馬二林

（中交（天津）疏浚工程有限公司，天津 300450）

現(xiàn)階段，船舶使用燃料主要為輕柴油、180#重油、380Cts 重油，成品燃料油中含有大量固體顆粒、催化劑殘留物和水份，在燃料儲存、駁運、沉淀過程中存在一定沉積污染，因此，分油機(jī)對這部分燃油的凈化、處理后，質(zhì)量將會直接影響到船舶燃油系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)。目前船舶中所使用的分油機(jī)主要有三菱、阿法拉伐以及韋斯伐里亞等品牌，不同品牌的分油機(jī)之間的結(jié)構(gòu)形式以及性能特點具有一定的差異，但無論是哪種品牌的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)均及其復(fù)雜，在惡劣的工作環(huán)境中極易發(fā)生故障，影響船舶的正常運行，而針對分油機(jī)運行故障的排查通常以維修人員經(jīng)驗、主觀判斷為主，不僅費時費力、診斷性低，而且極有可能造成適得其反，無法確切地保障船舶動力裝置的正常運行[1]。

作為目前系統(tǒng)性能評估及故障診斷中使用最為廣泛的邏輯、概率技術(shù)，故障樹分析法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）相較于其他評估診斷技術(shù)而言，F(xiàn)TA 其更加具有精準(zhǔn)、可靠等特性。FTA 通過將事件進(jìn)行詳細(xì)的分級劃分、逐級排查的方式來確定引起故障的原因及元件。本研究采用FTA，通過圖形演繹的形式呈現(xiàn)出三菱分油機(jī)中發(fā)生的系統(tǒng)故障，以此探究出導(dǎo)致三菱分油機(jī)典型故障的因果鏈和故障譜。

一、三菱分油機(jī)系統(tǒng)概括

本研究將以船舶中使用最為普遍的三菱SJ-G 系列分油機(jī)作為研究對象。SJ-G 系列分油機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要由電動機(jī)、摩擦離合器、螺旋齒輪、齒輪泵、橫軸驅(qū)動、縱軸驅(qū)動、回轉(zhuǎn)體、機(jī)蓋以及機(jī)架構(gòu)成，其中設(shè)備的動力經(jīng)過電機(jī)的摩擦離合器傳導(dǎo)至橫軸驅(qū)動部件，并經(jīng)由蝸輪蝸桿以及螺旋齒輪增速后傳導(dǎo)至縱軸驅(qū)動部件[2]。而三菱SJ-G 系列分油機(jī)的控制核心是HIDENS 單片機(jī)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對分油機(jī)的全自動時序控制以及對分油機(jī)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控等，能夠顯著地增強(qiáng)分油機(jī)可適用性。但由于分油機(jī)功能的細(xì)化所以其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，當(dāng)設(shè)備中某一部件發(fā)生故障便會引起連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致分油機(jī)無法正常工作，在實際的應(yīng)用中，當(dāng)分油機(jī)出現(xiàn)故障后管理人員往往無法及時有效地查找導(dǎo)致分油機(jī)發(fā)生問題的主要原因，從而影響到船舶的正常航行、運轉(zhuǎn)。三菱SJ-G 系列分油機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

二、三菱分油機(jī)典型FTA 建立

FTA 模型是一種自上而下的演繹式失效分析方式，通過利用布林邏輯組合低階事件獲取目標(biāo)中非理想狀態(tài)，通過FTA 模型能夠探究出導(dǎo)致目標(biāo)失效的根本原因，從而獲得降低風(fēng)險因素的最佳方案或計算出單一項的故障發(fā)生幾率。FTA 模型構(gòu)建的過程可分為確定頂事件，頂事件解析以及限定邊界條件。

（一）確定頂事件

頂事件是指能夠進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷以及計算故障發(fā)生率的模式，通過選擇有效的頂事件可以將復(fù)雜系統(tǒng)中存在的故障問題進(jìn)行聯(lián)絡(luò)疏通，從而能夠更加全面地分析、診斷系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常事件。分油機(jī)系統(tǒng)在運行過程中，主要運動部件以高速運動狀態(tài)與高溫劣質(zhì)燃料接觸、水腔與高溫淡水接觸等，分油機(jī)長期在這種惡劣的環(huán)境下工作將會導(dǎo)致其運動部件發(fā)生不同程度的老化、磨損甚至出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致分油機(jī)出現(xiàn)不同類型的運行功能故障。結(jié)合以往的經(jīng)驗，三菱SJ-G 系列分油機(jī)常見的運行功能故障有異常流出、排出不良以及異常振動，基于此進(jìn)行頂事件分析及建樹。

（二）頂事件解析及邊界限定

通過上文對分油機(jī)頂事件的確定后，便可進(jìn)行頂事件與下級事件的關(guān)聯(lián)，以此明確建樹的邏輯、獲取更加合理的FTA 布局，但在實施詳細(xì)故障的解析過程中需要明確FTA的邊界條件。對FTA 實施邊界限定的主要目的是實現(xiàn)將分油機(jī)故障解析控制在合理的范圍內(nèi)，減少無用功，從而能夠快速地診斷出故障的源頭。本研究根據(jù)三菱SJ-G 系列分油機(jī)的實際應(yīng)用情況以及故障的誘因設(shè)置相應(yīng)的邊界限定條件：①人為因素、②排除HIDENS 系統(tǒng)所致故障、③分油機(jī)流體管路連接無異常、④分油機(jī)線路連接無異常、⑤結(jié)合船舶運行中的環(huán)境因素，如振動、高溫、低溫等[3]。

通過設(shè)置分油機(jī)FTA 限定邊界后，將分油機(jī)的頂事件中常見功能故障進(jìn)行逐一的分解，以獲得詳細(xì)、全面的底事件。（分油機(jī)典型運動功能障礙如圖2 所示）

三、分油機(jī)FTA的應(yīng)用分析

船舶發(fā)現(xiàn)其所使用的三菱牌分油機(jī)無法正常排渣，根據(jù)FTA 中排出不良模型（E2）進(jìn)行處理，對現(xiàn)場問題進(jìn)行定性處理，使用上行法會獲取布爾代數(shù)方程：

利用公式（1）可計算出E2 中包含的13 個最小割集，因此可以判定，導(dǎo)致該設(shè)備無法排渣的故障原因有13 種。

對故障原因底事件yj的進(jìn)行結(jié)構(gòu)重要度近似值I（j）的計算[4]：

式中：Kr 表示第r 個最小割集；mj表示包括xj的最小割集的底事件數(shù)量。

經(jīng)過計算E2 中底事件結(jié)構(gòu)重要度為：

由計算結(jié)果可以看出，E2 中底事件結(jié)構(gòu)重要度均相同。因此，在本次故障診斷判定的原則應(yīng)為，在不擴(kuò)大檢修范圍的情況下，將分油機(jī)設(shè)置為手動控制，并由FTA 頂事件E2 開始依次向下排查，如首先手動排渣驗證開閥電磁閥無故障，排除中間事件y1，從y2 向下個事件排查，檢查縱軸配水裝置出水量正常，排除y7，從y13 向下個事件排查，檢查主閥體密封圈以及活絡(luò)通道正常，因此排除y14、y15，通過排查最終鎖定導(dǎo)致分油機(jī)排渣異常的故障原因為y16、y17。

該船舶所使用的三菱分油機(jī)在運行后，滑閥將一同進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)運動，當(dāng)離心力大于閥芯與閥芯套之間的密封圈摩擦力后，閥芯將會被緊壓在密封墊上，此時閉閥水將在水腔中產(chǎn)生向上的推力，使主閥體上移閉合排渣口，而在排渣時開閥水進(jìn)入滑閥體左腔所產(chǎn)生的推力大于閥芯的離心力，使滑閥發(fā)生內(nèi)移、開啟密封面，水腔內(nèi)的水便將從排水口釋放，主閥體下移后開啟排渣口，完成排渣操作。根據(jù)FTA 判定結(jié)果可以斷定該設(shè)備中排查異常是由滑閥所導(dǎo)致。分解滑閥組后發(fā)現(xiàn)其中存在一定的水垢，并且密封圈發(fā)生嚴(yán)重的磨損，通過清潔閥腔、更換密封圈后故障得到排除，分油機(jī)排渣正常。

四、結(jié)語

通過構(gòu)建FTA 模型可以更好的幫助維修人員分析、判斷分油機(jī)故障源，簡化設(shè)備復(fù)雜所造成的不便，依托于其可靠性、科學(xué)性可以更好的服務(wù)于分油機(jī)的預(yù)防維護(hù)保養(yǎng)，對提升設(shè)備故障維修效率以及減少設(shè)備故障發(fā)生率具有重要的意義。