浅谈共振解调技术在船舶机械故障诊断中的应用
时间：2020-12-18 16:04:26 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：随着科学技术的快速发展，近年来我国船舶机械故障诊断领域实现了较为长足的进步，共振解调技术在该领域的广泛应用便属于这一进步的直观体现，基于此，本文简单介绍了共振解调技术的船舶机械故障诊断原理，并对该技术的具体应用进行了详细论述，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：共振调解技术；船舶；机械故障诊断
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.048
0 前言
船舶齿轮箱、增压器、电机均较为容易在运行中出现机械故障，使用故障特征频率谱线分析振动信号属于较为常见的机械故障诊断方法，但在笔者的实践应用中发现，这类传统机械故障诊断方法存在一定不确定性，而为了尽可能消除这种不确定性，正是本文围绕共振解调技术在船舶机械故障诊断中应用开展具体研究的原因所在。
1 共振解調技术的船舶机械故障诊断原理
共振调解技术是一种用于提取淹没在强烈背景噪声中冲击脉冲信号的技术，而为了深入了解共振解调技术的船舶机械故障诊断原理，本文将围绕以下两方面进行分析。
（1）SPM法与共振解调。SPM法属于一种基于时域诊断的冲击脉冲方法，而共振解调则属于基于频域诊断的冲击脉冲方法[1]。在船舶机械设备正常工作时，机械设备的振动信号处于平稳状态，但随着机械设备出现零件故障，时域内的振动信号将出现周期性冲击特性，由此可得出用于获取振动信号的加速度传感器单位脉冲响应函数：
函数中的t、w、m、分别为时间、传感器的安装谐振频率、振子质量、阻尼因子，继续计算可得出：
公式（2）指的是加速度传感器因故障信号通过而受到的冲击激励，公式（2）中的、T、n为狄拉克函数、脉冲冲激序列周期、狄拉克函数移位周期数，继续计算可得出船舶故障设备信号模型：
式（3）中的为噪声（其他振动信号）。综合分析不难发现，SPM法具备简便易用等特征，但在存在其他冲击原或背景噪声较强时，SPM法往往难以确定船舶机械设备的故障元件，且最多只能够确定机械设备的损伤严重程度和总体状态。但在共振调解中，其能够通过对故障信号进行的快速傅里叶变换实现频域信号转换，由此对照设备运行的特征频率，即可保证共振调解想交易SPW法更为快速、准确确定故障源[2]，这使得共振调解技术更为适用于船舶机械设备故障的精密诊断。同样以上文提及的故障为例，可通过快速傅里叶变换得出频谱：
公式（4）中的t、f、z（t）、Z（f）分别指时间、频率、时域内信号、频域内信号，由此进一步开展连续信号抽样、截断处理成离散信号，即可实现高质量船舶机械设备故障诊断。
（2）硬件共振解调与软件共振调解。其中，硬件共振调解的流程可以描述为：“元件→高频响应损伤→加速度传感器→电荷放大器→运算放大器→谐振器→高Q带通滤波器→包络检波→抗混频滤波器→A/D转换→单片机→计算机→故障诊断”，而软件共振调解的的流程则可以描述为：“元件→高频响应损伤→加速度传感器→调理电路→A/D转换器→计算机→带通滤波→包络检波→低通滤波→FFT变换→故障诊断”。其中，硬件共振解调与软件共振调解均可在冲击信号较大时有效提取故障特征，后者在早期故障冲击信号较弱时表现优秀，但重量、体积较大属于其存在的不足。
2 共振解调技术在船舶机械故障诊断中的应用
（1）应用策略。为保证共振解调技术较好服务于船舶机械故障诊断，本文提出了如下共振解调技术应用策略：1）合理选择故障监测方式。随着船舶机械设备的监测系统不断升级，智能系统已经在我国船舶领域实现了较为广泛的应用，但对于船舶中的普通电机、风机、冷水机组泵舱、辅机舱、主机舱等非关键设备与区域，第三代诊断系统同样可满足故障监测需要，这点必须得到相关人士关注。2）关注特征征兆判定。共振解调技术的应用离不开频谱分析的支持，但受设备等因素影响，频谱往往表现出不同的特性，这就对共振解调技术应用人员的专业能力提出了一定挑战，因此相关人员必须利用好标准征兆库功能，由此实现频谱自动对比即可更好完成船舶机械故障诊断。3）确定特征征兆标准。冲击脉冲频谱标准的确定需采集长时间数据后确定，数据走向直接影响该标准，因此具体的共振解调技术应用必须结合现场实际数据确定标准开展，但在必要时也可依据船员的经验确定标准。
（2）应用实践。为提升研究的实践价值，本文选择了某船涡轮增压系统作为研究对象，该系统采用了可靠性高、易于安装且自称系统的监测装置用于监测轴承，而在对涡轮增压系统轴承开展的振动监测中，可发现该涡轮增压系统轴承存在碳化物粘附、结垢造成不平衡问题。深入分析可以发现，涡轮增压系统轴承由滚动体、保持架、内环、外环组成，通过系统开展共振解调技术诊断科确定外环不存在损伤。而通过系统分析涡轮增压系统轴承的征兆值、速度、加速度，其中速度和加速度关系的明晰可为故障所处阶段的判断提供有力支持。值得注意的是，涡轮增压系统轴承的长期运行和老化加剧将直接在速度和加速度层面得到反映，其中加速度大说明轴承属于故障中期，而加速度变小则说明进入故障晚期，轴承使用中的速度加速度一般会出现先向上后向下趋势。
最终，笔者确定了该涡轮增压系统轴承本身间隙导致了实际测量值的高低波动，继续分析可发现轴承外环存在严重磨损，且有明显的剥落凹坑、麻点，这种情况的出现可能源于润滑不良，共振解调技术的应用价值由此得到证明。
3 结论
综上所述，共振解调技术能够较好服务于船舶机械故障诊断。而在此基础上，本文涉及的合理选择故障监测方式、关注特征征兆判定、确定特征征兆标准、应用实践等内容，则证明了研究具备的较高实践价值。因此，在共振解调技术、船舶机械故障诊断相关的理论研究和实践探索中，本文内容可发挥一定参考作用。
参考文献：
[1]陈银平.船舶柴油机故障诊断中共振解调技术的应用[J].电子技术与软件工程，2016（19）：105.
[2]邓四二，王勇，王恒迪.基于IHT的共振解调技术的滚动轴承故障诊断方法[J].航空动力学报，2012，27（01）：69-74.
