船舶动力装置技术管理第五章.ppt

Chapter 5船舶动力装置的可靠性与船舶动力装置的可靠性与故障诊断方法故障诊断方法Reliability and Fault Diagnosis of Marine Propulsion Installation 动力装置的可靠性动力装置的可靠性 第一节第一节 船舶动力装置的可靠性船舶动力装置的可靠性 第二节第二节 提高船舶动力装置的可靠性的措施提高船舶动力装置的可靠性的措施 第三节第三节 船舶动力装置故障诊断的基本方法船舶动力装置故障诊断的基本方法动力装置的可靠性动力装置的可靠性 第一节第一节 船舶动力装置的可靠性船舶动力装置的可靠性 第二节第二节 提高船舶动力装置的可靠性的措施提高船舶动力装置的可靠性的措施 第三节第三节 船舶动力装置故障诊断的基本方法船舶动力装置故障诊断的基本方法 The essential conception and the fault curve故障率曲线可靠性维修性可靠度平均寿命故障率不可靠度可靠性可靠性 “产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力”。属于定性概念。“产品”可靠性研究的对象，如元件、器件和系统 “规定条件”如外界条件、使用工况、使用方法和维护条件等；“规定时间”产品工作期限，如时间的累积值、距离、次数等 “规定功能”规定条件下完成规定工作而不发生故障 对船舶动力装置而言，可以理解为 产品：整个动力装置 规定条件：环境条件（如温度、湿度、振动、负荷、航行条件）；要求的操作、管理和维护条件 规定时间：通常取两次大修的间隔时间 规定功能：达到运行指标如P、n、油耗、蒸发量、装卸能力、防污能力可靠度可靠度R(t)产品在规定条件下，规定时间内完成规定功能的概率。属于定量的概念。同类产品可靠度的近似公式 R(t)=(N-n(t)/N N:产品的总数 n(t):规定时间t内发生故障的产品数 例如，某产品规定时间10000h，可靠度为0.95,说明该产品约有95%的产品可以工作10000h。特点：规定时间越长，可靠度越小不可靠度不可靠度F(t)（也称为故障概率）（也称为故障概率）产品在规定条件下规定时间内，丧失规定功能的概率 同类产品的不可靠度 F(t)=n(t)/N 特点：规定时间越短，不可靠度越小故障率（用故障率（用 表示）表示）（t）=NR(t)R(t+t)/NR(t)t t:时间区间 NR(t)：在t时刻仍可继续工作的产品 NR(t+t)：在（t+t）时刻仍可继续工作的产品 当t0时，则（t）=-1/R(t)dR(t)/dt=-R(t)/R(t)两边同时积分得：(见教材）当(t)=常数时，R(t)=e-t 故障率分为平均故障率和瞬时故障率 平均故障率=某一时间内的总故障数/某一时间内的总工作时间 当t0时的故障率称为瞬时故障率。平均寿命平均寿命产品工作到发生故障的时间平均值。可维修产品：两次故障的时间平均值。不可维修产品：从开始工作到发生故障的平均工作时间。维修性维修性 维修：为使产品维持在可使用状态所作的一切工作 维修度：产品按照要求进行维修，能保持或恢复到完成规定功能的概率。就船舶而言，维修产品通常为成本高、结构复杂、耐用的产品。如，缸套、活塞、泵、喷油器。不维修产品通常为成本低、结构简单的零部件。如螺栓、螺帽、垫圈、填料等常用消耗品。称作物料。维修度表征了产品修理的难易程度。维修度高的产品，可弥补可靠性不足的缺陷。故障率曲线故障率曲线(也称浴盆曲线）也称浴盆曲线）产品的故障率随时间变化的规律。见图1 早期故障期 故障率较高的原因：设计不合理、制造缺陷、安装不当、磨合不当 偶然故障期 故障率较低，但很难预测，需着重研究。原因往往与工作环境、管理不当有关 耗损故障期 故障率较高的原因：产品的疲劳、磨损、老化 图图1 故障率曲线故障率曲线船舶的特殊性船舶的特殊性 1.船用产品在陆地难以充分模拟试验 2.产品数量少、更新快 3.零部件多，质量、功能各异，所需知识面广 4.设备使用环境苛刻、多变 5.故障的排除和修理很难得到陆上支持，船员能力有限 6.修理时间紧，条件差。特别是在风浪天 7.数据收集整理欠缺，对故障的了解欠缺航行的可靠性航行的可靠性船舶故障的不同定义：a.达不到正常航速，应用于班轮 b.不能维持最低航速，应用于大风浪天 c.失去操纵性，应用于靠离码头、窄水道船舶航行可靠性分析 1）操纵性：中速机高于低速机 据目前的资料统计，低速机为0.988，中速机为0.991 2）全损船的数量和吨位在增加，见表1 3）全损船中，散货船占的比例大，见表2 4）全损船中，人为因素造成故障占的比例大，约80%5）全损船中，老龄船占的比例大，90%以上为1 5年以上 的老龄船。表表1 19871991年世界全损船舶统计年世界全损船舶统计全损艘数全损总吨位占世界船舶总吨位的百分比198713911789730.319881477758560.2198915610780770.37199013912211250.3199118217084640.4表表2 19871991 年世界全损船舶按船型统计年世界全损船舶按船型统计198719881989船型艘总吨艘总吨艘总吨油船91316361113144371191331346429散货船和混装船24639834548133654171630633728其它船型106407503351264978316412745827643总计13911789731001477758561001561078077100表表2 19871991 年世界全损船舶按船型统计年世界全损船舶按船型统计19901991船型艘总吨艘总吨油船14224884182050166329散货船和混装船19704615582772007742其它船型1062916262413548672429总计13912211251001821708464100船舶机械故障分析船舶机械故障分析各种机械故障中，主机故障占的比例大，约占38%。表3 各种机械发生故障的比例机械种类主机柴油发电机机舱辅机甲板辅机各管路阀电动机其它说明人小时（）36.619.317.912.35.12.56.3 故障总次数为7521故障次数（）3815.710.913.78.13.99.7船舶机械故障分析船舶机械故障分析主机故障中，材质问题和污损问题占的比例大，分别为24.3%和24.7%。表4 按主机故障原因分类的发生故障的比例（%）设计问题材料问题安装问题操作问题自然磨损腐蚀污损振动管理问题1.924.37.49.510.510.424.710.01.3船舶机械故障分析船舶机械故障分析柴油机部件故障中，低速机的十字头轴承、气缸盖、增压器和活塞；中速机的主轴承、增压器、连杆大端轴承和活塞占的比例大。表51 柴油机部件发生故障的比例劳氏船级社中国远洋运输总公司低速中速主机柴油发电机气缸盖14.64.913.713.15气缸套6.14.81.921.31活塞11.810.419.26.57气缸体4.31.9气阀2.68.53.842.63资料来源故障部位船舶机械故障分析船舶机械故障分析表52 柴油机部件发生故障的比例劳氏船级社中国远洋运输总公司低速中速主机柴油发电机十字头轴承18.70.27.69连杆大端轴承8.111.111.84曲轴、主轴承3.813.411.5234.2燃油泵1.12.37.693.94泵传动装置00.7传动齿轮2.35.77.696.57增压器12.611.75.763.94凸轮轴1.84.41.92资料来源故障部位船舶机械故障分析船舶机械故障分析表53 柴油机部件发生故障的比例劳氏船级社中国远洋运输总公司低速中速主机柴油发电机机座0.27.4曲轴箱0.10.95.76机架2.10.91.31调速器0.22.13.94基座1.21.8扫气通道1.00.2贯穿螺栓3.84操纵系统1.92连杆螺栓6.57其它7.46.77.554.03资料来源故障部位部件及系统故障影响重要性分析部件及系统故障影响重要性分析u柴油机动力装置的故障分布在所有部件和分系统之中，由于在分系统中处于不同的位置，因此对柴油机动力装置的整体影响也不相同。u了解各部件故障的相互影响和对整体可靠性的影响，可以掌握各部件的重要程度,从而为提高整个动力装置的可靠性提供足够依据。动力装置的可靠性动力装置的可靠性 第一节第一节 船舶动力装置的可靠性船舶动力装置的可靠性 第二节第二节 提高船舶动力装置的可靠性的措施提高船舶动力装置的可靠性的措施 第三节第三节 船舶动力装置故障诊断的基本方法船舶动力装置故障诊断的基本方法 The measures of improving the reliability影响动力装置可靠性的因素影响动力装置可靠性的因素设计：可靠度的基本保证设计：可靠度的基本保证安装：间隙、预紧力、找正安装：间隙、预紧力、找正.制造：材质、加工精度、工艺.管理：按要求操作，保证工作环境，及时保养、维修表表6 影响动力装置可靠性的因素影响动力装置可靠性的因素设计制造管理推断营运特点和工作条件原材料使用操作选用设备的质量和数量加工机械文件管理系统设计、储备度及可靠度分配制造工艺维修制度安全系数和部件的降级使用装配工艺维修工艺设计数据的选取试验方法备件管理配套和布局质量检查方法人员培训人机工程质量管理道德观念和思想状况维修性作业人员管理使用环境标准化、简单化、自动化包装、运输、储藏合理选用系统的联接方式串联系统合理选用系统的联接方式串联系统 n个独立部件组成一个系统，若其中一个部件发生故障，系统就发生故障。如，主机轴系桨 可靠度：R(t)=R1(t)R2(t)Rn(t)特点：a.系统可靠度部件可靠度 b.部件越多，系统可靠度越大 c.部件越多，成本越高，机舱饱和度越大 A1A2An合理选用系统的联接方式并联系统合理选用系统的联接方式并联系统 固定式联接热态备用 备用部件和基本部件预先都联入系统，同时投入工作。如机动航行，增开一台发电机 特点：部件运行时间长，系统可靠性变差 固定式联接冷态备用 备用部件预先联入系统，在基本部件发生故障后，投入工作。如，备用泵、双联滤器等 特点：运动部件运行时间短，系统可靠性好 流动式备用 基本部件发生故障后，才将备用部件联入系统 如船上备用活塞、气缸、喷油器等备件 应用场合：系统有多个相同基本部件合理选用系统的联接方式并联系统合理选用系统的联接方式并联系统 并联系统的另一种形式是表决系统。在由n个部件组成的并联系统中，若其中的r个部件正常工作，系统就正常工作，这样的系统称表决系统。备用比 (n-r）/r 特点：备用比越大，可靠性越高。12345合理选用系统的联接方式混合联接系统合理选用系统的联接方式混合联接系统 系统中既有并联也有串联的系统。A1A4A3A2提高维修性提高维修性 1.消除妨碍人体感官功能发挥的因素，以便及时发现和判断故障 2.系统布置要符合人体特征，如身高、腕力、视力 3.操作维修场所要设适当的保护措施如防护罩、护栏、隔热 4.维修操作作业力求简单方便,缩短维修时间.5.在操作和维修环境严酷的情况下应考虑适当的保护措施、防错措施.6.要有良好的可达性 对于维修性好坏的鉴别见表7表表71 维修性检查表（机械方面）维修性检查表（机械方面）机械方面1.在装配、更换备件、维修时能否看清全部备件？身体能否接近这些零件？2.在正常状态下，所有的测试点是否都有很好的接近性？3.在正常状态下，是否能保证所有现场易于使用专用工具？4.采用的装配方式是否考虑了易于拆装？5.是否对维修、试验、储存等有不符实际的实施要求？6.是否考虑了不使工作人员遭受突然事故的伤害？7.各组件能否独立的装置在希望的位置或容易维修的位置？表表72 维修性检查表（人机工程方面）维修性检查表（人机工程方面）人机工程方面1.指示器是否装的使操作人员能看请客度、指针、数字等？是否能方便、正确的读出数据？2.显示器是否使读数误差最小？3.调节器一类的仪表所采用的把手、旋钮等布置是否合适？是否有利于操作员转身？4.控制台是否设计的有宽敞的放腿位置？书写时是否有合适的表面和高度？是否有良好的隔声、隔振和照明？5.照明是否考虑了特定工作的要求？有无照明不足的仪表？6.是否把晃眼的因素控制的最小？7.在更换、修理组件和零件时，是否可以不拆下其它的任何零件？维修工作是否复杂？8.是否考虑了重量大的部件的搬运问题？9.产品和说明书符号、代码是否一致？提高管理水平提高管理水平 据统计，人为因素造成的故障占80%。其中，a:普通船员责任心不强占50%，表现为工作不仔 细，检查不及时，违章操作。b:干部船员管理水平低占50%。表现为业务水平 低，维修保养不良，指挥不当，判断错误，操作错误。充分利用指导性文件充分利用指导性文件 a.制作操作规程 b.判断设备技术状态 c.指导维修做好可靠性数据的收集、整理和分析做好可靠性数据的收集、整理和分析 1.改进设备的设计 2.改进维修保养的方法 3.修改标准和规范 4.提高故障的判断能力动力装置的可靠性动力装置的可靠性 第一节第一节 船舶动力装置的可靠性船舶动力装置的可靠性 第二节第二节 提高船舶动力装置的可靠性的措施提高船舶动力装置的可靠性的措施 第三节第三节 船舶动力装置故障诊断的基本方法船舶动力装置故障诊断的基本方法 The common measures of fault diagnosis船舶常规的诊断方法船舶常规的诊断方法“望、闻、问、切望、闻、问、切”的传统诊断法的传统诊断法 一般热工参数的检测法一般热工参数的检测法现代故障诊断技术方法现代故障诊断技术方法性能参数法性能参数法对整机的诊断中，一般都是采用柴油机工作过程参数和介质参数来进行间接诊断，即利用发动机中介质如空气、燃气、润滑油、冷却液等参数来间接判断零件或组件的技术状况。该方法利用了传热学、热力学、流体力学等科学的基础理论和发动机工作过程的知识，理论上可行，技术上比较成熟，是目前应用最广的方法。如果加上烟气分析数据配合诊断，效果更好。润滑油法润滑油法理化性能分析 油样磨粒分析 经验法 磁塞法 滤纸法 光谱分析法 常规化验法 铁谱分析法 振动噪声法振动噪声法 1)利用缸盖表面振动进行柴油机故障诊断的主要方法是频谱分析方法。通过对柴油机工作过程振动诊断的基础研究，分析爆燃段缸盖振动信号的功率谱，给出了喷油提前角偏移、燃油雾化不良、进气压力降低、活塞环和气阀漏气等故障的判别方法。2)利用缸体侧面振动信号进行缸套磨损状况故障诊断。3)利用主轴承座附近机体外壁振动信号，分析频率分量，能有效监测主轴承状态。振动噪声法振动噪声法 4)利用扭振信号进行故障诊断。近年来，扭转振动信号也被用在柴油机故障诊断中，扭振信号具有测量设备简单、可靠性好等特点。利用扭转振动信号，采用BP神经网络诊断柴油机单缸熄火或部分燃烧故障，但不能确定故障缸所在位置。5)利用噪声进行故障诊断。噪声在人工判断中是主要信号，近年来也被引入到故障诊断之中，用固体声监测法对柴油机进行研究，对信号进行了功率谱分析，诊断了示功阀漏气、排气阀漏气、油管泄漏等故障。红外线监测法红外线监测法 温度监测方法分为采用温度计的接触式测量和通过接收热辐射能量的非接触式测量。红外线监测就是温度监测中的非接触式测温技术之一。故障诊断专家系统故障诊断专家系统 将测得的性能参数和征兆输入计算机，计算机根据说明书的要求、各种规范及规定以及专家们的宝贵经验和教训，模仿人脑进行推理判断，迅速得出诊断结果和处理措施。已开始在实船上应用。专家系统的建立专家系统的建立：A.资料的收集和整理 B.建立故障与征兆间相互关系矩阵 C.用计算机进行故障诊断 典型的故障诊断专家系统典型的故障诊断专家系统，如：芬兰瓦锡兰柴油机公司FIKS系统；Sulzer公司的MAPEX系统。第五章思考题第五章思考题1.可靠性有哪些主要基本定义？2.在讨论船舶动力装置可靠性时，要考虑到那些特殊性？3.如何提高船舶动力装置可靠性？目前，常用哪些方法？4.如何考虑用提高船舶动力装置可维修性来提高其可靠性？5.如何考虑采用冗余来提高船舶动力装置可靠性？4.船舶动力装置故障诊断的方法有那些？这些方法分别使用在什么场合？