振动超声技术在海上平台往复机故障诊断中的应用

　　往复机械种类很多，如往复压缩机、内燃机、往复泵等，结构及运动形式复杂，与旋转机械相比，具有系统复杂、振动随负荷变化、撞击力不稳定等特点。因此给故障诊断带来较大的困难。

　　往复机械的故障主要有两类：一类是结构性故障，另一类是性能方面的故障。结构性故障是指零件磨损、裂纹、装配不当、油路堵塞等;性能方面故障表现在机器性能指标达不到要求，例如功率不足、耗油量大、转速波动大等。把采集到的往复机各运动部件的振动、噪声、压缩气体泄漏、阀门冲击等信号特征频率区分开来，是往复机成功进行故障诊断的关键所在。

　　一、往复机监测故障诊断的机理

　　海上平台使用的发动机和压缩机大多由多个汽缸组成，各缸的进排气门和进排气阀的开启、关闭冲击信号混杂在一起，影响诊断的准确性。通过在飞轮罩壳上安装涡轮位移传感器监测机组相位，并盘车使1#缸处于上止点位置;在飞轮上钻孔或焊接传感器响应片，使其与位移涡流传感器精确对齐，各缸之间的角度差是固定的，这样各缸测试各种类型的信号时，便有了一个相位参考基准，使各类信号在一个做功周期内与相应的信息准确对应起来，将同类缸的同类信号进行类比判断，某个缸存在异常便易显现出来。即便如此，各缸之间的信号难免存在串扰，为达到区分的目的，对振动和超声波信号进行分频段处理很有必要。

　　冲击、漏气和摩擦是往复机械最主要的信号类型，其时域特征如图1所示。在时域频谱图中很难区分不同频率的信号组成，但在频谱图中可以，选用振动与超声的不同测量范围，可以把振动产生的频率与运动部件联系起来;超声波信号取36~44kHz和15.5~40kHz，振动高频信号取5.6~40kHz， 振动中频取180~8kHz，振动低频取1~8kHz。高频信号频率高、波长短、方向性好、衰减大，因此抗干扰性强;中、低频信号与之相反，但能反映振动能量的大小。几种类型的信号采用不同的频段组合，既可隔离干扰又能反映振动的能量大小各种信号相互印证，并结合性能分析，便能对往复机械进行全面分析与诊断。表1为超声波、振动信号的频率范围。

　　二、往复机的常见故障原因分析

　　1. 发动机点火波形的机理和故障特征

　　点火系统由交流发电机、分电器、点火线圈和火花塞组成，无触点分电器现场使用较多的是磁感应式。火花塞的电极间隙越大，电阻就越大，所需击穿电压也就越高。如果电能不足以维持电子流过火花塞的电极之间，电火花就会熄灭，点火终了时波形中出现振荡波(图2)。