南海救助局救助船队
摘要：通过对救助船舶动力装置的润滑油、液压系统液压油等主要性能参数的在线检测以及对齿轮箱的震动参量、柴油机瞬时转速参数变化量等动态数据的采集，经过系统软件运算的手段来判断和预测动力设备的运行状况，为轮机员对设备故障查找、原因分析及平时的维护、保养提供技术支持和帮助。
关键词：救助船舶 动力装置 在线检测
引言
救助船舶多系大风浪复杂海况下机动作业，故动力装置运行环境恶劣多变。随着救助事业的发展，船舶动力装置也趋向大型化，自动化，结构复杂化，而以往仅凭经验和简单仪表来判断和预测动力设备运行状况的方法已经落后。动力装置油液及齿轮箱振动在线检测装置是通过对救助船舶主辅机润滑油、液压系统液压油等主要性能参数的在线检测以及对齿轮箱的震动参量、柴油机瞬时转速参数变化量等动态数据的采集，经过系统软件运算的手段来判断和预测动力设备的运行状况，为轮机员对设备故障查找、原因分析及平时的维护、保养提供技术支持和帮助，从而保障海上救助工作安全、顺利的进行。本文以武汉南华NHI-DLZD/220P型机舱动力设备综合诊断装置为例简要介绍动力装置油液及齿轮箱振动在线检测装置在救助船舶中的应用。
1、在线检测的原理与功能
1.1齿轮箱振动监测
在齿轮箱输入、输出轴的轴承位置上安装振动传感器来测量齿轮箱表面振动，采用数字信号分析处理的方法，计算分析振动信号的时域和频域特征，监测齿轮箱内齿轮的啮合及相关轴承的工作状态或由螺旋桨异常（桨叶局部脱落、渔网缆绳缠绕等）导致的齿轮箱振动等。当齿轮箱各个运动部件间的间隔、固定部件的配合关系发生动态变化时，将导致其激励的特性和传递特性发生改变，这种变化可以从在轴承壳体上采集的振动信号中体现出来，通过测量轴承外表面的振动特征，对采集的信号进行分析处理，可以得到因故障而导致的振动信号变化的特征参数，以监测机械设备的工作状态。
图1 齿轮箱振动传感器
1.2柴油机瞬时转速监测
在飞轮端正对飞轮齿安装一组瞬时转速传感器，测量柴油机的瞬时转速波动，结合柴油机动力学模型，计算柴油机每工作循环内的瞬时转速差，监测各缸工作情况，以便及时查找引起各缸工作恶化的相关原因。因为在一个工作循环内的不同行程里柴油机的做功能力不一样，所以柴油机工作时其曲轴飞轮端瞬时转速存在规律性的波动。由此引起的柴油机做功能力下降，如柴油机燃油系统故障、缸内过度磨损和气阀漏气故障等都可以在瞬时转速中反映出来。分析与比较瞬时转速的波动可以诊断柴油机影响各气缸功率不平衡的各类故障，以综合评价柴油机的性能。通过实时监测他们的平均转速和飞轮每个齿的瞬时转速，结合长期的测试数据，判断主机、发电柴油机的各缸工作情况。
1.3液压油监测
通过对液压油的颗粒污染度在线监测，分析液压油中的磨损产物、粉尘等颗粒及水分污染情况，结合长期积累的数据，判断液压设备的磨损情况及液压油的质量情况等。系统中两台主机都同时采用了包括铁谱、粘度、水分三种方式的在线油液监测分析法，对甲板机械的前、中、后3个液压泵站系统则采用了在线颗粒监测的方法。液压油污染程度是根据液压油的污染度等级标准来评定的，目前国际上采用的等级标准主要是IS04406和NAS1638污染度等级，我国的液压油污染度等级国家标准与IS04406标准相同。本船液压油颗粒检测采用的是德国ARGO公司生产的基于“光阻隔原理”的OPCom在线颗粒传感器，该仪器按照IS04406-1999的液压油污染度国际检测标准，除提供>4μm，>6μm，>14μm三种尺寸累积颗粒浓度信息外，为了能监测更大尺寸的污染颗粒，还提供了>2 l μm尺寸颗粒的浓度信息。
图2 柴油机瞬时速度传感器
1.4主机润滑油监测
通过在线实时监测滑油中水分是否超过设定值、当时的粘度值、大磨粒值和小磨粒值，以及滑油中的磨粒成像图片，来判断主机主要摩擦部件的磨损情况和润滑油质量情况。在线水分检测传感器的基本原理是油中水分含量的变化，会引起介电常数的变化，通过测量相同条件下滑油的介电常数从而间接测量油中水分含量的变化。在线粘度检测传感器的基本原理是根据石英晶体对液体的粘度、密度有较高的灵敏度的特点研制的。滑油粘度的在线检测主要是监测同等条件下粘度的变化趋势，以此作为设备正常与否的辅助判断手段。
2、系统主要监测对象（见下表）
3、系统使用、维护及注意事项
3.1系统使用
图3油液及齿轮箱振动在线监测装置诊断机柜
该系统的核心装置是位于集控室内的诊断机柜，机柜内有AC 200V，DC 24V、DC5V三种电源，传感器专用接线盒、恒流源、网络交换机和数据采集与分析工控机等设备。
投入运行时，依次合上机柜内的电源总开关和各分电开关，打开计算机和显示器电源，启动计算机。然后再打开桌面的“集控室诊断系统”程序即开始进行系统监测。启动计算机并正确运行桌面的“集控室诊断系统”程序后，如果集中监控计算机（集控台集中监测计算机）启动了，则可以点击“参数设置”中的“获取热工参数”按钮，这样从机舱采集的热工参数经过集中监控计算机后通过串口通讯进入本计算机应用程序，然后可进行如下监测：1）齿轮箱振动监测。2）瞬时转速监测。3）液压油监测。4）左、右主机在线润滑油监测。5）系统状态监测。6）数据管理。
3.2设备维护与注意事项
整个系统的硬件、软件安装调试好后，基本上是免维护的，但需要注意以下几条注意事项：
（1）设备的监测最好在正常工况（额定转速、额定负荷）下进行，对于没有工作的设备，不需要监测时，关闭其相对应的控制电源。
（2）主机滑油在线油液监测，只能在所测管系中有油液流动的时候进行，如果管系内油液停止流动（设备已经停止运行），请及时关闭该系统的检测装置。
（3）对于液压系统的液压油颗粒的监测，只有当系统启动并且取样口有一定压力时所检测到的颗粒污染度数据才有效（说明：如果取样口没压力，只是检测的结果无效，对传感器不会有任何损害，但系统没有启动或监测取样口没有压力，会导致检测所需的微量液压油无法流经传感器从而使得检测数据失真）。
（4）进入到每个监测设备后，必须返回到上一级才能进入到其它的监测界面。
（5）定期将主机回油总管下的用于主机滑油辅助取样的小油箱的泄放阀打开，将小油箱里面的存油泄放掉，以免油泥淤积影响到油液检测结果的真实性。
（6）当系统提示主机滑油或液压系统液压油出现非正常情况时，需船上的当班轮机人员用取样瓶手工取样并尽快送到岸上的油液分析实验室进行油液的详细化验，以找出出现非正常情况的原因。
（7）目前该远程诊断系统只是针对主机等机械设备运行状况的一个辅助监测手段，当出现非正常报警时，还需要轮机管理人员根据现场设备当时的具体运行情况对该报警信息进行综合判断。
4、结论
动力装置油液及齿轮箱在线检测技术从实际应用的角度解决了动力装置及齿轮箱在正常使用时故障隐患难以发现的问题，从油液性能、振动变化动态范围等故障根源因素上通过数据分析使设备的工作状态更加简洁、实时地体现出来，为先兆性的发现问题、解决问题提供了数据支持。节省了人力物力，有效的避免了早期故障的发生，大大简化了在设备故障后轮机员排查工作的复杂性，为无人机舱的运营提供了较好的支撑，同时也为未来无人船舶的发展填补了空白。
但是受目前检测传感器的技术制约，检测精度并不高，在线监测装置的推广应用还需要不断改进，如何提高产品的可靠性与性价比是目前这类装置发展所面临的最主要的难题。需要注意的是，在线检测只是一项辅助技术，对设备管理只起到辅助作用，一旦发现在线检测结果异常，建议提取油样送化验室进行更为精确的化验分析，以便得到精确的含水量、相对粘度，同时结合光谱分析，得到确切的金属颗粒的性质和数量结果。
论文作者:洪俊,陶成
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/11
标签：在线论文; 齿轮箱论文; 液压油论文; 柴油机论文; 装置论文; 转速论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;