船舶机械设备的常见故障及状态监测与诊断技术研究

谢小伟 张涛松

摘 要：在我国现代化经济快速发展之下，交通运输业也迎来了飞快的发展，作为重要交通航运支柱型产业的船舶行业也进步迅速。但在其实际的运行中，机械设备故障问题更是层出不穷，在一定程度上严重制约着船舶运输业的持续发展和人们的生命财产安全。船舶机械设备所引发的故障问题是多方面的，所以要想及时或提前就发现船舶机械设备所存在的隐患或故障，就当引进其先进的设备状态监测技术，如此才能更好的做到提前预警，并予以解决，同时也为船舶运输的安全和可靠运行提供了坚实的保障基础。

关键词：船舶机械设备；常见故障；状态监测；诊断方法

引言

船舶运输中机械设备发生故障较为常见，因此其故障的检修与异常状态的检测诊断技术就成为了该行业中的重要内容。在实际行驶和运输当中，精准的指出或是提前发现出船舶机械设备的故障因素，就能够更好的动态掌控船舶运转情况，进而提高船舶运输的安全性和高效性。基于此，本论文主要就目前我国船舶机械设备的常见故障及其状态监测与诊断技术进行相应的分析和研究，希望能为船舶业的健康发展助力。

1分析船舶机械设备的常见故障

船舶机械设备内部元件结构多元化，十分复杂，同时因为船舶机械作业时要应对自然气候变化下的天然环境，因此对其内部的机械构造性能、元件质量，以及整体作业效率等方面都有着极高的要求。为了满足船舶运输的要求，首先需要确保船舶机械设施的安全运转，而要达到机械的高效运行，安全作业也要求机械维修员熟悉故障类别，究其故障出现的因素，从而找出适宜的故障应对的办法。

结合以往船舶机械设备异常和故障的主要问题分析，得出如下经常发生故障的部件包括：船舶主机、辅机、柴油机等。而其中最常见的故障就是柴油机出现故障所致，柴油机故障可以说占了总体故障问题的85%。其次是活塞、缸套、气阀等部件的故障比也比较多，而燃油喷射系统和轴系的故障问题偶有发生。而导致发生这些故障的主要原因是：損耗过度、风蚀、机器变形、腐蚀、电路短路、油液渗透、部件镶嵌错位、松弛、燃油质量不过关等等。对此分析可知，船舶机械设施故障主因多数是由机械主机出现问题所致，主机系统的异常和故障比较常见，汇总以前的操作经验可知二冲柴油机有三分之一的机会出现活塞损耗导致部件异常；而四冲柴油机则容易出现轴承因润滑油不足或润滑油耗费时没有及时加入等导致的损耗过度的问题。上述的诸多故障和诱因都要求船舶机械设备开展可行、合理的设备状态监测、故障诊断等的科学控制手段以引来确保船舶机械的安全和可靠运行。

2船舶机械设备运转状态监测技术与故障诊断技术分析

船舶机械设备运转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组成部分。而现如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渡，随之研发了众多船舶机械设备的监测仪器，比如在线监测传感器及其系统等。近些年来，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。

在船舶机械设备状态监测技术的飞速发展之下，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船舶机械设备的状态监测和诊断方法

3.1振动分析法

振动监测法主要适用于监测存在于船舶柴油机作业时的振动情况。振动监测法优点在于易操作简易、精准性较高、效率高等。因此被广泛应用于船舶机械设备的诊断活动中。具体如下：①监测气阀漏气的振动观察气缸振动出现的时间差线状图和气阀规律信号，并对其进行监测和分析，判断其激励源的振动响应的功率谱线图是否出现漏气的故障问题。②监测柴油机主轴承，判断其磨损问题利用倒频谱和功率谱的两种综合性分析法分析是否柴油机的轴承出现损耗过度的故障问题。③监督活塞、缸套振动，分析其磨损问题活塞缸套磨损时，主机出现振动频率和幅度不相符的现象，此时分析功率谱最高值和总能量的参数对比可以判断活塞缸套是否出现磨损。

3.2油液分析法

基于整体监测船舶机械设备磨损问题的考虑，首先从油液诊断着手，是指对机械设备的润滑油管理情况予以监测，具体是指润滑油的油质种类、磨粒含量、体积、含铁量等。目前，常见的油液分析法包括污染度指标分析，光谱走势分析，铁谱分析以及在线、离线相融合的共用法。

3.3热力参数分析法

该船舶机械设备监测法借助柴油机内部运行时汽缸的排气温度差，压力示功幅度图等判定机械设备作业情况。该监测手段的优势在于实现了动态的实时监测，被广泛普及和应用。示功图的观察由于内含多个数据可以求出具体的汽缸功率和压缩压力等参数，所以得知其内部燃烧情况。

3.4综合分析法

该办法主旨是整合各个故障分析法，包括前面提到的三种监测法进行汇总和整合，从而依据取长补短，有机融合的准则开展信息计算的数据提取，分析和预判，从而得到诊断性的船舶机械设备故障，促进船舶机械设备的安全、高效的运行。这一方法具有择优处理、弥补缺漏等优点，有利于船舶机械设备的状态监测精准性。

4油液污染控制标准

目前，油液分析技术是船舶机械设备状态监测技术中最具效益且高速率的一种技术。主因是油液分析做到对机械设备的液压系统的动态分析，能够确保机械运转产出的污染物体受到严格把控，为此也成为了维护船舶液压设备安全、可靠作业，延长使用时间的好途径。伴随着液压监测技术的日渐成熟和普及应用，该油液污染控制技术相应的也日趋成熟，油液污染问题已经得到了良好的控制，这可以从运输的船舶所在的海域范围内抽样监测，从而得到直观的污染指数、颗粒物大小等的指标数据。

现阶段，国际上已经成立了液压污染控制技术组织，主要职责是负责全球的地域工程机械液压污染控制技术的推广、应用和普及，同时编制出一套标准化的液压污染控制技术的内容规范和技术标准。现在我国已经严格按照国际污染度指标的ISO04406进行油液污染程度的衡量。除外为了能够迎合本国各类工业部门的发展需要，我国也已经自主建立了一套尚未健全的液压污染控制标准，应用于监测航空液压系统的油液污染程度。

结束语

总之，在实际工作中，我们应当对船舶机械设备故障的类别和特征进行区分，才能更好的实现机械设备的正常动作，因此更应当大力推广船舶机械设备的状态监测及故障诊断技术的运用，由此才能更好的促进船舶机械设备安全和可靠运行，推动我国船舶业的持续发展。

参考文献

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（1.身份证号：321321198609126878；

2.身份证号：320682198205016152）