一種柴油機發電機組齒輪異響的故障排查方法與流程

2023-05-24 20:13:37

本發明涉及齒輪領域，特別是涉及一種柴油機發電機組齒輪異響的故障排查方法。

背景技術：

齒輪是傳動動力的重要零件，是最容易發生故障的部位。由於齒輪在傳動過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。現今對齒輪故障診斷的研究大多是單獨的對齒輪系統進行分析，主要集中在齒輪自身缺陷或齒輪周邊結構上。而柴油機推進軸系作為一類複雜的動力裝置，在分析軸系中的傳動齒輪故障時，卻很少考慮齒輪與其餘關聯部件的耦合關係，忽略系統其它因素對齒輪的影響。

劉景豔、張偉等人提出了一種基於自適應遺傳算法和som網絡的齒輪故障診斷方法(中國發明專利，2016年2月17日，申請公布號：cn105335698a)。這種方法採集齒輪正常振動信號與故障信號作為訓練樣本與測試樣本，先利用訓練樣本訓練採用自適應遺傳算法優化後的som網絡，再去診斷測試樣本的故障類型；陳國強提出了一種基於雙樹復小波變換-熵特徵融合的行星齒輪故障診斷方法(2016年3月30日，申請公布號：cn105445022a)。該方法利用雙樹復小波變換分解齒輪振動信號，從多角度構建熵特徵，採用kdfa方法進行特徵降維處理，時域非線性非平穩振動信號；任彬、楊紹普等人提出了一種基於級聯經驗模態分解的齒輪故障診斷方法(2016年6月22日，申請公布號：cn105699072a)。該方法採用級聯經驗模態分解方法獲取振動信號的本徵模態函數，並對函數進行功率譜分析獲取故障特徵頻率。這些方法基本都從信號處理的角度分析齒輪振動信號，沒有充分考慮齒輪與其餘關聯部件的耦合關係。對於柴油機推進軸系這一類複雜的動力裝置，這些診斷方法存在一定的局限性。

技術實現要素：

本發明目的在於提供一種故障診斷方法簡單易行、診斷精確的針對柴油機發電機組齒輪異響的故障排查方法。

本發明的實現包括如下步驟：

步驟一：對發電機機組負載進行故障排查，計算運行參數的平穩波動；

運行參數包括：電壓、電流、功率；

若運行參數波動不超過其穩定值的5％，則認為運行平穩，轉至步驟二；否則為發電機機組負載故障；

步驟二：對增壓系統和配氣機構進行故障排查，測量進排氣溫度。

若進排氣溫度正常，則增壓系統和配氣機構工作正常，轉至步驟四；否則為增壓系統和配氣機構故障；

步驟三：對調控系統進行故障排查，在額定負載下調節pi參數，獲取噪聲不均勻度；

若噪聲不均勻度r≤0.3，則判斷調控系統正常運行，轉至步驟三；若r＞0.3則為調控系統故障；

噪聲不均勻度定義式如下：

式中，lpi為對應時刻的聲壓級值，n為採樣點數。

步驟四：對噴油器進行故障排查，拆檢噴油器；

若噴油器存在燻黑積炭則表明噴油器發生故障；否則噴油器無故障，判定柴油機動力學參數不匹配。

本發明方法具有如下有益效果：

充分考慮了導致柴油機齒輪異常振動的影響因素，排查流程由外至內逐步深入柴油機內部，排查操作難度由易到複雜，且思路清晰明確，可以快速準確的確定故障源。

附圖說明

圖1是本發明的故障樹模型。

圖2是噪聲聲響隨時間變化的局部細化圖。

圖3是負載運行參數隨時間變化曲線。

圖4是100％負載下不同pi參數時的噪聲不均勻度變化曲線。

圖5是整改前後100％負載下噪聲聲壓級變化曲線。

具體實施方式

以下結合5l21/31柴油發電機組齒輪異響實例介紹具體的實施方式。

一臺船用柴油機發電機組主要由man5l21/31型柴油機、發電機、公共基座組成。其額定轉速為900r/min，額定功率為1000kw。機組在試車過程中，當柴油機功率升至75％額定負荷時，柴油機正時齒輪部位傳出明顯的異常聲響。該聲響隨時間變化，忽大忽小，且毫無規律性，見圖2。

在初期的故障分析中，按照常規檢修手段對齒輪進行多次拆檢，包括齒面修形、調整安裝中心距、多次更換齒輪等，但並不見效。因此可以排除是齒輪系統本身導致故障發生的可能性。

對電機負載的排查：在柴油機工作過程中，外部載荷的波動會造成齒輪嚙合動態應力的改變，易使齒輪產生疲勞損傷。因此有必要對負載運行情況進行排查。機組為獨立負載，不與其它電網相接，不會受外界對其幹擾。觀察電機運行參數：電機輸出電流的上下波動變化不超過10a；電壓上下波動變化不超過0.5v；功率波動上下變化不超過10kw。各項參數的波動幅度均小於其穩定值的5％，見圖3。因此排除負載運行不穩的可能性。

對增壓系統及配氣機構的排查：柴油機的增壓系統與進排氣系統會影響氣缸內的燃燒作功，作功異常會導致軸系扭振異常，從而加劇齒輪的振動。因此有必要對增壓系統及進排氣系統進行排查。進排氣溫度正常，排除這兩個部分發生故障的可能性。

對調控系統的排查：在柴油機推進軸系中，易發生傳動系統與調控系統的耦合振蕩現象。此時軸系轉速波動劇烈，齒輪振動噪聲加大。因此有必要調控系統進行排查。柴油機安裝的為電子調控系統，採用pi控制方法進行噴油量的調節。在機組100％負載下多次調節柴油機的pi參數，並進行噪聲信號採集。不同工況下的pi參數如下：

表1不同工況下調速器參數設置

針對噪聲變化呈現出不均勻性的特點，利用噪聲不均勻度r來表徵噪聲的變化。

根據採集到的噪聲信號可計算出其噪聲不均勻度，得到機組100％負載下不同pi參數時噪聲不均勻度曲線，見圖4。觀察發現，噪聲不均勻度r的值均大於0.3。這說明調節pi參數對噪聲不均勻度有一定影響，但效果不顯著。

在排除柴電機組系統各個可能的影響因素後，對噴油器進行故障排查，拆檢噴油器。通過對供油系統的油泵油嘴進行拆檢，發現2號噴油器存在明顯燻黑的現象，且有一定的積炭。這說明噴油器噴油出現異常，導致缸內燃燒作功異常。

經過更換噴油器，機組100％負載下噪聲聲壓級明顯下降，見圖5。噪聲不均勻度r的值也降為0.29。機組傳動齒輪側的異響問題得以解決。

若噴油器存在燻黑積炭則表明噴油器發生故障；否則噴油器無故障，則柴油機的動力學參數存在不匹配現象，使得柴油機在工作時發生軸系共振。應重新設計柴油機軸系各部件的動力學參數，避免軸系共振。