船舶機(jī)械設(shè)備常見故障及狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)分析

牛浩平

（鄭州機(jī)電工程研究所，河南 鄭州 450000）

船舶機(jī)械的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件較多，且長期在復(fù)雜的自然環(huán)境中運(yùn)行，機(jī)械設(shè)備容易發(fā)生故障，對船舶運(yùn)行的安全性和可靠性造成影響。一旦船舶機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，不僅會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且導(dǎo)致人員傷亡，對海洋造成污染。所以要對船舶機(jī)械設(shè)備的常見故障進(jìn)行分析總結(jié)，提前做好各項(xiàng)防范措施，在發(fā)生故障時能夠及時處理。狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)是指在船舶機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的過程中，通過各種監(jiān)測手段來獲取機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的各種技術(shù)參數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和變化特征來判斷運(yùn)行狀況，并且對其發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，能夠及時掌握船舶機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況，降低機(jī)械設(shè)備故障的發(fā)生概率，為提高船舶運(yùn)行的安全性和可靠性奠定了有利的基礎(chǔ)。

1 船舶機(jī)械設(shè)備的常見故障分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的船舶制造水平也不斷提升，船舶動力裝置也向自動化、智能化方向發(fā)展，可靠性有了很大的提升，但是仍然會有船機(jī)故障發(fā)生。在船舶主、輔機(jī)損傷中，柴油機(jī)故障占全部機(jī)損的80%以上，在主機(jī)故障中，活塞、缸套、曲軸、氣閥發(fā)生故障率較高，在輔機(jī)故障中，潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)故障發(fā)生率較高。大部分故障基本是由磨損、疲勞、老化、破裂、斷裂、銹蝕和燒損等造成的，船機(jī)故障的發(fā)生會造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的情況下還會導(dǎo)致人員傷亡和海水污染。所以對船舶機(jī)械的常見故障進(jìn)行分析，有利于做好預(yù)防措施，并且通過對常見故障部位進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，能夠有效減少故障的發(fā)生概率，提高船舶機(jī)械運(yùn)行的可靠性。

下面對幾種比較常見的船舶機(jī)械故障進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方法。柴油機(jī)是船舶機(jī)械中的重要組成部分，拉缸是柴油機(jī)比較常見的故障，主要表現(xiàn)為船舶運(yùn)行過程中突然出現(xiàn)了噠噠的聲音，同時機(jī)器轉(zhuǎn)速降低、曲軸箱外有煙霧、潤滑油和排出氣體溫度升高等現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是潤滑油質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，潤滑油長期不更換、油壓不足、柴油機(jī)異常磨損等。為了預(yù)防柴油機(jī)拉缸，應(yīng)該根據(jù)柴油機(jī)的實(shí)際運(yùn)行需求，選擇高質(zhì)量的潤滑油，且及時更換潤滑油，以保證潤滑油的純度和潔凈度。定期檢查潤滑油的質(zhì)量和油壓，防止變質(zhì)。加強(qiáng)對冷卻水溫度、排出氣體溫度的檢測，采用狀態(tài)監(jiān)測可有效防止這類問題的發(fā)生；螺旋槳作為船舶航行時的推進(jìn)器，一旦螺旋槳出現(xiàn)故障，將會導(dǎo)致船體失衡或者減速。

螺旋槳葉破損是螺旋槳常見故障，主要表現(xiàn)為在船舶航行過程中會突然出現(xiàn)幅度較大的瘋狂振動，隨著速度的降低，振動幅度會有所降低。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是個別螺旋槳葉破損或者斷裂，從而導(dǎo)致成對的螺旋槳無法同步運(yùn)行，船體在失衡狀態(tài)下而導(dǎo)致船體振動。螺旋槳葉破損或者斷裂一般是由于材料不合格，結(jié)構(gòu)鑄造有缺陷、海水腐蝕以及觸礁等原因。為了預(yù)防螺旋槳葉破損，可以定期檢查螺旋槳葉狀態(tài)，對于出現(xiàn)破損或者斷裂的螺旋槳葉，可采用接補(bǔ)法來修復(fù)裂痕或者腐蝕；船舵是掌握船舶航行方向的重要結(jié)構(gòu)，在船舶航行遇到緊急情況需要換舵時，會出現(xiàn)無法換舵的故障。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是油泵組安裝不合理或者裝配位置不當(dāng)，預(yù)防措施為裝配備用油泵組，并且保證每臺油泵組配置一臺獨(dú)立的動力驅(qū)動液壓泵，確保油泵組能夠正常運(yùn)行[1]。

2 船舶機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

傳統(tǒng)的船舶機(jī)械設(shè)備維修主要以計(jì)劃性周期檢修為主，根據(jù)船舶的運(yùn)行狀態(tài)確定檢修周期。計(jì)劃性檢修不僅會增加維修成本，同時由于對運(yùn)行狀況良好的設(shè)備進(jìn)行拆裝，會改變機(jī)械設(shè)備原有的間隙配合和潤滑狀態(tài)，反而會加大故障的發(fā)生率。而采用狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，可在船舶機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的過程中對各機(jī)械裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，通過對技術(shù)參數(shù)的比對，能夠及時掌握機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并且通過技術(shù)參數(shù)的變化趨勢可以預(yù)測機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時作出維護(hù)措施，減少機(jī)械設(shè)備可能會發(fā)生的故障。狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的使用將船舶機(jī)械設(shè)備的計(jì)劃性檢修轉(zhuǎn)向預(yù)防維修，大大降低船舶機(jī)械設(shè)備的維修成本，延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，提高船舶機(jī)械運(yùn)行的可靠性[2]?，F(xiàn)階段，船舶機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)主要有油液分析法、振動分析法、熱力參數(shù)分析法等，下面主要對這3 種方法進(jìn)行分析。

2.1 油液分析法

油液分析法主要是對船舶機(jī)械設(shè)備潤滑油中磨損微粒的濃度、形狀以及大小的變化、油質(zhì)的變化、含鐵量的變化進(jìn)行監(jiān)測，以此來判斷機(jī)械設(shè)備的磨損狀態(tài)，并且能夠判斷出故障點(diǎn)以及發(fā)生故障的原因。油液分析法能夠及時掌握船舶機(jī)械設(shè)備已經(jīng)發(fā)生以及潛在的故障，可有效避免機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的概率。由于油液分析法能夠提前預(yù)防船舶機(jī)械設(shè)備故障的發(fā)生，所以可有效彌補(bǔ)計(jì)劃性檢修所具有的缺陷，在船舶機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，油液監(jiān)測分析方法主要有鐵譜分析法、光譜分析法、理化指標(biāo)分析法等。鐵譜分析法主要是使用高梯度的強(qiáng)磁場，將油液中的污染雜質(zhì)、機(jī)械磨損的微粒分離出來，然后利用顯微鏡對分離出來的雜質(zhì)和磨損微粒進(jìn)行觀測，通過雜質(zhì)、微粒的成分、密度、尺寸和形狀等進(jìn)行分析，可以推斷出機(jī)械零件的損傷狀況，進(jìn)而決定是否需要維修以及采用何種手段維修。

光譜分析法主要是利用油液中所含雜質(zhì)和微粒發(fā)射或吸收的光譜，來判斷雜質(zhì)和微粒的成分及含量，然后推斷出機(jī)械零件的磨損程度及是否需要維修。理化分析法主要是對油液本身的品質(zhì)進(jìn)行分析，監(jiān)測油液的化學(xué)、物理性質(zhì)，通過對油液的顏色、黏度、閃點(diǎn)、總酸值和總堿值等進(jìn)行監(jiān)測，判斷油液理化指標(biāo)是否還符合標(biāo)準(zhǔn)要求，如果理化指標(biāo)出現(xiàn)異常要及時更換潤滑油，或者對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行維修[3]。

2.2 振動分析法

振動分析法主要是通過對船舶機(jī)械設(shè)備的振動頻譜和頻率進(jìn)行分析，來判斷機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。因?yàn)檎駝颖O(jiān)測法操作簡單、精準(zhǔn)度和效率都較高，所以在船舶機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中應(yīng)用非常廣泛。振動監(jiān)測的操作主要有以下步驟。1）對船舶機(jī)械設(shè)備的整體進(jìn)行機(jī)理分析，詳細(xì)了解整個船舶機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及每個零部件之間的關(guān)聯(lián)性，對零部件的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分析，包括溫濕度、壓力、是否有腐蝕等情況出現(xiàn)，每個部位是否進(jìn)行過維修，建立完整的維修檔案，然后對機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行記錄。2）對船舶經(jīng)常出現(xiàn)故障的零部件進(jìn)行檢測，先確定測點(diǎn)，然后對其運(yùn)行過程中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行記錄，尤其是明確振動的方向和頻率等信息，經(jīng)過多次獲取的數(shù)據(jù)分析，將設(shè)備處于異常運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)值與正常運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)值進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)出偏離值的大小以及故障的嚴(yán)重程度。3）對檢測出的故障進(jìn)行深入研究，包括出現(xiàn)故障時振動的波形、波頻的特性、時差的定位、相位分析等，然后根據(jù)故障的成因，即可通過對振動特性進(jìn)行分析來判斷故障成因及部位。振動監(jiān)測技術(shù)是基于船舶機(jī)械設(shè)備各零部件在振動時各種參數(shù)的差異性而對故障做出的判斷，所以主要用于船舶柴油機(jī)主軸承磨損、活塞-缸套磨損、氣閥漏氣等狀態(tài)監(jiān)測中。在確定故障原因及部位后，就可以采用相應(yīng)的維修措施[4]。

2.3 熱力參數(shù)分析法

熱力參數(shù)分析法主要是通過對船舶機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時熱力參數(shù)的變化來判斷設(shè)備的工作狀態(tài)，對排氣溫度、滑油溫度、轉(zhuǎn)速、冷卻水進(jìn)出口溫度計(jì)排放等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，就能夠判斷機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況。柴油機(jī)是船舶中的重要組成部分，在柴油機(jī)中使用熱力參數(shù)分析法會取得顯著的成效。使用便攜熱工檢測儀就可以對柴油機(jī)整機(jī)的參數(shù)和缸內(nèi)過程進(jìn)行測量，通過對測量獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就可以了解柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，然后通過對各缸噴油量以及噴油定時調(diào)整，可以有效降低耗油率，避免個別缸出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行的情況，能夠保證柴油機(jī)的平衡運(yùn)行，進(jìn)而充分發(fā)揮整機(jī)功率。熱工參數(shù)分析法能夠?qū)Σ裼蜋C(jī)進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測，所以通過對運(yùn)行參數(shù)變化趨勢的分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)出現(xiàn)的異常，避免事故的發(fā)生。熱力參數(shù)分析法操作簡便，在獲取熱力參數(shù)后，憑借豐富的工作經(jīng)驗(yàn)即可對船舶機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行工況有清晰的了解，減少船舶故障的發(fā)生概率。

3 結(jié)語

隨著我國海運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，對船舶的質(zhì)量和性能都提出了更高的要求，所以應(yīng)該加強(qiáng)對船舶機(jī)械設(shè)備的維修、維護(hù)和保養(yǎng)。傳統(tǒng)的檢修維護(hù)方法主要是事先檢修維護(hù)，不僅維護(hù)成本高，而且還會縮短機(jī)械設(shè)備的使用壽命，在發(fā)生故障后進(jìn)行的維修也會造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。而采用狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，能夠及時掌握船舶機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并且還能夠?qū)ζ浒l(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，在發(fā)生故障時能夠準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)。狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在船舶機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用，是我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，為我國船舶機(jī)械的安全可靠運(yùn)行提供了有利的保障。