摘要：壓力、振動(dòng)、轉速、溫度是柴油發(fā)電機的重要參數之一。通常進(jìn)行柴油機試驗研究及性能檢測所需的參數中,有些參數可以直接測量,有些參數則需利用直接測得的參數或已有數據經(jīng)過(guò)計算求出。例如在柴油發(fā)電機試驗中的壓力測量，既和通常熱工中的壓力測量有共同之點(diǎn)，也有其特殊之處，這將根據被測壓力的變化性質(zhì)和測量目的等采用不同的測量方法和測量設備。因此，本文的柴油機參數試驗和測量方法可以給予研究人員的借鑒價(jià)值。

一、柴油機狀態(tài)監測和診斷技術(shù)

1、柴油機狀態(tài)監測

      柴油機作為往復式設備的一種，其振動(dòng)信號主要是摩擦、沖擊和噪音。往復設備振動(dòng)十分復雜，隨機信號、周期信號、沖擊信號等混雜在一起，各缸的信號之間相互串擾，具體來(lái)說(shuō)，由于活塞式內燃機在進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉，可燃混合氣燃燒、活塞、連桿往復運動(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)，頻譜圖上將出現連續而密集的寬帶譜線(xiàn)，故障特征信號被背景噪聲所湮沒(méi)，難以提取和識別,而且振動(dòng)對氣體泄漏也不敏感。所以單純使用振動(dòng)監測的處理方法已不能滿(mǎn)足像柴油機這樣復雜的往復設備故障診斷的需要。

2、柴油機診斷技術(shù)

      沖擊、漏氣和摩擦是往復機械最主要的信號類(lèi)型，柴油機各缸的進(jìn)排氣門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉沖擊信號混雜在一起，如果不采取技術(shù)手段加以區分，仍無(wú)法對其進(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）精確對齊。對柴油機來(lái)說(shuō)，各缸之間的角度差是固定的，這樣在測試各缸各種類(lèi)型的信號時(shí)，便有了一個(gè)相位參考基準，使各類(lèi)信號在一個(gè)做功周期內與相應的事件準確對應起來(lái)，同時(shí)同類(lèi)缸的同類(lèi)信號放在一起進(jìn)行類(lèi)比判斷，哪個(gè)缸存在異常便易顯現出來(lái)。即便如此，各缸之間的信號仍難免存在串擾，為此，對振動(dòng)和超聲波信號進(jìn)行分頻段包絡(luò )處理，超聲波信號取36kHz～44kHz和15.5k～40kHz，振動(dòng)高頻信號取5.6K～40kHz，振動(dòng)中頻取180～8kHz，振動(dòng)低頻取1～8kHz。高頻信號頻率高、波長(cháng)短、方向性好、衰減大，因此抗干擾性強；中、低頻信號與之相反，但能反映振動(dòng)能量的大小。幾種類(lèi)型的信號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，各種信號相互印證，結合性能分析，便能對柴油機進(jìn)行全面地分析與診斷。

      柴油機診斷技術(shù)綜合使用振動(dòng)、壓力、超聲波、紅外測溫、相位與轉速測試等技術(shù)進(jìn)行綜合測試，并可引入其他過(guò)程參數數據綜合進(jìn)行分析評估。綜合檢測可以提供針對柴油機組往復運動(dòng)部件的定相壓力、振動(dòng)、超聲波信號圖形，見(jiàn)下圖：

1、測點(diǎn)布置（如圖1）

 （1）渦輪增壓器軸承

●標準加速度計，安裝在進(jìn)出輪軸中間。

●頻域加速度.

（2）燃油噴射器振動(dòng)

●標準加速度計。。

●與曲軸位置相關(guān)的時(shí)域數據.

（3）上死點(diǎn)位置

●軸編碼器。

●磁信號發(fā)生器。

●定位數據。

●轉速。

（4）氣缸排氣溫度

●紅外溫度探測棒。

（5）氣缸、閥、活塞銷(xiāo)和軸承振動(dòng)

●超聲傳感器。

●標準加速度計。

●與曲軸位置相關(guān)的時(shí)域數據。

（6）氣缸壓力

●直流壓力傳感器。

●與曲軸位置相關(guān)的時(shí)域數據。

●峰值壓力統計

（7）基礎框架振動(dòng)(位移)

●在發(fā)動(dòng)機基礎對角安裝的加速度計(H、V、A)。

●頻域數據。

2、測試步驟

（1）停機，盤(pán)車(chē)至一缸上止點(diǎn)位置，在飛輪或電機軸上粘結一個(gè)10×12×2的鐵片（或粘反光紙）作為鍵相指示（設定鍵相傳感器觸發(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，對飛輪的動(dòng)平衡和機械強度不會(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，視現場(chǎng)實(shí)際情況選擇一種方式即可。使傳感器對準觸發(fā)始點(diǎn)；

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

（4）開(kāi)機，測試柴油機轉速和上止點(diǎn)位置標定；

（5）測試各缸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)火壓力統計；

（6）測試各缸20個(gè)工作循環(huán)的超聲波波形；

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

（8）測試機體水平方向的常規振動(dòng)時(shí)域波形和頻譜；

（9）錄取各缸的排氣溫度。

3、測量?jì)热?/span>

（1）各缸壓縮壓力、各缸爆發(fā)壓力、燃燒狀況、缸間平衡；

（2）氣缸綜合運行狀態(tài)（含缸套磨損、活塞敲缸、氣門(mén)組故障）評估；

（3）附屬部件（含油泵、水泵、潤滑油管路和增壓器）狀態(tài)評估。

4、引用標準和規范

（1）《內燃機通用技術(shù)條件》GB 1147-87；

（2）《柴油機臺架試驗考核方法》JB/T 9773.1-1999；

（3）《中小功率柴油機振動(dòng)評級》GB/T 10397-2003；

（4）《船用柴油機熱工參數的測量》GB 6302-86；

（5）《中小功率柴油機振動(dòng)測量方法》GB 7184-87；

（6）《內燃機設計手冊》。

5、測試作業(yè)風(fēng)險及安全控制

（1）安裝鍵相傳感器及鍵相指示粘接塊時(shí)必須隔離鎖定設備；

（2）鍵相傳感器安裝前，召開(kāi)安全風(fēng)險辨識會(huì )，佩戴好勞動(dòng)防護用品，施工人員注意協(xié)調，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)護護罩刮碰以及金屬塊與其它部件碰磨現象；

（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、護目鏡和其他勞動(dòng)防護用品；嚴禁接觸開(kāi)關(guān)，不要踩踏儀表等部件，輕拿輕放傳感器，測缸壓時(shí)要緩慢開(kāi)啟閥門(mén)，注意人員之間的協(xié)調，作好相互配合，做到“三不”傷害。

 三、壓力測量公式與工具

1、絕對壓力和表壓力

      使用壓力測量設備所測得的壓力，有絕對壓力和表壓力之分。絕對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量壓力的儀表的指示值。

      由于壓力測量的范圍和場(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定為標準大氣壓，或稱(chēng)物理大氣壓。一個(gè)標準大氣壓的嚴格數值定義是：當溫度為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，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年第十四屆國際權度大會(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。因為1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年第九屆國際權度大會(huì )通過(guò)以“巴”（bar）作為C·G·S制的國際壓力單位。每平方厘米的面積上均勻分布1達因的力，稱(chēng)為微巴。千倍的微巴稱(chēng)為毫巴，氣象中常以毫巴為計量單位。1巴＝10毫巴＝10微巴。1標準大氣壓力＝33.9毫巴。

2、液體和氣體介質(zhì)中的壓力測量

      液柱式壓力計是利用工作液的液柱高度所產(chǎn)生的壓力與被測介質(zhì)的壓力相平衡的原理而制造的測壓儀表。這種壓力計結構簡(jiǎn)單，使用方便，可測微小的壓力，且測量精度亦較高，所以目前應用得比較廣泛。

（1）U形管壓力計

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

P₁-P₂=h（Y-Y₁）  

      將試驗管通大氣時(shí)，液柱高h是被測介質(zhì)的表壓力；將試驗管亦接通被測介質(zhì)的某一壓力，則液柱高h=h₁+h₂，即代表兩測量點(diǎn)處的壓力差Δρ。應該注意，被測壓力P₁值除和工作液重度γ及工作液柱高h有關(guān)外，尚和兩管中的介質(zhì)重度，及測壓點(diǎn)到U形管標尺零點(diǎn)的高度H有關(guān)。這在精密測量中應根據情況予以考慮。壓力計的標尺是在儀表的標準狀態(tài)（標準大氣壓，20℃）下刻度的，而水和水銀的重度卻分別是在標準重力加速度條件下，4℃和0℃時(shí)的值，同時(shí)，實(shí)際測量時(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)法與要求的標準狀態(tài)一致，為便于進(jìn)行統一的計算與比較，就要在當時(shí)當地所得到的壓力計讀數換算到標淮狀態(tài)。其公式為：