摘要：壓力、振動、轉速、溫度是柴油發電機的重要參數之一。通常進行柴油機試驗研究及性能檢測所需的參數中,有些參數可以直接測量,有些參數則需利用直接測得的參數或已有數據經過計算求出。例如在柴油發電機試驗中的壓力測量，既和通常熱工中的壓力測量有共同之點，也有其特殊之處，這將根據被測壓力的變化性質和測量目的等采用不同的測量方法和測量設備。因此，本文的柴油機參數試驗和測量方法可以給予研究人員的借鑒價值。

一、柴油機狀態監測和診斷技術

1、柴油機狀態監測

      柴油機作為往復式設備的一種，其振動信號主要是摩擦、沖擊和噪音。往復設備振動十分復雜，隨機信號、周期信號、沖擊信號等混雜在一起，各缸的信號之間相互串擾，具體來說，由于活塞式內燃機在進、排氣門開啟、關閉，可燃混合氣燃燒、活塞、連桿往復運動時產生撞擊和噪音，以及各缸之間的撞擊和噪聲相互干擾，如果采用常規頻譜分析（時域和頻域征兆的提取分析）技術，頻譜圖上將出現連續而密集的寬帶譜線，故障特征信號被背景噪聲所湮沒，難以提取和識別,而且振動對氣體泄漏也不敏感。所以單純使用振動監測的處理方法已不能滿足像柴油機這樣復雜的往復設備故障診斷的需要。

2、柴油機診斷技術

      沖擊、漏氣和摩擦是往復機械最主要的信號類型，柴油機各缸的進排氣門的開啟、關閉沖擊信號混雜在一起，如果不采取技術手段加以區分，仍無法對其進行診斷。我們通過在飛輪罩殼上固定安裝磁電式速度傳感器（或光電相位傳感器），盤車使1缸處于上止點位置，在飛輪上安裝鐵質鍵相塊或反光紙使其與磁電傳感器（光電傳感器）精確對齊。對柴油機來說，各缸之間的角度差是固定的，這樣在測試各缸各種類型的信號時，便有了一個相位參考基準，使各類信號在一個做功周期內與相應的事件準確對應起來，同時同類缸的同類信號放在一起進行類比判斷，哪個缸存在異常便易顯現出來。即便如此，各缸之間的信號仍難免存在串擾，為此，對振動和超聲波信號進行分頻段包絡處理，超聲波信號取36kHz～44kHz和15.5k～40kHz，振動高頻信號取5.6K～40kHz，振動中頻取180～8kHz，振動低頻取1～8kHz。高頻信號頻率高、波長短、方向性好、衰減大，因此抗干擾性強；中、低頻信號與之相反，但能反映振動能量的大小。幾種類型的信號采用不同的頻段組合，既可隔離干擾又能反映振動的能量大小，各種信號相互印證，結合性能分析，便能對柴油機進行全面地分析與診斷。

      柴油機診斷技術綜合使用振動、壓力、超聲波、紅外測溫、相位與轉速測試等技術進行綜合測試，并可引入其他過程參數數據綜合進行分析評估。綜合檢測可以提供針對柴油機組往復運動部件的定相壓力、振動、超聲波信號圖形，見下圖：

1、測點布置（如圖1）

 （1）渦輪增壓器軸承

●標準加速度計，安裝在進出輪軸中間。

●頻域加速度.

（2）燃油噴射器振動

●標準加速度計。。

●與曲軸位置相關的時域數據.

（3）上死點位置

●軸編碼器。

●磁信號發生器。

●定位數據。

●轉速。

（4）氣缸排氣溫度

●紅外溫度探測棒。

（5）氣缸、閥、活塞銷和軸承振動

●超聲傳感器。

●標準加速度計。

●與曲軸位置相關的時域數據。

（6）氣缸壓力

●直流壓力傳感器。

●與曲軸位置相關的時域數據。

●峰值壓力統計

（7）基礎框架振動(位移)

●在發動機基礎對角安裝的加速度計(H、V、A)。

●頻域數據。

2、測試步驟

（1）停機，盤車至一缸上止點位置，在飛輪或電機軸上粘結一個10×12×2的鐵片（或粘反光紙）作為鍵相指示（設定鍵相傳感器觸發始點時，改變的質量不足飛輪總質量的萬分之一，對飛輪的動平衡和機械強度不會造成影響）；

（2）鍵相傳感器安裝，使用磁吸座吸附在地板上，或者使用固定安裝支架，視現場實際情況選擇一種方式即可。使傳感器對準觸發始點；

（3）缸頭部位外部清潔，振動、超聲波、紅外檢測的數據采集點均在缸頭部位，保持此部位干凈；

（4）開機，測試柴油機轉速和上止點位置標定；

（5）測試各缸20個工作循環的壓力曲線和100個工作循環的峰值點火壓力統計；

（6）測試各缸20個工作循環的超聲波波形；

（7）測試各缸20個工作循環的高頻和低頻振動波形；

（8）測試機體水平方向的常規振動時域波形和頻譜；

（9）錄取各缸的排氣溫度。

3、測量內容

（1）各缸壓縮壓力、各缸爆發壓力、燃燒狀況、缸間平衡；

（2）氣缸綜合運行狀態（含缸套磨損、活塞敲缸、氣門組故障）評估；

（3）附屬部件（含油泵、水泵、潤滑油管路和增壓器）狀態評估。

4、引用標準和規范

（1）《內燃機通用技術條件》GB 1147-87；

（2）《柴油機臺架試驗考核方法》JB/T 9773.1-1999；

（3）《中小功率柴油機振動評級》GB/T 10397-2003；

（4）《船用柴油機熱工參數的測量》GB 6302-86；

（5）《中小功率柴油機振動測量方法》GB 7184-87；

（6）《內燃機設計手冊》。

5、測試作業風險及安全控制

（1）安裝鍵相傳感器及鍵相指示粘接塊時必須隔離鎖定設備；

（2）鍵相傳感器安裝前，召開安全風險辨識會，佩戴好勞動防護用品，施工人員注意協調，作好相互配合，粘接金屬塊前清除表面污垢，漏出金屬表面，確保粘接牢固，安裝鍵相器后，注意保持與粘接金屬塊的距離，粘接牢固后，盤車一圈，檢查有無護護罩刮碰以及金屬塊與其它部件碰磨現象；

（3）缸頭部位外部清潔，清潔各缸示功閥施時，注意與開關儀表等部件保持一定距離，以免損壞；

（4）測試氣缸壓力、超聲波和高頻振動時，要帶防高溫手套、耳罩、護目鏡和其他勞動防護用品；嚴禁接觸開關，不要踩踏儀表等部件，輕拿輕放傳感器，測缸壓時要緩慢開啟閥門，注意人員之間的協調，作好相互配合，做到“三不”傷害。

 三、壓力測量公式與工具

1、絕對壓力和表壓力

      使用壓力測量設備所測得的壓力，有絕對壓力和表壓力之分。絕對壓力是指氣體或液體作用在容器壁面上的實際壓力值。而表壓力通常是指測量壓力的儀表的指示值。

      由于壓力測量的范圍和場合不同，量度壓力值的單位也不一樣。物理學上，把緯度45海平面上的大氣平均壓力規定為標準大氣壓，或稱物理大氣壓。一個標準大氣壓的嚴格數值定義是：當溫度為0℃，重力加速度為980.665厘米/秒，水銀重度為13.5951克力/厘米²時，760毫米高的水銀柱作用在底面上的壓力值。它等于1.0336公斤力/厘米²。物理大氣壓常用atm表示。工程上為了方便，把1公斤力的力垂直作用在1平方厘米面積上所產生的壓強，稱為1個工程大氣壓。它的單位是公斤力/厘米，常用at表示。

      1969年第十四屆國際權度大會通過以“帕斯卡”（Pascal簡寫為Pa）簡稱“帕”作為M•K•S制的國際壓力單位。Pa這個單位是指在每平方米的面積上均勻分布1牛頓的力，即1帕＝1牛頓/米²。實踐中常以千帕（帕斯卡的一千倍）為單位。因為1公斤力＝9.80665牛頓，所以l公斤力/厘米²＝98.0685千帕，1大氣壓力＝101千帕。

      另外1948年第九屆國際權度大會通過以“巴”（bar）作為C·G·S制的國際壓力單位。每平方厘米的面積上均勻分布1達因的力，稱為微巴。千倍的微巴稱為毫巴，氣象中常以毫巴為計量單位。1巴＝10毫巴＝10微巴。1標準大氣壓力＝33.9毫巴。

2、液體和氣體介質中的壓力測量

      液柱式壓力計是利用工作液的液柱高度所產生的壓力與被測介質的壓力相平衡的原理而制造的測壓儀表。這種壓力計結構簡單，使用方便，可測微小的壓力，且測量精度亦較高，所以目前應用得比較廣泛。

（1）U形管壓力計

       在U形的玻璃管中，充以工作液體（如水、水銀等），其重度為Y，被測介質的重度為Yl，根據液體靜力學原理，當在一根管上通以被測壓力A則有如下關系式

P₁-P₂=h（Y-Y₁）  

      將試驗管通大氣時，液柱高h是被測介質的表壓力；將試驗管亦接通被測介質的某一壓力，則液柱高h=h₁+h₂，即代表兩測量點處的壓力差Δρ。應該注意，被測壓力P₁值除和工作液重度γ及工作液柱高h有關外，尚和兩管中的介質重度，及測壓點到U形管標尺零點的高度H有關。這在精密測量中應根據情況予以考慮。壓力計的標尺是在儀表的標準狀態（標準大氣壓，20℃）下刻度的，而水和水銀的重度卻分別是在標準重力加速度條件下，4℃和0℃時的值，同時，實際測量時的環境條件（溫度、大氣壓力、重力加速度等）不可能也無法與要求的標準狀態一致，為便于進行統一的計算與比較，就要在當時當地所得到的壓力計讀數換算到標淮狀態。其公式為：