船舶柴油機某型軸承磨損監(jiān)測系統(tǒng)的檢修

許文進，樊曉江

(中船澄西船舶修造有限公司，江蘇 江陰 214431 )

智能柴油機的飛速發(fā)展，軸承磨損檢測系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛運用于智能柴油機中，本公司承接的修造船舶中也多次遇到此類柴油機，由于不了解軸承磨損檢測系統(tǒng)，按常規(guī)修理主軸承軸瓦后，主機無法正常啟動，只能緊急邀請服務(wù)商來解決難題。在船舶修造質(zhì)量、船期保障方面給船東留下了負(fù)面印象，也增加了本公司修理成本，公司因此多次放棄此類柴油機主軸瓦的拆檢、修理工程。經(jīng)過多方努力，完成了公司造船項目中船舶柴油機軸承磨損的安裝調(diào)試，總結(jié)形成相關(guān)技術(shù)資料。

1 主機軸磨損監(jiān)測系統(tǒng)的作用

曲軸是柴油機重要部件之一，曲軸在工作時受力情況較為復(fù)雜，它在周期變化的氣體壓力、慣性力以及力矩的共同作用下產(chǎn)生交變應(yīng)力，并發(fā)生扭轉(zhuǎn)和彎曲振動，引起附加振動應(yīng)力。同時，曲軸形狀復(fù)雜，其橫斷面沿軸線方向急劇變化，存在嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這些應(yīng)力作用在曲軸頸上，曲軸頸和主軸承瓦是相對運動件，曲軸頸的硬度高于主軸承瓦硬度，所以曲軸頸和主軸承瓦的磨損主要體現(xiàn)在軸瓦上(特別是下瓦)；伴隨柴油機長期運轉(zhuǎn)會使主軸承軸瓦產(chǎn)生磨損，進而使曲軸的軸線發(fā)生變化，嚴(yán)重的會引起主軸承過熱嚴(yán)重，甚至燒損，造成柴油機停車。為了避免這種情況的發(fā)生，就必須對曲軸的工作狀況進行檢測，常規(guī)的檢測方法是定期檢查柴油機曲軸軸頸，測量曲軸曲柄臂差，通過曲軸曲柄臂差的變化來反映曲軸中心線的變化，如果發(fā)現(xiàn)超出軸承磨損極限值，則必須對軸承進行修理。這種檢測方法必須要在主機停泊狀態(tài)下進行，具有滯后性，而軸承磨損監(jiān)測系統(tǒng)則實現(xiàn)了對曲軸、十字頭、曲柄銷工作狀況的實時檢測，為主軸承修理提供了依據(jù)。

2 柴油機軸磨損監(jiān)測系統(tǒng)基本原理

柴油機主軸承、曲柄銷軸承和十字頭軸承的承載部分，任意微小變化都會導(dǎo)致一個或者多個十字頭的下止點位置發(fā)生變化。監(jiān)測系統(tǒng)是利用位置傳感器測量出柴油機各缸十字頭滑塊下止點位置的細(xì)微變化，并以此推斷當(dāng)前軸承的磨損狀況。軸承磨損檢測系統(tǒng)工作流程[1]：信號獲取→柴油機轉(zhuǎn)速補償→去除干擾(濾波)→偏差計算→信號分析和評估。如果是曲柄銷軸承或者是十字頭軸承磨損，那么該缸的2個監(jiān)測探頭下止點位置同時會發(fā)生變化，而如果是主軸承磨損，則該主軸承上安裝的臨近2個缸的監(jiān)測探頭的下止點位置都會發(fā)生變化。

3 某型軸承磨損監(jiān)測系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

3.1 傳感器的安裝

軸承磨損監(jiān)測探頭分別設(shè)置于每個缸的十字頭滑塊下方，每個缸2個滑塊下方各安裝1個探頭。探頭有專用支架，支架安裝于主機高壓油泵側(cè)導(dǎo)板的下方，探頭的編號順序是從主機的第1缸開始，如圖1所示，第1缸有2個探頭，分別是1.1、1.2……第7缸是7.1、7.2。

圖1 探頭編號順序示意圖

安裝按圖2所示，具體安裝步驟如下。

1)軸承磨損監(jiān)測探頭與支架通過螺紋連接，如圖2所示。先將支架的鎖緊螺栓松開，探頭監(jiān)測面朝上，順著調(diào)節(jié)螺紋旋進支架，探頭監(jiān)測面旋出頭即可，用手旋緊支架的鎖緊螺栓(不用扳手)，注意保護探頭監(jiān)測面及數(shù)據(jù)線插口不受損。

2)柴油機正車盤車，將要安裝的曲柄臂盤至下止點，裝上帶有探頭的支架，并做好支架螺栓的保險。

3)將軸承磨損探頭慢慢向十字頭滑塊旋進，用檢測墊片(如圖3所示)調(diào)整探頭與滑塊間的間隙(如圖4所示)，確保十字頭滑塊與探頭間的間隙為3 mm，此為初調(diào)。

4)接上數(shù)據(jù)線，注意數(shù)據(jù)線接口應(yīng)對準(zhǔn)。扳緊鎖緊螺栓，數(shù)據(jù)線鋪設(shè)保護，以確保盤車不碰主機曲柄臂。依次安裝各缸的主機軸磨損探頭。

圖2 安裝示意圖

圖3 檢測墊片

圖4 間隙調(diào)整

3.2 軸承磨損監(jiān)測儀的操控界面介紹

柴油機曲柄臂箱內(nèi)各缸的探頭安裝好后，檢查接線箱，電纜連接正確，給軸承磨損檢測系統(tǒng)供電，打開顯示屏，輸入密碼，跳出主界面。主界面介紹如圖5所示。

1-標(biāo)定確認(rèn)按鈕； 2-信號模式選擇； 3-主機發(fā)火順序； 4-傳感器峰值；5-傳感器實時位置數(shù)值；6-傳感器安裝正確位置區(qū)間；7-單位選擇；8-傳感器位置編號。圖5 主界面

使柴油機正車方向盤車2圈，軸承磨損探頭會自動記錄探測到距滑塊的實際位置距離，并換算成電信號在主界面上顯示。每個活塞向下移動時，相對應(yīng)汽缸中的2個滑塊也向下移動，初調(diào)后一般會出現(xiàn)A、B、C、D、E、F 6種狀態(tài)，如圖6所示。以圖6條塊標(biāo)識傳感器的輸出位置。

圖6 狀態(tài)圖

A為活塞沒有移動到傳感器設(shè)置的位置(傳感器沒感應(yīng)到滑塊位置)；B為活塞向下運動，但沒有到達正確的位置；C為活塞向下運動，接近正確的位置；D為活塞往下運動，到達正確位置；E為達到正確位置后，活塞向上運動；F為活塞往下運動，越過了正確位置，探頭與滑塊間的間距太小。

如果傳感器位置初調(diào)精確，那么這些條塊將如圖6中D狀態(tài)所示，隨著柴油機的運動，條塊也會跟隨變化(柴油機快速運動時會顯示不出條塊變化)。

3.3 軸承磨損監(jiān)測探頭的調(diào)整方法及界面設(shè)置

1)確定調(diào)整方向。主界面中記錄各探頭顯示的傳感器峰值，峰值在13～15 mA間為安裝合格。探頭距滑塊的距離越大，監(jiān)測顯示的峰值越小；反之，探頭距滑塊的距離越小，監(jiān)測顯示的峰值越大。如圖6中，D、E 2種狀況就不需要再調(diào)整。A、B、C 3種狀況屬于滑塊距探頭的間距太大，應(yīng)調(diào)小探頭與滑塊的距離，探頭應(yīng)順時針旋轉(zhuǎn)往上抬；F屬于滑塊與探頭的間距太小，應(yīng)調(diào)大探頭與滑塊的距離，探頭應(yīng)逆時針旋轉(zhuǎn)往下降。

2)確定調(diào)整距離。根據(jù)各探頭顯示的傳感器峰值來決定探頭抬高或下降量。從實踐經(jīng)驗中得出，當(dāng)探頭旋轉(zhuǎn)1圈，探頭的監(jiān)測變化量為3 mA，依次類推可得出1/4圈為0.75 mA，1/2圈為1.50 mA，3/4圈為2.25 mA。用簡單的數(shù)學(xué)方式表示：1=3.00 mA；1/4=0.75 mA；1/2=1.50 mA；3/4=2.25 mA。

同樣可以用簡單的數(shù)學(xué)計算方法確定探頭調(diào)整距離。

(1)案例1：某缸的傳感器峰值為10.25 mA，請確定探頭調(diào)整距離。

解： 14-10.25=3.75 mA (式中14為傳感器安裝正確位置區(qū)間值)。

(2)案例2：某缸的傳感器峰值為16.25 mA，請確定探頭調(diào)整距離。

解：14-16.25=-2.25 mA(式中14為傳感器安裝正確位置區(qū)間值)。

可以得出調(diào)整值為-2.25 mA，探頭調(diào)整距離為-3/4，即探頭逆時針旋轉(zhuǎn)3/4圈。

3)探頭調(diào)整。依據(jù)主界面顯示的傳感器峰值，確定需要微調(diào)的探頭編號，并分析出探頭調(diào)整方向及調(diào)整距離，作好記錄。待柴油機主滑油泵停止12 h后打開相關(guān)缸的道門，柴油機正車盤車至該曲柄臂左平位置，人員戴好腳套進入曲柄臂箱，卸去探頭數(shù)據(jù)線接頭，松開探頭的鎖緊螺栓，用記號筆在探頭的監(jiān)測端面畫一橫線，以便辨別出探頭旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)分析記錄調(diào)整旋轉(zhuǎn)好探頭，緊固鎖緊螺栓，插上數(shù)據(jù)線接頭，檢查各緊固件的保險合格后出機。

4)所有探頭微調(diào)結(jié)束后再次正車盤車2周，當(dāng)主界面中記錄各探頭顯示的傳感器峰值都在13～15 mA為微調(diào)合格。然后點擊“標(biāo)定確認(rèn)”按鈕，在彈出的對話框中點擊確認(rèn)“YES”，在彈出的對話框內(nèi)先點擊全選“ALL”，再點擊確認(rèn)“OK”，在跳出的對話框內(nèi)點擊“OK”，標(biāo)定完成。可以進入“LEARNING”界面。

5)依次點擊下列按鈕，進入“LEARNING”界面。點擊“STARET”按鈕，在跳出的對話框中點擊“OK”按鈕，系統(tǒng)進入學(xué)習(xí)模式，系統(tǒng)將自動學(xué)習(xí)500 h，不再需要外部指令輸入。

4 檢修中注意事項

1)設(shè)立500 h的“學(xué)習(xí)階段”，就是為了獲得在不同轉(zhuǎn)速區(qū)域相應(yīng)轉(zhuǎn)速對應(yīng)的參考值。在柴油機運轉(zhuǎn)的第1個1 000周，軸承磨損監(jiān)測系統(tǒng)取樣測得1 000個距離值，由此計算得到1個平均值作為“1 000取樣參考值”。在接下來的“學(xué)習(xí)階段”，對應(yīng)于每個設(shè)定的轉(zhuǎn)速點，系統(tǒng)會以50 h為一周期，自動取樣作為相應(yīng)轉(zhuǎn)速的參考值，值與“1 000取樣參考值”相比較超過0.2 mm，就會觸發(fā)“學(xué)習(xí)警報”，在某些不確定情況或程序中算法的限制都會偶爾出現(xiàn)誤報警，當(dāng)不太精確的“參考值”沒有更新前，也會出現(xiàn)誤報警。在500 h的“學(xué)習(xí)階段”出現(xiàn)以上報警時，首先檢查各軸承溫度是否異常，其次檢查各監(jiān)測探頭是否有松動或線接頭是否異常，如果都正常我們把它視為“學(xué)習(xí)階段誤報警”，只要復(fù)位報警即可。如果檢查各缸確實有異常狀況，則必須消除故障，重新進行監(jiān)測探頭安裝調(diào)試。

2)柴油機停止時，系統(tǒng)電源不必關(guān)閉。在500 h的學(xué)習(xí)模式階段，只有柴油機轉(zhuǎn)速高于20%額定轉(zhuǎn)速才自動計時，所以在停泊狀態(tài)下是否關(guān)閉電源對學(xué)習(xí)模式計時沒有影響。

5 結(jié)束語

軸承磨損檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了柴油機曲軸和主軸承工況的實時監(jiān)測，必將在柴油機中廣泛使用，由于系統(tǒng)設(shè)計原因，該系統(tǒng)在柴油機曲軸維護檢修過程中需要往往重新設(shè)定調(diào)整，文章介紹了某種軸承磨損檢測系統(tǒng)安裝、調(diào)試的方法及注意事項，為船舶輪機管理人員及修理者提供一定的啟發(fā)和幫助。