柴油機是柴油發電機組的主要激振源,其產生的振動會導致電機疲勞、電器故障、縮短零部件使用周期等問題。目前在對機械設備進行振動控製時,通常有3種方式:在振源上放置動力吸振器以吸收振動能量;在振源上安裝阻振器以消耗係統能量;在振源和受振體之間安裝隔振器以抑製能量傳遞。前兩種方式都要在柴油機上附加一部分質量,對機組空間的布置提出了更高的要求,同時動力吸振器如果使用不當,不但不能吸振,反而容易產生共振。隔振器結構簡單、可靠性好、成本低,在解決機械設備的振動噪聲問題中得到肯定。在對機械設備的振動特性進行分析時,有限元分析方法(finite element method,FEM)在此類工程研究中具有出色表現力。國內學者對柴油機自身的動力學特性研究較為集中,但對於帶有彈性支撐的柴油機在機組中的研究還比較缺乏。
杭州那泰有限元分析公司以額定轉速為2400r/min,額定功率6KW柴油發電機組為試驗樣機。首先通過機組表麵振動實驗找出振動性能的缺陷和弱點,接著建立機組整體的有限元模型,在驗證仿真結果符合實際情況後,最後分析隔振器參數變化對機組振動性能的影響。
發電機、柴油機、水箱、消聲器、焊機自左向右依次排列,全部被隔聲罩包圍,並整體安裝於底部機架上,機架固定在地麵。其中柴油機與其他部件連接緊密,左端飛輪與發電機轉子同軸度連接,右端冷卻管道連接水箱,上部排風口連接消聲器管道,下部支撐腳連接底部隔振器。表為機組各部分尺寸與重量。
柴油機有4個支撐腳,每個支撐腳下麵都有1個橡膠隔振器,中間為橡膠材料,有兩個金屬片保護避免磨損,具體形狀如圖。此外,水箱、消聲器均有2個支撐腳,通過螺栓安裝於公共機架上,整個支撐腳分布如圖所示。
為了得到柴油機組隔振係統實際運轉時的振動性能缺陷,依據GB02820-9對實驗對象進行環境布置與工作安排。為機組振動實驗示意圖,控製櫃調節機組輸出功率,負載為可調節式電負載櫃。運轉穩定後,通過工作測振儀和振動分析儀的加速度傳感器對測點進行XZ方向(柴油機振動的主要方向)的振動幅值(位移、速度、加速度) 測試為實際測試環境。
結合GB對機組測點範圍要求和6KW機組自身特點,選定測點共13個,分布情況如圖4所示。同時為得出隔振器對機組主動隔振的貢獻量,在4個隔振器上、下各布置了測點,分別為測點3、4、5、6、7、8、9、a,其中如測點3對應機組中柴油機左腳上,測點7對應機組中發電機左腳上。
按照GB附錄C對6KW發電機組振動評估標準,機組振動位移最大準許有效值為0.8mm,速度為50mm/s,加速度為31m/s2。表2為機組測點滿載工況下XZ方向振動幅值。其中,位移、速度、加速度結果分別為峰峰值、有效值、峰值。因此,隻選擇速度有效值作為振動評估的對象即可。
將表速度有效值與GB準許值對比,超出GB的振動幅值均發生在X方向,包括測點3、4(柴右上)、7、8(發右上)、c(柴機體)、d(空濾)共6個部位。機組相對左右基本對稱,測點3與4、7與8振動相差不大,前者代表後者,則超出 GB振動幅值從強到弱依次為:測點c、d、7、3。這些測點不僅反映出機組在振動性能方麵的缺陷,而且為機組有限元動力學仿真提供了實驗依據,指明了有限元仿真觀察節點的部位。
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