本發(fā)明涉及齒輪領(lǐng)域，特別是涉及一種柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組齒輪異響的故障排查方法。

背景技術(shù)：

齒輪是傳動(dòng)動(dòng)力的重要零件，是最容易發(fā)生故障的部位。由于齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中受各種工況的不確定性因素影響，使得齒輪故障診斷面臨著較大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)今對(duì)齒輪故障診斷的研究大多是單獨(dú)的對(duì)齒輪系統(tǒng)進(jìn)行分析，主要集中在齒輪自身缺陷或齒輪周邊結(jié)構(gòu)上。而柴油機(jī)推進(jìn)軸系作為一類(lèi)復(fù)雜的動(dòng)力裝置，在分析軸系中的傳動(dòng)齒輪故障時(shí)，卻很少考慮齒輪與其余關(guān)聯(lián)部件的耦合關(guān)系，忽略系統(tǒng)其它因素對(duì)齒輪的影響。

劉景艷、張偉等人提出了一種基于自適應(yīng)遺傳算法和som網(wǎng)絡(luò)的齒輪故障診斷方法(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，2016年2月17日，申請(qǐng)公布號(hào)：cn105335698a)。這種方法采集齒輪正常振動(dòng)信號(hào)與故障信號(hào)作為訓(xùn)練樣本與測(cè)試樣本，先利用訓(xùn)練樣本訓(xùn)練采用自適應(yīng)遺傳算法優(yōu)化后的som網(wǎng)絡(luò)，再去診斷測(cè)試樣本的故障類(lèi)型；陳國(guó)強(qiáng)提出了一種基于雙樹(shù)復(fù)小波變換-熵特征融合的行星齒輪故障診斷方法(2016年3月30日，申請(qǐng)公布號(hào)：cn105445022a)。該方法利用雙樹(shù)復(fù)小波變換分解齒輪振動(dòng)信號(hào)，從多角度構(gòu)建熵特征，采用kdfa方法進(jìn)行特征降維處理，時(shí)域非線性非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)；任彬、楊紹普等人提出了一種基于級(jí)聯(lián)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的齒輪故障診斷方法(2016年6月22日，申請(qǐng)公布號(hào)：cn105699072a)。該方法采用級(jí)聯(lián)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法獲取振動(dòng)信號(hào)的本征模態(tài)函數(shù)，并對(duì)函數(shù)進(jìn)行功率譜分析獲取故障特征頻率。這些方法基本都從信號(hào)處理的角度分析齒輪振動(dòng)信號(hào)，沒(méi)有充分考慮齒輪與其余關(guān)聯(lián)部件的耦合關(guān)系。對(duì)于柴油機(jī)推進(jìn)軸系這一類(lèi)復(fù)雜的動(dòng)力裝置，這些診斷方法存在一定的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種故障診斷方法簡(jiǎn)單易行、診斷精確的針對(duì)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組齒輪異響的故障排查方法。

本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)包括如下步驟：

步驟一：對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)組負(fù)載進(jìn)行故障排查，計(jì)算運(yùn)行參數(shù)的平穩(wěn)波動(dòng)；

運(yùn)行參數(shù)包括：電壓、電流、功率；

若運(yùn)行參數(shù)波動(dòng)不超過(guò)其穩(wěn)定值的5％，則認(rèn)為運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)至步驟二；否則為發(fā)電機(jī)機(jī)組負(fù)載故障；

步驟二：對(duì)增壓系統(tǒng)和配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行故障排查，測(cè)量進(jìn)排氣溫度。

若進(jìn)排氣溫度正常，則增壓系統(tǒng)和配氣機(jī)構(gòu)工作正常，轉(zhuǎn)至步驟四；否則為增壓系統(tǒng)和配氣機(jī)構(gòu)故障；

步驟三：對(duì)調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行故障排查，在額定負(fù)載下調(diào)節(jié)pi參數(shù)，獲取噪聲不均勻度；

若噪聲不均勻度r≤0.3，則判斷調(diào)控系統(tǒng)正常運(yùn)行，轉(zhuǎn)至步驟三；若r＞0.3則為調(diào)控系統(tǒng)故障；

噪聲不均勻度定義式如下：

式中，lpi為對(duì)應(yīng)時(shí)刻的聲壓級(jí)值，n為采樣點(diǎn)數(shù)。

步驟四：對(duì)噴油器進(jìn)行故障排查，拆檢噴油器；

若噴油器存在熏黑積炭則表明噴油器發(fā)生故障；否則噴油器無(wú)故障，判定柴油機(jī)動(dòng)力學(xué)參數(shù)不匹配。

本發(fā)明方法具有如下有益效果：

充分考慮了導(dǎo)致柴油機(jī)齒輪異常振動(dòng)的影響因素，排查流程由外至內(nèi)逐步深入柴油機(jī)內(nèi)部，排查操作難度由易到復(fù)雜，且思路清晰明確，可以快速準(zhǔn)確的確定故障源。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的故障樹(shù)模型。

圖2是噪聲聲響隨時(shí)間變化的局部細(xì)化圖。

圖3是負(fù)載運(yùn)行參數(shù)隨時(shí)間變化曲線。

圖4是100％負(fù)載下不同pi參數(shù)時(shí)的噪聲不均勻度變化曲線。

圖5是整改前后100％負(fù)載下噪聲聲壓級(jí)變化曲線。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合5l21/31柴油發(fā)電機(jī)組齒輪異響實(shí)例介紹具體的實(shí)施方式。

一臺(tái)船用柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組主要由man5l21/31型柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、公共基座組成。其額定轉(zhuǎn)速為900r/min，額定功率為1000kw。機(jī)組在試車(chē)過(guò)程中，當(dāng)柴油機(jī)功率升至75％額定負(fù)荷時(shí)，柴油機(jī)正時(shí)齒輪部位傳出明顯的異常聲響。該聲響隨時(shí)間變化，忽大忽小，且毫無(wú)規(guī)律性，見(jiàn)圖2。

在初期的故障分析中，按照常規(guī)檢修手段對(duì)齒輪進(jìn)行多次拆檢，包括齒面修形、調(diào)整安裝中心距、多次更換齒輪等，但并不見(jiàn)效。因此可以排除是齒輪系統(tǒng)本身導(dǎo)致故障發(fā)生的可能性。

對(duì)電機(jī)負(fù)載的排查：在柴油機(jī)工作過(guò)程中，外部載荷的波動(dòng)會(huì)造成齒輪嚙合動(dòng)態(tài)應(yīng)力的改變，易使齒輪產(chǎn)生疲勞損傷。因此有必要對(duì)負(fù)載運(yùn)行情況進(jìn)行排查。機(jī)組為獨(dú)立負(fù)載，不與其它電網(wǎng)相接，不會(huì)受外界對(duì)其干擾。觀察電機(jī)運(yùn)行參數(shù)：電機(jī)輸出電流的上下波動(dòng)變化不超過(guò)10a；電壓上下波動(dòng)變化不超過(guò)0.5v；功率波動(dòng)上下變化不超過(guò)10kw。各項(xiàng)參數(shù)的波動(dòng)幅度均小于其穩(wěn)定值的5％，見(jiàn)圖3。因此排除負(fù)載運(yùn)行不穩(wěn)的可能性。

對(duì)增壓系統(tǒng)及配氣機(jī)構(gòu)的排查：柴油機(jī)的增壓系統(tǒng)與進(jìn)排氣系統(tǒng)會(huì)影響氣缸內(nèi)的燃燒作功，作功異常會(huì)導(dǎo)致軸系扭振異常，從而加劇齒輪的振動(dòng)。因此有必要對(duì)增壓系統(tǒng)及進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行排查。進(jìn)排氣溫度正常，排除這兩個(gè)部分發(fā)生故障的可能性。

對(duì)調(diào)控系統(tǒng)的排查：在柴油機(jī)推進(jìn)軸系中，易發(fā)生傳動(dòng)系統(tǒng)與調(diào)控系統(tǒng)的耦合振蕩現(xiàn)象。此時(shí)軸系轉(zhuǎn)速波動(dòng)劇烈，齒輪振動(dòng)噪聲加大。因此有必要調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行排查。柴油機(jī)安裝的為電子調(diào)控系統(tǒng)，采用pi控制方法進(jìn)行噴油量的調(diào)節(jié)。在機(jī)組100％負(fù)載下多次調(diào)節(jié)柴油機(jī)的pi參數(shù)，并進(jìn)行噪聲信號(hào)采集。不同工況下的pi參數(shù)如下：

表1不同工況下調(diào)速器參數(shù)設(shè)置

針對(duì)噪聲變化呈現(xiàn)出不均勻性的特點(diǎn)，利用噪聲不均勻度r來(lái)表征噪聲的變化。

根據(jù)采集到的噪聲信號(hào)可計(jì)算出其噪聲不均勻度，得到機(jī)組100％負(fù)載下不同pi參數(shù)時(shí)噪聲不均勻度曲線，見(jiàn)圖4。觀察發(fā)現(xiàn)，噪聲不均勻度r的值均大于0.3。這說(shuō)明調(diào)節(jié)pi參數(shù)對(duì)噪聲不均勻度有一定影響，但效果不顯著。

在排除柴電機(jī)組系統(tǒng)各個(gè)可能的影響因素后，對(duì)噴油器進(jìn)行故障排查，拆檢噴油器。通過(guò)對(duì)供油系統(tǒng)的油泵油嘴進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)2號(hào)噴油器存在明顯熏黑的現(xiàn)象，且有一定的積炭。這說(shuō)明噴油器噴油出現(xiàn)異常，導(dǎo)致缸內(nèi)燃燒作功異常。

經(jīng)過(guò)更換噴油器，機(jī)組100％負(fù)載下噪聲聲壓級(jí)明顯下降，見(jiàn)圖5。噪聲不均勻度r的值也降為0.29。機(jī)組傳動(dòng)齒輪側(cè)的異響問(wèn)題得以解決。

若噴油器存在熏黑積炭則表明噴油器發(fā)生故障；否則噴油器無(wú)故障，則柴油機(jī)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)存在不匹配現(xiàn)象，使得柴油機(jī)在工作時(shí)發(fā)生軸系共振。應(yīng)重新設(shè)計(jì)柴油機(jī)軸系各部件的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，避免軸系共振。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組齒輪異響的故障排查方法，包括如下步驟：步驟一：對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)組負(fù)載進(jìn)行故障排查，計(jì)算運(yùn)行參數(shù)的平穩(wěn)波動(dòng)；步驟二：對(duì)調(diào)控系統(tǒng)進(jìn)行故障排查，在額定負(fù)載下調(diào)節(jié)PI參數(shù)，獲取噪聲不均勻度；步驟三：對(duì)增壓系統(tǒng)和配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行故障排查，測(cè)量進(jìn)排氣溫度；步驟四：對(duì)噴油器進(jìn)行故障排查，拆檢噴油器。本發(fā)明方法充分考慮了導(dǎo)致柴油機(jī)齒輪異常振動(dòng)的因素，方法流程由外至內(nèi)逐步深入柴油機(jī)內(nèi)部，由易到難，故障排查流程合理，可以快速準(zhǔn)確的確定故障源。

技術(shù)研發(fā)人員：李玩幽;劉沖培;郭宜斌;黃健哲;袁運(yùn)博;高奇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.16
技術(shù)公布日：2017.08.11