船舶机械设备常见故障及状态监测技术分析

牛浩平

（郑州机电工程研究所，河南 郑州 450000）

船舶机械的结构复杂，零部件较多，且长期在复杂的自然环境中运行，机械设备容易发生故障，对船舶运行的安全性和可靠性造成影响。一旦船舶机械设备出现故障，不仅会造成严重的经济损失，而且导致人员伤亡，对海洋造成污染。所以要对船舶机械设备的常见故障进行分析总结，提前做好各项防范措施，在发生故障时能够及时处理。状态监测技术是指在船舶机械设备运行的过程中，通过各种监测手段来获取机械设备运行状态下的各种技术参数，根据机械设备的状态参数和变化特征来判断运行状况，并且对其发展趋势进行预测，能够及时掌握船舶机械设备的运行状况，降低机械设备故障的发生概率，为提高船舶运行的安全性和可靠性奠定了有利的基础。

1 船舶机械设备的常见故障分析

随着科学技术的发展，我国的船舶制造水平也不断提升，船舶动力装置也向自动化、智能化方向发展，可靠性有了很大的提升，但是仍然会有船机故障发生。在船舶主、辅机损伤中，柴油机故障占全部机损的80%以上，在主机故障中，活塞、缸套、曲轴、气阀发生故障率较高，在辅机故障中，润滑系统和冷却系统故障发生率较高。大部分故障基本是由磨损、疲劳、老化、破裂、断裂、锈蚀和烧损等造成的，船机故障的发生会造成一定的经济损失，严重的情况下还会导致人员伤亡和海水污染。所以对船舶机械的常见故障进行分析，有利于做好预防措施，并且通过对常见故障部位进行状态监测，能够有效减少故障的发生概率，提高船舶机械运行的可靠性。

下面对几种比较常见的船舶机械故障进行分析，并提出相应的解决方法。柴油机是船舶机械中的重要组成部分，拉缸是柴油机比较常见的故障，主要表现为船舶运行过程中突然出现了哒哒的声音，同时机器转速降低、曲轴箱外有烟雾、润滑油和排出气体温度升高等现象。出现这种现象的原因主要是润滑油质量不达标，润滑油长期不更换、油压不足、柴油机异常磨损等。为了预防柴油机拉缸，应该根据柴油机的实际运行需求，选择高质量的润滑油，且及时更换润滑油，以保证润滑油的纯度和洁净度。定期检查润滑油的质量和油压，防止变质。加强对冷却水温度、排出气体温度的检测，采用状态监测可有效防止这类问题的发生；螺旋桨作为船舶航行时的推进器，一旦螺旋桨出现故障，将会导致船体失衡或者减速。

螺旋桨叶破损是螺旋桨常见故障，主要表现为在船舶航行过程中会突然出现幅度较大的疯狂振动，随着速度的降低，振动幅度会有所降低。出现这种现象的原因主要是个别螺旋桨叶破损或者断裂，从而导致成对的螺旋桨无法同步运行，船体在失衡状态下而导致船体振动。螺旋桨叶破损或者断裂一般是由于材料不合格，结构铸造有缺陷、海水腐蚀以及触礁等原因。为了预防螺旋桨叶破损，可以定期检查螺旋桨叶状态，对于出现破损或者断裂的螺旋桨叶，可采用接补法来修复裂痕或者腐蚀；船舵是掌握船舶航行方向的重要结构，在船舶航行遇到紧急情况需要换舵时，会出现无法换舵的故障。出现这种现象的原因是油泵组安装不合理或者装配位置不当，预防措施为装配备用油泵组，并且保证每台油泵组配置一台独立的动力驱动液压泵，确保油泵组能够正常运行[1]。

2 船舶机械设备状态监测技术

传统的船舶机械设备维修主要以计划性周期检修为主，根据船舶的运行状态确定检修周期。计划性检修不仅会增加维修成本，同时由于对运行状况良好的设备进行拆装，会改变机械设备原有的间隙配合和润滑状态，反而会加大故障的发生率。而采用状态监测技术，可在船舶机械设备运行的过程中对各机械装置的运行状态进行实时监测，通过对技术参数的比对，能够及时掌握机械设备的运行状态，并且通过技术参数的变化趋势可以预测机械设备的运行状态，及时作出维护措施，减少机械设备可能会发生的故障。状态监测技术的使用将船舶机械设备的计划性检修转向预防维修，大大降低船舶机械设备的维修成本，延长机械设备的使用寿命，提高船舶机械运行的可靠性[2]。现阶段，船舶机械设备状态监测技术主要有油液分析法、振动分析法、热力参数分析法等，下面主要对这3 种方法进行分析。

2.1 油液分析法

油液分析法主要是对船舶机械设备润滑油中磨损微粒的浓度、形状以及大小的变化、油质的变化、含铁量的变化进行监测，以此来判断机械设备的磨损状态，并且能够判断出故障点以及发生故障的原因。油液分析法能够及时掌握船舶机械设备已经发生以及潜在的故障，可有效避免机械设备发生故障的概率。由于油液分析法能够提前预防船舶机械设备故障的发生，所以可有效弥补计划性检修所具有的缺陷，在船舶机械设备状态监测中得到了广泛的应用。目前，油液监测分析方法主要有铁谱分析法、光谱分析法、理化指标分析法等。铁谱分析法主要是使用高梯度的强磁场，将油液中的污染杂质、机械磨损的微粒分离出来，然后利用显微镜对分离出来的杂质和磨损微粒进行观测，通过杂质、微粒的成分、密度、尺寸和形状等进行分析，可以推断出机械零件的损伤状况，进而决定是否需要维修以及采用何种手段维修。

光谱分析法主要是利用油液中所含杂质和微粒发射或吸收的光谱，来判断杂质和微粒的成分及含量，然后推断出机械零件的磨损程度及是否需要维修。理化分析法主要是对油液本身的品质进行分析，监测油液的化学、物理性质，通过对油液的颜色、黏度、闪点、总酸值和总碱值等进行监测，判断油液理化指标是否还符合标准要求，如果理化指标出现异常要及时更换润滑油，或者对机械设备进行维修[3]。

2.2 振动分析法

振动分析法主要是通过对船舶机械设备的振动频谱和频率进行分析，来判断机械设备的运行状态。因为振动监测法操作简单、精准度和效率都较高，所以在船舶机械设备状态监测中应用非常广泛。振动监测的操作主要有以下步骤。1）对船舶机械设备的整体进行机理分析，详细了解整个船舶机械设备的结构以及每个零部件之间的关联性，对零部件的运行环境进行分析，包括温湿度、压力、是否有腐蚀等情况出现，每个部位是否进行过维修，建立完整的维修档案，然后对机械设备正常运行状态下的各项参数进行记录。2）对船舶经常出现故障的零部件进行检测，先确定测点，然后对其运行过程中的各项参数进行记录，尤其是明确振动的方向和频率等信息，经过多次获取的数据分析，将设备处于异常运行状态下的数值与正常运行状态下的数值进行比较，统计出偏离值的大小以及故障的严重程度。3）对检测出的故障进行深入研究，包括出现故障时振动的波形、波频的特性、时差的定位、相位分析等，然后根据故障的成因，即可通过对振动特性进行分析来判断故障成因及部位。振动监测技术是基于船舶机械设备各零部件在振动时各种参数的差异性而对故障做出的判断，所以主要用于船舶柴油机主轴承磨损、活塞-缸套磨损、气阀漏气等状态监测中。在确定故障原因及部位后，就可以采用相应的维修措施[4]。

2.3 热力参数分析法

热力参数分析法主要是通过对船舶机械设备运行时热力参数的变化来判断设备的工作状态，对排气温度、滑油温度、转速、冷却水进出口温度计排放等参数进行监测，就能够判断机械设备的运行状况。柴油机是船舶中的重要组成部分，在柴油机中使用热力参数分析法会取得显著的成效。使用便携热工检测仪就可以对柴油机整机的参数和缸内过程进行测量，通过对测量获得的数据进行分析，就可以了解柴油机的运行状态，然后通过对各缸喷油量以及喷油定时调整，可以有效降低耗油率，避免个别缸出现超负荷运行的情况，能够保证柴油机的平衡运行，进而充分发挥整机功率。热工参数分析法能够对柴油机进行实时在线监测，所以通过对运行参数变化趋势的分析，能够及时发现柴油机出现的异常，避免事故的发生。热力参数分析法操作简便，在获取热力参数后，凭借丰富的工作经验即可对船舶机械设备的运行工况有清晰的了解，减少船舶故障的发生概率。

3 结语

随着我国海运事业的发展，对船舶的质量和性能都提出了更高的要求，所以应该加强对船舶机械设备的维修、维护和保养。传统的检修维护方法主要是事先检修维护，不仅维护成本高，而且还会缩短机械设备的使用寿命，在发生故障后进行的维修也会造成一定的经济损失。而采用状态监测技术，能够及时掌握船舶机械设备的运行状态，并且还能够对其发展趋势进行预测，在发生故障时能够准确定位故障点。状态监测技术在船舶机械设备中的应用，是我国科学技术发展的必然产物，为我国船舶机械的安全可靠运行提供了有利的保障。