《聲發射法的船舶柴油機氣閥故障診斷機理研究》是依託武漢理工大學，由余永華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：聲發射法的船舶柴油機氣閥故障診斷機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：余永華
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以船舶柴油機氣閥為研究對象，採用理論分析與試驗相結合的方法，進行基於聲發射的氣閥故障診斷機理研究。根據缸蓋和氣閥幾何尺寸、材料屬性、邊界條件和激勵力特徵建立缸蓋聲發射模型，研究氣閥撞擊-缸蓋內應力-聲發射的變化規律；計算分析氣閥撞擊力及其發生故障時的信號特徵；對缸蓋進行單獨靜態試驗，驗證激勵大小和位置對聲發射信號的影響，以修正聲發射模型和驗證理論分析的結論；在柴油機台架上進行氣閥正常、氣閥正時故障和氣閥漏氣故障對比試驗，解決排氣過程缸蓋聲發射信號的自動提取、感測器安裝的位置和環境條件影響規律、聲發射信號的濾波、標定和寬頻信號特徵提取等科學問題，為基於聲發射的氣閥故障診斷新方法奠定技術基礎。
結題摘要
氣閥組件是柴油機最重要的零部件之一，也是最容易發生故障的部件，隨著柴油機強載度的提高，氣閥的工作條件更為惡劣，發生故障的可能性更大。本課題研究了缸蓋聲發射信號產生機理以及聲發射信號處理和模式識別技術。課題主要研究成果體現在： （1）在聲發射信號產生機理方面，進行了氣閥落座力和氣閥漏氣激勵缸蓋聲發射信號的特徵。首先建立了基於多體動力學理論的配氣機構動力學模型，仿真計算了不同氣閥間隙下的氣閥落座力、氣閥落座力產生的聲發射信號，理論計算表明，排氣閥落座時會激勵一個突髮型聲發射信號，缸蓋某點測得的聲發射信號正是由該信號在缸蓋內傳播而產生的縱波、橫波、表面波等組成的；其次建立了氣閥漏氣時缸內氣體衝擊缸蓋的流體力學模型，計算了不同氣閥漏氣程度下，氣體對缸蓋的激勵力，仿真計算了該激勵力產生的聲發射信號，經試驗驗證表明在漏氣狀態下聲發射信號的缸蓋頻率特徵會發生明顯變化，能量會向相對高頻方向轉移，這是氣閥漏氣聲發射監測技術的基礎。 （2）在試驗研究方面，為了將氣閥漏氣激勵源從其它眾多激勵源和干擾信號中分離出來，在柴油機停機狀態下進行了向缸內充入壓縮空氣的靜態試驗，研究了只存在漏氣激勵作用下缸蓋聲發射信號的頻率特性。試驗結果表明氣閥漏氣會產生具有一定頻頻寬度的聲發射應力波，漏氣狀態下的聲發射信號頻率特徵由缸蓋的結構和漏氣的形式、大小決定，驗證了聲發射信號產生的機理仿真分析的結果；然後通過多種機型的故障模擬試驗表明排氣閥關閉時段聲發射信號對應的角度可以有效反映配氣機構的正時信息，燃燒時段內的高頻能量可以有效反映反映排氣閥漏氣狀態，驗證了聲發射對柴油機配氣機構正時故障和氣閥漏氣故障的監測的可行性和有效性。 （3）通過對缸蓋聲發射信號進行小波分析和EMD分解，發現第1個IMF分量能量占總能量的比例變化可以有效提取氣閥漏氣信息，結合支持向量機模式識別技術，建立了能有效實現氣閥漏氣故障的分類的6維特徵向量SVM模型診斷，在此基礎上開發了一套可套用於實船的氣閥漏氣聲發射監測系統（原理樣機）。 課題研究發現了不同機型的缸蓋聲發射信號存在一定的差別，但通過信號分析處理技術提取故障特徵參數的方法是一致，這為氣閥漏氣聲發射監測技術的套用奠定了基礎，達到了課題研究的預期目標。
