柴油機常見故障分析及診斷

黃雪平，譚鵬，胡緒昌，王振強（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431）

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柴油機常見故障分析及診斷

黃雪平，譚鵬，胡緒昌，王振強
（中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰 214431）

摘 要：分析了柴油機的故障機理、故障現(xiàn)象及故障成因，研究柴油機的故障診斷方法。總結(jié)歸納現(xiàn)有的柴油機故障診斷技術(shù)。

關(guān)鍵詞：柴油機故障診斷

0　引言

船舶柴油機故障是船舶航行時的大問題，一旦出現(xiàn)將會對船的動力造成影響。所以關(guān)注柴油機的故障診斷及維修技術(shù)是新船建造航行的重大課題。柴油機的故障可分為啟動故障和運行故障兩類，目前對這兩種故障的診斷技術(shù)種類眾多，發(fā)展迅速，也越來越向智能化規(guī)范化發(fā)展。

1　故障原因

1.1摩擦、磨損

摩擦是柴油機運行過程中不可避免的現(xiàn)象，磨損是摩擦的必然結(jié)果，潤滑則是改善摩擦、減緩磨損的有效途徑。影響摩擦的因素主要有：潤滑條件、表面氧化膜、材料性質(zhì)、載荷、滑動速度、靜止接觸的持續(xù)時間、溫度、表面粗糙度。針對摩擦所能做到的主要手段就是潤滑。配件壽命短和早期損壞，絕大多數(shù)屬于摩擦損壞。過度磨損由下面幾種原因造成：第一，潤滑油的壓力過低，主要原因是可能是潤滑油泵齒隙過大導(dǎo)致潤滑油的壓力達(dá)不到額定值，或者潤滑油系統(tǒng)中的濾器或管路出現(xiàn)堵塞。第二，潤滑油不純凈，其中含有雜質(zhì)，尤其是一些硬質(zhì)的顆粒會導(dǎo)致摩擦零件出現(xiàn)磨損的問題。第三，潤滑油發(fā)生了變質(zhì)，如潤滑油中參雜有水、添加劑失效或者參雜了燃油等。第四，環(huán)境的影響，比如潤滑油溫度過高會導(dǎo)致粘度下降，此時柴油機沒有冷卻會使柴油機拉缸而停機。

1.2變形

船舶裝置在正常運轉(zhuǎn)過程中，由于零件間的存在誤差，裝置零件受外力作用而產(chǎn)生體積或形狀的改變即為形變，也叫變形，其分為彈性變形與塑性變形。零件的變形會使零件間的摩擦加劇，加速磨損，直至損壞失效，還會導(dǎo)致裝置整體設(shè)備破壞。變形的原因大致分為幾個因素：外載荷、溫度、內(nèi)應(yīng)力、結(jié)晶缺陷。減少變形的措施有：改善設(shè)計、加強加工、矯正修理、規(guī)范使用。

1.3腐蝕

腐蝕是由于金屬與其所處環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或者電化學(xué)作用而引起的變質(zhì)和破壞，會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學(xué)性能，破壞金屬構(gòu)件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學(xué)和光學(xué)等物理性能，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成火災(zāi)、爆炸等。影響腐蝕的主要因素有：金屬特性、成分、零件表面狀況、環(huán)境。減輕腐蝕危害的措施有：正確選材、合理設(shè)計、覆蓋保護(hù)層、電化學(xué)保護(hù)、添加緩蝕劑、改變環(huán)境條件。

2　診斷技術(shù)

2.1故障分類

1）柴油機啟動故障分為啟動不了或啟動速度慢、運轉(zhuǎn)時不規(guī)則振動強烈，柴油機轉(zhuǎn)速達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速或起動后柴油機運行不正常、轉(zhuǎn)速有波動起伏、甚至于柴油機停不下來等；如起動空氣系統(tǒng)故障、冷卻系統(tǒng)故障、燃油系統(tǒng)故障、潤滑系統(tǒng)故障等［2］。

2）柴油機運行故障包括以下幾種反常癥狀。

外觀反常有柴油機煙氣異常：排氣冒白煙、藍(lán)煙、濃黑煙，排氣管串火、放炮；柴油機氣缸頭檢查孔發(fā)現(xiàn)漏水、漏氣，冷卻水中有機油、冒氣泡、增壓器端向外呼氣或噴水等現(xiàn)象。

溫度異常是指如燃滑油或冷卻水溫度異常，軸承過熱等。

壓力異常是指如滑油、柴油、冷卻水壓力、曲軸箱真空度反常等。

聲音反常是指出現(xiàn)不正常的聲音如：異常的尖銳叫聲、沉悶的放炮聲、異常的敲擊聲、起動時發(fā)生爆炸聲、轉(zhuǎn)速上下波動產(chǎn)生的聲音、廢氣渦輪增壓器出現(xiàn)不正常的振動聲等。

2.2常見故障現(xiàn)象及原因

1）故障現(xiàn)象：不能啟動。原因分析：燃油系統(tǒng)中有空氣，輸油泵不供油或斷續(xù)供油/供油提前角不對/活塞環(huán)，缸套磨損嚴(yán)重/電瓶沒電/啟動機打滑/空氣濾清器堵塞/排氣管堵塞。

2）功率不足及功率突然下降。原因分析：空氣濾清器堵塞/氣門間隙不對/壓力壓縮不足/燃油系統(tǒng)進(jìn)入空氣或堵塞/噴油器霧化不良/柴油機過熱/排氣管不通暢。

3）運轉(zhuǎn)時有不正常響聲。原因分析：噴油時間過早，發(fā)出節(jié)奏的清脆金屬敲擊聲/噴油時間過晚，發(fā)出低沉不清楚聲音/活塞碰到氣門，低速時在氣缸蓋附近有敲擊聲/曲軸與連桿瓦配合不當(dāng)/曲軸與曲軸瓦配合不當(dāng)。

4）突然自動停車。原因分析：曲軸與軸瓦卡住/活塞與缸套卡住/燃油系統(tǒng)有空氣/空氣濾清器堵塞。

5）冷卻水出水溫度過高。原因分析：冷卻水供給量不足/柴油機內(nèi)部堵塞/水溫表或感應(yīng)塞損壞/柴油機超負(fù)荷/散熱器散熱效果差。

6）故障現(xiàn)象：不供油。原因分析：供油泵故障/柴油濾器或油路出現(xiàn)堵塞/供油管路中有大量空氣。

3.3故障診斷

1）信息的獲取：直接觀察、性能測定、磨損殘余物分析；

2）信息的監(jiān)測與分析：憑五官進(jìn)行外觀檢查，振動測量，噪聲測量，溫度測量，油樣分析，頻閃觀察法，泄漏檢測，厚度檢測；

3）信息的處理：時域處理、頻域處理、幅值域處理、時差域處理以及傳遞特性分析；

4）診斷的方法：

由于機械設(shè)備工作過程復(fù)雜，故障因素多樣且不確定，各種故障之間的聯(lián)系又復(fù)雜多變，同一種故障會有不同的表現(xiàn)形式，沒有明顯的規(guī)律可循，是一種多參數(shù)、對變量的模糊關(guān)系。因此，利用檢測的狀態(tài)信息，通過處理、識別，確定故障類型及部位，是故障診斷各環(huán)節(jié)中最困難的一項工作。目前已應(yīng)用或研究的診斷方法主要有：

①參數(shù)比較診斷法

它首先采集柴油機正常運轉(zhuǎn)時的詳細(xì)參數(shù)數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲。然后對柴油機進(jìn)行實時監(jiān)測，采集實時參數(shù)與存儲的正常參數(shù)進(jìn)行比較可以分析判斷出柴油機的異常表現(xiàn)。

②檢測振動特性變化法

它是從測量機械設(shè)備的振動特性變化來判斷故障的原因和部位。

③故障樹分析法

故障樹分析（FTA）又稱事故樹分析，是安全系統(tǒng)工程中最重要的分析方法。事故樹分析從一個可能的事故開始，自上而下、一層層的尋找頂事件的直接原因和間接原因事件，直到基本原因事件，并用邏輯圖把這些事件之間的邏輯關(guān)系表達(dá)出來。通過它可以知道柴油機設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，預(yù)測柴油機故障的可能性及對故障進(jìn)行診斷。

④計算機輔助監(jiān)測與診斷

借助計算機對機械進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測，可在任何時刻都能很好地了解其運行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)故障時，計算機能及時發(fā)出警報，提醒操作人員采取相應(yīng)措施，及時控制。計算機還能根據(jù)獲得的有關(guān)信息，及時做出較好的診斷和解釋。

⑤人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

基于神經(jīng)科學(xué)研究的最新成果，作為人工智能的一個重要分支的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）方法，是對人腦中的一種模擬。它可以列出故障的模式，將其進(jìn)行匹配、對其聯(lián)想記憶和并做出相似歸納，對故障的復(fù)雜成因、故障與癥狀間的復(fù)雜對應(yīng)關(guān)系，都能進(jìn)行分類及識別，可以反映故障與故障現(xiàn)象之間復(fù)雜的非線性的相互映射關(guān)系。現(xiàn)在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法正處于高速發(fā)展階段，它為故障診斷提供了新的路徑。

⑥專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是一種人工智能的重要運用。它是一種以知識為基礎(chǔ)的智能化、高效的計算機程序系統(tǒng)，是計算機輔助診斷發(fā)展的高級階段，是采用人工智能中的知識表示和知識推理技術(shù)來模擬通常由專家才能解決的復(fù)雜問題的方法。研制專家系統(tǒng)是故障診斷技術(shù)的必然發(fā)展趨勢。

⑦網(wǎng)絡(luò)化

計算機網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展使人們共享數(shù)據(jù)與知識變得簡單快捷。網(wǎng)絡(luò)化是診斷技術(shù)與通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)以及控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它也將是故障診斷技術(shù)的必然發(fā)展趨勢。

3　結(jié)論

柴油機目前是船舶的主要動力設(shè)備，所以掌握柴油機的故障診斷和維修對于從事船舶行業(yè)的人來說非常重要。而柴油機的故障診斷和維修技術(shù)也是日新月異，所以我們既要掌握現(xiàn)有的診斷維修方法，也要積極學(xué)習(xí)探索新的診斷維修技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃少竹.船舶柴油機故障分析診斷技術(shù)［M］.大連海事大學(xué)出版社，2005.

［2］蔣磊.船用柴油機故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.船舶，2010（4）.

Fault Analysis and Diagnosis of Diesel Engine

Huang Xueping，Tan Peng，Hu Xuchang，Wang Zhenqiang
（China Satellite Maritime Tracking and Controlling Department，Jiangyin 214431，Jiangsu，China）

Abstract:This paper analyzes the fault mechanism，fault phenomenon and causes of diesel engine.It researches fault diagnosis methods of diesel engine.The existing diesel engine fault diagnosis technology is summarized.

Keywords:diesel engine； fault； diagnosis

中圖分類號：TM307

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-4862（2016）06-0059-02

收稿日期：2015-12-29

作者簡介：黃雪平（1992-），男，助理工程師。研究方向：船舶動力。