船用柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)研究

朱發(fā)新，蔡振雄，盧金樹，王家宏，張志斌

（1.浙江海洋學(xué)院海運(yùn)學(xué)院，浙江舟山 316000；2.集美大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院，福建廈門 361021）

由于現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備所花的維修費(fèi)用和停機(jī)損失，在成本中所占的比例越來(lái)越大，因此設(shè)備維修業(yè)務(wù)的重要性日益成為一個(gè)突出的問(wèn)題，使得人們對(duì)機(jī)械設(shè)備的可靠性、可維修性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性提出了更高的要求[1]。柴油機(jī)作為主要?jiǎng)恿C(jī)械在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。船舶的特殊性也決定了船舶柴油機(jī)故障診斷的重要性。如果船舶柴油機(jī)發(fā)生重大故障，輕則延誤交貨日期，支付一定的延期交貨違約金，重則危及船舶安全、船員生命以及造成海洋污染。及時(shí)發(fā)現(xiàn)船舶柴油機(jī)故障并迅速排除，對(duì)船舶航行的安全性和可靠性、降低維修費(fèi)用、減少經(jīng)濟(jì)損失等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為了保證船用柴油機(jī)安全可靠地運(yùn)行，必須對(duì)其進(jìn)行維修。大多數(shù)船舶柴油機(jī)的維修采用定期檢修保養(yǎng)和事后維修，這種方法可有效預(yù)防船舶柴油機(jī)的一些故障，但是也存在著缺乏事故預(yù)見(jiàn)能力、維修成本高、效率低等缺點(diǎn)[2]。現(xiàn)在逐漸發(fā)展了一種新型的船舶維修的管理策略——視情維修。但運(yùn)行故障的分析、判斷對(duì)輪機(jī)人員的時(shí)間經(jīng)驗(yàn)要求很高，不同的管理人員，由于時(shí)間經(jīng)驗(yàn)積累的程度不同，對(duì)故障分析、判斷的準(zhǔn)確性、快速性相差甚遠(yuǎn)，從而影響到運(yùn)行故障的排除。因此，利用各種狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行船舶柴油機(jī)的故障診斷成為視情維修管理發(fā)展的重點(diǎn)。

故障診斷的一般方法有觀察法、聽(tīng)診法、觸摸及嗅聞法、隔離及驗(yàn)證法、測(cè)試及化驗(yàn)法等[3-7]。隨著近年來(lái)科技的不斷發(fā)展，故障診斷又出現(xiàn)了基于數(shù)學(xué)模型的方法、故障樹分析法、專家系統(tǒng)故障診斷法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法等新興方法[7-12]。本文結(jié)合了一般方法與專家系統(tǒng)故障診斷法的優(yōu)點(diǎn)，即：把優(yōu)秀船員的故障處理的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)輸入到專家系統(tǒng)中，再根據(jù)故障征兆與專家系統(tǒng)對(duì)話，從而達(dá)到快速診斷及處理相應(yīng)的故障。

1 船用柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)

1.1 中低速柴油機(jī)典型故障征兆的比較

由于機(jī)型不同，不同的船舶柴油機(jī)典型故障征兆也會(huì)有所不同，表1是中速機(jī)與低速機(jī)典型故障征兆的比較。

表1 船舶中低速柴油機(jī)典型故障征兆比較Tab.1 Comparison of the typical faults in medium speed and low speed diesel engine

1.2 數(shù)據(jù)庫(kù)

以Visual FoxPro數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為軟件平臺(tái)，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和知識(shí)積累建立起來(lái)的含有故障名稱、故障征兆和故障排除方法的船用柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的故障記錄Fig.1 The record of the faults in dstabase system

該船用柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)具有顯示、追加記錄、刪除記錄、修改記錄以及查詢記錄等功能。

1）顯示記錄功能

如只顯示故障名稱，如圖2所示。

圖2 顯示出來(lái)的故障名稱Fig.2 Shown faults's name

2）增加記錄功能

比如輸入“活塞斷裂”這一條記錄，則新的數(shù)據(jù)庫(kù)如圖3所示。

圖3 更新后的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)Fig.3 Renewed databae system

3）刪除記錄功能

如刪除剛增加的一條“活塞斷裂”故障記錄，如圖4所示。

圖4 刪除記錄后的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)Fig.4 Database system deleted with a record

4）修改功能

比如在表結(jié)構(gòu)中增加一個(gè)“故障原因”，顯示的結(jié)果如圖5所示。

圖5 修改表結(jié)構(gòu)后的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)Fig.5 Database system inserted with fault reasons

5）查詢功能

同理在命令窗口中輸入命令也可以進(jìn)行查詢，例如根據(jù)故障征兆查詢是屬于某一中故障，這個(gè)功能在后面內(nèi)容部分有論述。

2 船舶柴油機(jī)拉缸故障典型實(shí)例診斷的實(shí)現(xiàn)

2.1 拉缸機(jī)理

引起拉缸的原因比較多，但從拉缸的現(xiàn)象和機(jī)理分析，通常是由于活塞與氣缸壁局部區(qū)域的油膜破壞所造成的。

拉缸可以分為輕度拉缸和嚴(yán)重拉缸。輕度拉缸：通常在氣缸壁上有幾條深約10 μm的條狀貫通拉傷痕跡，在排氣口筋部及其上方或燃燒室附近有較大面積的拉傷痕跡，活塞環(huán)外表面只有局部拉傷痕跡，在活塞裙部的外表面沒(méi)有拉傷痕跡。嚴(yán)重拉傷時(shí)：在缸套工作表面會(huì)出現(xiàn)較大面積的拉傷痕跡，有非常明顯的手觸感，在活塞裙的外表面有嚴(yán)重的較大面積的拉傷，甚至有明顯的咬合痕跡，在這種情況下，很有可能發(fā)生抱缸故障，造成嚴(yán)重事故。

2.2 故障原因

造成拉缸的原因十分復(fù)雜,有設(shè)計(jì)、制造工藝及材料的缺陷，也有運(yùn)行管理不當(dāng)?shù)囊蛩亍?/p>

設(shè)計(jì)、制造工藝及材料的缺陷方面，如材料的選配、間隙大小的確定、結(jié)構(gòu)布置是否合理、安裝是否恰當(dāng)、表面粗糙度的加工是否合適、潤(rùn)滑油冷卻的安排是否完善、潤(rùn)滑油凈化質(zhì)量是否合乎要求等。

運(yùn)行管理方面的主要原因有：缸潤(rùn)滑不良、磨合不充分、冷卻不良、活塞環(huán)斷裂、燃用劣質(zhì)油、長(zhǎng)期超負(fù)荷等。

2.3 拉缸的征兆

船舶柴油機(jī)在發(fā)生拉缸事故前，一般都有比較明顯的征兆：氣缸、活塞冷卻液出口溫度明顯上升；可以聽(tīng)到活塞與缸壁的干摩擦聲音；曲軸箱和掃氣口溫度，有時(shí)有煙氣冒出；嚴(yán)重時(shí)，轉(zhuǎn)速明顯下降，甚至自行停機(jī)。

2.4 利用船用柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)顯示出拉缸故障

如果某一輪機(jī)員在值班時(shí)，發(fā)現(xiàn)如2.3所述的情況，在船用柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)中輸入這些故障征兆，經(jīng)過(guò)查詢，很快就能查明是拉缸故障，或?qū)⒁l(fā)生拉缸，如圖6所示。

圖6 顯示出的拉缸Fig.6 Shown the fault of the cylinder bore scuffing

雙擊該欄的Memo，可以查詢相應(yīng)的排除方法或措施。即：用專用工具把發(fā)生拉缸事故的那一缸作單缸停油；用手搖動(dòng)氣缸注油器以加強(qiáng)該氣缸的潤(rùn)滑；打開(kāi)該缸示功閥，釋放氣缸內(nèi)的壓力；加強(qiáng)對(duì)活塞的冷卻。

3 結(jié)論

本文以Visual FoxPro數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為軟件平臺(tái)，根據(jù)典型故障征兆設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了船用柴油機(jī)典型故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可查詢、修改、插入和刪除等功能，以友好的用戶界面和易于操作等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)船用柴油機(jī)典型故障的快速診斷。該系統(tǒng)對(duì)提高輪機(jī)管理人員對(duì)各種典型故障的快速分析、準(zhǔn)確判斷迅速排除具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

但是，該船用柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)具有以下不足：

1）該系統(tǒng)不能歸納出所有的故障，專家?guī)煨畔⒘坑写M(jìn)一步擴(kuò)展；

2）有時(shí)柴油機(jī)發(fā)生故障時(shí)并沒(méi)有很明顯的征兆，因此也就不可能對(duì)這種故障做出準(zhǔn)確、快速的判斷。

筆者將繼續(xù)關(guān)注跟蹤船用柴油機(jī)故障診斷的最新技術(shù)，致力于在線故障診斷技術(shù)的研究，探索更為實(shí)用可靠的計(jì)算機(jī)診斷軟件。

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