故障诊断技术

故障诊断技术

l. 性能参数分析法

又称性能监控，是船机故障诊断的核心技术。它是利用传感器或仪器、仪表测定船机设备的各项性能参数(如温度、压力、转速等)，经数据处理、比较和分析后判断其运转状态和趋势。

性能参数分析法诊断故障，早在船舶蒸汽机时代就已采用，轮机员用"听、摸、嗅、看"来了解主、辅机的运转参数，进而通过人脑快速思维分析判断机器的运转状况和运转趋势。至今，这种方法在现代船舶柴油机运转管理中仍被沿用，例如，用手触摸柴油机高压油管，依其脉动债况判断高压油泵的工作状况。

性能参数监控范围广，可监控船上的零件、部件、机器、系统等。根据监控手段和数据处理方法的不同有以下两种:

(1)图示法利用柴油机上的仪表或简单的测量工具，定时定位采集性能参数，并且每次测取数根据在相同的稳定工况下进行，以便对比分析。通常，测取 3 一 4 个参数并绘于同一坐标图中，反映某一零部件或运转状态的情况，从中分析判断出问题所在。例如，柴油机气缸内燃烧状况可通过测取燃油消耗最、扫气压力和排烟温度等性能参数，作图显示气缸内各性能参数变化，分析诊断燃烧存在的问题及发展趋向。

图示法性能监控可以有效地诊断故障，对降低维修费用、延长零部件及机器使用寿命和提高轮机员技术素质均十分有益。但此法是由人工采集参数、分析和比较来诊断故障则是一项十分繁重、麻烦的工作，需要轮机员有一定的技术水平。

(2)监测装置和监控系统利用安装在机器上的传感器、计算机等构成监测装置或监控系统，传感器扫描各监测点的性能参数(如温度、压力、速度等)，通过计算机记录、处理和显示，进而分析判断故障。

活塞环磨损监测装置（SIPWA）是利用安装在气缸扫气口处的传感器检测特制

的顶环—第一道活塞环外圆面上镶嵌一圈非磁性材料的楔形环带。当顶环通过扫气口时，传感器测量楔形环带宽度变化，实现对活塞环径向磨损的监控，并显示于屏幕上，如所示。当燃油净化不良时，顶环磨损增加，SlPWA给出警示，

轮机员可及时采取措施。

应用计算机自动监测和诊断故障的性能监控系统可以对整个柴油机动力装置进行监控，也可以对机器、零部件的工作过程进行监控。例如PAC 监控系统可对动力装置中发动机运转、废气涡轮增压器运行、活塞环工作状态、气缸的润滑和磨损、气缸热负荷、燃烧和喷油系统等进行监控，DMC 监测系统可对缸内燃烧和喷射过程进行监控。

2. 振动监测船舶动力机械在运转中的振动是故障诊断的重要信息，振动信号的变化反映着机器内部状态的变化。因此，采集振动信号，经过信号处理、状态识别和趋势分析，就可诊断故障。据国内外统计资料表明，利用振动监测可以诊断绝大部分的机械故障，所以振动分析是一种应用广泛的重要诊断技术。

振动监测技术包括以下内容

（1）振动信号的测取依振动频率不同配置相应的传感器，并安装在合适的测是点处采集振动信号。对应于低、中、高频振动信号分别选用位移、速度、加速度传感器，一般加速度传感器应用最为普遍。

（2）信号处理利用信号分析仪将采集的振动信号进行处理，除掉原振动波形中无意义而又有害的波，并加工成便于精密分析的信号，进而提取机器故障的振动信号。信号处理是振动监测技术的核心。

（3）状态识别根据提取的放障信息频谱，参考有关故障的振动频谱对机器状态作出判断，并对故障原因进行分析。

（4）诊断决策依故障诊断的结果确定防止或消除故障的对策，预测机器状态变化的趋向等。

振动监测所用的振动信号测试分析仪种类繁多，分为简易型、半精密型和精密型，并且有通用与专用之分。简易型检测仪为便携式，体积小、重最轻、携带方便、操作简易，并能快速显示测试结果，价格便宜。如便携式测振仪、冲

击脉冲计等。精密型测试仪器测量精度高，抗干扰能力强，现场采集信号和进行分析，但不能立即获得测试结果，操作复杂，价格较贵。精密测试仪包括传感

器•放大器、记录仪和信号分析仪。

自20世纪70 年代起振动分析就已应用在船舶机械上，如目前用于舰船动力装置振动分析和船用柴油机拉缸、曲柄销轴承过度磨损、增压器压气机滑动轴承咬死等的振动分析。通过这些故障的振动频谱图与正常图谱的分析、比较进行故随诊断和原因分析等。

3. 噪声监测

船舶机械噪声是机器运转时各种声音的汇合，包括气流声，如柴油机排气声、燃烧噪声，增压器中的吸排气芦等:金属敲击声，如活塞敲缸、气阀落座声等;结构件振动声，如各种罩壳、箱盖等的振动噪声；摩擦副相对运动声，如齿轮、轴承等摩擦副发出的声响，等等，船舶机械的噪声是其运转状态的外部表现形式，反映着船机设计、制造、安装和修理的质量及其维护管理的质量。采集噪声信号进行信号处理、状态识别，实现船机故障诊断和预测。

噪声听诊器是简易噪声检测仪，它通过测量噪声变化来检查机器状态。近年来随着高新技术的发展，大谩测试分析仪器的出现有力地推动噪声监测技术的发展。如采用高保真磁带录音机和信号分析仪采集噪声信号和进行信号的分析处理等。此外用于振动测试的仪器和分析方法也可用于噪声监测。

4. 油液监测

柴油机运转过程中，即便各运动副处于良好的液体润滑状态也不可避兔地产生靡擦热和磨损。润滑油的温度升高使其理化性能逐下降，更重要的是容纳了大量的磨损产物—金属颗粒和其他污染微粒。润滑油中的金属磨拉成分，颗粒大小和多少与摩擦副的工作情况密切相关。因此，润滑油申的金属磨粒是摩擦副技术状态的外部信息。油液监测技术是通过采集船机设备润滑油样，利用各种分析手段检测油样的性能和其所携带的反映摩擦副技术状态的磨损微粒，获得油样性能参数值和磨粒的成分、尺寸、形貌和数量等信息，以定性和定量地判断船机设备的磨损状态及预测其发展趋势。

润滑油监测技术包括润滑油理化性能检测和磨损微粒的分析。根据润滑油理化性能的变化，检测船机设备的润滑状态和由此引起的故障；根据磨粒分析判断磨损部位和程度，诊断磨损故障。油液监测技术的监测过程包括取油样、理化性能检测、磨粒分析、分析和诊断等步骤。油液监测技术包括：

油液检测技术包括：油样理化性能检测油样磨粒分析