PZ12V190型柴油机故障诊断分析研究

2013-08-15惠山青

河南科技 2013年6期

惠山青

（胜利油田黄河钻井五公司40570队，山东东营 257000）

山东济南柴油机厂设计制造的PZ12V190型柴油机，采用四冲程增压式工作原理，输出功率大，性能优，使用寿命长，并且成本低，被广泛应用在油田和发电厂等场所。如胜利油田、辽河油田就大量装备了PZ12V190 型柴油机用于石油勘探开采。在油田上，该型号柴油机功率大，工作环境复杂恶劣，维修成本高，增大了柴油机的故障概率。因此需要及时开展对该型号柴油机的故障诊断分析研究则具有重要的现实意义。知识工程获取研究是对柴油机的故障信息分析的重要方法。通过研究知识工程，并应用在柴油机燃油系统故障诊断中是文章的研究内容。本文首先通过调研国内外柴油机故障诊断分析的发展现状，分析研究PZ12V190 型柴油机的工作原理和性能，提出PZ12V190 型柴油机燃油子系统诊断知识的获取方法，有助于提高PZ12V190型柴油机的故障诊断分析水平。

1 国内外柴油机故障诊断分析发展

柴油机是一种复杂的往复动力装置，截至目前，在对柴油机的出现的故障判断分析领域尚无通用有效的方法来表征柴油机故障特征和参数。上世纪七十年代，国外开始使用声波震荡技术来诊断分析柴油机的故障并取得显著成果。八十年代末至九十年代，美国珀杜大学和宾夕法尼亚大学将人工神经网络应用到柴油机故障诊断领域，实现正确诊断平均96%的故障。国内关于柴油机诊断分析的研究于上世纪八十年代初以振动诊断开始发展，海军工程学院利用气阀开关产生的冲击信号对气阀故障开展实验研究，上世纪八十年代末，国内专家开始应用人工神经网络科学处理柴油机故障诊断分析，并取得了一些成果。但至今关于PZ12V190 型柴油机这种大型的复杂机械故障诊断分析还处于起步阶段，对该类柴油机故障诊断的知识工程研究仍为空白。

2 PZ12V190型柴油机的结构性能分析

PZ12V190 型柴油机是被大量应用在石油勘探开采领域和发电等领域的四冲程增压式动力装置。PZ12V190 型柴油机分为机身，曲柄连杆系统、配气系统、燃油子系统和动力输出系统等构成，其结构特点有：（1）机身为六十度V 型主油管安装在V型夹角内，机身底面和曲轴中心成半隧道结构。（2）每个汽缸都配有一个汽缸盖，盖中心安装多孔式柴油喷嘴，盖的四周分布四个过桥时摇臂气门。盖内部装有水隔层可加速盖底冷却。（3）燃烧室设计成W型，活塞连杆为并列式，直切口式大头，采用齿形定位。（4）曲轴有七个主轴承，材质为35CrMoA调质氮化处理，动力输出形式为锥度过盈配合连接输出。（5）凸轮外形设计为高次方程曲线，可发挥良好的动力性能。该型柴油机工作时，曲轴转两周即720°完成一个循环。在循环过程中，气缸按顺序分别完成进气、压缩、燃烧、排气四个运动。以上结构特性和工作原理使该型柴油机具有高速高效大功率的特点，但其燃油系统、配气系统和曲柄连杆系统在工作时最易发生故障，导致柴油机无法运行。目前对该类柴油机的故障诊断复杂困难，尤其对于该型柴油机的燃油子系统故障诊断没有有效准确的方法。

3 PZ12V190型柴油机燃油子系统诊断知识获取方法

柴油机的故障诊断是一种将柴油机产生的一切信息提取和分析处理，找出故障特征和参数，得出故障诊断结论的活动。知识工程获取研究是对柴油机的故障信息分析的重要方法。知识工程由计算机技术发展而来，是利用计算机对大量数据进行处理分析纵深发展发现、获取和解决问题的研究领域。它主要在计算机中组织信息，建立数据库，搜索并提取相关信息进行分析处理，求解问题给出答案和方法。它涉及对知识的表示、利用知识、推理、知识获取、组织信息等主要内容。在故障诊断中，知识工程通过专家系统和神经网络的应用将柴油机一切信息搜集组织，建立数据库，通过搜索提取，找出“有用信息”，对这些信息进行推理分析和经验诊断等。本文仅以燃油子系统为例，研究知识工程的建立过程，讨论燃油子系统的知识获取方法。首先通过文献调研和专家咨询，获取一切关于该型柴油机燃油系统的故障信息，包括游车、排黑烟、排白烟等十五种常见故障信息。其次通过设计实验的方式来获取该类型柴油机燃油机系统的故障信息，即找出常见故障预兆和故障特征参数及故障原因的关系。第三，通过特征参数分析提取“有用信息”，提取方式主要利用实验方法获取该类型柴油机燃油系统信号波形图并进行处理和提取，找出反映燃油子系统故障特征的参数，这些信息与故障征兆想联系后导入数据库中。采用的提取方法包含能量法和参数法两种：能量法是提取振动信号中的能量信息，即分析振动信号频率谱，计算频段的频带能量，得出所有频段的能量及能量和，各频段的能量除以能量和得出各频段的振动信号特征向量，利用能量法将燃油系统工作时不同工况下振动信号特征向量提取录入数据库，在故障诊断时即可对比分析；参数法是直接对振动信号分析提取特征参数，这种方法简单直接，尤其是信号中存在简谐成分和周期成分等时，采用参数法十分有效。通过传感器测量获取振动波形曲线，分析曲线的峰值、有效值和平均幅值等示性指标与工况结合录入数据库，在故障诊断时对比分析。