一種船舶動力系統異常磨損監測系統及方法
2023-06-03 13:50:41
專利名稱：一種船舶動力系統異常磨損監測系統及方法
技術領域：
本發明涉及船舶動力系統監測領域，特別是涉及一種船舶動力系統異常磨損監測系統及方法。
背景技術：
船舶動力設備長期工作在高溫、高溼、高鹽、強振等惡劣環境下，作為船舶動力系統核心的發動機及傳動裝置一旦發生故障，將嚴重危及船舶中設備和人員的安全，造成巨大的經濟損失。因此，對發動機及傳動裝置實施及時有效的設備狀態監測能夠為其維護管理工作提供依據，保證設備安全穩定的運行。油液監測技術已經成為船舶動力系統狀態監測應用最廣泛和有效的技術手段，傳統離線式油液監測技術，通過人工定期採集發動機潤滑油，綜合利用離線油液分析手段，如油液常規理化分析、分析式鐵譜技術、原子光譜分析等，較為全面地獲得油液所包含的設備磨損狀況和潤滑油油品信息。船舶具有離岸工作周期長，工況惡劣，維護費用昂貴等特點， 但是實施離線油液監測需要定期取樣並送檢，限制了船舶工作時間；人工採集油樣程序複雜嚴格，前期處理工作量大，會造成人力物力的浪費；同時由於取樣數量的限制，很難採集到代表性的油樣，並有可能造成取樣間隔期時重要信息的丟失。
發明內容
(一 )要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是如何對船舶動力系統設備的潤滑油磨粒、粘度和水分進行綜合監測，以實現船舶動力系統異常磨損的在線監測，克服了離線油液監測技術採樣周期長、取樣過程複雜、油樣代表性不足的缺陷。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本發明提供一種船舶動力系統異常磨損監測系統，包括傳感器組，用於根據工控機設置的監測參數採集油液的磨粒圖像數據、粘度數據和水分數據，並將所述數據發送至工控機；工控機，與所述傳感器組連接，用於設置監測參數，並保存接收到的所述數據。優選地，所述傳感器組包括在線圖像可視鐵譜(On-Line Visual Ferrograph，0LVF)傳感器，用於採集油液的磨粒圖像數據；粘度傳感器，用於採集油液的粘度數據；和水分傳感器，用於採集油液的水分數據。優選地，所述OLVF傳感器通過USB接口與所述工控機連接。優選地，所述粘度傳感器和所述水分傳感器通過RS485串口通信與所述工控機連接。優選地，所述監測系統還包括顯示屏，與所述工控機連接，用於顯示工控機保存的所述數據。本發明還提供了一種船舶動力系統異常磨損監測方法，包括步驟Si，工控機對於監測參數進行設置，並通過RS485串口通信將所述監測參數送至 OLVF傳感器、粘度傳感器和所述水分傳感器；S2，OLVF傳感器依照所述監測參數，對油液進行磨粒採樣；S3，工控機讀取並保存OLVF傳感器、粘度傳感器和水分傳感器所採集的磨粒圖像數據、粘度數據和水分數據；S4，根據所述磨粒圖像數據、粘度數據和水分數據判斷船舶動力設備的異常磨損情況。優選地，在所述步驟Sl之前，還包括步驟SA,對OLVF傳感器進行標定。優選地，所述步驟S4包括如果磨粒濃度指數IWPC連續4-6次高於500、或磨粒覆蓋指數IPCA連續4次大於 1600，則進一步檢查粘度數據和水分數據。優選地，所述步驟S4中進一步檢查粘度數據和水分數據的步驟具體包括S4-1，如果所述粘度數據低於粘度閾值，轉步驟S4-2 ；否則，轉步驟S4_3 ；S4-2，判斷水分數據，若所述水分數據高於水分閾值，則初步判斷為潤滑油含水導致粘度過低引起異常磨損；否則，判斷為潤滑油混入燃油導致粘度過低引起異常磨損；S4-3，檢查磨粒濃度指數IWPC歷史數據是否呈增高趨勢、觀察是否出現大量磨粒以及異常大磨粒，如果是，則建議檢查設備運行工況是否正常，否則，結束。(三)有益效果通過對船舶動力設備潤滑油磨粒、粘度和水分指標進行在線監測，實現了船舶動力系統異常磨損的在線監測，並對潤滑油因水分汙染造成乳化導致潤滑效果降低，或者由於水分汙染造成的油液添加劑分解和設備腐蝕、以及因溫度變化及燃油混入將引起潤滑油粘度的變化，從而影響潤滑油膜的建立和保持改變潤滑狀態等原因導致的設備異常磨損做出快速反應，避免了離線油液監測技術採樣周期長，取樣過程複雜，油樣代表性差的不足， 是一種船舶動力系統設備磨損情況和磨損異常的有效監測方法，可以用於狀態判別、故障診斷和剩餘壽命預測。
圖1是依據本發明實施方式的船舶動力系統異常磨損監測系統的結構示意圖；圖加是圖1中的系統的安裝位置示意圖；圖2b是圖1中的系統的另一安裝位置示意圖；圖3是依據本發明實施方式的監測系統的OLVF傳感器標定油路連接示意圖；圖4是依據本發明實施方式的監測方法的整體監測流程圖；圖fe和圖恥分別是依據本發明實施方式的監測方法中的兩種採集模式流程圖；圖6是依據本發明實施方式的監測方法中由二值化磨粒譜片計算IPCA的示意圖。其中，1 電磁閥；2 :0LVF傳感器；3 工控機；4 顯示屏；5 齒輪泵；6 粘度傳感器；7 水分傳感器；8 油箱；9 監測系統；10 船舶發動機及傳動設備；11 潤滑油供油泵；
412 潤滑油濾清器；13 標定油樣；14 廢油。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。如圖1所示，本發明提供了一種基於在線圖像可視鐵譜的船舶動力系統異常磨損油液在線綜合監測系統，包括電磁閥1、OLVF傳感器2、PC/104工控機3、顯示屏4、齒輪泵 5、粘度傳感器6、水分傳感器7構成。發動機回油管中的油液在齒輪泵5作用下，油液經電磁閥1流過OLVF傳感器2將油液中的磨粒沉積下來，當磨粒沉積完成後，電磁閥1關斷油路，接通空氣(可按要求安裝空氣濾清器)，排空OLVF傳感器2中殘留油液，使OLVF傳感器 2在空氣中拍攝磨粒譜片，消除油液中氣泡和積碳現象對譜片的影響。PC/104工控機3用於設置監測參數和存儲監測數據，通過RS485串口通信將監測參數送至OLVF傳感器控制卡 (位於OLVF傳感器2中)。OLVF傳感器控制卡(位於OLVF傳感器2中)依照監測參數設置的採樣周期，對油液進行磨粒採樣，並讀取粘度傳感器6及水分傳感器7的輸出。在每個採樣時刻，OLVF傳感器2輸出的沉積磨粒譜片圖像數據經USB傳輸至PC/104工控機3，讀取的粘度傳感器6和水分傳感器7的輸出通過RS485串口通信送至PC/104工控機3。監測結果可以實時顯示在顯示屏4上。如圖加和圖2b所示，該監測系統9安裝在船舶發動機艙，由其中的齒輪泵5維持被監測動力設備在線監測油液旁路的輔助循環，電磁閥1安裝在OLVF傳感器2之前，齒輪泵5安裝在OLVF傳感器2之後，從回油管(圖2a)或油箱(圖2b)取油。從回油管取油時， 監測系統9儘量靠近設備主要摩擦副，並在油箱8和潤滑油濾清器12之前，此時油液流動性好，磨粒分散均勻，應優先考慮。當管路取油不方便時，直接從發動機油箱8中取油，取油位置應避免靠近油箱8 (或油池)的底部。此外，監測系統9的進油和出油管長度應儘量縮短，以降低油液流動阻力。在齒輪泵5的作用下，油液經電磁閥1流過OLVF傳感器2將油液中的磨粒沉積下來，當磨粒沉積完成後，電磁閥1關斷油路，接通空氣(可按要求安裝空氣濾清器)，排空OLVF傳感器2中殘留油液，使OLVF傳感器2在空氣中拍攝磨粒譜片，消除油液中氣泡和積碳現象對譜片的影響。在使用監測系統9進行船舶動力系統異常磨損監測前，首先要對OLVF傳感器2進行標定。標定時油路按圖3所示連接，標定用油樣13由油杯經齒輪泵5進入OLVF傳感器 2，廢油14由另一油杯收集。OLVF傳感器2和油杯之間的油管應儘量短，以減小油管中殘油引起的標定誤差。標定過程分兩步進行1)配置標定油樣樣本。取還原鐵粉若干(粒徑約30 μ m，或按設備情況自行選取)， 加入500ml待測設備用的新潤滑油中，攪拌均勻，配得30ppm的標定用油樣樣本，將標定用油樣置於油浴恆溫條件下(溫度與設備待監測摩擦副工作溫度相同或接近)。2)進行OLVF標定，分別測定「沉積率係數(Pl) 」、「相對偏差係數(P2) 」、「線性度誤差係數(P3)」，測定方法如下(a)測定相對沉積率係數(Pl)及相對偏差係數(P2)表1 OLVF傳感器標定工作參數
權利要求
1.一種船舶動力系統異常磨損監測系統，其特徵在於，包括傳感器組，用於根據工控機設置的監測參數採集油液的磨粒圖像數據、粘度數據和水分數據，並將所述數據發送至工控機；工控機，與所述傳感器組連接，用於設置監測參數，並保存接收到的所述數據。
2.如權利要求1所述的船舶動力系統異常磨損監測系統，其特徵在於，所述傳感器組包括OLVF傳感器，用於採集油液的磨粒圖像數據； 粘度傳感器，用於採集油液的粘度數據；和水分傳感器，用於採集油液的水分數據。
3.如權利要求2所述的船舶動力系統異常磨損監測系統，其特徵在於，所述OLVF傳感器通過USB接口與所述工控機連接。
4.如權利要求2所述的船舶動力系統異常磨損監測系統，其特徵在於，所述粘度傳感器和所述水分傳感器通過RS485串口通信與所述工控機連接。
5.如權利要求1所述的船舶動力系統異常磨損監測系統，其特徵在於，所述監測系統還包括顯示屏，與所述工控機連接，用於顯示工控機保存的所述數據。
6.一種船舶動力系統異常磨損監測方法，其特徵在於，包括步驟Si，工控機對於監測參數進行設置，並通過串口通信將所述監測參數送至OLVF傳感器、粘度傳感器和所述水分傳感器；S2，OLVF傳感器依照所述監測參數，對油液進行磨粒採樣；S3，工控機讀取並保存OLVF傳感器、粘度傳感器和水分傳感器所採集的磨粒圖像數據、粘度數據和水分數據；S4，根據所述磨粒圖像數據、粘度數據和水分數據判斷船舶動力設備的異常磨損情況。
7.如權利要求6所述的船舶動力系統異常磨損監測系統，其特徵在於，在所述步驟Sl 之前，還包括步驟SA,對OLVF傳感器進行標定。
8.如權利要求6或7所述的船舶動力系統異常磨損監測系統，其特徵在於，所述步驟 S4包括如果磨粒濃度指數IWPC連續4-6次高於500、或磨粒覆蓋指數IPCA連續4次大於 1600，則進一步檢查粘度數據和水分數據。
9.如權利要求8所述的船舶動力系統異常磨損監測系統，其特徵在於，所述步驟S4中進一步檢查粘度數據和水分數據的步驟具體包括S4-1，如果所述粘度數據低於粘度閾值，轉步驟S4-2 ；否則，轉步驟S4-3 ； S4-2,判斷水分數據，若所述水分數據高於水分閾值，則初步判斷為潤滑油含水導致粘度過低引起異常磨損；否則，判斷為潤滑油混入燃油導致粘度過低引起異常磨損；S4-3，檢查磨粒濃度指數IWPC歷史數據是否呈增高趨勢、並觀察是否出現大量磨粒以及異常大磨粒，如果是，則建議檢查設備運行工況是否正常，否則，結束。
全文摘要
本發明公開了一種船舶動力系統異常磨損監測系統及方法。該系統包括傳感器組，用於根據工控機設置的監測參數採集油液的磨粒圖像數據、粘度數據和水分數據，並將數據發送至工控機；工控機，與傳感器組連接，用於設置監測參數，並保存接收到的數據。通過對船舶動力設備潤滑油磨粒、粘度和水分指標進行在線監測，實現了船舶動力系統異常磨損的在線監測，並對潤滑油因水分汙染造成乳化導致潤滑效果降低等原因導致的設備異常磨損做出快速反應，避免了離線油液監測技術採樣周期長，取樣過程複雜，油樣代表性差的不足，是一種船舶動力系統設備磨損情況和磨損異常的有效監測方法，可以用於狀態判別、故障診斷和剩餘壽命預測。
文檔編號G01N15/00GK102539292SQ201010621109
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者丁鑫, 姚智剛, 毛軍紅, 許友林, 謝友柏 申請人:中國人民解放軍91872部隊