柴油机的故障诊断装置和诊断方法
【专利摘要】本发明公开了一种柴油机的故障诊断装置，包括：储存单元，用于储存柴油机发生不同故障时的特征参数的特征值，所述特征参数包括柴油机的振动加速度、振动速度、振动位移、震动频率和转速中的至少一种；检测单元，用于在柴油机工作过程中检测所述特征参数；匹配单元，用于所述检测单元将检测到的特征参数与所述储存单元储存的所述特征值进行匹配得到匹配率，若匹配率高于预设值则判断柴油机发生故障。本发明还提供了一种柴油机的故障诊断方法。本发明能够实现自动故障诊断。
【专利说明】柴油机的故障诊断装置和诊断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及柴油机故障诊断【技术领域】，具体而言，涉及一种柴油机的故障诊断装置和一种柴油机的故障诊断方法。
【背景技术】
[0002]柴油机是目前应用最广泛的动力设备之一，被广泛应用于石油钻井、动力发电、铁路牵引、工程机械、各种船舶和汽车驱动等领域，其运行状态的好坏，直接关系到整个应用设施的工作效率。因此对柴油机进行状态监测和故障诊断，尤其是实时故障诊断和先期预测，保证系统正常、安全运行，使之处于最佳运行工况，对提高设备的维修质量和效率具有重要意义。
[0003]柴油机故障诊断技术是采集设备运行过程中，或相对静止条件下的状态信息，通过对所测量的信号进行分析和处理，并结合设备的历史工作状况，来判断和识别机械设备及其零部件的实时运行技术状态，预测异常故障，从而确定必要预防措施的一种技术。
[0004]柴油机故障诊断常用的方法包括转速测量法、振动分析法和油液分析法三大类。其中转速测量法是在柴油机连接部件上安装传感器测量柴油机转速；振动分析是通过应用各种动态测试仪器采集、记录和分析柴油机中振动部件的振动时域信号变化；而油液分析技术则是通过对润滑油的成分进行频谱检测，发现对磨件的早期轻微磨损故障。然而，这些技术检测手段相对单一，也没有对振动噪声进行处理的功能，且检测周期长，不利于实时发现和提前判断故障。
[0005]石油钻井用柴油机的工作环境相对通用工程行业而言，具有机械设备结构复杂、部件繁多，且环境影响更为突出等特点。在石油钻井作业现场，石油钻井工人仍然是凭借个人经验，通过触觉和听觉来判断柴油机的运行状态，对设备维护和作业安全带来很大程度的隐患。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够实现自动故障诊断的柴油机的故障诊断装置。本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够实现自动故障诊断的柴油机的故障诊断方法。
[0007]因此，本发明的技术方案如下:
[0008]一种柴油机的故障诊断装置，包括:
[0009]储存单元，用于储存柴油机发生不同故障时的特征参数的特征值，所述特征参数包括柴油机的振动加速度、振动速度、振动位移、震动频率和转速中的至少一种；
[0010]检测单元，用于在柴油机工作过程中检测所述特征参数；
[0011]匹配单元，用于将所述检测单元检测到的特征参数与所述储存单元储存的所述特征值进行匹配得到匹配率，若匹配率高于预设值则判断柴油机发生故障。
[0012]在该技术方案中，充分利用柴油机的各种特征信息，并结合石油钻井现场环境情况，与现有柴油机通用诊断技术进行优势互补，实现石油钻井用柴油机故障的实时诊断；数据库中的各组特征值可以根据本发明执行过程中根据现场实际情况进行调整与完善；结合石油钻井现场实际环境，充分利用石油钻井用柴油机的典型特征信号对柴油机的工作状况进行实时监测与诊断，弥补了以往经验判断的补助，对柴油机的设备维护和钻井工程的安全作业具有重要意义。
[0013]进一步:所述储存单元还用于储存柴油机在工作环境下的环境噪声特征值；所述柴油机的故障诊断装置还包括降噪单元，连接至所述检测单元和所述匹配单元，用于结合柴油机当前工作环境下对应的所述环境噪声特征值对从所述检测单元接收到的代表所述特征参数检测值的信号进行降噪处理并将降噪后的信号发送至所述匹配单元。
[0014]在该技术方案中，各个参数的特征值是经过去噪处理后的信号，因此，在对型号相同的不同柴油机分别进行故障监测时，可将各设备的特征故障信号数据进行资源共享，从而加快整套柴油机设备故障诊断系统标准匹配数据库的丰富程度。
[0015]所述的柴油机的故障诊断装置还包括显示装置，连接至所述匹配单元，用于显示所述匹配率，可以对匹配率进行实时显示，方便工作人员即时掌握柴油机的运转情况。
[0016]所述的柴油机的故障诊断装置还包括警报单元，连接至所述匹配单元，用于在所述匹配单元在判断所述柴油机发生故障时发出警报，从而保证柴油机发生故障时能够即使得到处理。其中，发出警报的方式可以是声音的也可以是通过不同颜色的信号灯发出警报，可以根据不同的匹配程度用不同颜色的指示灯进行表示。
[0017]本发明还提供了一种柴油机的故障诊断方法，包括:
[0018]步骤A，储存柴油机发生不同故障时的特征参数的特征值，所述特征参数包括柴油机的振动加速度、振动速度、振动位移、震动频率和转速中的至少一种；
[0019]步骤B，在柴油机工作过程中检测所述特征参数；
[0020]步骤C，将检测到的特征参数与储存的所述特征值进行匹配得到匹配率，若匹配率高于预设值则判断柴油机发生故障。
[0021]在该技术方案中，充分利用柴油机的各种特征信息，并结合石油钻井现场环境情况，与现有柴油机通用诊断技术进行优势互补，实现石油钻井用柴油机故障的实时诊断；数据库中的各组特征值可以根据本发明执行过程中根据现场实际情况进行调整与完善；结合石油钻井现场实际环境，充分利用石油钻井用柴油机的典型特征信号对柴油机的工作状况进行实时监测与诊断，弥补了以往经验判断的补助，对柴油机的设备维护和钻井工程的安全作业具有重要意义。
[0022]进一步:在步骤A中还包括，储存柴油机在工作环境下的环境噪声特征值；在所述步骤C之前还包括，结合柴油机当前工作环境下对应的所述环境噪声特征值对代表所述步骤B中检测到的所述特征参数检测值的信号进行降噪处理。
[0023]在该技术方案中，各个参数的特征值是经过去噪处理后的信号，因此，在对型号相同的不同柴油机分别进行故障监测时，可将各设备的特征故障信号数据进行资源共享，从而加快整套柴油机设备故障诊断系统标准匹配数据库的丰富程度。
[0024]进一步，所述的柴油机的故障诊断方法还包括将所述匹配率显示在显示装置上，可以对匹配率进行实时显示，方便工作人员即时掌握柴油机的运转情况。
[0025]进一步，所述的柴油机的故障诊断方法还包括在判断所述柴油机发生故障时发出警报，从而保证柴油机发生故障时能够即使得到处理。其中，发出警报的方式可以是声音的也可以是通过不同颜色的信号灯发出警报，可以根据不同的匹配程度用不同颜色的指示灯进行表示。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是根据本发明实施例的柴油机的故障诊断装置的框图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028]如图1所示，根据本发明的实施例的柴油机的故障诊断装置，包括:
[0029]储存单元，用于储存柴油机发生不同故障时的特征参数的特征值，所述特征参数包括柴油机的振动加速度、振动速度、振动位移、震动频率和转速中的至少一种；
[0030]检测单元，用于在柴油机工作过程中检测所述特征参数；
[0031]匹配单元，用于将所述检测单元检测到的特征参数与所述储存单元储存的所述特征值进行匹配得到匹配率，若匹配率高于预设值则判断柴油机发生故障。
[0032]其中，故障特征值的获取原理如下:在某种工作环境下，实时对柴油机的振动和转速信号进行监测，并将处理后的数据暂存于数据库(储存单元)中；当柴油机在运行过程中确实发生故障时，从处理系统当中提取故障开始发生时的振动和/或转速的各个信号，将其作为某种特定故障的标准匹配特征值存储于储存单元当中。
[0033]在该技术方案中，充分利用柴油机的各种特征信息，并结合石油钻井现场环境情况，与现有柴油机通用诊断技术进行优势互补，实现石油钻井用柴油机故障的实时诊断；数据库中的各组特征值可以根据本发明执行过程中根据现场实际情况进行调整与完善；结合石油钻井现场实际环境，充分利用石油钻井用柴油机的典型特征信号对柴油机的工作状况进行实时监测与诊断，弥补了以往经验判断的补助，对柴油机的设备维护和钻井工程的安全作业具有重要意义。
[0034]进一步:所述储存单元还用于储存柴油机在工作环境下的环境噪声特征值；所述柴油机的故障诊断装置还包括降噪单元，连接至所述检测单元和所述匹配单元，用于结合柴油机当前工作环境下对应的所述环境噪声特征值对从所述检测单元接收到的代表所述特征参数检测值的信号进行降噪处理并将降噪后的信号发送至所述匹配单元。
[0035]其中，特征信号数据是在整个检测系统安装调试完毕后，通过先期检测试验获得的。环境噪声的测试方法为，在被测柴油机处于关闭状态时，检测振动传感器获得的振动信号，并转换为一组环境噪声的特征信号；由于被测柴油机的型号和所处位置不同，应用环境下其他设备的环境也存在差异，因此需要针对不同井场环境和柴油机型号分别进行环境噪声信号采集，并经过处理后以特定代号的形式存储于数据库当中。
[0036]在该技术方案中，各个参数的特征值是经过去噪处理后的信号，因此，在对型号相同的不同柴油机分别进行故障监测时，可将各设备的特征故障信号数据进行资源共享，从而加快整套柴油机设备故障诊断系统标准匹配数据库的丰富程度。
[0037]所述的柴油机的故障诊断装置还包括显示装置，连接至所述匹配单元，用于显示所述匹配率，可以对匹配率进行实时显示，方便工作人员即时掌握柴油机的运转情况。
[0038]所述的柴油机的故障诊断装置还包括警报单元，连接至所述匹配单元，用于在所述匹配单元在判断所述柴油机发生故障时发出警报，从而保证柴油机发生故障时能够即使得到处理。其中，发出警报的方式可以是声音的也可以是通过不同颜色的信号灯发出警报，可以根据不同的匹配程度用不同颜色的指示灯进行表示。
[0039]如上所述警报单元用于当匹配率超过某一门限值后开始采用指示灯或警报铃声提示故障，匹配率的门限值可人为进行设置为60%或其他数值。例如，由于本发明同时监测有四组信号，可设当其中三组信号的匹配程度大于或等于60%时即给出黄色指示灯提示，要是四组信号的匹配率均大于等于60%则给出红色指示灯提示，并可发出警报铃声，提示相应岗位负责人尽快关闭该柴油机并进行特定部位的检修，否则给出绿色指示灯，表示设备运行良好。
[0040]本发明还提供了一种柴油机的故障诊断方法，包括:
[0041]步骤A，储存柴油机发生不同故障时的特征参数的特征值，所述特征参数包括柴油机的振动加速度、振动速度、振动位移、震动频率和转速中的至少一种；
[0042]步骤B，在柴油机工作过程中检测所述特征参数；
[0043]步骤C，将检测到的特征参数与储存的所述特征值进行匹配得到匹配率，若匹配率高于预设值则判断柴油机发生故障。
[0044]其中，故障特征值的获取原理如下:在某种工作环境下，实时对柴油机的振动和转速信号进行监测，并将处理后的数据暂存于数据库中；当柴油机在运行过程中确实发生故障时，从处理系统当中提取故障开始发生时的振动和/或转速的各个信号，将其作为某种特定故障的标准匹配特征值存储于数据库当中。
[0045]在该技术方案中，充分利用柴油机的各种特征信息，并结合石油钻井现场环境情况，与现有柴油机通用诊断技术进行优势互补，实现石油钻井用柴油机故障的实时诊断；数据库中的各组特征值可以根据本发明执行过程中根据现场实际情况进行调整与完善；结合石油钻井现场实际环境，充分利用石油钻井用柴油机的典型特征信号对柴油机的工作状况进行实时监测与诊断，弥补了以往经验判断的补助，对柴油机的设备维护和钻井工程的安全作业具有重要意义。
[0046]进一步:在步骤A中还包括，储存柴油机在工作环境下的环境噪声特征值；在所述步骤C之前还包括，结合柴油机当前工作环境下对应的所述环境噪声特征值对代表所述步骤B中检测到的所述特征参数检测值的信号进行降噪处理。
[0047]其中，特征信号数据是在整个检测系统安装调试完毕后，通过先期检测试验获得的。环境噪声的测试方法为，在被测柴油机处于关闭状态时，检测振动传感器获得的振动信号，并转换为一组环境噪声的特征信号；由于被测柴油机的型号和所处位置不同，应用环境下其他设备的环境也存在差异，因此需要针对不同井场环境和柴油机型号分别进行环境噪声信号采集，并经过处理后以特定代号的形式存储于数据库当中。
[0048]在该技术方案中，各个参数的特征值是经过去噪处理后的信号，因此，在对型号相同的不同柴油机分别进行故障监测时，可将各设备的特征故障信号数据进行资源共享，从而加快整套柴油机设备故障诊断系统标准匹配数据库的丰富程度。
[0049]进一步，所述的柴油机的故障诊断方法还包括将所述匹配率显示在显示装置上，可以对匹配率进行实时显示，方便工作人员即时掌握柴油机的运转情况。
[0050]进一步，所述的柴油机的故障诊断方法还包括在判断所述柴油机发生故障时发出警报，从而保证柴油机发生故障时能够即使得到处理。其中，发出警报的方式可以是声音的也可以是通过不同颜色的信号灯发出警报，可以根据不同的匹配程度用不同颜色的指示灯进行表示。
[0051]当匹配率超过某一门限值后开始采用指示灯或警报铃声提示故障，匹配率的门限值可人为进行设置为60%或其他数值。例如，由于本发明同时监测有四组信号，可设当其中三组信号的匹配程度大于或等于60%时即给出黄色指示灯提示，要是四组信号的匹配率均大于等于60%则给出红色指示灯提示，并可发出警报铃声，提示相应岗位负责人尽快关闭该柴油机并进行特定部位的检修，否则给出绿色指示灯，表示设备运行良好。
[0052]综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。
【权利要求】
1.一种柴油机的故障诊断装置，其特征在于，包括: 储存单元，用于储存柴油机发生不同故障时的特征参数的特征值，所述特征参数包括柴油机的振动加速度、振动速度、振动位移、震动频率和转速中的至少一种； 检测单元，用于在柴油机工作过程中检测所述特征参数； 匹配单元，用于将所述检测单元检测到的特征参数与所述储存单元储存的所述特征值进行匹配得到匹配率，若匹配率高于预设值，则判断柴油机发生故障。
2.根据权利要求1所述的柴油机的故障诊断装置，其特征在于: 所述储存单元还用于储存柴油机在工作环境下的环境噪声特征值； 所述柴油机的故障诊断装置还包括降噪单元，连接至所述检测单元和所述匹配单元，用于结合柴油机当前工作环境下对应的所述环境噪声特征值对从所述检测单元接收到的代表所述特征参数检测值的信号进行降噪处理并将降噪后的信号发送至所述匹配单元。
3.根据权利要求1或2所述的柴油机的故障诊断装置，其特征在于，还包括: 显示装置，其连接至所述匹配单元，用于显示所述匹配率。
4.根据权利要求1或2所述的柴油机的故障诊断装置，其特征在于，还包括: 警报单元，其连接至所述匹配单元，用于在所述匹配单元判断出所述柴油机发生故障时发出警报。
5.一种柴油机的故障诊断方法，其特征在于，包括: 步骤A，储存柴油机发生不同故障时的特征参数的特征值，所述特征参数包括柴油机的振动加速度、振动速度、振动位移、震动频率和转速中的至少一种； 步骤B，在柴油机工作过程中检测所述特征参数； 步骤C，将检测到的特征参数与储存的所述特征值进行匹配得到匹配率，若匹配率高于预设值则判断柴油机发生故障。
6.根据权利要求5所述的柴油机的故障诊断方法，其特征在于: 在步骤A中还包括，储存柴油机在工作环境下的环境噪声特征值； 在所述步骤C之前还包括，结合柴油机当前工作环境下对应的所述环境噪声特征值对代表所述步骤B中检测到的所述特征参数检测值的信号进行降噪处理。
7.根据权利要求5或6所述的柴油机的故障诊断方法，其特征在于，还包括:将所述匹配率显示在显示装置上。
8.根据权利要求5或6所述的柴油机的故障诊断方法，其特征在于，还包括:在判断所述柴油机发生故障时发出警报。
【文档编号】G01M15/05GK104266841SQ201410536492
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】谭松成, 蔺玉水, 刘彬, 祝小林, 董超, 赵峰 申请人:中国石油集团渤海钻探工程有限公司