船舶螺旋桨故障诊断技术初探

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1、船舶螺旋奖故障诊断技术初探程根生欧阳东湖北宜昌航道局湖北省宜昌市443000摘要：船舶导管螺旋桨；故障诊断应用关键词：压力波形；压力频谱检测分析随着长江航道大建设大发展的步伐加快，航道工作船是K:江上的先行者。船舶螺旋桨浆叶折断的故障比较常见，其材料的性能、铸件质量、工作情况、使用环境、设计结构等方面可以导致浆叶的断裂。船舶是在水域里航行的，如果螺旋桨碰到漂浮物、浮冰等也会发牛.意外，导致其断裂，进而造成推进装置的损坏。所以对螺旋桨的检测和故障诊断是十分重要的。1.船舶螺旋桨故障诊断技术1.1螺旋桨

2、故障诊断系统螺旋桨故障诊断系统是由大量的数据和信息组合而成的，通过综合分析判断，确定出故障的原因，以此得出诊断结论，最后提出解决措施。在螺旋桨运行时，其设备监控系统会获取稳定数据、瞬态数据、以及过程参数、运行状态等信息进行记录。在此基础上，通过信号分析和数据处理提取特有的故障征兆及故障敏感参数等，在进行综合的故障诊断。其故障诊断的前提是状态检测以及信号处理。信号处理是对传感器得到的原始数据进行转换和储存。检测系统获得的信号在进行分析前，需要对先其进行处理，因为其获得的信号源有大量的噪音信息，要进行减

3、噪及滤波处理，再储存获得的信号源，从而进一步的进行故障诊断分析处理。1.2CFD螺旋桨故障诊断原理为了提高船舶螺旋桨故障诊断关键技术的应用效率，计算机流体力学(CFD)己被广泛的使用在此诊断技术上［1］。CFD主要是通过数值模拟手段，以实现故障诊断中的状态监测和信号处理的环节，而螺旋桨状态检测不再使用传感器以及信号釆集进行故障的预测。以CFD进行数值的模拟计算时，其数字计算模式可以看做是理想传感器所采用的信号，和普通的传感器所采集的信号相比较，其没奋噪信号，因此在处理环节上方便了很多，那么只需要对故

4、障产生的机理以及故障诊断技术方面进行研究和处理。这是在故障诊断技术上采用CFD计算数字模拟的一个优势。为了提高故障诊断的准确性和故障诊断效率，可以根据螺旋桨桨叶不冋吋间段以及不同的工作状况，CFD对其进行数值模拟计算来红的不冋的信号，再通过信号的对比，分析，再对得到诊断结果进行指导工程应用。通过数值模拟可以直接对出现的故障进行处理，分析出产生故障的原因，以及对故障结果进行验证，从而得到故障诊断的转接知识。1.3CFD故障诊断技术和方法导管螺旋浆叶折断事故可以采用CFD进行故障监控和用于诊断系统。诊断

5、系统可采用压力波形分析法以及频谱分析法［2】：1.2图基于CFD的导管螺旋桨桨叶折断故障监测与诊断系统2.螺旋桨桨叶折断故障的波形分析诊断法技术2.1导管内壁脉动压力数值模拟故障检测通过对桨叶在0.9R、0.8R、0.7R的运行状态，记录苏在不冋吋间以及不同运行状态下的数据信息，然后采用CFD计算模型对桨叶正常状态下，以及对0.9R、0.8R、0.7R时间段的诊断故障进行计算分析。在进行计算吋，要设置监测点，并设置其平均来流速度为3.5m/s，螺旋桨转速为5r/s，再通过监测点采集模拟压力传感器信号

6、。进行模拟压力传感器工作时，可以采用某一区域监测点的压力值，并平均采取其压力变化值,在进行计算吋,要随之记录监测点的压力值，以实现模拟压力传感器的工作。下面分别记录了螺旋桨的导管内壁监测点位置处脉动压力数值模拟结果：图一导管螺旋桨正常工作吋的压力脉动图图四导管螺旋桨桨叶在0.7R处折断吋的压力脉动图2.2螺旋桨桨叶折断故障的波形分析诊断法导管内壁压力脉动吋间波形特征可以直接对导管的螺旋桨桨叶折断故障进行初步诊断。螺旋桨正常的工作状态下，设置转速为5r/s、周期为0.2s、频率为5Hz,叶频为20Hz

7、。其导管内壁的压力脉动波形图为比较正轨的正弦波［3］。根据图形可以看出，.其波形看上去稳定、重复性好以及具有光滑性。而且苏波形变化的频率与螺旋桨的叶频相同。在螺旋桨桨叶折断后，其波形发生了很大的变化。在某折断的桨叶经过监测点的位置后，其监测点的区域的流场干扰会变小，压力增高，水的流速变低。与螺旋桨叶桨叶正常情况相比，苏导管内壁波形图会变的畸形，以此可以诊断出螺旋桨桨叶发生了折断故障。再通过分析不同工作状况下的压力脉动波形图，由此可以分析得出，苏波形会随着螺旋桨桨叶折断状况法伤变化，其折断情况越严重，

8、波形变化就越畸形。由此，可以通过波形的畸形变化程度得出螺旋桨将桨叶的折断位置。2.2导管螺旋桨桨叶折断故障频谱诊断技术导管螺旋桨某桨叶折断吋，苏导管内壁的压力正弦波形具奋明显的畸形变化，根据其明显的波形特征。分析出螺旋桨桨叶的折断位置，以此，可以对导管螺旋桨不同故障工况下的导管内壁的压力吋间波形图选用矩形窗进行FFT变换［4］。如下图所示：图三导管螺旋桨桨叶在0.8R处折断吋的压力频谱图图四导管螺旋桨桨叶在0.7R处折断时的压力频谱图根据所得出的导管螺旋桨桨叶折断故障