摘要：壓力、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、溫度是柴油發(fā)電機(jī)的重要參數(shù)之一。通常進(jìn)行柴油機(jī)試驗(yàn)研究及性能檢測(cè)所需的參數(shù)中,有些參數(shù)可以直接測(cè)量,有些參數(shù)則需利用直接測(cè)得的參數(shù)或已有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算求出。例如在柴油發(fā)電機(jī)試驗(yàn)中的壓力測(cè)量，既和通常熱工中的壓力測(cè)量有共同之點(diǎn)，也有其特殊之處，這將根據(jù)被測(cè)壓力的變化性質(zhì)和測(cè)量目的等采用不同的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備。因此，本文的柴油機(jī)參數(shù)試驗(yàn)和測(cè)量方法可以給予研究人員的借鑒價(jià)值。

一、柴油機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)

1、柴油機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

      柴油機(jī)作為往復(fù)式設(shè)備的一種，其振動(dòng)信號(hào)主要是摩擦、沖擊和噪音。往復(fù)設(shè)備振動(dòng)十分復(fù)雜，隨機(jī)信號(hào)、周期信號(hào)、沖擊信號(hào)等混雜在一起，各缸的信號(hào)之間相互串?dāng)_，具體來(lái)說(shuō)，由于活塞式內(nèi)燃機(jī)在進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉，可燃混合氣燃燒、活塞、連桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生撞擊和噪音，以及各缸之間的撞擊和噪聲相互干擾，如果采用常規(guī)頻譜分析（時(shí)域和頻域征兆的提取分析）技術(shù)，頻譜圖上將出現(xiàn)連續(xù)而密集的寬帶譜線(xiàn)，故障特征信號(hào)被背景噪聲所湮沒(méi)，難以提取和識(shí)別,而且振動(dòng)對(duì)氣體泄漏也不敏感。所以單純使用振動(dòng)監(jiān)測(cè)的處理方法已不能滿(mǎn)足像柴油機(jī)這樣復(fù)雜的往復(fù)設(shè)備故障診斷的需要。

2、柴油機(jī)診斷技術(shù)

      沖擊、漏氣和摩擦是往復(fù)機(jī)械最主要的信號(hào)類(lèi)型，柴油機(jī)各缸的進(jìn)排氣門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉沖擊信號(hào)混雜在一起，如果不采取技術(shù)手段加以區(qū)分，仍無(wú)法對(duì)其進(jìn)行診斷。我們通過(guò)在飛輪罩殼上固定安裝磁電式速度傳感器（或光電相位傳感器），盤(pán)車(chē)使1缸處于上止點(diǎn)位置，在飛輪上安裝鐵質(zhì)鍵相塊或反光紙使其與磁電傳感器（光電傳感器）精確對(duì)齊。對(duì)柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，各缸之間的角度差是固定的，這樣在測(cè)試各缸各種類(lèi)型的信號(hào)時(shí)，便有了一個(gè)相位參考基準(zhǔn)，使各類(lèi)信號(hào)在一個(gè)做功周期內(nèi)與相應(yīng)的事件準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)起來(lái)，同時(shí)同類(lèi)缸的同類(lèi)信號(hào)放在一起進(jìn)行類(lèi)比判斷，哪個(gè)缸存在異常便易顯現(xiàn)出來(lái)。即便如此，各缸之間的信號(hào)仍難免存在串?dāng)_，為此，對(duì)振動(dòng)和超聲波信號(hào)進(jìn)行分頻段包絡(luò)處理，超聲波信號(hào)取36kHz～44kHz和15.5k～40kHz，振動(dòng)高頻信號(hào)取5.6K～40kHz，振動(dòng)中頻取180～8kHz，振動(dòng)低頻取1～8kHz。高頻信號(hào)頻率高、波長(zhǎng)短、方向性好、衰減大，因此抗干擾性強(qiáng)；中、低頻信號(hào)與之相反，但能反映振動(dòng)能量的大小。幾種類(lèi)型的信號(hào)采用不同的頻段組合，既可隔離干擾又能反映振動(dòng)的能量大小，各種信號(hào)相互印證，結(jié)合性能分析，便能對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行全面地分析與診斷。

      柴油機(jī)診斷技術(shù)綜合使用振動(dòng)、壓力、超聲波、紅外測(cè)溫、相位與轉(zhuǎn)速測(cè)試等技術(shù)進(jìn)行綜合測(cè)試，并可引入其他過(guò)程參數(shù)數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行分析評(píng)估。綜合檢測(cè)可以提供針對(duì)柴油機(jī)組往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的定相壓力、振動(dòng)、超聲波信號(hào)圖形，見(jiàn)下圖：

1、測(cè)點(diǎn)布置（如圖1）

 （1）渦輪增壓器軸承

●標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)，安裝在進(jìn)出輪軸中間。

●頻域加速度.

（2）燃油噴射器振動(dòng)

●標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)。。

●與曲軸位置相關(guān)的時(shí)域數(shù)據(jù).

（3）上死點(diǎn)位置

●軸編碼器。

●磁信號(hào)發(fā)生器。

●定位數(shù)據(jù)。

●轉(zhuǎn)速。

（4）氣缸排氣溫度

●紅外溫度探測(cè)棒。

（5）氣缸、閥、活塞銷(xiāo)和軸承振動(dòng)

●超聲傳感器。

●標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)。

●與曲軸位置相關(guān)的時(shí)域數(shù)據(jù)。

（6）氣缸壓力

●直流壓力傳感器。

●與曲軸位置相關(guān)的時(shí)域數(shù)據(jù)。

●峰值壓力統(tǒng)計(jì)

（7）基礎(chǔ)框架振動(dòng)(位移)

●在發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)對(duì)角安裝的加速度計(jì)(H、V、A)。

●頻域數(shù)據(jù)。

2、測(cè)試步驟

（1）停機(jī)，盤(pán)車(chē)至一缸上止點(diǎn)位置，在飛輪或電機(jī)軸上粘結(jié)一個(gè)10×12×2的鐵片（或粘反光紙）作為鍵相指示（設(shè)定鍵相傳感器觸發(fā)始點(diǎn)時(shí)，改變的質(zhì)量不足飛輪總質(zhì)量的萬(wàn)分之一，對(duì)飛輪的動(dòng)平衡和機(jī)械強(qiáng)度不會(huì)造成影響）；

（2）鍵相傳感器安裝，使用磁吸座吸附在地板上，或者使用固定安裝支架，視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇一種方式即可。使傳感器對(duì)準(zhǔn)觸發(fā)始點(diǎn)；

（3）缸頭部位外部清潔，振動(dòng)、超聲波、紅外檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)均在缸頭部位，保持此部位干凈；

（4）開(kāi)機(jī)，測(cè)試柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和上止點(diǎn)位置標(biāo)定；

（5）測(cè)試各缸20個(gè)工作循環(huán)的壓力曲線(xiàn)和100個(gè)工作循環(huán)的峰值點(diǎn)火壓力統(tǒng)計(jì)；

（6）測(cè)試各缸20個(gè)工作循環(huán)的超聲波波形；

（7）測(cè)試各缸20個(gè)工作循環(huán)的高頻和低頻振動(dòng)波形；

（8）測(cè)試機(jī)體水平方向的常規(guī)振動(dòng)時(shí)域波形和頻譜；

（9）錄取各缸的排氣溫度。

3、測(cè)量?jī)?nèi)容

（1）各缸壓縮壓力、各缸爆發(fā)壓力、燃燒狀況、缸間平衡；

（2）氣缸綜合運(yùn)行狀態(tài)（含缸套磨損、活塞敲缸、氣門(mén)組故障）評(píng)估；

（3）附屬部件（含油泵、水泵、潤(rùn)滑油管路和增壓器）狀態(tài)評(píng)估。

4、引用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

（1）《內(nèi)燃機(jī)通用技術(shù)條件》GB 1147-87；

（2）《柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)考核方法》JB/T 9773.1-1999；

（3）《中小功率柴油機(jī)振動(dòng)評(píng)級(jí)》GB/T 10397-2003；

（4）《船用柴油機(jī)熱工參數(shù)的測(cè)量》GB 6302-86；

（5）《中小功率柴油機(jī)振動(dòng)測(cè)量方法》GB 7184-87；

（6）《內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》。

5、測(cè)試作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)及安全控制

（1）安裝鍵相傳感器及鍵相指示粘接塊時(shí)必須隔離鎖定設(shè)備；

（2）鍵相傳感器安裝前，召開(kāi)安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)會(huì)，佩戴好勞動(dòng)防護(hù)用品，施工人員注意協(xié)調(diào)，作好相互配合，粘接金屬塊前清除表面污垢，漏出金屬表面，確保粘接牢固，安裝鍵相器后，注意保持與粘接金屬塊的距離，粘接牢固后，盤(pán)車(chē)一圈，檢查有無(wú)護(hù)護(hù)罩刮碰以及金屬塊與其它部件碰磨現(xiàn)象；

（3）缸頭部位外部清潔，清潔各缸示功閥施時(shí)，注意與開(kāi)關(guān)儀表等部件保持一定距離，以免損壞；

（4）測(cè)試氣缸壓力、超聲波和高頻振動(dòng)時(shí)，要帶防高溫手套、耳罩、護(hù)目鏡和其他勞動(dòng)防護(hù)用品；嚴(yán)禁接觸開(kāi)關(guān)，不要踩踏儀表等部件，輕拿輕放傳感器，測(cè)缸壓時(shí)要緩慢開(kāi)啟閥門(mén)，注意人員之間的協(xié)調(diào)，作好相互配合，做到“三不”傷害。

 三、壓力測(cè)量公式與工具

1、絕對(duì)壓力和表壓力

      使用壓力測(cè)量設(shè)備所測(cè)得的壓力，有絕對(duì)壓力和表壓力之分。絕對(duì)壓力是指氣體或液體作用在容器壁面上的實(shí)際壓力值。而表壓力通常是指測(cè)量壓力的儀表的指示值。

      由于壓力測(cè)量的范圍和場(chǎng)合不同，量度壓力值的單位也不一樣。物理學(xué)上，把緯度45海平面上的大氣平均壓力規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，或稱(chēng)物理大氣壓。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的嚴(yán)格數(shù)值定義是：當(dāng)溫度為0℃，重力加速度為980.665厘米/秒，水銀重度為13.5951克力/厘米²時(shí)，760毫米高的水銀柱作用在底面上的壓力值。它等于1.0336公斤力/厘米²。物理大氣壓常用atm表示。工程上為了方便，把1公斤力的力垂直作用在1平方厘米面積上所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，稱(chēng)為1個(gè)工程大氣壓。它的單位是公斤力/厘米，常用at表示。

      1969年第十四屆國(guó)際權(quán)度大會(huì)通過(guò)以“帕斯卡”（Pascal簡(jiǎn)寫(xiě)為Pa）簡(jiǎn)稱(chēng)“帕”作為M•K•S制的國(guó)際壓力單位。Pa這個(gè)單位是指在每平方米的面積上均勻分布1牛頓的力，即1帕＝1牛頓/米²。實(shí)踐中常以千帕（帕斯卡的一千倍）為單位。因?yàn)?公斤力＝9.80665牛頓，所以l公斤力/厘米²＝98.0685千帕，1大氣壓力＝101千帕。

      另外1948年第九屆國(guó)際權(quán)度大會(huì)通過(guò)以“巴”（bar）作為C·G·S制的國(guó)際壓力單位。每平方厘米的面積上均勻分布1達(dá)因的力，稱(chēng)為微巴。千倍的微巴稱(chēng)為毫巴，氣象中常以毫巴為計(jì)量單位。1巴＝10毫巴＝10微巴。1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力＝33.9毫巴。

2、液體和氣體介質(zhì)中的壓力測(cè)量

      液柱式壓力計(jì)是利用工作液的液柱高度所產(chǎn)生的壓力與被測(cè)介質(zhì)的壓力相平衡的原理而制造的測(cè)壓儀表。這種壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可測(cè)微小的壓力，且測(cè)量精度亦較高，所以目前應(yīng)用得比較廣泛。

（1）U形管壓力計(jì)

       在U形的玻璃管中，充以工作液體（如水、水銀等），其重度為Y，被測(cè)介質(zhì)的重度為Yl，根據(jù)液體靜力學(xué)原理，當(dāng)在一根管上通以被測(cè)壓力A則有如下關(guān)系式

P₁-P₂=h（Y-Y₁）  

      將試驗(yàn)管通大氣時(shí)，液柱高h(yuǎn)是被測(cè)介質(zhì)的表壓力；將試驗(yàn)管亦接通被測(cè)介質(zhì)的某一壓力，則液柱高h(yuǎn)=h₁+h₂，即代表兩測(cè)量點(diǎn)處的壓力差Δρ。應(yīng)該注意，被測(cè)壓力P₁值除和工作液重度γ及工作液柱高h(yuǎn)有關(guān)外，尚和兩管中的介質(zhì)重度，及測(cè)壓點(diǎn)到U形管標(biāo)尺零點(diǎn)的高度H有關(guān)。這在精密測(cè)量中應(yīng)根據(jù)情況予以考慮。壓力計(jì)的標(biāo)尺是在儀表的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，20℃）下刻度的，而水和水銀的重度卻分別是在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度條件下，4℃和0℃時(shí)的值，同時(shí)，實(shí)際測(cè)量時(shí)的環(huán)境條件（溫度、大氣壓力、重力加速度等）不可能也無(wú)法與要求的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)一致，為便于進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)算與比較，就要在當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)厮玫降膲毫τ?jì)讀數(shù)換算到標(biāo)淮狀態(tài)。其公式為：