綜合監測技術在船舶中間軸承監測診斷中的應用

于 濤,李 浩，王永旭，易少強

(91315部隊，遼寧 大連 116041)

船舶中間軸承是用來承受中間軸的重量、因軸系變形和運動造成的附件徑向負荷，以及承受與中間軸相對運動時的摩擦與磨損。中間軸承工作表面的主要失效形式包括磨損、裂紋、剝落、膠合、燒熔等[1]。

單一運用某種監測技術手段可以有針對性地發現中間軸承某一部位的早期故障，然而無法實現對中間軸承系統進行整體判斷，有時甚至存在無法早期發現故障并精準定位的問題，綜合運用油液、紅外、振動和熱工參數等監測技術手段對中間軸承進行狀態監測，可實現一個故障引起多個現象的診斷工作，多個監測技術手段相互之間形成互相印證，有助于對中間軸承運行狀態做出綜合判斷，從而精準確定故障產生的原因、部位和性質，并預測故障的發展趨勢。

1 監測技術手段

油液監測技術將采集到的設備潤滑油或工作介質樣品，利用光、電、磁學等手段，分析其理化指標、檢測所攜帶的磨損和污染物顆粒，從而獲得機器的潤滑和磨粒狀態的信息，定性和定量地描述設備的磨損狀態[2]。

振動監測技術是通過對所測得的振動參量進行各種分析處理，借助一定的識別策略，對機械設備的運行狀態做出判斷[3]。紅外熱成像測溫技術是一種直觀、準確、靈敏、快速、安全、應用范圍廣泛的測定物體表面溫度場分布的非接觸測量技術。任何高于絕對零度的物體由于其自身分子的運動，不停地向外發射熱輻射，紅外熱像儀通過接收物體發出的紅外線，再由紅外探測器將物體輻射的功率信號轉換成電信號，經電子系統處理，得到與物體表面熱分布相應的熱圖像，從而給出物體表面的溫度分布情況[4]。熱工參數監測技術是依據有關監測儀表顯示的熱工參數值判斷熱機狀態，從而進行故障診斷的技術。

2 應用實例

2019年9月至11月，對某型船航行期間的中間軸承綜合采用油液、振動、紅外和熱工參數技術手段，進行跟蹤監測診斷。

2.1 油液監測

原子發射光譜分析技術可以有效地測定潤滑系統中潤滑油所含磨損顆粒的成分及含量，也可以準確地監測潤滑油中添加劑狀況、潤滑油污染程度和衰變過程。超譜M型原子發射光譜儀具有分析速度快、讀數準確、重復性好、分析容量大等特點，可直接顯示元素的含量。超譜M型原子發射光譜儀測量潤滑油各元素質量分數見表1。

表1 潤滑油各元素質量分數 μg/g

2.2 振動監測

對于船舶航行期間，許多設備振動監測一般采用先簡易診斷后精密診斷的策略，簡易診斷就是利用簡單便攜設備進行粗略診斷，判斷設備運行是否正常；精密診斷則是利用更為復雜的儀器、理論、方法，探明故障產生的原因、部位和嚴重程度。本案例采用VA-12便攜測振儀對中間軸承進行簡易診斷，用振動烈度指標來表征振動嚴重程度。中間軸承振動烈度值見表2，測試條件均為推進柴油機額定工況。

表2 中間軸承振動烈度值 mm/s

2.3 紅外監測

Ti25紅外熱像儀增強了故障檢測和分析的能力，觀察模式包括全紅外、畫中畫或自動融合可見光圖像和熱紅外圖像，提供快速發現故障所需的清晰、銳利圖像。中間軸承端蓋紅外測溫值見表3，測試條件均為推進柴油機額定工況。

表3 中間軸承端蓋紅外測溫值 ℃

2.4 熱工參數監測

熱工參數中間軸承溫度儀測溫值見表4，采集條件均為推進柴油機額定工況。

表4 中間軸承溫度儀測溫值 ℃

2.5 監測數據分析與故障檢修

1)第一階段監測數據分析與故障檢修。9月23日，對獲取的振動烈度值進行分析，判斷1#軸承振動正常(合格振動烈度值最大7.1 mm/s)。9月25日，對獲取的油液中元素進行質量分數分析，判斷1#軸承油液中鐵、銅、鉛、錫元素質量分數偏高(元素質量分數報警經驗閾值為鐵30 μg/g、銅20 μg/g、鉛10 μg/g、錫10 μg/g)。9月26日，對獲取的熱工參數進行分析，判斷1#軸承溫度達到正常值上限(≤65 ℃)，并對獲取的紅外溫度進行分析，判斷1#軸承前端蓋溫度高，且與后端蓋溫差較大。

綜合上述多種監測技術分析，結論如下：1#中間軸承可能存在磨損現象，且軸承溫度偏高。考慮到船舶航行期間檢修故障的實際條件，本著排除故障先易后難、先外圍后中心的原則，提出清洗1#中間軸承冷卻系統和補充潤滑油檢修工作建議，該檢修建議于9月27日完成落實。

2)第二階段監測數據分析與故障檢修。10月2日，對獲取的振動烈度值進行分析，判斷1#軸承振動正常。10月4日，對獲取的熱工參數進行分析，判斷1#軸承溫度較第一階段監測數據有所下降，但仍接近正常值上限；對獲取的紅外溫度進行分析，判斷1#軸承前端蓋溫度較第一階段監測數據略有下降，但仍偏高且與后端蓋溫度溫差大。10月5日，對獲取的油液中元素質量分數進行分析，判斷1#軸承油液中鐵、銅、鉛、錫元素含量較第一階段監測數據持續上升。

綜合上述多種監測技術手段分析，結論如下：第一階段采取的故障檢修措施，一定程度緩解了1#軸承溫度高的問題，但仍未能解決軸承磨損問題，考慮到1#中間軸承潤滑油使用時間已接近換油時間上限，同時分析1#軸承前、后端蓋溫差較大的實際情況，提出更換1#中間軸承潤滑油和檢修軸承前端蓋工作建議，該檢修建議于10月6日完成落實，1#中間軸承前端蓋密封膠圈換新。

3)第三階段監測數據分析。10月12日，對獲取的振動烈度值進行分析，判斷1#軸承振動正常。10月13日，對獲取的熱工參數進行分析，判斷1#軸承溫度正常；對獲取的紅外溫度進行分析，判斷1#軸承前端蓋溫度正常；并對獲取的油液中元素質量分數進行分析，判斷1#軸承油液中鐵、銅、鉛、錫元素質量分數正常。

2.6 監測診斷結論

1#中間軸承存在磨損，鐵、銅元素主要來源于軸和軸承，錫元素主要來源于軸瓦。軸承端蓋密封膠圈斷裂磨損是造成該軸承磨損的直接原因，鉛元素主要來源于密封件，舊的密封膠圈粘合處斷裂且磨損量達1 mm，中間軸承端蓋處膠圈與軸摩擦溫度升高傳導至中間軸承內部，導致中間軸承溫度升高。該故障產生原因可能有2個，一是船舶航行期間氣象條件較差，導致船體和軸系振動加大，引起軸承端蓋密封膠圈斷裂，導致中間軸承磨損；二是該軸系可能存在輕度軸線不對中現象，長期連續工作引起軸系振動所導致。

3 結束語

綜合運用多種監測技術手段，可以實現早期發現機械設備故障，有效提高監測診斷結論的可靠性，并為設備維修決策提供依據。結合船舶進廠維修時機，進行必要的中間軸承拆檢和軸系中心線狀態檢查。逐步實現船舶航行期間振動監測簡易診斷技術向精密診斷技術廣泛應用的轉換，進一步提高綜合監測診斷能力。