第五章(轮管)

1、第五章,船舶动力装置的可靠性与故障,诊断技术,第一节,船舶动力装置的可靠性,一,基本概念,二,故障率,三,船舶的特殊性和航行的可靠性,四,船舶动力装置故障统计,五,故障影响重要性分析,一,基本概念,1,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,1,对象,产品,元件、器件和系统,2,规定条件,工作条件,外界环境条件，使,用工况，使用方法及维护条件等,3,规定时间,使用期限,4,规定功能,工作参数处于规定范围内完,成的给定工作,2,可靠度,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,R(t,表示,设规定时间为,t,从工作到故障的时间为,T,则有,R,t,P,T,

2、t,R,0,1,0,t,R,0,可靠度是可靠性的量化指标,它是随,t,增加,逐渐递减的函数,2,可靠度,当同类产品数量相当大时,可靠度可用下式,求出,N,n,t,R,t,N,N,初始时间,t,0,所观测的产品数,n,时间,t,发生故障,的产品数,3,不可靠度,产品在规定条件下和规定时间内丧失规定功能,的概率,F,t,P,T,t,n,t,F,t,N,可靠度与不可靠度互补关系,R(t,F(t,F(t,不可靠度,R(t,可靠度,可靠度函数与不可靠函数,故障概率密度函数,f(t,F,t,N,f,t,N,t,dN,f,t,Ndt,0,dt,产,品,故,障,率,Nf,1,Nf,i,1,dN,f,t,令,f

3、,t,N,dt,F,t,f,t,dt,0,t,dR,t,f,t,dt,产品故障分布直方图,4,故障率,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,t,表示,f,t,t,R,t,R,t,e,t,dt,0,t,当,R,t,为常数时,有,e,t,故障率,t,和故障概率密度函数,f(t,不同之处,t,是针对到时刻,t,尚能正常工作的产品数而言，即,从总数,N,中扣除了,0,t,这段时间发生故障的产品数,f(t,是针对开始时刻的产品数而言的,5,平均寿命,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,对不可修产品,从开始到失效的时间平均值，记为,MTTF,M

4、ean Time To Failure,对可修复产品,相邻两次故障间的工作时间。记为,MTBF,Mean Time Between Failures,6,维修性,产品发生故障或失效后,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,使之能保持或恢复到能完成规定功能的能力,维修度,M,t,M,t,P,m,T,t,维修性是可靠性的必要补充,其影响因素有,1,产品结构的维修方便性。易发现,检查,修复,2,修理人员的修理技能。技术要求不高,3,维修系统的效能。备件供应,工具,管理水平,二,故障率,故障率曲线,浴盆曲线,早期故障期,调试,磨合,更,换部件,偶然故障期,故障率与时间,无关,不

5、能通,过调试,更换,零件预防,是,可靠性评估时,期,耗损故障期,停机检修,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,三,船舶的特殊性和航行的可靠性,1,船舶的特殊性,1,远离陆地,故障排除困难和修理条件差,2,航区和气象变化大,故障可能引发更大故障,3,使用环境复杂多变,对船员的素质要求高,4,主机制造台数少，试验难以在陆上充分进行,5,主机更新换代速度快,6,部件以及质量和功能各异，涉及知识面广,7,现场数据要由船员整理和报告,三,船舶的特殊性和航行的可靠性,2,航行的可靠性,1,故障,航行,使船舶达不到正常航速的事件,风浪天航行,使船舶不能维持最低航速的事件,机动航行

6、,使船舶失去操纵性的事件,2,据资料分析，在港区操作工况下，低速机的可,靠性为,0.998,中速机的可靠性为,0.991,3,全世界全损船艘数和吨位处于增长的趋势,4,世界全损船舶按船型统计，散货船比例较高,三,船舶的特殊性和航行的可靠性,2,航行的可靠性,5,船舶全损各种原因中，大约,80,是人为因素造成,6,全损船舶中,90,以上船龄超过,15,年,四,船舶动力装置故障统计,1,船舶各种机械的故障统计,1,据统计，在柴油机船上，主机故障总数占故障总,数的,38,总故障数,7521,2,主机是动力装置可靠性的薄弱环节,3,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,2,

7、柴油机部件的故障统计,1,气缸活塞组件占,47.8,曲轴组件占,42.5,增,压器占,4.7,凸轮轴占,3.1,四,船舶动力装置故障统计,2,柴油机部件的故障统计,2,低速机活塞、气缸套、和十字头轴承发生故障,最多,3,中速机中，曲轴及轴承故障突出,4,加强高故障率部件或机器设备的管理,五,故障影响重要性分析,分析单元及编号,必要,性,必要性得,分,10,10,10,4,10,10,1,4,2,10,10,10,4,1,4,5,13,1,5,13,1,7,1,1,5,13,1,5,3,4,6,7,8,9,10,12,影响其它,单元项目,影响,得分,1,1,6,4,10,1,1,2,1,8,6,

8、2,2,发生故障,程度得分,11,2,10,14,12,1,4,8,8,6,4,4,8,重要性,得,分,121,22,160,112,240,11,8,48,24,108,64,48,48,重要性,指数,50,4,9,2,66,6,46,6,100,4,6,3,3,20,10,45,26,7,20,20,重要性,名,次,3,11,2,4,1,12,13,7,10,5,6,主机,1,传动轴,燃油系统,2,3,压缩空气系统,4,发电机组,操纵系统,甲板机械,海水系统,舱底系统,5,6,7,8,9,通风系统,排气系统,控制系统,蒸汽系统,10,11,12,13,第二节,提高动力装置可靠性的措施,一,

9、影响动力装置可靠性的因素,二,选用合理的系统连接方式,三,提高维修性,四,提高管理水平,五,充分利用技术管理指导性文件,六,可靠性数据的收集和管理,一,影响动力装置可靠性的因素,设计,推断营运特点和工作条件,选用设备的质量和数量,系统设计、储备度及可靠,度分配,安全系数和部件的降级使,用,设计数据的选取,配套和布局,制造,原材料,加工机械,制造工艺,装配工艺,试验方法,质量检查方法,管理,使用操作,文件管理,维修制度,维修工艺,备件管理,人员培训,人机工程,维修性,标准化、简单化、自动化,质量管理,作业人员管理,道德观念和思想状,况,使用环境,包装、运输、储藏,二,选用合理的系统连接方式,1,

10、串联系统,系统由多个必不可少的元件串行连接,可靠度,R,s,t,R,1,t,R,2,t,R,n,t,R,i,t,i,1,n,特点,1)n,个部件之一发生故障，导致系统故障,2,串联系统的可靠度不大于部件的可靠度,3,可靠度最差的部件对系统的可靠度影响最大,二,选用合理的系统连接方式,2,并联系统,系统由多个元件并行连接,可靠度,R,s,t,1,F,s,t,1,1,i,1,n,R,t,i,特点,1)n,个部件同时发生故障，才能导致系统故障,2,不可靠度不高于系统中任一并联部件的不可靠度,3,并联系统可提高系统的可靠度,4,一般采用,2,或,3,个部件并联为宜,二,选用合理的系统连接方式,并联,备

11、用,方式,1,固定式联接热态备用,两台设备同时工作,有负荷,例如,两台发电机并电运行,2,固定式联接冷态备用,一台工作,备用一台不工作,备用,一台发生故障后,另外一台自动切换工作,例如,工作泵和备用泵,工作滤器和备用滤器,3,不固定,流动,式备用,基本部件损坏后,才将备用,部件联入系统,工作设备,基本部件,备用设备,备用部件,二,选用合理的系统连接方式,3,表决系统,是并联系统的另一种形式,N,个部件并联的冗余系统,中，若其中,r,个部件正常工作，即可保证整个系统正,常工作,可靠度,R,t,C,n,R,0,k,r,n,k,t,F,t,k,0,n,k,二,选用合理的系统连接方式,3,表决系统,备

12、用比,表决系统中，备用部件数与工作部件数之,比,备用比越大，表决系统的可靠,性越高,二,选用合理的系统连接方式,4,混合联接系统,系统中既有并联也有串联,提高储备，可提高可靠性,但造价高,R,12,R,1,R,2,1,1,F,123,F,3,F,12,R,3,R,1,R,2,1,1,1,1,R,123,F,123,R,3,R,1,R,2,R,t,R,123,R,4,R,4,R,3,R,1,R,2,R,1,R,2,R,3,三,提高维修性,1,良好工作环境,减少防碍人体感官功能发挥因素,2,维修作业简便易行,专用工具和设备数量适当,便,于吊装,备件为标准件,作业人员能力和熟练程度要,求不高,3,设

13、备布置适合人体特征,4,操作和维修环境严酷时,考虑适当的保护措施,5,防错措施,记号,定位销,装卸说明等,6,良好的可达性,工具,更换容易,位置,无危险,7,维修时间短,费用低,四,提高管理水平,1,统计表明,80,以上,故障是人为因素,决策,操作,规程,2,责任心,工作不认真,检查不及时,违章,3,管理水平,业务水平,熟练程度,操作技能,发现和排,除故障的能力,维修保养,指挥等,五,充分利用技术管理指导性文件,产品说明书,维修手册,试验报告,测量,试验数据,等,1,制定操作规程,2,判断技术状态,3,指导维修,六,可靠性数据收集与管理,收集、整理、分类、统计和计算、分析,目的,1,了解可靠性

14、状况，为设计,制造,使用,维,修提供依据,2,制定标准和规范,提高维修保养水平,第三节,一,故障诊断的基本方法,概述,二,三,四,五,六,七,常规诊断方法,性能参数法,润滑油法,油液检测法,振动和噪声法,红外监测法,故障诊断专家系统,一,故障分类,概述,故障,机械或设备丧失其规定功能的现象,1,按故障对船的营运和影响分类,1,不停航的局部故障,2,短时间停航的重大故障,3,长时间停航的全局性故障,2,按故障发生和演变过程的特点分类,1,渐进性故障,2,突发性故障,3,波及性故障,一,分类,概述,3,按故障的原因分,1,结构性故障,2,工艺性故障,3,磨损性故障,4,管理性故障,4,按故障的性质

15、分,1,人为故障,2,自然故障,一,概述,故障诊断,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,基本步骤,1,故障监测,Fault detection,2,特征提取,3,故障识别,Fault Recognition,4,故障趋势分析,Fault trending,一,医学诊断方法,概述,设备诊断方法,原理及特征信息,X,射线、超声波,中医：望闻问切,西医：望触扣听嗅,听心音、做心电图,无损检测,听、摸、看、闻,直接观测内部缺陷,通过形貌、声音、温,度、颜色、气味的变,化来诊断,通过振动的大小和变,化规律来诊断,振动与噪声监测,量体温,验血验尿,问病史,温度监测,油液分析,

16、查阅技术档案资料,观测温度的变化,观测磨粒（细胞）的,形态、成分等,找规律、原因、做判,断等,一,概述,设备故障诊断技术适合以下设备,A,重大关键设备,B,不能接近检查，不能解体检查的重要设备,C,维修困难、维修成本高的设备,D,无备件或备件昂贵的设备,E,从人身安全、环境保护等方面考虑，必须采,用诊断技术的设备,二,常规诊断方法,1,观察和听响法,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,部缺陷,望、闻、问、切,2,一般热工参数的检测法,测量,水压试验,三,性能参数法,利用仪器,仪表测定各项性能参数值（如温度,压力及流量等,对其进行处理、分析和比较,判断机

17、械设备的运行状况和趋势,四,油液检测法,润滑油法,1,理化性能检测,根据滑油理化性能变化诊断,A,经验法,颜色,气味,捻搓,B,滤纸法,滤纸斑点试验,C,常规化验,3-4,月化验一次,粘度,闪点,酸值,TBN,水,机械杂质等,四,油液检测法,润滑油法,2,油样磨粒分析,类型,部位,程度,原因,A,磁塞法,磁性探头,25-200,m,B,光谱分析法,磨粒的化学成分和含量,原子发射光谱,吸收光谱两种,磨粒,10m,C,铁谱分析法,浓度,大小和形貌,成分,直读式,分析式,旋转式,0.1-1000,m,D,颗粒计数,粒度计数和粒度分布,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,润滑油法,光谱监测磨粒来源,元素,铝,铜,铬,铁,铅,钼,镍,银,锡,可能发生磨损的零件,活塞、轴承,轴承,活塞、缸套、气阀,钢套、曲轴、活塞环和凸轮轴,轴承,活塞环,气阀,轴承,防粘着,轴承,磁塞法,发射光谱仪,直读式铁谱仪,分析式铁谱仪,分析式铁谱仪,颗粒计数,Particle counting,五,振动和噪声法,1,振动检测,每一零件都有自己的固有振动频率，振动特性的突,变与故障有一定的联系，通过测量振动随时间的变,化曲线（时域曲线），对波形进行分析（分析方