2011年6月11日，江蘇無錫。
一個重達2900噸的“大家伙”在無錫透平葉片有限公司正式投產(chǎn)，它就是迄今為止全球最先進、最大規(guī)模的兩臺螺旋壓力機之一——3.55萬噸高能螺旋壓力機。
作為國家級重點戰(zhàn)略裝備，它是專門生產(chǎn)大飛機和核電汽輪機的葉片、渦輪盤的高端裝備。其安裝投產(chǎn)不僅能滿足核電特大葉片的生產(chǎn)需要，也為大型飛機高性能鍛件的研發(fā)生產(chǎn)奠定了堅實的基礎。
值得一提的是，這臺巨型機器能夠在與工件短暫的接觸中以巨大的打擊力成型金屬產(chǎn)品，最大打擊力可達3.55萬噸�？墒�，巨大的打擊力會產(chǎn)生強烈的振動，無論對于螺旋壓力機本身還是對于周圍環(huán)境，都會產(chǎn)生不利的影響。
如果采用傳統(tǒng)基礎，在這種軟土地基上，每次打擊的慣性力產(chǎn)生的土壤振動都會波及方圓數(shù)百米的相鄰工廠，而且基礎會因為強大的沖擊力而需要經(jīng)常維修。
就在業(yè)主為振動問題苦苦求解之時，隔而固（青島）振動控制有限公司的研究團隊帶來了他們?yōu)?ldquo;大家伙”量身定制的彈簧阻尼隔振系統(tǒng)和振動分析預測技術。
經(jīng)過現(xiàn)場精密勘測以及嚴格的設計、安裝、測試等過程之后，時隔一年，科研人員在無錫透平葉片有限公司現(xiàn)場展示了3.55萬噸高能螺旋壓力機鍛造高溫合金發(fā)動機渦輪盤、核電67英寸長葉片和TA15大型飛機隔框這三類產(chǎn)品的全過程，同時還對其振動進行了現(xiàn)場測試。結果顯示，距機器中心20米處地面測得的最大振動速度單峰值為4.6mm/s，僅相當于一臺2噸模鍛錘常規(guī)基礎的振動水平。
如此圓滿的結果，讓在場所有人都為之振奮。這套大型抗沖擊隔振系統(tǒng)的應用不僅避免了對周圍環(huán)境的干擾，還保證了這臺“大國重器”的及時投產(chǎn)和免維護運行，對國家核電和航空工業(yè)的關鍵部件制造起到了關鍵的保障作用。
然而，這不過是振動控制技術在工業(yè)裝備領域應用的冰山一角。
關系國民經(jīng)濟之命脈
工業(yè)可謂國之基礎，裝備制造乃國之重器。工業(yè)裝備制造業(yè)不僅是國民經(jīng)濟的重要支柱，其技術水平和現(xiàn)代化程度也決定了國民經(jīng)濟的發(fā)展水平和現(xiàn)代化程度。因此，只有工業(yè)裝備強大，國家才能真正強盛。
自建國以來，特別是改革開放之后，中國逐步建立起了門類齊全、具有相當規(guī)模和一定技術水平的裝備制造業(yè)體系。不過，早期的工業(yè)裝備基礎比較簡單，大部分配以大塊式基礎，不需要考慮基礎的彈性，基礎不會發(fā)生共振，只要具有足夠大的質量就行，也無需考慮環(huán)保擾民等問題。
伴隨著科學技術的不斷進步，我國的工業(yè)現(xiàn)代化也得到快速發(fā)展，大型工業(yè)裝備的結構變得越來越龐大，越來越復雜，工作時產(chǎn)生的激振力也越來越大，振動控制方面的需求日益增長。
在大型發(fā)電裝備領域，過去40年里，我國火電機組單機容量從1970年的200MW發(fā)展到2000年的1000MW，蒸汽參數(shù)由亞臨界發(fā)展到超臨界，現(xiàn)在甚至到了超超臨界；核電機組單機容量則由300MW發(fā)展到到1700MW。機組容量越來越大，軸系越來越長，振動控制要求也越來越高。
在大型鍛壓裝備方面，雖然鍛壓生產(chǎn)總是需要壓力或沖擊力，但是以前的裝備額定噸位低、沖擊力小、設備尺寸小，工廠土地寬敞，周圍沒有人員和設備防干擾要求，沒有振動控制方面的環(huán)保標準和要求，設備基礎只要足夠大、足夠結實就行。
可是隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化進程的加快，鍛壓裝備的額定噸位、沖擊力、裝備尺寸越來越大，而土地變得越來越珍貴，設備之間的距離和設備與廠界的間距越來越小，環(huán)保標準越來越與國際接軌，導致很多鍛壓裝備如不采取振動控制措施，幾乎就無法使用。
在大型精密加工機床方面，比如廣泛應用于鋼鐵、冶金、造紙等行業(yè)的大型數(shù)控軋輥磨床，主要是用來磨削精密軋輥，用于軋制高精度薄板、薄膜和箔等高精度材料。隨著工業(yè)發(fā)展的需要，這些大型軋輥磨床的磨削直徑變得越來越大，長度也越來越長，其磨削精度目前已經(jīng)發(fā)展到了1μm級，磨床長度達30米，工作時對環(huán)境振動控制的要求也日趨“苛刻”。
如果沒有現(xiàn)代化的振動控制技術，周圍汽車、吊車和叉車的一舉一動都可能會在軋輥上留下記錄，所磨出的軋輥和軋制出的產(chǎn)品就會像唱片一樣，帶著磨削時周圍環(huán)境振動的波紋。
如果說工業(yè)裝備制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱，那么將大型裝備振動控制技術看作是工業(yè)裝備制造業(yè)的基礎一點也不為過，畢竟它承載著關系整個國民經(jīng)濟的生命線裝備、支柱產(chǎn)業(yè)裝備和工作母機。其質量的高低不僅影響到數(shù)不勝數(shù)的行業(yè)，甚至還會影響到整個國民經(jīng)濟的運轉和工業(yè)升級換代的實現(xiàn)。
自主創(chuàng)新 后來居上
然而，這樣一項關系國民經(jīng)濟命脈的重要技術，在我國的起步并不早。
我國工業(yè)裝備基礎設計的理論體系主要源自前蘇聯(lián)。20世紀70年代，有限元分析技術開始傳入國內(nèi)，但是由于受到計算機技術的限制，其在實際工程設計中的應用較為罕見。僅有少數(shù)幾個小型專用有限元軟件在電力設計院內(nèi)使用，而工程設計主要還是按照經(jīng)典力學方法和經(jīng)驗公式進行簡化計算與設計。
1996年，我國頒布了《動力機器基礎設計規(guī)范》（GB50040-96），規(guī)范對常規(guī)動力設備基礎設計的一般規(guī)定、構造要求和靜、動力計算都有具體規(guī)定。然而關于動力計算，規(guī)范僅對擾力取值及振動控制限值作了規(guī)定，對影響設備運行的其它基礎動力特性，特別是汽輪發(fā)電機組振動控制設計方面，幾乎是一片空白。
這一時期，大型工業(yè)裝備振動控制設計，如大型鍛造裝備，壓力機，大型精密、超長等裝備基礎的工程設計主要為大塊式常規(guī)基礎設計，即僅從構造、強度、承載力方面考慮，無法進行基礎的詳細動力計算，更不用說采用振動控制系統(tǒng)。
其設計的主要目標在于保證裝備的正常工作，還談不上振動預測或振動控制，也顧及不到對周圍的振動影響，最多是用隔振溝、沙墊層、隔振樁來隔一隔、擋一擋，作用十分有限。裝備工作產(chǎn)生的振動波無法在短距離內(nèi)衰減，振動仍然會傳遞到周圍環(huán)境，影響人們的正常工作和生活，因為振動擾民而發(fā)生環(huán)保糾紛的事件層出不窮。
為此，設計人員又不得不讓鍛壓裝備與廠界“保持距離”，但是這又會造成工廠搬遷費用和土地資源的巨大浪費。而那些大型精密、超長裝備的基礎（如軋輥磨床基礎）因無法考慮基礎的動力特性，難以發(fā)揮其本來的精度，不僅影響使用，還往往會造成裝備資源“大材小用”。
除了大型工業(yè)裝備振動控制設計的落后，振動控制產(chǎn)品的研發(fā)也不盡如人意。
上世紀末，我國能夠設計制造小型橡膠隔振器、彈簧隔振器或彈簧阻尼隔振器。但是，彈簧隔振器一般沒有阻尼。雖然有的配有摩擦阻尼，有的利用橡膠提供阻尼，但阻尼比較小，大多在10%以下，很不穩(wěn)定，而且一般只在豎直方向具有阻尼。
不僅如此，產(chǎn)品承載力大多在50 kN以下，往往只能用于小型回轉設備和沖壓設備，如風機、水泵、沖床、空壓機等等，根本無法在大型工業(yè)裝備上應用。
然而同期，國外大型裝備基礎振動控制技術的研究，特別是彈簧隔振基礎由于發(fā)展較早，應用已比較成熟，例如工業(yè)領域中的鍛造裝備、精密超長裝備隔振，軌道交通領域中的鋼彈簧浮置板隔振等。
技術水平上的巨大“鴻溝”讓中國振動控制領域的科研人員清醒地認識到，通過學習發(fā)達國家的先進技術固然可以縮小技術上的“落差”，不過這樣的學習既需要付出成本，也并不一定能學到最新的技術，因為可能會“被人牽著鼻子走”。
技術依附是沒有出路的。一個國家一旦在技術來源上主要依靠技術引進，就會在核心關鍵技術上受制于人。這就如同跛足的巨人，無法闊步前行。要實現(xiàn)技術追趕，填平技術水平上的巨大“鴻溝”，實現(xiàn)“彎道超車”，唯有依靠自主創(chuàng)新，掌握核心關鍵技術。
思深方益遠，謀定而后動。進入新世紀，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在加速推進，為中國振動控制技術創(chuàng)新的迎頭趕超提供了歷史機遇。
時至今日，在大型工業(yè)裝備領域，我國已研制出一系列振動控制的關鍵技術和產(chǎn)品，創(chuàng)新出了一套適合中國國情的大型工業(yè)裝備振動控制系統(tǒng)的施工工藝和方法，徹底改變了我國大型裝備高端振動控制產(chǎn)品此前依賴進口、而且罕有應用的狀況，填補了該領域的國內(nèi)空白，打破了國外的技術封鎖。
2014年，由中國機械工業(yè)集團和隔而固公司等單位完成的“工業(yè)工程振動控制關鍵技術研究與應用”項目獲得了國家科技進步二等獎。國外同行也對中國振動控制領域的自主創(chuàng)新力表示認同。
德國著名振動學專家、柏林工業(yè)大學史迪勒教授曾指出，“大型沖擊裝備的振動預測和控制非常困難……這一項目建立的基于實測參數(shù)修正模型的預測方法提供了一種新的很有效的沖擊設備環(huán)境振動預測方法。”
國際原子能機構國際地震安全中心委員、俄羅斯動力機器專家科斯塔勒夫則表示：“項目取得的這些成就讓我感到非常欽佩”。
短短十余年，我國大型裝備振動控制技術就從研究示范發(fā)展到大規(guī)模普及應用，在航空航天、國防軍工、核電站、高端裝備制造等領域都能看到它的“身影”，有力地保障了我國大飛機、核電站等重大項目的建設和投產(chǎn)，促進了我國工業(yè)裝備的現(xiàn)代化發(fā)展。
以應用規(guī)模、技術創(chuàng)新能力、核心技術掌握等方面來衡量，我國大型振動控制技術和應用水平已經(jīng)達到國際領先水平，彌補并超越了曾經(jīng)落后40年的巨大差距。
也許，自主創(chuàng)新的道路并不平坦，但是“自主創(chuàng)新之路不能不走”的信念卻不容動搖。
填補空白 奏響行業(yè)最強音
在大型工業(yè)裝備領域中，大型回轉裝備（如大型汽輪發(fā)電機組）的基礎振動控制一直處于振動控制的“金字塔”頂端，代表著一個國家工業(yè)裝備振動控制領域的最高水平。
隨著我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展，我國汽輪發(fā)電機組單機容量由30萬千瓦發(fā)展到100萬千瓦，百萬千瓦級汽輪發(fā)電機組長達50米以上、自重可達3000多噸，加上基礎臺板總重最高可達8000多噸。這樣的龐然大物，其汽機基礎最大振動容許值卻僅為0.02mm或2.8mm/s，這對汽機基礎的設計提出了新的技術挑戰(zhàn)，汽輪機組基礎的振動控制成為了通往“金字塔”頂端的關鍵技術。
迎難而上，砥礪前行。中國振動控制領域的科研人員不懼挑戰(zhàn)，敢啃“硬骨頭”，敢于“涉險灘”。
傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機組基礎是由汽機臺板、立柱、中間平臺和底板組成，屬于空間框架，振動模態(tài)豐富，不易避開共振頻率，立柱和中間平臺的振動往往會影響汽機臺板的振動。
針對這一實際情況，科研人員另辟蹊徑，在立柱與臺板底面之間設置了大型彈簧阻尼隔振器，使振動得到隔離，立柱及以下可按照靜力基礎考慮，而臺板則與立柱以下動力學解耦，模態(tài)得到簡化，容易避開工作轉速附近的共振模態(tài)，問題便迎刃而解。
嶺澳二期核電站便是第一個“吃螃蟹”的核電項目。這是我國第一個采用半速汽輪發(fā)電機組的核電站。從嶺澳二期核電站開始，在我國建設的所有百萬千瓦以上大容量的核電站都采用了半速汽輪發(fā)電機組。
2005年，我國準備在廣東嶺澳建設兩臺1000MW核電半速機組，汽輪發(fā)電機組引進的是法國的Alstom Arabelle機型。盡管Alstom Arabelle核電半速機組在歐洲的核電站已經(jīng)運行多年，但在國內(nèi)，當時所有的電力設計院都沒有接觸過半速機組，更不用說設計半速機組的基礎。
不僅如此，半速機組基礎的固有頻率易與機組的額定轉速產(chǎn)生共振。對于研究團隊而言，這無疑是巨大的挑戰(zhàn)。研究團隊經(jīng)過大量的工程調研和理論分析以及多次專家論證，最終選擇了彈簧隔振基礎。
當機組運行后，技術人員對嶺澳二期機組彈簧隔振基礎進行了五個階段的振動實測：頂臺板振動速度僅為1.17mm/s，遠低于國際標準2.8mm/s優(yōu)區(qū)（Ａ區(qū)）的上限。
嶺澳二期工程的大獲全勝，使汽輪發(fā)電機組彈簧隔振基礎在4×1000MW紅沿河核電站，2×1160MW田灣核電站3、4號機組等一系列后續(xù)的工程中得以廣泛應用。目前，我國新建的38臺核電機組中，已有28臺機組采用彈簧隔振基礎，已運行的機組基礎振動水平均處于優(yōu)區(qū)（Ａ區(qū)）。
在豐碩成果的面前，研究團隊并未就此放慢腳步，開拓與創(chuàng)新仍在繼續(xù)。
在裝備制造業(yè)領域，國內(nèi)無法生產(chǎn)一些大型裝備的零部件，在一定程度上是受到各種大型沖擊設備技術水平的局限，尤其是各種大型鍛壓設備。之前提到的3.55萬噸高能螺旋壓力機，或許已讓你印象深刻。
這類設備在工作時會產(chǎn)生強烈的沖擊振動和噪聲，不僅會影響設備本身、提高故障率，而且對周圍環(huán)境及人員也會帶來不利的影響。汽車制造廠的車身沖壓線亦不例外。
車身沖壓，換句話說就是用壓力機將鋼板沖壓成車身形狀，這時會產(chǎn)生很大的沖擊和壓力，導致周圍百米范圍內(nèi)都會產(chǎn)生振動。
一汽解放汽車有限公司（簡稱“一汽”）車身廠里就有這樣的車身沖壓線。其中最大的一條是額定壓力為2050噸的俄制壓力機，沖壓工作時產(chǎn)生的沖擊振動很大，附近的測量設備（三坐標測量機等）根本無法正常工作。
更嚴重的是，車間三樓辦公室辦公桌上的水杯在振動的作用下居然可以自動滑落到地面。壓力機水平振動的主頻與三樓樓板固有頻率產(chǎn)生的共振，已經(jīng)嚴重影響到辦公人員的日常工作。
這條壓機生產(chǎn)線的振動問題困擾著這個汽車行業(yè)“老大”達數(shù)十年。
面對這一“攔路虎”，尹學軍團隊大膽提出將沖壓線整體隔振改造的設想。這意味著要將總重上千噸的6臺壓力機由原來的剛性基礎原地置換到彈簧基礎上。這在國內(nèi)從未有過，國外也僅有類似報道，沒有資料借鑒。
然而科研人員們敢想敢干。他們設計了專用的鋼梁基礎和鋼彈簧阻尼隔振器，并制定了詳細的隔振改造工藝，包括鋼梁基礎切割加腿、頂升、放置彈簧隔振器、調平、高壓油管柔性改造、恢復導軌等。
短短10天，全球范圍內(nèi)首條壓機整線的振動改造工作完成。壓機線重新開動后，原來地動山搖似的振動不見了，壓力機平穩(wěn)地工作，地面振動速度僅有1.57mm/s，鄰近辦公樓里面也感覺不出沖壓線是否工作，這竟讓習慣了振動感覺的“一汽”集團領導略感“不適應”。
如今，幾乎中國所有新上的汽車生產(chǎn)線都采用了這項隔振技術。
當然，振動控制技術在大型工業(yè)裝備領域的“大顯身手”絕不止于此。在三峽水電站等多個水電站水輪機組平臺隔振上的應用，保證了水電站的安全運行；在太陽宮燃氣電廠等十幾個城市燃氣電廠的機力冷卻大型風機隔振上的應用，解決了“城市電廠”墻體固體聲超標的難題；大型高頻動力吸振器的研制則成功解決了像秦山核電站中間平臺這一類的振動難題，拓寬了國內(nèi)外大型高頻TMD的應用極限。
逐個擊破 為設備“消聲”
在交通噪聲之外，大型工業(yè)設施的機器設備所帶來的噪聲同樣是人們無法擺脫的噩夢。
設備在工作時由于回轉運動或沖擊，會產(chǎn)生振動和噪聲。其中，通過空氣直接傳播的噪聲被稱為一次噪聲；振動通過設備基礎—地基—土壤向周圍傳播，形成地面環(huán)境振動，從而引發(fā)建筑物樓板和墻壁振動所發(fā)出的結構噪聲是二次噪聲。
為了控制這些振動和噪聲污染，人們可謂使出了渾身解數(shù)：墊枕木、橡膠墊，挖防震溝……但一直收效甚微。
隨著現(xiàn)代化噪聲控制措施的誕生，一些常用且切實可行的降噪措施陸續(xù)得到認可并廣泛應用。其中最具代表性的當屬彈性隔振基礎和隔聲設備。
北京太陽宮燃氣發(fā)電廠作為奧運配套工程之一，是一座先進的熱冷電聯(lián)供的高效節(jié)能環(huán)保電廠。由于電廠位于北京四環(huán)以內(nèi)，因此按照北京市環(huán)保部門的要求，全部法定廠界噪聲必須達到《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準》I類標準。
為此，在設計之初，工程師特地采用了當前較為先進的低噪聲節(jié)水型冷卻塔，在塔的進出口采用消聲降噪裝置，并在冷卻塔外建設了帶有建筑外觀的、厚度為200mm的混凝土隔聲墻�？墒屡c愿違的是，工程實施過程中發(fā)現(xiàn)，隔聲墻外噪聲值依然超標。
為了找出隔聲墻外噪聲超標和風機平臺處噪聲振動突出的原因并徹底解決問題，工程師們對冷卻塔風機平臺的部位進行了振動測試。
幾經(jīng)輾轉，噪聲來源終于被發(fā)現(xiàn)：原來，風機平臺附近的隔聲墻在風機減速器的激勵下出現(xiàn)了主頻為298Hz的強迫振動，與墻體輻射噪聲峰值中心頻率315Hz較好吻合，出現(xiàn)明顯的固體傳聲現(xiàn)象。
無論是什么原因引發(fā)的振動，機械振動的源頭都來自電機和減速機，解決隔聲墻振動的最有效方法就是對電機和減速機采取隔振和阻尼減振措施，將振動的傳遞徹底切斷。
對此，研究團隊開始對噪聲源逐個擊破：一方面在電機底座下墊彈性元件并鎖緊，隔離50Hz的倍頻和298Hz的高頻振動；另一方面，采用隔振器為減速機隔振，并裝備帶有延長臂的鋼框架，以盡量減少減速機在電機扭矩作用下的扭轉角。噪聲問題終于迎刃而解。
除了彈性隔振系統(tǒng)，隔聲棚、隔聲罩、隔聲屏以及隔聲門窗等“武器”也頻頻亮相于大型工業(yè)設施中。
沙洲電廠一期工程兩臺600MW燃煤發(fā)電機組于2006年投產(chǎn)運行，并已通過環(huán)保驗收。但隨著發(fā)電機組及其附屬設備運行時間的加長，產(chǎn)生的噪聲對東廠界及廠界外少數(shù)住宅產(chǎn)生了影響。為控制噪聲污染、改善環(huán)境、實行必要的環(huán)境保護，電廠決定對影響廠界及廠界外住宅的噪聲源設備或場所進行必要的噪聲治理。
發(fā)電機組鍋爐風機和磨煤機作為火力發(fā)電廠主要的噪聲源之一，具有噪聲級高、輻射面大、噪聲隨距離衰減慢、噪聲治理難度高、噪聲治理工程量大的特點�？紤]到這些層面，減振工程師們決定首先對鍋爐風機噪聲進行治理。
通過采用隔聲棚、隔聲罩等噪聲治理措施，技術人員成功使隔聲棚外1米處的平均噪聲級降低至80dB以下，4臺風機的噪聲對東廠界處的影響可基本滿足《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準》的Ⅲ類區(qū)規(guī)定。
攻堅克難 永無止境
在自主創(chuàng)新的道路上，機遇和挑戰(zhàn)總是并存的。每當遇到傳統(tǒng)技術無法解決的問題時，就是自主創(chuàng)新、挑戰(zhàn)自我的好時機。
然而，機遇總是垂青有準備的人，只有見微知著，未雨綢繆，才能在激烈競爭中脫穎而出。十幾年來，中國“振控人”的努力與堅持推動了我國工業(yè)裝備領域振控技術的迅速崛起。如今，我國自主研制的各類工業(yè)裝備振控技術和產(chǎn)品已經(jīng)逐漸應用到全國各省市和各行業(yè)，成為發(fā)電、汽車、精密設備等行業(yè)不可或缺的支撐技術。無論是西電東送，還是南水北調，在諸多國家重大項目中都能看到振控技術“活躍的身影”。
面對今天的成績，中國“振控人”并不自滿，而是將更多的精力投入到新產(chǎn)品和新技術的研發(fā)上。因為他們深深懂得，只有敢于創(chuàng)新，才能贏得主動。
當前，結合國內(nèi)外發(fā)展大勢，國家提出了《中國制造2025》，又一次為中國隔振技術的未來發(fā)展指明了新的前進方向。
“隨著新設備的不斷出現(xiàn)，工業(yè)裝備朝著大型化、智能化方向的發(fā)展，對于裝備的工業(yè)環(huán)境也提出了全新的要求。在這種情況下，我們必須要不斷研發(fā)新的技術才能滿足新的市場要求。”隔而固（青島）振動控制有限公司多年從事工業(yè)裝備隔振技術研發(fā)工作的副總經(jīng)理王偉強告訴《科學新聞》。
還有一些研究人員從振控技術的通用性角度考慮，認為目前很多針對不同大型工業(yè)設備的隔振技術和產(chǎn)品都是量身定制的，不具備通用性。以后的研究應圍繞探索各種類型振控技術的通用性展開。
創(chuàng)新永無止境。回首中國工業(yè)裝備領域振控技術的崛起之路，正是一條矢志不渝的自主創(chuàng)新之路。而如今，這種自主創(chuàng)新精神已流淌在以科技服務社會、心懷百姓福祉的中國“振控人”的血脈之中，并化為堅不可摧的前進動力，激勵著他們迎浪前行�！�