Dynamic FE-analysis of a diesel generating set

Abstract

The main objective of this thesis work has been to explain how certain machine elements and engine and alternator components influence the dynamics of a large diesel generating set. Special attention has been paid to the bolted joints between the engine and the common base frame and between the alternator and the said base frame. The special machine elements, so called Vibracon elements, which are used for the alignment of the alternator, have been studied, too. Furthermore, the alternator bearings have been subject to detail studies. Sensitivity analyses have been carried out in order to clarify the applicability of different modelling methods for dynamic analysis of a diesel generating set. The stiffness of individual components has been calculated using both classical and modern numerical (FEM) methods. The component stiffness values have been implemented in a finite element model of a generating set and the natural frequencies and modal shapes have been calculated.

AB3:Tässä diplomityössä tavoitteena oli tutkia, miten tietyt kone-elementit sekä moottorin ja generaattorin komponentit vaikuttavat suuren dieselgeneraattorin dynamiikkaan. Erityisesti on kiinnitetty huomiota moottorin ja yhteisen alustan sekä generaattorin ja yhteisen alustan välisiin ruuviliitoksiin. Työssä on tarkasteltu myös niin kutsuttuja Vibracon-elementtejä, joita käytetään generaattorin linjaukseen. Lisäksi tutkittiin tarkemmin generaattorin laakereita. Eri mallinnusmenetelmien soveltuvuutta dieselgeneraattorin dynaamiseen analysointiin tarkasteltiin herkkyysanalyysien avulla. Erillisten komponenttien jäykkyyksiä laskettiin sekä klassisella menetelmällä että modernilla numeerisella menetelmällä (FEM). Komponenttien jäykkyysarvoja sovellettiin erään dieselgeneraattorin FE-malliin ja lisäksi laskettiin ominaistaajuudet sekä -muodot.

Huvudmålsättningen för examensarbetet har varit att reda ut hur en del maskinelement och motor- och generatorkomponenter påverkar dynamiken hos ett stort dieselgeneratoraggregat. Speciell uppmärksamhet har ägnats åt skruvförbanden melIan motorn och det gemensamma fundamentet resp. mellan generatorn och nämnda fundament. De speciella maskinelement, sk. Vibracon-element, vilka användes för uppriktning av generatorn har också studerats. Dessutom har generatorns lager och rotordynamik varit föremål för detaljstudier. Sensitivitetsanalyser har utförts för att reda ut olika modelIeringsmetoders användbarhet vid dynamiska analyser av ett dieselgeneratoraggregat. Styvheterna hos enskilda detaljer/komponenter har bestämts så noggrant som möjligt med hjälp av såväl klassiska metoder som moderna numeriska (FEM) metoder. Komponenternas styvhetsvärden har implementerats i en FEM modell av ett generatoraggregat. Dynamiska FE-analyser har utförts för att bestämma aggregatets egenfrekvenser och svängningsformer.