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新聞主題 |
柴油發(fā)電機組減震墊的作用和隔振措施 |
摘要：柴油發(fā)電機組在運行時存在離心慣性力、往復慣性力、連桿慣性力等導致的振動，為減少柴油機振動及外界振動沖擊的影響，柴油機需通過減震墊與機組底盤連接，減震墊為彈性體。在受到外界強烈的沖擊、振動時，普通減震墊容易因應力超過彈性力的極限而斷裂損壞。由于柴油發(fā)電機組在運行過程中會帶來振動，不僅對操作者的健康造成影響，也會對發(fā)動機本身的壽命產(chǎn)生不利影響。因此，如何減少柴油發(fā)電機組的振動已成為發(fā)電機廠家研究的熱點。因為不但提升減震系統(tǒng)技術的發(fā)展，可以有效地改善柴油發(fā)電機組的噪音和振動問題。
一、柴發(fā)噪音和振動的來源及影響
本文分析的模型所對應的柴油機型號為6BTA5.9-G2，對已有機體實體模型進行簡化，忽略螺釘孔、油孔、倒圓角、凸臺等細小結構，并對氣缸體內部的氣道、流道等內部結構進行適當簡化，得到整機網(wǎng)格模型（如圖1所示）。本文由T=0時刻開始結構振動求解，基于時域有限元方法進行激勵力施加，分析結果表明，機體結構振動在第1周期60°曲柄轉角后振動趨于穩(wěn)定，本文計算柴油機2個周期的工作過程，提取穩(wěn)定的第2個周期振動響應曲線進行分析。這里分別選取4個參考點的振動響應結果來分析，參考點位置可見圖2，分別位于第2個氣缸套、氣缸架、機架、機座上，基本為一條垂線。
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圖1 柴油機動力學分析模型的建立 |
圖2 柴油機振動部位參考點 |
1、 噪音來源
柴油發(fā)電機組產(chǎn)生的噪音主要由以下幾個方面造成：
（1）氣門的打開和關閉，活塞的運動和機油的循環(huán)等機械噪音；
（2）燃油的噴射和點火，壓縮和燃燒等過程中產(chǎn)生的聲波噪音；
（3）柴油發(fā)電機組通風系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)所帶來的風噪音。
2、 振動來源
柴油發(fā)電機組產(chǎn)生的振動主要由以下幾個方面造成：
（1）柴油機內部各部件的相互作用所產(chǎn)生的振動；
（2）柴油機在工作時的噪聲和壓力影響所產(chǎn)生的振動；
（3）柴油發(fā)電機組的機械結構因缺乏良好的設計和制作，而引起的振動；
（4）柴油發(fā)電機組的不平衡所引起的振動。
3、振動的危害
柴油發(fā)電機組的噪音和振動除了會影響操作者的健康和安全外，還會引起柴油發(fā)電機組本身的故障和損壞。常見的影響包括：
（1）因沖擊和振動而損壞發(fā)動機的零部件；
（2）因振動而引起的系統(tǒng)的失配；
（3）由于噪聲和振動造成的結構的疲勞和損壞。
對應于圖2，柴油機機體主體結構振動加速度響應如圖3、圖4、圖5、圖6所示。由此可見，由于整機主要受到氣缸壓力、敲擊力的作用，各曲線中均有明顯的14 Hz，28 Hz，42 Hz線譜，由公式f=n*z/60, （n為轉速，n=142；z為氣缸數(shù)，z=6）可知，這是由氣缸壓力引起的。對于機體結構可明顯看出，隨著參考點下移，結構振動響應變的復雜，振動加速度幅值變小，除了氣缸壓力線譜外，較多的結構振動固有特性參與到曲線中。氣缸壓力線譜仍較明顯，由于機座的剛度較弱，機座位置的振動響應最復雜。在350 Hz以內，響應曲線中包含了較多共振峰，這是基座的振動固有頻率和激勵力頻率共同作用引起的。
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圖3 柴油機機體參考點1加速度響應曲線 |
圖4 柴油機機體參考點2加速度響應曲線 |
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圖5 柴油機機體參考點3加速度響應曲線 |
圖6 柴油機機體參考點4加速度響應曲線 |
二、減震系統(tǒng)技術的研究發(fā)展歷程
減震系統(tǒng)技術是指通過設計和安裝減震裝置，使柴油發(fā)電機組在運行過程中產(chǎn)生的振動能夠得到減緩和消除，從而使機體的噪音得到降低。減震系統(tǒng)技術的研究歷程可分為三個階段：
1、傳統(tǒng)減震技術
傳統(tǒng)減震技術主要是利用橡膠材料和彈簧等元器件進行隔振和減震，技術成熟、易于實現(xiàn)。但是，傳統(tǒng)減震技術的隔振效果相對比較差，影響不大，同時橡膠材料會因為長時間的工作而產(chǎn)生老化現(xiàn)象，降低了使用壽命。
2、電磁減震技術
電磁減震技術是利用電磁力對振動進行抑制的減震技術，該技術利用電感線圈和永磁體來產(chǎn)生電磁力，減小柴油發(fā)電機組的振動。該技術的減震效果比傳統(tǒng)減震技術更好，但是該技術利用到的永磁體較貴，增加了成本的同時，又因為永磁體的長時間使用而產(chǎn)生磁老化，降低了使用壽命。外置型減震器如圖7所示，內置型減震器如圖8所示，
3、智能減震技術
智能減震技術是最新的減震技術之一,該技術利用了柴油發(fā)電機組的振動信號，利用數(shù)學建模和智能化控制技術對振動進行分析和預測，在適當?shù)臅r候施加相反方向的阻尼，從而減小柴油發(fā)電機組的振動。智能減震技術有著更高的減振效果，既不依賴于永磁體，也不會因為橡膠材料的老化而降低使用壽命。
智能減震技術在柴油發(fā)電機組上的應用需要通過各種傳感器、數(shù)據(jù)接口等裝置，對發(fā)動機的振動數(shù)據(jù)進行分析和收集。通過內置的智能控制程序來計算阻尼的大小和時間，從而精確地調整減震裝置進行智能化控制。智能減震技術與傳統(tǒng)減震技術相比，具有如下優(yōu)點：
（1）更高的減震效果：因為智能減震技術可以對發(fā)動機振動進行精確的測量和分析，并對阻尼進行定向控制，從而達到更好的減震效果。
（2）更穩(wěn)定的工作：智能減震技術利用的是內置程序來控制，因為沒有使用永磁體和受老化影響的橡膠材料，故該技術在工作時更加穩(wěn)定。
（3）更低的維護成本：智能減震技術未使用永磁體，且采用耐用的材料制作，可以降低維護成本。
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圖7 電磁減震器（外置） |
圖8 電磁減震器（內置） |
三、傳統(tǒng)減震墊的應用
1、普通減震墊安裝要求
柴油發(fā)電機組彈簧型避振器（如圖9所示）須裝于底板下，使整個裝置坐落在混凝土樓板上而不致將振動傳至鄰近的設備或建筑物任何部分上。
（1）在安裝新的柴油發(fā)電機組時，我們建議用戶使用減震墊。用戶可根據(jù)發(fā)電機組底座上的安裝孔，將發(fā)電機組通過減震墊用膨脹螺栓緊固在混凝土上；這樣就可以有效地減少發(fā)電機組運行時對建筑物產(chǎn)生的震動及沖擊，所以在無特殊求時，不建議再在基礎上作另外的減震處理措施。
（2）除發(fā)電機組與基礎通過減震墊安裝外，發(fā)電機組其他部件與外部的連接亦應通過柔性連接。比如，排煙管使用波紋減震管連接；排氣道、燃油進油管、回油管、配電電纜等亦要通過柔性連接，這樣才能最大限度地減少因發(fā)電機組運行而對周圍物體產(chǎn)生的震動。
（3）設備內部的零部件之間也需要防震，最簡單的措施就是潤滑保養(yǎng)，消除零部件之間的摩擦，對于設備本身的震動大家亦要找出故障進行及時的檢修，這有這樣才能有效降低磨損，柴油發(fā)電機組的安全性和使用壽命也當然能得到保障。
2、康明斯發(fā)電機組專用減震墊
柴油發(fā)電機在工作時常常會伴隨劇烈振動，所以需要在柴油發(fā)電機下安裝減震墊裝置。但是，目前市場上大多數(shù)的發(fā)電機減震墊功能性都比較單一，現(xiàn)有柴油發(fā)電機中所用的減震墊大多采用彈簧結構，雖然吸震彈簧可以吸收震動的能量，但彈簧自身還會有往復運動，而且長久使用，彈簧彈性逐漸喪失，并且傳統(tǒng)的發(fā)電機減震墊也都是采用單一的彈簧，減震效果也不是很好。
為此，我們提出一種發(fā)電機減震墊，結構如圖10所示。通過安裝的伸縮連接桿和電磁線圈，電磁線圈在上套筒與下套筒內為受壓收縮狀態(tài)，發(fā)電機進行工作時，如發(fā)生震蕩，作用力由伸縮連接桿頂端傳遞至該減震墊，受壓部分的上套筒、下套筒和伸縮連接桿收縮，電磁線圈作用將減震墊所受壓力進行緩沖，受拉部分的上套筒、下套筒和伸縮連接桿伸展，電磁線圈將由受壓狀態(tài)解除，電磁線圈將產(chǎn)生一定的沖力，進而達到對發(fā)電機的減震，由于伸縮連接桿和與之同軸線套筒結構，更加有效保證電磁線圈的垂直運動，提高了該減震墊穩(wěn)定性，從而使之更加安全可靠，通過安裝的壓力傳感器，當伸縮連接桿受到壓力時，會通過二號底盤作用在壓力傳感器上，壓力傳感器檢測發(fā)電機振動時產(chǎn)生的瞬時壓力，電磁線圈中的電流強度直接由控制器控制，控制器根據(jù)壓力傳感器檢測到壓力，同時控制電磁線圈電流大小，實時快速改變彈力方向、大小，從而實現(xiàn)減震效果，避免出現(xiàn)電磁線圈變形的情況，保證了長久的使用，通過安裝的減震彈簧，當上套筒受到壓力向下移動時，也會作用在減震彈簧上，從而能夠更加提高減震墊的減震性能，結構簡單，功能性強，適合大批量生產(chǎn)使用，可以有效解決背景技術中的問題。
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圖9 普通柴油發(fā)電機組避震裝置結構圖 |
圖10 康明斯專用減震墊結構示意圖 |
四、柴發(fā)隔振措施
在使用柴油發(fā)電機組時，為了保證發(fā)電機組能夠正常工作，我們需要注意到隔振措施。對于柴油發(fā)電機組來說，隔振措施主要分為四個方面：地基、支架、減震墊和隔振器。柴油發(fā)電機組外形如圖11所示。
1、地基
地基是發(fā)電機組避震的基礎，是發(fā)電機組的承重體，結構如圖12所示。若基礎臺板的二次灌漿質量如存在問題，將造成發(fā)電機機座的支承剛度不足，引起機座振動失穩(wěn)，尤其是發(fā)電機帶負荷后會引發(fā)機座的電磁共振現(xiàn)象，噪聲大、振動大。對于軸承座與機座連體結構的發(fā)電機來說，軸承支承剛度將同步下降，致使軸系振動失穩(wěn)偏大，影響發(fā)電機組安全運行。因此，我們在安裝柴油發(fā)電機組時，需要選擇合適的地基，并按照設計要求進行基礎施工。
（1）基礎墊片布置
在發(fā)電機初找正階段，基礎臺板連接在定子機座底腳下，為了最終找正階段留有調節(jié)余地，一般都在臺板與機座底腳間預配墊片組。此階段該墊片組沿軸向厚度是一致的。最終找正階段按發(fā)電機安裝圖紙要求，該墊片組是階梯型布置的）。如果初找正階段就按階梯型布置墊片，在配置臺板下斜鐵時易造成臺板變形、
（2）墊鐵布置
臺板下墊鐵布置一定要嚴格按照產(chǎn)品圖紙要求去配置，不得隨意刪減。尤其是大底板下的斜鐵布置（如勵磁機臺板、座式軸承座臺板等），因中心區(qū)域配置難度大，需花費大量時間去做該工作，但一定要規(guī)范到位，點要足夠，斜鐵配合面接觸要面廣點多，保障接觸剛度良好。臺板下斜鐵配置不良，將引發(fā)發(fā)電機組振動的顯著偏大和不穩(wěn)定，嚴重時不得不重新鑿開二次灌漿層返工、
（3）灌漿材料選取
灌漿材料需選用收縮性小、抗壓強度大的漿料。國內發(fā)電機組灌漿材料的選擇已有成熟經(jīng)驗，海外發(fā)電機組的灌漿材料若選擇新牌號或當?shù)夭牧?，需要事先確認其性能指標，使用業(yè)績等。另外，灌漿工藝的控制需嚴格、灌漿層的保養(yǎng)要規(guī)范，并確保養(yǎng)護期天數(shù)充分。
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圖11 柴油發(fā)電機組外形結構圖 |
圖12 柴油發(fā)電機組混凝土基礎結構圖 |
2、支架
支架是連接發(fā)電機組和地基的重要組成部分，其作用是支撐發(fā)電機組并傳遞振動能量。普通固定支架通常由水泥和鋼板等材料組成；可調節(jié)支架由鋼板組成，如圖13所示，具有良好的承載能力和耐腐蝕能力。與地基相同，支架的設計應該符合實際要求，能夠承載發(fā)電機組的重量和振動力。同時，在支架設計中，需要考慮到材料的優(yōu)劣、連接方式、安裝方式等因素。
3、減震墊
減震墊是一種裝置，通過其高度、硬度等特性進行減震作用，其結構如圖14所示。在柴油發(fā)電機組中，一般使用硬質的橡膠減震墊或吊籃式減震墊，它們能夠有效減少振動和噪音的產(chǎn)生。其中，橡膠減震墊根據(jù)其硬度不同，可以分為多種類型。一般情況下，我們選擇軟硬適宜、耐磨耐用的材料，確?？梢詫崿F(xiàn)更好的減振效果。同時，在受力方向上，減震墊應該是平衡的，以達到消除振動的作用。
4、隔振器
隔振器是一種安裝在發(fā)電機組與基礎之間的裝置，隔振器由若干支桿、鎖緊螺母、承重墊和彈簧墊等組成。一般情況下，選擇性能穩(wěn)定、裝置簡單、操作方便的隔振器，會有助于有效減少發(fā)電機組的振動和噪音。
總結起來，對于柴油發(fā)電機組的隔振措施，我們需要關注發(fā)電機組的地基、支架、減震墊和隔振器等幾個方面。通過合理的設計和選擇，可以有效減少振動和噪音的產(chǎn)生，保證發(fā)電機組安全、穩(wěn)定地工作。當然，在使用期間，我們還需要注意定期檢查和維護，確保避震設備能夠持續(xù)有效地運作。
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圖13 柴油發(fā)電機組可調節(jié)減震支架 |
圖14 柴油發(fā)電機組隔振器結構圖 |
總結
隨著工業(yè)和交通業(yè)的飛速發(fā)展，柴油發(fā)電機組已經(jīng)成為現(xiàn)代化社會重要的動力設備。因其具備經(jīng)濟性好、功率大、耐久性強等優(yōu)點而受到廣泛應用。康明斯建議安裝一種柴油發(fā)電機組減震抗震裝置，降低減少柴油機振動以及外界振動沖擊的影響，避免機組在沖擊振動時減震墊變形量過大導致減震墊的橡膠層破損。通過以上內容的介紹，我們可以了解到減震系統(tǒng)技術在柴油發(fā)電機組上的研究歷程和應用情況。在未來的發(fā)展中，隨著人們生活水平的提高，對柴油發(fā)電機組噪音和振動的要求也日益提高，因此智能減震技術將會更好的取代傳統(tǒng)的減震技術，成為柴油發(fā)電機組減震系統(tǒng)技術的發(fā)展方向。
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