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燃机快速并车过程的冲击载荷特性分析及实验研究

陈昊 周瑞平 樊红 雷俊松 周少伟

陈昊, 周瑞平, 樊红, 等. 燃机快速并车过程的冲击载荷特性分析及实验研究[J]. 中国舰船研究, 2022, 17(2): 198–205 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02341
引用本文: 陈昊, 周瑞平, 樊红, 等. 燃机快速并车过程的冲击载荷特性分析及实验研究[J]. 中国舰船研究, 2022, 17(2): 198–205 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02341
CHEN H, ZHOU R P, FAN H, et al. Analytical and experimental research on impact load during rapid engagement of gas turbine [J]. Chinese Journal of Ship Research, 2022, 17(2): 198–205 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02341
Citation: CHEN H, ZHOU R P, FAN H, et al. Analytical and experimental research on impact load during rapid engagement of gas turbine [J]. Chinese Journal of Ship Research, 2022, 17(2): 198–205 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02341

燃机快速并车过程的冲击载荷特性分析及实验研究

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02341
基金项目: 国家科技重大专项资金资助项目(2017-IV-0006-0043);国家自然科学基金资助项目(51839005)
详细信息
    作者简介:

    陈昊,男,1993生,博士生。研究方向:船舶动力装置性能分析及振动噪声控制。 E-mail:1361700535@qq.com

    周瑞平,男,1964生,博士,教授,博士生导师。研究方向:船舶动力装置性能分析及振动噪声控制。E-mail:rpzhouwhut@126.com

    通信作者:

    周瑞平

  • 中图分类号: U664.16

Analytical and experimental research on impact load during rapid engagement of gas turbine

知识共享许可协议
燃机快速并车过程的冲击载荷特性分析及实验研究陈昊,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  为了获取燃燃联合动力(COGAG)装置在快速并车解列过程中的冲击载荷及轴系动态响应,提出一种理论计算方法。  方法  根据同步自动换挡(SSS)离合器啮合过程中各部件的力学关系,建立离合器的动力学分析模型,并开展燃燃联合动力装置并车过程的动力学仿真和台架实验。  结果  仿真结果表明:在阻尼油腔作用的时刻,离合器螺旋花键上产生了明显的扭矩冲击,同时使离合器两端轴系产生了很强的扭矩动态响应;离合器棘轮棘爪位置的随机性将导致扭矩冲击峰值和轴系动态响应在一定范围内波动。台架实验验证了并车冲击载荷计算方法的正确性,其最大和最小扭矩的响应幅值与理论计算偏差分别为3.56%和8.86%。  结论  对于燃机快速并车过程中的扭矩冲击影响,研究成果可为燃燃联合动力装置的运行安全性评估提供参考。
  • 图  1  SSS离合器的机械结构及基本原理图

    A-棘爪;B-啮合齿轮;C-中间件;D-螺旋花键轴;E-主动件;F-从动件;G-棘轮

    Figure  1.  Mechanical structure and basic principle of SSS clutch

    图  2  轴系拆分示意图

    Figure  2.  Diagram of shafting partition

    图  3  实验台架示意图

    Figure  3.  Diagram of the test bench

    图  4  中间件行程

    Figure  4.  Position of sliding assembly

    图  5  螺旋齿扭矩曲线

    Figure  5.  Torque on spiral spline

    图  6  主动端轴系的扭矩响应

    Figure  6.  Torque response on active side of shafting

    图  7  从动端轴系的扭矩响应

    Figure  7.  Torque response on driven side of shafting

    图  8  不同ωr下的扭矩冲击曲线

    Figure  8.  Torque curve under different ωr

    图  9  不同Minωr下的冲击扭矩响应幅值

    Figure  9.  Amplitude of torque response under different Min and ωr

    图  10  实验台架原理图

    Figure  10.  Schematic diagram of the test bench

    图  11  实验台架的设备布置

    Figure  11.  Equipment layout of the test bench

    图  12  并车过程的瞬时扭矩曲线

    Figure  12.  Transient torque of engagement

    图  13  重复实验的扭矩幅值

    Figure  13.  Torque amplitude in repeated experiments

    表  1  主动端轴系的动力学模型参数

    Table  1.   Parameters of active side of dynamic model

    部件名称惯量/(kg·cm2)刚度/(kN·m·rad−1)内阻尼系数
    并入机转子15 825.0678.200.064
    惯量盘23 078.54326.290.064
    离合器主动件9 954
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    表  2  从动端轴系的动力学模型参数

    Table  2.   Parameters of driven side of dynamic model

    部件名称惯量/(kg·cm2)刚度/(kN·m·rad−1)内阻尼系数
    离合器从动件31 377.8646.450.064
    小齿轮8 616.855
    大齿轮245 749.749.350.064
    负载机转子55 446.19
    小齿轮(分支1)6 218.7371.790.064
    惯量盘(分支1)26 697.2778.200.064
    工作机转子(分支1)15 825.06
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    表  3  双机并车台架的主要参数

    Table  3.   Main parameters of double engine parallel platform

    设备名称主要参数数值
    驱动电机额定功率/ kW4
    最大转速/(r·min−1)4 000
    负载电机额定功率/ kW10
    最大转速/(r·min−1)2 000
    SSS离合器额定扭矩/( N·m)200
    并车齿轮箱速比3∶1
    扭矩仪采样率/ Hz1 000
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-04
  • 修回日期:  2021-05-20
  • 网络出版日期:  2022-04-06
  • 刊出日期:  2022-04-20

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