机械故障诊断

1、中国海洋大学工程学院机械工程研究生平时作业题目： 海上系泊系统水下部分的故障诊断 课程名称： 机械故障诊断 姓 名： 林海滨 学 号： 21130933003 院 系： 机电工程系 专 业： 机械工程 时 间： 2013.12.13 任课老师： 刘贵杰教授 目录封面1摘要2关键字2正文1单点系泊系统介绍22故障分类及故障易发生部位4 3故障的分析与检测74故障防范与维修9结论10参考文献11英文摘要12海上系泊系统水下部分的故障诊断摘要本轮文主要研究单点系泊系统（主要研究系统水下部分）的故障诊断和分析处理，即船舶用系缆索或轭架与单个系泊点相连接，从而随着风浪与水流等的变化，可以围绕单个系泊点自

2、由回转，不断处于风、浪、流的合成阻力最小的位置的系泊方式，对于这种系泊方式，因为风、浪、流等外力的交互作用，对系统水下缆索的强度提出了一定的要求。所以，我们应了解系统各种故障的表现以及分析处理，从而保证系统安全和高效。本文对单点系泊系统设备事故分析各部件发生事故的频率、已发生设备损坏事故的部位和重要部件，分析影响设备损坏事故发生的因素，提出设备损坏事故的防范措施。关键词系泊 水下锚缆 故障 防范措施正文1、单点系泊系统介绍单点系泊装置主要有两种基本类型，即悬链式浮筒系泊装置和单锚腿系泊装置。对每种装置而言，它们都要有一部分设备要在水下工作，因此会对设备的故障诊断提出较高要求，以此来保证安全性。

3、目前在我国海上油田采用的单点系泊装置大概有4种：导管架塔式刚性臂系泊装置、固定塔式单点系泊装置、可解脱式转塔浮筒系泊装置和永久式转塔系泊装置。单点系泊作为海上油(气)集输工程的重要组成部分，今后将会有较大发展。单点系泊系储油装置(Single Point Mooring Storage Tanker)由单点系泊浮筒与储油驳船两大部分组成。单点系泊浮筒用48根锚链固定在海底。浮筒上有转盘和旋转密封接头。储油驳船与单点浮筒的转盘用钢丝绳或钢臂连接，可作360旋转，似风标，使之保持在受力最小的方位。原油从海底管线经过单点上的旋转密封接头进入储油驳船；运油轮则从储油驳船上装油外运。单点浮简是整个单点系

4、统的核心设备，为一圆柱形，为全焊接钢结构，靠6根锚链在海中同定。整个系统由锚泊系统、单点浮简、三臂旋转系统、水下管汇(基盘)、海底管线、水下软管系统、漂浮软管系统、系泊缆总成等几部分组成。其结构的简略图如图1，图12、故障分类及故障易发生部位为对设备损坏事故进行更好分析，按设备事故对设备完整性和安全性的影响程度大小将设备事故分为以下4级，I级：事故已经发生并造成系统停产的，多指系统重要部分破坏性破断。例如水下软管和漂浮软管破坏性断裂、系泊缆和摩擦链的破断、锚链的破断等。级：事故已经发生并可能造成系统停产的或可能导致系统安全性受到严重破坏的，或造成系统停产的未遂事故，多指系统的重要部件的破坏性损

5、伤。例如水下软管或漂浮软管的外层较深程度的破坏损伤、输油管路特别是密封面的较大泄漏(若不采取措施会造成系统停产的，或只能降压生产的：P07 MPa)、主航标灯和雷达应答器的时效性破坏等。级：事故已经发生，虽不至于造成或可能造成系统停产的，但会影响到系统的安全性和生产作业的高效性的较大事故。例如输油管路的小泄漏(07 MPaP07次/年)：漂浮软管、旧浮简导向轮、旧浮筒导向轨道、漂浮软管示位灯、新浮筒过渡链、水下软管、摩擦链、拾取缆、浮筒简体、系泊臂和平衡臂等。设备损坏事故次要发生部位：新浮筒导轨、新浮筒导向轮、软管端部蝶阀、软管快速截断阀、输油臂、海底球阀及控制系统、摩擦链浮子、导航系统、锚链

6、等。查阅统计资料后，按发生过I级设备损坏事故的部件确定为单点系泊的设备损坏重要部件分别为：浮简体、水下软管、漂浮软管、系泊缆总成、导航系统供电设备、锚链、海底球阀和旧浮筒的平衡臂、导向轮。对以往部件发生故障的主要形式统计如下,浮筒的筒体主要损坏形式是损伤、碰穿；旋转系统的平衡臂主要是疲劳损伤，导向轮则是撞击损坏；输油管道的水下软管损坏形式主要是断裂、密封泄漏，漂浮软管主要是老化损坏、碰损，海底球阀主要是操作失效；系泊总成部分，系泊缆的主要破坏形式是磨损；导航系统的供电系统主要损坏形式是放点过多、短路；锚系的锚链的主要故障形式是磨损、腐蚀；控制部件方面，水下液压软管的主要失效形式是磨损、接头失效

7、。以上这些易损坏部件均是发生过级损坏的部件，由统计资料单点设备损坏事故分类统计得下表事故类别事故数量 占有率（%）年发生频率总计1535362411013.731.832.721.81002.76.46.54.420序号影响因素影响次数影响级别级级级级总计量比率量比率量比率量比率量比率1客观因素环境因素海洋载荷213.338.6411.1416.7161412海水腐蚀16.738.638.328.398.223设备因素设备质量320.0411.4616.7416.7171614机械结构16.7514.325.60076.425设计因素213.338.612.80065.536不可预见因素16.

8、738.625.628.387.327主观因素管理水平16.725.712.80043.638检查质量213.338.638.30087.329维护质量16.7411.4411.1416.7109.1110维修质量0038.625.628.376.4211操作质量16.712.9411.1416.7109.1212守护质量0012.925.628.354.53总计15100351003610024100110100表1表1是设备损坏事故的影响因素汇总表。1) 在各种影响设备损坏事故中，主观因素占了427，几乎占了一半(特别是其中的维护质量和操作质量的影响占了209)，而主观因素是可以通过质量控

9、制加以最大限度的消除的。2) 在各种影响设备损坏事故中，客观因素占了573，虽然客观因素的影响是不可避免的，但可以通过采取各种措施来尽量减少它的影响。3) 在各种影响因素中，设备质量占了155，属于最多的一种。单点系泊设备损坏的主要形式有：结构断裂、结构破损、结构磨损、结构变形、结构腐蚀、疲劳老化、连接失效、连接松动、功能失效、基础冲刷等。现将它们在设备损坏事故单点浮筒的使用周期分析与估算单点浮筒是整个单点系统的核心设备，单点浮筒的使用周期即为单点系统的使用周期。该公司单点系泊系统自1994年11月投产使用以来，已经运行了15年，单点浮筒已经进行大修和更换，更换的原因主要是疲劳破坏。疲劳破坏一

10、直被认为是船舶与海洋丁程的1S主要破坏形式，是造成事故的主要原因之一。受到超级油轮拉应力的作用，处于自由状态时间相比处于受拉状态时问大大减少，浮简处于自南状态下受到风浪流交变应力作用与处于系泊状态下拉应力相比几乎可以忽略不计，故本文主要考虑系泊状态下拉应力作用产生的疲劳。3、故障的分析与监测为了保证单点系泊系统在海上服役期间的安全性、完整性和可使用性，必须加强对系统的管理，建立有效的设备管理体系。单点系统设备管理体系概括起来由“硬件” 和“软件” 组成。其中“硬件” 由组织机构、管理队伍和管理设备组成； “软件”由技术规范、管理目标、管理计划、实施方案、检查制度、考核制度和先进的管理方法(如1

11、二作的跟踪和反馈制度、职T教育、质量管理、全员管理等)有机组成。根据长期观测和对系泊缆绳受力分析，浮筒受到的系泊力在一定范围内随机分布。单点浮筒上有两根过渡链，油轮系泊缆绳与浮筒过渡链连接，过渡链通过重型卸扣与焊接在浮筒上的耳环连接，每个耳环与浮简的接触面积约为0009 6 rn 。浮简耳环与面板间受到的最大拉应力：P =26.74 MPaS浮筒所受到的系泊拉应力在02674 MPa范围内单点浮筒受力疲劳损伤计算及计算结果工程上常用 曲线来表示结构的疲劳强度151，表达式为：lgN=lgamlgS本文以应用较多Haibach形式的5一曲线进行计算单点系泊接卸系统设备损坏事故的防范措施。为了保证

12、单点系泊系统在海上服役期间的安全性、完整性和可使用性，必须加强对系统的管理，建立有效的设备管理体系。单点系统设备管理体系概括起来由“硬件” 和“软件” 组成。其中“硬件” 由组织机构、管理队伍和管理设备组成；“软件”由技术规范、管理目标、管理计划、实施方案、检查制度、考核制度和先进的管理方法(如1二作的跟踪和反馈制度、职T教育、质量管理、全员管理等)有机组成。保持单点系泊接卸系统长周期运行，关键在于平时的维护和保养，就是做好设备的监测丁作，发现设备有出现故障的苗头，及时进行维护，避免出现大的问题，这是在实践过程得出的一条基本结论。单点设备检测对象的确定。根据该公司单点设备的特点，单点设备检测主

13、要分为水上和水下两部分。1)水上部分单点浮筒：门窗的密闭性、水面油漆的完整性、简体的完整性、附属结构的完整性。水下球阀液压控制系统：压力是否正常、控制是否有效、系统是否完整。三臂旋转系统：连接件、导向轮等构件的完整性、可靠性和转动灵活性。导航系统：功能可靠性、电源供应正常性、构件完整。旋转接头：密封性、转动灵活性。漂浮软管组：软管连接的可靠性、软管的密封性、表面的破损情况。系泊缆总成：连接件的可靠性、表面的破损情况、构件的完整性。2)水下部分。单点浮简：水下结构的完整性、简体的完整性和密封性、海生物附着情况。水下软管：水下软管的构型、密封、外表和海生物附着情况。锚链及锚桩：锚链的完整性、张力情

14、况(包括锚链张角和倾角)、锚桩的基础与定位情况。海底管道：密封性、完整性、基础和覆盖物冲刷情况。单点设备检测周期和频率的确定单点设备检测周期和频率的确定主要由检测对象的技术要求、重要程度、使用寿命和环境影响因素等确定。对于某一特定结构物的检测可分为3个阶段：第一阶段，在部件刚投入使用的一段期限内，采用较密的检测频率，主要观察投入使用后是否能平稳运行；第二阶段，在部件运行的稳定期，适当延长检测周期，减少不必要的费用；第三阶段，在部件的服役后期，由于设备状态明显变差和结构物安全系数降低，要适当增加检测频次，缩短检测周期，为及时安排维修提供依据，保证设备的安全运行根据以上统计分析和实际运作情况来看，

15、将单点设备检测周期和频率的确定为： 周检或系泊前检查、月检、季度检查、年度检测、特检5个不同层次，后一个层次检查的内容不仅包括前一个层次的检查内容，还需增加特定的水上和水下检测项目，而特检是在定期检查的基础上，根据需要随时进行的一种检查，这种检查必须对某一部位的一种特别检查，要具有较强的目的性。单点系泊接卸系统设备损坏防范体系对于设备损坏事故，应将重点放在防范，将事故治理走在前面，将事故消灭在萌芽状态，为此建立一整套设备损坏防范体系(图2)。单点系泊设备损坏事故的防范体系包括以下几项内容：1)按照事故发生的重要部位和易发部位确定防范对象；2)按照防范对象的更换周期或使用寿命制定适当的防范计划；

16、3)按照设备损坏的形式制定相应的防范方法和程序；4)按照导致设备损坏事故发生的影响因素，建立一套事故防范T作的质量控制体系。防范体系的实施贯穿于检查、维护、操作和管理等各环节。设备事故的调查与分析设备破坏事故的防范体系确定易损和重要部件确定防范对象制定防范计划确定更换周期确定损坏形式 制定防范方法程序确定影响因素制定质量控制体系 图24、故障防范与维修单点设备监测和维修一般程序1)首先是基础资料的收集，包括系泊系统的设计、制造、安装和使用过程中的原始资料，国内外其它单点系泊系统的使用经验，当地海域海洋环境资料。2)在收集基本资料的基础上，依据国际和国内的法规、规范和标准等，制定出茂名单点系泊系

17、统的监测大纲，并制定年度检测计划。3)依据监测大纲和年度检测计划，切实做好现场监测和维修计划，包括特殊情况下的监测和维修。4)对现场监测情况进行认真地分析，并作出设备状况的监测评估报告，以此决定是否增加检测或是否对设备进行维修。5)如果需要维修，则根据监测报告，制定维修计划，安排进行维修，维修工作的结果又成为调整监测计划的重要依据。对于系泊系统，应定期按照设备监测和维修的一般程序进行监测与维修。保证系统的安全性和高效性。结论：本文对服役期单点系泊系统的设备尤其是水下设备进行了风险评价，针对存在的安全问题，提出了相的对策，对我国发展海洋平台和单点系泊装置，开采海洋石油有着重要意义。保持单点系泊接

18、卸系统长周期运行，关键在于平时的维护和保养，也就是做好设备的监测丁作，发现设备有出现故障的苗头，及时进行维护，避免出现大的问题，这是在实践过程得出的一条基本结论。对单点系泊系统设备损坏情况进行分级，得出各种设备使用周期，其中，漂浮软管围栏管更换周期约为1216个月，浮简端第一节管约为2024个月， 中间管段约为2436个月；水下软管更换周期约为3648个月；系泊缆总成中，过渡链更换周期约为68个月，摩擦连更换周期约为1012个月，系泊缆更换周期约为系泊时间2 500 h。2)对单点浮筒等重要设备受力情况进行计算，运用SN曲线计算单点浮筒使用周期约为83年，如果还想继续使用，必须拆卸上岸进行大修

19、才能继续使用，否则就会由于浮筒个别部位由于疲劳等原因造成漏油污染海域或进水导致沉没等重大事故。3)建立了单点设备管理体系，每周开展一次周检，每月开展一次月检，每季度开展一次季度检查，每年还要进行一次年检，根据需要随时进行特别检查，根据检查结果，编制维护计划，确保设备的可靠性。4)总结单点接卸系统的管理经验，对于今后新建单点系泊设计有重要的参考和借鉴意义，也为国内同类设施的管理和安全使用提供建设性的意见和建议，为我国充分利用国外石油资源打下坚实基础。参考文献1 聂孟喜, 王旭升等. 风、浪、流联合作用下系统系泊力的时域计算方法J. 清华大学学报(自然科学版), 2004, 44(9):17-10

20、0.2 何正嘉. 机械故障诊断理论及应用.高等教育出版社,20123 何明悬链锚腿系泊装置的结构特点及安装和检查方法的探讨J1中国海洋平台，2000(3)：35764 Recommended Practice for Planning，Designing and Constructing Fixed Offshore PlatformsLoad and Resistance Factor Designidt API RP 2ALRFD：19935牛鸣岐，王保民，王振甫编著，机械原理课程设计手册，重庆大学6Wave load son NHS semi一submersible Platform u

21、nder designe on ditions,2003.7l集装箱船水动压力试验研究,1999年8月(数据处理).8液化气船船肿剖面结构规范设计(DNVRules,1998),1999年.The fault diagnosis of Marine mooring system underwaterAbstractThis article mainly research on single point mooring system (research system underwater) fault diagnosis and analysis of the ship with the cable or yoke connected to a single point mooring, thus as the change of waves and currents, etc, can free rotation around a single point mooring, constantly in the synthesis of wind, wave and flow of the position of least r