故障树分析法在船用分油机故障诊断中的应用研究

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【摘 要】本文论述了船用分油机故障诊断的意义，介绍了故障树分析法的基本原理和分油机的工作原理与结构，并结合某船用分油机出现的典型故障实例，应用故障树分析法够筑了相应的故障树。在成功排除故障的基础上，总结了应用故障树分析法排除故障的特点。

【关键词】船用分油机；故障树分析法（FTA）；故障诊断

[Abstract] In this paper， we stated the significance of fault analysis on marine oil-purifier， also， introduced the general principles of Fault Tree Analysis and the working principle and structure of marine oil-purifier， combined with the typical failure example of a marine oil-purifier， build the corresponding fault tree by Fault tree analysis. Based on successfully troubleshooting， we summarized troubleshooting features with the application of Fault Tree Analysis.

[Key Words] Marine oil-purifier；Fault tree analysis（FTA）；Fault analysis

0.前言

随着航运业的发展，为了节约成本，船上普遍都使用劣质燃油，劣质燃油必须经过船用分油机净化，以除去其中的杂质和水分。分油机在船舶航行期间基本处于运行状态，由于分油机运转频繁、结构复杂、故障率高、故障因素多且复杂，因此如何在最短时间内有效的找出故障的原因并排除一直是个难题。故障树分析法是目前故障诊断中应用较多的方法之一，本文将对故障树分析法在船用分油机故障诊断中应用进行研究，以求有效地排除故障及总结应用故障树分析法的特点，保障船舶安全运行。

1.故障分析法

1.1故障分析法原理

故障树分析方法是一种安全可靠的分析技术，也是目前故障诊断中应用较多的方法之一，它建立在对系统的故障经验库基础上，采用逆向推理，将系统级的故障现象（顶事件）与最基本的故障原因（底事件）之间的内在关系表示成树形的网络图，各层事件之间通过 “与”、“或 ”、“非 ”、“异或 ”等逻辑关系相关联。它通常把系统的故障状态称为顶事件，然后找出系统故障和导致系统故障的诸原因之间的逻辑关系。并将这些逻辑关系用逻辑符号表示出来，由上而下逐层分解，直到不能分解为止，推导出各故障和各单元故障之间的逻辑关系，利用这种逻辑关系从观测到的顶层事件故障出发，逐渐向下演绎，最终找出对应的底层故障原因。故障经验库描述了系统的动态参量与各个故障之间的逻辑关系，并将这种逻辑关系储存于计算机中，通过对此关系树的启发式搜索查找到系统的故障原因。

1.2 故障树的构建步骤

（1）广泛收集并分析与产品设计运行维修等有关的技术资料；

（2）明确故障事件，确定顶事件顶事件是指系统不希望发生的故障事件；

（3）合理确定系统的边界条件；

（4）建树。

在故障树建造过程中，首先将顶事件符号作为第一行；在其下列出导致顶事件发生的直接原因，并把它们用适当的符号表示出来，作为第二行；并用适当的逻辑门与顶事件相连接如此步步深入，直到追溯到引起系统发生故障的全部原因为止（称为底事件），这样就建成一棵以顶事件为根，中间事件为节，底事件为树叶的倒置的故障树。

2.船用分油机的结构与工作原理

分油机从上至下分为三个部分：（如图1所示）

上部为接口部分，有污油进口、净油出口、置换水进口等；

中部为分离室部分，主要是高速旋转的分离筒；

下部为传动部分，由离合器、传动轴、斜齿轮、驱动轴（立轴）以及轴承等组成。

虽然分油机结构、形态各异，但具体工作原理都采离心分离。在混有水喝杂质的油中，机械杂质的密度最大，油的密度最小，水的密度介于两者之间，在高速旋转的分离筒内，三者获得不同的离心力，杂质的离心力最大，被甩到最外层，水居中，油聚集在最内层，在筒内形成以转轴为中心的圆柱形的油、水、杂质的分界面，只要连续的引入待分离的重油，就可经相应的通道将油、水引出，杂质经排渣孔排出。

图1 分油机机构

3.船用分油机故障树的构筑

从上图可知，分油机结构复杂，而且始终在恶劣环境下工作，难免会出现各种各样的故障导致分油机不能正常工作。分油机的故障现象有很多，概括而言，主要有三类。第一类是跑油，包括排渣口跑油、出水口跑油或二者兼而有之；第二类是出现异常声音或振动；第三类是除上述两种之外的其他不常见且较直观的故障，如油中掺水、分离量较少、电动机过载、齿轮箱油不足等等。

本文以“分油机出现异常声音或振动”为故障树的顶事件，由于造成分油机故障的因素多且关系复杂，本文确定的模型边界条件是从使用管理者的角度来分析研究分油机故障，故只针对运行中的分油机，不涉及设计、制造方面缺陷的影响因素。

笔者结合实船工作经验，整理出如图2所示的故障树。

图2 分油机异常声音或振动故障树

故障树符号说明：

T：分油机异常声音或振动；M1：分离筒本体故障；M2：轴系故障；M3：齿轮箱故障；

M4：立轴故障；M5：横轴故障；B1：分离片装配不当；B2：锁紧环松动；B3：分离片配件损坏；B4：分离片太脏；B5：立轴下沉引起分离盘和配水盘下降；B6：立轴变形、径向移动；B7：立轴轴承碎裂；B8：立轴上部减震弹簧断裂或受力不均；B9：立轴装配不当；

B10：横轴装配不当；B11：横轴变形、径向移动；B12：横轴上齿轮承板变形、径向移动；

B13：横轴轴承碎裂；B14：摩擦离合器摩擦片损坏；B15：齿轮箱油不足；B16：齿轮箱油变质；B17：传动齿轮变形；B18：中间滚轴损坏。

4.故障树定性分析

根据构筑好的分油机异常声音或振动的故障树，可以看出导致其产生的因素是多方面的。为了更有效的找出故障的原因，我们有必要对故障树进行定性分析，找出导致顶事件发生的原因和原因事件的组合，即最小割集。在故障树中，若所有的基本事件全部发生，则顶事件必然发生。但在多数情况下，只要某个或某几个基本事件发生，顶事件就会发生。通常把故障树中使顶事件发生的基本事件的集合称为割集，能使顶事件发生的最低限度的基本事件的集合称为最小割集。

按照图2故障树所示的各个事件之间的关系，根据逻辑运算求得所建故障树结构函数的布尔代数表达式为：

T=B1+B2+B3+B4+B5+B6+B7+B8+B9+B10+B11+B12+B13+B14+B15+B16+B17+B18

由上式可知，共有18个最小割集，即：{B1}；{B2}；{B3}；{B4}；{B5}；{B6}；{B7}；{B8}；{B9}；{B10}；{B11}；{B12}；{B13}；{B14}；{B15}；{B16}；{B17}；{B18}。可见导致分油机异常声音或振动的因素有18种。

5.应用构筑的故障树分析排除故障

笔者在船上工作时，遇到一台三菱SJ60燃油分油机，该分油机在运转过程中偶尔出现排渣口和出水口跑油，并伴有一定的振动和异常的声音，同时在运转过程中电流也出现波动。经查轮机日志，发现此分油机经常拆装且仅拆装分油机本体上部分、清洗、更换密封圈等，均未能解决上述问题。可见振动和异常的声音才是故障的关键，经查实，该分油机已在船上间断使用近二十年，于是决定对立轴和横轴进行检查，最终发现是由立轴下端的轴承箱底部与钢球接触部位有一定的磨损致使立轴下沉，横轴轴承滚珠破裂，导致立轴在转动中晃动。

可见，遇到分油机出现故障，不要盲目地一开始就进行拆装。应分析故障现象，根据构建的故障树，按照故障诊断程序，由顶至下、逐级分解、先重要后次要、先人因后硬件、先后内部的原则对底事件进行排查。只有这样，才能有效地准确找出故障的原因，及时排除故障。

6.结束语

本文通过对分油机振动与异常声音故障构筑故障树，采用故障分析法准确查找到了故障的原因并及时排除。实践证明，故障树分析法能从故障现象着手理清各种原因及其逻辑关系，它相对于直接经验方法而言，具有逻辑性强，不易遗漏各种可能故障原因等特点，对复杂故障的分析和故障点定位具有较好适用性，值得提倡和采用。

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