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船用柴油发电机组的冲击损伤研究

2019-11-28
来源: 礼德动力
  柴油发电机组是现代船舶最重要的电力设备之一, 担负着给船上各类设备供电的任务,其抗冲击性能对整个船舶生命力至关重要。柴油发电机组通常由柴油机、发电机、隔振装置、隔声罩等设备组成,具有体积大,重量重、附属设备多等特点,见图1。即使是中小型船舶,其采用的柴油机发电机组重量通常也都在3t以上,而目前国内载荷最大的中型冲击试验机的试验载荷也只能达到2.7t。因此,目前陆上中小型冲击试验台架不论是试验载荷、还是冲击能量都很难以满足机组的冲击试验要求。
  
  实船抗冲击试验可提供贴近实战的船舶冲击环境,是研究船用柴油发电机组冲击损伤模式,检验其抗冲击性能的有效手段。通过抗冲击试验,可形象直观地勘查柴油发电机组冲击损伤情况,并可通过测试,获取柴油发电机组的冲击加速度、位移和应力响应数据,检验和考核船用柴油发电机组的抗冲击性能。
  
  1 柴油发电机组的抗冲击防护措施
     
    某型船用柴油发电机组式。近年来,随着隔振抗冲击技术的不断发展,新型船舶的柴油发电机组陆续采用了单层隔振装置、双层隔振装置等弹性安装方式,这些隔振装置通常包括橡胶隔振器、中间筏架、挠性接管等元件。近年来,一些频率更低的新型气囊隔振器也在柴油发电机组的隔振中得到应用。
船用柴油发电机组的冲击损伤研究
   传统的船用柴油发电机组都采用刚性安装方图1 
  这些隔振装置都具有较好的隔振效果,同时对发电机组又有一定的抗冲击防护功能。但这些隔振装置的设计主要是为了隔离柴油机的振动噪声,并非专门为抗冲击防护设计的。因此有时装置的抗冲击设计和隔振设计存在矛盾,例如,隔振器的固有频率越低,隔振效果会越好,但也会形成较大冲击位移,造成冲击损坏。因此在设计时必须注意隔振和抗冲击设计的均衡。
  
  2 柴油发电机组的冲击损伤柴油发电机组采用的弹性安装方式主要包括单层和双层隔振装置,隔振元件主要为橡胶隔振器,近年来气囊隔振器也有一定应用。根据实船抗冲击试验的现场勘测和测量分析,弹性安装的柴油发电机组的冲击损坏情况主要有:
     1)柴油机换热器弹性支承件断裂。试验中,由于弹性安装的柴油机冲击加速度响应过大,超过了橡胶支承件的允许范围,造成了冲击损坏,见图2
船用柴油发电机组的冲击损伤研究
 
       2)柴油机弹性连接管路扯断。由于冲击位移过大,超过管路连接位移补偿量,柴油机进排水连接管路被扯断,造成连接管路漏水损坏。
  
  3)发电机三相出线电缆与接线盒错位,电缆密封封泥破坏。发电机冲击加速度和位移响应过大,超过发电机自身抗冲击指标,造成冲击损坏。
  
  4)柴油发电机组橡胶隔振器损坏。柴油机下面安装的橡胶隔振器由于冲击位移响应超过自身最大位移容许值,造成隔振器撕裂破坏。
  
  可以看出,柴油发电机组主要损伤为一些弹性连接件冲击位移响应过大造成的冲击损伤。可见,柴油发电机组采用隔振装置后,虽然能较好地控制机组的振动噪声,但容易造成冲击位移损伤,因此,在柴油发电机组的隔振设计中需重视抗冲击防护工作。
  
  3 结论与建议
         船用柴油发电机组在抗冲击试验中,其冲击破坏情况主要表现在:
        1)由于冲击加速度和冲击应力过大造成的机械性损伤,如机脚破裂、刚性管路断裂、附属设备损坏等。
  
  2)由于冲击位移过大造成的冲击损伤,如换热器弹性支承件断裂、橡胶隔振器拉断、连接管路撕裂等。
  
  根据柴油发电机组的冲击损伤情况,对机组抗冲击防护设计提出以下设计建议:
       1)尽量采用弹性安装方式,弹性安装的柴油发电机组的抗冲击性能远超过刚性安装的柴油机,在尺寸、重量允许的情况下尽量选取双层隔振装置。
  
  2)弹性安装的隔振装置设计时不仅要考虑隔振效果,还必须考虑抗冲击防护设计的需要,尽量采用具有较大位移补偿量的弹性元件,以防止冲击位移过大造成损坏。
  
  3)柴油发电机组的换热器、增压器、海水泵、滑油泵等附件为其抗冲击薄弱环节,在柴油发电机组的设计和制造中应予以加强。
  
  本文根据实船抗冲击试验的实测数据,对柴油发电机组的冲击损伤情况进行了分析,提出了船用柴油发电机组抗冲击防护设计建议,供柴油机及相关动力装置设计部门参考。