內(nèi)燃機柴油發(fā)電機的結(jié)構(gòu)重設(shè)計研究

摘要：發(fā)電機的動力由內(nèi)燃機提供，在我國，一般內(nèi)燃機都使用柴油機，在其中，柴油發(fā)電機扮演著重要的角色，柴油發(fā)電機以柴油為主要燃料，以柴油機為動力機，帶動發(fā)電機進行發(fā)電。但內(nèi)燃機中的柴油發(fā)電機，有時也存在著設(shè)計與結(jié)構(gòu)不合理的問題，這要求相關(guān)研究人員在實踐中，不斷發(fā)現(xiàn)問題并提出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，從而提升我國內(nèi)燃機柴油發(fā)電機的質(zhì)量和運行效率。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機;柴油發(fā)電機;結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于我國絕大部分內(nèi)燃機都采用柴油內(nèi)燃機，因此，柴油發(fā)動機對于提供動力的穩(wěn)定運行發(fā)揮著十分重要的作用，而柴油發(fā)電機所存在的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理等問題，容易對發(fā)電機的工作性能造成影響，不僅容易降低發(fā)電機工作壽命，甚至可能會導(dǎo)致故障的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響運行安全。因此，在研究中，有必要針對柴油發(fā)電機在運行中出現(xiàn)的問題進行研究，究其原因，進而對發(fā)電機進行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，以此來提升柴油發(fā)電機的功效。

一、內(nèi)燃機柴油發(fā)電機工作原理

內(nèi)燃機柴油發(fā)電機組成由內(nèi)燃機柴油發(fā)動機、發(fā)電機和控制柜組成，其中內(nèi)燃機柴油發(fā)動機是發(fā)電機的動力裝置，主要的工作裝置為氣缸和活塞，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上則需要注意氣缸的數(shù)量，排列方式、直徑、以及活塞的沖程、是否需要增壓的問題。此外，當(dāng)前我國內(nèi)燃機所使用的柴油機都配置了廢氣渦輪增壓器，這一裝置的主要作用是收集柴油機工作產(chǎn)生的廢氣，作為推動渦輪壓氣機的動力，空氣經(jīng)過這一機器后壓力提升，在經(jīng)由中間冷卻器，溫度降低后，被輸送至柴油機進氣管，這一環(huán)節(jié)的增加能有效提升柴油機的熱效率和功率。

柴油機的工作原理，即柴油于氣缸內(nèi)燃燒，過程釋放出大量的高溫高壓氣體，在密閉的氣缸內(nèi)不斷膨脹，進而推動活塞進行往復(fù)運動，通過連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)不斷對外做功，從而將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，產(chǎn)生的動能再經(jīng)過傳動裝置，進而由柴油機帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)，發(fā)電機工作產(chǎn)生電能，最終成為驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電動力。柴油機進行工作時，主要工作方式有四沖程和二沖程兩種，在轉(zhuǎn)速相同的條件下，二沖程機所產(chǎn)生的熱效率一般低于四沖程，因此，在實踐中，柴油機主要采用四沖程工作方式。若以轉(zhuǎn)速對柴油機進行劃分，又可分為高速、中速和低速機，此外，還可以氣缸直徑，缸數(shù)進行劃分，按照具體需求選擇不同的產(chǎn)品。

二、內(nèi)燃機柴油發(fā)電機結(jié)構(gòu)設(shè)計中的常見問題

1. 異常震動

柴油發(fā)動機是驅(qū)動內(nèi)燃機柴油發(fā)電機的主要動力，在運行過程中發(fā)動機的氣缸與活塞需要不停工作，不可避免地會產(chǎn)生振動，從而使柴油發(fā)電機組的振動，成為了設(shè)備的主要振源，尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理、振動隔離效果又不理想的情況下，柴油發(fā)電機組的震動會對發(fā)電機造成一定的影響，不僅影響了使用性能，更可能影響使用的安全性，甚至導(dǎo)致柴油發(fā)電機組自身出現(xiàn)問題。有實驗表明，從整個柴油發(fā)電機組來看，發(fā)電機轉(zhuǎn)子連接軸是主要薄弱部位，這一部位在工作中容易產(chǎn)生變形，這主要是由于轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)的剛度無法承受發(fā)電機實際運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的動能，剛度不足導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸變形，以至于發(fā)電機在運轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生強烈的超出標(biāo)準(zhǔn)值的異常震動。

2. 高海拔功率損失

近些年來，針對高原的建設(shè)項目不斷增多，保障內(nèi)燃機在高原上的安全運行成為一項重要工作，內(nèi)燃機的運行動能由柴油機做功而產(chǎn)生，但高原環(huán)境下，溫度低、氣壓低，柴油發(fā)電機組在工作過程中，難以避免地出現(xiàn)功率損失過大的問題，功率的損失不僅會導(dǎo)致燃油量大大增加，提高運行成本，更可能會導(dǎo)致發(fā)電機組無法為設(shè)備提供充足的動力，影響了設(shè)備的正常使用。

3. 噪聲過大

除了異常震動之外，噪聲問題也是柴油發(fā)電機組在工作中不可避免的問題，噪聲產(chǎn)生于柴油機工作的各個環(huán)節(jié)之中，比如柴油機內(nèi)部燃料燃燒噪聲、活塞運動噪聲、發(fā)電導(dǎo)致的電磁噪聲以及排氣噪聲等等，與異常震動所產(chǎn)生的消極影響相似，噪聲會嚴(yán)重影響使用者的聽力，同時也容易對操作人員產(chǎn)生干擾，不利于機組的安全運行，同時噪音過大也表明柴油發(fā)電機組的設(shè)計結(jié)構(gòu)不夠合理，長期過大的噪音也可能是發(fā)電機組出現(xiàn)故障的表現(xiàn)，如果不及時加以解決，可能會導(dǎo)致機組出現(xiàn)運行故障。

三、內(nèi)燃機車柴油發(fā)電機結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略

1. 改進發(fā)電機轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)

為了解決發(fā)電機轉(zhuǎn)子零軸處變形的問題，應(yīng)對發(fā)動機轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)進行改進與優(yōu)化。主要可采取以下措施。首先，可以提高轉(zhuǎn)子連軸處的彎曲剛度，避開與震動相似的頻率，同時也可適當(dāng)增加連接軸的直徑。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子支架結(jié)構(gòu)主要采用5個肋板作為支撐，相應(yīng)的改進措施便是在支架的另一側(cè)增加同樣的5個肋板，以此來強化支撐剛度，同時在結(jié)構(gòu)上進行優(yōu)化，可采用一體式錐形軸結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化能夠有效改善柴油發(fā)電機組工作中的異常震動問題。

2. 加裝增壓系統(tǒng)

為了減少柴油發(fā)電機組，在高原工作時的功率損耗，可為發(fā)動機組加裝增壓系統(tǒng)，從而提升內(nèi)燃機車柴油發(fā)電機在高原的工作效率。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，首先對空濾室進行設(shè)計，為其設(shè)計一個有五面構(gòu)成的護罩，四面具備防水百葉，并在這四面內(nèi)部焊接鐵絲網(wǎng)，以便空氣流通，剩余一面由空濾芯和吸音棉緊緊貼合，再將空氣連接桿穿中而過，兩端緊緊固定，將其放置于增壓器進氣口，從而保證進入增壓器的空氣無雜質(zhì)，有效避免了高原沙塵對柴油發(fā)電機組的影響。其次，在導(dǎo)氣彎管材質(zhì)的選擇上，應(yīng)選用適宜高原環(huán)境的橡膠材料，由模具一次性制作而成，轉(zhuǎn)角設(shè)計與材料選擇都應(yīng)精確并符合規(guī)范。最后，關(guān)于增壓器支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，這一結(jié)構(gòu)主要用來放置增壓系統(tǒng)主要元件，位置處于柴油發(fā)動機組的上方，為柴油發(fā)電機組的穩(wěn)定運行提供保障。

3. 優(yōu)化排氣消聲器結(jié)構(gòu)

為了解決柴油發(fā)電機組在工作中產(chǎn)生的噪聲問題，可采取的主要措施是為柴油發(fā)電機組安裝排氣消聲器，這一裝置的主要作用便是通過降低排氣壓力和衰減排進壓力的脈動，來降低機器工作中產(chǎn)生的噪音。對于柴油發(fā)電機組而言，安裝排氣消聲器可以說是一項最有效的措施，用于內(nèi)燃機車的柴油發(fā)電機組，一般而言排量都比較大，那么與之相適應(yīng)，消聲器的容積也會相應(yīng)增大。為優(yōu)化消聲器結(jié)構(gòu)，消聲器的結(jié)構(gòu)模態(tài)不應(yīng)該與發(fā)電機噪聲的基礎(chǔ)頻率位于同一水平，這樣可以有效避免兩者產(chǎn)生共振，從而降低消聲結(jié)構(gòu)被共振破壞的概率。

結(jié)束語

綜上所述，作為我國移動發(fā)電設(shè)備的主要裝置，柴油發(fā)電機的重要性不容忽視，雖然在實際運行中，柴油發(fā)電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面仍然存在著異常震動、噪聲過大、高海拔功率不足等問題，但隨著相關(guān)研究的進一步深化拓展，相應(yīng)的解決方案與結(jié)構(gòu)改進措施也有所完善，這對于提高我國內(nèi)燃機柴油發(fā)電機的質(zhì)量與效率，提高供電整體運行效果，有著十分重大的現(xiàn)實意義。

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作者簡介：黃建國，男，漢，1979年5月，吉林省吉林市人，本科，工程師，研究方向：發(fā)電機。