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分析船舶柴油机机械故障诊断及处理

作者：宋凤杰

来源：《科技创新与应用》2013年第30期

摘 要：船舶柴油机作为船舶的动力心脏，它的安全性能直接关系到航运过程中的安全，因此对于船舶进行机械故障诊断是完全必要的，只有找到机械故障的发生点，才能够有效的排除故障，保障船舶柴油机的安全良好性能。 关键词：船舶柴油机；机械故障诊断；处理 1 前言

船舶柴油机作为航运船舶的核心动力心脏，它的安全稳定性能直接影响的航运的安全。事实上，由柴油机发生机械故障所引起安全事故在海运事故中占据很大一部分。这些事故的发生不仅造成重大的经济损失，同时严重的威胁到船员的生命安全，因此在对船舶柴油机进行工作状态监测和诊断是一项必要的工作，这样就可以尽可能的减少事故隐患，及时的进行故障处理工作。柴油机故障诊断技术自诞生以来也经历了重大的变化，从最初的事后维修发展到定时检测，再到现代故障诊断技术的视情维修。但由于柴油机系统的复杂性，目前其故障诊断与预报技术和相应装置尚难尽如人意，需要作进一步的研究与完善。 2 柴油机的故障分类

柴油机是由许多零件组合而成，其结构相当的复杂，因此对于它所产生故障的部位也有很多种，造成故障的原因也有着很多种，并且零件之间可能发生的故障次数也不尽相同。下表1为相关的统计数据。

3 柴油机机械故障诊断处理

在进行船舶柴油机的检测和故障诊断的处理方法有很多种，主要包括热力参数分析法、振动法以及瞬时转速法和油液分析法，具体的相关分析法如下。 3.1 热力参数分析法

热力参数分析法主要是对柴油机的工作状态进行诊断，主要依据是柴油机在工作时候热力参数。这些热力参数主要包括气缸压力示功图、润滑温度、排气温度以及冷却水 进出口温度和排放等。热力参数主要是对柴油机的性能好坏做出判断，通过这些饱含信息的示功图，我们可以对指示功、压缩压力以及压力升高率进行计算，这样为判断燃烧质量和气缸是否达到平衡提供准确的数据依据，可以这样说，示功图对柴油机工作时的监测有着重要的意义，也常被运用到实际工作综合性监测过程中。录测示功图主要是通过测量汽缸中气体的压力变换来进行的，也就是说获取曲轴转角和气缸容积的变化信号，从而得到示功图。示功图的录取主要有着

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直接和间接两种测录方法，直接测录方法主要是通过示功器来直接获取曲轴转角变化过程中的气缸压力，再将其转化成相应的示功图；而间接测录法则是测量柴油机运行过程中其他物理量变化而得到气缸中压力，在得到相应的示功图。事实上，通过间接法可以避免对柴油机工作过程造成影响，因此这种方法在某种意义上更受青睐。间接测录示功图目前常用的是通过测量缸盖螺栓应变来获取缸内气压，换句话来说，也就是通过缸盖振动信号来分析缸内气压。这种方法的优点在于能够全面的对柴油机各类故障了解的更加全面，但是它的缺点是不能够很好的确定上止点，同时对于压力传感器安装和通道效应有着较高的要求。 3.2 振动分析法

振动法主要是利用船舶柴油机在工作的时候产生振动，通过获取这些振动信号的测试、数据分析和处理来对内部零件进行状态诊断。这种方法的优点在于它的效率和精准度，并且能够实现在线诊断，它主要有着3个基本环节。

信息采集：信息的采集主要是依靠仪器来进行的，具体的又传感器以及相配合的放大器等二次仪表的选用安装，只有保证这些仪器的质量和性能，才能够以正确的方法来获取完整的信息。

信息分析处理：事实上，我们获取的信息更多的是杂乱无序的，因此需要应用信号分析和数据处理技术来对处理与柴油机原理、结构以及运动学和动力学知识，从而将这些信息加以处理，获得最直接和最有效的特征参数。

状态判断与预报：根据柴油机零件故障失效机理的振动特征，配合柴油机制造、运转以及维修的知识和经验，根据获取的特征参数依据，对其状态进行诊断，并对其发展趋势进行预报。

利用振动诊断有着一些困难，主要包括以下几点。第一，识别众多的较宽频率的激励力；第二，柴油机中的运动件众多，并且在机身中，很难在工作时接近；第三，由于柴油机中的部件不同，因此各个部件激励的传递途径和其表面振动的贡献有所差别，因此对于其识别有着困难；第四，对于出现不同程度的机械损坏的运动件，它的激励力如何变化的，表面振动信号可否检测出来；第五，相邻缸之间和本缸运动件间相互干扰的区别；第六，对测量点间判断和选择。

3.3 瞬时转速法

柴油机的工作质量以及工作状态可以通过柴油机曲轴的瞬时转速的波动信号进行表达，因此可以通过对瞬时转速波动信号来得到运行状态和相关的故障信息。不过这种方法同样也存在一些缺陷。例如，瞬时转速波动虽然能够确定缸位不正常，但是无法确定是什么故障所造成的，这是因为对一转内角的变化捕捉，需要有着高精度和高频率相应的测速设别，这种设备比较昂贵，同时安装和调试都比较困难。

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3.4 油液分析法

在机械故障中，润滑油中含有的铁元素可以判断金属部件磨损，因此利用润滑油的铁谱和光谱分析法可以对柴油机运行状态监测。柴油机各运动副在运行过程中都会有着不同程度的磨损，但是由于磨损的形式有着差别，因此磨损的颗粒也有着区别，这些颗粒存在于润滑中，可以通过铁谱和光谱来测定金属，以得到相关的故障信息。事实仅凭借单独的铁谱和光谱无法真正的对柴油机进行检测，但是彼此都有着自己的优势，光谱能够准确得到磨损元件的含量，不过无法了解其形态，而铁谱能够清晰的了解颗粒的形态，却无法对有色金属进行判断，它的分辨率也没有光谱高。只有将铁谱和光谱同时运用，才能够用达到共同检测的效果。当然利用油液分析法也有着一定的局限，主要是无法确定准确的测出故障缸位，不能够进行实施监测，同时油液分析的结果只是定性的进行分析，存在较大的随机性。

对于上述介绍的4种柴油机机械故障诊断方法在一定程度上都有着缺陷，实施上不管是哪一种方法都会存在局限，不然就只会存在一种方法，不过这并不妨碍我们去运用这些方法进行机械诊断，并对故障进行处理。 4 结束语

根据柴油机监测结果，进行状态监护。可以避免定期维修的弊病，防止该修的部件不修，酿成重大的事故，甚至整台机器报废，也可以杜绝不该修的提前修，造成不必要的人力物力浪费，甚至带来误拆装所造成的经济损失。

根据监测结果，对柴油机进行使用保养，发挥更大的效能。如根据状态按需保养三滤、增压器、中冷器，达到主机输出功率大、耗油少、排放低等目的；根据状态监测更换机油，节约机油，避免因机油变质造成的机损事故等。

根据状态监测，预报柴油机故障，预报可能发生的故障和故障的部位，从而及时采取措施，加以排除，这就大大提高机器的使用寿命和工作可靠性，取得更大的社会效益。 参考文献

[1]吴欠欠，王直，董贺.故障树分析法在船舶柴油机故障诊断中的应用研究[J]，机械设计与制造.2009（01）.

[2]张修东.船舶柴油机轴瓦损坏故障分析[J]，中国水运.2009（01）. [3]曹玉为.流动机械几类故障诊断方法的研究[D].大连理工大学；2000年

[4]邹俊杰.船舶柴油机涡轮增压器常见故障分析[J].南通航运职业技术学院学报；2004年02期