船舶机械设备状态监测及标准应用探讨

船舶机械设备状态监测及标准应用探讨

朱宇翔

南通航海机械集团有限公司

摘要：船舶机械设备状态监测是现代海运事业发展的挂件，随着船舶机械设备现代化、自动化、智能化发展，船舶机械设备结构日益复杂，运行工况也越来越复杂，故障发生概率持续增长。加强船舶机械设备状态监测，可及时掌握机械设备运行情况，预测潜在故障，预先进行处理，将风险扼杀在萌芽阶段。本文先对船舶机械设备常见故障进行分析，在此基础上，探究船舶机械设备状态监测方法及标准应用方法，动态获取船舶机械设备状态信息，预测潜在故障，有效降低船舶机械设备维修成本，提升设备运行可靠性，助力我国海运事业发展。

关键词：船舶机械设备；运行状态监测；故障；标准应用

在当前海运事业发展中，船舶机械设备性能不断提升，设备结构也日益复杂，零部件数量越来越多，开始朝向微小化和智能化方向发展，设备长期运行在复杂自然环境中，容易发生各种故障，影响设备安全性和可靠性，还会造成严重经济损失，污染海洋环境。因此，传播机械设备状态监测和异常诊断已经成为当前船舶机械管理关键环节，工作人员必须合理运用各项技术，精准监测设备运行状态，预测故障发生类型和规模，将原有时候故障维修转变为事前预防，以实现船舶安全运输形式。

1 船舶机械设备常见故障

对船舶机械设备常见故障进行调查发现，设备内部元件结构复杂多元，工况的复杂，为保障高效、高质量设备运行，必须确保内部机械构造性能良好，元件质量达标。目前较常出现的故障类型为设备过度磨损、老化、疲劳、破裂、断裂、机器变形、电路短路、锈蚀、烧损等。经常发生故障的部位有柴油机 、轴系、活塞、气阀、燃油喷射系统等，其中，柴油机的发生概率最大为85%，活塞、缸套、气阀等故障发生概率其次，为45.7%，燃油喷射系统故障发生概率约为19.1%。汇总过往操作经验可知，船舶机械设备故障大多出现在主机系统，特别是柴油故障，通常为活塞损耗、润滑油质量不佳、拉缸等，具体表现为机器转速降低、润滑油温度升高、曲轴箱外有烟雾、运行期间突然出现哒哒声，对设备运行性能及安全性造成威胁，情况严重时可造成人员伤亡和海水污染[1]。

螺旋桨故障也是较常出现的故障类型，主要为螺旋桨叶片破损，船舶航运期间突然出现较大幅度的振动，且振动随着速度降低而降低，这是因为螺旋桨破损，成对螺旋桨无法同步运行，船体处于失衡状态[2]。探究螺旋桨叶破损原因，大多为材料不合格、铸造存在缺陷、触礁、海水侵蚀等。为避免故障频繁发生，工作人员必须熟悉故障类型及出现原因，做好常见故障部位状态监测和预防措施，以科学控制手段保障船舶机械设备安全运行。

2 船舶机械设备状态监测方法及标准应用

2.1 振动分析法

振动分析法，主要检测船舶机械设备作业时的振动情况，通过振动响应的功率谱线图分析判断机械设备运行状态，检查是否存在故障，具有操作便捷、效率高、精准度高等优势，在船舶机械设备状态监测中发挥重要作用[3]。具体步骤如下：（1）技术人员应当全面掌握船舶机械设备结构，了解各零部件之间的关系，分析零部件运行环境，如温湿度、压力、腐蚀情况等，明确各个零部件是否存在维修情况，建立维修档案；（2）将经常出现故障的零部件放在状态监测首要位置，确定监测点位后，安全好各项设备，对设备振动方向、振动频率等运行参数进行采集和记录，比对分析设备运行状态，判定设备是否处于异常运行状态，并就异常运行和常规运行状态参数进行比较，测定数值偏离程度，判定故障严重程度[4]。例如，柴油机主轴承，可以借助功率谱和倒频谱判断柴油机轴承磨损问题，判定是否出现过度磨损故障；气阀漏气振动监测，对气缸振动情况进行监测，观察气缸振动规律信号和振动出现时间差线状图，综合分析其激励源的振动响应功率谱线图判定是否出现漏气故障；（3）深入研究检测出的故障，如故障出现时振动波形、频率、时差定位和相位，确定故障成因和具体步骤，采取相应维修措施。值得注意的是，振动监测技术的应用主要基于船舶机械设备零件振动时各种参数的差异性，一旦出现故障或异常，会快速判断出故障位置和范围，故多应用在气阀漏气、柴油机主轴承磨损、活塞－缸套磨损等故障监测中。

2.2 油液分析法

油液分析法，主要用于船舶机械设备磨损故障，对润滑油中磨损微粒浓度、大小及形状变化、含铁量变化、油质变化等进行监测，确定设备磨损程度、磨损故障发生位置和原因，油液分析法的使用可有效掌握船舶机械设备潜在故障或者已经发生的故障，弥补计划性检修不足，降低机械设备发生概率，在目前船舶机械设备状态监测中有着十分广泛的应用[5]。目前，较为常见的油液分析法有污染度指标分析、光谱分析、铁谱分析、在线及离线融合法、理化指标分析法等。其中，理化分析法主要针对油液的物理和化学性质，如颜色、粘度、总酸值和总碱值、闪点等，确定油液品质符合标准，如果检测发现油液品质异常或者变质，需要及时更换润滑油，对相关设备进行维修。光谱分析法，以油液中微粒、杂质发射和吸收的光谱为基础，分析对比其中的成分和含量，由此推断出零件磨损程度，以便后续维修和养护。铁谱分析法，通过将油液中的微粒和杂质分离出来，借助显微镜观测磨损微粒和杂质，分析微粒和杂质的成分、密度、形状和尺寸等，推断零件损坏情况，确定后续是否需要维修以及需要采取哪种维修手段。

2.3 热力参数分析法

船舶机械设备系统中，柴油机属于重要组成部分，热力参数分析法的应用，可以对柴油机内部运行时汽缸的排气温度差、润滑油温度、冷却水进出口温度等进行监测，绘制压力示功幅度图或温度变化曲线图，判断设备工作状态[6]。该技术的优势在于动态化实时监测，还可以通过压力示功幅度图了解内部燃烧情况，应用效果显著，应用范围广泛。在具体监测中，维修人员可使用便携热工检测仪监测柴油机整体运行参数和缸内过程，分析监测数据，了解柴油机整体运行状态，以此为依据，适当调整各缸喷油量以及喷油时间，有效避免单个缸超负荷运行情况出现，实现高效节能用油，保证柴油机运行平衡，发挥整机功率。该方法操作简单，可直观看到数据变化情况，结合丰富工作经验和维修知识，准确掌握船舶机械设备运行工况，有效减少船舶机械设备故障发生概率。

2.4 综合分析法

综合应用各种监测方法及故障分析方法，取长补短，互相融合，对监测数据进行分析和提取，预判可能发生的故障，做出诊断性分析，做好故障预防和排除，避免事故发生，确保船舶机械设备安全、高效运行。其中，油液分析技术是目前使用效率最高、效果最好、收益最高的一种船舶机械设备状态监测技术，能有效分析设备液压系统动态运行情况，还能严格把控机械设备运作中出现的各种污染物，保障液压设备安全可靠运行，延长设备使用寿命。现如今，我国船舶机械设备运行状态监测技术日益普及，各种技术发展越来越成熟，有效控制了船舶运行污染问题，相关人员可以直接在船舶运行周围海域进行抽样监测，获得直观污染数值和颗粒物大小指标，了解船舶运行周围环境。为进一步提升监测效果，我国应顺应国际标准，编制一套适宜船舶机械设备监测和污染控制内容规范和技术标准，精准衡量油液污染情况，以促进我国船舶事业发展。

3 结束语

综上所述，新时期，面对日益兴盛的海运事业，相关企业及人员都对船舶质量和性能提出来更高要求，相应地，对船舶机械设备运行维护也提出了新要求。为提升微小化、智能化、自动化船舶机械设备发展趋势，缓解维修人员不足导致的机械设备维修水平不高情况，相关人员应当中船舶机械设备运行状态监测。充分掌握船舶机械设备故障类型和主要发生位置，使用振动分析法、油液分析法、热力参数分析法、综合分析法等监测方法，掌握机械设备运行状态，通过数据分析预判潜在故障类型、位置和程度，保障船舶机械设备运行性能和质量。该技术的应用还需要完善制度规范和技术作为保障，要求相关人员重视船舶机械设备的维修和保养，转变传统事后维修的不足和高成本，以事前预测和预防为主，提升船舶机械设备运行整体水平，助力我国船舶安全稳定运行，船舶事业长期、可持续发展。

参考文献

[1]贾广付，马春梅. 浅析智能船舶设备状态监测与故障诊断[J]. 船舶物资与市场，2020,(02):61-62.

[2]肖科彬. 船舶动力设备状态监测与故障诊断技术分析[J]. 珠江水运，2021,(15):92-93.

[3]王之民，陈松涛，胡祥平. 船舶机舱辅机设备振动监测系统设计[J]. 江苏船舶，2021,38(01):26-28.

[4]王瑞涵，陈辉，管聪. 基于机器学习的船舶机舱设备状态监测方法[J]. 中国舰船研究，2021,16(01):158-167.

[5]吴珏斐. 船舶动力设备状态监测与故障诊断维修研究[J]. 内燃机与配件，2021,(15):105-106.

[6]杨啸，王翔坤，胡浩，朱敏.面向设备状态监测的可视化技术综述[J].计算机科学，2022,49(07):89-99.