【作者】

刘浩; 陶文辉; 常伟杰; 张慧; 顾献安

【单位】

中船711研究所; 上海船用柴油机研究所;

【摘要】

随着我国船舶动力的不断升级换代，对自主可控大功率船舶柴油机技术指标要求越来越高，对轴瓦的性能要求也越来越苛刻。而我国的连杆轴瓦涂层工艺技术仍存在技术难题这一现状，导致国产轴瓦在新一代船舶柴油机研制过程中成为故障高发件。通过监测诊断技术实现船舶柴油机轴瓦异常状态识别及预警是提高轴瓦服役性能的主要途径之一，常见的监测手段如：温度监测、油液监测、振动及声发射监测技术等。但上述监测手段在工程应用时会面临诸如：传感器安装困难、响应速度慢、故障定位识别难度大等问题。近年来，基于曲轴-轴瓦摩擦副间电势特征的柴油机轴瓦状态监测技术，仅依靠曲轴-轴瓦间电势特征即可实现柴油机各档主轴瓦、连杆瓦润滑状态监测，且具有响应速度快、故障识别准确、无需改造柴油机结构的优点，得到学者较多关注。但对于利用电势实现轴瓦监测的关键环节：异常接触状态下，曲轴-轴瓦间电势信号的产生机理及特征形式研究，目前尚未有公开的研究成果，同时，也未有试验结果能直接证明电势特征在轴瓦状态检测领域的优势。 首先，本文针对异常接触下，曲轴-轴瓦间电势信号的产生机理及特征形式不明确问题，构造非接触状态和接触状态下曲轴-轴瓦等效电学模型。得出非接触状态下曲轴-轴瓦间存在油膜，使曲轴与轴瓦见存在可测电势差，且该电势差由曲轴与轴瓦间的温差电效应产生；接触状态下曲轴-轴瓦间表面存在凹凸体接触，使曲轴-轴瓦间的可测电势差消失这一特征规律。 为进一步验证上述接触状态和非接触状态下的曲轴-轴瓦电势特征规律，本文基于轴瓦疲劳试验机平台开展不同接触状态下的轴瓦模拟试验研究。研究结果表明：曲轴轴瓦间处于动压润滑状态时，轴与轴瓦间不存在接触，此时曲轴-轴瓦间存在可测电势；随着转速等外界条件变化，曲轴与轴瓦间润滑失效造成曲轴与轴瓦间存在接触时，曲轴-机体间不存在可测电势。即利用曲轴与轴瓦间的电势特征，可明显区分曲轴与轴瓦的润滑状态，实现曲轴与轴瓦间异常接触状态的识别。 为更直接对比电势监测方法在轴瓦状态检测领域的优势，本文利用轴瓦疲劳试验机开展了曲轴“抱轴”故障模拟试验：通过逐步增加被试轴瓦载荷，使被试轴瓦与曲轴之间的油膜失效。同时在轴瓦疲劳试验机上安装温度传感器，监测被试轴瓦的瓦被温度；安装曲轴电势信号传输装置，采集曲轴-轴瓦间的电势信号，对比两种信号在抱轴故障发生前的表现。试验结果表明：电势特征在抱轴故障发生前表现出明显突降特征，相对于瓦背温度超限报警，响应时间提前约15s。 以上研究结果表明：基于轴瓦电势特征可实现轴瓦异常接触监测，且在抱轴故障发生时，相对于瓦被温度监测响应时间更短，具有更高的实机应用推广价值。

【关键词】

柴油机;轴瓦;电势信号;异常接触

【论文集名称】

设计制造润滑与可靠性

【会议名称】

2024世界内燃机大会

【会议时间】

2024-4-19至2024-4-23

【会议地点】

天津市

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