船舶發(fā)電機常見故障與智能故障診斷方法研究

許永成

（煙臺打撈局，山東 煙臺 264000）

船舶發(fā)電機組在信息環(huán)境下逐漸具備了智能化特征，不僅功能更加豐富，結(jié)構也相對復雜。因為發(fā)電機持續(xù)處在高頻率的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，難免會發(fā)生故障。為了能夠更加高效率的完成故障診斷與解決，需要針對船舶發(fā)電機常見故障設計智能故障診斷系統(tǒng)，提升故障維修水平，促進水運行業(yè)發(fā)展。

1 船舶發(fā)電機常見故障

船舶發(fā)電機運行過程中發(fā)生故障，是因為發(fā)電機內(nèi)的系統(tǒng)、設備存在問題，影響發(fā)電機的正常運行?？偨Y(jié)船舶發(fā)電機常見故障，可以分為兩大類，即電氣系統(tǒng)故障、機械系統(tǒng)故障，前者包括電壓波動異常、發(fā)電機空載突降等，后者則包括軸承溫度升高、震動與噪聲較大等。另外，船舶發(fā)電機中另外一項比較常見的故障是轉(zhuǎn)子偏心故障，當定子、轉(zhuǎn)子中間的配合位置發(fā)生偏移后，發(fā)電機運行期間便會出現(xiàn)軸承損壞、定子轉(zhuǎn)子變形的現(xiàn)象，通過這種彎曲變形現(xiàn)狀便會導致轉(zhuǎn)子偏心故障。

如果轉(zhuǎn)子偏心情節(jié)比較嚴重，發(fā)電機內(nèi)的磁拉力會出現(xiàn)失衡的狀況，軸承、鐵芯、繞組等裝備也會在運行過程中出現(xiàn)不同程度的磨損、絕緣層破壞。因為發(fā)電機結(jié)構的差異性，如果在特殊設備中應用，還會出現(xiàn)氣隙磁場畸變、轉(zhuǎn)子過度震動的問題，降低船舶發(fā)電機整體穩(wěn)定性。所以，船舶發(fā)電機出現(xiàn)故障之后，如果沒有及時得到解決，船舶內(nèi)的所有設備也無法正常運行，船上乘客安全得不到保障，從而埋下了安全隱患。

2 船舶發(fā)電機內(nèi)部結(jié)構與運行原理

2．1 船舶發(fā)電機內(nèi)部結(jié)構

為了能夠準確診斷船舶發(fā)電機故障，工作人員應該全方面掌握船舶發(fā)電機內(nèi)部構造與功能，為判斷發(fā)電機運行過程中發(fā)生的故障提供依據(jù)，加強故障解決效率。實際工作中比較常用的發(fā)電機為船舶交流同步發(fā)電機，其中包括定子、轉(zhuǎn)子、集電環(huán)、蓋端與軸承，以上零件、結(jié)構分別為船舶發(fā)電機的正常運行發(fā)揮著相應的作用，在內(nèi)部結(jié)構中，所有部件對于發(fā)電機運行都有重要作用，所以船舶發(fā)電機的各個流程都要按照既定要求執(zhí)行，不能出現(xiàn)細小的失誤。

發(fā)電機運行期間，內(nèi)部結(jié)構中不會出現(xiàn)移動、偏轉(zhuǎn)的裝備為定子，定子的內(nèi)部結(jié)構包括機座、電樞繞阻、定子鐵芯；當發(fā)電機處于運行狀態(tài)下，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)行為的裝備為轉(zhuǎn)子，在船舶發(fā)電機中比較常見的轉(zhuǎn)子包括磁極、轉(zhuǎn)軸、集電環(huán)；軸承在船舶發(fā)電機中負責轉(zhuǎn)距傳遞、承擔部分轉(zhuǎn)動重量，正因為如此軸承材料非常重要，直接關系軸承最終作用的發(fā)揮，所以一些容量不大的同步發(fā)電機，在選擇轉(zhuǎn)軸材料時會以碳鋼為主。

2．2 船舶發(fā)電機運行原理

在諸多類型的船舶發(fā)電機中，柴油發(fā)電機比較常見，通過柴油來獲得動力來源，根據(jù)既定順序排列氣缸，為活塞施加推動力，并且結(jié)合連桿，便可以獲得有推動曲軸轉(zhuǎn)動功能的結(jié)構，在轉(zhuǎn)動力量的帶動下，可以實現(xiàn)曲軸旋轉(zhuǎn)。利用同步發(fā)電機運行原理，可以運用電磁感應定律，同時在閉合導體回路磁通量變化的作用下，可以構成感應電動勢，將導體回路面積改變，控制感應電動勢，如此一來，可以使同步發(fā)電機在運行過程中調(diào)整不同功率，滿足發(fā)電機多樣化的運行要求。

3 船舶發(fā)電機智能故障診斷系統(tǒng)

3．1 硬件系統(tǒng)設計

設計船舶發(fā)電機智能故障診斷系統(tǒng)，其中硬件包括船舶發(fā)電機、傳感器、以太網(wǎng)、監(jiān)控節(jié)點等。其中傳感器的作用是采集船舶發(fā)電機發(fā)出的信號，利用CAN總線、以太網(wǎng)傳遞信號到控制計算機中，在控制計算機內(nèi)部進行高頻率的分析、處理，從而得到發(fā)電機故障的分析結(jié)果。

2．2 軟件系統(tǒng)設計

（1）采集信號。通過傳感器檢測發(fā)現(xiàn)船舶發(fā)電機的物理量，由工作人員將該物理量轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足要求的電信號，同時開始預處理，期間必須要規(guī)避各個項目的干擾。當預處理結(jié)束后進行A/D轉(zhuǎn)換。發(fā)電機傳感器內(nèi)部有子系統(tǒng)，其作用是對發(fā)電機故障相關信息進行監(jiān)測與診斷，判斷引發(fā)故障的根本原因，采集對象包括運行、動態(tài)與靜態(tài)等各項參數(shù)。

（2）分析信號。當系統(tǒng)采集到信號后，要重點分析信號的特征數(shù)據(jù)，在大量信息數(shù)據(jù)中提取有應用價值的特征數(shù)據(jù)，具體包括頻譜分析、提取特征值、抑制干擾等，使故障診斷工作更加有效地進行。完成數(shù)據(jù)分析后便可以將其傳輸給由機艙控制的計算機數(shù)據(jù)庫，由數(shù)據(jù)庫負責全面、針對性的分析。從船舶發(fā)電機的角度分析，由于數(shù)據(jù)處理單元與實際工作現(xiàn)場存在差異，所以數(shù)據(jù)傳輸更多情況下是采用CAN總線和以太網(wǎng)來實現(xiàn)。

（3）故障診斷。故障數(shù)據(jù)已經(jīng)完成處理，將得到的數(shù)據(jù)信息和故障歷史數(shù)據(jù)、診斷規(guī)程、故障判定數(shù)據(jù)等進行對比，確定船舶發(fā)電機當前的運行狀態(tài)，并且判斷發(fā)生故障的部位，及時通知工作人員進行維修，根據(jù)分析所得信息展開發(fā)電機故障診斷與維修，一方面要有完善的診斷方案，另一方面，還要深入剖析故障機理。為此，工作人員可以在作業(yè)現(xiàn)場組織實驗，或者實施計算機仿真與實驗室模擬，按照檢測所得故障數(shù)據(jù)智能判斷船舶發(fā)電機故障。

4 船舶發(fā)電機智能故障診斷方法

4．1 VC++語言和MATLAB結(jié)構的交互處理

VC++語言以對象概念為前提的設計語言，在系統(tǒng)設計中應用比較符合程序研發(fā)人員的思維模式。VC++語言可以在軟件移植、維護中運用，有利于提高船舶發(fā)電機智能故障的軟件工程質(zhì)量。MATLAB作為數(shù)據(jù)處理集成環(huán)境及自包容程序設計軟件，在常見故障智能診斷中應用有非常完善的功能，主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)計算、系統(tǒng)分析等方面。實際應用MATLAB時，其所具備的功能可以直接體現(xiàn)，通過該軟件的內(nèi)置函數(shù)和工具箱即可，無須外界環(huán)境的幫助便能夠很好地融合在運行環(huán)境中。將VC++語言和MATLAB交互結(jié)合，可以獲得可靠的程序，解決復雜程度高的故障，體現(xiàn)出操作簡單、可讀性與編程效率高等諸多優(yōu)勢。針對編程這一項工作，MATLAB相比其與編程語言具有極強的功能，但是在實際應用中也存在一些問題，一方面是仿真解算操作對于執(zhí)行代碼效率要求高，另一方面調(diào)試功能不強。所使用的MATLAB更多情況下都是以語言實施程序編寫，因此VC++語言和MATLAB結(jié)構的交互中，也增加了外部應用程序接口，兩者之間優(yōu)勢互補，獲得最為理想的故障診斷效果。

4．2 科學應用編譯器

應用VC++語言的過程中，需要準確編譯MATLAB引擎程序，其中包含引擎頭文件engine.h，同時還需要將MATLAB對應庫文件——libeng.lib、libmat.lib引入VC++語言中。關于編譯器的操作流程如下：先將設置打開，進入菜單選項后設置屬性頁。完成屬性頁的設計，進入到Directcries頁面，單擊Include files選項，添加“C:MATLABcxterninclude”路徑。隨后再單擊Library files選項，添加“C:MATLABexternlibwin32microsoftmsvc60”路徑，在菜單選項中將設置屬性頁打開便可以進入到Link頁面，編輯的同時添加libeng.lib、libmat.lib文件名。經(jīng)過實踐可知，編輯過程中l(wèi)ibeng.lib、libmat.lib文件名操作人員可直接單擊選擇，設計環(huán)節(jié)路徑的添加設置一次即可，編輯添加文件名要設置所有選項。

5 結(jié)語

綜上所述，船舶發(fā)電機在運行過程中可能會發(fā)生一些故障，這些故障如果不及時診斷與解決，會直接影響船舶的安全運行。所以，在智能技術的影響下設計智能故障診斷系統(tǒng)，可以快速判斷發(fā)動機運行中存在的故障，并且通過采集、分析數(shù)據(jù)的方式制定故障診斷方案，采用現(xiàn)代化診斷方法將船舶發(fā)動機故障解決。不僅能夠加強發(fā)動機運行效率與質(zhì)量，還能夠保證船舶上人員的人身安全，為我國船舶行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供動力。