脉冲柴油发电机组轴系动态特性分析

李天水，曾凡明，蔡耀全

(海军工程大学船舶与动力学院，湖北武汉430033)

0 引言

消磁用柴油发电机组其负载是一递减的脉冲扭矩，如图1所示。突加突减的负载要求在设计时必须重点关注机组的动态调速率过高［1］，轴系扭振剧烈等问题［2］。因此在设计时，一般会给机组配置一个大惯量储能飞轮和高弹性联轴器，在抑制机组动态调速率的同时改善机组的扭振特性。本文在对发电机组理论模型分析的基础上，建立机组的虚拟样机模型，通过仿真结果与理论分析结果的比较，验证理论模型和虚拟样机模型的正确性，并得到一些有用的结论，为发电机组进一步优化设计打下了良好的基础。

图1 发电机组脉冲负载Fig.1 Pulse load of generator set

1 发电机组结构组成

发电机组结构组成如图2所示，主要包括柴油机、高弹性联轴器、离合器、大惯量飞轮以及发电机。

图2 发电机组结构组成Fig.2 Construction of generators set

2 理论模型分析

造成脉冲柴油发电机组脉动扭矩的主要原因是柴油机气缸内爆发压力所产生的激振力矩是脉冲式周期变化的;柴油机曲柄连杆机构的质量及惯性所产生的激振力矩是周期变化的;电机的输出扭矩是脉动变化的。其中柴油机的实际输出扭矩是由其输出扭矩的平均值和一系列不同振幅、不同频率和不同初相位的简谐力矩叠加而成［3］。

2.1 理论模型

为方便讨论，将机组简化为双质量模型，将弹性联轴器分成主动和从动2部分，其简化模型如图3所示。

图3 联轴器简化模型Fig.3 Simplified model of elastic coupling

根据达朗伯原理，双质量系统两端质量当量的振动微分方程为: