agn235-發(fā)電機(jī)組總成-扭轉(zhuǎn)振動分析
旋轉(zhuǎn)振動
扭轉(zhuǎn)振動是物體的角度振動，通常是沿柴油發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)軸的振動。扭轉(zhuǎn)振動在使用旋轉(zhuǎn)軸或聯(lián)軸器的動力傳動系統(tǒng)中經(jīng)常是一個(gè)問題，如果不控制，可能會引起柴油發(fā)電機(jī)組故障。
內(nèi)燃機(jī)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(chǎn)生動力。發(fā)動機(jī)產(chǎn)生脈沖功率，脈沖可以激發(fā)非常顯著的共振響應(yīng)。燃燒過程中產(chǎn)生的動力脈沖轉(zhuǎn)化為發(fā)動機(jī)曲柄軸上的角振動。振動的大小取決于發(fā)動機(jī)中氣缸的數(shù)量。
分析
每個(gè)獨(dú)特的傳動系統(tǒng)都需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振動分析(tva)。動力傳動系統(tǒng)可以是發(fā)電機(jī)組中的發(fā)動機(jī)和交流發(fā)電機(jī)的組合。需要tva根據(jù)可接受的極限測量角度振動。
應(yīng)進(jìn)行tva檢查：
●防止發(fā)動機(jī)、交流發(fā)電機(jī)或連接的傳動系統(tǒng)出現(xiàn)疲勞或磨損損壞。
●盡量減少產(chǎn)品的噪音和音質(zhì)。
●以提高設(shè)備的性能。
●以避免令人討厭的振動傳遞到機(jī)器的其他部件。
●以避免對發(fā)動機(jī)調(diào)速或其他機(jī)器控制功能的不利影響。
●以確保實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的兼容性。
往復(fù)式發(fā)動機(jī)產(chǎn)生脈沖功率，這些脈沖可以激發(fā)非常顯著的共振響應(yīng)。當(dāng)發(fā)動機(jī)將活塞的倒數(shù)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，輸出將被傳遞到飛輪和驅(qū)動系統(tǒng)。大多數(shù)曲軸還不夠硬，不能被建模為一個(gè)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(dú)，一個(gè)曲軸可以扭曲到足以影響系統(tǒng)的強(qiáng)制反應(yīng)。由于這種靈活性，通常的做法是模擬曲軸和交流發(fā)電機(jī)具有一定程度的扭轉(zhuǎn)靈活性。鑒于目前的計(jì)算機(jī)處理/模擬能力，這些扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)通常被模擬為一系列由扭轉(zhuǎn)彈簧連接的剛體(慣性)。這被稱為質(zhì)量-彈性模型。一個(gè)典型的發(fā)動機(jī)模型對于每個(gè)曲軸投擲和/或每個(gè)氣缸都有一個(gè)慣性，在每一端都有額外的慣性；表示一個(gè)滑輪和一個(gè)飛輪。
典型的交流發(fā)電機(jī)型號包括以下慣性：驅(qū)動盤/輪轂、風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)。根據(jù)轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)剛度，可能需要超過一個(gè)慣性來表示一個(gè)轉(zhuǎn)子(輪轂/驅(qū)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?zāi)M為一個(gè)單獨(dú)的慣性，通常三分之二的驅(qū)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(zhuǎn)子芯，轉(zhuǎn)子芯可以建模為幾個(gè)單獨(dú)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(jī)、交流發(fā)電機(jī)和聯(lián)軸器的質(zhì)量彈性數(shù)據(jù)應(yīng)在啟動tva之前從每個(gè)部件制造商處獲得。此外，所有相關(guān)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(zhì)量彈性數(shù)據(jù)。
圖2 tva彈性數(shù)據(jù)
發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)要求
●發(fā)動機(jī)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(diǎn)火順序。
●通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)：
所有發(fā)動機(jī)氣缸點(diǎn)火訂單的曲軸前端的扭轉(zhuǎn)速度應(yīng)低于發(fā)動機(jī)制造商推薦的最大極限。
●相關(guān)參數(shù)：
○曲軸前端處的扭轉(zhuǎn)位移。
○曲軸的振動應(yīng)力。
○曲軸前后端螺栓接頭設(shè)計(jì)相對于扭矩容量的邊緣。
○曲軸阻尼器的熱負(fù)荷。
交流發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)要求
●交流發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)：
具有轉(zhuǎn)子軸幾何形狀和轉(zhuǎn)子慣性的質(zhì)量彈性數(shù)據(jù)（風(fēng)扇、轉(zhuǎn)子和勵磁機(jī)分別離散化）。
●通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)：
轉(zhuǎn)子軸中的最大振動應(yīng)力應(yīng)低于交流發(fā)電機(jī)制造商推薦的最大限值。
●相關(guān)參數(shù)：
○驅(qū)動盤到飛輪和驅(qū)動盤到轉(zhuǎn)子軸螺栓接頭設(shè)計(jì)與扭矩容量相關(guān)的邊緣。
○輪轂、轉(zhuǎn)子和勵磁器適合軸設(shè)計(jì)邊緣的扭矩容量。
○轉(zhuǎn)子軸上關(guān)鍵位置的振動應(yīng)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(jī)組)：
質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)：
○在發(fā)動機(jī)正常和失火的情況下，聯(lián)軸器處的振動扭矩。
○在發(fā)動機(jī)正常和失火的情況下，聯(lián)軸器中的熱負(fù)荷。
tva計(jì)算和結(jié)果分析
手工計(jì)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(jié)果。根據(jù)發(fā)動機(jī)的配置及其點(diǎn)火順序，循環(huán)到循環(huán)的變化對不同的氣缸點(diǎn)火順序的影響也不同。所有對扭轉(zhuǎn)振動的計(jì)算都需要通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。扭轉(zhuǎn)振動計(jì)算的典型結(jié)果為：
●角位移。
●角度加速度。
○軸段上的振動扭矩和應(yīng)力。
○所有振動的扭轉(zhuǎn)模式(固有頻率和強(qiáng)制頻率)。
●減尼器中的熱負(fù)荷。
tva專家在整個(gè)分析過程中使用設(shè)計(jì)邊際和批準(zhǔn)的驗(yàn)收合格/失敗標(biāo)準(zhǔn)，以確保系統(tǒng)的兼容性。分析扭轉(zhuǎn)的第一步振動分析是計(jì)算系統(tǒng)的扭本頻率和模態(tài)形狀。
手工計(jì)算實(shí)例-柔性聯(lián)軸器的剛度
柔性耦合計(jì)算的剛度通常是在tva開始時(shí)進(jìn)行的第一次計(jì)算。通過算例計(jì)算，探討了影響柔性聯(lián)軸器扭轉(zhuǎn)剛度的關(guān)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(jī)可產(chǎn)生242個(gè)kwm(325馬力)，轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/分。
啟動速度：200rpm，低怠速：700rpm，高怠速：2100rpm。
發(fā)動機(jī)慣性為2.63kg-m2.
雙軸驅(qū)動慣性為0.1kg-m2.
聯(lián)軸器驅(qū)動慣性為0.5kg-m2.
交流發(fā)電機(jī)的慣性為1.75kg-m2.

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