机车涡轮增压器工作状态检测仪的研制与应用

1、前言

内燃机车涡轮增压器是高速旋转部件。目前，涡轮增压器故障是全路国产大功率内燃机车的惯性故障，而故障后很难分析出故障源头是从那个配件开始引起的。而现在有的检测仪不能准确地诊断故障隐患及故障点，以此，难以制定出有效的防范措施。

正是基于以上原因，2004年5月济南局与中国运载技术火箭研究院北京京航公司成立了增压器动态检测装置联合研制小组，经过近两年的努力，共同研制了内燃机车涡轮增压器工作状态检测仪。

2、开发检测仪所要达到的目标

本方案以振动检测技术为主，结合其它参量设计出诊断模式，对增压器危害较大的集中故障进行分析，研究有效的故障诊断判断参数。

首先，通过对振动频率，振动能量检测数据的积累，诊断涡轮增压器轴承及转子的工作状态，摸索并确定振动（综合参数）门限值，提前发现问题，处理问题。

其次，对轴承烧损等故障原因准确分析出故障源头，从而找出造成增压器故障的原因，在修程中制订有针对性地防范措施，解决内燃机车增压器轴承烧损等惯性故障，降低检修成本，降低职工劳动强度。

3、技术方案的确定

该检测诊断装置采用了便携式离线采集方式，系统主要由主机，传感系统，检测诊断系统软件系统等部分组成。采用嵌入式计算机系统，通过ICP加速度传感器，转速传感器及相应的软硬件系统，对表征机组主要机械动态特性的振动量，转速，惰转时间实时测试和分析，达到对机车涡轮增压器工作状态检测目的。

3.1、信息获取

涡轮增压器是高速运行的旋转机械，运行过程中其内部零件必然受到机械应力，热应力，化学应力等作用，随着时间，作用的累积将使机组正常运行的技术状态不断发生变化，随时可能产生异常，故障或劣化状态。必然产生相应的振动，噪声，温度等二次效应。

可以利用机车涡轮增压器在运行过程中的二次效应，或称机械图像所提供的信息，诸如振动，噪声，温升，压力，润滑油状态等有关物力变化的信息。机械系统状态检测的方法是多种多样的，但目前公认的行之有效的3种方式是：振动，油液分析和表面温度测量。由于振动检测技术具有多参性，多维性，可传递性和可实现性等优点而得到了迅速发展，因而将振动检测确定为"内燃机车涡轮增压器故障检测系统"的主要内容。

3.2、基本分析方法

将振动传感器所提供的振动信息转变为电信号，采用人工智能监测诊断的新技术，进行时域，频域等分析，监视，诊断机车涡轮增压器的状态及变化趋势，得出状态是否正常的结论。选择振动加速度级值作为涡轮增压器状态的敏感因子。振幅有效值反映涡轮增压器的整体运行状态，振动频率分量揭示涡轮增压器主要部件的运行状态。将实测机械振动特性参数与档案库数据进行智能化对比分析，实现状态判断的自动化。

4、涡轮增压器检测系统得测试参数及原理

检测仪具备便携，小型化，测量精确，自动诊断等功能和特点。可检测的参数有多个，我们只选定振动，转速和惰转时间3个参数，最主要的参数是振动。需要特别说明的是惰转时间这一重要指标，在惰转计时开始时，必须检测这一时刻的转速值，因为只有在相同的转速下，转子惰转时间的长短才能反映转子轴承系统的润滑情况何轴承状态的好坏。

5、检测仪主要性能指标

振动检测准确度/%>95转速检测误差/‰&<2

惰转时间检测误差/s&<2状态判断及故障诊断准确率>75

功耗/w&<30使用环境温度/C-10~60

使用环境相对湿度/%&<85(60度时)电源200V~240V/50Hz或电池供电

6、系统技术难点

本系统的技术难点主要从以下几个方面体现出来:首先是采集系统要求具备良好而独特的滤波采集性能,通过有效的硬件预处理功能采集涡轮增压器的振动数据。其次是通过大量的实验摸索研究涡轮增压器振动的状态门限值，理论结合实际总结涡轮增压器故障诊断的数学模型。

7、实际应用事例

按照以上方案设计的机车涡轮增压器工作状态检测仪已经在济南机务段收集了大量数据，2005年5月已试制完成。通过对如下检测事例的分析，我们将会认识到这些事例是具有相当典型意义和实践意义的。

(1)东风4D016机车，增压器编号ZX110，检测诊断结论：振动偏大，注意轴向摩擦。10月13日吊检，解体发现：检测轴向间隙0.02mm，规定是0.10～0.21mm，原因是涡轮盘积碳多（另分析）。如果该增压器不及时吊检，随着涡轮盘积碳增加将造成没有轴向间隙，引发轴承烧损故障，从而造成机破。从东风4D016机车证明了结合修程，检测轴向间隙是非常重要的。（这也是以往转子轴承惯性固死烧损故障的源头之一）。如图1所示

图1

(2)东风11型399机车，增压器编号03-310A4-36060，检测诊断结论：轴向间隙超标，预紧力不足。10月17日吊检，解体发现：轴向间隙0.26mm，导风轮与工作轮错位达6mm，技术要求：导风轮叶片在厚度方向须覆盖压气轮叶片，否则视为压、导叶轮错位。如果此现状继续运用，引发导风轮与工作轮脱离，压气机端扫膛，造成机破，形成大破损。（这就是以往压气机端惯性扫膛的故障源头之一）。如图2所示

图2

(3)东风11型0053机车，增压器编号254-13-289186，检测诊断结论：动平衡不良或轴向间隙大（严重）。11月16日吊检，解体发现：涡轮端叶片在拉紧丝处断裂一块（图一），压气机端进气壳体裂损严重，并有一直径约80mm掉块。经转子动平衡测试：压气机端方位在10°不平衡量1.82g；涡轮端方位在7°不平衡量5.63g。我段现执行的标准为不平衡量不大于1.5g。此增压器如果不及时吊检，不仅造成机破，又是一件大破损，从而又证明了此故障是有预兆的。如图3所示：

图3

8、结语

该检测仪能够满足新形势下机车运用，检修发展的需求，保障机车的行运安全，减少机破事故的发生，同时可以量化评估每台机车增压器的实际状态，为机车涡轮增压器的检修工作提供了有效依据。

就经济效益而言，只要能够通过该检测诊断仪器有效的判断增压器故障，避免3次机破事故的发生就可以回收购买该检测诊断仪器的投资。

该检测仪器系统初期为地面设备，作为机车出入库，检修前，检修后等状态下评估机车涡轮增压器甚至机车柴油机状态的手段，机务段有2到3台该仪器就可以满足生产需求。当该检测方法进一步完善以后，可以将该系统移植到机车上，成为一种在线测试，预报及其诊断的综合系统。

本文信息选材自《设备管理大视野》杂志，转载请注明出处

设备管理、现场管理、TPM/TnPM体系推进、降本增效、设备/安全管理信息化软件、智能维护体系建设、ISO55000认证辅导，请选择学府咨询！

>>>返回设备管理大视野首页