船舶柴油機監測與故障診斷技術分析

郭國軍 孫亞麗

摘 要：隨著科技的不斷發展，機械設備在諸多領域當中，都得到了越來越廣泛的應用。在航運領域的發展中，船舶柴油機是一種非常重要的機械設備，在工作運行當中，通常都處于較為復雜、特殊的環境。因此，在船舶柴油機的運行當中，容易發生一些故障問題，對船舶的正常運行造成不良影響。基于此，本文對船舶柴油機的監測與故障診斷技術進行了分析，以期更好的確保船舶的正常運行。

關鍵詞：船舶；柴油機；監測；故障診斷技術

在船舶當中，柴油機是最為重要的部分之一，為船舶的航行提供了重要的動力。在柴油機的運行當中，由于工作條件惡劣，機器結構復雜，并且需要較高的強載度，因而很容易發生故障問題。如果發生故障，會對船舶的正常航行造成影響，帶來巨大的經濟損失，嚴重時還可能威脅到整船人員的安全。基于此，在船舶柴油機的運行當中，應當對其進行有效的監測，通過科學的故障診斷技術的運用，保證船舶柴油機良好的工作狀態。

一、船舶柴油機的主要故障

在船舶柴油機當中，通常具有較為復雜的結構，因而可能會產生很多不同種類的故障，同時有很多不同的原因會造成船舶柴油機故障，各種故障所發生的頻率也不盡相同。

以某型號的船舶柴油機為例，其主要的故障類型包括了噴油設備及供油系統、漏油及漏水、漏氣、基座、破壞及破裂、渦輪增壓系統、曲軸、齒輪及驅動裝置、調速器齒輪、氣閥及閥座、活塞組件、漏油及潤滑系統，以及一些其它的故障問題。

二、船舶柴油機監測與故障診斷技術

（一）油液分析法

在船舶柴油機狀態監測和故障診斷當中，可以利用光譜分析法、鐵譜分析法對潤滑油進行分析[ 1 ]。在柴油機的運行中，各個運動副會發生磨損，在不同磨損情況下，會形成不同的微粒，存在于潤滑油當中。

因此，利用光譜或鐵譜對潤滑油中的金屬微粒進行檢測，就能夠判斷柴油機的故障信息。在實際應用中，光譜和鐵譜各自具有不同的監測功能與監測效果。利用光譜法，能夠對潤滑油中磨損原件的含量進行準確的測定，但是對其形狀、磨損類型等，難以進行了解。

而利用鐵譜法能夠對金屬微粒的成分、大小、形狀等進行了解，但是難以對有色金屬進行高靈敏度的判別。對此，可以綜合應用光譜和鐵譜分析法進行應用。不過需要注意的是，利用這種油液分析法進行監測與診斷，在實時監測、缸位確定等方面存在一定的不足，只能定性描述油液分析結果，具有一定的隨機性特點，因此在實際應用中要加以注意。

（二）瞬時轉速法

在船舶柴油機的運行當中，對于其工作質量、工作狀態等，可以通過觀察瞬時轉速波動信號加以了解和判斷。通過分析瞬時轉速波動信號，還能夠明確柴油機的故障信息、運行狀態等[ 2 ]。不過，在瞬時轉速法的應用當中，也存在著一定的局限性，雖然瞬時轉速波動能夠對柴油機中不正常運行的缸位進行確定，但是對于故障原因，難以進行準確的分析。在實際應用當中，為了對一轉內的角速度變化進行體現，因而需要采用高精度、高頻率響應的瞬時轉速測量儀器，相應的監測與故障診斷成本就會比較高。另外，在現場調試、現場安裝的過程中，也都會面臨著較大的難題。

（三）振動分析法

船舶柴油機在工作當中，會有一定的振動信號產生，利用振動信號能夠實現對柴油機的狀態監測與故障診斷[ 3 ]。在實際應用中，需要進行信息采集、信息分析處理、狀態判斷預報等操作。采用適當的傳感器和放大器等，通過正確的測量方法、傳感器和放大器質量與性能的匹配等，對信息進行準確、全面的采集。在柴油機動力學、運動學、結構、原理等方面知識的基礎上，通過利用數據處理、信號分析等技術，對采集到的雜亂原始的數據信息進行處理，從而獲取直接、敏感的特征參數。采用柴油機維修、運轉、制造等方面的經驗，基于柴油機失效機理、零部件故障的振動情況，對特征參數進行進一步的分析，實現狀態監測與診斷，并對其未來可能的發展趨勢進行預測。該技術在實際應用中，需要識別大量范圍較廣的頻率，具有復雜、大量的運動件需要處理等，對于這些問題，在實際應用中都應加以重視。

（四）熱力參數分析法

在船舶柴油機的運行當中，對于其工作狀態監測和故障診斷來說，熱力參數是一個十分重要的判斷標準，具體包括了冷卻水排放、進出水口溫度、滑油溫度、排氣溫度、氣缸壓力示功圖等。在熱力參數分析法當中，能夠判船舶柴油機的性能情況。其中，示功圖當中包含很多信息，據此能夠對壓縮壓力、壓力升高率、指示功等進行計算，從而對各缸功率平衡性、燃燒質量等進行監測。在描述船舶柴油機動力性能的過程中，示功圖發揮著重要的意義和作用，因此在船舶柴油機監測當中，可對示功圖進行良好的應用。在示功圖的獲取當中，可以利用直接或間接測錄法加以實現[ 4 ]。其中，直接測錄法主要是對缸內壓力隨曲軸轉角變化的情況進行測量，經過整理計算對柴油機工作進程加以體現。間接測錄法則是基于柴油機運行中的其它物理量，對缸內氣體壓力進行識別。這種方法應用在船舶柴油機監測與故障診斷當中，能夠取得十分良好的效果。

三、結論

在當前的交通運輸領域當中，航運是一個十分重要的部分，擁有著不可比擬的巨大運輸量。作為航運當中的重要交通工具，船舶在運行當中，需要依靠柴油機提供動力。

而柴油機在實際工作運行當中，由于各種因素的影響，因而容易發生一些故障。對此，應當采取有效的監測與故障診斷技術，確保船舶柴油機良好的運行狀態。

參考文獻：

[1] 嚴新平，李志雄，張月雷，袁成清，彭中笑.船舶柴油機摩擦磨損監測與故障診斷關鍵技術研究進展[J].中國機械工程，2013，10：1413-1419.

[2] 王永堅，陳景鋒，楊小明.基于油液分析的船舶尾軸承狀態監測與故障診斷[J].集美大學學報（自然科學版），2014，04：285-290.

[3] 姚曉山，張衛東，周平，朱子梁.基于油液監測的船舶柴油機故障預測與健康管理技術研究[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2014，04：874-877.

[4] 李江華，董勝先.故障樹分析法在故障診斷中的應用研究——以船舶柴油機燃油系統故障診斷為例[J].能源與節能，2015，11：128-131+184.