某柴油发电机组双层隔振系统振动特性分析

第25卷第2期 广州航海学院学报

Vol.25 No.22017 年 6 月

JOURNAL OF GUANGZHOU MARITIME INSTITUTE

Jun. 2017

某柴油发电机组双层隔振系统振动特性分析

孔晓丽

(南通航运职业技术学院轮机工程系，江苏南通226010)

摘要：利用Matlab 工具箱编写程序对M T U 16V 396TC 53柴油发电机组的双层隔振系统进行计 算，分析了采用不同中间质量、钟状罩刚度、上下减震器的刚度及减振器阻尼系数等对隔振效果的 影响，为该机组的隔振器选用提供参考依据.关键词：Matlab ;柴油发电机组；双层隔振；隔振效果中图分类号：TB 535.1

文献标志码：A

船舶柴油发电机组的振动和噪声会影响船体 结构的安全性和相关机械的可靠运行，同时对环境 造成极大的污染，在军用舰船中，动力装置的振动 噪声严重影响其隐蔽性和战斗力，因此船舶动力装 置振动噪声控制技术的研究倍受重视[1].本文用

Matlab 工具箱编写程序，通过输入不同参数，对

M T U 16V 396TC 53柴油发电机组的双层隔振系统的 隔振性能进行计算，对隔振效果进行了比较.

1机组结构

本文对M T U 16V 396TC 53柴油发电机组的双

层隔振系统进行校核计算.机组结构简图见图1 所示.柴油发电机外面有隔声罩，它同中间质量组 成一体.

图1机组结构简图

文章编号：1009 -8526(2017)02 -0017 -04

2振动计算建模

关于柴油发电机组双层隔振装置的振动计算

建模以前一般都是把柴油机和发电机作为一个统

一

的刚体，中间质量作为另一个刚体，构成图2所示 的具有12个自由度的串联的双层隔振系统.

图2串联双层隔振系统

然而实际上柴油机同发电机并非是一个统一 的刚体，它们之间是由刚度很大的钟状罩相连接， 采用图2系统建模，结果是丧失了由钟状罩连接带 来高频振动的信息，而这恰恰是研究结构辐射噪声 所关心的频率成分.为了更好真实地反映柴油发电 机组双层隔振装置振动特性，本文将柴油机和发电 机作为两个独立刚体，考虑它们两者之间钟状罩的 刚度，建立如图3所示具有18个自由度的串一并连

双层隔振系统的力学模型.

收稿日期：2016-10-30

作者简介：孔晓丽（1982—），女，讲师，硕士，主要从事轮机管理专业教学与研究

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18广州航海学院学报第25卷

图3 18个自由度的串-并连双层隔振系统的力学模型

计算结果表明两个力学模型的前12阶固有频 率和振型完全相同.串一并连模型新增的6个固有 频率是引进钟状罩刚度后产生的高阶固有频率，其 值远大于原来12阶频率.由以上结果初步可以认 为，如果只考虑避免机器干扰力频率同隔振系统固 有频率重合引起的共振，那么采用图2力学模型可 以满足工程计算要求;在要求考虑结构辐射噪声情 况下，需要采用图3力学模型进行振动特性计算.

考虑最一般的情况，假定机组及中间质量的外 形是不规则的，其质量也都是不均匀的，每层中各 弹性支承的刚度特性可以是各个不相同的，且它们 的布置位置和3个相互垂直的主刚度轴安装方向 是任意的[2].假定参考坐标系oxyz设在基础上，这 里尤为船体横向，y为船体纵向，z为垂直方向.1代 表中间质量，在参考坐标系中位移向量为U U = (A A，爲为沿坐标轴的位移，a, /3,y为绕3根坐标轴的角位移.2代表燃气轮机，其 位移向量为b U = 代表基础，整个系统为12个自由度，系统位移向量= (㈦小“，.

刚度矩阵的生成是计算复杂机构固有频率的 关键.假设系统中有歷个质量块，则总刚度矩阵为 67VM x67V M方阵，它有如下特点：对角线元素是所 有与对应质量块相连的弹性支承刚度之和，非对角 线元素是质量块〖和7之间所有弹性刚度之和，取负 值.换句话说，它由M f x y V M个6 x6的分块矩阵 [幻和[幻,.组成，以=1，…，屬f.其中对角线上分 块矩阵用下式求得

[K]u=(1)非对角线上分块矩阵由下式得到

[幻，=-£[尺] (2)

71二 1式中:A7为所有与质量块；连接的弹性支承个数，胃为连接质量块〖和7之间的弹性支承个数.也就 是说，对于连接质量块〖和7的各个弹性支承，其子 刚度矩阵[幻…分别加到分块矩阵[幻[幻y.上; 取其负值分别加到分块矩阵[幻y.和[幻>上.

[K]…为6 x6方阵，是每个弹性支承在参考坐 标系中的子刚度矩阵，它经过下述矩阵运算后得到 [K]n = [TR]；l[TR]n[k M T R Y n[TR]；T.(3)

&，^，n為人为弹性支承沿单根刚度主轴的平移和转动刚度.

[TR]n = [T]n[R]n.(4) [r]…是坐标平移变换矩阵，其作用是将局部坐标系平移到参考坐标系；[只]…为旋转变换矩阵，把平移到参考坐标系的局部坐标的3根坐标轴通 过旋转与参考坐标系3根轴重合.它们的具体表达式为[3]:

I T],

[D]

[此

[厂]

I0■

.D I.

-0-C B_

C0-A

■-

B A0 _

'r0■

.0 r.

cosa1cos/3i cosy1~

cosa2cos/32cosy2

_cosa3cos/33cosy3_

(5)

(6)

A，B，C为弹性支承在参考坐标系中对应的％、值，a，/3,y为弹性支承3根刚度主轴同参考坐标 系3根轴之间的夹角，其关系如1表所示.

表1坐标轴同刚度轴之间的夹角

人[人刚度轴

Kx K y Kz X A7i

Y«2P272

Z«3A73

其中[伙],和为整体坐标系向局部坐标系转换的矩阵，r为第r个刚体;s为第5个刚体.

总质量矩阵比刚度矩阵简单，它是一个分块对角 阵，由歷个6X6的满秩矩阵[M L组成“ =1，…，它在参考坐标系中表达式就是单位质量刚度阵：

(7)式中：[爪]t二出啤[爪，爪，爪乂，々乂 为质量块

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