康明斯柴油发电机抗冲击电流的计算方法和考核指标

摘要：抗电流冲击要求是现代柴油发电机组的重要考核指标之一，目前国内仍以仿真分析作为柴油发电机组抗冲击研究的主要手段。文章运用ANSYS软件，针对16缸V型柴油机与某发电机构成的机组主要部件在刚性安装情况下进行垂向抗冲击计算。结果显示：整个模型中发电机定子安全系数最低，主因是其只有定子没有转子，导致质量较小，所受冲击较大，在此可不考虑其安全系数大小；对发电机组其余部分来说在该冲击输入下满足使用要求，应力最大位置发生在连杆上，且连杆的安全系数较低。

釆用数值方法对康明斯及其设备进行抗冲击研究可作为冲击试验的补充，甚至可作为冲击试验的部分替代，在康明斯设备的设计阶段和后续优化改进阶段提供必要的指导，柴油发电机组是现代企业厂家最重要的供电设备之一，广泛应用于康明斯的动力设备中。柴油发电机组是康明斯的电力系统之源，在康明斯设备中占有重要地位，在冲击安全级别中属A级设备，因此，如何提高舰用柴油发电机组的抗冲击能力，对提高康明斯输出功率具有重大意义。因此，本文针对某型柴油发电机组进行抗冲击计算校核。

1、柴油发电机抗冲击电流的计算方法

设备的抗冲击设计经历了静态等效法、动力设计分析方法（又称作弹性冲击法）和实时模拟法3个阶段。等效静态方法（又称冲击设计因子方法）是将动载荷等价为一定数量的静载荷，用静态的方法进行强度校核，通常用15倍的静载作为校核载荷。该方法没有考虑设备的高频响应与一阶低频响应的差异，实际上只校核了一阶低频响应的强度。这样，当一阶响应是设备的主要破坏因素时，采用等效静载方法具有很高的精确度；当高频破坏是设备的主要破坏因素时，等效静载法并不适合。为了克服等效静载法的不足，动力设计分机方法（dynamic design analysis mefliod* DDAM）应运而生。该方法是建立在模态分析理论的基础上，设备的输入载荷是冲击谱。DDAM方法可以分析高阶的破坏模式，但它仍然具有很大的局限性：

1）只能分析线弹性安装的设备；

2）只能分析设备的线弹性破坏；

3）不能考虑冲击载荷在设备中的瞬态波动效应;

4）不能考虑邻近设备和船体对冲击输入的影响。

鉴于上述原因，实时模拟法就成了替代DDAM的分析方法，它采用实测的时间历程曲线作为设备的输入载荷，对设备在时间域上进行瞬态分析，分析设备是否能正常工作。目前虽然DDAM法仍然被大多数国家作为康明斯设备的主要设计方法，实时模拟法正成为发展的趋势船舶机械

2.柴油发电机抗冲击电流的计算结果

本文针对某型号柴油发电机组进行建模计算，机组模型进行简化，对于不影响计算的螺栓与倒角进行处理，选择机组的主要部件进行建模，具体包含柴油机机体、曲轴活塞、发电机定子以及公共底座。根据不同精度要求选择不同网格大小进行网格划分，对于结构比较规则的公共底座釆用20 mm网格大小划分，发电机定子釆用15 mm网格划分，发电机与曲轴活塞釆用8 mm网格划分，运用四面体进行网格划分，总网格数为9 865 875。柴油与发电机通过联轴器连接，在此由弹簧代替，弹簧三向刚度按联轴器实际情况设置。曲轴与机体之间是由轴承连接，这里釆用蜘蛛网形式进行连接。

柴油机与发电机通过螺栓刚性连接在公共底座上，在机脚螺栓孔建立蜘蛛网，用刚性杆代替螺栓连接。对底座进行刚性约束，将求得的参数作为输入谱,模型基本设置按实际情况设置，设置完成后对模型进行求解。对于整个机组受力较大的地方集中在安装机脚及联轴器连接处。对柴油机而言应力较大位置主要体现在机体两端与机脚位置，并且与联轴器连接侧端部所受应力更大。对发电机而言，两侧机脚应力相对较大，在筋板附近应力较集中。对于公共底座，其应力最大的位置与柴油发电机组安装机脚对应，且发电机侧大于柴油机侧。曲柄及活塞所受应力相对较小，应力主要集中在连杆上。本文即是釆用较适用的时域方法进行计算。

本文以柴油发电机组主要零部件为研究对象，根据相关标准及要求设计冲击输入谱，进行抗冲击计算，
经计算得出如下结论：

1)整个模型中发电机定子安全
系数最低，原因是由于其仅有定子没有转子，导致质
量较小，所受冲击较大，在此可不考虑其安全系数大小；

2）对发电机组其余部分来说，在该冲击输入下满
足使用要求，应力最大位置发生在连杆上，且连杆的
安全系数较低。