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作者： 泉琳 来源： 发布时间：2016-9-14 15:41:24
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2011年6月11日，江苏无锡。
一个重达2900吨的“大家伙”在无锡透平叶片有限公司正式投产，它就是迄今为止全球最先进、最大规模的两台螺旋压力机之一——3.55万吨高能螺旋压力机。
作为国家级重点战略装备，它是专门生产大飞机和核电汽轮机的叶片、涡轮盘的高端装备。其安装投产不仅能满足核电特大叶片的生产需要，也为大型飞机高性能锻件的研发生产奠定了坚实的基础。
值得一提的是，这台巨型机器能够在与工件短暂的接触中以巨大的打击力成型金属产品，最大打击力可达3.55万吨。可是，巨大的打击力会产生强烈的振动，无论对于螺旋压力机本身还是对于周围环境，都会产生不利的影响。
如果采用传统基础，在这种软土地基上，每次打击的惯性力产生的土壤振动都会波及方圆数百米的相邻工厂，而且基础会因为强大的冲击力而需要经常维修。
就在业主为振动问题苦苦求解之时，隔而固（青岛）振动控制有限公司的研究团队带来了他们为“大家伙”量身定制的弹簧阻尼隔振系统和振动分析预测技术。
经过现场精密勘测以及严格的设计、安装、测试等过程之后，时隔一年，科研人员在无锡透平叶片有限公司现场展示了3.55万吨高能螺旋压力机锻造高温合金发动机涡轮盘、核电67英寸长叶片和TA15大型飞机隔框这三类产品的全过程，同时还对其振动进行了现场测试。结果显示，距机器中心20米处地面测得的最大振动速度单峰值为4.6mm/s，仅相当于一台2吨模锻锤常规基础的振动水平。
如此圆满的结果，让在场所有人都为之振奋。这套大型抗冲击隔振系统的应用不仅避免了对周围环境的干扰，还保证了这台“大国重器”的及时投产和免维护运行，对国家核电和航空工业的关键部件制造起到了关键的保障作用。
然而，这不过是振动控制技术在工业装备领域应用的冰山一角。
关系国民经济之命脉
工业可谓国之基础，装备制造乃国之重器。工业装备制造业不仅是国民经济的重要支柱，其技术水平和现代化程度也决定了国民经济的发展水平和现代化程度。因此，只有工业装备强大，国家才能真正强盛。
自建国以来，特别是改革开放之后，中国逐步建立起了门类齐全、具有相当规模和一定技术水平的装备制造业体系。不过，早期的工业装备基础比较简单，大部分配以大块式基础，不需要考虑基础的弹性，基础不会发生共振，只要具有足够大的质量就行，也无需考虑环保扰民等问题。
伴随着科学技术的不断进步，我国的工业现代化也得到快速发展，大型工业装备的结构变得越来越庞大，越来越复杂，工作时产生的激振力也越来越大，振动控制方面的需求日益增长。
在大型发电装备领域，过去40年里，我国火电机组单机容量从1970年的200MW发展到2000年的1000MW，蒸汽参数由亚临界发展到超临界，现在甚至到了超超临界；核电机组单机容量则由300MW发展到到1700MW。机组容量越来越大，轴系越来越长，振动控制要求也越来越高。
在大型锻压装备方面，虽然锻压生产总是需要压力或冲击力，但是以前的装备额定吨位低、冲击力小、设备尺寸小，工厂土地宽敞，周围没有人员和设备防干扰要求，没有振动控制方面的环保标准和要求，设备基础只要足够大、足够结实就行。
可是随着我国工业现代化进程的加快，锻压装备的额定吨位、冲击力、装备尺寸越来越大，而土地变得越来越珍贵，设备之间的距离和设备与厂界的间距越来越小，环保标准越来越与国际接轨，导致很多锻压装备如不采取振动控制措施，几乎就无法使用。
在大型精密加工机床方面，比如广泛应用于钢铁、冶金、造纸等行业的大型数控轧辊磨床，主要是用来磨削精密轧辊，用于轧制高精度薄板、薄膜和箔等高精度材料。随着工业发展的需要，这些大型轧辊磨床的磨削直径变得越来越大，长度也越来越长，其磨削精度目前已经发展到了1μm级，磨床长度达30米，工作时对环境振动控制的要求也日趋“苛刻”。
如果没有现代化的振动控制技术，周围汽车、吊车和叉车的一举一动都可能会在轧辊上留下记录，所磨出的轧辊和轧制出的产品就会像唱片一样，带着磨削时周围环境振动的波纹。
如果说工业装备制造业是国民经济的支柱，那么将大型装备振动控制技术看作是工业装备制造业的基础一点也不为过，毕竟它承载着关系整个国民经济的生命线装备、支柱产业装备和工作母机。其质量的高低不仅影响到数不胜数的行业，甚至还会影响到整个国民经济的运转和工业升级换代的实现。
自主创新 后来居上
然而，这样一项关系国民经济命脉的重要技术，在我国的起步并不早。
我国工业装备基础设计的理论体系主要源自前苏联。20世纪70年代，有限元分析技术开始传入国内，但是由于受到计算机技术的限制，其在实际工程设计中的应用较为罕见。仅有少数几个小型专用有限元软件在电力设计院内使用，而工程设计主要还是按照经典力学方法和经验公式进行简化计算与设计。
1996年，我国颁布了《动力机器基础设计规范》（GB50040-96），规范对常规动力设备基础设计的一般规定、构造要求和静、动力计算都有具体规定。然而关于动力计算，规范仅对扰力取值及振动控制限值作了规定，对影响设备运行的其它基础动力特性，特别是汽轮发电机组振动控制设计方面，几乎是一片空白。
这一时期，大型工业装备振动控制设计，如大型锻造装备，压力机，大型精密、超长等装备基础的工程设计主要为大块式常规基础设计，即仅从构造、强度、承载力方面考虑，无法进行基础的详细动力计算，更不用说采用振动控制系统。
其设计的主要目标在于保证装备的正常工作，还谈不上振动预测或振动控制，也顾及不到对周围的振动影响，最多是用隔振沟、沙垫层、隔振桩来隔一隔、挡一挡，作用十分有限。装备工作产生的振动波无法在短距离内衰减，振动仍然会传递到周围环境，影响人们的正常工作和生活，因为振动扰民而发生环保纠纷的事件层出不穷。
为此，设计人员又不得不让锻压装备与厂界“保持距离”，但是这又会造成工厂搬迁费用和土地资源的巨大浪费。而那些大型精密、超长装备的基础（如轧辊磨床基础）因无法考虑基础的动力特性，难以发挥其本来的精度，不仅影响使用，还往往会造成装备资源“大材小用”。
除了大型工业装备振动控制设计的落后，振动控制产品的研发也不尽如人意。
上世纪末，我国能够设计制造小型橡胶隔振器、弹簧隔振器或弹簧阻尼隔振器。但是，弹簧隔振器一般没有阻尼。虽然有的配有摩擦阻尼，有的利用橡胶提供阻尼，但阻尼比较小，大多在10%以下，很不稳定，而且一般只在竖直方向具有阻尼。
不仅如此，产品承载力大多在50 kN以下，往往只能用于小型回转设备和冲压设备，如风机、水泵、冲床、空压机等等，根本无法在大型工业装备上应用。
然而同期，国外大型装备基础振动控制技术的研究，特别是弹簧隔振基础由于发展较早，应用已比较成熟，例如工业领域中的锻造装备、精密超长装备隔振，轨道交通领域中的钢弹簧浮置板隔振等。
技术水平上的巨大“鸿沟”让中国振动控制领域的科研人员清醒地认识到，通过学习发达国家的先进技术固然可以缩小技术上的“落差”，不过这样的学习既需要付出成本，也并不一定能学到最新的技术，因为可能会“被人牵着鼻子走”。
技术依附是没有出路的。一个国家一旦在技术来源上主要依靠技术引进，就会在核心关键技术上受制于人。这就如同跛足的巨人，无法阔步前行。要实现技术追赶，填平技术水平上的巨大“鸿沟”，实现“弯道超车”，唯有依靠自主创新，掌握核心关键技术。
思深方益远，谋定而后动。进入新世纪，新一轮科技革命和产业变革正在加速推进，为中国振动控制技术创新的迎头赶超提供了历史机遇。
时至今日，在大型工业装备领域，我国已研制出一系列振动控制的关键技术和产品，创新出了一套适合中国国情的大型工业装备振动控制系统的施工工艺和方法，彻底改变了我国大型装备高端振动控制产品此前依赖进口、而且罕有应用的状况，填补了该领域的国内空白，打破了国外的技术封锁。
2014年，由中国机械工业集团和隔而固公司等单位完成的“工业工程振动控制关键技术研究与应用”项目获得了国家科技进步二等奖。国外同行也对中国振动控制领域的自主创新力表示认同。
德国著名振动学专家、柏林工业大学史迪勒教授曾指出，“大型冲击装备的振动预测和控制非常困难……这一项目建立的基于实测参数修正模型的预测方法提供了一种新的很有效的冲击设备环境振动预测方法。”
国际原子能机构国际地震安全中心委员、俄罗斯动力机器专家科斯塔勒夫则表示：“项目取得的这些成就让我感到非常钦佩”。
短短十余年，我国大型装备振动控制技术就从研究示范发展到大规模普及应用，在航空航天、国防军工、核电站、高端装备制造等领域都能看到它的“身影”，有力地保障了我国大飞机、核电站等重大项目的建设和投产，促进了我国工业装备的现代化发展。
以应用规模、技术创新能力、核心技术掌握等方面来衡量，我国大型振动控制技术和应用水平已经达到国际领先水平，弥补并超越了曾经落后40年的巨大差距。
也许，自主创新的道路并不平坦，但是“自主创新之路不能不走”的信念却不容动摇。
填补空白 奏响行业最强音
在大型工业装备领域中，大型回转装备（如大型汽轮发电机组）的基础振动控制一直处于振动控制的“金字塔”顶端，代表着一个国家工业装备振动控制领域的最高水平。
随着我国经济建设的快速发展，我国汽轮发电机组单机容量由30万千瓦发展到100万千瓦，百万千瓦级汽轮发电机组长达50米以上、自重可达3000多吨，加上基础台板总重最高可达8000多吨。这样的庞然大物，其汽机基础最大振动容许值却仅为0.02mm或2.8mm/s，这对汽机基础的设计提出了新的技术挑战，汽轮机组基础的振动控制成为了通往“金字塔”顶端的关键技术。
迎难而上，砥砺前行。中国振动控制领域的科研人员不惧挑战，敢啃“硬骨头”，敢于“涉险滩”。
传统汽轮发电机组基础是由汽机台板、立柱、中间平台和底板组成，属于空间框架，振动模态丰富，不易避开共振频率，立柱和中间平台的振动往往会影响汽机台板的振动。
针对这一实际情况，科研人员另辟蹊径，在立柱与台板底面之间设置了大型弹簧阻尼隔振器，使振动得到隔离，立柱及以下可按照静力基础考虑，而台板则与立柱以下动力学解耦，模态得到简化，容易避开工作转速附近的共振模态，问题便迎刃而解。
岭澳二期核电站便是第一个“吃螃蟹”的核电项目。这是我国第一个采用半速汽轮发电机组的核电站。从岭澳二期核电站开始，在我国建设的所有百万千瓦以上大容量的核电站都采用了半速汽轮发电机组。
2005年，我国准备在广东岭澳建设两台1000MW核电半速机组，汽轮发电机组引进的是法国的Alstom Arabelle机型。尽管Alstom Arabelle核电半速机组在欧洲的核电站已经运行多年，但在国内，当时所有的电力设计院都没有接触过半速机组，更不用说设计半速机组的基础。
不仅如此，半速机组基础的固有频率易与机组的额定转速产生共振。对于研究团队而言，这无疑是巨大的挑战。研究团队经过大量的工程调研和理论分析以及多次专家论证，最 |
