康明斯柴油發(fā)電機組的扭轉振動分析方法
發(fā)布時間：2023-10-27 點擊：195
agn235-發(fā)電機組總成-扭轉振動分析
旋轉振動
扭轉振動是物體的角度振動，通常是沿柴油發(fā)電機組旋轉軸的振動。扭轉振動在使用旋轉軸或聯(lián)軸器的動力傳動系統(tǒng)中經常是一個問題，如果不控制，可能會引起柴油發(fā)電機組故障。
內燃機利用在活塞上方燃燒的空氣燃料混合物的極快速的壓力脈沖產生動力。發(fā)動機產生脈沖功率，脈沖可以激發(fā)非常顯著的共振響應。燃燒過程中產生的動力脈沖轉化為發(fā)動機曲柄軸上的角振動。振動的大小取決于發(fā)動機中氣缸的數(shù)量。
分析
每個獨特的傳動系統(tǒng)都需要進行扭轉振動分析(tva)。動力傳動系統(tǒng)可以是發(fā)電機組中的發(fā)動機和交流發(fā)電機的組合。需要tva根據(jù)可接受的極限測量角度振動。
應進行tva檢查：
●防止發(fā)動機、交流發(fā)電機或連接的傳動系統(tǒng)出現(xiàn)疲勞或磨損損壞。
●盡量減少產品的噪音和音質。
●以提高設備的性能。
●以避免令人討厭的振動傳遞到機器的其他部件。
●以避免對發(fā)動機調速或其他機器控制功能的不利影響。
●以確保實現(xiàn)發(fā)動機/交流發(fā)電機的兼容性。
往復式發(fā)動機產生脈沖功率，這些脈沖可以激發(fā)非常顯著的共振響應。當發(fā)動機將活塞的倒數(shù)運動轉化為曲軸的旋轉運動時，輸出將被傳遞到飛輪和驅動系統(tǒng)。大多數(shù)曲軸還不夠硬，不能被建模為一個剛體；即使沒有明顯的共振行為。由于汽缸壓力引起的扭矩單獨，一個曲軸可以扭曲到足以影響系統(tǒng)的強制反應。由于這種靈活性，通常的做法是模擬曲軸和交流發(fā)電機具有一定程度的扭轉靈活性。鑒于目前的計算機處理/模擬能力，這些扭轉系統(tǒng)通常被模擬為一系列由扭轉彈簧連接的剛體(慣性)。這被稱為質量-彈性模型。一個典型的發(fā)動機模型對于每個曲軸投擲和/或每個氣缸都有一個慣性，在每一端都有額外的慣性；表示一個滑輪和一個飛輪。
典型的交流發(fā)電機型號包括以下慣性：驅動盤/輪轂、風扇、轉子和勵磁機。根據(jù)轉子的扭轉剛度，可能需要超過一個慣性來表示一個轉子(輪轂/驅動盤慣性通常只是添加到飛輪慣性)。這取決于模型中所需的精度水平。如果輪轂模擬為一個單獨的慣性，通常三分之二的驅動盤慣性添加到飛輪上，三分之一添加到輪轂上。此外，對于長轉子芯，轉子芯可以建模為幾個單獨的慣性和剛度，如圖1所示。
圖1 彈性模型
tva清單
如圖2所示，發(fā)動機、交流發(fā)電機和聯(lián)軸器的質量彈性數(shù)據(jù)應在啟動tva之前從每個部件制造商處獲得。此外，所有相關數(shù)據(jù)，如圖紙，組件限制和配合和扭矩傳輸限制，可以要求與質量彈性數(shù)據(jù)。
圖2 tva彈性數(shù)據(jù)
發(fā)動機數(shù)據(jù)要求
●發(fā)動機數(shù)據(jù)：
大量的彈性數(shù)據(jù)，包括滑塊曲柄的幾何形狀，功率和速度，氣缸壓力軌跡和點火順序。
●通過/失敗標準：
所有發(fā)動機氣缸點火訂單的曲軸前端的扭轉速度應低于發(fā)動機制造商推薦的最大極限。
●相關參數(shù)：
○曲軸前端處的扭轉位移。
○曲軸的振動應力。
○曲軸前后端螺栓接頭設計相對于扭矩容量的邊緣。
○曲軸阻尼器的熱負荷。
交流發(fā)電機數(shù)據(jù)要求
●交流發(fā)電機數(shù)據(jù)：
具有轉子軸幾何形狀和轉子慣性的質量彈性數(shù)據(jù)（風扇、轉子和勵磁機分別離散化）。
●通過/失敗標準：
轉子軸中的最大振動應力應低于交流發(fā)電機制造商推薦的最大限值。
●相關參數(shù)：
○驅動盤到飛輪和驅動盤到轉子軸螺栓接頭設計與扭矩容量相關的邊緣。
○輪轂、轉子和勵磁器適合軸設計邊緣的扭矩容量。
○轉子軸上關鍵位置的振動應力，如圓角和鑰匙槽。
耦合數(shù)據(jù)要求
●聯(lián)接數(shù)據(jù)(用于雙軸承發(fā)電機組)：
質量彈性數(shù)據(jù)，包括幾何形狀、熱容量和扭矩傳輸容量
●通過/失敗標準：
○在發(fā)動機正常和失火的情況下，聯(lián)軸器處的振動扭矩。
○在發(fā)動機正常和失火的情況下，聯(lián)軸器中的熱負荷。
tva計算和結果分析
手工計算和軟件工具，如matlab、fea、專用tva軟件等，用于評估系統(tǒng)，比較替代方案，并可視化不同操作條件下的結果。根據(jù)發(fā)動機的配置及其點火順序，循環(huán)到循環(huán)的變化對不同的氣缸點火順序的影響也不同。所有對扭轉振動的計算都需要通過試驗進行驗證。扭轉振動計算的典型結果為：
●角位移。
●角度加速度。
○軸段上的振動扭矩和應力。
○所有振動的扭轉模式(固有頻率和強制頻率)。
●減尼器中的熱負荷。
tva專家在整個分析過程中使用設計邊際和批準的驗收合格/失敗標準，以確保系統(tǒng)的兼容性。分析扭轉的第一步振動分析是計算系統(tǒng)的扭本頻率和模態(tài)形狀。
手工計算實例-柔性聯(lián)軸器的剛度
柔性耦合計算的剛度通常是在tva開始時進行的第一次計算。通過算例計算，探討了影響柔性聯(lián)軸器扭轉剛度的關鍵參數(shù)或因素。
例如，給定以下信息，查找給定柔性耦合器所需的剛度：
該發(fā)動機可產生242個kwm(325馬力)，轉速為1800轉/分。
啟動速度：200rpm，低怠速：700rpm，高怠速：2100rpm。
發(fā)動機慣性為2.63kg-m2.
雙軸驅動慣性為0.1kg-m2.
聯(lián)軸器驅動慣性為0.5kg-m2.
交流發(fā)電機的慣性為1.75kg-m2.
季節(jié)更換，柴油發(fā)電機組也要注意更換適合黏度的機油
渦輪增壓柴油機的正確維修方法
柴油機噴油器開啟壓力和霧化檢查
康明斯發(fā)電機組噴油器裝配時應注意的事項
柴油發(fā)電機組啟動后充電電流表無充電指示是怎么回事？
柴油機中大修時的拆卸原則
發(fā)電機三相繞組的繞制方法
柴油發(fā)電機耗油量怎樣降低？教會你“節(jié)油”的十大妙方
旋轉振動
扭轉振動是物體的角度振動，通常是沿柴油發(fā)電機組旋轉軸的振動。扭轉振動在使用旋轉軸或聯(lián)軸器的動力傳動系統(tǒng)中經常是一個問題，如果不控制，可能會引起柴油發(fā)電機組故障。
內燃機利用在活塞上方燃燒的空氣燃料混合物的極快速的壓力脈沖產生動力。發(fā)動機產生脈沖功率，脈沖可以激發(fā)非常顯著的共振響應。燃燒過程中產生的動力脈沖轉化為發(fā)動機曲柄軸上的角振動。振動的大小取決于發(fā)動機中氣缸的數(shù)量。
分析
每個獨特的傳動系統(tǒng)都需要進行扭轉振動分析(tva)。動力傳動系統(tǒng)可以是發(fā)電機組中的發(fā)動機和交流發(fā)電機的組合。需要tva根據(jù)可接受的極限測量角度振動。
應進行tva檢查：
●防止發(fā)動機、交流發(fā)電機或連接的傳動系統(tǒng)出現(xiàn)疲勞或磨損損壞。
●盡量減少產品的噪音和音質。
●以提高設備的性能。
●以避免令人討厭的振動傳遞到機器的其他部件。
●以避免對發(fā)動機調速或其他機器控制功能的不利影響。
●以確保實現(xiàn)發(fā)動機/交流發(fā)電機的兼容性。
往復式發(fā)動機產生脈沖功率，這些脈沖可以激發(fā)非常顯著的共振響應。當發(fā)動機將活塞的倒數(shù)運動轉化為曲軸的旋轉運動時，輸出將被傳遞到飛輪和驅動系統(tǒng)。大多數(shù)曲軸還不夠硬，不能被建模為一個剛體；即使沒有明顯的共振行為。由于汽缸壓力引起的扭矩單獨，一個曲軸可以扭曲到足以影響系統(tǒng)的強制反應。由于這種靈活性，通常的做法是模擬曲軸和交流發(fā)電機具有一定程度的扭轉靈活性。鑒于目前的計算機處理/模擬能力，這些扭轉系統(tǒng)通常被模擬為一系列由扭轉彈簧連接的剛體(慣性)。這被稱為質量-彈性模型。一個典型的發(fā)動機模型對于每個曲軸投擲和/或每個氣缸都有一個慣性，在每一端都有額外的慣性；表示一個滑輪和一個飛輪。
典型的交流發(fā)電機型號包括以下慣性：驅動盤/輪轂、風扇、轉子和勵磁機。根據(jù)轉子的扭轉剛度，可能需要超過一個慣性來表示一個轉子(輪轂/驅動盤慣性通常只是添加到飛輪慣性)。這取決于模型中所需的精度水平。如果輪轂模擬為一個單獨的慣性，通常三分之二的驅動盤慣性添加到飛輪上，三分之一添加到輪轂上。此外，對于長轉子芯，轉子芯可以建模為幾個單獨的慣性和剛度，如圖1所示。
圖1 彈性模型
tva清單
如圖2所示，發(fā)動機、交流發(fā)電機和聯(lián)軸器的質量彈性數(shù)據(jù)應在啟動tva之前從每個部件制造商處獲得。此外，所有相關數(shù)據(jù)，如圖紙，組件限制和配合和扭矩傳輸限制，可以要求與質量彈性數(shù)據(jù)。
圖2 tva彈性數(shù)據(jù)
發(fā)動機數(shù)據(jù)要求
●發(fā)動機數(shù)據(jù)：
大量的彈性數(shù)據(jù)，包括滑塊曲柄的幾何形狀，功率和速度，氣缸壓力軌跡和點火順序。
●通過/失敗標準：
所有發(fā)動機氣缸點火訂單的曲軸前端的扭轉速度應低于發(fā)動機制造商推薦的最大極限。
●相關參數(shù)：
○曲軸前端處的扭轉位移。
○曲軸的振動應力。
○曲軸前后端螺栓接頭設計相對于扭矩容量的邊緣。
○曲軸阻尼器的熱負荷。
交流發(fā)電機數(shù)據(jù)要求
●交流發(fā)電機數(shù)據(jù)：
具有轉子軸幾何形狀和轉子慣性的質量彈性數(shù)據(jù)（風扇、轉子和勵磁機分別離散化）。
●通過/失敗標準：
轉子軸中的最大振動應力應低于交流發(fā)電機制造商推薦的最大限值。
●相關參數(shù)：
○驅動盤到飛輪和驅動盤到轉子軸螺栓接頭設計與扭矩容量相關的邊緣。
○輪轂、轉子和勵磁器適合軸設計邊緣的扭矩容量。
○轉子軸上關鍵位置的振動應力，如圓角和鑰匙槽。
耦合數(shù)據(jù)要求
●聯(lián)接數(shù)據(jù)(用于雙軸承發(fā)電機組)：
質量彈性數(shù)據(jù)，包括幾何形狀、熱容量和扭矩傳輸容量
●通過/失敗標準：
○在發(fā)動機正常和失火的情況下，聯(lián)軸器處的振動扭矩。
○在發(fā)動機正常和失火的情況下，聯(lián)軸器中的熱負荷。
tva計算和結果分析
手工計算和軟件工具，如matlab、fea、專用tva軟件等，用于評估系統(tǒng)，比較替代方案，并可視化不同操作條件下的結果。根據(jù)發(fā)動機的配置及其點火順序，循環(huán)到循環(huán)的變化對不同的氣缸點火順序的影響也不同。所有對扭轉振動的計算都需要通過試驗進行驗證。扭轉振動計算的典型結果為：
●角位移。
●角度加速度。
○軸段上的振動扭矩和應力。
○所有振動的扭轉模式(固有頻率和強制頻率)。
●減尼器中的熱負荷。
tva專家在整個分析過程中使用設計邊際和批準的驗收合格/失敗標準，以確保系統(tǒng)的兼容性。分析扭轉的第一步振動分析是計算系統(tǒng)的扭本頻率和模態(tài)形狀。
手工計算實例-柔性聯(lián)軸器的剛度
柔性耦合計算的剛度通常是在tva開始時進行的第一次計算。通過算例計算，探討了影響柔性聯(lián)軸器扭轉剛度的關鍵參數(shù)或因素。
例如，給定以下信息，查找給定柔性耦合器所需的剛度：
該發(fā)動機可產生242個kwm(325馬力)，轉速為1800轉/分。
啟動速度：200rpm，低怠速：700rpm，高怠速：2100rpm。
發(fā)動機慣性為2.63kg-m2.
雙軸驅動慣性為0.1kg-m2.
聯(lián)軸器驅動慣性為0.5kg-m2.
交流發(fā)電機的慣性為1.75kg-m2.
季節(jié)更換，柴油發(fā)電機組也要注意更換適合黏度的機油
渦輪增壓柴油機的正確維修方法
柴油機噴油器開啟壓力和霧化檢查
康明斯發(fā)電機組噴油器裝配時應注意的事項
柴油發(fā)電機組啟動后充電電流表無充電指示是怎么回事？
柴油機中大修時的拆卸原則
發(fā)電機三相繞組的繞制方法
柴油發(fā)電機耗油量怎樣降低？教會你“節(jié)油”的十大妙方