船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測研究

摘要：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，全球各國之間的貿(mào)易交流變得越來越頻繁，水運海航線發(fā)展也變得尤為必要，由此對船舶功能提出了越來越嚴格的要求。在船舶航行中，其前行動力離不開內(nèi)燃機的有力支持，而為保障內(nèi)燃機的安全穩(wěn)定運行，對其監(jiān)測診斷方法進行研究有著十分重要的現(xiàn)實意義。本文首先闡述了船舶內(nèi)燃機監(jiān)測診斷技術(shù)，其次概述了船舶內(nèi)燃機系統(tǒng)，最后探討了船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計及展望了船舶內(nèi)燃機監(jiān)測診斷技術(shù)發(fā)展，旨在為促進船舶內(nèi)燃機的可靠、穩(wěn)定運行提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：船舶;內(nèi)燃機;遠程狀態(tài)監(jiān)測

中圖分類號：U692.7+2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0166-02

0 ?引言

隨著海洋運輸行業(yè)的不斷發(fā)展，對船舶內(nèi)燃機的應用質(zhì)量要求不斷提升，船舶航行需要動力的支持，內(nèi)燃機依托燃油的化學反應轉(zhuǎn)化釋放能量，保障船舶的可靠運行，所以對內(nèi)燃機狀態(tài)的監(jiān)測嚴重影響著船舶航行的有序開展。必須要確保內(nèi)燃機監(jiān)測可靠、故障診斷準確超前，方可為船舶航行提供有力支撐。針對船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)開展研究，合理應用網(wǎng)絡信息技術(shù)，對保障船舶內(nèi)燃機的可靠、穩(wěn)定運行有著十分重要現(xiàn)實意義[1]。

1 ?船舶內(nèi)燃機監(jiān)測診斷技術(shù)

結(jié)合當前研究現(xiàn)狀，現(xiàn)階段對于船舶內(nèi)燃機的診斷方法及診斷流程，如圖1所示。基于船舶內(nèi)燃機的診斷方法及診斷流程，近年來得到廣泛推廣的船舶內(nèi)燃機監(jiān)測診斷技術(shù)，主要包括有振動監(jiān)測診斷系統(tǒng)、在線故障監(jiān)測系統(tǒng)以及遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)等。

1.1 振動監(jiān)測診斷系統(tǒng) ?在對船舶動力設備進行監(jiān)測診斷過程中，可采用振動監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)對船舶運行狀態(tài)進行監(jiān)測，其監(jiān)測原因在于基于振動法作用，內(nèi)燃機振動幅度受其內(nèi)部缸套與活塞環(huán)相互間的間隙很大程度影響，結(jié)合缸套的外部特征可了解到，在傳遞作用下倘若內(nèi)燃機內(nèi)部運行異常，會轉(zhuǎn)變缸套與活塞環(huán)相互間的運行表現(xiàn)，比如提升活塞環(huán)磨損水平，有時盡管不會即刻有明顯的外部表現(xiàn)，但仍舊會對后續(xù)的應用效果造成不利影響[2]。除此之外，在齒輪箱振動診斷過程中，依托振動系數(shù)及穩(wěn)定情況可對齒輪箱的運行狀態(tài)予以有效診斷，同時通過對振動所形成振動信號的有效分析，可實現(xiàn)對內(nèi)燃機運行狀態(tài)的有效診斷。另外，在對設備振動頻率進行計算過程中，應切實明確內(nèi)燃機的運行機理及參數(shù)，在設備故障引發(fā)時可有效提出差異，進而實現(xiàn)對內(nèi)燃機診斷數(shù)據(jù)的準確處理。

1.2 在線故障監(jiān)測系統(tǒng) ?近年來，在線故障監(jiān)測系統(tǒng)得到了廣泛推廣，該系統(tǒng)既先進又實用，所以在開展內(nèi)燃機狀態(tài)監(jiān)測過程中，監(jiān)測人員應秉持相應的標準及規(guī)范化流程在處理設備上安裝監(jiān)測儀器，接著將監(jiān)測儀器與通訊設備進行連接，從而實現(xiàn)對船舶內(nèi)燃機運行狀態(tài)的有效監(jiān)測，在達成監(jiān)測目標的同時，還可結(jié)合在線監(jiān)測結(jié)果診斷故障類型及故障發(fā)生部位，進一步提升故障診斷效率。依托在線故障監(jiān)測系統(tǒng)可為設備監(jiān)測人員創(chuàng)造極大便利，即為監(jiān)測人員在開展設備監(jiān)測過程中，不需要像以往那樣投入大量的時間精力對內(nèi)燃機運行狀態(tài)進行監(jiān)測，僅需建立起內(nèi)燃機與通訊設備的有效聯(lián)系，即可開展在線監(jiān)測，基于監(jiān)測結(jié)果，評定內(nèi)燃機的故障特征，及找出故障引發(fā)原因，然后對內(nèi)燃機進行檢修，保障船舶內(nèi)燃機的有序運行。

1.3 遠程故障監(jiān)測系統(tǒng) ?新時期，在船舶狀態(tài)監(jiān)測中，應加強對遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)的有效應用，進一步實現(xiàn)對船舶的遠程狀態(tài)監(jiān)測，在開展狀態(tài)監(jiān)測過程中，監(jiān)測人員秉持規(guī)范化流程應用遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)，同時在應用期間操作遠程監(jiān)測儀器及電子計算機，即可在遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)上了解到故障引發(fā)部位及其影響區(qū)域，進一步明確船舶內(nèi)燃機存在的一系列故障問題，并進行有效及時的維修處理。除此之外，還可應用遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)，對正在遠方航行的船舶開展實時監(jiān)測，通過監(jiān)測內(nèi)燃機的運行速度、運轉(zhuǎn)效率等，進一步可結(jié)合遠程監(jiān)測獲取的畫面及呈現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果，診斷船舶內(nèi)燃機齒輪箱、零件等存在故障與否，因而，將遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)應用于監(jiān)測船舶內(nèi)燃機，可快速便捷地診斷內(nèi)燃機存在的故障類型，切實明確故障特征后開展維修處理，進而保障船舶內(nèi)燃機的可靠、穩(wěn)定運行。

2 ?船舶內(nèi)燃機系統(tǒng)概述

船舶作為一種由各式各樣機構(gòu)、系統(tǒng)組成的復雜設備，不管是柴油機還是汽油機，不管是多缸發(fā)動機還是單缸發(fā)動機，要實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，保障長時間可靠、穩(wěn)定運行，都需要擁有相應的機構(gòu)及系統(tǒng)。作為發(fā)動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、工作循環(huán)的重要運動零件，曲柄連桿機構(gòu)主要機體組、曲軸飛輪組及活塞連桿組等組成。在作功行程中，活塞在燃氣壓力作用下于氣缸內(nèi)進行直線運動，經(jīng)由連桿轉(zhuǎn)換為曲軸旋轉(zhuǎn)運動，并通過曲軸對外輸出動力。與此同時，在進氣、壓縮及排氣行程中，飛輪形成能量將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活動的直線運動。另外，配氣機構(gòu)所能實現(xiàn)的功能在于結(jié)合發(fā)動機工作流程，適時對進氣門、排氣門進行開啟或閉合，使空氣或者可燃混合氣轉(zhuǎn)入氣缸，并使廢氣由氣缸內(nèi)排出，最終達到換氣的目的。通常情況下，配氣機構(gòu)多應用頂置氣門式配氣機構(gòu)，并主要由氣門組、氣門驅(qū)動組及氣門傳動組等組成。柴油機燃料供給系統(tǒng)所能實現(xiàn)的功能在于將柴油、空氣分別轉(zhuǎn)至氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并進行燃燒，最后對燃燒后的廢氣予以排出。汽油機燃料供給系統(tǒng)所能實現(xiàn)的功能在于基于發(fā)動機要求，配制出相應濃度、數(shù)量的混合氣，轉(zhuǎn)至氣缸，并將形成的廢氣由氣缸內(nèi)排出。

3 ?船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

3.1 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計 ?船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)涉及船舶本身和船舶企業(yè)兩方面，兩者相互間依托國際海事衛(wèi)星進行遠程通信，以此可將船舶內(nèi)燃機運行數(shù)據(jù)實時傳輸至船舶企業(yè)，工作人員可依據(jù)數(shù)據(jù)信息有效分析船舶的運行狀態(tài)。所以，應當在船舶內(nèi)燃機與部位機艙中引入局部診斷裝置及測控傳感器，以此可實現(xiàn)對船舶運行時一系列數(shù)據(jù)信息的有效采集，諸如振動、壓力、溫度等。依托現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)至船舶信息中心監(jiān)控站中，經(jīng)由與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息予以匹配比較，進而保證診斷結(jié)果的準確性、可靠性。在全面數(shù)據(jù)信息傳輸中，還可實行預備方案對引發(fā)的問題開展補救處理，這一系統(tǒng)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)底層現(xiàn)場由CAN總線構(gòu)成，屬于一種多主結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)憑借層層傳輸使得各診斷儀表均可從現(xiàn)場總線上采集到相應的數(shù)據(jù)，以此在整合后可使數(shù)據(jù)信息變得更為客觀、準確，在獲取現(xiàn)場監(jiān)測及診斷數(shù)據(jù)結(jié)果過程中，應當與獨立的顯示及報警系統(tǒng)相連接，進一步向船舶信息監(jiān)控中心開展傳輸，基于此在船舶二級融合信息處理后對內(nèi)燃機運行狀態(tài)進行分析，并提出有效針對的診斷方案[3]。結(jié)合實際情況，工作人員還應結(jié)合數(shù)據(jù)信息開展進一步分析，從而實現(xiàn)對診斷結(jié)果的三次融合分析，借助傳輸系統(tǒng)將最終的維修方案傳輸至船舶現(xiàn)場，彰顯高效融合的設計思想。

3.2 軟件結(jié)構(gòu)設計 ?對于船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設計而言，可推行服務器與客戶機相互傳輸?shù)拇钆淠Ｊ剑瑫r主要包括對船舶內(nèi)燃機的運行狀態(tài)監(jiān)測，借助一系列信息采集裝置，對船舶的各項運行數(shù)據(jù)開展采集分析。首先，開展好對信號特征分析模塊的優(yōu)化設計工作，就信息類型進行整合分析，倘若信息類型屬于狀態(tài)信息，則應當將該部分信息與日常運行狀態(tài)參數(shù)進行匹配分析;倘若信息類型屬于故障信號，則應當將該部分信息與正常情況下的數(shù)據(jù)信息進行匹配分析;依托對信息類型的有效劃分，有效提升狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對一系列數(shù)據(jù)信息的處理能力及效率。其次，開展好對數(shù)據(jù)信息采集模塊與處理功能的優(yōu)化設計工作，通過建立起一系列傳感器裝置與各項設備的有效聯(lián)系，同時逐一對振動、油液、轉(zhuǎn)速等信息開展實時采集，并開展對應的預處理，進而將各項信息轉(zhuǎn)化成有價值數(shù)據(jù)。信號特征分析模塊通過對各項數(shù)據(jù)開展時頻分析，從而獲得船舶內(nèi)燃機運行狀態(tài)下的特征信息，同時基于此開展第一次融合分析，就各項數(shù)據(jù)信息開展匹配對比，然后對各項信息予以整合處理，進一步實現(xiàn)全面系統(tǒng)分析。在對數(shù)據(jù)信息開展處理及管理過程中，也應當開展好對狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化設計工作，一方面要能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的錄入、查詢、修改、刪除等功能，另一方面各項數(shù)據(jù)信息還應體現(xiàn)于船舶與管理中心的數(shù)據(jù)交互中，即為船舶操作與企業(yè)信息管理中心均可實時獲取各項數(shù)據(jù)信息，如此一來，在對船舶內(nèi)燃機開展遠程狀態(tài)監(jiān)測過程中，僅可切實依據(jù)過去的維修及保養(yǎng)記錄，提升船舶管理維護方案的合理性、可行性[4]。

4 ?船舶內(nèi)燃機監(jiān)測診斷技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，諸如網(wǎng)絡信息技術(shù)、測量技術(shù)、自動化技術(shù)等實現(xiàn)了長足進步，進一步提升了診斷技術(shù)的智能化、精密化水平。對于船舶內(nèi)燃機監(jiān)測診斷技術(shù)發(fā)展趨勢而言，主要可從以下幾方面內(nèi)容切入進行展望：一是基于人工智能的智能化診斷。結(jié)合如今的發(fā)展現(xiàn)狀而言，傳統(tǒng)船舶的內(nèi)燃機監(jiān)測診斷技術(shù)在智能化方面仍有著廣闊的發(fā)展空間，雖然基于專家的系統(tǒng)建設不斷發(fā)展成熟，人工神經(jīng)、模擬診斷能力也在逐步提升，但和智能化相比較來說，在系統(tǒng)、精密方面還有待進一步提升，智能化發(fā)展旨在應對各式各樣復雜的航行狀況及多樣復雜的故障類型。二是數(shù)據(jù)與技術(shù)的結(jié)合發(fā)展。數(shù)據(jù)庫為監(jiān)測診斷技術(shù)提供可靠的數(shù)據(jù)目標，通過數(shù)據(jù)與診斷技術(shù)的有效結(jié)合，以此可很大程度提升信息數(shù)據(jù)效率，切實優(yōu)化數(shù)據(jù)處理模式，為監(jiān)測診斷技術(shù)提供有力依據(jù)。

5 ?結(jié)束語

總而言之，隨著全球經(jīng)濟一體化發(fā)展的不斷推進，對國際交通發(fā)展提供越來越高的要求，地球廣袤的海洋環(huán)境為航海事業(yè)發(fā)展提供了有力條件，所以建設船舶航行至關(guān)重要，船舶在航行中有賴于強勁的動力來源，內(nèi)燃機是現(xiàn)階段船舶動力的主要提供者，所以內(nèi)燃機的規(guī)范使用及維護管理重要影響著船舶航行狀況。因此，相關(guān)人員應不斷鉆研研究、總結(jié)經(jīng)驗，加強對船舶內(nèi)燃機遠程狀態(tài)監(jiān)測相關(guān)技術(shù)的有效應用，積極促進船舶內(nèi)燃機的可靠、穩(wěn)定運行。

參考文獻：

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作者簡介：余國虎（1984-），男，湖北武漢人，工程師，碩士，研究方向為船舶動力系統(tǒng)。