CN107038319B - 一种柴油机发电机组齿轮异响的故障排查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种柴油机发电机组齿轮异响的故障排查方法，包括如下步骤：步骤一：对发电机机组负载进行故障排查，计算运行参数的平稳波动；步骤二：对调控系统进行故障排查，在额定负载下调节PI参数，获取噪声不均匀度；步骤三：对增压系统和配气机构进行故障排查，测量进排气温度；步骤四：对喷油器进行故障排查，拆检喷油器。本发明方法充分考虑了导致柴油机齿轮异常振动的因素，方法流程由外至内逐步深入柴油机内部，由易到难，故障排查流程合理，可以快速准确的确定故障源。

Description

一种柴油机发电机组齿轮异响的故障排查方法
技术领域
本发明涉及齿轮领域，特别是涉及一种柴油机发电机组齿轮异响的故障排查方法。
背景技术
齿轮是传动动力的重要零件，是最容易发生故障的部位。由于齿轮在传动过程中受各种工况的不确定性因素影响，使得齿轮故障诊断面临着较大的挑战。现今对齿轮故障诊断的研究大多是单独的对齿轮系统进行分析，主要集中在齿轮自身缺陷或齿轮周边结构上。而柴油机推进轴系作为一类复杂的动力装置，在分析轴系中的传动齿轮故障时，却很少考虑齿轮与其余关联部件的耦合关系，忽略系统其它因素对齿轮的影响。
刘景艳、张伟等人提出了一种基于自适应遗传算法和SOM网络的齿轮故障诊断方法(中国发明专利，2016年2月17日，申请公布号：CN 105335698 A)。这种方法采集齿轮正常振动信号与故障信号作为训练样本与测试样本，先利用训练样本训练采用自适应遗传算法优化后的SOM网络，再去诊断测试样本的故障类型；陈国强提出了一种基于双树复小波变换-熵特征融合的行星齿轮故障诊断方法(2016年3月30日，申请公布号：CN 105445022 A)。该方法利用双树复小波变换分解齿轮振动信号，从多角度构建熵特征，采用KDFA方法进行特征降维处理，时域非线性非平稳振动信号；任彬、杨绍普等人提出了一种基于级联经验模态分解的齿轮故障诊断方法(2016年6月22日，申请公布号：CN 105699072 A)。该方法采用级联经验模态分解方法获取振动信号的本征模态函数，并对函数进行功率谱分析获取故障特征频率。这些方法基本都从信号处理的角度分析齿轮振动信号，没有充分考虑齿轮与其余关联部件的耦合关系。对于柴油机推进轴系这一类复杂的动力装置，这些诊断方法存在一定的局限性。
发明内容
本发明目的在于提供一种故障诊断方法简单易行、诊断精确的针对柴油机发电机组齿轮异响的故障排查方法。
本发明的实现包括如下步骤：
步骤一：对发电机机组负载进行故障排查，计算运行参数的平稳波动；
运行参数包括：电压、电流、功率；
若运行参数波动不超过其稳定值的5％，则认为运行平稳，转至步骤二；否则为发电机机组负载故障；
步骤二：对增压系统和配气机构进行故障排查，测量进排气温度。
若进排气温度正常，则增压系统和配气机构工作正常，转至步骤四；否则为增压系统和配气机构故障；
步骤三：对调控系统进行故障排查，在额定负载下调节PI参数，获取噪声不均匀度；
若噪声不均匀度R≤0.3，则判断调控系统正常运行，转至步骤三；若R＞0.3则为调控系统故障；
噪声不均匀度定义式如下：
Figure BDA0001295809870000021
式中，Lpi为对应时刻的声压级值，N为采样点数。
步骤四：对喷油器进行故障排查，拆检喷油器；
若喷油器存在熏黑积炭则表明喷油器发生故障；否则喷油器无故障，判定柴油机动力学参数不匹配。
本发明方法具有如下有益效果：
充分考虑了导致柴油机齿轮异常振动的影响因素，排查流程由外至内逐步深入柴油机内部，排查操作难度由易到复杂，且思路清晰明确，可以快速准确的确定故障源。
附图说明
图1是本发明的故障树模型。
图2是噪声声响随时间变化的局部细化图。
图3是负载运行参数随时间变化曲线。
图4是100％负载下不同PI参数时的噪声不均匀度变化曲线。
图5是整改前后100％负载下噪声声压级变化曲线。
具体实施方式
以下结合5L21/31柴油发电机组齿轮异响实例介绍具体的实施方式。
一台船用柴油机发电机组主要由MAN 5L21/31型柴油机、发电机、公共基座组成。其额定转速为900r/min，额定功率为1000kW。机组在试车过程中，当柴油机功率升至75％额定负荷时，柴油机正时齿轮部位传出明显的异常声响。该声响随时间变化，忽大忽小，且毫无规律性，见图2。
在初期的故障分析中，按照常规检修手段对齿轮进行多次拆检，包括齿面修形、调整安装中心距、多次更换齿轮等，但并不见效。因此可以排除是齿轮系统本身导致故障发生的可能性。
对电机负载的排查：在柴油机工作过程中，外部载荷的波动会造成齿轮啮合动态应力的改变，易使齿轮产生疲劳损伤。因此有必要对负载运行情况进行排查。机组为独立负载，不与其它电网相接，不会受外界对其干扰。观察电机运行参数：电机输出电流的上下波动变化不超过10A；电压上下波动变化不超过0.5V；功率波动上下变化不超过10KW。各项参数的波动幅度均小于其稳定值的5％，见图3。因此排除负载运行不稳的可能性。
对增压系统及配气机构的排查：柴油机的增压系统与进排气系统会影响气缸内的燃烧作功，作功异常会导致轴系扭振异常，从而加剧齿轮的振动。因此有必要对增压系统及进排气系统进行排查。进排气温度正常，排除这两个部分发生故障的可能性。
对调控系统的排查：在柴油机推进轴系中，易发生传动系统与调控系统的耦合振荡现象。此时轴系转速波动剧烈，齿轮振动噪声加大。因此有必要调控系统进行排查。柴油机安装的为电子调控系统，采用PI控制方法进行喷油量的调节。在机组100％负载下多次调节柴油机的PI参数，并进行噪声信号采集。不同工况下的PI参数如下：
表1不同工况下调速器参数设置
Figure BDA0001295809870000031
针对噪声变化呈现出不均匀性的特点，利用噪声不均匀度R来表征噪声的变化。
根据采集到的噪声信号可计算出其噪声不均匀度，得到机组100％负载下不同PI参数时噪声不均匀度曲线，见图4。观察发现，噪声不均匀度R的值均大于0.3。这说明调节PI参数对噪声不均匀度有一定影响，但效果不显著。
在排除柴电机组系统各个可能的影响因素后，对喷油器进行故障排查，拆检喷油器。通过对供油系统的油泵油嘴进行拆检，发现2号喷油器存在明显熏黑的现象，且有一定的积炭。这说明喷油器喷油出现异常，导致缸内燃烧作功异常。
经过更换喷油器，机组100％负载下噪声声压级明显下降，见图5。噪声不均匀度R的值也降为0.29。机组传动齿轮侧的异响问题得以解决。
若喷油器存在熏黑积炭则表明喷油器发生故障；否则喷油器无故障，则柴油机的动力学参数存在不匹配现象，使得柴油机在工作时发生轴系共振。应重新设计柴油机轴系各部件的动力学参数，避免轴系共振。

Claims (1)

1.一种柴油机发电机组齿轮异响的故障排查方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：对发电机机组负载进行故障排查，计算运行参数的平稳波动；若运行参数波动不超过其稳定值的5％，则认为运行平稳，转至步骤二；否则为发电机机组负载故障；
运行参数包括：电压、电流、功率；
步骤二：对增压系统和配气机构进行故障排查，测量进排气温度；
若进排气温度正常，则增压系统和配气机构工作正常，转至步骤四；否则为增压系统和配气机构故障；
步骤三：对调控系统进行故障排查，在额定负载下调节PI参数，获取噪声不均匀度；
若噪声不均匀度R≤0.3，则判断调控系统正常运行，转至步骤三；若R＞0.3则为调控系统故障；
步骤四：对喷油器进行故障排查，拆检喷油器；
若喷油器存在熏黑积炭则表明喷油器发生故障；否则喷油器无故障，判定柴油机动力学参数不匹配；
所述噪声不均匀度，计算表达式为
Figure FDA0002419850340000011
式中，Lpi为对应时刻的声压级值，N为采样点数。
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