第5讲 柴油机故障诊断技术

第5讲柴油机故障诊断技术一、回顾与引入二、船用柴油机故障诊断技术的目的和任务三、柴油机故障诊断范围四、柴油机故障诊断系统发展概况一、回顾与引入问题1：造成柴油机动力不足的主要因素有哪些？问题2：柴油机机油压力偏低主要是什么原因？问题3：造成柴油机过热的主要原因有哪些？问题4：柴油机“飞车”的原因有哪些？二、船用柴油机故障诊断技术的目的和任务柴油机在使用中的可靠性、动力性、经济性和排气污染除了决定于结构设计、制造工艺外，运行中维修保养的好坏有很大影响。柴油机运转期间，技术状态恶化是难免的。其技术状态变差至发生故障往往是一个逐渐积累的变化过程，同时必然会引起有关参数的变化。传统的管理正是通过这些参数(如温度、压力、振动、噪声等)的变化，进行综合分析，来判断发生故障的原因。二、船用柴油机故障诊断技术的目的和任务为此，对运转的柴油机应进行日常例行管理。此外，为了保证柴油机设备的可靠性等性能良好，对设备采用定期预防(计划)性维修，根据柴油机说明书所规定的维修周期确定各主要部件的检修周期，当运转累计时间达到规定时间后应停机拆检以便维修和换新部件。定期预防性检修制度可使故障造成的损失下降。二、船用柴油机故障诊断技术的目的和任务但这种固定周期的拆检策略没有顾及柴油机在运转状态、管理水平等方面的差异而采用统一的(一刀切)管理模式，必然会做一些不必要的拆检工作，使得保养和维修的耗费增大，浪费大量的人力、物力并造成不必要的经济损失(如停航损失等)。而且仅凭运行操作人员的经验发现故障、查找原因，有时可能不能及时地发现和排除，引起性能恶化使柴油机可靠性下降，耗油率增加，引起总运行消耗的增大。因而随着柴油机测试诊断技术的发展，逐渐发展了视情维修管理。二、船用柴油机故障诊断技术的目的和任务视情维修管理是在不拆检柴油机部件的条件下，对运转柴油机的各有关参数和部件的磨损状态，进行连续或间断性测量、记录及数据处理，采取各种诊断手段对柴油机的运转状态进行判断和趋势预报等，最后根据这些测试结果决定相应的维护管理措施，增大了修理间隔期，提高了易损件利用率。二、船用柴油机故障诊断技术的目的和任务显然，这是一种更合理的维护管理措施。随着柴油机技术性能指标提高和自动化水平的提高、运行操作人员减少，更是需要开发研究发动机自动故障诊断新技术。采用视情维修是以现代监测技术为基础的。近年来随着监测技术的发展，柴油机的视情维修已日趋完善。二、船用柴油机故障诊断技术的目的和任务通常，柴油机监测系统有以下优点：⑴为实现无人机舱提供可靠保证。监测系统对柴油机各参数进行自动巡回监测、处理、打印和报警，并具有与全球通讯系统连接的功能。⑵可保证柴油机始终在最佳状态下运行。利用诊断技术可对柴油机运转状态进行判断。控制排气污染，满足新规范的要求。二、船用柴油机故障诊断技术的目的和任务⑶可实现趋势预报，防止发生故障。实现趋势预报，早期预测故障，查找原因，排除主观估计，减少查找故障原因的时间，以提高设备的可靠性和使用效率，增大修理间隔期，提高易损件利用率，延长寿命，降低使用经费。⑷可减少船舶备件费用(据介绍可降低备件费75％)，可降低5％～40％的维修费用。⑸可降低轮机人员的劳动强度。⑹可避免计划外的停泊检修时间。三、柴油机故障诊断范围目前柴油机故障诊断内容主要有以下几个方面。1．性能诊断2．振动诊断3．磨损诊断1．性能诊断利用发动机中的介质如空气、燃气、燃油、冷却液、润滑油等的参数来判断柴油机的性能是否正常以及零件或部件的技术状况。它运用了传热学、热力学、流体力学等学科的理论和发动机工作过程的知识，这种方法理论上研究最多，比较成熟，是目前应用最广的方法。还可加上烟气分析数据的采集计算，效果更好。2．振动诊断柴油机运转中的不平衡力和力矩将引起振动。设备发生故障时往往会引起异常振动，近代使用振动监测技术对柴油机的振动进行监测，利用发动机各结构的振动信号来评定其技术状况。由于发动机结构的复杂性，难于把产生振动的源泉与信号建立分析的数学模型，只能建立在广泛的试验研究基础上，因此使本法应用受到限制。3．磨损诊断磨损监测技术有直接测量法、试样中金属颗粒分析法与电感式传感器测量法几种。直接测量法：使用磨损传感器安装在磨损部件表面直接承受磨损，当它的尺寸由于磨损而发生变化时输出相应的电信号，此信号经相应处理后可得到该部件的磨损量和磨损率。3．磨损诊断金属颗粒分析法：定期或连续抽取一定量的机油试样，分析其中所含金属颗粒的形状、类别和数量，以间接评定不同组件的磨损情况，如磁塞检查法、光谱油样分析法、铁谱分析法、微粒计数技术等。电感式传感器测量法，使用电感式传感器安装在摩擦副表面，可连续监测磨损件的磨损量及其工作状态，如NewSulzer公司的SIPWA系统，其诊断范围限于摩擦副的部件。四、柴油机故障诊断系统发展概况1．国外发展动态2．国内情况1．国外发展动态船舶柴油机性能诊断技术的发展与机舱监控系统的发展密切相关，这是由于性能诊断是建立在对柴油机运行工况参数监测的基础上，而监控系统是随着计算机和电子信息技术的飞速进步而发展。20世纪50～60年代初只是气、液、电等单项自动调节监控；60～70年代为组合逻辑控制和中小型计算机的集中监控，有了集控室；70年代末至80年代中后期发展为微机主从式分布结构的系统；80年代末，向微机网络化、信息化方向发展，出现了无人值班机舱(UMS)。1．国外发展动态微机网络化使整个系统由互为独立，由不同品种、不同数量的标准化功能模块组合，不再与设备一一对应配套，可用于不同的机舱监控系统，不仅提高了设备运行可靠性，也提高了性能价格比。由于信息传输方便，可实现船舶集中控制及船岸通信。例如上海沪东船厂为德国某公司建造的20世纪90年代的未来型船“柏林快客号”，此船有2000多个自动监测点和两个控制中心，由30多台微机组成网络，驾驶员通过计算操纵中心可以单独驾驶全船航行，全船只有14名船员。1．国外发展动态船舶柴油机性能诊断系统根据其发展有三种：⑴20世纪70年代中期以前的性能诊断系统70年代中期以前，利用的是传统的监测系统、轮机日志观察记录、人工诊断分析。传统监测系统一般只监测发动机运行时外部的工况参数，进行报警，加上轮机员的观察测试，对发动机的技术状态进行分析判断，进行定期的维修保养。1．国外发展动态船舶柴油机性能诊断系统根据其发展有三种：⑵20世纪70年代中期以后开发研制的柴油机工况诊断系统它是传统监测系统的扩展，增加了发动机内部参数的自动监测，如气缸压力、缸套和缸盖热负荷(温度)、活塞环磨损等。将所有监测信号输入计算机进行计算分析，早期预测不正常状态，做一些部件的趋势分析，为维修工作提供资料。1．国外发展动态船舶柴油机性能诊断系统根据其发展有三种：⑶20世纪80年代中期以来开发研制的柴油机智能诊断系统该系统除了采用更先进的计算机网络技术、电子通信技术，主要是采用计算机智能程序——专家系统来代替人的部分智能活动的一种人机处理系统，应用了日益成熟的柴油发动机工作过程摸似计算技术、模糊逻辑技术、多媒体技术等使柴油机故障诊断水平进一步提高。1．国外发展动态⑷当前柴油机智能性能诊断系统正朝智能控制方向发展当前柴油机智能性能诊断系统正朝智能控制方向发展，真正实现“智能发动机”，实现最优控制运行。2．国内情况我国从20世纪80年代初开始研制机舱微机监控系统，先后研制成功CJBW，JK—88YK，DYT一88、CWJK一88等船用微机监控系统，这些均利用一台或两台微机实现主机遥控和自动监测报警，属国外70年代中期产品。目前国产机舱监控系统的代表产品是上海船研所研制成功的2Y8800网络型船舶监控管理系统。功能上包括主机遥控、自动电站、集中监测报警，远距离遥测遥控，辅机调控和自动切换，船舶管理中心，综合参数连续记录等。2．国内情况在结构上，以2+局域网络为中心，将数十台微机分成控制级、操作级、管理级，通过网络连成一个完整的系统，具有高的可靠性和高性能价格比。通过劳氏船级社认可形式试验和国家船检认可，首套在1990年装于军用运输船投入运行，1994年7月装于“远望3号”科学考察船使用，上海船研所最新推出CJBW20型监测微机系统，开发了实时动画图形软件，应用了多媒体技术。2．国内情况新开发的DK20检测装置用于气缸内部热力参数检测。但是国内在主机智能诊断系统方面的开发研究刚刚起步，与国外水平有较大的差距。