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摘要：随着社会经济的不断发展，促进了船舶行业的发展，船舶运输作为海上运输的重要方式，发挥着积极的作用。对于船舶来说，其动力设备是整个船舶运行的核心与关键。动力设备出现故障，将会直接影响整个船舶航运的安全。对船舶的动力设备做出必要的状态监测和故障分析，是保证船舶安全运行的关键。
关键词：船舶动力；设备状态；监测；故障诊断技术
引言
在船舶航行过程中，船舶动力设备为船舶安全航行提供可靠支持，状态监测与故障诊断的实现，能够全面把握船舶动力设备运行情况，及时发现故障隐患，并采取有效措施排除故障，降低船舶运行过程中安全事故的发生几率。在此种情况下，探究船舶动力设备状态监测与故障诊断技术，具有一定现实意义。
1.基于振动的船舶动力设备监测诊断技术
1.1基于行业标准的船舶动力设备振动法监测技术
对于船舶动力设备来说，振动法监测技术是一种有效的方式，实际监测过程中，以设备状态评价标准为依据，在振动诊断的支持下，以总振动速度的均方根值、振动烈度、振动量级作为主要评价参数，结合船舶动力设备的具体类型选择评价标准并加以规范应用，并且要科学分析设备运动机理，以提高诊断的科学性和有效性。
1.2基于动力设备故障机理的振动监测诊断方法
在柴油机状态监测方面，振动诊断技术时一种有效的方式，在振动法的作用下，活塞与缸套之间间隙会发生变化，通过缸套振动特征表现出来，在传递作用下可预测缸套与活塞间隙状态变化，综合反映出激励力冲击，进而通过气缸表面振动信号来判断气阀状态。在齿轮箱振动诊断方面，以温度、振动来体现齿轮箱运行状态，对振动信号时频成分进行分析，进一步对故障加以诊断。设备故障频率的计算，以齿轮、滚动轴承、转子为对象，通过对动力设备振动机理的把握，了解设备故障特征，从而对振动进行科学化处理。
2 船舶机械设备 CMFD 技术现状
2. 1 状态监测技术现状
状态监测的操作流程分为信号征集、信号处理以及监测决策等三大主干，详细如图 1 所示。
图 1 设备与过程的监测
通过整理分析图 1 可知，现今的船舶动力机械状态监测技术俨然从原本的理论阶段向实用化阶段过度，随之研发了众多船舶机械设备的监测仪器，譬如在线监测传感器及其系统等。近两年，国际性的科研机构相继研发了不少关于船舶机械设备监测的状态监测技术及其有关成果。现在最常用的船舶动力机械状态监测方法包括:油液分析监测、性能数据监测以及振动监测等。
2. 2 故障诊断技术现状
状态监测技术的飞速发展下，不少船舶的新故障问题也相应得以解决，同时为新故障积累了不少诊断理论和解决办法。国际上的航运公司联通权威性的科研部门共同达成科研合作，得出了基于贝叶斯决策判据 ，基于线性和非线性判别函数的模式识别方法、基于概率统计论的时序模型诊断方法、基于距离判据的故障诊断方法、模糊诊断原理、灰色系统诊断方法、小波分析法、模糊逻辑、专家系统、神经网络等多个的数学计算化和智能化故障诊断形式。受到跨专业性和不同学科融合的约束下，通常不同的诊断办法、监测办法都是独立操作的，目前尚未形成一套各种监测办法有机整合的船舶动力机械设备诊断体系。实际中工程船舶机械设备的动态监测较少使用到振动监测和瞬时转速监测。
3.船舶机械设备的监测与诊断方法
采用状态监测技术可以及早发现故障征兆，进行视情维修，不仅可以防止突发事故，保障船舶安全，而且可以减少维修费用，提高设备利用率，并带来巨大的经济效益和社会效益。船舶设备监测与诊断的方法很多，目前最常用的有以下分析法。
3.1热力参数分析法
该方法通过获取船舶柴油机工作时的汽缸压力示功图、排气温度、转速、滑油温度、冷却水进出口温度及排放等热力参数的变化来实现其工作状态的判断和故障预测。该方法是目前船舶机械状态监测诊断中应用最广最成熟的方法，且该方法易实现在线实时监测，被广泛应用于船舶动力机械的各种设备。其中示功图包含的信息量最多，根据示功图可以计算指示功、压力升高率和压缩压力，可以判断燃烧质量的好坏及各缸是否功率平衡。
3.2振动分析法
该方法利用船舶柴油机在工作时产生的振动信号，经测试、数据分析及处理来掌握内部零部件的状态并进行故障趋势分析和诊断。其方法具有诊断速度快、准确率高和能够实现在线诊断的特点，在船舶动力机械中被广泛应用。该方法目前主要应用在船舶动力机械以下设备的监测诊断。
（1） 活塞—缸套磨损的振动监测。根据活塞—缸套在不同磨损状态下机身振动响应，可以用功率谱峰值和总能量作为判别活塞—缸套磨损状态的特征参数。（2） 气阀漏气故障的振动监测。根据汽缸盖振动响应的时域波形图和气阀定时规律和上止点信号，可以从汽缸盖表面的振动响应中，识别主要激励源的振动响应。可以从汽缸盖表面振动响应的功率谱判别气阀漏气状态。（3） 柴油机主轴承磨损故障的振动监测。可以对振动信号经过功率谱分析后再进行倒频谱分析，从而判别柴油机主轴承磨损状态。
3.3油液分析法
油液分析法监测与诊断是通过获取船舶机械设备润滑油中的磨粒浓度、磨粒形状及大小的变化、油质的变化、含铁量的变化，来实现对设备整体磨损状态的分析，进而来判断设备的磨损状态及故障状态。目前已构成铁谱分析、光谱分析、理化试验、污染度分析等油液监测方法，并形成了在线、离线和在线离线相结合的模式。为了推动油液监测技术在船舶机械中的应用，中国船级社先后编写了《螺旋桨轴状态监控系统指南》 和 《柴油机滑油状态监控系统指南》 等指导性文件。详细规定了采用油液分析方法监测螺旋桨轴、柴油机状态的具体要求。
3.4监测诊断系统需求分析
由于不同船舶动力设备的运行原理存在一定差异，因而在船舶动力设备状态监测与故障诊断系统设计中，要基于不同动力设备的监测诊断需求出发，这是提升状态监测与故障诊断系统设计科学性的关键条件。就柴油机来看，进排气温度、燃油温度、燃油压力、滑油压力等是柴油机运行的重要参数，在监测诊断系统设计中，要实时显示热力参数并完成越限报警，要做好瞬时转速信号特征的计算和分析，结合气缸压力诊断模块诊断并分析柴油气缸燃烧情况，以确保诊断结果的准确性。对于齿轮箱来说，主要是通过测区振动信号来把握齿轮箱齿轮啮合情况，并对故障问题进行分析。在增压器和泵旋转来说，主要是测区振动信号来对转子状况进行监测。
4.结束语
船舶安全航行的实现离不开船舶动力设备的支持，船舶以柴油机为主动力设备，以齿轮箱、空压机等作为辅动力设备，为促进船舶动力设备价值的最大化发挥，必须要做好状态监测与故障诊断，把握船舶动力设备运行状况，以便在第一时间发现故障隐患，并采取有效措施解决问题，确保船舶动力设备安全运行。
参考文献：
[1]李建峰，袁磊，贺磊.船舶机电设备运行状态监测及故障诊断[J].中国设备工程，2017（02）：82-83.
[2]周继伟.浅析船舶机电设备状态监测和故障诊断[J].装备制造技术，2014（03）：248-250.
论文作者:雷浩,吴建勇
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/13
标签：船舶论文; 状态论文; 动力设备论文; 故障论文; 方法论文; 齿轮箱论文; 故障诊断论文; 《防护工程》2019年第5期论文;