振動對柴油發(fā)電機(jī)的影響和危害
發(fā)布時間：2023-10-04 點擊：173
縱向振動對柴油發(fā)電機(jī)的影響和危害
一般而言，造成柴油發(fā)電機(jī)組縱向振動的原因均由發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子勵磁線對中不準(zhǔn)、以及柴油發(fā)電機(jī)燃燒的不穩(wěn)定性及各缸工作的不均勻性引起的。同時不應(yīng)忽視聯(lián)軸器對軸系縱向振動的影響，以往的案例中也出現(xiàn)過因高彈安裝問題導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)組縱向振動故障。因此，盡可能的減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸與軸向定位裝置之間的間隙也有助于減輕縱向振動。本文結(jié)合實際案例對發(fā)電機(jī)組縱向振動原因進(jìn)行了探討，對今后類似問題的分析處理有一定借鑒指導(dǎo)意義。
一、發(fā)電機(jī)縱向振動的危害
（1）造成曲軸曲柄銷承受額外的彎曲應(yīng)力和拉壓應(yīng)力，嚴(yán)重時會產(chǎn)生曲軸的彎曲疲勞破壞；
（2）降低與曲軸相接觸的零部件的可靠性和使用壽命，比如造成止推瓦的磨損、活塞和缸套的偏磨等。
（3）對于非電控柴油發(fā)電機(jī)，縱向振動會影響到康明斯發(fā)電機(jī)組的配氣相位和供油正時，降低設(shè)備整體性能；
（4）對于剛性連接發(fā)電機(jī)組*縱向振動會造成連接螺栓承受額外的拉壓應(yīng)力，嚴(yán)重時會造成疲勞損壞；對于彈性連接發(fā)電機(jī)組，由于高彈普遍采用過盈配合連接方式，過大的縱向振動振幅勢必會造成高彈減振橡膠件的損壞；
（5）包括縱向振動在內(nèi)的各種振動是發(fā)電機(jī)組主要的噪聲源之一，人們普遍認(rèn)為只有出現(xiàn)了共振才會造成破壞，但實際上即使縱向振動不在共振狀態(tài)多種激勵共同影響下造成的劇烈振動也會對設(shè)備造成損壞。
二、縱向振動激勵力源分析
1、軸系縱向振動激勵力源分析
軸系縱向振動主要是由軸向(x向）不平衡擾力造成的。在理想情況下，康明斯發(fā)電機(jī)組曲軸軸向(x向）并不受力，但在實際工作中，受零部件的加工及裝配誤差和部件的不均勻受熱、受力變形（主要指曲軸的受力變形）等因素的影響，康明斯發(fā)電機(jī)組缸內(nèi)燃燒壓力推動活塞在y向運(yùn)動時，其燃燒壓力在 x向會存在一個分力（”：1，2，3，4，5，n為氣缸數(shù)) ，該分力通過連桿共同作用在曲軸上。其中：簡諧力為各缸氣缸燃燒壓力在x向分力的合力，也是發(fā)電機(jī)組軸系縱向振動的一個主要激勵力源之一。
2、發(fā)電機(jī)縱向振動激勵力源分析
根據(jù)發(fā)電機(jī)的工作特點，發(fā)電機(jī)在起勵后其定、轉(zhuǎn)子磁勵線將自動尋找對中，以保證磁場穩(wěn)定，即決定電機(jī)x向（軸向）擾力大小及特性的是發(fā)電機(jī)內(nèi)部定、轉(zhuǎn)子磁勵線的相對位置。發(fā)電機(jī)x向擾力主要會在如下兩種情況下出現(xiàn)：
（1）發(fā)電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下定、轉(zhuǎn)子磁勵線出現(xiàn)錯位，使得發(fā)電機(jī)組在啟動后的起勵過程中，為了保證電機(jī)運(yùn)行中磁場的穩(wěn)定，磁場在x向上會產(chǎn)生一個軸向力迫使轉(zhuǎn)子軸移動至系統(tǒng)穩(wěn)定。
（2）發(fā)電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下定、轉(zhuǎn)子磁勵線對中良好，如果穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)子收到一個軸向外力影響并造成一定位移時，磁場在x向上會產(chǎn)生一個相反的軸向力迫使轉(zhuǎn)子回到原來的穩(wěn)定位置。當(dāng)外力和位移為一變量時，在發(fā)電機(jī)組的磁場特性作用下，便會出現(xiàn)軸系的縱向振動。
（3）固定于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的冷卻風(fēng)扇在運(yùn)轉(zhuǎn)時也會產(chǎn)生一個x向力，該軸向力的大小與發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速成正比。
3、聯(lián)軸器縱向振動激勵力源分析
發(fā)電機(jī)組所采用的高彈聯(lián)軸器連接部分的減振橡膠，該聯(lián)軸器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中只是起到傳遞扭矩和減振的作用，只要安裝得當(dāng)，并不會在軸向上產(chǎn)生額外的振動。
4、其它縱向振動激勵力源分析
在氣體壓力和往復(fù)慣性力產(chǎn)生的徑向簡諧力的作用下，曲柄會舒張變形，形成所謂的彎曲一縱向耦合振動；同時一缸曲柄的舒張變形會造成其他缸曲柄的x向位移，對氣缸燃燒壓力的x向分力產(chǎn)生影響。軸系縱向振動也可能由軸系弭烈的扭轉(zhuǎn)振動藕合激發(fā)產(chǎn)生，特別是當(dāng)兩者臨界轉(zhuǎn)速相同或相近時更易產(chǎn)生圃。
柴油發(fā)電機(jī)組縱向振動示意圖
三、縱向振動激勵力源故障排除
從上述激勵源的分析中可知，造成縱向振動的激勵源較多，為找出主要原因，在分析研究之后，采用了試驗的方法對各種可能原因逐一進(jìn)行了排除和驗證。考慮到電機(jī)風(fēng)扇產(chǎn)生的擾力較小，通過拆除風(fēng)扇進(jìn)行啟動和停車試驗，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象未發(fā)生明顯改變，故該激勵源排除在主要原因之外。
由于加工和裝配都存在一定誤差，故就算是同型號發(fā)電機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子磁勵線對中情況都會存在一定差別，為了了解發(fā)電機(jī)擾力對發(fā)電機(jī)組縱向振動的影響，在同一臺位上更換多臺同型號發(fā)電機(jī)進(jìn)行了試驗，數(shù)次試驗下的縱向振動現(xiàn)象存在明顯差別，但故障并未消除。結(jié)合分析可知，發(fā)電機(jī)擾力是造成縱向振動的影響因素之一，但不是主要因素；在滿足電機(jī)其他設(shè)計要求的前提下，盡可能的減小轉(zhuǎn)子軸與軸向定位裝置之間的間隙有助于減輕縱向振動。
通過上述分析可知，柴油發(fā)動機(jī)此時的工作特性應(yīng)是造成發(fā)電機(jī)組縱向振動的主要原因。結(jié)合故障特點，發(fā)現(xiàn)劇烈縱向振動都是在啟動和停車時轉(zhuǎn)速約為480rpm左右出現(xiàn)，理論分析可知，此低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速工況下康明斯發(fā)電機(jī)組缸內(nèi)燃油霧化差，燃燒不穩(wěn)定。由于發(fā)電機(jī)組試驗中不能在此故障工況下長時停留，因此無法獲得該工況下的燃燒參數(shù)，故采用類似低負(fù)荷工況 i下（100％額定轉(zhuǎn)速，25％額定負(fù)荷）康明斯發(fā)電機(jī)組參數(shù)進(jìn)行類比分析，發(fā)現(xiàn)該機(jī)型在類似低負(fù)荷下各缸工作均勻性較差，這勢必會造成曲軸受力不均勻，而曲軸的不均勻受力變形將促使擾動力的增大；同時各缸的不穩(wěn)定燃燒和各缸扭矩輸出的不均勻性還會引起扭振，通過扭振測試和數(shù)據(jù)分析，發(fā)電機(jī)組在480印m下的確出現(xiàn)了明顯的扭振特性，雖然曲軸應(yīng)力、電機(jī)扭矩及電角均未超差，但明顯的扭振特性勢必會激發(fā)一定的縱向振動。由此可見，康明斯發(fā)電機(jī)組各缸工作的穩(wěn)定性和均勻性是造成發(fā)電機(jī)組縱向振動的重要因素。
四、借鑒措施
可用matlab 工具箱編寫程序?qū)Σ裼桶l(fā)電機(jī)組的雙層隔振系統(tǒng)進(jìn)行計算，分析了采用不同中間質(zhì)量、鐘狀罩剛度、上下減震器的剛度及減振器阻尼系數(shù)等對隔振效果的影響，為該發(fā)電機(jī)組的隔振器選用提供參考依據(jù)。
matlab 工具箱編寫程序，通過輸入不同參數(shù)，對柴油發(fā)電機(jī)組的雙層隔振系統(tǒng)的隔振性能進(jìn)行計算，對隔振效果進(jìn)行了比較。
設(shè)備隔振系統(tǒng)圖
轉(zhuǎn)速快和轉(zhuǎn)速低會對柴油發(fā)電機(jī)組的有什么影響呢
柴油發(fā)電機(jī)組噴油泵和噴油器有哪些常見故障？
柴油機(jī)排氣煙色不正常的解決方法
玉柴柴油機(jī)型號YC6C1660-D30參數(shù)及維修保養(yǎng)內(nèi)容
柴油發(fā)電機(jī)的配件有那些受損方式？
柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷系統(tǒng)設(shè)計
你知道哪些因素會影響康明斯柴油發(fā)電機(jī)組的輸出功率嗎？
柴油發(fā)電機(jī)組靜音箱降噪效果好嗎？一般多少錢？
一般而言，造成柴油發(fā)電機(jī)組縱向振動的原因均由發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子勵磁線對中不準(zhǔn)、以及柴油發(fā)電機(jī)燃燒的不穩(wěn)定性及各缸工作的不均勻性引起的。同時不應(yīng)忽視聯(lián)軸器對軸系縱向振動的影響，以往的案例中也出現(xiàn)過因高彈安裝問題導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)組縱向振動故障。因此，盡可能的減小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸與軸向定位裝置之間的間隙也有助于減輕縱向振動。本文結(jié)合實際案例對發(fā)電機(jī)組縱向振動原因進(jìn)行了探討，對今后類似問題的分析處理有一定借鑒指導(dǎo)意義。
一、發(fā)電機(jī)縱向振動的危害
（1）造成曲軸曲柄銷承受額外的彎曲應(yīng)力和拉壓應(yīng)力，嚴(yán)重時會產(chǎn)生曲軸的彎曲疲勞破壞；
（2）降低與曲軸相接觸的零部件的可靠性和使用壽命，比如造成止推瓦的磨損、活塞和缸套的偏磨等。
（3）對于非電控柴油發(fā)電機(jī)，縱向振動會影響到康明斯發(fā)電機(jī)組的配氣相位和供油正時，降低設(shè)備整體性能；
（4）對于剛性連接發(fā)電機(jī)組*縱向振動會造成連接螺栓承受額外的拉壓應(yīng)力，嚴(yán)重時會造成疲勞損壞；對于彈性連接發(fā)電機(jī)組，由于高彈普遍采用過盈配合連接方式，過大的縱向振動振幅勢必會造成高彈減振橡膠件的損壞；
（5）包括縱向振動在內(nèi)的各種振動是發(fā)電機(jī)組主要的噪聲源之一，人們普遍認(rèn)為只有出現(xiàn)了共振才會造成破壞，但實際上即使縱向振動不在共振狀態(tài)多種激勵共同影響下造成的劇烈振動也會對設(shè)備造成損壞。
二、縱向振動激勵力源分析
1、軸系縱向振動激勵力源分析
軸系縱向振動主要是由軸向(x向）不平衡擾力造成的。在理想情況下，康明斯發(fā)電機(jī)組曲軸軸向(x向）并不受力，但在實際工作中，受零部件的加工及裝配誤差和部件的不均勻受熱、受力變形（主要指曲軸的受力變形）等因素的影響，康明斯發(fā)電機(jī)組缸內(nèi)燃燒壓力推動活塞在y向運(yùn)動時，其燃燒壓力在 x向會存在一個分力（”：1，2，3，4，5，n為氣缸數(shù)) ，該分力通過連桿共同作用在曲軸上。其中：簡諧力為各缸氣缸燃燒壓力在x向分力的合力，也是發(fā)電機(jī)組軸系縱向振動的一個主要激勵力源之一。
2、發(fā)電機(jī)縱向振動激勵力源分析
根據(jù)發(fā)電機(jī)的工作特點，發(fā)電機(jī)在起勵后其定、轉(zhuǎn)子磁勵線將自動尋找對中，以保證磁場穩(wěn)定，即決定電機(jī)x向（軸向）擾力大小及特性的是發(fā)電機(jī)內(nèi)部定、轉(zhuǎn)子磁勵線的相對位置。發(fā)電機(jī)x向擾力主要會在如下兩種情況下出現(xiàn)：
（1）發(fā)電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下定、轉(zhuǎn)子磁勵線出現(xiàn)錯位，使得發(fā)電機(jī)組在啟動后的起勵過程中，為了保證電機(jī)運(yùn)行中磁場的穩(wěn)定，磁場在x向上會產(chǎn)生一個軸向力迫使轉(zhuǎn)子軸移動至系統(tǒng)穩(wěn)定。
（2）發(fā)電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下定、轉(zhuǎn)子磁勵線對中良好，如果穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)子收到一個軸向外力影響并造成一定位移時，磁場在x向上會產(chǎn)生一個相反的軸向力迫使轉(zhuǎn)子回到原來的穩(wěn)定位置。當(dāng)外力和位移為一變量時，在發(fā)電機(jī)組的磁場特性作用下，便會出現(xiàn)軸系的縱向振動。
（3）固定于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的冷卻風(fēng)扇在運(yùn)轉(zhuǎn)時也會產(chǎn)生一個x向力，該軸向力的大小與發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速成正比。
3、聯(lián)軸器縱向振動激勵力源分析
發(fā)電機(jī)組所采用的高彈聯(lián)軸器連接部分的減振橡膠，該聯(lián)軸器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中只是起到傳遞扭矩和減振的作用，只要安裝得當(dāng)，并不會在軸向上產(chǎn)生額外的振動。
4、其它縱向振動激勵力源分析
在氣體壓力和往復(fù)慣性力產(chǎn)生的徑向簡諧力的作用下，曲柄會舒張變形，形成所謂的彎曲一縱向耦合振動；同時一缸曲柄的舒張變形會造成其他缸曲柄的x向位移，對氣缸燃燒壓力的x向分力產(chǎn)生影響。軸系縱向振動也可能由軸系弭烈的扭轉(zhuǎn)振動藕合激發(fā)產(chǎn)生，特別是當(dāng)兩者臨界轉(zhuǎn)速相同或相近時更易產(chǎn)生圃。
柴油發(fā)電機(jī)組縱向振動示意圖
三、縱向振動激勵力源故障排除
從上述激勵源的分析中可知，造成縱向振動的激勵源較多，為找出主要原因，在分析研究之后，采用了試驗的方法對各種可能原因逐一進(jìn)行了排除和驗證。考慮到電機(jī)風(fēng)扇產(chǎn)生的擾力較小，通過拆除風(fēng)扇進(jìn)行啟動和停車試驗，發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象未發(fā)生明顯改變，故該激勵源排除在主要原因之外。
由于加工和裝配都存在一定誤差，故就算是同型號發(fā)電機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子磁勵線對中情況都會存在一定差別，為了了解發(fā)電機(jī)擾力對發(fā)電機(jī)組縱向振動的影響，在同一臺位上更換多臺同型號發(fā)電機(jī)進(jìn)行了試驗，數(shù)次試驗下的縱向振動現(xiàn)象存在明顯差別，但故障并未消除。結(jié)合分析可知，發(fā)電機(jī)擾力是造成縱向振動的影響因素之一，但不是主要因素；在滿足電機(jī)其他設(shè)計要求的前提下，盡可能的減小轉(zhuǎn)子軸與軸向定位裝置之間的間隙有助于減輕縱向振動。
通過上述分析可知，柴油發(fā)動機(jī)此時的工作特性應(yīng)是造成發(fā)電機(jī)組縱向振動的主要原因。結(jié)合故障特點，發(fā)現(xiàn)劇烈縱向振動都是在啟動和停車時轉(zhuǎn)速約為480rpm左右出現(xiàn)，理論分析可知，此低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速工況下康明斯發(fā)電機(jī)組缸內(nèi)燃油霧化差，燃燒不穩(wěn)定。由于發(fā)電機(jī)組試驗中不能在此故障工況下長時停留，因此無法獲得該工況下的燃燒參數(shù)，故采用類似低負(fù)荷工況 i下（100％額定轉(zhuǎn)速，25％額定負(fù)荷）康明斯發(fā)電機(jī)組參數(shù)進(jìn)行類比分析，發(fā)現(xiàn)該機(jī)型在類似低負(fù)荷下各缸工作均勻性較差，這勢必會造成曲軸受力不均勻，而曲軸的不均勻受力變形將促使擾動力的增大；同時各缸的不穩(wěn)定燃燒和各缸扭矩輸出的不均勻性還會引起扭振，通過扭振測試和數(shù)據(jù)分析，發(fā)電機(jī)組在480印m下的確出現(xiàn)了明顯的扭振特性，雖然曲軸應(yīng)力、電機(jī)扭矩及電角均未超差，但明顯的扭振特性勢必會激發(fā)一定的縱向振動。由此可見，康明斯發(fā)電機(jī)組各缸工作的穩(wěn)定性和均勻性是造成發(fā)電機(jī)組縱向振動的重要因素。
四、借鑒措施
可用matlab 工具箱編寫程序?qū)Σ裼桶l(fā)電機(jī)組的雙層隔振系統(tǒng)進(jìn)行計算，分析了采用不同中間質(zhì)量、鐘狀罩剛度、上下減震器的剛度及減振器阻尼系數(shù)等對隔振效果的影響，為該發(fā)電機(jī)組的隔振器選用提供參考依據(jù)。
matlab 工具箱編寫程序，通過輸入不同參數(shù)，對柴油發(fā)電機(jī)組的雙層隔振系統(tǒng)的隔振性能進(jìn)行計算，對隔振效果進(jìn)行了比較。
設(shè)備隔振系統(tǒng)圖
轉(zhuǎn)速快和轉(zhuǎn)速低會對柴油發(fā)電機(jī)組的有什么影響呢
柴油發(fā)電機(jī)組噴油泵和噴油器有哪些常見故障？
柴油機(jī)排氣煙色不正常的解決方法
玉柴柴油機(jī)型號YC6C1660-D30參數(shù)及維修保養(yǎng)內(nèi)容
柴油發(fā)電機(jī)的配件有那些受損方式？
柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷系統(tǒng)設(shè)計
你知道哪些因素會影響康明斯柴油發(fā)電機(jī)組的輸出功率嗎？
柴油發(fā)電機(jī)組靜音箱降噪效果好嗎？一般多少錢？