船舶主機常見故障的診斷技術分析

胡巧偉

摘要：為快速查明船舶主機故障問題，應當對相關的診斷技術進行合理運用。文章以撫仙湖中的某船舶作為研究對象，針對其常見故障問題，設計開發(fā)一款診斷系統(tǒng)，期望能夠為船舶主機故障的快速處理提供幫助。

關鍵詞：船舶;主機;故障;診斷

主機作為船舶的動力裝置，其重要性不言而喻，一旦出現(xiàn)故障，會對船舶的正常運行造成影響。為在最短的時間內(nèi)找出故障原因，應當對診斷技術進行合理運用。借此，下面就船舶主機常見故障的診斷技術展開分析探討。

1船舶主機故障診斷機理

故障是一種現(xiàn)象，可將之簡單地理解為非正常狀態(tài)，如果將船舶主機視作為一個系統(tǒng)，那么當這個系統(tǒng)的運行與正常狀態(tài)發(fā)生偏離時，便可判斷系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題。伴隨著故障的出現(xiàn)，船舶主機中的某個或是某些功能將會隨之失效。通常情況下，所有故障的發(fā)生都有特定的原因，找出這個誘發(fā)故障原因的過程，即故障診斷，是故障維修中不可或缺的關鍵技術之一。在船舶領域中，主機故障診斷是業(yè)內(nèi)專家學者研究的重點內(nèi)容，通過不斷研究，在診斷機理與方法等方面均取得顯著的成果，業(yè)內(nèi)對于船舶主機的故障診斷過程也達成共識，具體如圖1所示。

船舶主機由多個部件組合而成，從整體結(jié)構(gòu)上看具有一定的復雜性，基于這一前提，想要對船舶主機運行狀態(tài)進行全面監(jiān)測難度非常大，正因如此，使得船舶主機故障診斷的研究主要集中在如下幾個方面：活塞氣缸、配氣系統(tǒng)以及燃油噴射系統(tǒng)。

2船舶主機常見故障的診斷技術

在對船舶主機的一些常見故障問題診斷時，為在確保診斷結(jié)果準確的基礎上，提高診斷效率，可對相應的故障診斷系統(tǒng)進行應用。下面以撫仙湖中的某船舶作為研究對象，該船舶設計持水量為20.4t，服務航速為9.72kn，最大載客量為250人，1臺主機，型號為6135ACaB3柴油機。該船舶主機的柴油機系統(tǒng)故障率相對較高，約為45%左右。下面針對柴油機設計開發(fā)的一套狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。

2.1系統(tǒng)的設計思路

為對船舶主機的故障進行快速診斷，需要對主機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，基于這一前提對診斷系統(tǒng)進行設計開發(fā)。整個系統(tǒng)包括兩個部分，即硬件和軟件。系統(tǒng)硬件的核心為傳感器，它能夠?qū)χ鳈C的相關熱力參數(shù)進行采集，并將采集到的信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳給工控機，以此來實現(xiàn)狀態(tài)顯示、超限報警等功能。系統(tǒng)軟件通過對特征參數(shù)的提取，依據(jù)相關的分析結(jié)果，對主機中的故障進行準確定位，借助BP神經(jīng)網(wǎng)絡技術，完成故障診斷。

2.2系統(tǒng)硬件選型

對于船舶主機而言，狀態(tài)監(jiān)測是故障診斷的重要前提，為對船舶主機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，需要借助如下硬件設備：傳感器、采集卡以及工控機等等。當船舶主機進入到正常的工作狀態(tài)后，會產(chǎn)生出大量的信號，如壓力、溫度等等，利用相應的傳感器可對這些信號進行采集。傳感器采集到的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，能夠直接傳送給工控機，通過軟件控制，便可對船舶的主機狀態(tài)進行監(jiān)測。關鍵硬件的選型如下：

2.2.1傳感器

①壓力傳感器。該傳感器主要負責對船舶主機的氣缸壓力進行采集，通過多方面比較之后，最終決定選用國外某公司自主研發(fā)的一款壓力傳感器，型號為7613C。之所以選用這款傳感器，主要是因為它能夠在潮濕、油污等較為惡劣的環(huán)境中，對燃燒室進行長期測量。該傳感器的量程為0-250bar，靈敏度為20mV/bar。

②轉(zhuǎn)速傳感器。為對船舶主機的瞬時轉(zhuǎn)速信號進行準確測取，經(jīng)過比較后，最終選取國內(nèi)某公司生產(chǎn)的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，型號為SZMB-5。該傳感器的輸出波形為近似正弦波，≥50r/min，測量范圍可以達到50-5000Hz，輸出信號幅值≥50mV。

2.2.2采集卡

由于本次開發(fā)的系統(tǒng)主要是對船舶主機的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，對相關的故障進行診斷。所以，在數(shù)據(jù)采集卡的選擇上，并沒有過高的要求。只要保證性價比高，運行穩(wěn)定即可。經(jīng)過比較之后，最終決定選用國內(nèi)某公司研制開發(fā)的ISA系列數(shù)據(jù)采集卡，型號為AC1558和AC1810。其中AC1558是低價位卡中具備A/D輸入模擬功能的采集卡，A/D與PC機相互隔離，運行更加穩(wěn)定、可靠;AC1810具有12位ISA總線，采樣率為100KHz，支持同相位信號高速采集。

2.2.3工控機

船舶不可避免地會在振動的環(huán)境中作業(yè)，針對這一情況，為確保工控機能夠始終保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)，必須保證診斷系統(tǒng)所選的工控機可以滿足船舶多振動的作業(yè)要求。經(jīng)過比較后，最終選取國內(nèi)某公司自主開發(fā)的工控機，型號為IPC-810A。這款工控機自帶防震壓條，能夠有效避免插卡振動問題的發(fā)生。

2.3系統(tǒng)軟件設計

在對系統(tǒng)軟件進行設計的過程中，采用當前較為流行的模塊化思路，主要包括以下模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、信號處理模塊、主機運行模塊以及故障診斷模塊等。

2.3.1數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊可以為系統(tǒng)提供如下功能：配置采集卡、顯示數(shù)據(jù)波形、采集過程控制、采集數(shù)據(jù)存儲等。該模塊在采集頻率的選擇上，主要是以船舶主機的瞬時轉(zhuǎn)速、氣缸壓力信號的頻率作為依據(jù)。

2.3.2信號處理模塊

該模塊的作用是處理船舶主機瞬時轉(zhuǎn)速與氣缸壓力信號，具體包括信號提取、濾波以及平滑處理等。

2.3.3主機運行模塊

該模塊能夠?qū)Υ爸鳈C運行狀態(tài)的關鍵參數(shù)進行實時顯示，同時還能對熱力參數(shù)中的油溫、油壓、轉(zhuǎn)速等進行監(jiān)測與報警。

2.3.4故障診斷模塊

該模塊是整個系統(tǒng)的核心，通過它可以實現(xiàn)對船舶主機常見故障問題的快速診斷。在對該模塊進行設計的過程中，引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡，對MatLab語言進行調(diào)用，將LabVIEW（實驗室虛擬儀器工作平臺）作為ActiveX自動化控制器，同時將MatLab作為自動化服務器。利用工作平臺與Lab語言的結(jié)合，使整個系統(tǒng)的診斷能力得到大幅度提升，可以對船舶主機活塞氣缸中的磨損、活塞環(huán)斷裂;配氣系統(tǒng)中的氣門漏氣、間隙異常;燃油噴射系統(tǒng)中的燃燒提前、霧化燃燒不良、失火等常見故障進行快速、準確地診斷。

3結(jié)論

綜上所述，船舶作為水上交通工具，其運行是否穩(wěn)定，與主機具有較為密切的關聯(lián)。若是主機頻繁發(fā)生故障，則會嚴重影響船舶的正常使用。鑒于此，應當針對船舶主機常見的故障問題，開發(fā)設計狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)對主機的運行狀態(tài)參數(shù)進行采集，通過數(shù)據(jù)分析，完成故障診斷。

參考文獻

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