柴油機敲缸故障診斷范文

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摘要:振動速度頻譜在設備振動監測與故障診斷中應用很多。某柴油機低速時A1缸附近存在強烈敲擊聲。通過對柴油機缸蓋和高壓油管的異常高頻沖擊加速度信號進行測量和分析，準確判斷出故障原因是供油不良導致敲缸，更換噴油器后敲缸現象消失。

關鍵詞:柴油機;振動;故障診斷;沖擊;敲缸

在對艦船設備進行振動監測與故障診斷時，常常將設備按照運轉方式分為回轉設備和往復設備2大類，它們的振動評價標準和故障診斷方法明顯不同。回轉設備振動信號頻譜簡單，不同故障時頻譜相差明顯，多數情況下對振動速度的頻譜和時間信號進行分析可以準確判斷故障。但是往復設備特別是柴油機振動故障診斷復雜得多，這是因為柴油機振動激勵源多，振動信號成分復雜。柴油機振動的中低頻信號(1kHz以下)主要來源于汽缸壓力的周期性變化、運動部件的慣性力和不平衡力，其振動頻率成分主要是單缸發火頻率及其高次諧頻，是相對穩定的振動信號。而其高頻信號主要來源于各種沖擊，例如燃燒沖擊、氣閥敲擊、齒輪嚙合等，沖擊激發零部件的固有頻率振動，頻率高達數千赫茲或者數萬赫茲，持續時間短。根據波動理論，高頻沖擊信號在結構中以波動形式傳播，隨著距離的增加，信號衰減很快。這使得異常的高頻沖擊信號對于故障定位很有意義，振源一定在高頻信號最強烈的測點附近。在振動位移、速度和加速度信號中，加速度信號更能突出高頻信號，因此，高頻沖擊加速度信號是柴油機振動故障診斷的一個重要參數。但是柴油機高頻沖擊加速度信號動態范圍大，頻帶寬，因此對信號的采集頻率范圍敏感，對測點位置敏感，這需要監測人員有豐富的經驗，合理選擇測點和設置測量參數。

某艦主機是4沖程廢氣渦輪增壓柴油機，額定轉速1000r/min。監測發現1臺主機在較低轉速時(小于或者等于600r/min)A1汽缸附近存在強烈的敲擊聲，但是爆壓正常，排氣溫度正常。為了判斷敲擊聲的來源，對該主機進行了振動監測與故障診斷。

1信號采集與分析

測量該主機各缸蓋垂向和橫向的振動信號。測量A1缸蓋以外的其它缸蓋是為了類比分析。同時測量振動加速度、速度和位移的時間和頻譜信號，首次測量參數如下:振動加速度時間信號濾波頻率1Hz～10kHz，加速度頻譜濾波頻率2Hz～12．8kHz，速度時間信號濾波頻率2Hz～1kHz，速度頻譜濾波頻率2Hz～1．6kHz，位移時間信號濾波頻率2Hz～1kHz，位移頻譜濾波頻率2Hz～800Hz。這樣的采集參數設置在多數情況下是合適的，既能分析判斷故障，又能合理控制數據量。但是，采用該設置測量柴油機缸蓋振動后，發現故障汽缸振動信號與其它汽缸差別不明顯。無法判斷故障的原因和部位。敲擊應該能激發出缸蓋或者機體的高頻固有頻率振動，高頻沖擊加速度應該有明顯的不同。

為此，調整加速度時間信號的采樣頻率和濾波頻率重新測量，加速度時間信號采樣頻率131072Hz，濾波頻率10Hz～40kHz，此時A1缸蓋振動加速度存在明顯不同于其它缸蓋的強烈的高頻沖擊。調整參數后，測量得到的A1缸蓋和A2缸蓋橫向高頻加速度時間波形，A1缸蓋高頻沖擊加速度明顯強烈得多，而且峰值不穩定。而A2缸蓋高頻沖擊加速度峰值小得多，進排氣閥敲擊信號與燃燒沖擊相差不大。根據高頻加速度信號的區別，可以判斷A1缸蓋振動存在問題，而高頻振動在結構中衰減很快，因此，振源一定在缸蓋附近，燃燒沖擊或者是氣閥敲擊是最可能的原因。

2故障診斷由于沒有相位信號，不好判斷異常是燃燒造成的，還是氣閥沖擊造成的。為此，進行單缸斷油試驗，A1缸單缸斷油后的振動加速度信號，最大沖擊加速度明顯下降，因此燃燒是異常振動的主要激勵源，異響就是敲缸。但是敲缸可能是燃油霧化不良、供油定時不對、進氣不足或者是活塞環損壞，需要進一步判斷故障原因。檢查發現原來的噴油器啟噴壓力低，導致噴油提前。這一故障診斷過程中，首先根據A1缸高頻加速度的異常判斷出振源在缸蓋附近，根據單缸斷油后的監測結果判斷出異常燃燒是故障源，再根據高壓油管的沖擊脈沖異常判斷出是供油問題。合理選擇監測量標和數據采集參數，逐漸縮小范圍，快速確定了故障原因和部位。根據振動監測結果進行有針對性的維修工作，縮短了檢修的時間，提高了維修工作的效率。

3結束語

1)由于柴油機自身振動信號復雜，激勵源多，在對柴油機進行振動監測與故障診斷時，不能簡單的以振動烈度值和振動速度頻譜判斷設備狀態和診斷故障。高頻沖擊信號在結構中衰減快，高頻沖擊信號較大的點離振源近，對故障定位意義更大。

2)高壓油管的高頻沖擊信號能夠反映供油問題，在對柴油機進行振動監測與故障診斷時應該引起關注。

3)由于高頻加速度信號對測點位置敏感，對測量頻率范圍敏感，需要合理選擇測點和測量參數才能準確判斷故障。

參考文獻

［1］趙慧敏．柴油機非穩態振動信號分析與智能故障診斷研究［D］．天津:天津大學，2010．

［2］CyrilM．Harris．AllanG．Piersol．沖擊與振動手冊［M］．劉樹林，王金東，李鳳明，等譯．北京:中國石化出版社，2008．

作者：作者：高洪濱1，孫斌1，胡義國2 單位：1．92601部隊，2．91526部隊