開(kāi)題報(bào)告

電氣工程及自動(dòng)化

船舶推進(jìn)電機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、選題背景及意義

船舶電機(jī)在線監(jiān)控和保護(hù)是為了保障船舶在行駛過(guò)程中電機(jī)能夠正常運(yùn)行的系統(tǒng)。是近幾年國(guó)內(nèi)外探討的熱點(diǎn)之一。

眾所周知，電機(jī)是各種設(shè)備的核心部分，有了它設(shè)備才能運(yùn)行并進(jìn)行各種復(fù)雜的工作。電機(jī)好比人類的心臟，心臟停止跳動(dòng)了，人這整個(gè)系統(tǒng)也就處于了停滯狀態(tài)。但是有時(shí)候心臟雖然在跳動(dòng)，但是它也有可能存在一些不安因素，影響到了整個(gè)系統(tǒng)正常快速的運(yùn)行。各種機(jī)械設(shè)備也如此，當(dāng)電機(jī)中的一些小元件或者電路出現(xiàn)了微小的變化，都可能影響到整臺(tái)設(shè)備的正常運(yùn)行。特別是一些貴重的電機(jī)，如發(fā)電機(jī)，逆變?cè)O(shè)備等，若定子或者轉(zhuǎn)子發(fā)生故障，經(jīng)濟(jì)損失就相當(dāng)大了。而作為船舶上使用的各種電機(jī)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，由于船上沒(méi)有完整的維修設(shè)備，一般都必須運(yùn)送到船廠進(jìn)行維修。這樣一來(lái)對(duì)船舶的安全和經(jīng)濟(jì)效益都有很大的損失。如果在船舶上有一套能對(duì)船舶發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的設(shè)備，能夠立即分析出電機(jī)狀態(tài)及發(fā)生的是什么類型的故障就能方便進(jìn)行及時(shí)的維修，減少經(jīng)濟(jì)損失。

本課題正是基于以上所分析的內(nèi)容，以船舶推進(jìn)電機(jī)為對(duì)象，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行可能性進(jìn)行研究并加以實(shí)現(xiàn)，保障船舶的安全運(yùn)行和人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，減少海上出現(xiàn)事故的可能性，降低運(yùn)行費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1987年，特納提出了電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的概念。21世紀(jì)以來(lái)，在船舶電機(jī)中狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)已成了電機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的最重要任務(wù)之一。具體有兩方面原因促成了這種需要：首先，應(yīng)該說(shuō)船舶電機(jī)設(shè)備是船舶的心臟，它的正常運(yùn)行時(shí)保障船舶以及人身安全的的首要條件，如果電機(jī)發(fā)生故障，尤其是正在海上運(yùn)行的時(shí)候發(fā)生故障，其后果將是不堪設(shè)想的。這在當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的環(huán)境下尤為顯著，而設(shè)備本身價(jià)格就十分昂貴并需要消耗大量維護(hù)費(fèi)用，而電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用就可以大大降低意外事件的發(fā)生，減少損失，為延長(zhǎng)機(jī)器運(yùn)行壽命和保障運(yùn)行安全提供了大量有參考和利用價(jià)值的信息。另外，計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)以及各種新科技的發(fā)展使得對(duì)電機(jī)設(shè)備實(shí)施有效的狀態(tài)監(jiān)測(cè)成為可能。隨著狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在可靠性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性和智能性方面的進(jìn)一步提高，狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)將在電力系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。然而，我們對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的很多方面仍了解不深，研究工作主要還是集中在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和靈敏度等方面。

一般來(lái)說(shuō)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)可分為三個(gè)基本步驟：1、數(shù)據(jù)采集；2、數(shù)據(jù)分析及特征提取；3、狀態(tài)評(píng)估或故障診斷及分類。近20多年來(lái)，電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)得到了快速的發(fā)展，國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議自20世紀(jì)80年代以來(lái)的歷屆年會(huì)中，也將電機(jī)的狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和診斷列為旋轉(zhuǎn)電機(jī)委員會(huì)的中心議題之一。國(guó)內(nèi)外廣大科技工作者紛紛致力于電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷這一課題的研究。電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷為電機(jī)維修工作提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，為實(shí)現(xiàn)電機(jī)預(yù)測(cè)維修提供了必要的前提條件和技術(shù)手段，在技術(shù)層面上使傳統(tǒng)的預(yù)防維修上升到了預(yù)測(cè)維修的高度。

但是，電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷研究盡管已經(jīng)取得了一定的成果，仍然主要是以傳統(tǒng)的陸用電機(jī)為主。而由于船舶電機(jī)工作的環(huán)境要比一般陸地條件惡劣得多，船舶存在著連續(xù)機(jī)械振動(dòng)和沖擊，經(jīng)常處于傾斜和搖擺狀態(tài)。而船體內(nèi)部普遍溫度高、濕度大，空氣中又含有鹽霧、油霧等腐蝕和污染氣體，特別是無(wú)限航區(qū)遠(yuǎn)洋船舶的環(huán)境氣溫變化較大，這些環(huán)境條件是一般陸用電機(jī)難以承受的。

在船舶電機(jī)領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于船舶電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷研究的應(yīng)用相對(duì)少，并且受制于實(shí)船工作環(huán)境的限制，其研究結(jié)果一般僅限于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的短期演示，距離實(shí)用化的預(yù)測(cè)性維修還有一定距離，因此在具有更大應(yīng)用前景上的研究才剛剛開(kāi)始。

本課題研究的主要目的，正是從實(shí)用化的角度出發(fā)，深入地探討和分析上述推進(jìn)電機(jī)預(yù)測(cè)性維修所必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，研制面向過(guò)程、旨在保障安全運(yùn)行的集中管理式推進(jìn)電機(jī)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)船舶電機(jī)預(yù)測(cè)性維修，滿足實(shí)際船舶電機(jī)運(yùn)行的要求。

三、研究的基本內(nèi)容，研究步驟、方法及措施：

本課題主要研究?jī)?nèi)容為：以船舶推進(jìn)電機(jī)為對(duì)象，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行可能性進(jìn)行研究并加以實(shí)現(xiàn)，意在加強(qiáng)電機(jī)故障的可預(yù)見(jiàn)性，實(shí)行船舶推進(jìn)電機(jī)預(yù)測(cè)性維修，保障船舶的安全運(yùn)行，減少海上出現(xiàn)事故的可能性，降低運(yùn)行費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

研究?jī)?nèi)容一、船舶推進(jìn)電機(jī)參數(shù)的監(jiān)測(cè)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法依據(jù)狀態(tài)檢測(cè)手段的不同而分成：振動(dòng)分析法、噪聲監(jiān)測(cè)法、軸承回油溫度及瓦塊溫度的監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)法、油液分析法、軸位移監(jiān)測(cè)法等。課題將針對(duì)推進(jìn)電機(jī)開(kāi)展深入研究，選擇合適的監(jiān)測(cè)方法，對(duì)定子電流、溫度、電壓等重要運(yùn)行參數(shù)實(shí)行在線檢測(cè)，并將就最佳參數(shù)條件的獲得開(kāi)展深入的基礎(chǔ)研究。

研究?jī)?nèi)容二、船舶推進(jìn)電機(jī)運(yùn)行故障診斷

按照診斷的方法原理，目前常用的故障診斷可分為：時(shí)頻診斷法、統(tǒng)計(jì)診斷法、信息理論分析法及其它人工智能法、模糊診斷、灰色系統(tǒng)理論診斷及集成化診斷。診斷結(jié)果將直接影響到后續(xù)的預(yù)測(cè)性維修決策。課題將編寫(xiě)參數(shù)計(jì)算軟件得到功率、功率因數(shù)和力矩等參數(shù)，輸出診斷結(jié)果，并通過(guò)顯示模塊在線顯示出電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，為預(yù)測(cè)性維修提供實(shí)施依據(jù)。

研究?jī)?nèi)容三、船舶推進(jìn)電機(jī)故障可預(yù)見(jiàn)性維修

根據(jù)參數(shù)所顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，診斷運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，評(píng)估電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行的狀態(tài)及將來(lái)可能產(chǎn)生的狀態(tài)，并以此制定維修計(jì)劃。

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