故障檢修與技術(shù)維護

柴油發(fā)電機遠程診斷技術(shù)和故障分析

 

摘 要：柴油發(fā)電機組運行中柴油機作為其動(dòng)力源，長(cháng)期使用后不可避免的會(huì )有一定機械故障出現。柴油發(fā)電機零件數量多，結構較為復雜，若是使用傳統人工檢測方式或一般設備診斷，則無(wú)法確保全面精準的檢測機械故障。在此背景下，應當采取遠程診斷技術(shù)，利用電信號中聲場(chǎng)信號特征檢測機械故障，以提高柴油機機械故障檢測效率。本文主要針對傳統檢測技術(shù)的誤差率高、主觀(guān)性強、效率低問(wèn)題，提出非接觸檢測技術(shù)。研究過(guò)程中，以遠程診斷技術(shù)為切入點(diǎn)，分析柴油發(fā)電機機械故障，并以四沖程柴油發(fā)電機為例，研究柴油機機械故障檢測中非接觸式技術(shù)操作流程及結果分析。

 

一、遠程診斷技術(shù)概述

 

      柴油機是柴油發(fā)電機的重要組成部件，其檢測診斷技術(shù)的有效性和實(shí)用性是保證柴油發(fā)電機安全運行的重要條件，并且對于提高柴油發(fā)電機的性能指標也具有重要的幫助。維修人員應該意識到柴油發(fā)電機檢測技術(shù)對于柴油機運行的重要性，提升自身的技術(shù)水平與操作能力，全面提高檢測的準確性，促進(jìn)柴油發(fā)電機行業(yè)的發(fā)展。當前，柴油發(fā)電機行業(yè)的飛速發(fā)展，加速了柴油發(fā)電機使用量的快速增長(cháng)，而柴油發(fā)電機組作為柴油發(fā)電機的“心臟”，是柴油發(fā)電機安全運行的動(dòng)力源，其質(zhì)量控制至關(guān)重要，但由于柴油發(fā)電機組結構構成復雜，涉及成千上萬(wàn)個(gè)零部件，且其是往復運動(dòng)與旋轉運動(dòng)相結合的機械類(lèi)型，加之運行環(huán)境的差異，其故障發(fā)生不可避免，而傳統的以人工經(jīng)驗庭陣法及儀器設備輔助診斷法為主的故障檢測方式，受人主觀(guān)影響較大，誤差率較高，基于此，本文引入了一種遠程診斷技術(shù)，通過(guò)對異常信號特征的提取來(lái)診斷柴油機的故障，以此為柴油發(fā)電機組診斷創(chuàng )新提供一定的理論參考。

      柴油發(fā)電機故障檢測中，遠程診斷技術(shù)屬于擁有較高智能化與自動(dòng)化水平的技術(shù)，與傳統檢測方式相比更加精準便捷。遠程診斷技術(shù)是基于人工檢測技術(shù)進(jìn)行量化改進(jìn)，利用設備捕捉柴油機所發(fā)出的聲信號，以判斷柴油機故障的技術(shù)形式。目前，隨著(zhù)信息技術(shù)與電子技術(shù)發(fā)展，智能化與自動(dòng)化技術(shù)融入到多個(gè)領(lǐng)域之中，發(fā)電機組行業(yè)同樣如此，人工檢測技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足現有產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，發(fā)電機組生產(chǎn)維修與自動(dòng)技術(shù)相結合已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展主要趨勢。所以，提出非接觸檢測技術(shù)，此技術(shù)利用聲學(xué)與光學(xué)原理，可在不與柴油機接觸前提下對其進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)檢測。

      遠程診斷技術(shù)是一種自動(dòng)化程度高、易操作、檢測精度高的現代診斷方法，其克服了傳統檢測方法操作流程復雜，耗時(shí)長(cháng)、對技術(shù)人員依賴(lài)性高的弊端，其利用人耳對于響動(dòng)、聲調、音色及音頻等特有的與聽(tīng)覺(jué)性，來(lái)構造故障診斷算法中的優(yōu)化準則和評判標準，進(jìn)而通過(guò)聲信號傳感器捕捉的異響來(lái)判定柴油發(fā)電機組故障類(lèi)型及內容。使用遠程診斷技術(shù)的遠程診斷分析儀外形如圖1所示，檢測原理如圖2所示。

      隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，測量技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)、質(zhì)量控制、反求工程及生物醫學(xué)工程等方面的應用日益重要。傳統的接觸式測量技術(shù)存在測量時(shí)間長(cháng)、需進(jìn)行補償、不能測量彈性或脆性材料等局限性，因而不能滿(mǎn)足現代工業(yè)發(fā)展的需要。非接觸式測量技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的，其測量基于光學(xué)原理，具有高效率、無(wú)破壞性、工作距離大等特點(diǎn)，可以對物體進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的測量。此類(lèi)技術(shù)應用在產(chǎn)品質(zhì)量檢測和工藝控制中，可大大節約生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品的研制周期，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，因而倍受人們的青睞。隨著(zhù)各種高性能元器件如CCD、CMOS等的出現，非接觸測量技術(shù)得到迅猛的發(fā)展。非接觸式測量不需要與待測物體接觸，可以遠距離非破壞性地對待測物體進(jìn)行測量。

 

圖1  柴油發(fā)電機遠程診斷分析儀

圖2  柴油發(fā)電機非接觸式故障檢測原理

 

二、遠程診斷技術(shù)應用設計與試驗

 

1、遠程診斷技術(shù)的應用設計

      為了提升柴油發(fā)電機組故障檢測的效率、簡(jiǎn)化流程、提升準確率，本文以模塊柴油發(fā)電機四沖程柴油機的異響聲信號的采集、分析和處理為例，結合測試環(huán)境要求分析聲信號采集傳感器的布置方式，實(shí)現了測試系統設計，具體情況如下介紹：

（1）檢測的柴油發(fā)電機組工作狀態(tài)

      本文選用的是四沖程柴油發(fā)電機組，從當前實(shí)踐維修檢測數據分析來(lái)看，柴油機異響問(wèn)題是柴油發(fā)電機故障中的最常見(jiàn)問(wèn)題，為此，人為設置了柴油機三類(lèi)機械異響類(lèi)型及無(wú)故障聲信號，結合實(shí)踐對柴油機異響進(jìn)行分類(lèi)。該種類(lèi)型柴油發(fā)電機組異響主要分布在前部、機油底殼部位、氣門(mén)挺柱，所占比例高達79%，因各類(lèi)型故障噪聲不同，其能夠反映出柴油發(fā)電機組對應部件的故障，利用噪聲信號的聲高、強度及頻率等即可獲取各故障類(lèi)型的聲信號特征及規律，進(jìn)而完成柴油發(fā)電機組故障類(lèi)型的準確判別。

（2）檢測環(huán)境要求

      為從源頭控制柴油發(fā)電機組質(zhì)量，本文檢測環(huán)境為生產(chǎn)線(xiàn)，為此聲信號采集中受氣閥動(dòng)作聲、電流干擾聲及其他設備運行聲干擾，若傳聲器采集距離較遠則獲取的為混響聲，增加了后續分析工作量，而布置較近則采集的為直達聲，檢測精準度較高，為此，檢測中采用“近場(chǎng)測量法”，傳聲器與柴油機表面距離較近，為20mm，由此便可提取柴油機的直達噪聲信號，并削減柴油機反射聲信號的干擾。

（3）聲信號采集傳感器布置

      檢測采用的是加速度傳感器，以柴油機聲信號來(lái)采集故障異響數據，為確保所采集聲信號的高信噪比、穩定性及清晰度，要盡可能與柴油機保持近距離，以反映其工作狀態(tài)，但又不能影響其正常工作性。

2、非接觸式技術(shù)試驗應用過(guò)程

（1）故障聲信號試驗系統

      為了驗證遠程診斷技術(shù)在柴油發(fā)電機組故障診斷中的有效性，本文以環(huán)境適用性及抗干擾性強的LMS聲信號數據采集系統，以及GRAS聲信號傳感器、dell筆記本電腦及Matlab數值分析軟件為硬件支撐，構建聲信號試驗系統。

（2）故障聲信號的采集流程

      為確保聲信號數據的可用性及精準性，其采集應該遵循以下流程：

① 試驗系統硬件布置，應該嚴格上述試驗系統選擇的硬件類(lèi)型進(jìn)行安裝、數據線(xiàn)及連線(xiàn)的布置，以確保硬件安全、有效運行。

② LMS聲信號數據采集系統試驗參數設定，在采集柴油機故障的聲信號之前，需要對相關(guān)技術(shù)參數進(jìn)行預先設置，如傳感器類(lèi)型確定、靈敏度調試、采樣頻率設置、采樣間隔時(shí)間設定等，結合故障診斷工程師的實(shí)踐經(jīng)驗，此次檢測試驗中將采樣頻率設置為20480Hz、采樣間隔時(shí)間為2s。

③ 柴油機故障聲信號采集過(guò)程，將冷啟動(dòng)待檢測的柴油發(fā)電機組安裝在柴油機檢測平臺架上，而后，由故障檢測經(jīng)驗豐富的維修工程師，從上述主要故障類(lèi)型中隨機進(jìn)行柴油機故障的設置，并在上述檢測環(huán)境下，利用聲信號采集傳感器進(jìn)行故障信號的采集，具體的采集步驟為，首先將柴油機輸出端設置為空負荷，將柴油機啟動(dòng)并將其轉速調整至1500rpm相對穩定的區間范圍內，固定間隔采集故障聲信號數據，完成檢測程序后將柴油發(fā)電機組關(guān)閉。

 

三、故障分析

 

1、機械故障分析

      柴油發(fā)電機結構包含5個(gè)系統與2個(gè)大結構。柴油機故障類(lèi)型也較多，如柴油機異響，供油系統、冷卻系統、充電系統、潤滑系統故障等。隨著(zhù)現代發(fā)電機組制造水準逐漸提高，部分系統可在線(xiàn)監測其工作狀態(tài)，但對柴油機機械故障診斷時(shí)，仍有一定問(wèn)題需要解決。柴油機機械故障通常為異常響動(dòng)，主要有以下幾方面：

（1）連桿軸承，由于連桿軸徑與連桿軸承之間產(chǎn)生較大配合間隙，或螺栓松動(dòng)致使軸徑與軸承碰撞，以至于發(fā)生異常響動(dòng)，汽缸體有顯著(zhù)振動(dòng)；

（2）孔座與活塞銷(xiāo)之間有較大配合間隙，致使活塞不斷敲擊孔座，導致發(fā)生聲響；

（3）由于曲徑與曲軸軸承之間有較大配合間隙，或螺栓松動(dòng)致使軸徑與軸承碰撞，以至于發(fā)生異常響動(dòng)，汽缸軸承座部位有顯著(zhù)振動(dòng)；

（4）汽缸漏氣，柴油機做功中，將會(huì )有高壓氣體途經(jīng)汽缸壁與活塞環(huán)一同進(jìn)入到曲軸箱中，進(jìn)而沖擊油底殼，發(fā)出聲響。柴油機機械故障通常是由于磨損造成的，部分故障無(wú)法有效分辨，如氣門(mén)、附件異常等。

      在檢測過(guò)程中，環(huán)境方面選擇總裝車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)，此環(huán)境十分嘈雜，存在各種噪聲干擾與混響聲，對于診斷結果可能存在一定影響。所以，可采取進(jìn)廠(chǎng)檢測法避免雜音與混響聲對檢測結果的干擾。此非接觸檢測技術(shù)傳感器是加速度傳感器，傳感器布置過(guò)程中應控制與其他柴油機之間的距離，不僅要保證高信噪比精確度，還要避免對柴油機工作造成干擾，以實(shí)現動(dòng)態(tài)檢測機械故障的功能。

2、遠程診斷分析

（1）操作流程

      為提高遠程故障診斷技術(shù)準確性，聲信號傳感系統選用具有良好抗干擾能力與適應性的LMS系統，建立聲信號分析平臺。實(shí)際操作中，柴油發(fā)電機異響收集如下：

① 車(chē)間中清除非相關(guān)設備，盡量減少混響聲與噪音對此檢測結果的影響，但不能影響總裝車(chē)間的工作。布置安裝實(shí)驗系統設備，連接傳感器與配套分析系統，驗證硬件參數可靠性，以保證其能夠在檢測中發(fā)揮作用；

② 設置柴油機異響聲信號參數，在軟件中設置技術(shù)參數，校對傳感器信號，調試設備靈敏度，設置聲信號采樣時(shí)間及采樣頻率間隔，依據維修經(jīng)驗，聲信號頻率為20250 Hz，時(shí)間間隔設置為1.5s；

③ 需要檢測的柴油機，將其放在設備檢測平臺中，此過(guò)程盡量保持冷啟動(dòng)，之后專(zhuān)業(yè)機修室設置柴油機可能發(fā)生的故障問(wèn)題，模擬人工檢測流程，并在總裝車(chē)間中收集聲信號，定時(shí)做好聲信號數據反饋，依據數據整合分析柴油機故障情況。

（2）結果分析

① 正常發(fā)動(dòng)機

      正常柴油機測試結果，所收集的聲信號利用小波進(jìn)行過(guò)濾，濾波后聲信號細節系數中一三四尺度均為0，而二和五尺度則有保留數據。表明柴油機信號收集中存在雜音，第一三四持續中十分顯著(zhù)。聲信號向極坐標轉換后，信號均有雪花狀，且經(jīng)過(guò)濾波前后對比，區分顯著(zhù)，證明鏡像圖中能夠有效分離有用信號。

② 氣門(mén)異常

      氣門(mén)異常柴油機通常發(fā)出噠噠的清脆聲響，由凸輪軸一側發(fā)生，尤其是柴油機怠速運轉時(shí)聲音更加顯著(zhù)，中速以上則明顯減弱。主要是由于導孔與挺桿存在較大圓度偏差，且挺柱球發(fā)生變形，進(jìn)而造成挺柱運轉不靈活。經(jīng)過(guò)遠程診斷后，在小波濾波前后其氣門(mén)挺柱異常情況相較于正常柴油機存在明顯差異，通過(guò)收集聲信號，時(shí)域圖中可通過(guò)視覺(jué)掌握周期特點(diǎn)，小波后并未影響信號周期性，前三個(gè)尺度存在顯著(zhù)聲信號周期性。

③ 油底殼異常

      柴油機在出現油底殼異常響動(dòng)后，其并無(wú)顯著(zhù)特點(diǎn)，因此在與正常柴油機相比較中無(wú)法及時(shí)獲得檢測結果。但是，利用遠程診斷技術(shù)，在細節系數圖中，能夠明顯觀(guān)察到三四五尺度信號發(fā)生顯著(zhù)變化，此處聲信號存在顯著(zhù)周期性特點(diǎn)。由此可知，檢測柴油機油底殼聲信號異常的濾波后，能夠明顯將自身周期性特點(diǎn)提高。因此，小波濾波可提升油底殼聲信號，每個(gè)尺度中均有相應數據，表明相較于正常柴油機，油底殼異常響聲較多。

④ 前部異常

      柴油機前部異常中時(shí)域信號穩定，無(wú)顯著(zhù)特點(diǎn)，在小波變換中，信號存在明顯波動(dòng)，但并不屬于完全定值。而在細節系數三尺度內，聲信號存在周期性脈沖的特點(diǎn)。

 

總結：

      綜上所述，在柴油發(fā)電機故障檢測中，采取遠程診斷技術(shù)，通過(guò)智能化與自動(dòng)化方式，在不接觸物體的同時(shí)檢測其中是否存在故障，不僅能夠有效提高診斷全面性與精確性，還不會(huì )對物體造成較大影響，具有適應性強的特點(diǎn)，因而可在柴油發(fā)電機機械故障檢測中推廣此技術(shù)，以推動(dòng)發(fā)電機組行業(yè)實(shí)現進(jìn)一步發(fā)展。

----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://www.aticodonostia.com