船舶機械設備常見故障及狀態監測技術分析

牛浩平

（鄭州機電工程研究所，河南 鄭州 450000）

船舶機械的結構復雜，零部件較多，且長期在復雜的自然環境中運行，機械設備容易發生故障，對船舶運行的安全性和可靠性造成影響。一旦船舶機械設備出現故障，不僅會造成嚴重的經濟損失，而且導致人員傷亡，對海洋造成污染。所以要對船舶機械設備的常見故障進行分析總結，提前做好各項防范措施，在發生故障時能夠及時處理。狀態監測技術是指在船舶機械設備運行的過程中，通過各種監測手段來獲取機械設備運行狀態下的各種技術參數，根據機械設備的狀態參數和變化特征來判斷運行狀況，并且對其發展趨勢進行預測，能夠及時掌握船舶機械設備的運行狀況，降低機械設備故障的發生概率，為提高船舶運行的安全性和可靠性奠定了有利的基礎。

1 船舶機械設備的常見故障分析

隨著科學技術的發展，我國的船舶制造水平也不斷提升，船舶動力裝置也向自動化、智能化方向發展，可靠性有了很大的提升，但是仍然會有船機故障發生。在船舶主、輔機損傷中，柴油機故障占全部機損的80%以上，在主機故障中，活塞、缸套、曲軸、氣閥發生故障率較高，在輔機故障中，潤滑系統和冷卻系統故障發生率較高。大部分故障基本是由磨損、疲勞、老化、破裂、斷裂、銹蝕和燒損等造成的，船機故障的發生會造成一定的經濟損失，嚴重的情況下還會導致人員傷亡和海水污染。所以對船舶機械的常見故障進行分析，有利于做好預防措施，并且通過對常見故障部位進行狀態監測，能夠有效減少故障的發生概率，提高船舶機械運行的可靠性。

下面對幾種比較常見的船舶機械故障進行分析，并提出相應的解決方法。柴油機是船舶機械中的重要組成部分，拉缸是柴油機比較常見的故障，主要表現為船舶運行過程中突然出現了噠噠的聲音，同時機器轉速降低、曲軸箱外有煙霧、潤滑油和排出氣體溫度升高等現象。出現這種現象的原因主要是潤滑油質量不達標，潤滑油長期不更換、油壓不足、柴油機異常磨損等。為了預防柴油機拉缸，應該根據柴油機的實際運行需求，選擇高質量的潤滑油，且及時更換潤滑油，以保證潤滑油的純度和潔凈度。定期檢查潤滑油的質量和油壓，防止變質。加強對冷卻水溫度、排出氣體溫度的檢測，采用狀態監測可有效防止這類問題的發生；螺旋槳作為船舶航行時的推進器，一旦螺旋槳出現故障，將會導致船體失衡或者減速。

螺旋槳葉破損是螺旋槳常見故障，主要表現為在船舶航行過程中會突然出現幅度較大的瘋狂振動，隨著速度的降低，振動幅度會有所降低。出現這種現象的原因主要是個別螺旋槳葉破損或者斷裂，從而導致成對的螺旋槳無法同步運行，船體在失衡狀態下而導致船體振動。螺旋槳葉破損或者斷裂一般是由于材料不合格，結構鑄造有缺陷、海水腐蝕以及觸礁等原因。為了預防螺旋槳葉破損，可以定期檢查螺旋槳葉狀態，對于出現破損或者斷裂的螺旋槳葉，可采用接補法來修復裂痕或者腐蝕；船舵是掌握船舶航行方向的重要結構，在船舶航行遇到緊急情況需要換舵時，會出現無法換舵的故障。出現這種現象的原因是油泵組安裝不合理或者裝配位置不當，預防措施為裝配備用油泵組，并且保證每臺油泵組配置一臺獨立的動力驅動液壓泵，確保油泵組能夠正常運行[1]。

2 船舶機械設備狀態監測技術

傳統的船舶機械設備維修主要以計劃性周期檢修為主，根據船舶的運行狀態確定檢修周期。計劃性檢修不僅會增加維修成本，同時由于對運行狀況良好的設備進行拆裝，會改變機械設備原有的間隙配合和潤滑狀態，反而會加大故障的發生率。而采用狀態監測技術，可在船舶機械設備運行的過程中對各機械裝置的運行狀態進行實時監測，通過對技術參數的比對，能夠及時掌握機械設備的運行狀態，并且通過技術參數的變化趨勢可以預測機械設備的運行狀態，及時作出維護措施，減少機械設備可能會發生的故障。狀態監測技術的使用將船舶機械設備的計劃性檢修轉向預防維修，大大降低船舶機械設備的維修成本，延長機械設備的使用壽命，提高船舶機械運行的可靠性[2]?，F階段，船舶機械設備狀態監測技術主要有油液分析法、振動分析法、熱力參數分析法等，下面主要對這3 種方法進行分析。

2.1 油液分析法

油液分析法主要是對船舶機械設備潤滑油中磨損微粒的濃度、形狀以及大小的變化、油質的變化、含鐵量的變化進行監測，以此來判斷機械設備的磨損狀態，并且能夠判斷出故障點以及發生故障的原因。油液分析法能夠及時掌握船舶機械設備已經發生以及潛在的故障，可有效避免機械設備發生故障的概率。由于油液分析法能夠提前預防船舶機械設備故障的發生，所以可有效彌補計劃性檢修所具有的缺陷，在船舶機械設備狀態監測中得到了廣泛的應用。目前，油液監測分析方法主要有鐵譜分析法、光譜分析法、理化指標分析法等。鐵譜分析法主要是使用高梯度的強磁場，將油液中的污染雜質、機械磨損的微粒分離出來，然后利用顯微鏡對分離出來的雜質和磨損微粒進行觀測，通過雜質、微粒的成分、密度、尺寸和形狀等進行分析，可以推斷出機械零件的損傷狀況，進而決定是否需要維修以及采用何種手段維修。

光譜分析法主要是利用油液中所含雜質和微粒發射或吸收的光譜，來判斷雜質和微粒的成分及含量，然后推斷出機械零件的磨損程度及是否需要維修。理化分析法主要是對油液本身的品質進行分析，監測油液的化學、物理性質，通過對油液的顏色、黏度、閃點、總酸值和總堿值等進行監測，判斷油液理化指標是否還符合標準要求，如果理化指標出現異常要及時更換潤滑油，或者對機械設備進行維修[3]。

2.2 振動分析法

振動分析法主要是通過對船舶機械設備的振動頻譜和頻率進行分析，來判斷機械設備的運行狀態。因為振動監測法操作簡單、精準度和效率都較高，所以在船舶機械設備狀態監測中應用非常廣泛。振動監測的操作主要有以下步驟。1）對船舶機械設備的整體進行機理分析，詳細了解整個船舶機械設備的結構以及每個零部件之間的關聯性，對零部件的運行環境進行分析，包括溫濕度、壓力、是否有腐蝕等情況出現，每個部位是否進行過維修，建立完整的維修檔案，然后對機械設備正常運行狀態下的各項參數進行記錄。2）對船舶經常出現故障的零部件進行檢測，先確定測點，然后對其運行過程中的各項參數進行記錄，尤其是明確振動的方向和頻率等信息，經過多次獲取的數據分析，將設備處于異常運行狀態下的數值與正常運行狀態下的數值進行比較，統計出偏離值的大小以及故障的嚴重程度。3）對檢測出的故障進行深入研究，包括出現故障時振動的波形、波頻的特性、時差的定位、相位分析等，然后根據故障的成因，即可通過對振動特性進行分析來判斷故障成因及部位。振動監測技術是基于船舶機械設備各零部件在振動時各種參數的差異性而對故障做出的判斷，所以主要用于船舶柴油機主軸承磨損、活塞-缸套磨損、氣閥漏氣等狀態監測中。在確定故障原因及部位后，就可以采用相應的維修措施[4]。

2.3 熱力參數分析法

熱力參數分析法主要是通過對船舶機械設備運行時熱力參數的變化來判斷設備的工作狀態，對排氣溫度、滑油溫度、轉速、冷卻水進出口溫度計排放等參數進行監測，就能夠判斷機械設備的運行狀況。柴油機是船舶中的重要組成部分，在柴油機中使用熱力參數分析法會取得顯著的成效。使用便攜熱工檢測儀就可以對柴油機整機的參數和缸內過程進行測量，通過對測量獲得的數據進行分析，就可以了解柴油機的運行狀態，然后通過對各缸噴油量以及噴油定時調整，可以有效降低耗油率，避免個別缸出現超負荷運行的情況，能夠保證柴油機的平衡運行，進而充分發揮整機功率。熱工參數分析法能夠對柴油機進行實時在線監測，所以通過對運行參數變化趨勢的分析，能夠及時發現柴油機出現的異常，避免事故的發生。熱力參數分析法操作簡便，在獲取熱力參數后，憑借豐富的工作經驗即可對船舶機械設備的運行工況有清晰的了解，減少船舶故障的發生概率。

3 結語

隨著我國海運事業的發展，對船舶的質量和性能都提出了更高的要求，所以應該加強對船舶機械設備的維修、維護和保養。傳統的檢修維護方法主要是事先檢修維護，不僅維護成本高，而且還會縮短機械設備的使用壽命，在發生故障后進行的維修也會造成一定的經濟損失。而采用狀態監測技術，能夠及時掌握船舶機械設備的運行狀態，并且還能夠對其發展趨勢進行預測，在發生故障時能夠準確定位故障點。狀態監測技術在船舶機械設備中的應用，是我國科學技術發展的必然產物，為我國船舶機械的安全可靠運行提供了有利的保障。