林颖毅1 江凌2 葛晓峰3
（福建船政交通职业学院1 350007 中国船级社福建分社2 350007 福建海事局3 350002）
[摘要] 轮机员在船上工作时，经常会遇到各种船机设备故障。轮机员需进行故障的查找、排除等检修工作。故障诊断技术是船舶自动化、无人机舱的前提，是实现状态维修的关键。
关键词：基于知识 故障诊断技术 实例 分析
引言
故障诊断是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部是否正常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。通俗的讲，就是给机器或设备“看病”的技术。
船机状态恶化就会产生相应于状态变化的各种信息，并显示出来。这些信息主要有以下三种类型。
（1）机械信息：机械状态恶化产生运转状态变化的信息，其中直接与功能有关的信息有：力、压力、扭矩、转速等；其他运转状态信息有：振动、声音、温度等；
（2）电磁信息：主要有电流、电压、电磁感应密度、导磁等信息；
（3）化学信息：机械状态恶化产生的气、液、固体等信息，例如排烟、磨损产物、润滑油变质等信息。
一、故障诊断过程
故障诊断过程主要包括以下三个阶段的工作：
（1）信息采集：选用传感器采集信息，如温度、压力或振动传感器。采集故障信息的方式可选用连续监控方式或定期（定时）停机检测方式获取，同时可直接测定或间接测定。
（2）数据处理：或称特征提取。把原始信息进行处理，获取反映故障最敏感的性能参数。
（3）状态识别、判断和预测：根据特征参数，参照相应规范、运用各种知识和经验，对机器状态进行识别。对早期故障进行诊断，对故障的部位、原因和程度作出判断，对其发展趋势进行预测，为确定维修决策提供技术依据。识别的方法主要有对比、分类、聚类、辨识和推理等。
将先进的传感技术、信息处理技术与船机设备诊断领域专家的丰富经验和思维方式相结合形成船机设备故障诊断专家系统。专家系统实际上是人工智能计算机程序系统，它利用大量专家的专门知识、经验和方法解决实际的复杂故障诊断问题。所以，这种诊断为基于知识的故障诊是智能诊断，是故障诊断的发展方向。
二、故障诊断方法
早期，轮机员用“听、摸、嗅、看”来了解主、辅机的运转参数，进而通过人脑快速思维分析判断机器的运转状况和运转趋势。例如，用手触摸柴油机高压油管，依其脉动情况判断高压油泵的工作状况。
目前，通过性能参数分析法来诊断故障，利用传感器或仪器、仪表测定船机设备的各项性能参数（如温度、压力、转速、油耗等），将这些参数进行处理，然后同基准参数值进行比较，得到结论（如偏高、偏低、过高、过低等），从而可以看出机械在性能方面存在的问题，并进行分析判断其故障部位及发展趋势。
三、实例分析——柴油机振动与噪声监测
对船舶柴油机来说，振动和噪声是最重要的诊断信息，是机器运转过程的一种属性，即使最精密的机器也不可避免地产生振动和噪声。应用非常广，理论和测量技术比较成熟，是一种非常重要的诊断方法。
噪声是不规则振动在空气中传播引起的，从本质上讲也是振动。根据声响的差异进行诊断是古老而有常用的方法。过去是靠人耳的感觉和经验进行，今天可以借助于仪器（如录音机、频谱分析仪等）进行。通过测量振动随时间的变化曲线（时域曲线），对波形进行分析（分析方法有：幅域分析、频域分析、时域分析等），找出特征信息，进行诊断（部位和原因）。
活塞与缸套间隙的变化将引起缸套振动特征的改变，我们可以根据活塞撞击缸套——机身振动的传递特性，利用机身的振动特性来预测间隙的变化。
（一）利用缸套的振动响应判断间隙的变化：Sf为缸套振动加速度功率谱；为柴油机的冷态间隙值。
不同间隙时，功率谱有明显的差别，即振动能量的分布有明显差别:
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（二）利用机身振动来判断间隙的变化：
现场监测时，传感器是难以置于缸套上的，如果把传感器放在机身上，所测信号也能反映缸套间隙的变化机身的横向振动主要是由活塞撞击引起的。缸套与机身的振动加速度响应功率谱特征完全相同。Sf不同气缸间隙时机身的振动加速度功率谱。
我们从图中可见：小间隙时，能量主要集中在第一频带内；大间隙时，能量主要集中在第二频带。当功率谱中，高频成分明显增加时，可判断为拉缸的前兆。
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（三）利用振动信号的频谱图来判断排气阀门间隙是否正常：
我们分别将排气阀门的间隙正常（0.25mm）和间隙不正常（0.62mm）时的发动机振动信号进行自谱分析，其频谱分别如图所示。从图中可以明显看出，两种情况的频谱图有很大差别，因此可以把振动信号的频谱图的变化作为判断排气阀门是否正常的一种依据。
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四、性能参数监测应注意的问题
1）选择的监测参数应与故障之间应具有较高的的灵敏度和较好的对应性；
2）选择的监测参数最好能借助于机械上现有的仪表就可测得或添置较少的测量仪器即可；
3）监测参数应具有足够的信息量，并具有典型意义；
4）要注意监测数据的积累、加工处理等，从中归纳出有规律的东西；
5）要注意诊断规则与经验的积累，为创建专家系统做准备。
五、小结
故障诊断不仅对故障的部位、原因和程度进行精确判断,其所采用的诊断手段也是较精密的电子仪器和专门仪器,对人员素质要求较高，提高轮机员的素质可以很好地预防船机故障的产生。
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