专利名称：一种船舶动力系统异常磨损监测系统及方法
技术领域：
本发明涉及船舶动力系统监测领域，特别是涉及一种船舶动力系统异常磨损监测系统及方法。
背景技术：
船舶动力设备长期工作在高温、高湿、高盐、强振等恶劣环境下，作为船舶动力系统核心的发动机及传动装置一旦发生故障，将严重危及船舶中设备和人员的安全，造成巨大的经济损失。因此，对发动机及传动装置实施及时有效的设备状态监测能够为其维护管理工作提供依据，保证设备安全稳定的运行。油液监测技术已经成为船舶动力系统状态监测应用最广泛和有效的技术手段，传统离线式油液监测技术，通过人工定期采集发动机润滑油，综合利用离线油液分析手段，如油液常规理化分析、分析式铁谱技术、原子光谱分析等，较为全面地获得油液所包含的设备磨损状况和润滑油油品信息。船舶具有离岸工作周期长，工况恶劣，维护费用昂贵等特点， 但是实施离线油液监测需要定期取样并送检，限制了船舶工作时间；人工采集油样程序复杂严格，前期处理工作量大，会造成人力物力的浪费；同时由于取样数量的限制，很难采集到代表性的油样，并有可能造成取样间隔期时重要信息的丢失。

发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何对船舶动力系统设备的润滑油磨粒、粘度和水分进行综合监测，以实现船舶动力系统异常磨损的在线监测，克服了离线油液监测技术采样周期长、取样过程复杂、油样代表性不足的缺陷。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种船舶动力系统异常磨损监测系统，包括传感器组，用于根据工控机设置的监测参数采集油液的磨粒图像数据、粘度数据和水分数据，并将所述数据发送至工控机；工控机，与所述传感器组连接，用于设置监测参数，并保存接收到的所述数据。优选地，所述传感器组包括在线图像可视铁谱(On-Line Visual Ferrograph，0LVF)传感器，用于采集油液的磨粒图像数据；粘度传感器，用于采集油液的粘度数据；和水分传感器，用于采集油液的水分数据。优选地，所述OLVF传感器通过USB接口与所述工控机连接。优选地，所述粘度传感器和所述水分传感器通过RS485串口通信与所述工控机连接。优选地，所述监测系统还包括显示屏，与所述工控机连接，用于显示工控机保存的所述数据。本发明还提供了一种船舶动力系统异常磨损监测方法，包括步骤Si，工控机对于监测参数进行设置，并通过RS485串口通信将所述监测参数送至 OLVF传感器、粘度传感器和所述水分传感器；S2，OLVF传感器依照所述监测参数，对油液进行磨粒采样；S3，工控机读取并保存OLVF传感器、粘度传感器和水分传感器所采集的磨粒图像数据、粘度数据和水分数据；S4，根据所述磨粒图像数据、粘度数据和水分数据判断船舶动力设备的异常磨损情况。优选地，在所述步骤Sl之前，还包括步骤SA,对OLVF传感器进行标定。优选地，所述步骤S4包括如果磨粒浓度指数IWPC连续4-6次高于500、或磨粒覆盖指数IPCA连续4次大于 1600，则进一步检查粘度数据和水分数据。优选地，所述步骤S4中进一步检查粘度数据和水分数据的步骤具体包括S4-1，如果所述粘度数据低于粘度阈值，转步骤S4-2 ；否则，转步骤S4_3 ；S4-2，判断水分数据，若所述水分数据高于水分阈值，则初步判断为润滑油含水导致粘度过低引起异常磨损；否则，判断为润滑油混入燃油导致粘度过低引起异常磨损；S4-3，检查磨粒浓度指数IWPC历史数据是否呈增高趋势、观察是否出现大量磨粒以及异常大磨粒，如果是，则建议检查设备运行工况是否正常，否则，结束。(三)有益效果通过对船舶动力设备润滑油磨粒、粘度和水分指标进行在线监测，实现了船舶动力系统异常磨损的在线监测，并对润滑油因水分污染造成乳化导致润滑效果降低，或者由于水分污染造成的油液添加剂分解和设备腐蚀、以及因温度变化及燃油混入将引起润滑油粘度的变化，从而影响润滑油膜的建立和保持改变润滑状态等原因导致的设备异常磨损做出快速反应，避免了离线油液监测技术采样周期长，取样过程复杂，油样代表性差的不足， 是一种船舶动力系统设备磨损情况和磨损异常的有效监测方法，可以用于状态判别、故障诊断和剩余寿命预测。


图1是依据本发明实施方式的船舶动力系统异常磨损监测系统的结构示意图；图加是图1中的系统的安装位置示意图；图2b是图1中的系统的另一安装位置示意图；图3是依据本发明实施方式的监测系统的OLVF传感器标定油路连接示意图；图4是依据本发明实施方式的监测方法的整体监测流程图；图fe和图恥分别是依据本发明实施方式的监测方法中的两种采集模式流程图；图6是依据本发明实施方式的监测方法中由二值化磨粒谱片计算IPCA的示意图。其中，1 电磁阀；2 :0LVF传感器；3 工控机；4 显示屏；5 齿轮泵；6 粘度传感器；7 水分传感器；8 油箱；9 监测系统；10 船舶发动机及传动设备；11 润滑油供油泵；
412 润滑油滤清器；13 标定油样；14 废油。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图1所示，本发明提供了一种基于在线图像可视铁谱的船舶动力系统异常磨损油液在线综合监测系统，包括电磁阀1、OLVF传感器2、PC/104工控机3、显示屏4、齿轮泵 5、粘度传感器6、水分传感器7构成。发动机回油管中的油液在齿轮泵5作用下，油液经电磁阀1流过OLVF传感器2将油液中的磨粒沉积下来，当磨粒沉积完成后，电磁阀1关断油路，接通空气(可按要求安装空气滤清器)，排空OLVF传感器2中残留油液，使OLVF传感器 2在空气中拍摄磨粒谱片，消除油液中气泡和积碳现象对谱片的影响。PC/104工控机3用于设置监测参数和存储监测数据，通过RS485串口通信将监测参数送至OLVF传感器控制卡 (位于OLVF传感器2中)。OLVF传感器控制卡(位于OLVF传感器2中)依照监测参数设置的采样周期，对油液进行磨粒采样，并读取粘度传感器6及水分传感器7的输出。在每个采样时刻，OLVF传感器2输出的沉积磨粒谱片图像数据经USB传输至PC/104工控机3，读取的粘度传感器6和水分传感器7的输出通过RS485串口通信送至PC/104工控机3。监测结果可以实时显示在显示屏4上。如图加和图2b所示，该监测系统9安装在船舶发动机舱，由其中的齿轮泵5维持被监测动力设备在线监测油液旁路的辅助循环，电磁阀1安装在OLVF传感器2之前，齿轮泵5安装在OLVF传感器2之后，从回油管(图2a)或油箱(图2b)取油。从回油管取油时， 监测系统9尽量靠近设备主要摩擦副，并在油箱8和润滑油滤清器12之前，此时油液流动性好，磨粒分散均勻，应优先考虑。当管路取油不方便时，直接从发动机油箱8中取油，取油位置应避免靠近油箱8 (或油池)的底部。此外，监测系统9的进油和出油管长度应尽量缩短，以降低油液流动阻力。在齿轮泵5的作用下，油液经电磁阀1流过OLVF传感器2将油液中的磨粒沉积下来，当磨粒沉积完成后，电磁阀1关断油路，接通空气(可按要求安装空气滤清器)，排空OLVF传感器2中残留油液，使OLVF传感器2在空气中拍摄磨粒谱片，消除油液中气泡和积碳现象对谱片的影响。在使用监测系统9进行船舶动力系统异常磨损监测前，首先要对OLVF传感器2进行标定。标定时油路按图3所示连接，标定用油样13由油杯经齿轮泵5进入OLVF传感器 2，废油14由另一油杯收集。OLVF传感器2和油杯之间的油管应尽量短，以减小油管中残油引起的标定误差。标定过程分两步进行1)配置标定油样样本。取还原铁粉若干(粒径约30 μ m，或按设备情况自行选取)， 加入500ml待测设备用的新润滑油中，搅拌均勻，配得30ppm的标定用油样样本，将标定用油样置于油浴恒温条件下(温度与设备待监测摩擦副工作温度相同或接近)。2)进行OLVF标定，分别测定“沉积率系数(Pl) ”、“相对偏差系数(P2) ”、“线性度误差系数(P3)”，测定方法如下(a)测定相对沉积率系数(Pl)及相对偏差系数(P2)表1 OLVF传感器标定工作参数
权利要求
1.一种船舶动力系统异常磨损监测系统，其特征在于，包括传感器组，用于根据工控机设置的监测参数采集油液的磨粒图像数据、粘度数据和水分数据，并将所述数据发送至工控机；工控机，与所述传感器组连接，用于设置监测参数，并保存接收到的所述数据。
2.如权利要求1所述的船舶动力系统异常磨损监测系统，其特征在于，所述传感器组包括OLVF传感器，用于采集油液的磨粒图像数据； 粘度传感器，用于采集油液的粘度数据；和水分传感器，用于采集油液的水分数据。
3.如权利要求2所述的船舶动力系统异常磨损监测系统，其特征在于，所述OLVF传感器通过USB接口与所述工控机连接。
4.如权利要求2所述的船舶动力系统异常磨损监测系统，其特征在于，所述粘度传感器和所述水分传感器通过RS485串口通信与所述工控机连接。
5.如权利要求1所述的船舶动力系统异常磨损监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括显示屏，与所述工控机连接，用于显示工控机保存的所述数据。
6.一种船舶动力系统异常磨损监测方法，其特征在于，包括步骤Si，工控机对于监测参数进行设置，并通过串口通信将所述监测参数送至OLVF传感器、粘度传感器和所述水分传感器；S2，OLVF传感器依照所述监测参数，对油液进行磨粒采样；S3，工控机读取并保存OLVF传感器、粘度传感器和水分传感器所采集的磨粒图像数据、粘度数据和水分数据；S4，根据所述磨粒图像数据、粘度数据和水分数据判断船舶动力设备的异常磨损情况。
7.如权利要求6所述的船舶动力系统异常磨损监测系统，其特征在于，在所述步骤Sl 之前，还包括步骤SA,对OLVF传感器进行标定。
8.如权利要求6或7所述的船舶动力系统异常磨损监测系统，其特征在于，所述步骤 S4包括如果磨粒浓度指数IWPC连续4-6次高于500、或磨粒覆盖指数IPCA连续4次大于 1600，则进一步检查粘度数据和水分数据。
9.如权利要求8所述的船舶动力系统异常磨损监测系统，其特征在于，所述步骤S4中进一步检查粘度数据和水分数据的步骤具体包括S4-1，如果所述粘度数据低于粘度阈值，转步骤S4-2 ；否则，转步骤S4-3 ； S4-2,判断水分数据，若所述水分数据高于水分阈值，则初步判断为润滑油含水导致粘度过低引起异常磨损；否则，判断为润滑油混入燃油导致粘度过低引起异常磨损；S4-3，检查磨粒浓度指数IWPC历史数据是否呈增高趋势、并观察是否出现大量磨粒以及异常大磨粒，如果是，则建议检查设备运行工况是否正常，否则，结束。
全文摘要
本发明公开了一种船舶动力系统异常磨损监测系统及方法。该系统包括传感器组，用于根据工控机设置的监测参数采集油液的磨粒图像数据、粘度数据和水分数据，并将数据发送至工控机；工控机，与传感器组连接，用于设置监测参数，并保存接收到的数据。通过对船舶动力设备润滑油磨粒、粘度和水分指标进行在线监测，实现了船舶动力系统异常磨损的在线监测，并对润滑油因水分污染造成乳化导致润滑效果降低等原因导致的设备异常磨损做出快速反应，避免了离线油液监测技术采样周期长，取样过程复杂，油样代表性差的不足，是一种船舶动力系统设备磨损情况和磨损异常的有效监测方法，可以用于状态判别、故障诊断和剩余寿命预测。
文档编号G01N15/00GK102539292SQ201010621109
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者丁鑫, 姚智刚, 毛军红, 许友林, 谢友柏 申请人:中国人民解放军91872部队