湖北省武汉市 430061
摘要：时代的快速进步与发展为我国不断带来新的机遇与挑战，就工程船舶方面，我国相比较几十年的起步阶段，已经取得了非常傲人的成绩，工程船舶与一般的运输船舶不同，对于我国水上水下工程有着非常重要作用。而作为驱动工程船舶运作的动力机械作为工程船舶的正常运作的核心，对其进行及时的状态监测和故障诊断必不可少。
关键词：工程船舶；机械运行；状态监测；故障诊断
引言
当前由于应用领域的广泛性，各种类型的船舶很多，其中工程船舶的应用最为广泛，其实际应用价值也较高。在工程船舶中，机械部件是最为关键的部件之一，如果机械部件的状态异常，或者出现故障，那么就会使工程船舶不能正常工作，因此如何对工程船舶机械运行状态进行监测及故障诊断进行研究就显得尤为重要。
1.船舶动力机械CMFD技术现状
1.1状态监测技术现状
据分析，各种船舶动力机械状态监测技术逐步从研究阶段走向实用化阶段，各种在线监测传感器和在线监测系统不断问世。近年来，国内外众多科研机构院所开展了许多卓有成效的研究，取得新成果。目前船舶动力机械所使用的状态监测技术手段主要以性能参数监测、瞬时转速监测、油液分析监测、振动监测等方式为主。
1.2故障诊断技术现状
状态监测和科学技术的快速发展，使得许多新的故障诊断理论和方法也相继产生。国内外众多的航运企业和科研机构都开展了相关研究，形成了基于贝叶斯决策判据以及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、故障树分析法、小波分析法以及分形几何方法、模糊逻辑、专家系统、神经网络、遗传算法等一系列数学和智能故障诊断方法。由于各专业之间的限制，各种监测与诊断方法一般都是单独进行，没有形成一个有机的融合诊断体系。而瞬时转速、振动监测等方法在理论研究中比较多，真正用于工程船舶动力机械实时监测的实例很少。国内最具代表性的成果是武汉理工大学严新平教授所带的课题组将性能参数、油液、振动、瞬时转速监测方法应用于挖泥船动力机械状态监测构建的基于融合技术的远程故障诊断系统。
2.船舶机械运行状态监测和故障诊断步骤
1) 通过专门的设备对工程船舶机械运行状态信号进行检测，得到正常信号和故障的信号。
2) 采用小波分析对船舶机械运行状态信号进行处理，提高船舶机械运行状态信号的质量。
3) 采用 Hilbert 变换从船舶机械运行状态信号中提取特征。
4) 采用专家系统对船舶机械运行状态进行标记，建立船舶机械运行状态监测和故障诊断的样本。
5) 采用 K 最近邻算法建立船舶机械运行状态信号的识别器。
6) 对于待识别的船舶机械运行状态信号，采用识别器进行辩识，并输出船舶机械运行状态的相应类型，如果是故障信号，那么就要做出相应的决策。船舶机械运行状态监测和故障诊断流程如图 1所示。
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图 1 船舶机械运行状态监测和故障诊断流程
3.工程船舶动力机械状态监测和故障诊断分析
工程船舶动力机械状态监测和故障诊断分析存在很多方面，就目前而言，常见的方法有以下四种：瞬时转速监测诊断、热力参数监测诊断、振动监测振动以及声发射诊断，在不同作业条件下采用的诊断方式不同，对于诊断结果的影响也不相同。
3.1瞬时转速
正常工程船舶作业中，柴油机瞬时转速是恒定保持在一定范围内并且成相对规律的波动变化，这是在作业过程中对于工程船舶动力机械是否存在故障问题的基本判断，当发现其瞬时转速的规律性被破坏时，基本可以断定其动力机械出现问题，需要进行进一步具体因素的判断和检修。这种方面是极为便捷的且最为常用的一种监测方法，为了保护工程船舶能够在后续工程作业中继续正常运转，一般情况下在出现瞬时转速出现大幅度波动是停止作业开始排查检修工作。
3.2 热力参数
利用热力参数完成对于动力机械状态的检测也是一种常用的方法，其监测方法主要就是通过对于柴油机的实时监控，根据其热力参数的不正常变化来判断是否存在故障的一种方法，一般情况所涉及的热力参数主要有温度、压力、转速等等，为了保障对于故障监测的科学性，热力参数需要实时监控和记录，在工程船舶作业中，不断将实时参与与基础参数值比对，进而能够在最快速度内对于动力机械故障进行核定并预警，避免造成不必要的损害。热力参数监测是由多种数值核定得来的，实效性强，同时能够为后续的修建工作开展带来便利，以此也较为常用。
3.3振动
与热力参数监测相同，振动实际上也是实时监测诊断，但是两者的不同点在于热力参数相对于振动监测而言，其技术难度较低，且具有基本参数作为核定标准，振动参数是对柴油机正常工作的振动信号进行捕捉诊断分析，但是在工程船舶实际的工作过程中，不同运动件之间的振动频率不同，彼此之间会互相干扰，给信号识别工作造成了一定的困难，因此相比较前两者而言，振动监测的运用范围不广，通常是针对特定范围下采用。
3.4声发射
声发射常用来整个工程船舶的机械进行监测的一种常规方法，通过声波反弹来确定故障位置和故障情况，对于无论是外部原因造成的故障，还是内部原因造成的故障，都有非常明显的监测手段和定位分析。声发射主要针对的是柴油机阀门问题，通过声波数据来判断其是否存在阀门漏气的问题。
4.综合诊断系统
共同形成了工程船舶动力机械状态监测和故障分析的综合诊断，实际上，对于工程船舶而言，不同性质不同作业内容的工程船舶所经受的考验和自然影响因素不同，又因其水上作业的独特性，在实际的监测过程中需要运用的手段也不相同，而不同的诊断方法共同构成了工程船舶的综合诊断系统。
综合诊断系统中主要包含以下几个模块，其一是对于热力参数的监测模块，在上文中已经进行了简要阐述，这里不做过多赘述，需要注意的是热力参数监测实际上是对于整个工程船舶动力运作系统的分析，对于工程船舶动力机械正常运作起到至关重要的作用；其二是瞬间转速模块的监测，瞬间转速是对其平衡性能的重要考量，因此是极为重要的一个模块；其三是对于气缸压力功率谱的监测模块，主要针对的内容是采油机的工作性能，以上三种形式都是在基于现有数值和已有数值的对比中，对于问题进行监测，形成良好的监测系统。其四是声发射监测，声发射的主要监测内容就是气阀漏气问题，其五是轴系振动，轴系振动是基于瞬时转速数值开展，通过对于瞬时转速波动图的分析，对于瞬时转速形成良好的计算分析，进而实时实现对于柴油机的监测；其六是轴功率监测，与上述内容相同，轴功率也是搭建在性能监测的基础上开展的，最后是对于动力机械在燃油消耗量监测。
5.结束语
综合监测系统共同为工程船舶动力机械状态服务，为了让工程船舶始终保持在较好的工程运作状态中，不会由于故障问题的不及时处理造成不必要的损失。通过综合监测，实时对于船体动力机械进行分析，针对已有问题给出最优的解决方案，从而保证工程船舶动力机械的正常运作，工程船舶作业的有序进行。
参考文献:
1.曹辉,张均东. 现代船舶轮机模拟器的应用与发展[J]. 航海教育研究, 2012, 12(1): 33–36.
2.李军伟,韩捷,李志农. 小波变换域双谱分析及其在滚动轴承故障诊断中的应用[J]. 振动与冲击, 2005, 25(5): 92–96.
论文作者:王校飞1,惠玮2
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/31
标签：船舶论文; 工程论文; 转速论文; 故障诊断论文; 动力机械论文; 方法论文; 作业论文; 《防护工程》2019年8期论文;