海上平臺(tái)電子機(jī)柜剛度和隔振選型探究

1、海上平臺(tái)電子機(jī)柜剛度和隔振選型探究摘要：電子機(jī)柜在海洋石油行業(yè)一直被看作附屬產(chǎn) 品，并不被重視。但是優(yōu)質(zhì)的機(jī)柜保證了柜內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn) 行，不受外界侵?jǐn)_，保證了操作者的人身安全，在整個(gè)系統(tǒng) 中起著至關(guān)重要的作用。為保證機(jī)柜在貯存、安裝和使用中 能夠經(jīng)受包括環(huán)境條件在內(nèi)的各種考驗(yàn)，在機(jī)柜的選型時(shí)有 很多需要考慮的方面，本文主要從分析機(jī)柜多重載荷的角 度，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提出電子機(jī)柜剛度的選型要求，如 需要還要采取一定的隔振手段，以確保機(jī)柜在內(nèi)外部載荷的 作用下，不產(chǎn)生永久性變形或疲勞損壞。abstract： electronic cabinet is always regarded as anc

2、illary products in the offshore oil industry, and not taken seriously. but a cabinet with good quality ensure the safe operation of equipment in cabinet, protect from external interference and ensure the safe ty of the opera tor, it plays a crucial role in the system. to ensure the cabinets can with

3、stand various tests ineluding environmental conditions during storage, installation and use, when selecting the proper cabinet, there are many aspects need to be considered this paper is prese nted from the perspective of analyzing multiple loads, refer to the relevant standards and specifications ，

4、 and make requirements of the rigidity of electronic cabinet. if needed, take certain vibration isolation to ensure that the cabinet does not produce permanent deformation or fatigue damage under internal and external loads關(guān)鍵詞：海上平臺(tái)；機(jī)柜；剛度；隔振key words： offshore platform； cabinet； rigidity； vibration i

5、solation中圖分類號(hào)：tn957. 8+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)： 1006-4311 (2014) 15-0040-030引言在石油化工行業(yè)中，機(jī)柜一直被看作是自動(dòng)化控制應(yīng)用 領(lǐng)域中的附屬產(chǎn)品，只是用來(lái)容納plc、變頻器等設(shè)備的容 器，并不被重視。但是優(yōu)質(zhì)的機(jī)柜保證了柜內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn) 行，不受外界侵?jǐn)_，保證了操作者的人身安全，是這些昂貴 的電氣設(shè)備最直接的物理保護(hù)。海上平臺(tái)的機(jī)柜，要受到環(huán) 境載荷和振動(dòng)載荷等多重載荷的聯(lián)合作用。機(jī)柜作為電子設(shè) 備載體，在選型時(shí)不僅要考慮其承載能力即剛度和強(qiáng)度，同 時(shí)也要考慮其振動(dòng)是否在電子設(shè)備的承受范圍內(nèi)，如果不滿 足，就要為機(jī)柜選擇一套合適的緩沖隔振

6、系統(tǒng)。1載荷分析海上平臺(tái)電子機(jī)柜在使用中所承受的載荷包括環(huán)境載 荷和設(shè)備載荷。環(huán)境載荷包括風(fēng)、波浪、海流、海冰和地震 等，設(shè)備載荷一般指動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)而引起的振動(dòng)載荷，如平臺(tái) 上的電站、泵和壓縮機(jī)的振動(dòng)引起的載荷等。淺水固定式平 臺(tái)結(jié)構(gòu)的固有基頻一般為1hz左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于風(fēng)、波浪和海 流等環(huán)境載荷的頻率（一般小于0.15hz）,因此這些環(huán)境因 素所引起的影響將忽略。若對(duì)于水深較深（大于300米）的 固定式平臺(tái)、浮式平臺(tái)及船舶的振動(dòng)計(jì)算，則需要充分考慮 風(fēng)浪流、地震等環(huán)境荷載。海上平臺(tái)主要?jiǎng)虞d荷包括各種泵, 發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)等。對(duì)某平臺(tái)幾個(gè)振動(dòng)源（選取的設(shè)備為： 注水泵，沖洗泵，消防泵，注劑泵，空壓機(jī)

7、，空調(diào)，發(fā)電機(jī) 等）做疊加后的瞬態(tài)響應(yīng)分析，下表列出選取的各關(guān)鍵點(diǎn)的 z向（垂直方向）位移情況（即振幅），如表1。表1中編號(hào)115的節(jié)點(diǎn)位于工作甲板，編號(hào)1617 的節(jié)點(diǎn)位于注水泵附近，編號(hào)1819的節(jié)點(diǎn)位于空壓機(jī)附 近，編號(hào)2023的節(jié)點(diǎn)位于發(fā)電機(jī)附近，編號(hào)2425的節(jié) 點(diǎn)位于二層房間走道，編號(hào)2628的節(jié)點(diǎn)位于上層甲板。 機(jī)柜所位于的中控室，坐落于平臺(tái)的二層房間處。用選取的 全部節(jié)點(diǎn)來(lái)模擬該平臺(tái)的振動(dòng)情況，可以看出該平臺(tái)的振幅 在（0. 00026mm, 0. 027mm）之間。2機(jī)柜剛度的基本要求機(jī)柜剛度要求指機(jī)柜在內(nèi)外部載荷的作用下，不得產(chǎn)生 永久性變形或疲勞損壞，在機(jī)柜的選型時(shí)，應(yīng)結(jié)

8、合機(jī)柜的重 量指標(biāo)，尋求最佳平衡點(diǎn)。gb/t 18663. 1-2002 （等同于iec 61587-1： 1999）電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)公制系列和英制系列的 試驗(yàn)第1部分：機(jī)柜、機(jī)架、插箱和機(jī)箱的氣候、機(jī)械試 驗(yàn)及安全要求2提出了關(guān)于機(jī)柜提吊試驗(yàn)和剛度試驗(yàn)的要求，并提出了驗(yàn)證機(jī)柜剛度的性能指標(biāo)。國(guó)內(nèi) 海上平臺(tái)控制室用到的三種主要機(jī)柜：端子柜、系統(tǒng)柜和電 池柜，它們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)配置下的額定載荷近似為200kg, 400kg 和800kgo提吊試驗(yàn)和剛度試驗(yàn)的配置如圖1和2o根據(jù)上 述標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算得到如表2所示的三種機(jī)柜提吊試驗(yàn)和剛度試 驗(yàn)的性能指標(biāo)。試驗(yàn)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為，在以上規(guī)定的提吊試驗(yàn)力和剛度試 驗(yàn)力分

9、別作用下，機(jī)架內(nèi)插箱的最大撓度小于0.4mm。在機(jī) 柜選型過(guò)程中，可以參照如上標(biāo)準(zhǔn)，需廠家提供其機(jī)柜的額 定載荷和試驗(yàn)指標(biāo)，并確保機(jī)柜所產(chǎn)生的變形在允許范圍 內(nèi)。提高機(jī)柜剛度的方法可包括以下方面：機(jī)柜角連接處， 焊口應(yīng)牢靠、堅(jiān)固，角連接件、螺釘、螺紋應(yīng)有足夠的強(qiáng)度, 最好有定位系統(tǒng)等，可采用多重彎曲的框架形狀和優(yōu)良的角 部焊接技術(shù)大幅提高了機(jī)箱的剛性3,如圖3、圖4。 3機(jī)柜隔振的基本要求機(jī)柜選型時(shí)，還應(yīng)統(tǒng)籌考慮制造廠商的電子機(jī)柜允許的 機(jī)械振動(dòng)條件，表3給出了平臺(tái)常用電子機(jī)柜廠商的機(jī)械振 動(dòng)條件4。對(duì)比上述淺水固定平臺(tái)的振動(dòng)參數(shù)，即振幅在 （0. 00026mm, 0. 027mm）之間。除

10、 simenes 的電子機(jī)柜，其 它都滿足要求。當(dāng)所選用廠商的機(jī)柜無(wú)法承受實(shí)際振動(dòng)時(shí)， 就需要對(duì)機(jī)柜進(jìn)行隔振緩沖設(shè)計(jì)，以提高設(shè)備的適裝性。目 前我國(guó)船用電子設(shè)備選用的減振器品種較多，包括e型減振 器、碗型減振器、鋼絲繩減振器、無(wú)諧振峰減振器等5。 其中e型減振器對(duì)振動(dòng)往往起放大作用，耐沖擊性能較差， 表面橡膠層在海洋環(huán)境下會(huì)發(fā)生腐蝕等。另外，碗形減振器 雖然具有較好的隔振緩沖性能6,但安裝較為復(fù)雜，占用 空間尺寸大。在選型中主要是對(duì)不銹鋼制鋼絲繩減振器與無(wú) 諧振峰隔振器進(jìn)行比較，兩種減振器都具有隔振緩沖性能良 好、安裝簡(jiǎn)單、使用廣泛、耐蝕性能較好的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)比較, 考慮到鋼絲繩減振器在812h

11、z存在諧振點(diǎn)，容易與機(jī)柜產(chǎn) 生共振，因此選用無(wú)諧振峰隔振器，最適于淺水固定平臺(tái)。gb/t 18663. 1-2002 （等同于 iec 61587-1： 1999）電子設(shè) 備機(jī)械結(jié)構(gòu)公制系列和英制系列的試驗(yàn)第1部分：機(jī)柜、 機(jī)架、插箱和機(jī)箱的氣候、機(jī)械試驗(yàn)及安全要求2中提 出了關(guān)于機(jī)柜振動(dòng)的試驗(yàn)要求和驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為不產(chǎn)生機(jī)械破壞（目測(cè)檢驗(yàn)），例如 產(chǎn)生裂紋，殘留尺寸變形，螺紋連接松動(dòng)，插箱磨損。在具 備減振處理后，要求廠家提供符合標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)試驗(yàn)，例如， 某機(jī)柜滿足美國(guó)nebs （網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建造系統(tǒng)）認(rèn)證中的 gr-63-core （物理保護(hù)）標(biāo)準(zhǔn)的電子設(shè)備抗地震試驗(yàn)zone3 （11

12、08gal）的強(qiáng)度6；并且在出現(xiàn)10級(jí)左右強(qiáng)地震的情 況下，機(jī)柜自身門板，安裝板，側(cè)板不脫落，不變形，有效 保護(hù)柜體內(nèi)儀器儀表設(shè)備不受到損壞，從而加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部 件的保護(hù)性能。4結(jié)論本文探討了海上平臺(tái)電子機(jī)柜選型中對(duì)于剛度、強(qiáng)度和 隔振的基本要求和選型方法，可得出以下結(jié)論：在平衡載重 和運(yùn)輸條件的基礎(chǔ)上，保證機(jī)柜的剛強(qiáng)度，并提供權(quán)威機(jī)構(gòu) 認(rèn)證的符合規(guī)范的驗(yàn)證試驗(yàn)（可參考gb/t18663. 1-2002）； 在計(jì)算出振動(dòng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選擇抗振性良好的機(jī)柜，或加 裝適當(dāng)?shù)臏p振設(shè)施，并需要進(jìn)行符合規(guī)范的機(jī)械振動(dòng)及沖擊 試驗(yàn)（可參考gb/t18663. 1-2002）,以此證明此機(jī)柜所采用 的隔振可靠。隨著認(rèn)識(shí)的加深，不應(yīng)該再將電子機(jī)柜僅僅看作一個(gè)金 屬機(jī)柜，僅僅考慮其價(jià)格而選擇，而是應(yīng)該將機(jī)柜視為控制 中心的重要的不可分割的組成部分。隨著科技的發(fā)展，控制 系統(tǒng)及其部件的形式越來(lái)越復(fù)雜和多樣化，機(jī)柜系統(tǒng)應(yīng)對(duì)不 斷變化的要求有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，才能增強(qiáng)其可用性和成本 效益。參考文獻(xiàn)：1劉菊娥，王巍巍，羅超等海上固定平臺(tái)在運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備 作用下的振動(dòng)有限元分析j中國(guó)造船，2010, 51： 7-13.21gb/t 18663. 1-2002,電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)公制系列和 英制系列的試驗(yàn)第1部分：機(jī)柜、機(jī)架、插箱和機(jī)箱的氣 候、機(jī)械試驗(yàn)及安全要求s