內燃機柴油發電機的結構重設計研究

摘要：發電機的動力由內燃機提供，在我國，一般內燃機都使用柴油機，在其中，柴油發電機扮演著重要的角色，柴油發電機以柴油為主要燃料，以柴油機為動力機，帶動發電機進行發電。但內燃機中的柴油發電機，有時也存在著設計與結構不合理的問題，這要求相關研究人員在實踐中，不斷發現問題并提出相應的結構優化方案，從而提升我國內燃機柴油發電機的質量和運行效率。

關鍵詞：內燃機;柴油發電機;結構設計

由于我國絕大部分內燃機都采用柴油內燃機，因此，柴油發動機對于提供動力的穩定運行發揮著十分重要的作用，而柴油發電機所存在的結構設計不合理等問題，容易對發電機的工作性能造成影響，不僅容易降低發電機工作壽命，甚至可能會導致故障的產生，嚴重影響運行安全。因此，在研究中，有必要針對柴油發電機在運行中出現的問題進行研究，究其原因，進而對發電機進行結構上的優化，以此來提升柴油發電機的功效。

一、內燃機柴油發電機工作原理

內燃機柴油發電機組成由內燃機柴油發動機、發電機和控制柜組成，其中內燃機柴油發動機是發電機的動力裝置，主要的工作裝置為氣缸和活塞，在結構設計上則需要注意氣缸的數量，排列方式、直徑、以及活塞的沖程、是否需要增壓的問題。此外，當前我國內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生的廢氣，作為推動渦輪壓氣機的動力，空氣經過這一機器后壓力提升，在經由中間冷卻器，溫度降低后，被輸送至柴油機進氣管，這一環節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，即柴油于氣缸內燃燒，過程釋放出大量的高溫高壓氣體，在密閉的氣缸內不斷膨脹，進而推動活塞進行往復運動，通過連桿帶動曲軸旋轉不斷對外做功，從而將熱能轉化為機械能，產生的動能再經過傳動裝置，進而由柴油機帶動發電機運轉，發電機工作產生電能，最終成為驅動發電機發電動力。柴油機進行工作時，主要工作方式有四沖程和二沖程兩種，在轉速相同的條件下，二沖程機所產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，缸數進行劃分，按照具體需求選擇不同的產品。

二、內燃機柴油發電機結構設計中的常見問題

1. 異常震動

柴油發動機是驅動內燃機柴油發電機的主要動力，在運行過程中發動機的氣缸與活塞需要不停工作，不可避免地會產生振動，從而使柴油發電機組的振動，成為了設備的主要振源，尤其是當結構設計不夠合理、振動隔離效果又不理想的情況下，柴油發電機組的震動會對發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，甚至導致柴油發電機組自身出現問題。有實驗表明，從整個柴油發電機組來看，發電機轉子連接軸是主要薄弱部位，這一部位在工作中容易產生變形，這主要是由于轉軸結構的剛度無法承受發電機實際運轉中產生的動能，剛度不足導致轉軸變形，以至于發電機在運轉時，產生強烈的超出標準值的異常震動。

2. 高海拔功率損失

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

3. 噪聲過大

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

三、內燃機車柴油發電機結構優化策略

1. 改進發電機轉軸結構

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

2. 加裝增壓系統

為了減少柴油發電機組，在高原工作時的功率損耗，可為發動機組加裝增壓系統，從而提升內燃機車柴油發電機在高原的工作效率。在結構設計上，首先對空濾室進行設計，為其設計一個有五面構成的護罩，四面具備防水百葉，并在這四面內部焊接鐵絲網，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，有效避免了高原沙塵對柴油發電機組的影響。其次，在導氣彎管材質的選擇上，應選用適宜高原環境的橡膠材料，由模具一次性制作而成，轉角設計與材料選擇都應精確并符合規范。最后，關于增壓器支架結構的設計，這一結構主要用來放置增壓系統主要元件，位置處于柴油發動機組的上方，為柴油發電機組的穩定運行提供保障。

3. 優化排氣消聲器結構

為了解決柴油發電機組在工作中產生的噪聲問題，可采取的主要措施是為柴油發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生的噪音。對于柴油發電機組而言，安裝排氣消聲器可以說是一項最有效的措施，用于內燃機車的柴油發電機組，一般而言排量都比較大，那么與之相適應，消聲器的容積也會相應增大。為優化消聲器結構，消聲器的結構模態不應該與發電機噪聲的基礎頻率位于同一水平，這樣可以有效避免兩者產生共振，從而降低消聲結構被共振破壞的概率。

結束語

綜上所述，作為我國移動發電設備的主要裝置，柴油發電機的重要性不容忽視，雖然在實際運行中，柴油發電機的結構設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，但隨著相關研究的進一步深化拓展，相應的解決方案與結構改進措施也有所完善，這對于提高我國內燃機柴油發電機的質量與效率，提高供電整體運行效果，有著十分重大的現實意義。

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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：發電機。