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1、再论钻机柴油机状态检测和故障诊断研究万德玉一、概述石油钻机柴油机早在8 0 年代就开展过机油油样光谱分析的状态检测和故障诊断工作。并且取得了很好的成果。由于仪器来源原因，该项成果未予推广。其它方面研究进展也不大。柴油机的使用管理机制至今基本仍处于“定期保养”，“事后维修”的模式。远跟不上社会发展和技术进步韵要求。因此全面开展钻机柴油机状态检测和故障诊断研究，对提高石油钻探效益和可靠性十分重要，非常迫切。其意义在于：据柴油机状态检测的结果，对柴油机进行状态修理。可以避免目前定期修理的弊病_ _ “维修不足”，“维修过剩”。即该修的不修，带病工作，既发挥不出效能，又易酿成大的事故，甚至整台柴油机报
2、废；不该修的提前修，柴油机明明处于良好技术状态，勿需修理，而又因到期非修不可，造成不必要的人力物力浪费，甚至带来误拆装所造成的损失。根据状态检测结果，对柴油机进行使用保养。变目前的“定期保养”为“视情保养”，可使柴油机发挥更大效能。如根据状态检测保养三滤、增压器、中冷器，可使柴油机达到功率大、耗油少、排放低；根据状态检测更换机油，既可节的机油，又可避免因机油变质失效造成柴油机的故障等。根据状态检测，预报柴油机故障。根据状态检测的结果，预报柴油机可能发生的故障和故障的部位，从而及时采取措施，加以排除，变目前的“事后维修”为“状态维修”，这就大大提高了柴油机的使用寿命和工作可靠性。可取得大的社会效
3、益。这对于可靠性要求特别高的钻机柴油机特别重要。总之，对柴油机进行状态检测和故障诊断，对提高柴油机的动力性、经济性、排放性，延长使用寿命，保证可靠性有重要作用，可以取得大的经济效益和社会效益。以1 9 0 系列柴油机为例，全国在用量近2 0 0 0 0 多台，按平均功率6 0 0k W ，年工作时数为4 0 0 0h 。由于采用状态监测进行使用保养，可使动力性、经济性提高。按燃油耗降低2 计，则全年节油2 1 0 0 0 0吨。折合人民币万7 亿多元。由于采用状态检测进行修理和使用，可以使柴油机寿命延长，按延长5 计，则相当于增加了i 0 0 0 台1 9 0 柴油机，折合人民币将近3 亿元。
4、由于采用状态检测进行故障预报，假设有6 0 故障被预报，避光恶性事故发生，这本身的社会效益和经济效益更是十分可观。由于这种状态检测和故障诊断是指在使用现场对柴油机不解体甚至不停车情况下进行的，比试验室情况难度大，要求高。柴油机又是一个复杂的热力机械，单一的检测手段难以满足要求，必须多种手段综合检测。所以必须作到以下三点。所选检测仪器必须携带方便，便于现场随时检测；安装方便，基本达到柴油机不解体，便于在线检测；功能较多，便于多项检测；有一定的分析判断功能，便于实时诊断。最近研制的RJ l 型便携式柴油机不解体综合检测诊断系统便可满足以上要求。按不同情况，分别采用综合检测手段和单项检测手段。对柴油
5、机较集中、技术力量较强的维修站、修理厂、检测中心，可针对不同机型开展磨粒检测、声振检测和热工参数检测的综合检测和诊断的应用研究和推广应用。对钻井队，可利用综合检测应用研究的成果，进行某些方面检测的应用推广。研究工作应由几科研、使用、制造几方面联合进行，发挥各自的特长。最终的研究成果要具有以下特点：实用性在柴油机不解体不停车情况下对其进行检测、诊断，具有实用性。综合性对柴油机工作状况多方位、多参数综合测试，判定其技术状况。具有综合性。针对性针对钻机柴油机实际工况和现有的维修体制，建立状态检测和故障诊断体系。具有计对性。易操作性检测简单、方便、省时，现场即可诊断出结果。具有易操作性= 、状态检测和
6、故障诊断研究的内容柴油机故障主要有以下二方面：1 、性能方面故障，又分三个方面：动力性下降：表现为柴油机功率不足，起动困难，烟大、排温高。经济性下降：表现为油耗高、烟大。】6排放性下降：表现为烟大、排放气体C O H C N O x 高。性能方面故障主要由各缸做功不均故障及换气系统故障、燃油系统故障和燃烧系统故障引起，是可以预警的。因此把监测各缸做功不均及换气系统状态、燃油系统状态、燃烧系统状态作为诊断故障的主要内容和手段。2 、可靠性方面故障，又分三个方面断裂性故障：表现为运动件突然断裂。因零件本身原因引起，属突发性，往往难易预警。因振动或磨损异常或个别缸超载引起是可以预警的。磨损性故障：表
7、现为异常磨损及拉缸、拉瓦。这方面故障多是由于润滑失效或脏污引起，属渐变性，是可预警的。漏泄性故障：表现为漏机油、漏柴油、漏水、漏气等因此把监测机油质量状态、机油和冷却水温度、压力状态、振动状态、油滤器状态、曲轴箱漏气状态作为诊断故障的主要内容和手段。综上所述，柴油机故障诊断应有两套仪器：随机在线监测预警仪器和定期在线监测诊断仪器。所谓故障预警，就是对柴油机运行中可能引起的故障、故障现象和原因进行预先报警，以便及时采取措施，防止发生故障。如超速、水温高、油温高、油压低、机油惨水、油滤器压差大、振动大等。还有一种就是对柴油机运行中己发生的轻微故障、或故障现象和原因行报警，以便及时采取措施，防止故障
8、进一步发展，甚至造成整机报废。如异常磨损、轻微拉缸、拉瓦和曲轴箱废气大等。我们把这种仪器叫柴油机随机在线监测预警仪。所谓故障诊断，就是通过对柴油机状态监测结果的分析，对柴油机发生的故障和故障原因进行诊断，以便及时采取措施，排除故障。我们把这种仪器叫柴油机在线监测诊断仪器。这又分两种：一是在线随机诊断，即对柴油机在线随时监测诊断，如曲轴箱漏气仪、振动等。一是在线定期诊断，即对柴油机定期进行监测诊断。如内窥镜、光谱分析等。为此。我们研制了两套仪器，可以进行配合使用。故障预警仪器：除现有柴油机上已有的水温高报警、油温高报警、油压低报警外，本仪器监测项目和预警的故障见下表N o监测项目作用和预警的故障
9、备注I机油滤压謦超限报警颅警机油滤脏污，提示汕滤器清洗防止机油供应不应- 一和旁通引发异常磨损和拉缸、烧瓦等故障2机油内漏水报警预警机油变质，防止圆润滑F 良0 f 起异常磨损和拉缸、烧魔等故障3柴油机振动异常报警预警动平衡和对中及紧固方微障，防止振动大造成其它故障4 l 轴衙漏气异常报警预警拉缸及活塞缸套密封失效故障，避免抱缸等恶性故障5铁屑过多报警预管拉缸、拉瓦及其它异常縻损故障，避免抱缸、抱轴等恶性故障6金属颗粒报警预警拉缸、拉瓦及其它异常磨损故障，避免抱缸、抱轴等恶性故障7各缸排( 缸) 温差异常预臀各缸作功不均，防L E 困个缸超负荷而引发拉缸、抱报警缸、烧活塞和运动件损坏等故障这套
10、随机在线监测预警诊断仪，可装于柴油机上随机出厂。监测预警项目可以是上表的全部，也可以是其中的几项。由用户据需要而确定。主要监测各缸工作均匀性、磨粒状态、机油状态、振动状态、滤器状态、曲轴箱漏气状态，可以预管磨损性故障和川振动或磨损异常引起的断裂性故障。在柴油机上安装位嚣见图l 。仪器外形见图2图2、热工参数综合监测诊断仪器本仪器为定期在线监测诊断仪其监测项目和诊断的故障见下表。其监测和诊断项目呵以足上表的全部，也可以是其中的几项。由用户据需要而确定。袖诊式比便携式诊断项目少一些。N监测项日可预警和诊断的故障备注Ol最大功率监测( 外特性)监测动力性和各缸工作均匀性，诊断功率不足和各缸作功不均匀
11、敞障2供油提前角监测诊断各缸供油角不均和变大、变小的故障3油管压力波监测诊断供油系统雾化不良、泄漏、供油量不均及 异常喷射等故障4起动电流监测诊断各缸压缩压力不均和不足等敞障5瞬态转速监测诊断各缸压缩压力和备缸工作不均均性故障这套定期在线监测诊断仪( 瞬态) ，可以定期对柴油机实行不解体在线监测。主要监测燃油系统、燃烧系统、各缸压缩和做工不均匀性，可以诊断性能方f l j ：i 故障。其外形图见罔3 。部分监测结果见图4 。蔓。争j k _ _ 皆# 盛警赢蒿；z “) 1 ”o o 乓舻0 u o 气案凸咚传螂孟荔一；z “) 一一一I 一l 出吐! ! 骂。苎。! ! ! 。，盎。二- m
12、譬三二厶二凸二一二二二，P 一一一一芝警警蔓等警_ 譬譬二”I 。垒蛸lb ! 鲢。凸苎。苎，。辈曲耸，舳一二。某6 缸柴油机瞬态油管压力160口70a 自o4 5 4 n6 7 2 0 - M 某4 缸柴油机瞬态转速一h盖削 格一 ，m$ 日0 da ，a 嚣嚣篙嚣一君暑雠 利用这套便携式柴油机不解体综合监测诊断仪对柴油机进行诊断时，其流程图见周5五、检测和诊断路线一个正确科学的检测诊断技术路线可以取得时半功倍的效果。r 图是热工参数检测和诊断路线。最大功率检测各缸瞬态转速检测缸套内表面内窥镜检测各缸动态供油角检测曲轴箱漏气检测各缸瞬态油管压力检测柴油机是否功率不足?停缸最大功 室检测各缸是
13、否作功不平衡?各缸做功不均 的原因是什么?柴油机功率不足足各种敞障的综合反 映。和标准对比，如下降较多，则说明柴f l f | 机有故障。如未下降或下降较少，则说明柴油机基杰无故障柴油枧功串不足往往是某些缸作功不足。这时找有问题的气缸最重要。左面三个方面检测可满足要求影响各缸作功不均匀的因素主要是气缸压缩压力、拉缸和燃油系统故障造成。供油提前角变化、喷油泵油量不均、喷汕嘴雾化不良、高压密封失效等故障是燃油系统主要故障。备缸油管瞬态压力检测和曲轴箱漏气及内窥镜检测可满足要求。图5这种包括试验空和钻井现场的大量试验研究，最终制订出一套科学的榆捌4 方法和工作流程，不同柴油机的正常状态和故障状态的定标准，为确定视情维修、主动维修制度打下基础。参考文献略孙军徐传国张兴华刘冬王腾飞
