基于声发射信号的柴油机排气阀故障诊断技术研究

摘要

近些年来，国际经济复苏缓慢，船东对船舶的经济性提出更高的要求。2016年，国际海事组织(IMO)将正式实施TierⅢ排放标准，这将对船舶排放要求愈加严格。因此，节能减排型船舶将成为船舶市场的新宠。作为船舶的“心脏”，船舶柴油机是船舶实现降低排放和提高效率目标的重要设备之一。船舶柴油机又因其结构复杂、工作条件恶劣，发生故障的可能性较大。排气阀作为柴油机重要部件之一，其工作条件更加恶劣，在热负荷和机械负荷交替作用下极易产生漏气等故障。排气阀故障会影响柴油机的经济性和排放性。本文以MAN6L16/24柴油机为对象，将声发射技术引入柴油机排气阀气阀间隙变化和排气阀漏气两类故障监测与诊断中，首先研究排气阀间隙改变时排气阀落座力的变化，计算排气阀落座力激励产生的声发射，并进行试验验证，最后分析排气阀正常态和故障态的缸盖声发射规律。通过排气阀间隙变化和气阀漏气故障模拟试验，研究声发射特征参数提取方法，为基于声发射信号的排气阀漏气监测诊断提供理论依据和技术参考。主要内容如下：
　　 (1)建立MAN6L16/24型柴油机配气机构多刚体动力学模型和刚-柔动力学模型，利用ADAMS软件仿真计算不同气阀间隙和不同工况下排气阀落座力。仿真结果揭示了气阀落座力的变化规律，可作为声发射理论计算的边界条件。
　　 (2)建立MAN6L16/24型柴油机缸盖声发射计算模型，利用ANSYS软件仿真计算排气阀正常和排气阀间隙大时缸盖声发射信号，揭示排气阀落座力与缸盖声发射之间的关系。
　　 (3)以MAN6L16/24型柴油机为试验对象，进行柴油机缸盖声发射试验研究，验证理论计算结果并分析缸盖声发射激励源和声发射信号特征。
　　 (4)通过柴油机声发射排气阀故障模拟试验对比分析排气阀正常和故障态声发射信号，研究与排气阀故障相关的声发射信号特征参数提取方法。