
• 振动和结构动态分析示例（视频）
• 由小型泵引起的结构共振（视频）
• 管道振动和整体评估
• 培训课程

6 相关服务

• 结构振动故障排除
• 评审和设计支持
• 故障排除（根源问题分析）
• 往复式压缩机脉动和机械检查
• 往复式泵脉动和机械检查
• 小口径管道（SBC）评估
• 振动审查项目

7 关键词

• 结构动态分析
• 结构共振

更多信息

案例：海上泵设备系统  •   振动分析的成功要诀  •   结构振动及其控制方法  •   由压缩机振动造成的结构振动（案例）  •