一种柴油机拉缸故障预警装置及预警方法与流程

本发明涉及柴油机故障预警技术领域，尤其涉及一种柴油机拉缸故障预警装置及预警方法，适用于科研样机开发、新机型的出厂磨合以及重大维修后的磨合阶段的拉缸故障监测与报警。

背景技术：

“拉缸”是柴油机运行中常见的严重故障之一，是活塞、活塞环或活塞销在缸套中运动时，因某种原因造成摩擦表面润滑油膜破坏，形成了干摩擦使缸套表面或者活塞因相互作用被拉伤、拉毛或划出沟纹而影响柴油机正常运转的严重磨损损伤现象，中高速柴油机拉缸破坏过程一般仅有几分钟内就可以发生巨大破坏。

目前针对拉缸故障的在线预警方法主要有：

一、检测缸套冷却水和滑油温度和压力，该方法虽然比较简单，但冷却介质的温度升高和压力变化是一个由多种因素影响且相对拉缸滞后的过程，对其检测也不能用于实时报警。

二、在曲轴箱内安装油雾报警器，识别燃气下窜情况下的拉缸故障并提前进行报警，但适用范围仅限于活塞环破坏导致燃烧室密封失效的情况下，且实时性较差，一般要在故障发生数分钟之后才会有所反应。

三、实时测量缸内爆发压力和排气温度值，拉缸故障发生时，因缸套和活塞等部件的摩擦力剧增，柴油机为克服其摩擦力做功使喷油量大大增加，导致缸内爆压力和排气温度等参数均升高，对其进行检测可以作为拉缸故障的安保手段之一，但实践表明爆发压力和排气温度作为柴油机运行的宏观参数受多种因素的影响，而且活塞缸套异常磨损发生后至少半分钟之后才会有所反应，对于严重故障的预防已显的较为滞后。

综上所述，目前的拉缸故障预警方法都存在滞后性，无法很好的预防严重事故的发生。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种柴油机拉缸故障预警装置及预警方法，该预警装置和预警方法能够在拉缸故障发生的初期就及时作出预警，以防止故障的进一步发展造成严重的后果。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题的技术方案包括：

一种柴油机拉缸故障预警装置，包括：

测温元件，测温元件用于检测柴油机的缸套内表面的温度；

温度信号采集单元，温度信号采集单元的信号输入端与测温元件的引线相连接，用于采集测温元件的测量数据；

监控设备，监控设备与温度信号采集单元的信号输出端相连接，用于实时的监测缸套温度的变化并在缸套温度出现异常时发出预警。

为了测温元件牢固可靠的安装和检测结果的准确，进一步的技术方案为：测温元件的感温端固定安装在所述缸套侧壁上的安装孔内，感温端靠近所述缸套的内表面。

优选的，感温端与缸套的内表面的距离为1.5～3.5mm。该距离既保证了缸套内表面温度过高时能够被及时的感应到，又使得缸套的侧壁有足够的强度；此外，如果距离过近，会使得测温元件过于敏感而导致误报警，因此，上述距离范围使得预警准确度最高。

进一步的技术方案为：测温元件的感温端与安装孔的底部紧密贴合。对于测温元件的安装，应做好固定工作，使其感温端与安装孔的底部紧密贴合，以防止在柴油机运行过程中测温元件由于持续的震动而脱落。

进一步的技术方案为：测温元件与安装孔的侧壁之间设有密封装置。对安装孔进行密封处理，防止外界的空气或是冷却介质对测量结果造成影响。

优选的，测温元件为多个，测温元件在缸套的周向上均匀布置，相邻的两行测温元件交错布置。该种布置方式使得测温元件能够全面的覆盖缸套的高温区域，当缸套的温度发生异常时，能够迅速的定位，测量更加准确可靠。

可选的，测温元件为铠装热电偶传感器，铠装热电偶传感器坚固耐用且热响应时间快，能及时的作出预警。缸套外部存在冷却水腔的，必须采用密封装置将引线穿过冷却部套引至机旁的信号采集单元。

本发明解决其技术问题的技术方案还包括：一种柴油机拉缸故障预警方法，包括：通过测温元件实时检测柴油机的缸套上部的高温区域的温度，测温元件检测的数据通过温度信号采集单元实时传输至监控设备，当测温元件的检测数据出现异常时，通过监控设备发出预警。

拉缸故障产生的本质就是气缸内壁与活塞、环活塞之间的工作表面由于某种原因使得起润滑冷却和清洗作用的油膜变薄或破坏，出现干摩擦或半干摩擦造成局部高温粘附磨损的过程。由于润滑油膜的破坏，摩擦副由原来的液体摩擦变成金属固体间的干摩擦或半干摩擦，由于摩擦副表面的高速运动，势必会产生巨大的摩擦热，这样的热量积累的高温甚至会超过金属的熔点引起活塞或活塞环与缸套表面发生显微熔化撕脱并最终焊接在一起，因此当拉缸故障发生，缸套内表面的温度势必会急剧的升高。基于此，本发明的预警方法在缸套的温度出现异常时，即在拉缸故障发生的初期就及时作出预警，以防止故障的进一步发展造成严重的后果。

进一步的，所述测温元件的检测数据包括温度值和温度变化率。

进一步的，该预警方法包括变工况下的预警方法和稳定工况下的预警方法，变工况下的预警方法为：变工况过程中缸套的温度值超过目标工况缸套最高温度限值，则发出预警；稳定工况下的预警方法为：温度值和温度变化率的至少一个出现异常时，则发出预警。

进一步的，变工况过程中缸套的温度值超过目标工况缸套最高温度限值，则通过降低功率负荷来调整，若调整后缸套的温度值继续超过缸套最高温度限值，则停机。

进一步的，在稳定工况下，若缸套的温度值超过缸套最高温度限值，则通过降低功率负荷来调整，若调整后缸套的温度值继续超过缸套最高温度限值，则停机。

若温度变化率发生异常，10秒内恢复正常则继续监测，超过10秒仍未恢复正常则停机。温度变化率的异常通常指温度升高速度过快或者温度突升。

与目前采用的冷却水温、滑油温度和压力、爆发压力、排气温度以及油雾探测器等方法相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明示例的预警装置，结构非常简单，通过测温元件实时检测缸套的温度，发现缸套温度异常时能够及时的作出预警，解决了现有技术中预警存在滞后性的问题，防止故障的进一步发展造成严重的后果。

2、本发明示例的预警装置，在缸套的高温区域布置多个测温元件，对于缸套温度发生异常的情况，不仅可以迅速预警，还可以准确定位，便于人们快速的找到故障部位，提高发现故障和排除故障的效率，工作可靠性高。

3、本发明示例的预警方法，易于实现，在拉缸故障发生的初期就及时作出预警，避免严重事故的发生。

4、本发明示例的预警装置和预警方法，测温元件直接安装在缸套上，此温度的变化在稳定工况下只与缸内摩擦副的运行状况相关，一旦温度超出正常波动的范围，就能迅速判定是发生了拉缸故障，与拉缸故障存在唯一对应的关系。

5、拉缸故障在短时间内产生大量的热量积聚，使得缸套内表面温度急剧升高，本发明示例的预警装置和预警方法基于此将响应时间只有不足1s的测温元件安装在靠近缸套内表面处，能在第一时间就捕捉到拉缸故障发生的信息，具有极好的实时性。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例缸套上的安装孔分布位置示意图；

图3为本发明实施例的工作原理图。

图中：1缸套，2测温元件，3温度信号采集单元，4监控设备，5安装孔。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种柴油机拉缸故障预警装置，包括多个测温元件2，测温元件2安装在柴油机的缸套1上部的高温区域内，测温元件2的感温端固定安装在缸套1侧壁上的安装孔5内。安装孔5在缸套1上的分布位置如图2所示，从而使测温元件2在缸套1的周向上均匀布置，相邻的两行测温元件2交错布置。该种布置方式使得测温元件2能够全面的覆盖缸套1的高温区域，当缸套1的温度发生异常时，能够迅速的定位，测量更加准确可靠。

为确保测温元件2能够快速响应，测温元件2的感温端应尽可能的靠近缸套1内表面，一般感温端与缸套的内表面的距离约2～3mm左右；测温元件2的引线连接到温度信号采集单元3的信号输入端，温度信号采集单元3的信号输出端连接监控设备4，监控设备4通过温度信号采集单元3实时的监测缸套温度的变化。

测温元件2的感温端与安装孔5的底部紧密贴合。对于测温元件2的安装，应做好固定工作，使其感温端与安装孔5的底部紧密贴合，以防止在柴油机运行过程中测温元件2由于持续的震动而脱落。

测温元件2与安装孔5的侧壁之间设有密封装置。对安装孔5进行密封处理，防止外界的空气或是冷却介质对测量结果造成影响。

本实施例中，测温元件2为铠装热电偶传感器，温度信号采集单元3为温度测量仪表，监控设备为计算机。但是，上述部件均可以采用其他可实现相同功能的部件替换，如，将热电偶传感器替换为其他类型的温度传感器。

若缸套1外部有冷却部套(如水套等)，可将测温元件2的引线穿过冷却部套并做好密封工作即可，最后将引线连接在温度信号采集单元3上，实时的监测缸套温度的变化，从而实现对拉缸故障的预警，对于整体式缸套直接在机体上打孔进行安装密封即可。

本实施例的柴油机拉缸故障预警方法如图3所示，图3中，T为当前工况下的缸套温度值，△T/△T为当前工况下缸套温度变化率，T_limit为当前稳定工况下的缸套温度限值，T_glimit为目标工况下缸套温度限值，(△T/△T)_limit1为当前稳定工况下的缸套温度变化率一级报警限值，(△T/△T)_limit2为当前稳定工况下的缸套温度变化率二级报警限值，其工作过程如下：

对于不同的机型和缸套设计，其缸套温度变化范围是不同的，因此首先应该通过试验获得机器在正常运行时各工况的缸套温度数据，通过分析进而确定拉缸故障报警的限制。

对于变工况下的预警，需要关注变工况过程中缸套温度是否超过目标工况的最高温度限值，如有则通过降低功率负荷来进行调整，调整后继续超限即要进行停机操作，进行进一步的检查确认。

对于机器在稳定工况下的监测预警，通过最高温度和温度变化率两个指标来进行拉缸故障的监测和预警。对于最高温度超限，发生一次进行降负荷操作，继续超限即进行停机；对于温度变化率的监测指标，如发生一级报警超限，应密切关注温度变化，观察期不易过长，一般不超过10s，如温度变化恢复正常则继续监测，如温度升高速度继续加快，在发生二级停机超限后即可进行停机；如温度突升，直接触发二级停车报警也即可进行停机。

拉缸故障产生的本质就是气缸内壁与活塞、环活塞之间的工作表面由于某种原因使得起润滑冷却和清洗作用的油膜变薄或破坏，出现干摩擦或半干摩擦造成局部高温粘附磨损的过程。由于润滑油膜的破坏，摩擦副由原来的液体摩擦变成金属固体间的干摩擦或半干摩擦，由于摩擦副表面的高速运动，势必会产生巨大的摩擦热，这样的热量积累的高温甚至会超过金属的熔点引起活塞或活塞环与缸套表面发生显微熔化撕脱并最终焊接在一起，因此当拉缸故障发生，缸套内表面的温度势必会急剧的升高。基于此，本发明的预警方法在缸套的温度出现异常时，即在拉缸故障发生的初期就及时作出预警，以防止故障的进一步发展造成严重的后果。

所述测温元件的数量和位置可根据具体情况进行设置，至少应在最易发生油膜破坏的位置安装一个，随着测温元件布置数量的减少，预警装置的反应速度和定位准确性会降低。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。