船舶主机常见故障的诊断技术分析

胡巧伟

摘要：为快速查明船舶主机故障问题，应当对相关的诊断技术进行合理运用。文章以抚仙湖中的某船舶作为研究对象，针对其常见故障问题，设计开发一款诊断系统，期望能够为船舶主机故障的快速处理提供帮助。

关键词：船舶;主机;故障;诊断

主机作为船舶的动力装置，其重要性不言而喻，一旦出现故障，会对船舶的正常运行造成影响。为在最短的时间内找出故障原因，应当对诊断技术进行合理运用。借此，下面就船舶主机常见故障的诊断技术展开分析探讨。

1船舶主机故障诊断机理

故障是一种现象，可将之简单地理解为非正常状态，如果将船舶主机视作为一个系统，那么当这个系统的运行与正常状态发生偏离时，便可判断系统出现故障问题。伴随着故障的出现，船舶主机中的某个或是某些功能将会随之失效。通常情况下，所有故障的发生都有特定的原因，找出这个诱发故障原因的过程，即故障诊断，是故障维修中不可或缺的关键技术之一。在船舶领域中，主机故障诊断是业内专家学者研究的重点内容，通过不断研究，在诊断机理与方法等方面均取得显著的成果，业内对于船舶主机的故障诊断过程也达成共识，具体如图1所示。

船舶主机由多个部件组合而成，从整体结构上看具有一定的复杂性，基于这一前提，想要对船舶主机运行状态进行全面监测难度非常大，正因如此，使得船舶主机故障诊断的研究主要集中在如下几个方面：活塞气缸、配气系统以及燃油喷射系统。

2船舶主机常见故障的诊断技术

在对船舶主机的一些常见故障问题诊断时，为在确保诊断结果准确的基础上，提高诊断效率，可对相应的故障诊断系统进行应用。下面以抚仙湖中的某船舶作为研究对象，该船舶设计持水量为20.4t，服务航速为9.72kn，最大载客量为250人，1台主机，型号为6135ACaB3柴油机。该船舶主机的柴油机系统故障率相对较高，约为45%左右。下面针对柴油机设计开发的一套状态监测与故障诊断系统。

2.1系统的设计思路

为对船舶主机的故障进行快速诊断，需要对主机的运行状态进行实时监测，基于这一前提对诊断系统进行设计开发。整个系统包括两个部分，即硬件和软件。系统硬件的核心为传感器，它能够对主机的相关热力参数进行采集，并将采集到的信号经转换后传给工控机，以此来实现状态显示、超限报警等功能。系统软件通过对特征参数的提取，依据相关的分析结果，对主机中的故障进行准确定位，借助BP神经网络技术，完成故障诊断。

2.2系统硬件选型

对于船舶主机而言，状态监测是故障诊断的重要前提，为对船舶主机的运行状态进行实时监测，需要借助如下硬件设备：传感器、采集卡以及工控机等等。当船舶主机进入到正常的工作状态后，会产生出大量的信号，如压力、温度等等，利用相应的传感器可对这些信号进行采集。传感器采集到的信号经过A/D转换后，能够直接传送给工控机，通过软件控制，便可对船舶的主机状态进行监测。关键硬件的选型如下：

2.2.1传感器

①压力传感器。该传感器主要负责对船舶主机的气缸压力进行采集，通过多方面比较之后，最终决定选用国外某公司自主研发的一款压力传感器，型号为7613C。之所以选用这款传感器，主要是因为它能够在潮湿、油污等较为恶劣的环境中，对燃烧室进行长期测量。该传感器的量程为0-250bar，灵敏度为20mV/bar。

②转速传感器。为对船舶主机的瞬时转速信号进行准确测取，经过比较后，最终选取国内某公司生产的磁电式转速传感器，型号为SZMB-5。该传感器的输出波形为近似正弦波，≥50r/min，测量范围可以达到50-5000Hz，输出信号幅值≥50mV。

2.2.2采集卡

由于本次开发的系统主要是对船舶主机的运行状态进行监测，根据监测结果，对相关的故障进行诊断。所以，在数据采集卡的选择上，并没有过高的要求。只要保证性价比高，运行稳定即可。经过比较之后，最终决定选用国内某公司研制开发的ISA系列数据采集卡，型号为AC1558和AC1810。其中AC1558是低价位卡中具备A/D输入模拟功能的采集卡，A/D与PC机相互隔离，运行更加稳定、可靠;AC1810具有12位ISA总线，采样率为100KHz，支持同相位信号高速采集。

2.2.3工控机

船舶不可避免地会在振动的环境中作业，针对这一情况，为确保工控机能够始终保持稳定的运行状态，必须保证诊断系统所选的工控机可以满足船舶多振动的作业要求。经过比较后，最终选取国内某公司自主开发的工控机，型号为IPC-810A。这款工控机自带防震压条，能够有效避免插卡振动问题的发生。

2.3系统软件设计

在对系统软件进行设计的过程中，采用当前较为流行的模块化思路，主要包括以下模块：数据采集模块、信号处理模块、主机运行模块以及故障诊断模块等。

2.3.1数据采集模块

该模块可以为系统提供如下功能：配置采集卡、显示数据波形、采集过程控制、采集数据存储等。该模块在采集频率的选择上，主要是以船舶主机的瞬时转速、气缸压力信号的频率作为依据。

2.3.2信号处理模块

该模块的作用是处理船舶主机瞬时转速与气缸压力信号，具体包括信号提取、滤波以及平滑处理等。

2.3.3主机运行模块

该模块能够对船舶主机运行状态的关键参数进行实时显示，同时还能对热力参数中的油温、油压、转速等进行监测与报警。

2.3.4故障诊断模块

该模块是整个系统的核心，通過它可以实现对船舶主机常见故障问题的快速诊断。在对该模块进行设计的过程中，引入BP神经网络，对MatLab语言进行调用，将LabVIEW（实验室虚拟仪器工作平台）作为ActiveX自动化控制器，同时将MatLab作为自动化服务器。利用工作平台与Lab语言的结合，使整个系统的诊断能力得到大幅度提升，可以对船舶主机活塞气缸中的磨损、活塞环断裂;配气系统中的气门漏气、间隙异常;燃油喷射系统中的燃烧提前、雾化燃烧不良、失火等常见故障进行快速、准确地诊断。

3结论

综上所述，船舶作为水上交通工具，其运行是否稳定，与主机具有较为密切的关联。若是主机频繁发生故障，则会严重影响船舶的正常使用。鉴于此，应当针对船舶主机常见的故障问题，开发设计状态监测与故障诊断系统，借助该系统对主机的运行状态参数进行采集，通过数据分析，完成故障诊断。

参考文献

[1]杨强，闫城，陈峰.船舶主机气动操纵系统常见故障与措施方法探讨[J].内燃机与配件，2020（6）：151-152.

[2]孙月发，张敬平，张旭东.振动信号分析技术在船舶主机故障诊断中的应用[J].舰船科学技术，2019（20）：52-54.

[3]王宝生.基于数据挖掘的船舶主机故障远程诊断系统设计[J].珠江水运，2019（17）：66-67.

[4]何琪，毛攀峰，徐鹏.GA-BP算法在船舶主机故障诊断中的应用[J].仪表技术，2018（3）：14-18.