船舶主机常见故障的诊断技术分析.docx

船舶主机常见故障的诊断技术分析 胡巧伟摘要：为快速查明船舶主机故障问题，应当对相关的诊断技术进行合理运用。文章以抚仙湖中的某船舶作为研究对象，针对其常见故障问题，设计开发一款诊断系统，期望能够为船舶主机故障的快速处理提供帮助。关键词：船舶;主机;故障;诊断主机作为船舶的动力装置，其重要性不言而喻，一旦出现故障，会对船舶的正常运行造成影响。为在最短的时间内找出故障原因，应当对诊断技术进行合理运用。借此，下面就船舶主机常见故障的诊断技术展开分析探讨。1船舶主机故障诊断机理故障是一种现象，可将之简单地理解为非正常状态，如果将船舶主机视作为一个系统，那么当这个系统的运行与正常状态发生偏离时，便可判断系统出现故障问题。伴随着故障的出现，船舶主机中的某个或是某些功能将会随之失效。通常情况下，所有故障的发生都有特定的原因，找出这个诱发故障原因的过程，即故障诊断，是故障维修中不可或缺的关键技术之一。在船舶领域中，主机故障诊断是业内专家学者研究的重点内容，通过不断研究，在诊断机理与方法等方面均取得显著的成果，业内对于船舶主机的故障诊断过程也达成共识，具体如图1所示。船舶主机由多个部件组合而成，从整体结构上看具有一定的复杂性，基于这一前提，想要对船舶主机运行状态进行全面监测难度非常大，正因如此，使得船舶主机故障诊断的研究主要集中在如下几个方面：活塞气缸、配气系统以及燃油喷射系统。2船舶主机常见故障的诊断技术在对船舶主机的一些常见故障问题诊断时，为在确保诊断结果准确的基础上，提高诊断效率，可对相应的故障诊断系统进行应用。下面以抚仙湖中的某船舶作为研究对象，该船舶设计持水量为20.4t，服务航速为9.72kn，最大载客量为250人，1台主机，型号为6135ACaB3柴油机。该船舶主机的柴油机系统故障率相对较高，约为45%左右。下面针对柴油机设计开发的一套状态监测与故障诊断系统。2.1系统的设计思路为对船舶主机的故障进行快速诊断，需要对主机的运行状态进行实时监测，基于这一前提对诊断系统进行设计开发。整个系统包括两个部分，即硬件和软件。系统硬件的核心为传感器，它能够对主机的相关热力参数进行采集，并将采集到的信号经转换后传给工控机，以此来实现状态显示、超限报警等功能。系统软件通过对特征参数的提取，依据相关的分析结果，对主机中的故障进行准确定位，借助BP神经网络技术，完成故障诊断。2.2系统硬件选型对于船舶主机而言，状态监测是故障诊断的重要前提，为对船舶主机的运行状态进行实时监测，需要借助如下硬件设备：传感器、采集卡以及工控机等等。当船舶主机进入到正常的工作状态后，会产生出大量的信号，如压力、温度等等，利用相应的传感器可对这些信号进行采集。传感器采集到的信号经过A/D转换后，能够直接传送给工控机，通过软件控制，便可对船舶的主机状态进行监测。关键硬件的选型如下：2.2.1传感器压力传感器。该传感器主要负责对船舶主机的气缸压力进行采集，通过多方面比较之后，最终决定选用国外某公司自主研发的一款压力传感器，型号为7613C。之所以选用这款传感器，主要是因为它能够在潮湿、油污等较为恶劣的环境中，对燃烧室进行长期测量。该传感器的量程为0-250bar，灵敏度为20mV/bar。转速传感器。为对船舶主机的瞬时转速信号进行准确测取，经过比较后，最终选取国内某公司生产的磁电式转速传感器，型号为SZMB-5。该传感器的输出波形为近似正弦波，50r/min，测量范围可以达到50-5000Hz，输出信号幅值50mV。2.2.2采集卡由于本次开发的系统主要是对船舶主机的运行状态进行监测，根据监测结果，对相关的故障进行诊断。所以，在数据采集卡的选择上，并没有过高的要求。只要保证性价比高，运行稳定即可。经过比较之后，最终决定选用国内某公司研制开发的ISA系列数据采集卡，型号为AC1558和AC1810。其中AC1558是低价位卡中具备A/D输入模拟功能的采集卡，A/D与PC机相互隔离，运行更加稳定、可靠;AC1810具有12位ISA总线，采样率为100KHz，支持同相位信号高速采集。2.2.3工控机船舶不可避免地会在振动的环境中作业，针对这一情况，为确保工控机能够始终保持稳定的运行状态，必须保证诊断系统所选的工控机可以满足船舶多振动的作业要求。经过比较后，最终选取国内某公司自主开发的工控机，型号为IPC-810A。这款工控机自带防震压条，能够有效避免插卡振动问题的发生。2.3系统软件设计在对系统软件进行设计的过程中，采用当前较为流行的模块化思路，主要包括以下模块：数据采集模块、信号处理模块、主机运行模块以及故障诊断模块等。2.3.1数据采集模块该模块可以为系统提供如下功能：配置采集卡、显示数据波形、采集过程控制、采集数据存储等。该模块在采集频率的选择上，主要是以船舶主机的瞬时转速、气缸压力信号的频率作为依据。2.3.2信号处理模块该模块的作用是处理船舶主机瞬时转速与气缸压力信号，具体包括信号提取、滤波以及平滑处理等。2.3.3主机运行模块该模块能够对船舶主机运行状态的关键参数进行实时显示，同时还能对热力参数中的油温、油压、转速等进行监测与报警。2.3.4故障诊断模块该模块是整个系统的核心，通過它可以实现对船舶主机常见故障问题的快速诊断。在对该模块进行设计的过程中，引入BP神经网络，对MatLab语言进行调用，将LabVIEW（实验室虚拟仪器工作平台）作为ActiveX自动化控制器，同时将MatLab作为自动化服务器。利用工作平台与Lab语言的结合，使整个系统的诊断能力得到大幅度提升，可以对船舶主机活塞气缸中的磨损、活塞环断裂;配气系统中的气门漏气、间隙异常;燃油喷射系统中的燃烧提前、雾化燃烧不良、失火等常见故障进行快速、准确地诊断。3结论综上所述，船舶作为水上交通工具，其运行是否稳定，与主机具有较为密切的关联。若是主机频繁发生故障，则会严重影响船舶的正常使用。鉴于此，应当针对船舶主机常见的故障问题，开发设计状态监测与故障诊断系统，借助该系统对主机的运行状态参数进行采集，通过数据分析，完成故障诊断。参考文献1杨强，闫城，陈峰.船舶主机气动操纵系统常见故障与措施方法探讨J.内燃机与配件，2020（6）：151-152.2孙月发，张敬平，张旭东.振动信号分析技术在船舶主机故障诊断中的应用J.舰船科学技术，2019（20）：52-54.3王宝生.基于数据挖掘的船舶主机故障远程诊断系统设计J.珠江水运，2019（17）：66-67.4何琪，毛攀峰，徐鹏.GA-BP算法在船舶主机故障诊断中的应用J.仪表技术，2018（3）：14-18. -全文完-