第五章(轮管)

1、第五章 船舶动力装置的可靠性与故障船舶动力装置的可靠性与故障诊断技术诊断技术第一节第一节 船舶动力装置的可靠性船舶动力装置的可靠性一一 基本概念基本概念 二二 故障率故障率 三三 船舶的特殊性和航行的可靠性船舶的特殊性和航行的可靠性 四四 船舶动力装置故障统计船舶动力装置故障统计 五五 故障影响重要性分析故障影响重要性分析 1 1 可靠性可靠性一一 基本概念基本概念 产品在规定条件下和规定时间内产品在规定条件下和规定时间内, ,完成规定功完成规定功能的能力能的能力. .(1)(1)对象对象- -产品产品( (元件、器件和系统）元件、器件和系统）(2)(2)规定条件规定条件- -工作条件（工作条

2、件（外界环境条件，使外界环境条件，使用工况，使用方法及维护条件等）用工况，使用方法及维护条件等） (3)(3)规定时间规定时间- -使用期限使用期限 (4)(4)规定功能规定功能- -工作参数处于规定范围内完工作参数处于规定范围内完成的给定工作成的给定工作 产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率称为可靠度。能的概率称为可靠度。R(t)R(t)表示表示 2 2 可靠度可靠度( )()0(0)1( )0R tP TttRR 设规定时间为设规定时间为t,t,从工作到故障的时间为从工作到故障的时间为T,T,则有则有: :可靠度是可靠性的量化指标可靠度是

3、可靠性的量化指标, ,它是随它是随t t增加增加逐渐递减的函数逐渐递减的函数. .2 2 可靠度可靠度( )( )Nn tR tN当同类产品数量相当大时当同类产品数量相当大时, ,可靠度可用下式可靠度可用下式求出求出: :N:N:初始时间初始时间t t0 0所观测的产品数所观测的产品数 n:n:时间时间t t发生故障发生故障的产品数的产品数3 3 不可靠度不可靠度( )()( )( )F tP Ttn tF tN产品在规定条件下和规定时间内丧失规定功能产品在规定条件下和规定时间内丧失规定功能的概率的概率. . 可靠度与不可靠度互补关系可靠度与不可靠度互补关系可靠度函数与不可靠函数R(t)F(t

4、)F(t) 不可靠度R(t) 可靠度故障概率密度函数故障概率密度函数f(t)f(t)00( )( )( )( )1( )( )( )( )( )tffftNtdNtF tdtNNdtdNtf tNdtF tf t dtdR tf tdt 令 产品故障分布直方图Nf1Nfi产品故障率4 4 故障率故障率工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率后单位时间内发生故障的概率. .(t)(t)表示表示 故障率故障率(t)和故障概率密度函数和故障概率密度函数f(t)f(t) 不同之处：不同之处： (t)是针对到时刻是针对到时刻t t尚能正常

5、工作的产品数而言，即尚能正常工作的产品数而言，即从总数从总数N N中扣除了中扣除了0 0t t这段时间发生故障的产品数这段时间发生故障的产品数; ; f(t)f(t)是针对开始时刻的产品数而言的是针对开始时刻的产品数而言的. . ( )( )( )f ttR tetdtttR0)()( 当当 为常数时为常数时, ,有有: :( )tR te5 5 平均寿命平均寿命产品从工作到发生故障的时间的平均值，用来产品从工作到发生故障的时间的平均值，用来表示产品连续工作的能力。表示产品连续工作的能力。 对不可修产品对不可修产品: :从开始到失效的时间平均值，记为从开始到失效的时间平均值，记为MTTF（Me

6、an Time To Failure）。 对可修复产品对可修复产品: :相邻两次故障间的工作时间。记为相邻两次故障间的工作时间。记为 MTBF（Mean Time Between Failures）。）。6 6 维修性维修性产品发生故障或失效后产品发生故障或失效后, ,在规定的条件下和规定在规定的条件下和规定的时间内，按照规定的程序和方法进行维修，的时间内，按照规定的程序和方法进行维修，使之能保持或恢复到能完成规定功能的能力使之能保持或恢复到能完成规定功能的能力. .维修度维修度 : : )(tM)()(tTtMPm维修性是可靠性的必要补充维修性是可靠性的必要补充, ,其影响因素有其影响因素有

7、：（1 1）产品结构的维修方便性。易发现）产品结构的维修方便性。易发现/ /检查检查/ /修复。修复。（2 2）修理人员的修理技能。技术要求不高）修理人员的修理技能。技术要求不高（3 3）维修系统的效能。备件供应）维修系统的效能。备件供应/ /工具工具/ /管理水平。管理水平。故障率曲线故障率曲线( (浴盆曲线浴盆曲线) )早期故障期早期故障期: :调试调试/ /磨合磨合/ /更更换部件换部件偶然故障期偶然故障期: :故障率与时间故障率与时间无关无关; ;不能通不能通过调试过调试/ /更换更换零件预防零件预防; ;是是可靠性评估时可靠性评估时期期. .耗损故障期耗损故障期: :停机检修停机检修

8、二二 故障率故障率 早期故障期（磨合期）偶然故障期（使用寿命期）耗损故障期（磨损期）1 1. .船舶的特殊性船舶的特殊性 (1)(1)远离陆地远离陆地, ,故障排除困难和修理条件差故障排除困难和修理条件差; ;三三 船舶的特殊性和航行的可靠性船舶的特殊性和航行的可靠性 (2)(2)航区和气象变化大航区和气象变化大, ,故障可能引发更大故障故障可能引发更大故障; ;(3)(3)使用环境复杂多变使用环境复杂多变, ,对船员的素质要求高对船员的素质要求高; ;(4)(4)主机制造台数少，试验难以在陆上充分进行主机制造台数少，试验难以在陆上充分进行; ; (5)(5)主机更新换代速度快主机更新换代速度

9、快; ; (6)(6)部件以及质量和功能各异，涉及知识面广部件以及质量和功能各异，涉及知识面广; ; (7)(7)现场数据要由船员整理和报告现场数据要由船员整理和报告. . 2.2.航行的可靠性航行的可靠性(1) (1) 故障故障: :航行航行: : “使船舶达不到正常航速的事件使船舶达不到正常航速的事件”风浪天航行：风浪天航行：“使船舶不能维持最低航速的事件使船舶不能维持最低航速的事件”机动航行：机动航行： “使船舶失去操纵性的事件使船舶失去操纵性的事件” 三三 船舶的特殊性和航行的可靠性船舶的特殊性和航行的可靠性 (2)(2)据资料分析，在港区操作工况下，低速机的可据资料分析，在港区操作工

10、况下，低速机的可靠性为靠性为0.9980.998。中速机的可靠性为。中速机的可靠性为0.9910.991。(3)(3)全世界全损船艘数和吨位处于增长的趋势全世界全损船艘数和吨位处于增长的趋势(4)(4)世界全损船舶按船型统计，散货船比例较高世界全损船舶按船型统计，散货船比例较高2.2.航行的可靠性航行的可靠性三三 船舶的特殊性和航行的可靠性船舶的特殊性和航行的可靠性 (5)(5)船舶船舶全损各种原因中，大约全损各种原因中，大约80%80%是人为因素造成。是人为因素造成。(6)(6)全损船舶中全损船舶中90%90%以上船龄超过以上船龄超过1515年。年。1.1.船舶各种机械的故障统计船舶各种机械

11、的故障统计 (1)(1)据统计，在柴油机船上，主机故障总数占故障总据统计，在柴油机船上，主机故障总数占故障总数的数的38%38%， 总故障数总故障数75217521。四四 船舶动力装置故障统计船舶动力装置故障统计 (2)(2)主机是动力装置可靠性的薄弱环节主机是动力装置可靠性的薄弱环节(3)(3)主机发生故障的原因中，材料质量不良和机件污主机发生故障的原因中，材料质量不良和机件污损约占全部原因的一半。损约占全部原因的一半。2. 2. 柴油机部件的故障统计柴油机部件的故障统计（1 1）气缸活塞组件占）气缸活塞组件占47.8%47.8%，曲轴组件占，曲轴组件占42.5%42.5%，增压器占增压器占

12、4.7%4.7%，凸轮轴占，凸轮轴占3.1%3.1%。四四 船舶动力装置故障统计船舶动力装置故障统计 2. 2. 柴油机部件的故障统计柴油机部件的故障统计（2 2）低速机活塞、气缸套、和十字头轴承发生故障低速机活塞、气缸套、和十字头轴承发生故障最多。最多。（3 3）中速机中，曲轴及轴承故障突出中速机中，曲轴及轴承故障突出（4 4）加强高故障率部件或机器设备的管理加强高故障率部件或机器设备的管理五五 故障影响重要性分析故障影响重要性分析 分析单元及编号分析单元及编号必要必要性性必要性得必要性得分分影响其它影响其它单元项目单元项目影响影响得分得分发生故障发生故障程度得分程度得分重要性重要性得得 分

13、分重要性重要性指数指数% %重要性重要性名名 次次主机主机 1 110101 1111112112150504 43 3传动轴传动轴 2 210101 12 222229 92 21111燃油系统燃油系统 3 310101 1、5 5、13136 6101016016066666 62 2压缩空气系统压缩空气系统4 44 41 1、5 54 4141411211246466 64 4发电机组发电机组 5 510103 3、4 4、6 6、7 7、8 8、9 9、1010、1212101012122402401001001 1操纵系统操纵系统 6 610101 11 111114 46 6121

14、2甲板机械甲板机械 7 71 11 14 48 83 33 31313海水系统海水系统 8 84 41 12 28 8484820207 7舱底系统舱底系统 9 92 21 18 8242410101010通风系统通风系统 101010101 1、4 4、5 5、13138 86 610810845455 5排气系统排气系统 111110101 1、5 5、13136 64 4646426267 76 6控制系统控制系统 121210101 12 24 448482020蒸汽系统蒸汽系统 13134 47 72 28 848482020第二节第二节 提高动力装置可靠性的措施提高动力装置可靠性的

15、措施 二二 选用合理的系统连接方式选用合理的系统连接方式 三三 提高维修性提高维修性 一一 影响动力装置可靠性的因素影响动力装置可靠性的因素 四四 提高管理水平提高管理水平 五五 充分利用技术管理指导性文件充分利用技术管理指导性文件 六六 可靠性数据的收集和管理可靠性数据的收集和管理 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

16、、运输、储藏一一 影响动力装置可靠性的因素影响动力装置可靠性的因素1. 1. 串联系统串联系统系统由多个必不可少的元件串行连接。系统由多个必不可少的元件串行连接。二二 选用合理的系统连接方式选用合理的系统连接方式niinstRtRtRtRtR121)()().()()(可靠度：可靠度：特点：特点：(1)n(1)n个部件之一发生故障，导致系统故障个部件之一发生故障，导致系统故障; ;(2)(2)串联系统的可靠度不大于部件的可靠度串联系统的可靠度不大于部件的可靠度; ;(3)(3)可靠度最差的部件对系统的可靠度影响最大可靠度最差的部件对系统的可靠度影响最大. .2. 2. 并联系统并联系统系统由多

17、个元件并行连接系统由多个元件并行连接. .二二 选用合理的系统连接方式选用合理的系统连接方式可靠度：可靠度：特点：特点：(1)n(1)n个部件同时发生故障，才能导致系统故障个部件同时发生故障，才能导致系统故障; ;(2)(2)不可靠度不高于系统中任一并联部件的不可靠度不可靠度不高于系统中任一并联部件的不可靠度; ;(3)(3)并联系统可提高系统的可靠度并联系统可提高系统的可靠度; ;(4)(4)一般采用一般采用2 2或或3 3个部件并联为宜个部件并联为宜. .niisstttRFR1)(11)(1)(并联并联( (备用备用) )方式方式: :二二 选用合理的系统连接方式选用合理的系统连接方式(

18、1)(1)固定式联接热态备用固定式联接热态备用: :两台设备同时工作两台设备同时工作( (有负荷有负荷) ) 例如例如: :两台发电机并电运行两台发电机并电运行(2)(2)固定式联接冷态备用固定式联接冷态备用: :一台工作一台工作, ,备用一台不工作备用一台不工作备用备用, ,一台发生故障后一台发生故障后, ,另外一台自动切换工作另外一台自动切换工作. . 例如例如: :工作泵和备用泵工作泵和备用泵, ,工作滤器和备用滤器工作滤器和备用滤器(3)(3)不固定不固定( (流动流动) )式备用式备用: :基本部件损坏后基本部件损坏后, ,才将备用才将备用部件联入系统部件联入系统. . 工作设备工作

19、设备- -基本部件基本部件 备用设备备用设备- -备用部件备用部件3.3.表决系统表决系统二二 选用合理的系统连接方式选用合理的系统连接方式是并联系统的另一种形式。是并联系统的另一种形式。N N个部件并联的冗余系统个部件并联的冗余系统中，若其中中，若其中r r个部件正常工作，即可保证整个系统正个部件正常工作，即可保证整个系统正常工作。常工作。可靠度：可靠度： tFtRCRknknrkknt003.3.表决系统表决系统二二 选用合理的系统连接方式选用合理的系统连接方式备用比：备用比：表决系统中，备用部件数与工作部件数之表决系统中，备用部件数与工作部件数之比。比。备用比越大，表决系统的可靠备用比越

20、大，表决系统的可靠性越高。性越高。4.4.混合联接系统混合联接系统二二 选用合理的系统连接方式选用合理的系统连接方式系统中既有并联也有串联系统中既有并联也有串联. .提高储备，可提高可靠性提高储备，可提高可靠性, ,但造价高但造价高. .)()1)(1 (11)1)(1 (321213441232131231232131231232112RRRRRRRRRRRRRFRRRRFFFRRRt三三 提高维修性提高维修性 (1)(1)良好工作环境良好工作环境, ,减少防碍人体感官功能发挥因素减少防碍人体感官功能发挥因素(2)(2)维修作业简便易行维修作业简便易行; ;专用工具和设备数量适当专用工具和设

21、备数量适当; ;便于吊装便于吊装; ;备件为标准件备件为标准件; ;作业人员能力和熟练程度作业人员能力和熟练程度要求不高要求不高. .(3)(3)设备布置适合人体特征设备布置适合人体特征; ;(4)(4)操作和维修环境严酷时操作和维修环境严酷时, ,考虑适当的保护措施考虑适当的保护措施; ;(5)(5)防错措施防错措施: :记号记号, ,定位销定位销, ,装卸说明等装卸说明等; ;(6)(6)良好的可达性良好的可达性: :工具工具; ;更换容易更换容易; ;位置位置; ;无危险无危险(7)(7)维修时间短维修时间短, ,费用低费用低. .(1)(1)统计表明，统计表明， 80%80%以上以上故

22、障是人为因素故障是人为因素( (决策决策/ /操作操作规程规程););四四 提高管理水平提高管理水平 (2)(2)责任心责任心: :工作不认真工作不认真; ;检查不及时检查不及时; ;违章违章. .(3)(3)管理水平管理水平: :业务水平业务水平; ;熟练程度熟练程度; ;操作技能操作技能; ;发现和发现和排除故障的能力排除故障的能力; ;维修保养维修保养; ;指挥等指挥等. .产品说明书产品说明书; ;维修手册维修手册; ;试验报告试验报告; ;测量测量/ /试验数试验数据等据等. .五五 充分利用技术管理指导性文件充分利用技术管理指导性文件 (1)(1)制定操作规程制定操作规程; ;(2

23、)(2)判断技术状态判断技术状态; ;(3)(3)指导维修指导维修. .收集、整理、分类、统计和计算、分析。收集、整理、分类、统计和计算、分析。六六 可靠性数据收集与管理可靠性数据收集与管理 目的：目的：(1)(1)了解可靠性状况，为设计了解可靠性状况，为设计/ /制造制造/ /使用使用/ /维维修提供依据修提供依据. .(2)(2)制定标准和规范制定标准和规范, ,提高维修保养水平提高维修保养水平. .第三节第三节 故障诊断的基本方法故障诊断的基本方法 三三 性能参数法性能参数法 四四 润滑油法润滑油法( (油液检测法油液检测法) ) 二二 常规诊断方法常规诊断方法 五五 振动和噪声法振动和

24、噪声法 六六 红外监测法红外监测法 七七 故障诊断专家系统故障诊断专家系统 一一 概述概述故障故障：机械或设备丧失其规定功能的现象。机械或设备丧失其规定功能的现象。故障分类故障分类: : 1 1按故障对船的营运和影响分类按故障对船的营运和影响分类 （1 1）不停航的局部故障）不停航的局部故障; ; （2 2）短时间停航的重大故障）短时间停航的重大故障; ; （3 3）长时间停航的全局性故障。）长时间停航的全局性故障。 2 2按故障发生和演变过程的特点分类按故障发生和演变过程的特点分类 （1 1）渐进性故障）渐进性故障; ; （2 2）突发性故障）突发性故障; ; （3 3）波及性故障）波及性故

25、障. .一一 概述概述分类分类: : 3 3按故障的原因分按故障的原因分: : （1 1）结构性故障）结构性故障; ; （2 2）工艺性故障）工艺性故障; ; （3 3）磨损性故障）磨损性故障; ; （4 4）管理性故障）管理性故障. . 4 4按故障的性质分按故障的性质分: : （1 1）人为故障）人为故障; ; （2 2）自然故障）自然故障. .一一 概述概述一一 概述概述故障诊断：故障诊断：对运转中的机械设备系统的技术状态对运转中的机械设备系统的技术状态 进行监测、分析和判断的科学技术。进行监测、分析和判断的科学技术。基本步骤：（1）故障监测（Fault detection）（2）特征提

26、取（3）故障识别（Fault Recognition）（4）故障趋势分析（Fault trending） 一一 概述概述医学诊断方法医学诊断方法设备诊断方法设备诊断方法原理及特征信息原理及特征信息X射线、超声波射线、超声波无损检测无损检测直接观测内部缺陷直接观测内部缺陷中医：望闻问切中医：望闻问切西医：望触扣听嗅西医：望触扣听嗅听、摸、看、闻听、摸、看、闻通过形貌、声音、温通过形貌、声音、温度、颜色、气味的变度、颜色、气味的变化来诊断。化来诊断。听心音、做心电图听心音、做心电图振动与噪声监测振动与噪声监测通过振动的大小和变通过振动的大小和变化规律来诊断。化规律来诊断。量体温量体温温度监测温度监

27、测观测温度的变化观测温度的变化验血验尿验血验尿油液分析油液分析观测磨粒（细胞）的观测磨粒（细胞）的形态、成分等。形态、成分等。问病史问病史查阅技术档案资料查阅技术档案资料找规律、原因、做判找规律、原因、做判断等断等一一 概述概述设备故障诊断技术适合以下设备设备故障诊断技术适合以下设备: :A.A.重大关键设备重大关键设备; ;B.B.不能接近检查，不能解体检查的重要设备不能接近检查，不能解体检查的重要设备; ;C.C.维修困难、维修成本高的设备维修困难、维修成本高的设备; ;D.D.无备件或备件昂贵的设备无备件或备件昂贵的设备; ;E.E.从人身安全、环境保护等方面考虑，必须采从人身安全、环境

28、保护等方面考虑，必须采用诊断技术的设备。用诊断技术的设备。1.1.观察和听响法观察和听响法用目力或通过仪器（光学显微镜，频闪仪，用目力或通过仪器（光学显微镜，频闪仪，着色渗透，测量温度）等观察零件表面和内着色渗透，测量温度）等观察零件表面和内部缺陷部缺陷. . “望、闻、问、切望、闻、问、切”2.2.一般热工参数的检测法一般热工参数的检测法 测量测量/ /水压试验水压试验 二二 常规诊断方法常规诊断方法利用仪器利用仪器/ /仪表测定各项性能参数值（如温度、仪表测定各项性能参数值（如温度、压力及流量等）压力及流量等）, ,对其进行处理、分析和比较，对其进行处理、分析和比较，判断机械设备的运行状况

29、和趋势。判断机械设备的运行状况和趋势。三三 性能参数法性能参数法(1)(1)理化性能检测理化性能检测( (根据滑油理化性能变化诊断根据滑油理化性能变化诊断) ) A A 经验法经验法( (颜色颜色, ,气味气味, ,捻搓捻搓) ) B B 滤纸法滤纸法( (滤纸斑点试验滤纸斑点试验) ) C C 常规化验常规化验四四 油液检测法油液检测法( (润滑油法润滑油法) )3-43-4月化验一次月化验一次: :粘度粘度, ,闪点闪点, ,酸值酸值,TBN,TBN,水水, ,机械杂质等机械杂质等四四 油液检测法油液检测法( (润滑油法润滑油法) )(2)(2)油样磨粒分析油样磨粒分析( (类型类型/ /

30、部位部位/ /程度程度/ /原因原因) )A A 磁塞法磁塞法( (磁性探头磁性探头,25-200,25-200m m) )B B 光谱分析法光谱分析法( (磨粒的化学成分和含量磨粒的化学成分和含量) ) 原子发射光谱原子发射光谱/ /吸收光谱两种吸收光谱两种 磨粒磨粒10m) )C C 铁谱分析法铁谱分析法( (浓度浓度, ,大小和形貌大小和形貌, ,成分成分) ) ( (直读式直读式/ /分析式分析式/ /旋转式旋转式 0.1-10000.1-1000m)m)D D 颗粒计数颗粒计数( (粒度计数和粒度分布粒度计数和粒度分布) ) ( (磨损状态或油液的污染程度磨损状态或油液的污染程度) ) 运动粘度测量装置油液检测法油液检测法( (润滑油法润滑油法) )元素元素可能发生磨损的零件可能发生磨损的零件铝铝活塞、轴承活塞、轴承铜铜轴承轴承铬铬活塞、缸套、气阀活塞、缸套、气阀铁铁钢套、曲轴、活塞环和凸轮轴钢套、曲轴、活塞环和凸轮轴铅铅轴承轴承钼钼活塞环活塞环镍镍气阀气阀银银轴承轴承 (防粘着防粘着)锡锡轴承轴承 光谱监测磨粒来源光谱监测磨粒来源磁塞法磁塞法 发射光谱仪发射光谱仪 直读式铁谱仪 分析式铁谱仪 分析式铁谱仪Particle counting五五 振动和噪声法振动和噪声法1 1