專利名稱：一種船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶動力系統(tǒng)監(jiān)測領(lǐng)域，特別是涉及一種船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
船舶動力設(shè)備長期工作在高溫、高濕、高鹽、強(qiáng)振等惡劣環(huán)境下，作為船舶動力系統(tǒng)核心的發(fā)動機(jī)及傳動裝置一旦發(fā)生故障，將嚴(yán)重危及船舶中設(shè)備和人員的安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對發(fā)動機(jī)及傳動裝置實(shí)施及時有效的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測能夠?yàn)槠渚S護(hù)管理工作提供依據(jù)，保證設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行。油液監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)成為船舶動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用最廣泛和有效的技術(shù)手段，傳統(tǒng)離線式油液監(jiān)測技術(shù)，通過人工定期采集發(fā)動機(jī)潤滑油，綜合利用離線油液分析手段，如油液常規(guī)理化分析、分析式鐵譜技術(shù)、原子光譜分析等，較為全面地獲得油液所包含的設(shè)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(hù)費(fèi)用昂貴等特點(diǎn)， 但是實(shí)施離線油液監(jiān)測需要定期取樣并送檢，限制了船舶工作時間；人工采集油樣程序復(fù)雜嚴(yán)格，前期處理工作量大，會造成人力物力的浪費(fèi)；同時由于取樣數(shù)量的限制，很難采集到代表性的油樣，并有可能造成取樣間隔期時重要信息的丟失。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何對船舶動力系統(tǒng)設(shè)備的潤滑油磨粒、粘度和水分進(jìn)行綜合監(jiān)測，以實(shí)現(xiàn)船舶動力系統(tǒng)異常磨損的在線監(jiān)測，克服了離線油液監(jiān)測技術(shù)采樣周期長、取樣過程復(fù)雜、油樣代表性不足的缺陷。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感器組，用于根據(jù)工控機(jī)設(shè)置的監(jiān)測參數(shù)采集油液的磨粒圖像數(shù)據(jù)、粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)發(fā)送至工控機(jī)；工控機(jī)，與所述傳感器組連接，用于設(shè)置監(jiān)測參數(shù)，并保存接收到的所述數(shù)據(jù)。優(yōu)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，用于采集油液的磨粒圖像數(shù)據(jù)；粘度傳感器，用于采集油液的粘度數(shù)據(jù)；和水分傳感器，用于采集油液的水分?jǐn)?shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述OLVF傳感器通過USB接口與所述工控機(jī)連接。優(yōu)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(jī)連接。優(yōu)選地，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括顯示屏，與所述工控機(jī)連接，用于顯示工控機(jī)保存的所述數(shù)據(jù)。本發(fā)明還提供了一種船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測方法，包括步驟Si，工控機(jī)對于監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并通過RS485串口通信將所述監(jiān)測參數(shù)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(jiān)測參數(shù)，對油液進(jìn)行磨粒采樣；S3，工控機(jī)讀取并保存OLVF傳感器、粘度傳感器和水分傳感器所采集的磨粒圖像數(shù)據(jù)、粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)；S4，根據(jù)所述磨粒圖像數(shù)據(jù)、粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)判斷船舶動力設(shè)備的異常磨損情況。優(yōu)選地，在所述步驟Sl之前，還包括步驟SA,對OLVF傳感器進(jìn)行標(biāo)定。優(yōu)選地，所述步驟S4包括如果磨粒濃度指數(shù)IWPC連續(xù)4-6次高于500、或磨粒覆蓋指數(shù)IPCA連續(xù)4次大于 1600，則進(jìn)一步檢查粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述步驟S4中進(jìn)一步檢查粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)的步驟具體包括S4-1，如果所述粘度數(shù)據(jù)低于粘度閾值，轉(zhuǎn)步驟S4-2 ；否則，轉(zhuǎn)步驟S4_3 ；S4-2，判斷水分?jǐn)?shù)據(jù)，若所述水分?jǐn)?shù)據(jù)高于水分閾值，則初步判斷為潤滑油含水導(dǎo)致粘度過低引起異常磨損；否則，判斷為潤滑油混入燃油導(dǎo)致粘度過低引起異常磨損；S4-3，檢查磨粒濃度指數(shù)IWPC歷史數(shù)據(jù)是否呈增高趨勢、觀察是否出現(xiàn)大量磨粒以及異常大磨粒，如果是，則建議檢查設(shè)備運(yùn)行工況是否正常，否則，結(jié)束。(三)有益效果通過對船舶動力設(shè)備潤滑油磨粒、粘度和水分指標(biāo)進(jìn)行在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了船舶動力系統(tǒng)異常磨損的在線監(jiān)測，并對潤滑油因水分污染造成乳化導(dǎo)致潤滑效果降低，或者由于水分污染造成的油液添加劑分解和設(shè)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(tài)等原因?qū)е碌脑O(shè)備異常磨損做出快速反應(yīng)，避免了離線油液監(jiān)測技術(shù)采樣周期長，取樣過程復(fù)雜，油樣代表性差的不足， 是一種船舶動力系統(tǒng)設(shè)備磨損情況和磨損異常的有效監(jiān)測方法，可以用于狀態(tài)判別、故障診斷和剩余壽命預(yù)測。


圖1是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖加是圖1中的系統(tǒng)的安裝位置示意圖；圖2b是圖1中的系統(tǒng)的另一安裝位置示意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的監(jiān)測系統(tǒng)的OLVF傳感器標(biāo)定油路連接示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的監(jiān)測方法的整體監(jiān)測流程圖；圖fe和圖恥分別是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的監(jiān)測方法中的兩種采集模式流程圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的監(jiān)測方法中由二值化磨粒譜片計(jì)算IPCA的示意圖。其中，1 電磁閥；2 :0LVF傳感器；3 工控機(jī)；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(jiān)測系統(tǒng)；10 船舶發(fā)動機(jī)及傳動設(shè)備；11 潤滑油供油泵；
412 潤滑油濾清器；13 標(biāo)定油樣；14 廢油。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于在線圖像可視鐵譜的船舶動力系統(tǒng)異常磨損油液在線綜合監(jiān)測系統(tǒng)，包括電磁閥1、OLVF傳感器2、PC/104工控機(jī)3、顯示屏4、齒輪泵 5、粘度傳感器6、水分傳感器7構(gòu)成。發(fā)動機(jī)回油管中的油液在齒輪泵5作用下，油液經(jīng)電磁閥1流過OLVF傳感器2將油液中的磨粒沉積下來，當(dāng)磨粒沉積完成后，電磁閥1關(guān)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(xiàn)象對譜片的影響。PC/104工控機(jī)3用于設(shè)置監(jiān)測參數(shù)和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過RS485串口通信將監(jiān)測參數(shù)送至OLVF傳感器控制卡 (位于OLVF傳感器2中)。OLVF傳感器控制卡(位于OLVF傳感器2中)依照監(jiān)測參數(shù)設(shè)置的采樣周期，對油液進(jìn)行磨粒采樣，并讀取粘度傳感器6及水分傳感器7的輸出。在每個采樣時刻，OLVF傳感器2輸出的沉積磨粒譜片圖像數(shù)據(jù)經(jīng)USB傳輸至PC/104工控機(jī)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(jī)3。監(jiān)測結(jié)果可以實(shí)時顯示在顯示屏4上。如圖加和圖2b所示，該監(jiān)測系統(tǒng)9安裝在船舶發(fā)動機(jī)艙，由其中的齒輪泵5維持被監(jiān)測動力設(shè)備在線監(jiān)測油液旁路的輔助循環(huán)，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之后，從回油管(圖2a)或油箱(圖2b)取油。從回油管取油時， 監(jiān)測系統(tǒng)9盡量靠近設(shè)備主要摩擦副，并在油箱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(yīng)優(yōu)先考慮。當(dāng)管路取油不方便時，直接從發(fā)動機(jī)油箱8中取油，取油位置應(yīng)避免靠近油箱8 (或油池)的底部。此外，監(jiān)測系統(tǒng)9的進(jìn)油和出油管長度應(yīng)盡量縮短，以降低油液流動阻力。在齒輪泵5的作用下，油液經(jīng)電磁閥1流過OLVF傳感器2將油液中的磨粒沉積下來，當(dāng)磨粒沉積完成后，電磁閥1關(guān)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(xiàn)象對譜片的影響。在使用監(jiān)測系統(tǒng)9進(jìn)行船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測前，首先要對OLVF傳感器2進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定時油路按圖3所示連接，標(biāo)定用油樣13由油杯經(jīng)齒輪泵5進(jìn)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(yīng)盡量短，以減小油管中殘油引起的標(biāo)定誤差。標(biāo)定過程分兩步進(jìn)行1)配置標(biāo)定油樣樣本。取還原鐵粉若干(粒徑約30 μ m，或按設(shè)備情況自行選取)， 加入500ml待測設(shè)備用的新潤滑油中，攪拌均勻，配得30ppm的標(biāo)定用油樣樣本，將標(biāo)定用油樣置于油浴恒溫條件下(溫度與設(shè)備待監(jiān)測摩擦副工作溫度相同或接近)。2)進(jìn)行OLVF標(biāo)定，分別測定“沉積率系數(shù)(Pl) ”、“相對偏差系數(shù)(P2) ”、“線性度誤差系數(shù)(P3)”，測定方法如下(a)測定相對沉積率系數(shù)(Pl)及相對偏差系數(shù)(P2)表1 OLVF傳感器標(biāo)定工作參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括傳感器組，用于根據(jù)工控機(jī)設(shè)置的監(jiān)測參數(shù)采集油液的磨粒圖像數(shù)據(jù)、粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)發(fā)送至工控機(jī)；工控機(jī)，與所述傳感器組連接，用于設(shè)置監(jiān)測參數(shù)，并保存接收到的所述數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器組包括OLVF傳感器，用于采集油液的磨粒圖像數(shù)據(jù)； 粘度傳感器，用于采集油液的粘度數(shù)據(jù)；和水分傳感器，用于采集油液的水分?jǐn)?shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述OLVF傳感器通過USB接口與所述工控機(jī)連接。
4.如權(quán)利要求2所述的船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，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(jī)連接。
5.如權(quán)利要求1所述的船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括顯示屏，與所述工控機(jī)連接，用于顯示工控機(jī)保存的所述數(shù)據(jù)。
6.一種船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測方法，其特征在于，包括步驟Si，工控機(jī)對于監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并通過串口通信將所述監(jiān)測參數(shù)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(jiān)測參數(shù)，對油液進(jìn)行磨粒采樣；S3，工控機(jī)讀取并保存OLVF傳感器、粘度傳感器和水分傳感器所采集的磨粒圖像數(shù)據(jù)、粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)；S4，根據(jù)所述磨粒圖像數(shù)據(jù)、粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)判斷船舶動力設(shè)備的異常磨損情況。
7.如權(quán)利要求6所述的船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，在所述步驟Sl 之前，還包括步驟SA,對OLVF傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
8.如權(quán)利要求6或7所述的船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟 S4包括如果磨粒濃度指數(shù)IWPC連續(xù)4-6次高于500、或磨粒覆蓋指數(shù)IPCA連續(xù)4次大于 1600，則進(jìn)一步檢查粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟S4中進(jìn)一步檢查粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)的步驟具體包括S4-1，如果所述粘度數(shù)據(jù)低于粘度閾值，轉(zhuǎn)步驟S4-2 ；否則，轉(zhuǎn)步驟S4-3 ； S4-2,判斷水分?jǐn)?shù)據(jù)，若所述水分?jǐn)?shù)據(jù)高于水分閾值，則初步判斷為潤滑油含水導(dǎo)致粘度過低引起異常磨損；否則，判斷為潤滑油混入燃油導(dǎo)致粘度過低引起異常磨損；S4-3，檢查磨粒濃度指數(shù)IWPC歷史數(shù)據(jù)是否呈增高趨勢、并觀察是否出現(xiàn)大量磨粒以及異常大磨粒，如果是，則建議檢查設(shè)備運(yùn)行工況是否正常，否則，結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種船舶動力系統(tǒng)異常磨損監(jiān)測系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括傳感器組，用于根據(jù)工控機(jī)設(shè)置的監(jiān)測參數(shù)采集油液的磨粒圖像數(shù)據(jù)、粘度數(shù)據(jù)和水分?jǐn)?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至工控機(jī)；工控機(jī)，與傳感器組連接，用于設(shè)置監(jiān)測參數(shù)，并保存接收到的數(shù)據(jù)。通過對船舶動力設(shè)備潤滑油磨粒、粘度和水分指標(biāo)進(jìn)行在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了船舶動力系統(tǒng)異常磨損的在線監(jiān)測，并對潤滑油因水分污染造成乳化導(dǎo)致潤滑效果降低等原因?qū)е碌脑O(shè)備異常磨損做出快速反應(yīng)，避免了離線油液監(jiān)測技術(shù)采樣周期長，取樣過程復(fù)雜，油樣代表性差的不足，是一種船舶動力系統(tǒng)設(shè)備磨損情況和磨損異常的有效監(jiān)測方法，可以用于狀態(tài)判別、故障診斷和剩余壽命預(yù)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(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)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(duì)