柴油发电机减震器的选型及安装要求

摘要：针对柴油发电机组悬置隔振特性进行了分析，同时指出了传统隔振理论用于柴油发电机组有一定的缺陷，由于柴油发电机组悬置支撑的弹性作用等因素使振动传递率曲线在高频段上扬，隔振效果变差。康明斯公司在本文中就柴油发电机组的减震器选型原则、安装布置进行了分析。

一、柴发悬置隔振特性分析

      柴油发电机组一般结构是柴油机与发电机由联轴节连接，悬置并通过减震器安装在公共底座上，整个发电机组固定在混凝土机座上。下面针对柴油发电机组悬置隔振特性及减震器选型进行分析探讨。

      柴油发电机组悬置隔振性能的优劣直接关系到发电机组振动向混凝土基础的传递。按照传统的隔振理论，在对发电机组悬置系统建模时，认为悬置元件是连接于刚性无限大的基础之上的，被支承发电机组是绝对刚体，悬置隔振元件（弹簧悬置或橡胶悬置）由没有任何质量的理想弹簧和理论阻尼器组成，基础是绝对刚体且质量为无限大。从上述假定出发，对于简单隔振系统，只要激振频率比系统固有频率大/2倍，就有隔振效果，且激振频率越高，隔振效果越好，但实测传递率曲线并非如此。当激振频率处于低频段时，传递率曲线呈下降趋势，当激振频率处于高频段时，传递率曲线出现上扬，隔振效果变差。其主要原因有：

① 柴油机支承多为薄壁件与车身连接，即基础不是绝对刚体，而是有一定弹性的，质量也不是无限大；

② 发电机组本身并不是绝对刚体，有盘片或者高弹性联轴器等接合面，还有水箱、控制箱等其它附件，在高频下显得刚性不足，在声频范围内有许多共振波峰；

③ 悬置元件本身是具有一定质量的弹性体，在高频下产生驻波效应。

      以上三个方面的综合效果使得高频段的传递率曲线上扬。

二、柴发减震类型和常用形式

1、减振法的分类

      减振法有三类：

（1）减小扰动：

      减小或消除振动源的激励。如采用各种平衡法来改善柴油机的平衡性能，必要时甚至更换机型；提高动、静平衡要求；对于具有较大辐射表面的薄壁结构，敷上必要涂料增加阻尼，以减弱声振动的激励。

（2）防止共振：

      防止或减小振动的响应。如改变振动系统的固有频率（如采用局部加强结构，装设减振器等）；改变振动系统的扰动频率；防止主机的扰动特性和地坪振型特性之间的不良配合；装设辅助性的质量弹簧系统；增加阻尼以增加能量逸散，降低共振振幅。

（3）采取隔振措施：

      减小或隔离振动的传递。按照传递方向的不同，可分为两类隔振形式。

① 积极隔振：

     减小由物体扰动而引起的振动，目的在于隔离振源。如动力源、动力机器、回转机械的隔振。

② 消极隔振：

      减小由于机座运动而引起的振动，目的在于隔离响应。如电子仪表、贵重设备、精密仪器、易损器具的隔振。

      这两类隔振的概念虽然不同，但是实施的方法却都一样，即通过在物体和机座之间装设减震器作为弹性支承来实现的。

2、衰减指标

      评价隔振效果的相关衰减指标如下。

（1）隔振效率

      隔振效率（又称减振度）用于积极隔振系统中，它代表当采取隔振措施后，传到机座上的传递力（力矩）较诸外界的扰动力（力矩）减小的程度，用百分数表示：

Ⅰ=F₀-F_T0/_F0=M₀-M_T0=（1-T_A）×100%

      式中：F₀为扰动力的幅值，kg；F_T0为通过减震器传给基座的传递力，kg；M₀为扰动力矩的幅值，（kg·cm）；M_T0为通过减震器传给基座的力矩，（kg·cm）；T_A为绝对传递系数。

（2）幅值倍数

      幅值倍数（又称衰减率）用于消极隔振系统中，它代表当采取隔振措施后，物体振幅较之基座变位扰动的幅值降低的倍数，用绝对传递系数T_A的倒数表示：

R=U₀/X₀=1/T_A

      式中：U₀为基座变位的幅值，cm；X₀为通过减震器传给设备的幅值，cm。

（3）隔声系统

      隔声系统（衰减量），它代表采用隔振措施后振动级降低的程度，用以评定结构噪声的减弱情况，用分贝表示：

      式中：ω为扰动力的角频率，（rad·s^-1）；ω_n为系统的固有频率，（rad·s^-1）；C/C_n为阻尼比；W为物体总重量，N。

3、柴发的常用隔振形式

      柴油发电机组一般采用整体积极隔振的形式，这种隔振形式也有两类：一是柴油机、发电机刚性（通过橡胶隔振块）安装在一刚性很强的公共底座上，使整套发电机组形成一个刚体，然后再将此刚体安装在弹性支承上进行隔振。二是柴油机、发电机各自通过弹性支承（减震器）安装在刚性的公共底座上形成整体，再与混凝土基座刚性联接。

      柴油机与发电机之间通过盘片联轴节或者高弹性联轴器安装在一起。这种整体隔振装置主要有以下优点：

（1）加设公共底座，整个发电机组连成一个整体，刚性、质量大为增加，不但可以提高隔振效率，而且减少了发电机组本身的振动；

（2）由于整个发电机组刚性地连接在一起，没有相对移动，因此弹性支承的载荷是均匀的；

（3）公共底座的刚性很大，能避免机座变形对发电机组运转的影响。

二、减震器的选型及布置要求

1、选用减震器的原则

      根据评价隔振效果的衰减指标，选用减震器的原则有如下二点。

（1）适当地选定频率比∱/∱_n值，以得到较佳隔振效果。弹性支承的固有频率的选择必须满足∱/∱_n≧√2的条件。频率比不断增加，则T_A越小，隔振效果也越好；但是频率比也不宜过大，因过大，减震器须很柔软，静挠度大，体积大，装置的稳定性差，容易摇晃。故一般选∱/∱_n值在2.5～4.5之间隔振效率约为80%~95%。

（2）载荷必须在减震器的额定负载范围内，一般允差为5%～10%；在必须用低频的场合，可组合使用，也能达到目的。

2、柴发减震器的选用方法

      在隔振系统中，控制振动的三个基本要素是减震器的刚度、被隔离物体的质量和减震器的阻尼。减震器的刚度越小，隔振效果越好；被隔离物体的质量越大，惯性矩越大，振动越小，通过增大隔振底座的面积来增大物体的惯性矩，可以减少物体的摇晃；在共振区减小共振峰，控制共振振幅，可以减弱高频区物体的振动。

柴油发电机组减震器安装图

总结：

      柴油发电机组悬置支承的弹性作用是使振动传递率曲线上扬的主要原因，导致高频隔振效果变差。选择合适的减震器并合理布置安装，能有效地改善发电机组的稳定性能，延展发电机组使用寿命。