船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測研究

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，全球各國之間的貿(mào)易交流變得越來越頻繁，水運(yùn)海航線發(fā)展也變得尤為必要，由此對船舶功能提出了越來越嚴(yán)格的要求。在船舶航行中，其前行動力離不開內(nèi)燃機(jī)的有力支持，而為保障內(nèi)燃機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對其監(jiān)測診斷方法進(jìn)行研究有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先闡述了船舶內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測診斷技術(shù)，其次概述了船舶內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，最后探討了船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及展望了船舶內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測診斷技術(shù)發(fā)展，旨在為促進(jìn)船舶內(nèi)燃機(jī)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：船舶;內(nèi)燃機(jī);遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測

中圖分類號：U692.7+2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0166-02

0 ?引言

隨著海洋運(yùn)輸行業(yè)的不斷發(fā)展，對船舶內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用質(zhì)量要求不斷提升，船舶航行需要動力的支持，內(nèi)燃機(jī)依托燃油的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化釋放能量，保障船舶的可靠運(yùn)行，所以對內(nèi)燃機(jī)狀態(tài)的監(jiān)測嚴(yán)重影響著船舶航行的有序開展。必須要確保內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測可靠、故障診斷準(zhǔn)確超前，方可為船舶航行提供有力支撐。針對船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)開展研究，合理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，對保障船舶內(nèi)燃機(jī)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要現(xiàn)實(shí)意義[1]。

1 ?船舶內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測診斷技術(shù)

結(jié)合當(dāng)前研究現(xiàn)狀，現(xiàn)階段對于船舶內(nèi)燃機(jī)的診斷方法及診斷流程，如圖1所示?；诖皟?nèi)燃機(jī)的診斷方法及診斷流程，近年來得到廣泛推廣的船舶內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測診斷技術(shù)，主要包括有振動監(jiān)測診斷系統(tǒng)、在線故障監(jiān)測系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng)等。

1.1 振動監(jiān)測診斷系統(tǒng) ?在對船舶動力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測診斷過程中，可采用振動監(jiān)測故障診斷系統(tǒng)對船舶運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，其監(jiān)測原因在于基于振動法作用，內(nèi)燃機(jī)振動幅度受其內(nèi)部缸套與活塞環(huán)相互間的間隙很大程度影響，結(jié)合缸套的外部特征可了解到，在傳遞作用下倘若內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部運(yùn)行異常，會轉(zhuǎn)變缸套與活塞環(huán)相互間的運(yùn)行表現(xiàn)，比如提升活塞環(huán)磨損水平，有時盡管不會即刻有明顯的外部表現(xiàn)，但仍舊會對后續(xù)的應(yīng)用效果造成不利影響[2]。除此之外，在齒輪箱振動診斷過程中，依托振動系數(shù)及穩(wěn)定情況可對齒輪箱的運(yùn)行狀態(tài)予以有效診斷，同時通過對振動所形成振動信號的有效分析，可實(shí)現(xiàn)對內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的有效診斷。另外，在對設(shè)備振動頻率進(jìn)行計(jì)算過程中，應(yīng)切實(shí)明確內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行機(jī)理及參數(shù)，在設(shè)備故障引發(fā)時可有效提出差異，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對內(nèi)燃機(jī)診斷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確處理。

1.2 在線故障監(jiān)測系統(tǒng) ?近年來，在線故障監(jiān)測系統(tǒng)得到了廣泛推廣，該系統(tǒng)既先進(jìn)又實(shí)用，所以在開展內(nèi)燃機(jī)狀態(tài)監(jiān)測過程中，監(jiān)測人員應(yīng)秉持相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范化流程在處理設(shè)備上安裝監(jiān)測儀器，接著將監(jiān)測儀器與通訊設(shè)備進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)對船舶內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的有效監(jiān)測，在達(dá)成監(jiān)測目標(biāo)的同時，還可結(jié)合在線監(jiān)測結(jié)果診斷故障類型及故障發(fā)生部位，進(jìn)一步提升故障診斷效率。依托在線故障監(jiān)測系統(tǒng)可為設(shè)備監(jiān)測人員創(chuàng)造極大便利，即為監(jiān)測人員在開展設(shè)備監(jiān)測過程中，不需要像以往那樣投入大量的時間精力對內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，僅需建立起內(nèi)燃機(jī)與通訊設(shè)備的有效聯(lián)系，即可開展在線監(jiān)測，基于監(jiān)測結(jié)果，評定內(nèi)燃機(jī)的故障特征，及找出故障引發(fā)原因，然后對內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行檢修，保障船舶內(nèi)燃機(jī)的有序運(yùn)行。

1.3 遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng) ?新時期，在船舶狀態(tài)監(jiān)測中，應(yīng)加強(qiáng)對遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng)的有效應(yīng)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對船舶的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測，在開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測過程中，監(jiān)測人員秉持規(guī)范化流程應(yīng)用遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng)，同時在應(yīng)用期間操作遠(yuǎn)程監(jiān)測儀器及電子計(jì)算機(jī)，即可在遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng)上了解到故障引發(fā)部位及其影響區(qū)域，進(jìn)一步明確船舶內(nèi)燃機(jī)存在的一系列故障問題，并進(jìn)行有效及時的維修處理。除此之外，還可應(yīng)用遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng)，對正在遠(yuǎn)方航行的船舶開展實(shí)時監(jiān)測，通過監(jiān)測內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行速度、運(yùn)轉(zhuǎn)效率等，進(jìn)一步可結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)測獲取的畫面及呈現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果，診斷船舶內(nèi)燃機(jī)齒輪箱、零件等存在故障與否，因而，將遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于監(jiān)測船舶內(nèi)燃機(jī)，可快速便捷地診斷內(nèi)燃機(jī)存在的故障類型，切實(shí)明確故障特征后開展維修處理，進(jìn)而保障船舶內(nèi)燃機(jī)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 ?船舶內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)概述

船舶作為一種由各式各樣機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)組成的復(fù)雜設(shè)備，不管是柴油機(jī)還是汽油機(jī)，不管是多缸發(fā)動機(jī)還是單缸發(fā)動機(jī)，要實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，保障長時間可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，都需要擁有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)及系統(tǒng)。作為發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、工作循環(huán)的重要運(yùn)動零件，曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要機(jī)體組、曲軸飛輪組及活塞連桿組等組成。在作功行程中，活塞在燃?xì)鈮毫ψ饔孟掠跉飧變?nèi)進(jìn)行直線運(yùn)動，經(jīng)由連桿轉(zhuǎn)換為曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并通過曲軸對外輸出動力。與此同時，在進(jìn)氣、壓縮及排氣行程中，飛輪形成能量將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為活動的直線運(yùn)動。另外，配氣機(jī)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的功能在于結(jié)合發(fā)動機(jī)工作流程，適時對進(jìn)氣門、排氣門進(jìn)行開啟或閉合，使空氣或者可燃混合氣轉(zhuǎn)入氣缸，并使廢氣由氣缸內(nèi)排出，最終達(dá)到換氣的目的。通常情況下，配氣機(jī)構(gòu)多應(yīng)用頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)，并主要由氣門組、氣門驅(qū)動組及氣門傳動組等組成。柴油機(jī)燃料供給系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能在于將柴油、空氣分別轉(zhuǎn)至氣缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并進(jìn)行燃燒，最后對燃燒后的廢氣予以排出。汽油機(jī)燃料供給系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能在于基于發(fā)動機(jī)要求，配制出相應(yīng)濃度、數(shù)量的混合氣，轉(zhuǎn)至氣缸，并將形成的廢氣由氣缸內(nèi)排出。

3 ?船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)涉及船舶本身和船舶企業(yè)兩方面，兩者相互間依托國際海事衛(wèi)星進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，以此可將船舶內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至船舶企業(yè)，工作人員可依據(jù)數(shù)據(jù)信息有效分析船舶的運(yùn)行狀態(tài)。所以，應(yīng)當(dāng)在船舶內(nèi)燃機(jī)與部位機(jī)艙中引入局部診斷裝置及測控傳感器，以此可實(shí)現(xiàn)對船舶運(yùn)行時一系列數(shù)據(jù)信息的有效采集，諸如振動、壓力、溫度等。依托現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)至船舶信息中心監(jiān)控站中，經(jīng)由與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息予以匹配比較，進(jìn)而保證診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性。在全面數(shù)據(jù)信息傳輸中，還可實(shí)行預(yù)備方案對引發(fā)的問題開展補(bǔ)救處理，這一系統(tǒng)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)底層現(xiàn)場由CAN總線構(gòu)成，屬于一種多主結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)憑借層層傳輸使得各診斷儀表均可從現(xiàn)場總線上采集到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以此在整合后可使數(shù)據(jù)信息變得更為客觀、準(zhǔn)確，在獲取現(xiàn)場監(jiān)測及診斷數(shù)據(jù)結(jié)果過程中，應(yīng)當(dāng)與獨(dú)立的顯示及報(bào)警系統(tǒng)相連接，進(jìn)一步向船舶信息監(jiān)控中心開展傳輸，基于此在船舶二級融合信息處理后對內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，并提出有效針對的診斷方案[3]。結(jié)合實(shí)際情況，工作人員還應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)信息開展進(jìn)一步分析，從而實(shí)現(xiàn)對診斷結(jié)果的三次融合分析，借助傳輸系統(tǒng)將最終的維修方案傳輸至船舶現(xiàn)場，彰顯高效融合的設(shè)計(jì)思想。

3.2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?對于船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，可推行服務(wù)器與客戶機(jī)相互傳輸?shù)拇钆淠Ｊ?，同時主要包括對船舶內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，借助一系列信息采集裝置，對船舶的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)開展采集分析。首先，開展好對信號特征分析模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，就信息類型進(jìn)行整合分析，倘若信息類型屬于狀態(tài)信息，則應(yīng)當(dāng)將該部分信息與日常運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行匹配分析;倘若信息類型屬于故障信號，則應(yīng)當(dāng)將該部分信息與正常情況下的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匹配分析;依托對信息類型的有效劃分，有效提升狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對一系列數(shù)據(jù)信息的處理能力及效率。其次，開展好對數(shù)據(jù)信息采集模塊與處理功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，通過建立起一系列傳感器裝置與各項(xiàng)設(shè)備的有效聯(lián)系，同時逐一對振動、油液、轉(zhuǎn)速等信息開展實(shí)時采集，并開展對應(yīng)的預(yù)處理，進(jìn)而將各項(xiàng)信息轉(zhuǎn)化成有價值數(shù)據(jù)。信號特征分析模塊通過對各項(xiàng)數(shù)據(jù)開展時頻分析，從而獲得船舶內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的特征信息，同時基于此開展第一次融合分析，就各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息開展匹配對比，然后對各項(xiàng)信息予以整合處理，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全面系統(tǒng)分析。在對數(shù)據(jù)信息開展處理及管理過程中，也應(yīng)當(dāng)開展好對狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，一方面要能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的錄入、查詢、修改、刪除等功能，另一方面各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息還應(yīng)體現(xiàn)于船舶與管理中心的數(shù)據(jù)交互中，即為船舶操作與企業(yè)信息管理中心均可實(shí)時獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，如此一來，在對船舶內(nèi)燃機(jī)開展遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測過程中，僅可切實(shí)依據(jù)過去的維修及保養(yǎng)記錄，提升船舶管理維護(hù)方案的合理性、可行性[4]。

4 ?船舶內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測診斷技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，諸如網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、測量技術(shù)、自動化技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了長足進(jìn)步，進(jìn)一步提升了診斷技術(shù)的智能化、精密化水平。對于船舶內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測診斷技術(shù)發(fā)展趨勢而言，主要可從以下幾方面內(nèi)容切入進(jìn)行展望：一是基于人工智能的智能化診斷。結(jié)合如今的發(fā)展現(xiàn)狀而言，傳統(tǒng)船舶的內(nèi)燃機(jī)監(jiān)測診斷技術(shù)在智能化方面仍有著廣闊的發(fā)展空間，雖然基于專家的系統(tǒng)建設(shè)不斷發(fā)展成熟，人工神經(jīng)、模擬診斷能力也在逐步提升，但和智能化相比較來說，在系統(tǒng)、精密方面還有待進(jìn)一步提升，智能化發(fā)展旨在應(yīng)對各式各樣復(fù)雜的航行狀況及多樣復(fù)雜的故障類型。二是數(shù)據(jù)與技術(shù)的結(jié)合發(fā)展。數(shù)據(jù)庫為監(jiān)測診斷技術(shù)提供可靠的數(shù)據(jù)目標(biāo)，通過數(shù)據(jù)與診斷技術(shù)的有效結(jié)合，以此可很大程度提升信息數(shù)據(jù)效率，切實(shí)優(yōu)化數(shù)據(jù)處理模式，為監(jiān)測診斷技術(shù)提供有力依據(jù)。

5 ?結(jié)束語

總而言之，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展的不斷推進(jìn)，對國際交通發(fā)展提供越來越高的要求，地球廣袤的海洋環(huán)境為航海事業(yè)發(fā)展提供了有力條件，所以建設(shè)船舶航行至關(guān)重要，船舶在航行中有賴于強(qiáng)勁的動力來源，內(nèi)燃機(jī)是現(xiàn)階段船舶動力的主要提供者，所以內(nèi)燃機(jī)的規(guī)范使用及維護(hù)管理重要影響著船舶航行狀況。因此，相關(guān)人員應(yīng)不斷鉆研研究、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)對船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測相關(guān)技術(shù)的有效應(yīng)用，積極促進(jìn)船舶內(nèi)燃機(jī)的可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉雙成.船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2018，13（20）：79-81.

[2]裴一鳴.船舶動力設(shè)備故障診斷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019，05（20）：123-124.

[3]王軍生，費(fèi)太軍.船舶動力設(shè)備故障診斷系統(tǒng)研制[J].電子測試，2015，20（21）：95-96.

[4]陳修遠(yuǎn).船舶動力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)分析[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件，2018，14（18）：129-130.

[5]靳良真.船舶內(nèi)燃機(jī)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)[J].設(shè)備管理與維修，2020（20）：179-180.

作者簡介：余國虎（1984-），男，湖北武漢人，工程師，碩士，研究方向?yàn)榇皠恿ο到y(tǒng)。