红外成像在舰艇机电设备故障诊断中的应用

马秋平，于 涛

(1.92956部队，辽宁 大连 116000；2.91315部队，辽宁 大连 116000)

红外成像在舰艇机电设备故障诊断中的应用

马秋平1，于 涛2

(1.92956部队，辽宁 大连 116000；2.91315部队，辽宁 大连 116000)

文章依据红外热成像用于设备故障诊断的理论支持，重点介绍了红外热成像在舰艇设备上应用及故障诊断方法，列举了两例故障诊断实例，证明了应用红外热成像技术发现机电设备故障的可行性。

红外热成像；机电设备；故障诊断

红外热成像技术是一种非接触式技术,通过接收目标辐射的红外线进行探测，利用获得目标的辐射差，并将其转换为可见光，从而获得目标特征的一种先进技术。红外热成像技术广泛地应用于军事、医疗、生物等诸多领域，特别是其在诸多领域中的故障诊断功能得到了广泛的应用[1]，本文结合实际工作经验，主要介绍了热成像技术在舰艇机电设备故障诊断中的实际应用。

1 设备故障诊断的理论支持

红外检测技术能够在包括设备故障诊断等实际使用中得到广泛应用，主要依赖于红外光谱的辐射和设备状态与温度的固有关系。

1)物体红外辐射与温度的关系。普朗克定律、斯忒藩—波尔兹曼定律和及维恩位移定律是红外光谱辐射理论的三大定律，这三大定律揭示了物体红外辐射与物体表面温度的关系。

(1)任何物体的温度只要高于绝对零度(-273 ℃),该物体就向外部发射由热能转变的热辐射。

(2) 物体温度不同，其辐射出的能量不同，且辐射波的波长也不同，但总是包含着红外辐射在内，温度与辐射能量有着固定的数学关系。

(3) 物体温度在1 000 ℃以下时，其热辐射中最强的电磁波是红外辐射。

红外辐射与物体温度的这些关系奠定了红外测温技术在设备故障诊断领域的应用基础。

2)设备状态与表面温度的关系。运用热像仪检测设备可以获得设备表面温度场的分布情况图，如果设备出现磨损、腐蚀、疲劳、变形、老化、接触不良、异常震动和污染等故障，或者是设备的零部件本身存在缺陷时，在设备表面温度场的分布情况图中就会出现明显的“热点”高温区和“冷点”低温区，对获得的相关数据应用相应的故障诊断方法，可进行故障诊断[2]。

2 在设备故障诊断中的应用

1)舰艇柴油机红外检测。舰艇的推进柴油机和发电柴油机在舰艇航行期间将连续不断工作，随着运行工况逐渐的稳定，柴油机产生的热量和有关零部件的温度也将保持在一定的稳定范围内。当柴油机内部出现故障或零部件出现缺陷时，将会导致局部零部件表面温度产生突变，通过对柴油机表面温度检测能够及时掌握柴油机工作状态，并及时发现柴油机故障和缺陷，从而避免严重事故的发生，确保柴油机正常运转[3]。

2)舰艇轴系红外检测。 舰艇轴系一般包括轴、联轴节、变速齿轮箱、支点轴承、艉轴密封装置及螺旋桨等，其中由于螺旋桨在舰艇外部水下部分，不便于使用红外热像仪进行检测外，其他轴系装置在舰艇内部，均可以进行红外检测。通过对轴系其他装置进行外热像测温检测，可以全面了解掌握轴系工作状态，及时发现轴系故障，保证舰艇航行安全。

3)舰艇电机和泵的红外检测。舰艇上电动机一般为三相异步电动机，为各种泵浦提供动力，与各种泵浦连接后拖动泵浦运转，在电机和泵运转的过程中，通过检测电机和泵的表面温度可以反映出电机和泵的工作状态，并及时发现故障和缺陷，从而实现对电机和泵的有效监控[4]。

4)舰艇电气设备的红外检测。舰艇电气设备，主要包括电动机、电缆、变压器、控制箱和配电屏，其中控制箱和配电屏内部包含开关、接触器、继电器和汇流排等。由于舰艇航行过程中产生振动及高温高湿的工作环境，这些设备经常会发生接触不良、接线松动和绝缘值低及线路提前老化等故障，通过红外热像仪检测设备温度变化，可以有效地检测电气设备的故障，确保舰艇用电安全。

3 故障诊断方法

1)表面温度判断法。表面温度判断法是依据现有标准，对获取的设备温度过高的部位按相关的规定判断其状态正常与否。

2)相对温差判断法。相对温差判断法是针对设备负荷不同、环境温度不同，对红外检测和诊断结果会造成影响而提出的。“相对温差”是指2台设备状况相同或基本相同(指设备型号、安装地点、环境温度、表面状况和负荷大小)的2个对应测点之间的温差，与其中较热测点温升比值的百分数，该判断法主要适用于电流致热型设备。

3)同类(同相)比较法。同类比较法是指将同类被检设备进行比较。所谓“同类”设备的含义是指它们的型号、工况、环境和背景热噪声等相同可以进行比较判断的设备。具体是将同类设备的相对应部位获取的温度值进行比较，这样更容易判断出设备是否正常。在进行同类比较时，要注意不排除它们同时存在热故障的可能性。

4)图像特征判断法。图像特征判断法是通过比对同类设备在正常状态和故障状态下热谱图存在的差异，从而判断设备是否正常的方法，该方法适用于电压致热型设备。

5)档案分析法(历史数据对比法 )。档案分析法是将测量结果与设备的红外诊断技术档案相比较进行分析的诊断方法。该方法主要用于重要的且结构相对复杂的设备。该方法的应用前提是要为被诊断的设备建立红外诊断技木档案，在此基础上，可以分析该设备在不同时期的红外检测结果，包括温度、温升和温度场的分布及变化情况，从而全面掌握该设备热态的变化过程并判断趋势，同时还应参考其它相关检测结果以综合分析判断。

4 故障诊断案例

1)案例1。某型舰艇有2台同型号的主机柴油机，分别称为左主机和右主机，在以当前能够运行的最高转速运转时，对柴油机输出端与轴联接部位红外热成像检测，得到热图像，如图1是左主机，图2是右主机，采用同类比较法，正常情况下二者温度相差应该不大，从热图可看出左主机该部位最高温度43 ℃左右，右主机该部位最高温度为189.3 ℃， 二者对比可见右主机温度过高，该部位出现了故障。

图1 左主机输出端红外热像图

图2 右主机输出端红外热像图

2)案例2。某型舰艇消防泵电机配电箱接线排，如图3所示，由热像图可以看出接线排上有一相温度明显较高，达到72 ℃，采用表面温度法，判断该处接线有问题。

图3 电机配电箱接线排

5 结束语

红外成像技术能够非常直观、快速灵敏地捕捉到机电设备的发热部位，通过发热点，能够及时、有效诊断设备故障，保障舰艇机电设备正常运行。

[1] 于泽奇.红外热成像技术在轮机故障诊断中的应用[D].大连：大连海事大学，2013.

[2] 杨立，杨桢，张士成，等.红外热成像测温原理与技术[M].北京：科学出版社，2012.

[3] 李斌.船舶柴油机[M].大连：大连海事大学出版社,2008.

[4] 陈海泉.船舶辅机[M].大连：大连海事大学出版社,2010.

As the theoretical support to the fault diagnosis with infrared thermography,infrared thermography is introduced mainly to apply in fault diagnosis for marine equipments with two cases,which proves feasible.

infrared thermography;electromechanical equipment;fault diagnosis

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.06.008

马秋平(1976-)，男，辽宁东港人，工程师，大学本科，主要从事修船技术和管理工作。

2017-07-20