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新聞主題 |
柴油發(fā)電機的振動試驗與標準 |
摘要：柴油發(fā)電機組的振動試驗目的主要在于了解隔振裝置對柴油機的整機振動特性的影響以及排氣系統(tǒng)改進前后的振動特性。康明斯公司在本文中主要對柴油發(fā)電機組的振動標準與等級分類、試驗項目、測試原理和步驟及其結(jié)構(gòu)分析進行了簡要闡述，以便柴油發(fā)電機組生產(chǎn)廠家和用戶根據(jù)該所述方案指導下?lián)碛星逦陌l(fā)電設(shè)備振動試驗的思路。
一、振動標準和等級分級
柴油機振動值標準是指對柴油機振動進行評估的依據(jù)和限制條件，通過對柴油機振動值的要求來保證其正常運行、安全可靠地工作。柴油機的振動值標準通常涉及噪聲、振動強度、頻率等指標，下面對這些指標進行詳細介紹。
1、噪聲標準
噪聲是柴油機振動的一種表現(xiàn)形式，也是對人體健康和環(huán)境影響的重要因素。通常根據(jù)柴油機的功率或者工作環(huán)境的特點，制定了噪聲限制標準。例如，對于柴油發(fā)電機組，在機組安裝時，要求其在一定距離內(nèi)的噪聲水平不得超過特定的分貝數(shù)。這可以通過在機組運行時測量噪聲水平，然后與標準進行對比來判斷。
2、振動強度標準
柴油機運行時產(chǎn)生的振動強度是評估其性能和運行穩(wěn)定性的重要指標。振動強度主要包括加速度、速度和位移三個方面。通常根據(jù)柴油機的類型和用途，制定了相應的振動強度標準。例如，對于船舶柴油機，其振動強度標準要求有力度級別限制、頻率范圍限制和持續(xù)時間限制。這些限制條件可以通過在柴油機不同位置安裝振動傳感器進行實時監(jiān)測和記錄來進行評估。
3、頻率標準
柴油機振動的頻率也是評估其性能和運行穩(wěn)定性的重要指標。具體的頻率標準由柴油機的設(shè)計和運行條件決定。一般來說，柴油機的振動頻率應在一定范圍內(nèi)，不得超過機組和設(shè)備的耐振度范圍。例如，對于柴油發(fā)電機組來說，其振動頻率標準要求在低頻和高頻范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，以確保機組運行時的可靠性和穩(wěn)定性。
4、振動等級
國標GB/T 6075.6-2002 《在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動 第6部分功率大于100kW的往復式機器》給出了剛性或彈性安裝的額定功率大于100kW往復活塞式機器以及由往復式機械驅(qū)動或驅(qū)動往復式機械的機器振動的測試和評價，它主要適用于各類柴油機振動的測試和評價。對于功率小于100kW的往復式柴油機整機非旋轉(zhuǎn)部件和非往復部件振動的測試和評價可按照國標GB/T 7184-2008《中小功率柴油機.振動測量及評級》開展。這兩個標準測試方法和測點位置基本一致，主要區(qū)別在于設(shè)備功率不同，使得機器的振動分級有所區(qū)別。
往復機械振動等級數(shù)和指導值見表1，該指導值有助于評定機械機架和所裝輔件和設(shè)備可能承受的振動烈度。
往復機械可根據(jù)其類型、用途、尺寸、結(jié)構(gòu)布置、柔性或剛性支承以及轉(zhuǎn)速等將振動分成多級，例如許多工業(yè)和船用柴油機可分為5、6或7級。若條件允許，應編制各種具體機械許用振動烈度指導值的推薦表，屆時柴油發(fā)電機組制造廠家與客戶便可根據(jù)經(jīng)驗和運行結(jié)果商定振動等級。
表1 往復機械振動分級數(shù)和指導值
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振動
烈度 等級 |
機械結(jié)構(gòu)上所測綜合振動最大值
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機械振動分級數(shù)
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位移
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速度
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加速度
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1
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2
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3
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4
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5
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6
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7
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μm(r.m.s.)
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(mm/s)(r.m.s.)
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(m/s²)(r.m.s.)
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評定范圍
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1.1
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17.8
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1.12
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1.76
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A/B
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A/B
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A/B
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A/B
|
A/B
|
A/B
|
A/B
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1.8
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28.3
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1.78
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2.79
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2.8
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44.8
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2.82
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4.42
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4.5
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71.0
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4.46
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7.01
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|||||||
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7.1
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113
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7.07
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11.1
|
C
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||||||
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11
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178
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11.2
|
17.6
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D
|
C
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|||||
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18
|
283
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17.8
|
27.9
|
D
|
C
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|||||
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28
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448
|
28.2
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44.2
|
D
|
C
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|||||
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45
|
710
|
44.6
|
70.1
|
D
|
C
|
|||||
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71
|
1125
|
70.7
|
111
|
D
|
C
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|||||
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112
|
1784
|
112
|
176
|
D
|
C
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|||||
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180
|
1784
|
112
|
176
|
D
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評定范圍說明：
A:新近委托評定的機械，其振動值一般應位于該范圍內(nèi)。 B:振動值位于該范圍內(nèi)的機械， 一般均認為可作長期運行。 C:振動位于該范圍內(nèi)的機械， 一般均認為不能滿足長期持續(xù)運行的要求。通常在沒有機會采取補救措施前，機械只能作有限時間運行。 D:振動值位于該范圍時， 一般認為其振動烈度足以使機械損壞。 |
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注：往復機械的振動值可以使其比旋轉(zhuǎn)機械有較高的壽命，因此在本表中把范圍A和范圍B放在一起，待將來積累更多經(jīng)驗后，就可以為范圍A和范圍B提供不同的指導值。
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總之，柴油機振動值標準是為了保證柴油機的正常運行、安全可靠工作而制定的評估依據(jù)和限制條件。噪聲、振動強度和頻率是常見的柴油機振動指標，相關(guān)標準根據(jù)柴油機的類型和用途而定。同時，振動測試方法和儀器也是評估柴油機振動值的重要工具，通過安裝振動傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以對柴油機的振動數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和記錄。這些標準和方法的應用可以有效評估柴油機的振動性能，確保其正常工作和使用安全。
二、試驗系統(tǒng)
試驗系統(tǒng)原理圖如圖1所示，計算振動步驟如圖2所示。
1、ICP型壓電式加速度傳感器
結(jié)合柴油機實際工作是的特點，選用AD-100T型傳感器，其性能參數(shù)如下。靈敏度：100m V/g頻率響應：0.3～15000 Hz安裝諧振頻率：35 KHz最大可測加速度：±50 g重量：20 gm安裝螺紋：
2、多通道振動測試儀
選用VIB2008型多通道振動測試儀，其性能參數(shù)如下。
（1）采樣速度：200kHz，
（2）高速AlD高精度分辨率：16-bit
（3）模擬輸入：8通道ICP型加速度傳感器輸入
（4）增益量程：1、2、4、8每通道提供4mA恒流源
（5）輸出模式： 8通道實時振動力D速度值、或8通道加速度峰值檢測值，每通道獨立的高通、隔直電路，無源高通濾波器，截止頻率0.16Hz。每通道4階有源Buttworth低通濾波器，截止頻率1KHz每通道可通過軟件設(shè)置增益、采樣率傳感器在線指示，可任意設(shè)置觸發(fā)通道
（6）接口方式：并口、USB口輸入
（7）信號連接方式：BNC
（8）電源支持：9~36VDC/4.5W
（9）重量：1.3kg
（10）隨機數(shù)據(jù)采集操作軟件C-DAS：設(shè)置試驗參數(shù)，進行數(shù)據(jù)存儲、回放。
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圖1 柴油機振動試驗原理圖 |
柴油發(fā)電機振動計算流程 |
三、測試方案
1、試驗項目
根據(jù)是否安裝隔振裝置和進行排氣管改進，試驗存在四種狀態(tài)，分別為：
（1）未安裝隔振裝置排氣管未改進狀態(tài)；
（2）未安裝隔振裝置排氣管已改進狀態(tài)；
（3）已安裝隔振裝置排氣管未改進狀態(tài)；
（4）已安裝隔振裝置排氣管已改進狀態(tài)；
分別在以上四種狀態(tài)下進行整機振動測試和排氣系統(tǒng)的振動測試。最終將采集到16組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)包含8個傳感器采集的數(shù)據(jù)，如表2所列。
表2 試驗工況
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工況
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1
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2
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3
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4
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功率(kW)
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25%
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64.5
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50%
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129
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75%
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193.5
|
100%
|
258
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速度(rpm)
|
63%
|
1890
|
80%
|
2400
|
91%
|
2730
|
100%
|
3000
|
2、測點的布置
對于整機振動的測試，按照GB7164-87《中小功率柴油機振動測量方法》規(guī)定：至少應取5個測點，上部兩點接近機體中間，另外三點取在三個支承位置。據(jù)此，本次試驗中整機振動測試將布置6個測點，分別位于頂部接近機體中間的兩點和四個支承位置，如圖2中A1~A6所示。排氣管的振動測試將布置2個測點，分別位于換熱器入口處和換熱器出口處，如圖3中B1、B2所示。
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圖3 柴油發(fā)電機組振動測點布置圖 |
圖4 柴油機排氣管振動測點布置圖 |
2、試驗步驟
（1）將多通道振動測試儀和PC機放置在便于操作和有利人身安全的方位；
（2）將傳感器固定到測點處；
（3）將傳感器輸出電纜接至多通道振動測試儀；
（4）將多通道振動測試儀與PC機連接：
（5）在柴油機為未運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，打開電源，打開所有設(shè)備，檢查電纜連接的連通性，確保各設(shè)備處于良好狀態(tài)；
（6）柴油機在各工況下工作，進行數(shù)據(jù)采集；
（7）對采集的數(shù)據(jù)進行后處理，并記錄測量值，如表3所列。
表3 往復機械振動測量記錄表
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1
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概 要
記錄號 ： 日期 ： |
安裝地點：
測量人員： |
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2
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往復機械規(guī)格
種類：柴油機/壓氣機 制造廠： 機械標識號： 氣缸數(shù)： 相應轉(zhuǎn)速： r/min 相應功率： kW 支承：剛性/柔性；直接/基座上 |
功能：主動/從動
型式/系列號： 結(jié)構(gòu)布置：單排臥式/直列；V型；對置 工作循環(huán)：二/四沖程；單/雙作用 測量時速： r/min 測量時功率： kW 連接：剛性/柔性 |
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3
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測量系統(tǒng)規(guī)格
儀器型式 ： 制造廠 ： 傳感器型式： 固定方式 ： 測量系統(tǒng)是否符合GB/T10397 - 2003中4 . 1的要求，即綜合均方根值的準確度在10 Hz～1000 Hz范圍 內(nèi)為±10%，在2 Hz～10 Hz范圍內(nèi)為±10%~20%？ 是 / 否 |
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4
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測量結(jié)果
機械測量草圖如下：按GB/T 10397—2003中圖1～圖3要求標明測點位置 測量值：記入表。 應附上測量記錄、頻譜、圖表等，并提供測點位置和測量方向及測量時的轉(zhuǎn)速和功率，如適用。 |
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測量方向：相對于曲軸軸線而言(見GB/T 10397—2003)
X—軸向； Y—水平橫向； Z-垂直向 |
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*必要時可刪去/補充。
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3、試驗注意事項和結(jié)果分析
（1）分析隔振裝置對柴油機整機振動和排管振動的影響；
（2）分析改進后的排氣管在振動特性上的變化。
（3）整機振動測點處傳感器的安裝是否具備螺紋安裝條件；
（4）排氣管上的傳感器連接方式；
（5）傳感器電纜的長度根據(jù)實際需要確定。
（6）了解振動烈度等級諾謨圖的意義
圖4所示振動諾謨圖表明了振動烈度等級的范圍。多頻振動系統(tǒng)很難按離散頻率分級，因而各等級的限值主要示于表1中，具有多頻振動的機械應根據(jù)所測位移、速度、加速度的綜合值對照表1劃分等級。 應求出在機械主結(jié)構(gòu)上所測各位移、速度、加速度的最大綜合均方根值時的烈度等級。這三個等級中的最大值就是機械的振動烈度等級。
注：如果從頻率分析中知道，機械在某一頻率時只有一個振動頻率分量，則只要用位移、速度或加速度中的一個參數(shù)就可按諾謨圖直接劃分等級。
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圖5 柴油機振動烈度等級諾謨圖 |
總結(jié)：
CMA（柴油機振動測試）是一種用于評估柴油機振動特性的測試方法。柴油機振動測試可以幫助檢測柴油機運行過程中的振動問題，以確定是否存在故障或不平衡情況。因此，柴油機振動測試在柴油機制造、維修和性能評估等領(lǐng)域都具有重要的應用價值。它可以幫助提前發(fā)現(xiàn)潛在的故障問題，減少機器的停機時間，并提高柴油機的運行效率和可靠性。
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