船舶内燃机远程状态监测研究

摘要：随着社会经济的不断发展，全球各国之间的贸易交流变得越来越频繁，水运海航线发展也变得尤为必要，由此对船舶功能提出了越来越严格的要求。在船舶航行中，其前行动力离不开内燃机的有力支持，而为保障内燃机的安全稳定运行，对其监测诊断方法进行研究有着十分重要的现实意义。本文首先阐述了船舶内燃机监测诊断技术，其次概述了船舶内燃机系统，最后探讨了船舶内燃机远程状态监测系统结构设计及展望了船舶内燃机监测诊断技术发展，旨在为促进船舶内燃机的可靠、稳定运行提供一些帮助。

关键词：船舶;内燃机;远程状态监测

中图分类号：U692.7+2                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）09-0166-02

0  引言

随着海洋运输行业的不断发展，对船舶内燃机的应用质量要求不断提升，船舶航行需要动力的支持，内燃机依托燃油的化学反应转化释放能量，保障船舶的可靠运行，所以对内燃机状态的监测严重影响着船舶航行的有序开展。必须要确保内燃机监测可靠、故障诊断准确超前，方可为船舶航行提供有力支撑。针对船舶内燃机远程状态监测系统开展研究，合理应用网络信息技术，对保障船舶内燃机的可靠、稳定运行有着十分重要现实意义[1]。

1  船舶内燃机监测诊断技术

结合当前研究现状，现阶段对于船舶内燃机的诊断方法及诊断流程，如图1所示。基于船舶内燃机的诊断方法及诊断流程，近年来得到广泛推广的船舶内燃机监测诊断技术，主要包括有振动监测诊断系统、在线故障监测系统以及远程故障监测系统等。

1.1 振动监测诊断系统  在对船舶动力设备进行监测诊断过程中，可采用振动监测故障诊断系统对船舶运行状态进行监测，其监测原因在于基于振动法作用，内燃机振动幅度受其内部缸套与活塞环相互间的间隙很大程度影响，结合缸套的外部特征可了解到，在传递作用下倘若内燃机内部运行异常，会转变缸套与活塞环相互间的运行表现，比如提升活塞环磨损水平，有时尽管不会即刻有明显的外部表现，但仍旧会对后续的应用效果造成不利影响[2]。除此之外，在齿轮箱振动诊断过程中，依托振动系数及稳定情况可对齿轮箱的运行状态予以有效诊断，同时通过对振动所形成振动信号的有效分析，可实现对内燃机运行状态的有效诊断。另外，在对设备振动频率进行计算过程中，应切实明确内燃机的运行机理及参数，在设备故障引发时可有效提出差异，进而实现对内燃机诊断数据的准确处理。

1.2 在线故障监测系统  近年来，在线故障监测系统得到了广泛推广，该系统既先进又实用，所以在开展内燃机状态监测过程中，监测人员应秉持相应的标准及规范化流程在处理设备上安装监测仪器，接着将监测仪器与通讯设备进行连接，从而实现对船舶内燃机运行状态的有效监测，在达成监测目标的同时，还可结合在线监测结果诊断故障类型及故障发生部位，进一步提升故障诊断效率。依托在线故障监测系统可为设备监测人员创造极大便利，即为监测人员在开展设备监测过程中，不需要像以往那样投入大量的时间精力对内燃机运行状态进行监测，仅需建立起内燃机与通讯设备的有效联系，即可开展在线监测，基于监测结果，评定内燃机的故障特征，及找出故障引发原因，然后对内燃机进行检修，保障船舶内燃机的有序运行。

1.3 远程故障监测系统  新时期，在船舶状态监测中，应加强对远程故障监测系统的有效应用，进一步实现对船舶的远程状态监测，在开展状态监测过程中，监测人员秉持规范化流程应用远程故障监测系统，同时在应用期间操作远程监测仪器及电子计算机，即可在远程故障监测系统上了解到故障引发部位及其影響区域，进一步明确船舶内燃机存在的一系列故障问题，并进行有效及时的维修处理。除此之外，还可应用远程故障监测系统，对正在远方航行的船舶开展实时监测，通过监测内燃机的运行速度、运转效率等，进一步可结合远程监测获取的画面及呈现监测结果，诊断船舶内燃机齿轮箱、零件等存在故障与否，因而，将远程故障监测系统应用于监测船舶内燃机，可快速便捷地诊断内燃机存在的故障类型，切实明确故障特征后开展维修处理，进而保障船舶内燃机的可靠、稳定运行。

2  船舶内燃机系统概述

船舶作为一种由各式各样机构、系统组成的复杂设备，不管是柴油机还是汽油机，不管是多缸发动机还是单缸发动机，要实现能量转换，保障长时间可靠、稳定运行，都需要拥有相应的机构及系统。作为发动机实现能量转换、工作循环的重要运动零件，曲柄连杆机构主要机体组、曲轴飞轮组及活塞连杆组等组成。在作功行程中，活塞在燃气压力作用下于气缸内进行直线运动，经由连杆转换为曲轴旋转运动，并通过曲轴对外输出动力。与此同时，在进气、压缩及排气行程中，飞轮形成能量将曲轴的旋转运动转化为活动的直线运动。另外，配气机构所能实现的功能在于结合发动机工作流程，适时对进气门、排气门进行开启或闭合，使空气或者可燃混合气转入气缸，并使废气由气缸内排出，最终达到换气的目的。通常情况下，配气机构多应用顶置气门式配气机构，并主要由气门组、气门驱动组及气门传动组等组成。柴油机燃料供给系统所能实现的功能在于将柴油、空气分别转至气缸，在燃烧室内形成混合气并进行燃烧，最后对燃烧后的废气予以排出。汽油机燃料供给系统所能实现的功能在于基于发动机要求，配制出相应浓度、数量的混合气，转至气缸，并将形成的废气由气缸内排出。

3  船舶内燃机远程状态监测系统结构设计

3.1 网络结构设计  船舶内燃机远程状态监测系统结构涉及船舶本身和船舶企业两方面，两者相互间依托国际海事卫星进行远程通信，以此可将船舶内燃机运行数据实时传输至船舶企业，工作人员可依据数据信息有效分析船舶的运行状态。所以，应当在船舶内燃机与部位机舱中引入局部诊断装置及测控传感器，以此可实现对船舶运行时一系列数据信息的有效采集，诸如振动、压力、温度等。依托现场总线将数据信息转至船舶信息中心监控站中，经由与数据库中的数据信息予以匹配比较，进而保证诊断结果的准确性、可靠性。在全面数据信息传输中，还可实行预备方案对引发的问题开展补救处理，这一系统呈网状结构底层现场由CAN总线构成，属于一种多主结构。该网状结构凭借层层传输使得各诊断仪表均可从现场总线上采集到相应的数据，以此在整合后可使数据信息变得更为客观、准确，在获取现场监测及诊断数据结果过程中，应当与独立的显示及报警系统相连接，进一步向船舶信息监控中心开展传输，基于此在船舶二级融合信息处理后对内燃机运行状态进行分析，并提出有效针对的诊断方案[3]。结合实际情况，工作人员还应结合数据信息开展进一步分析，从而实现对诊断结果的三次融合分析，借助传输系统将最终的维修方案传输至船舶现场，彰显高效融合的设计思想。

3.2 软件结构设计  对于船舶内燃机远程状态监测系统的软件结构设计而言，可推行服务器与客户机相互传输的搭配模式，同时主要包括对船舶内燃机的运行状态监测，借助一系列信息采集装置，对船舶的各项运行数据开展采集分析。首先，开展好对信号特征分析模块的优化设计工作，就信息类型进行整合分析，倘若信息类型属于状态信息，则应当将该部分信息与日常运行状态参数进行匹配分析;倘若信息类型属于故障信号，则应当将该部分信息与正常情况下的数据信息进行匹配分析;依托对信息类型的有效划分，有效提升状态监测系统对一系列数据信息的处理能力及效率。其次，开展好对数据信息采集模块与处理功能的优化设计工作，通过建立起一系列传感器装置与各项设备的有效联系，同时逐一对振动、油液、转速等信息开展实时采集，并开展对应的预处理，进而将各项信息转化成有价值数据。信号特征分析模块通过对各项数据开展时频分析，从而获得船舶内燃机运行状态下的特征信息，同时基于此开展第一次融合分析，就各项数据信息开展匹配对比，然后对各项信息予以整合处理，进一步实现全面系统分析。在对数据信息开展处理及管理过程中，也应当开展好对状态监测系统的优化设计工作，一方面要能够实现对数据信息的录入、查询、修改、删除等功能，另一方面各项数据信息还应体现于船舶与管理中心的数据交互中，即为船舶操作与企业信息管理中心均可实时获取各项数据信息，如此一来，在对船舶内燃机开展远程状态监测过程中，仅可切实依据过去的维修及保养记录，提升船舶管理维护方案的合理性、可行性[4]。

4  船舶内燃机监测诊断技术发展趋势

随着现代技术的不断发展，诸如网络信息技术、测量技术、自动化技术等实现了长足进步，进一步提升了诊断技术的智能化、精密化水平。对于船舶内燃机监测诊断技术发展趋势而言，主要可从以下几方面内容切入进行展望：一是基于人工智能的智能化诊断。结合如今的发展现状而言，传统船舶的内燃机监测诊断技术在智能化方面仍有着广阔的发展空间，虽然基于专家的系统建设不断发展成熟，人工神经、模拟诊断能力也在逐步提升，但和智能化相比较来说，在系统、精密方面还有待进一步提升，智能化发展旨在应对各式各样复杂的航行状况及多样复杂的故障类型。二是数据与技术的结合发展。数据库为监测诊断技术提供可靠的数据目标，通过数据与诊断技术的有效结合，以此可很大程度提升信息數据效率，切实优化数据处理模式，为监测诊断技术提供有力依据。

5  结束语

总而言之，随着全球经济一体化发展的不断推进，对国际交通发展提供越来越高的要求，地球广袤的海洋环境为航海事业发展提供了有力条件，所以建设船舶航行至关重要，船舶在航行中有赖于强劲的动力来源，内燃机是现阶段船舶动力的主要提供者，所以内燃机的规范使用及维护管理重要影响着船舶航行状况。因此，相关人员应不断钻研研究、总结经验，加强对船舶内燃机远程状态监测相关技术的有效应用，积极促进船舶内燃机的可靠、稳定运行。

参考文献：

[1]刘双成.船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统[J].军民两用技术与产品，2018，13（20）：79-81.

[2]裴一鸣.船舶动力设备故障诊断系统关键技术研究[J].内燃机与配件，2019，05（20）：123-124.

[3]王军生，费太军.船舶动力设备故障诊断系统研制[J].电子测试，2015，20（21）：95-96.

[4]陈修远.船舶动力设备状态监测与故障诊断技术分析[J]. 内燃机与配件，2018，14（18）：129-130.

[5]靳良真.船舶内燃机远程状态监测与故障诊断系统[J].设备管理与维修，2020（20）：179-180.

作者简介：余国虎（1984-），男，湖北武汉人，工程师，硕士，研究方向为船舶动力系统。