基于油液監測技術的船舶設備故障診斷研究

謝海燕

摘 要：針對船舶設備日趨復雜、設備故障診斷難的問題，提出了基于油液監測技術的兩種故障診斷方法：采用多種油液監測技術協同診斷和聯合其他監測技術手段綜合診斷。實例證明，基于油液監測技術的故障診斷研究將是未來船舶設備故障診斷研究的一個重要方向。

關鍵詞：油液監測 光譜分析 鐵譜分析 故障診斷

0前言

潤滑油是機械設備的“血液”，在機械設備中起著潤滑、冷卻、清洗、密封、防蝕等重要作用[1]。在船舶設備的磨損故障中，潤滑不良是導致磨損失效的主要原因。油液監測包括對油液本身的物理化學性能分析和對油液中磨粒分析兩大部分。油液的物理化學性能分析包括油品的衰化、添加劑的損耗和污染情況。油液中磨粒分析包括磨粒的化學成分、濃度含量、尺寸大小和幾何形貌等。采用有效的油液分析技術，能獲得機器磨損程度、磨損類型和磨損部位等方面的信息。

1多種油液監測技術協同診斷

油液的物理化學性能可采用傅立葉紅外檢測、水分、閃點、粘度、酸堿值等檢測方法，磨損微粒可采用光譜分析、鐵譜分析、顆粒計數器法、磁塞檢測、濾紙法檢測等[2]。光譜分析法優勢在于監測效率高、操作簡單和靈敏度高等，但還存在失效快、無法應用于大尺寸磨損顆粒等弊端。鐵譜分析技術的檢測結果能直接反映出船舶設備磨損程度，幫助預判船舶設備磨損原因、磨損部位等。但由于該技術不能分析非磁性物質種類和含量，很可能造成監測結果存在誤差，并且對檢測人員的個人經驗依賴度高。理化性能分析法通過對潤滑油的理化性能進行監測，來診斷船舶設備中潤滑劑的物理化學性能，從而判斷設備損壞程度，避免由于設備潤滑不良或過度磨損造成船舶設備故障等。顆粒計數法監測對象主要是既定體積的油液中包含的磨粒濃度和分布情況等，由于這一技術只進行磨粒含量的監測，還無法為故障問題的明確診斷提供有效信息，還需要結合其他技術來為設備維修決策提供準確的故障監測信息。多種油液監測技術協同故障診斷是對設備進行油液取樣后，進行水分、光譜、鐵譜、顆粒計數器等檢測，根據檢測結果綜合診斷故障部位、故障原因。

2 與其他監測技術協同診斷

設備狀態監測除了油液監測技術，還有振動監測、紅外電氣監測、無損檢測、腐蝕監測等技術，針對不同的設備可采用一種或多種類別監測技術協同識別故障[3]。以燃氣輪機為例，可采用多種狀態監測和故障診斷方法來對燃氣輪機進行故障診斷[3]。可采用油液監測方法檢測燃氣輪機的潤滑油，從而發現摩擦、腐蝕、疲勞、污染等類故障；也可采用紅外監測方法監測燃氣輪機各部位的溫度狀況，及時發現溫度異常部位；也可采用無損檢測方法進行無損探傷發現裂紋、拉痕等故障；還可以通過振動監測方法，應用頻譜分析技術有效識別燃氣輪機的不平衡、不對中、部件摩擦、基礎松動、油膜渦動、結構共振、葉片損傷等故障。

3 故障診斷實例

3.1 高壓空壓機潤滑油進水故障診斷

某船裝備兩臺高壓空壓機，在某次航行中，隨行監測保障人員對1號、2號高壓空壓機潤滑油進行了常規光譜分析和水分分析。光譜分析采用美國M/C型原子發射光譜儀，水分分析采用海軍工程大學研制的HGWTO型現場水分快速分析儀。經光譜分析處理（表1），發現1號、2號高壓空壓機潤滑油中各金屬元素含量正常。而經快速水分分析（表2）后發現1號高壓空壓機潤滑油水分含量正常，2號高壓空壓機潤滑油中的水分含量遠遠大于0.2%（潤滑油中水分含量大于0.2%時即視為超標）。鑒于2號高壓空壓機Na、Mg元素含量正常，可排除進海水，而高壓空壓機組室內空氣流通不好，機器運轉產生的熱量無法散出室外，斷定2號高壓空壓機潤滑油中水分為冷凝水，建議室內放置風扇降溫，避免冷凝水形成。同時，結合機器運轉狀態，建議對2號高壓空壓機中潤滑油進行更換，防止進水后的潤滑油造成設備故障。換油后，對2號高壓空壓機中潤滑油進行水分檢測，發現水分含量已正常，設備運轉也

正常。

3.2 齒輪箱潤滑油中混入液壓油故障診斷

某艦航行時發現4#站齒輪箱中大量潤滑油從滾筒離合器中溢出，并伴有刺鼻氣味。立即停機檢查，發現滲出油液異樣，隨即對該裝置齒輪油進行光譜分析和水分分析。由表3水分分析測試數據可以看出，水分含量達到15.08%，而潤滑油中水分含量大于0.2%時即視為超標，應立即換油。由于該裝置沒有管路接觸海水和淡水，故而排除外部進水可能。結合該裝置結構，初步判斷齒輪箱內部管路存在泄漏，導致液壓油混入齒輪油中，而兩種不同類型的油混合后發生反應，從而產生刺鼻難聞的氣味。由表4潤滑油光譜分析數據可以看出，Na元素含量嚴重超標，而混入的液壓油為水性液壓油，且鈉含量較高，正好驗證了上述判斷。為了避免齒輪箱內部的齒輪產生腐蝕損傷，建議立即將齒輪箱內的油立即放掉。

待齒輪箱內油液放掉后，利用Olympus工業視頻內窺鏡對齒輪箱內部進行了全面的檢查，發現內部液壓管接頭處破裂。液壓管接頭處破裂后導致液壓油滲入齒輪箱內部，使得齒輪油與液壓油混合后反應，出現了之前齒輪箱的滾筒離合器溢油的現象。對破裂處泄漏的過程進行了視頻采集，最終定位了故障部位，為下一步故障維修提供了科學依據。原本類似故障進廠修理需半月時間，但此次僅四天時間就修復裝備，大大縮短了修理時間，改進了修理工藝。

4 結語

以油液技術為基礎，無論是多種油液監測技術協同船舶設備故障診斷，還是油液監測技術協同其他監測技術，在船舶設備故障診斷中都能取得較好的效果。因此，有必要加大對船舶設備故障診斷中油液監測技術的研究，發揮其在維護船舶設備正常運行和故障診斷上的作用，是實現船舶設備高效運行的有效措施。

參考文獻：

[1] 胡一軍.油液監測技術在設備管理與維修中的應用[J].設備管理與維修，2014（06）：12-13.

[2] 石新發，劉東風，孫云嶺.油液監測多源信息融合模型構建方法研究[J].武漢理工大學學報，2018（04）：253-256.

[3] 李定國，陳聰.裝備監測保障技術關聯度評估[J]，四川兵工學報，2012（07）：1-4.