柴油機常見故障分析及診斷

黃雪平，譚鵬，胡緒昌，王振強（中國衛星海上測控部，江蘇江陰 214431）

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柴油機常見故障分析及診斷

黃雪平，譚鵬，胡緒昌，王振強
（中國衛星海上測控部，江蘇江陰 214431）

摘 要：分析了柴油機的故障機理、故障現象及故障成因，研究柴油機的故障診斷方法。總結歸納現有的柴油機故障診斷技術。

關鍵詞：柴油機故障診斷

0　引言

船舶柴油機故障是船舶航行時的大問題，一旦出現將會對船的動力造成影響。所以關注柴油機的故障診斷及維修技術是新船建造航行的重大課題。柴油機的故障可分為啟動故障和運行故障兩類，目前對這兩種故障的診斷技術種類眾多，發展迅速，也越來越向智能化規范化發展。

1　故障原因

1.1摩擦、磨損

摩擦是柴油機運行過程中不可避免的現象，磨損是摩擦的必然結果，潤滑則是改善摩擦、減緩磨損的有效途徑。影響摩擦的因素主要有：潤滑條件、表面氧化膜、材料性質、載荷、滑動速度、靜止接觸的持續時間、溫度、表面粗糙度。針對摩擦所能做到的主要手段就是潤滑。配件壽命短和早期損壞，絕大多數屬于摩擦損壞。過度磨損由下面幾種原因造成：第一，潤滑油的壓力過低，主要原因是可能是潤滑油泵齒隙過大導致潤滑油的壓力達不到額定值，或者潤滑油系統中的濾器或管路出現堵塞。第二，潤滑油不純凈，其中含有雜質，尤其是一些硬質的顆粒會導致摩擦零件出現磨損的問題。第三，潤滑油發生了變質，如潤滑油中參雜有水、添加劑失效或者參雜了燃油等。第四，環境的影響，比如潤滑油溫度過高會導致粘度下降，此時柴油機沒有冷卻會使柴油機拉缸而停機。

1.2變形

船舶裝置在正常運轉過程中，由于零件間的存在誤差，裝置零件受外力作用而產生體積或形狀的改變即為形變，也叫變形，其分為彈性變形與塑性變形。零件的變形會使零件間的摩擦加劇，加速磨損，直至損壞失效，還會導致裝置整體設備破壞。變形的原因大致分為幾個因素：外載荷、溫度、內應力、結晶缺陷。減少變形的措施有：改善設計、加強加工、矯正修理、規范使用。

1.3腐蝕

腐蝕是由于金屬與其所處環境介質發生化學或者電化學作用而引起的變質和破壞，會顯著降低金屬材料的強度、塑性、韌性等力學性能，破壞金屬構件的幾何形狀，增加零件間的磨損，惡化電學和光學等物理性能，縮短設備的使用壽命，甚至造成火災、爆炸等。影響腐蝕的主要因素有：金屬特性、成分、零件表面狀況、環境。減輕腐蝕危害的措施有：正確選材、合理設計、覆蓋保護層、電化學保護、添加緩蝕劑、改變環境條件。

2　診斷技術

2.1故障分類

1）柴油機啟動故障分為啟動不了或啟動速度慢、運轉時不規則振動強烈，柴油機轉速達不到額定轉速或起動后柴油機運行不正常、轉速有波動起伏、甚至于柴油機停不下來等；如起動空氣系統故障、冷卻系統故障、燃油系統故障、潤滑系統故障等［2］。

2）柴油機運行故障包括以下幾種反常癥狀。

外觀反常有柴油機煙氣異常：排氣冒白煙、藍煙、濃黑煙，排氣管串火、放炮；柴油機氣缸頭檢查孔發現漏水、漏氣，冷卻水中有機油、冒氣泡、增壓器端向外呼氣或噴水等現象。

溫度異常是指如燃滑油或冷卻水溫度異常，軸承過熱等。

壓力異常是指如滑油、柴油、冷卻水壓力、曲軸箱真空度反常等。

聲音反常是指出現不正常的聲音如：異常的尖銳叫聲、沉悶的放炮聲、異常的敲擊聲、起動時發生爆炸聲、轉速上下波動產生的聲音、廢氣渦輪增壓器出現不正常的振動聲等。

2.2常見故障現象及原因

1）故障現象：不能啟動。原因分析：燃油系統中有空氣，輸油泵不供油或斷續供油/供油提前角不對/活塞環，缸套磨損嚴重/電瓶沒電/啟動機打滑/空氣濾清器堵塞/排氣管堵塞。

2）功率不足及功率突然下降。原因分析：空氣濾清器堵塞/氣門間隙不對/壓力壓縮不足/燃油系統進入空氣或堵塞/噴油器霧化不良/柴油機過熱/排氣管不通暢。

3）運轉時有不正常響聲。原因分析：噴油時間過早，發出節奏的清脆金屬敲擊聲/噴油時間過晚，發出低沉不清楚聲音/活塞碰到氣門，低速時在氣缸蓋附近有敲擊聲/曲軸與連桿瓦配合不當/曲軸與曲軸瓦配合不當。

4）突然自動停車。原因分析：曲軸與軸瓦卡住/活塞與缸套卡住/燃油系統有空氣/空氣濾清器堵塞。

5）冷卻水出水溫度過高。原因分析：冷卻水供給量不足/柴油機內部堵塞/水溫表或感應塞損壞/柴油機超負荷/散熱器散熱效果差。

6）故障現象：不供油。原因分析：供油泵故障/柴油濾器或油路出現堵塞/供油管路中有大量空氣。

3.3故障診斷

1）信息的獲取：直接觀察、性能測定、磨損殘余物分析；

2）信息的監測與分析：憑五官進行外觀檢查，振動測量，噪聲測量，溫度測量，油樣分析，頻閃觀察法，泄漏檢測，厚度檢測；

3）信息的處理：時域處理、頻域處理、幅值域處理、時差域處理以及傳遞特性分析；

4）診斷的方法：

由于機械設備工作過程復雜，故障因素多樣且不確定，各種故障之間的聯系又復雜多變，同一種故障會有不同的表現形式，沒有明顯的規律可循，是一種多參數、對變量的模糊關系。因此，利用檢測的狀態信息，通過處理、識別，確定故障類型及部位，是故障診斷各環節中最困難的一項工作。目前已應用或研究的診斷方法主要有：

①參數比較診斷法

它首先采集柴油機正常運轉時的詳細參數數據，建立數據庫進行存儲。然后對柴油機進行實時監測，采集實時參數與存儲的正常參數進行比較可以分析判斷出柴油機的異常表現。

②檢測振動特性變化法

它是從測量機械設備的振動特性變化來判斷故障的原因和部位。

③故障樹分析法

故障樹分析（FTA）又稱事故樹分析，是安全系統工程中最重要的分析方法。事故樹分析從一個可能的事故開始，自上而下、一層層的尋找頂事件的直接原因和間接原因事件，直到基本原因事件，并用邏輯圖把這些事件之間的邏輯關系表達出來。通過它可以知道柴油機設備的薄弱環節，預測柴油機故障的可能性及對故障進行診斷。

④計算機輔助監測與診斷

借助計算機對機械進行連續的監測，可在任何時刻都能很好地了解其運行狀態。當出現故障時，計算機能及時發出警報，提醒操作人員采取相應措施，及時控制。計算機還能根據獲得的有關信息，及時做出較好的診斷和解釋。

⑤人工神經網絡方法

基于神經科學研究的最新成果，作為人工智能的一個重要分支的人工神經網絡（ANN）方法，是對人腦中的一種模擬。它可以列出故障的模式，將其進行匹配、對其聯想記憶和并做出相似歸納，對故障的復雜成因、故障與癥狀間的復雜對應關系，都能進行分類及識別，可以反映故障與故障現象之間復雜的非線性的相互映射關系。現在人工神經網絡方法正處于高速發展階段，它為故障診斷提供了新的路徑。

⑥專家系統

專家系統是一種人工智能的重要運用。它是一種以知識為基礎的智能化、高效的計算機程序系統，是計算機輔助診斷發展的高級階段，是采用人工智能中的知識表示和知識推理技術來模擬通常由專家才能解決的復雜問題的方法。研制專家系統是故障診斷技術的必然發展趨勢。

⑦網絡化

計算機網絡的高速發展使人們共享數據與知識變得簡單快捷。網絡化是診斷技術與通信技術、網絡技術、計算機技術以及控制技術相結合的產物，它也將是故障診斷技術的必然發展趨勢。

3　結論

柴油機目前是船舶的主要動力設備，所以掌握柴油機的故障診斷和維修對于從事船舶行業的人來說非常重要。而柴油機的故障診斷和維修技術也是日新月異，所以我們既要掌握現有的診斷維修方法，也要積極學習探索新的診斷維修技術。

參考文獻：

［1］黃少竹.船舶柴油機故障分析診斷技術［M］.大連海事大學出版社，2005.

［2］蔣磊.船用柴油機故障診斷技術現狀及發展趨勢［J］.船舶，2010（4）.

Fault Analysis and Diagnosis of Diesel Engine

Huang Xueping，Tan Peng，Hu Xuchang，Wang Zhenqiang
（China Satellite Maritime Tracking and Controlling Department，Jiangyin 214431，Jiangsu，China）

Abstract:This paper analyzes the fault mechanism，fault phenomenon and causes of diesel engine.It researches fault diagnosis methods of diesel engine.The existing diesel engine fault diagnosis technology is summarized.

Keywords:diesel engine； fault； diagnosis

中圖分類號：TM307

文獻標識碼：A

文章編號：1003-4862（2016）06-0059-02

收稿日期：2015-12-29

作者簡介：黃雪平（1992-），男，助理工程師。研究方向：船舶動力。