一起了解柴油发电机台架试验时振动烈度大的原因

作者：柴油发电机厂家来源：发表时间：2020-09-07【大中小】浏览次数：

某柴油机在台架试验时发现振动烈度偏大。测试结果柴油机振动烈度为 16. 97mm / s,按照国标 GB /T12779 - 91往复式机器整机振动测量与评级方法 ,为 C级水平 ;从测量结果还可以看出 ,柴油机各测点的横向振动速度相比其他方向均比较大 ,分析认为是安装支座横向刚度不够造成的。为此利用 AN　安装支座有限元模型的建立SYS有限元分析软件对支座的振动模态进行了分析,支座的材料为 Q235A,弹性模量为 200GPa、密度发现安装支座固有频率较低 ,而且安装支座前三阶模3为 7800kg/m 、泊松比为 0. 3。对支座的模型建立进行振型均对应横向振动 ,说明支座的横向刚度低。适当简化 ,圆角及导角不予考虑。在此基础上建立有为了检验有限元的计算结果 ,对安装支座的速度导纳限元模型 ,采用 8节点六面体的 solid45单元对实体模进行了测量 ,证实了有限元计算结果具有较高可信度。

控制 SmartSizing水平为 10级 ,为了减少费用、提高效率 ,在该有限元模型的基础上, 划分完毕后的节点数为 19493、单元数为 59086。支座进行了灵敏度分析和优化改进。对支座的模态分析采用 Subspace法。选取支座底部固定螺栓安装处的节点进行全约束。前四阶振型图中可以看出 ,柴油机安装支座前三阶模态均对应于横向振动 ,说明柴油机安装基础的横向刚度偏弱，尤其是支座的中间连接板较软，刚度不够。而且其固有频率较低，第一阶和第二阶固有频率均靠近200Hz。同时 ,柴油机对安装支座的激励力主要集中在低频 ,对本文所分析柴油机安装支座振动信号进行频谱分析的结果表明 , 激励力主要是低于 200Hz的低频激励。这说明 ,安装支座的固有频率接近于柴油机工作频率的倍频 ,可能引发共振。为了检验有限元的计算精度，对安装支座的速度度导纳测量结果及分析测量原理是采用重锤对选取的支座特征点施加脉冲激励，用传感器记录相应的动态响应，然后通过CRAS系统得到该点的速度导纳。

速度导纳图上的前两个峰值分别为 160Hz和 200Hz,而有限元分析得到的前两阶模态频率根据振动理论，当激励频率处于安装支座的“刚度区”，即激励频率远小于安装支座的固有频率时，支座的振动幅值接近于同样幅值的静力作用于支座时造成的静态位移值 (静力与刚度的比值 )。而激励频率处于安装支座的“阻尼区”，即接近于共振点时 ,则振动幅值较大。有限元分析结果表明，安装支座前几阶固有频率较低，使一些激励接近于共振频率，造成振动幅值大。另外，固有频率低说明刚度值小，而刚度值小使得静态位移值大 ,在“刚度区”和“阻尼区”同样会使振动幅值增大。因此，增加安装支座的横向刚度会使安装支座的横向振动速度降低，从而降低柴油机横向刚体运动，进而降低柴油机台架试验时的振动烈度。

柴油发电机支座灵敏度分析，灵敏度是一个广泛的概念 ,对结构振动系统而言 , 动态特性灵敏度是结构系统的总体动态特性。固有频率对设计参数的灵敏度可由结构的自由振动方程对设计参数求偏导得到。基于前述有限元模型 ,考虑到支座前三阶模态均对应于横向振动 ,支座的中间连接板较软 ,故将连接板的厚度、连接板的宽度及连接板相对支座底面的高度作为设计参数 ,对其进行灵敏度分析。是支座前四阶固有频率对设计参数的灵敏度曲线。计算结果表明 ,连接板厚度从 15mm 增加到25mm时 ,支座前四阶固有频率增加较快 ,厚度超过 25mm后 ,支座前四阶固有频率增加相对缓慢 ;连接板的宽度和连接板相对支座底面的高度的变化对提高支座动态特性相对较弱。根据上述的灵敏度曲线的分析结果 ,适当增加连接板厚度 ,可使支座的固有频率有较大幅度的提高 ,刚度增大 , 可有效降低振动烈度。将连接板厚度从 15mm增加到 25mm后 ,计算支座的固有频率 ,并与增加前的频率值对比。

1)速度导纳的测量结果表明 ,本文采用有限元方法分析柴油机安装支座振动模态具有较高的可信度。

2)安装支座的横向刚度低 ,导致支座横向振动速度大。而机器刚性安装在基础上 ,机器跟随支座的刚体运动速度大 ,是柴油发电机台架试验时振动烈度大的重要原因。

3)灵敏度分析和有限元分析表明 ,增加连接板厚度能显著改善支座的横向刚度 ,减少支座振动对柴油机振动烈度的影响。

4)在灵敏度分析的基础上可对支座进行结构改进和优化 ,从而改善支座的动态特性。

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