集装箱式静音发电机组机房结构设计.docx

集装箱式静音发电机组机房结构设计毕红亮，薛晓旭( 胜利油田胜利动力机械有限公司，山东 东营257032)摘要: 本文介绍了集装箱式静音发电机组机房的设计过程，对集装箱式机房结构进行了详细的介绍与分析: 利用“pro / mechanica structure 结构分析模块”对机房结构强度进行了校 核，并介绍了机房通风、降噪方案，通过计算对上述方案进行了校验。通过以上分析及计算，论 证了该静音机房结构的正确性、合理性。关键词: 集装箱; 静音机房; 通风; 降噪中图分类号: tm314 文献标志码: b文章编号: 1673 6397( 2011) 02 0025 04design on engine room structure for container generator setbi hong liang，xue xiao xu( shengli oil field shengli power machinery group co ，ltd ，dongying 257032，china)abstract: this paper discusses the design of the soundproof engine room for the container gen- erator set and analyzes in details engine room structure and introduces the planning of air ventilation and noise reduction designed for the engine room its structural intension is checked by the pro / mechanica structures soft and the related planning is calculated and verified the results show that the engine room structure is correct and reasonablekey words: container; soundproof engine room; ventilation; noise reduction在机房左侧发电机房内，并将与其配套的卧式多风扇水箱及进排气管系等安置在机房顶上，机组集成 化程度较高。机房参照标准集装箱结构进行设计，机房框架 选用多种型钢，结合机房内发电机组尺寸，并考虑必 要的操作维护空间，机房外形尺寸确定为: l b h= 8000 3000 2900。机房吊装方式与标准集装箱 相同，为带机组整体四角顶部吊装。引 言随着我国分布式燃气发电产业的不断发展，集 装箱式静音发电机组( 又称可移动电站) 以其“土建 施工量少、建站周期短、高度集成化( 节省土地) 、节 水节能( 配套卧式多风扇水箱) 、可灵活调整电站容 量、噪声低”等优点，完全满足“交钥匙工程”要求， 受到了越来越多用户的青睐。为此，集团公司开发 设计了集装箱式静音机组。集装箱式静音机组外形尺寸图如图 1 所示。整个机组由静音机房、发电机组两部分构成，静 音机房分为发电机房、近机监控室两部分，机组安置机房整体吊装时结构强度校核1机房吊装方式采用标准集装箱吊装方式中的顶部四角吊装，吊装示意图如图 3 所示。作者简介: 毕红亮( 1983 ) ，男，蒙古族，内蒙古通辽人，助理工程师，本科，从事燃气发动机的研究与开发工作。26内燃机与动力装置2011 年 4 月图 1集装箱式静音发电机组外形尺寸图析的重点考察部位。本机房在设计过程中采用了 “pro / mechani- ca structure”结构分析模块1对机房结构进行“桁 架”简化建模，模拟集装箱式机房整体吊装时的约 束和 载 荷 情 况，对机房的结构强度进行了分 析。 “pro / mechanica structure 结构分析模块”是集 静态、动态结构分析于一体的有限元模块，能够模拟 真实环境为模型施加约束和载荷，测算出模型的应 力、应变等参数，实现结构强度分析，以下为分析计 算过程。图 2 为静音机房结构图。机房“桁架”简化建模将机房底盘、机房顶部框架及四根立柱简化为 线条，并添加各线条所对应的材料截面属性，创建出 机房“桁架”简化模型如图 4。1 1因机房采用顶部四角整体吊装( 含发电机组) ，燃气发电机组的重心偏左，右侧顶点的作用力臂最 大，变形也就最大，由于顶点位置三根梁是焊接在一 起的，大变形可能引起应力比较大，此处容易变形断 裂; 同理，右侧的 h 型钢横撑上的弯曲变形也比较 大，相应的应力较大，容易变形断裂。故需对吊装时 机房总体结构强度进行校核。而上述两处将作为分图 4 机房“桁架”简化模型1 2 施加约束和载荷 施加约束和载荷后模型如图 5 所示。 发电机组总质量为 12500kg，机房总质量为 5500kg，故机房吊装时承重总质量为: 18000 kg。机组吊装 时钢丝绳与机房顶面夹角设为 60，则根据计算可以 得出机房顶部四顶点受力绝对值为( 以机房长度方向毕红亮，等:集装箱式静音发电机组机房结构设计272011 年第 2 期图 5 施加约束和载荷后的机房模型为 x 轴，宽度方向为 y 轴，高度方向为 z 轴) :fx = 24 4 kn ，fy = 9 1 kn ，fz = 45kn。机房底盘与发电机组底盘通过减震座连接，将 结合面处进行位移约束，并对机房顶部四角施加上 述计算出的载荷，并设置自由度，便可模拟集装箱机 房在整体四角吊装时的真实情况，如图 5 所示。分析结果机房吊装时应力分析结果分别如图 6 所示。1 3机房通风方案及相关计算22 1 机房封闭运行时机房内散热功率计算燃气发电机组，燃料能量的 33% 左右转化为电 能，其他约有 32% 随尾气排出，25% 被发动机冷却 水带走，通过机身散发等其它约占 10% 左右。图 6 应力分析结果由图 6 可 以 看 出: 吊 装 时，最 大 应 力 值 为208 6mpa，危险部位出现在 1、2、3 三根梁上，此处 我们分别提取该三根梁的应力曲线图如图 7、图 8、 图 9 所示。以 600kw 燃气发电机组计算，通过机身向机房内散热功率:p = ( 600 /33% ) 10% = 182kw。2 2 机房内换风量计算假设机房内允许的温升为t = 10 ，则根据公 式: q = cmt上式中: q 为每小时机组向机房内的散热量; c 为 1标 准 大 气 压 下，0 50 干空气的定压比 热 容:1 005kj / ( kg ) ; m 为流过机房内的空气质量流 量( kg / s) ;将以上数据代入上式，可得:图 7 梁 1 受力曲线图由图 7、图 8、图 9 所示，最大应力值出现在梁 1上，即最大应力点出现在机房底盘最右侧两个减震 座右侧的 h 型钢横撑上，大小为 208 6mpa，小于 q235a 材料的屈服极限，表明本机房结构强度满足 吊装要求。= q / ( ct)= 182 kws /10 1 005kj / ( kg) = 18 1 kg / s每小时空气质量流量为:m = 18 1 3600 = 65160kg / hm发电排烟高温水低温水其它33%32%16%9%10%28内燃机与动力装置2011 年 4 月每小时空气体积流量为:q = m / = 65160 /1 293 = 50394nm3 / h。 进出口流通面积计算 根据经验，机房通风进风口流速10m / s， 所以进风口流通面积求机组运行时，机房外噪声能达到类噪声要求，即机房外 10m 处噪声: 白天75db ( a) ，夜间65db( a) 。机组密闭运行时，噪声对外传递的路径主要是进排风通道、机房门等，必须从这些地方着手降 噪3。3 1 采取的主要降噪措施( 1) 机房内壁及顶面布置波峰消声棉，并外覆 金属穿孔板，设计消声量为: 10db( a) ;( 2) 进排风口设置阻性片式消声器，设计消声 量为: 25 db( a) ;2 32a1 = ( 50394 /10) /3600 = 1 4m ;根据经验，机房通风出风口流速5m / s， 所以出风口流通面积2a2 = ( 50394 /5) /3600 = 2 8m机房通风降温方案2 4( 3)机房门与门框间加密封条，保证密封，最大每个机房共设置两个轴流风机给机房内强制换风，并通过变频器根据机房内温度控制通风量，进而 保证机房内温度不致过高。轴流风机嵌入进风导流 罩内，风机前设置布袋初效过滤器( 净化机房内进 气) 及阻性 片 式 消 声 器 ( 降低进风口噪声向外传 播) ，出风口处设阻性片式消声器。另外，机房内的 增压器废气蜗壳及排气管组等高温件采用隔热材料 包覆，减少其向机房内的散热。2 5 相关设备2 5 1 风机选择型号为“900fzl c7p35ls6bzq 型”轴流 风机，风机相关参数: 功率: 3 88kw ( 380v / ac) ; 额 定风量: 25400 nm3 / h; 静压为 180pa; 噪声79db( a) 。风机共两个，故总通风量 q通风 = 25400 2 =50800 nm3 / h，满足设计要求。限度减少机房门处噪声泄漏;( 4)发电机组底盘与机房底盘间加橡胶减震座，减震降噪。3 2消声效果机组密闭运行时，机房内噪声为 110db( a) ，加装消声棉及阻性片式消声器后，经计算，机房进出风口处噪声可控制到75db ( a) 。机房外 10m 处噪 声比进出风口处噪声显然要小，故上述降噪措施能 够满足设计要求。结论4通过以上分析、计算，最终证明:( 1)机房结构能够满足集装箱式整体吊装要求。( 2)10 。( 3)布袋除尘器( 共 8 个，每个进风导流罩内设密闭运行时机房内温度相对环境温升2 5 24 个)通风量为 7100nm3 / h，风阻为 30 pa。机房外噪声满足类噪声要求，即机房外10m 处噪声: 白天75db( a) ，夜间65db( a) 。总之，该机房总体上达到了集装箱式发电机房可整体移动、密闭运行、低噪声的设计要求，填补了 集团公司在集装箱式静音发电机组领域的空白，市 场前景良好。阻性片式消声器( 进排风口均设阻性片式2 5 3消声器)消声量为: 30 db ( a) ，进风口阻性片式消声器阻力损失 30 pa，排风口阻性片式消声器阻力损失50 pa。2 5 4 风机静压校核布袋除尘器风阻 + 进风口阻性片式消声器风阻+ 出风口阻性片式消声器风阻 = 30 pa + 30 pa + 50pa = 110 pa 180pa ( 风机静