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摘要：压力、振动、转速、温度是柴油发电机的重要参数之一。通常进行柴油机试验研究及性能检测所需的参数中,有些参数可以直接测量,有些参数则需利用直接测得的参数或已有数据经过计算求出。例如在柴油发电机试验中的压力测量，既和通常热工中的压力测量有共同之点，也有其特殊之处，这将根据被测压力的变化性质和测量目的等采用不同的测量方法和测量设备。因此，本文的柴油机参数试验和测量方法可以给予研究人员的借鉴价值。

一、柴油机状态监测和诊断技术

1、柴油机状态监测

      柴油机作为往复式设备的一种，其振动信号主要是摩擦、冲击和噪音。往复设备振动十分复杂，随机信号、周期信号、冲击信号等混杂在一起，各缸的信号之间相互串扰，具体来说，由于活塞式内燃机在进、排气门开启、关闭，可燃混合气燃烧、活塞、连杆往复运动时产生撞击和噪音，以及各缸之间的撞击和噪声相互干扰，如果采用常规频谱分析（时域和频域征兆的提取分析）技术，频谱图上将出现连续而密集的宽带谱线，故障特征信号被背景噪声所湮没，难以提取和识别,而且振动对气体泄漏也不敏感。所以单纯使用振动监测的处理方法已不能满足像柴油机这样复杂的往复设备故障诊断的需要。

2、柴油机诊断技术

      冲击、漏气和摩擦是往复机械最主要的信号类型，柴油机各缸的进排气门的开启、关闭冲击信号混杂在一起，如果不采取技术手段加以区分，仍无法对其进行诊断。我们通过在飞轮罩壳上固定安装磁电式速度传感器（或光电相位传感器），盘车使1缸处于上止点位置，在飞轮上安装铁质键相块或反光纸使其与磁电传感器（光电传感器）精确对齐。对柴油机来说，各缸之间的角度差是固定的，这样在测试各缸各种类型的信号时，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事件准确对应起来，同时同类缸的同类信号放在一起进行类比判断，哪个缸存在异常便易显现出来。即便如此，各缸之间的信号仍难免存在串扰，为此，对振动和超声波信号进行分频段包络处理，超声波信号取36kHz～44kHz和15.5k～40kHz，振动高频信号取5.6K～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，结合性能分析，便能对柴油机进行全面地分析与诊断。

      柴油机诊断技术综合使用振动、压力、超声波、红外测温、相位与转速测试等技术进行综合测试，并可引入其他过程参数数据综合进行分析评估。综合检测可以提供针对柴油机组往复运动部件的定相压力、振动、超声波信号图形，见下图：

1、测点布置（如图1）

 （1）涡轮增压器轴承

●标准加速度计，安装在进出轮轴中间。

●频域加速度.

（2）燃油喷射器振动

●标准加速度计。。

●与曲轴位置相关的时域数据.

（3）上死点位置

●轴编码器。

●磁信号发生器。

●定位数据。

●转速。

（4）气缸排气温度

●红外温度探测棒。

（5）气缸、阀、活塞销和轴承振动

●超声传感器。

●标准加速度计。

●与曲轴位置相关的时域数据。

（6）气缸压力

●直流压力传感器。

●与曲轴位置相关的时域数据。

●峰值压力统计

（7）基础框架振动(位移)

●在发动机基础对角安装的加速度计(H、V、A)。

●频域数据。

2、测试步骤

（1）停机，盘车至一缸上止点位置，在飞轮或电机轴上粘结一个10×12×2的铁片（或粘反光纸）作为键相指示（设定键相传感器触发始点时，改变的质量不足飞轮总质量的万分之一，对飞轮的动平衡和机械强度不会造成影响）；

（2）键相传感器安装，使用磁吸座吸附在地板上，或者使用固定安装支架，视现场实际情况选择一种方式即可。使传感器对准触发始点；

（3）缸头部位外部清洁，振动、超声波、红外检测的数据采集点均在缸头部位，保持此部位干净；

（4）开机，测试柴油机转速和上止点位置标定；

（5）测试各缸20个工作循环的压力曲线和100个工作循环的峰值点火压力统计；

（6）测试各缸20个工作循环的超声波波形；

（7）测试各缸20个工作循环的高频和低频振动波形；

（8）测试机体水平方向的常规振动时域波形和频谱；

（9）录取各缸的排气温度。

3、测量内容

（1）各缸压缩压力、各缸爆发压力、燃烧状况、缸间平衡；

（2）气缸综合运行状态（含缸套磨损、活塞敲缸、气门组故障）评估；

（3）附属部件（含油泵、水泵、润滑油管路和增压器）状态评估。

4、引用标准和规范

（1）《内燃机通用技术条件》GB 1147-87；

（2）《柴油机台架试验考核方法》JB/T 9773.1-1999；

（3）《中小功率柴油机振动评级》GB/T 10397-2003；

（4）《船用柴油机热工参数的测量》GB 6302-86；

（5）《中小功率柴油机振动测量方法》GB 7184-87；

（6）《内燃机设计手册》。

5、测试作业风险及安全控制

（1）安装键相传感器及键相指示粘接块时必须隔离锁定设备；

（2）键相传感器安装前，召开安全风险辨识会，佩戴好劳动防护用品，施工人员注意协调，作好相互配合，粘接金属块前清除表面污垢，漏出金属表面，确保粘接牢固，安装键相器后，注意保持与粘接金属块的距离，粘接牢固后，盘车一圈，检查有无护护罩刮碰以及金属块与其它部件碰磨现象；

（3）缸头部位外部清洁，清洁各缸示功阀施时，注意与开关仪表等部件保持一定距离，以免损坏；

（4）测试气缸压力、超声波和高频振动时，要带防高温手套、耳罩、护目镜和其他劳动防护用品；严禁接触开关，不要踩踏仪表等部件，轻拿轻放传感器，测缸压时要缓慢开启阀门，注意人员之间的协调，作好相互配合，做到“三不”伤害。

 三、压力测量公式与工具

1、绝对压力和表压力

      使用压力测量设备所测得的压力，有绝对压力和表压力之分。绝对压力是指气体或液体作用在容器壁面上的实际压力值。而表压力通常是指测量压力的仪表的指示值。

      由于压力测量的范围和场合不同，量度压力值的单位也不一样。物理学上，把纬度45海平面上的大气平均压力规定为标准大气压，或称物理大气压。一个标准大气压的严格数值定义是：当温度为0℃，重力加速度为980.665厘米/秒，水银重度为13.5951克力/厘米²时，760毫米高的水银柱作用在底面上的压力值。它等于1.0336公斤力/厘米²。物理大气压常用atm表示。工程上为了方便，把1公斤力的力垂直作用在1平方厘米面积上所产生的压强，称为1个工程大气压。它的单位是公斤力/厘米，常用at表示。

      1969年第十四届国际权度大会通过以“帕斯卡”（Pascal简写为Pa）简称“帕”作为M•K•S制的国际压力单位。Pa这个单位是指在每平方米的面积上均匀分布1牛顿的力，即1帕＝1牛顿/米²。实践中常以千帕（帕斯卡的一千倍）为单位。因为1公斤力＝9.80665牛顿，所以l公斤力/厘米²＝98.0685千帕，1大气压力＝101千帕。

      另外1948年第九届国际权度大会通过以“巴”（bar）作为C·G·S制的国际压力单位。每平方厘米的面积上均匀分布1达因的力，称为微巴。千倍的微巴称为毫巴，气象中常以毫巴为计量单位。1巴＝10毫巴＝10微巴。1标准大气压力＝33.9毫巴。

2、液体和气体介质中的压力测量

      液柱式压力计是利用工作液的液柱高度所产生的压力与被测介质的压力相平衡的原理而制造的测压仪表。这种压力计结构简单，使用方便，可测微小的压力，且测量精度亦较高，所以目前应用得比较广泛。

（1）U形管压力计

       在U形的玻璃管中，充以工作液体（如水、水银等），其重度为Y，被测介质的重度为Yl，根据液体静力学原理，当在一根管上通以被测压力A则有如下关系式

P₁-P₂=h（Y-Y₁）  

      将试验管通大气时，液柱高h是被测介质的表压力；将试验管亦接通被测介质的某一压力，则液柱高h=h₁+h₂，即代表两测量点处的压力差Δρ。应该注意，被测压力P₁值除和工作液重度γ及工作液柱高h有关外，尚和两管中的介质重度，及测压点到U形管标尺零点的高度H有关。这在精密测量中应根据情况予以考虑。压力计的标尺是在仪表的标准状态（标准大气压，20℃）下刻度的，而水和水银的重度却分别是在标准重力加速度条件下，4℃和0℃时的值，同时，实际测量时的环境条件（温度、大气压力、重力加速度等）不可能也无法与要求的标准状态一致，为便于进行统一的计算与比较，就要在当时当地所得到的压力计读数换算到标淮状态。其公式为：