论文部分内容阅读
摘要：发电机的动力由内燃机提供，在我国，一般内燃机都使用柴油机，在其中，柴油发电机扮演着重要的角色，柴油发电机以柴油为主要燃料，以柴油机为动力机，带动发电机进行发电。但内燃机中的柴油发电机，有时也存在着设计与结构不合理的问题，这要求相关研究人员在实践中，不断发现问题并提出相应的结构优化方案，从而提升我国内燃机柴油发电机的质量和运行效率。
关键词：内燃机;柴油发电机;结构设计
由于我国绝大部分内燃机都采用柴油内燃机，因此，柴油发动机对于提供动力的稳定运行发挥着十分重要的作用，而柴油发电机所存在的结构设计不合理等问题，容易对发电机的工作性能造成影响，不仅容易降低发电机工作寿命，甚至可能会导致故障的产生，严重影响运行安全。因此，在研究中，有必要针对柴油发电机在运行中出现的问题进行研究，究其原因，进而对发电机进行结构上的优化，以此来提升柴油发电机的功效。
一、内燃机柴油发电机工作原理
内燃机柴油发电机组成由内燃机柴油发动机、发电机和控制柜组成，其中内燃机柴油发动机是发电机的动力装置，主要的工作装置为气缸和活塞，在结构设计上则需要注意气缸的数量，排列方式、直径、以及活塞的冲程、是否需要增压的问题。此外，当前我国内燃机所使用的柴油机都配置了废气涡轮增压器，这一装置的主要作用是收集柴油机工作产生的废气，作为推动涡轮压气机的动力，空气经过这一机器后压力提升，在经由中间冷却器，温度降低后，被输送至柴油机进气管，这一环节的增加能有效提升柴油机的热效率和功率。
柴油机的工作原理，即柴油于气缸内燃烧，过程释放出大量的高温高压气体，在密闭的气缸内不断膨胀，进而推动活塞进行往复运动，通过连杆带动曲轴旋转不断对外做功，从而将热能转化为机械能，产生的动能再经过传动装置，进而由柴油机带动发电机运转，发电机工作产生电能，最终成为驱动发电机发电动力。柴油机进行工作时，主要工作方式有四冲程和二冲程两种，在转速相同的条件下，二冲程机所产生的热效率一般低于四冲程，因此，在实践中，柴油机主要采用四冲程工作方式。若以转速对柴油机进行划分，又可分为高速、中速和低速机，此外，还可以气缸直径，缸数进行划分，按照具体需求选择不同的产品。
二、内燃机柴油发电机结构设计中的常见问题
1. 异常震动
柴油发动机是驱动内燃机柴油发电机的主要动力，在运行过程中发动机的气缸与活塞需要不停工作，不可避免地会产生振动，从而使柴油发电机组的振动，成为了设备的主要振源，尤其是当结构设计不够合理、振动隔离效果又不理想的情况下，柴油发电机组的震动会对发电机造成一定的影响，不仅影响了使用性能，更可能影响使用的安全性，甚至導致柴油发电机组自身出现问题。有实验表明，从整个柴油发电机组来看，发电机转子连接轴是主要薄弱部位，这一部位在工作中容易产生变形，这主要是由于转轴结构的刚度无法承受发电机实际运转中产生的动能，刚度不足导致转轴变形，以至于发电机在运转时，产生强烈的超出标准值的异常震动。
2. 高海拔功率损失
近些年来，针对高原的建设项目不断增多，保障内燃机在高原上的安全运行成为一项重要工作，内燃机的运行动能由柴油机做功而产生，但高原环境下，温度低、气压低，柴油发电机组在工作过程中，难以避免地出现功率损失过大的问题，功率的损失不仅会导致燃油量大大增加，提高运行成本，更可能会导致发电机组无法为设备提供充足的动力，影响了设备的正常使用。
3. 噪声过大
除了异常震动之外，噪声问题也是柴油发电机组在工作中不可避免的问题，噪声产生于柴油机工作的各个环节之中，比如柴油机内部燃料燃烧噪声、活塞运动噪声、发电导致的电磁噪声以及排气噪声等等，与异常震动所产生的消极影响相似，噪声会严重影响使用者的听力，同时也容易对操作人员产生干扰，不利于机组的安全运行，同时噪音过大也表明柴油发电机组的设计结构不够合理，长期过大的噪音也可能是发电机组出现故障的表现，如果不及时加以解决，可能会导致机组出现运行故障。
三、内燃机车柴油发电机结构优化策略
1. 改进发电机转轴结构
为了解决发电机转子零轴处变形的问题，应对发动机转轴结构进行改进与优化。主要可采取以下措施。首先，可以提高转子连轴处的弯曲刚度，避开与震动相似的频率，同时也可适当增加连接轴的直径。传统的转子支架结构主要采用5个肋板作为支撑，相应的改进措施便是在支架的另一侧增加同样的5个肋板，以此来强化支撑刚度，同时在结构上进行优化，可采用一体式锥形轴结构，结构的优化能够有效改善柴油发电机组工作中的异常震动问题。
2. 加装增压系统
为了减少柴油发电机组，在高原工作时的功率损耗，可为发动机组加装增压系统，从而提升内燃机车柴油发电机在高原的工作效率。在结构设计上，首先对空滤室进行设计，为其设计一个有五面构成的护罩，四面具备防水百叶，并在这四面内部焊接铁丝网，以便空气流通，剩余一面由空滤芯和吸音棉紧紧贴合，再将空气连接杆穿中而过，两端紧紧固定，将其放置于增压器进气口，从而保证进入增压器的空气无杂质，有效避免了高原沙尘对柴油发电机组的影响。其次，在导气弯管材质的选择上，应选用适宜高原环境的橡胶材料，由模具一次性制作而成，转角设计与材料选择都应精确并符合规范。最后，关于增压器支架结构的设计，这一结构主要用来放置增压系统主要元件，位置处于柴油发动机组的上方，为柴油发电机组的稳定运行提供保障。
3. 优化排气消声器结构
为了解决柴油发电机组在工作中产生的噪声问题，可采取的主要措施是为柴油发电机组安装排气消声器，这一装置的主要作用便是通过降低排气压力和衰减排进压力的脉动，来降低机器工作中产生的噪音。对于柴油发电机组而言，安装排气消声器可以说是一项最有效的措施，用于内燃机车的柴油发电机组，一般而言排量都比较大，那么与之相适应，消声器的容积也会相应增大。为优化消声器结构，消声器的结构模态不应该与发电机噪声的基础频率位于同一水平，这样可以有效避免两者产生共振，从而降低消声结构被共振破坏的概率。
结束语
综上所述，作为我国移动发电设备的主要装置，柴油发电机的重要性不容忽视，虽然在实际运行中，柴油发电机的结构设计等方面仍然存在着异常震动、噪声过大、高海拔功率不足等问题，但随着相关研究的进一步深化拓展，相应的解决方案与结构改进措施也有所完善，这对于提高我国内燃机柴油发电机的质量与效率，提高供电整体运行效果，有着十分重大的现实意义。
参考文献
[1]姜旭龙，刘勇，邢淑梅.机车柴油发电机组底座安装结构分析[J].机电信息，2017（33）：142-144.
[2]何翠微，钱纪富，骆方林.内燃机车高速柴油发电机组联接形式及振动分析[J].铁道机车车辆，2015，35（06）：41-43+76.
[3]肖守讷，高一丁，方晓福，邵迎安.内燃机车二级减振结构的研究[J].铁道机车与动车，2014（04）：22-24+27.
[4]Е.Е.Коссов，В.В.Фурман，田睿.内燃机车柴油发电机组工况转换过程的性能改善[J].国外铁道机车与动车，2013（04）：17-20.
作者简介：黄建国，男，汉，1979年5月，吉林省吉林市人，本科，工程师，研究方向：发电机。
关键词：内燃机;柴油发电机;结构设计
由于我国绝大部分内燃机都采用柴油内燃机，因此，柴油发动机对于提供动力的稳定运行发挥着十分重要的作用，而柴油发电机所存在的结构设计不合理等问题，容易对发电机的工作性能造成影响，不仅容易降低发电机工作寿命，甚至可能会导致故障的产生，严重影响运行安全。因此，在研究中，有必要针对柴油发电机在运行中出现的问题进行研究，究其原因，进而对发电机进行结构上的优化，以此来提升柴油发电机的功效。
一、内燃机柴油发电机工作原理
内燃机柴油发电机组成由内燃机柴油发动机、发电机和控制柜组成，其中内燃机柴油发动机是发电机的动力装置，主要的工作装置为气缸和活塞，在结构设计上则需要注意气缸的数量，排列方式、直径、以及活塞的冲程、是否需要增压的问题。此外，当前我国内燃机所使用的柴油机都配置了废气涡轮增压器，这一装置的主要作用是收集柴油机工作产生的废气，作为推动涡轮压气机的动力，空气经过这一机器后压力提升，在经由中间冷却器，温度降低后，被输送至柴油机进气管，这一环节的增加能有效提升柴油机的热效率和功率。
柴油机的工作原理，即柴油于气缸内燃烧，过程释放出大量的高温高压气体，在密闭的气缸内不断膨胀，进而推动活塞进行往复运动，通过连杆带动曲轴旋转不断对外做功，从而将热能转化为机械能，产生的动能再经过传动装置，进而由柴油机带动发电机运转，发电机工作产生电能，最终成为驱动发电机发电动力。柴油机进行工作时，主要工作方式有四冲程和二冲程两种，在转速相同的条件下，二冲程机所产生的热效率一般低于四冲程，因此，在实践中，柴油机主要采用四冲程工作方式。若以转速对柴油机进行划分，又可分为高速、中速和低速机，此外，还可以气缸直径，缸数进行划分，按照具体需求选择不同的产品。
二、内燃机柴油发电机结构设计中的常见问题
1. 异常震动
柴油发动机是驱动内燃机柴油发电机的主要动力，在运行过程中发动机的气缸与活塞需要不停工作，不可避免地会产生振动，从而使柴油发电机组的振动，成为了设备的主要振源，尤其是当结构设计不够合理、振动隔离效果又不理想的情况下，柴油发电机组的震动会对发电机造成一定的影响，不仅影响了使用性能，更可能影响使用的安全性，甚至導致柴油发电机组自身出现问题。有实验表明，从整个柴油发电机组来看，发电机转子连接轴是主要薄弱部位，这一部位在工作中容易产生变形，这主要是由于转轴结构的刚度无法承受发电机实际运转中产生的动能，刚度不足导致转轴变形，以至于发电机在运转时，产生强烈的超出标准值的异常震动。
2. 高海拔功率损失
近些年来，针对高原的建设项目不断增多，保障内燃机在高原上的安全运行成为一项重要工作，内燃机的运行动能由柴油机做功而产生，但高原环境下，温度低、气压低，柴油发电机组在工作过程中，难以避免地出现功率损失过大的问题，功率的损失不仅会导致燃油量大大增加，提高运行成本，更可能会导致发电机组无法为设备提供充足的动力，影响了设备的正常使用。
3. 噪声过大
除了异常震动之外，噪声问题也是柴油发电机组在工作中不可避免的问题，噪声产生于柴油机工作的各个环节之中，比如柴油机内部燃料燃烧噪声、活塞运动噪声、发电导致的电磁噪声以及排气噪声等等，与异常震动所产生的消极影响相似，噪声会严重影响使用者的听力，同时也容易对操作人员产生干扰，不利于机组的安全运行，同时噪音过大也表明柴油发电机组的设计结构不够合理，长期过大的噪音也可能是发电机组出现故障的表现，如果不及时加以解决，可能会导致机组出现运行故障。
三、内燃机车柴油发电机结构优化策略
1. 改进发电机转轴结构
为了解决发电机转子零轴处变形的问题，应对发动机转轴结构进行改进与优化。主要可采取以下措施。首先，可以提高转子连轴处的弯曲刚度，避开与震动相似的频率，同时也可适当增加连接轴的直径。传统的转子支架结构主要采用5个肋板作为支撑，相应的改进措施便是在支架的另一侧增加同样的5个肋板，以此来强化支撑刚度，同时在结构上进行优化，可采用一体式锥形轴结构，结构的优化能够有效改善柴油发电机组工作中的异常震动问题。
2. 加装增压系统
为了减少柴油发电机组，在高原工作时的功率损耗，可为发动机组加装增压系统，从而提升内燃机车柴油发电机在高原的工作效率。在结构设计上，首先对空滤室进行设计，为其设计一个有五面构成的护罩，四面具备防水百叶，并在这四面内部焊接铁丝网，以便空气流通，剩余一面由空滤芯和吸音棉紧紧贴合，再将空气连接杆穿中而过，两端紧紧固定，将其放置于增压器进气口，从而保证进入增压器的空气无杂质，有效避免了高原沙尘对柴油发电机组的影响。其次，在导气弯管材质的选择上，应选用适宜高原环境的橡胶材料，由模具一次性制作而成，转角设计与材料选择都应精确并符合规范。最后，关于增压器支架结构的设计，这一结构主要用来放置增压系统主要元件，位置处于柴油发动机组的上方，为柴油发电机组的稳定运行提供保障。
3. 优化排气消声器结构
为了解决柴油发电机组在工作中产生的噪声问题，可采取的主要措施是为柴油发电机组安装排气消声器，这一装置的主要作用便是通过降低排气压力和衰减排进压力的脉动，来降低机器工作中产生的噪音。对于柴油发电机组而言，安装排气消声器可以说是一项最有效的措施，用于内燃机车的柴油发电机组，一般而言排量都比较大，那么与之相适应，消声器的容积也会相应增大。为优化消声器结构，消声器的结构模态不应该与发电机噪声的基础频率位于同一水平，这样可以有效避免两者产生共振，从而降低消声结构被共振破坏的概率。
结束语
综上所述，作为我国移动发电设备的主要装置，柴油发电机的重要性不容忽视，虽然在实际运行中，柴油发电机的结构设计等方面仍然存在着异常震动、噪声过大、高海拔功率不足等问题，但随着相关研究的进一步深化拓展，相应的解决方案与结构改进措施也有所完善，这对于提高我国内燃机柴油发电机的质量与效率，提高供电整体运行效果，有着十分重大的现实意义。
参考文献
[1]姜旭龙，刘勇，邢淑梅.机车柴油发电机组底座安装结构分析[J].机电信息，2017（33）：142-144.
[2]何翠微，钱纪富，骆方林.内燃机车高速柴油发电机组联接形式及振动分析[J].铁道机车车辆，2015，35（06）：41-43+76.
[3]肖守讷，高一丁，方晓福，邵迎安.内燃机车二级减振结构的研究[J].铁道机车与动车，2014（04）：22-24+27.
[4]Е.Е.Коссов，В.В.Фурман，田睿.内燃机车柴油发电机组工况转换过程的性能改善[J].国外铁道机车与动车，2013（04）：17-20.
作者简介：黄建国，男，汉，1979年5月，吉林省吉林市人，本科，工程师，研究方向：发电机。