海上船舶机电设备故障分析与解决对策研究

船舶在运输、海上油田开发等方面有重要作用。动力装置是船舶的“心脏”。由于船舶处于离岸、流动作业，航行持续时间长，环境变化频繁甚至恶劣，运行条件苛刻，故船舶动力装置发生故障通常具有不可预见和灾难性。状态监测与故障诊断技术是将测试技术、信号处理与模式识别以及决策诊断等各种技术融合的综合性技术，该技术涉及机械学、热工学、计算机科学等学科，是一种跨学科技术，它采用各种分析方法和智能诊断与状态预测技术，判断故障源及故障程度，预测设备状态的趋势，从而进行有针对性地维修和保养。在船舶种类日新月异的今天，船舶安全方面也是一个不可避免的问题。当前，关于工程船舶动力机械安全保障系统研究、工程船舶动力机械各种情况分析维修以及安全可靠维修提出船舶机电设备状态监测与故障诊断新途径和新举措。

[关键词]海上油田；船舶动力；机械运行；状态监测；故障诊断

中图分类号：S148 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）04-0343-01

船舶对海上油田开发有重要作用。本文针对工程船舶动力机械运行特点，详述工程船舶动力机械状态监测和故障诊断研究的意义，介绍常见船舶动力机械状态监测与故障诊断的方法和现状，并指出工程船舶动力机械状态监测和故障诊断技术发展趋势。

1 研究工程船舶动力机械意义

船舶数量和吨位的快速增长，安全性越来越受到人们的关注。相对一般船舶而言，工程船舶的特点为：离岸、流动作业和可靠性要求高，同时工程船舶动力机械要有更为严格的要求。随着科学技术的发展，船舶动力正朝着大型化、多样化、紧密化方向发展，它的工作性能得到了很大的提高，自动化的也适应于多种操作，但是由于自身结构的复杂化，以及工作环境的不理想，以及同一动力装置持续运转的时间长等问题导致发生故障的可能性极大。因此对船舶动力装置状态的监测与故障技术的研究，可以让人们及时的发现船舶动力装置故障的发生前兆，为后期的维修与保养建立一个有效的技术参数数据。也可以对于设备维修的决策做出正确的指导，有效的将事故发生率降低，为正常工作做保障。开展状态监测技术研究应用，不断提高故障诊断技术水平，其主要意义表现在以下两方面。

1.1 加快船舶维修制度的发展

传统的船舶维修主要依靠个人经验，以经验维修、定时维修和事后维修为主。开展工程船舶技术研究和应用可以依靠计数手段，克服传统维修模式的弊病，根据不同情况分析维修以及安全可靠维修，从而加快船舶维修技术的发展，实现现代化工程船舶维修需求。

1.2 节约维修成本从而增加经济收益

传统维修成本高，检修间隔时间段，维修费用高。在工程船舶动力机械上广泛应用CMFD技术，尽可能地减少了计划外维修、过剩维修以及降低不必要的檢查，有针对性地解决了设备隐患，避免了盲目性，对关键设备进行状态监测和故障诊断可以提高设备的可靠性，实现“事后维修”到“预知维修”的转变，提高设备管理水平。

2 船舶动力机械技术应用

2.1 状态监测技术现状

统计显示，各种船舶动力机械状态监测技术已经走出纯理论状态，开始从研究阶段走向实用化阶段转化，各种在线监测传感器和在线监测系统也相继出现在大众面前。性能参数监测、

瞬时转速监测、油液分析监测、振动监测等方式是眼下船舶动力机械所使用的状态监测技术的主要手段，其中，瞬时转速监测利用瞬时转速波动信号能较理想监测机器工作状态和工作质量，并通过瞬时转速波动信号分析出机器运行状态以及相关故障丰富信息，然而，此方法虽然可以确定机器工作不正常缸位，却不能确定故障原因；由于瞬时转速测量仪要瞬间反应一转内角速度的变化，瞬时转速测量仪就必须具备高频率响应、高精度特点，导致设备费用昂贵；此外，现场安装和调试使用也均比较难实现。

2.2 故障诊断技术现状

目前，为适应新的形势需求，国内外众多的航运企业和科研院所开展了故障诊断技术研究，随着状态监测和科技进步，导致相继产生了许多新的故障诊断理论和方法。比如，基于贝叶斯决策判据函数模式识别方法、基于线性与非线性判别函数模式识别方法、基于距离判据的故障诊断方法、基于概率统计论的时序模型诊断方法、灰色系统诊断方法以及模糊诊断原理等诊断理论和方法。

3 工程船舶动力机械诊断处理技术

CMFD技术和系统的研究方向逐渐多元化，由于CMFD技术和系统涉及计算机技术、网络与信息技术、信号分析与处理技术、人工智能理论以及智能计算理论等相关科学技术与学科理论，其研究深度和广度演变成为基于系统论、控制论和信息论交叉学科。CMFD技术和系统将热力参数分析法、油液分析法和振动诊断法等多种诊断方法协同理论学科综合运用融合，从而提高诊断技术的准确性并且使诊断技术智能化、综合化、系统化。传统基于试验分析的

非机理性建模方式朝着基于故障机理研究方向的发展避免传统以试验为主统计比较法判据仅适用于某一种机型的弊端。将神经网络、模糊逻辑和小波理论等新信号分析和处理方法运用到柴油机信号的分析和处理中，可以使信号特征参数更加灵敏的诊断船舶动力机械产生故障部位，从而提高诊断准确性。以下三方面是当前工程船舶CMFD技术研究的主要热点。

3.1 工程船舶动力机械CMFD技术基础研究

依靠工程船舶运行特点系统研究船舶动力机械系统的运行特点和故障成因；从产品设计理念考虑，综合各种监测技术手段，同时，针对工程船舶动力机械CMFD技术和系统全寿命、全系统在周期内的基础设计理论体系和指标展开研究，实现船舶动力机械系统监测点合理布置方法与传感器恰当选用方法的形成以及工程船舶动力机械CMFD系统评价分析理论方法的构建。

3.2 工程船舶状态监测技术研究

新技术开发、新方法探究以及在线实时监测运用于工程船舶状态监测技术是现如今主要的研究热点。其中包括工程船舶动力机械状态监测中激光技术、光栅光纤技术等的应用；在线传感器以及嵌入式传感器小型化、微型化的研制；便携式监测设备的研制和多种在线监测技术手段的工程化应用。

3.3 工程船舶故障诊断技术研究

当前，故障诊断技术正不断朝着更智能化、综合化、系统化的方向发展，多种诊断方法综合应用，比如将热力参数分析法、油液分析法和振动诊断法等相综合是工程船舶动力机械研究的热点所在，另外开展工程船舶动力机械智能专家诊断系统的研究等也都是工程船舶故障诊断技术研究热点。

4 结束语

目前，在众多工程船舶动力机械全系统监测逐渐替代了局部监测到，多监测手段运用替代了单一监测方法，在线监测逐渐替代了离线检测，事后诊断逐渐转变成故障前诊断，趋势监测逐渐转变成自动评估，经验诊断也逐渐转成专家诊断。例如在线监测，可以给出设备的当前状态，捕捉突发故障并进行精细分析；前瞻性故障诊断模式的网络化集成在线监控与诊断系统，可以充分挖掘和发挥网络信息交换、资源共享的优点，实现“移动的是数据而不是人”，在网络层面上实现故障信息的挖掘和故障类型的确诊。

参考文献

[1] 白广来，孟宪尧，韩新洁.柴油机故障的灰色关联度诊断法[J].大连海事大学学报，2003（03）：80-83.endprint