基于三菱分油機典型故障樹的建立與應用

馬二林

（中交（天津）疏浚工程有限公司，天津 300450）

現階段，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，分油機對這部分燃油的凈化、處理后，質量將會直接影響到船舶燃油系統設備的運行狀態。目前船舶中所使用的分油機主要有三菱、阿法拉伐以及韋斯伐里亞等品牌，不同品牌的分油機之間的結構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品，其結構均及其復雜，在惡劣的工作環境中極易發生故障，影響船舶的正常運行，而針對分油機運行故障的排查通常以維修人員經驗、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]。

作為目前系統性能評估及故障診斷中使用最為廣泛的邏輯、概率技術，故障樹分析法（Fault Tree Analysis，FTA）相較于其他評估診斷技術而言，FTA 其更加具有精準、可靠等特性。FTA 通過將事件進行詳細的分級劃分、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出三菱分油機中發生的系統故障，以此探究出導致三菱分油機典型故障的因果鏈和故障譜。

一、三菱分油機系統概括

本研究將以船舶中使用最為普遍的三菱SJ-G 系列分油機作為研究對象。SJ-G 系列分油機的系統結構較為復雜，主要由電動機、摩擦離合器、螺旋齒輪、齒輪泵、橫軸驅動、縱軸驅動、回轉體、機蓋以及機架構成，其中設備的動力經過電機的摩擦離合器傳導至橫軸驅動部件，并經由蝸輪蝸桿以及螺旋齒輪增速后傳導至縱軸驅動部件[2]。而三菱SJ-G 系列分油機的控制核心是HIDENS 單片機系統，通過該系統能夠實現對分油機的全自動時序控制以及對分油機運行狀態的實時監控等，能夠顯著地增強分油機可適用性。但由于分油機功能的細化所以其結構較為復雜，當設備中某一部件發生故障便會引起連鎖反應，導致分油機無法正常工作，在實際的應用中，當分油機出現故障后管理人員往往無法及時有效地查找導致分油機發生問題的主要原因，從而影響到船舶的正常航行、運轉。三菱SJ-G 系列分油機結構圖如圖1 所示。

二、三菱分油機典型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中非理想狀態，通過FTA 模型能夠探究出導致目標失效的根本原因，從而獲得降低風險因素的最佳方案或計算出單一項的故障發生幾率。FTA 模型構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

頂事件是指能夠進行系統故障診斷以及計算故障發生率的模式，通過選擇有效的頂事件可以將復雜系統中存在的故障問題進行聯絡疏通，從而能夠更加全面地分析、診斷系統中出現的異常事件。分油機系統在運行過程中，主要運動部件以高速運動狀態與高溫劣質燃料接觸、水腔與高溫淡水接觸等，分油機長期在這種惡劣的環境下工作將會導致其運動部件發生不同程度的老化、磨損甚至出現裂縫，導致分油機出現不同類型的運行功能故障。結合以往的經驗，三菱SJ-G 系列分油機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

通過上文對分油機頂事件的確定后，便可進行頂事件與下級事件的關聯，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將分油機故障解析控制在合理的范圍內，減少無用功，從而能夠快速地診斷出故障的源頭。本研究根據三菱SJ-G 系列分油機的實際應用情況以及故障的誘因設置相應的邊界限定條件：①人為因素、②排除HIDENS 系統所致故障、③分油機流體管路連接無異常、④分油機線路連接無異常、⑤結合船舶運行中的環境因素，如振動、高溫、低溫等[3]。

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

三、分油機FTA的應用分析

船舶發現其所使用的三菱牌分油機無法正常排渣，根據FTA 中排出不良模型（E2）進行處理，對現場問題進行定性處理，使用上行法會獲取布爾代數方程：

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，導致該設備無法排渣的故障原因有13 種。

對故障原因底事件yj的進行結構重要度近似值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量。

經過計算E2 中底事件結構重要度為：

由計算結果可以看出，E2 中底事件結構重要度均相同。因此，在本次故障診斷判定的原則應為，在不擴大檢修范圍的情況下，將分油機設置為手動控制，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通道正常，因此排除y14、y15，通過排查最終鎖定導致分油機排渣異常的故障原因為y16、y17。

該船舶所使用的三菱分油機在運行后，滑閥將一同進行高速旋轉運動，當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入滑閥體左腔所產生的推力大于閥芯的離心力，使滑閥發生內移、開啟密封面，水腔內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FTA 判定結果可以斷定該設備中排查異常是由滑閥所導致。分解滑閥組后發現其中存在一定的水垢，并且密封圈發生嚴重的磨損，通過清潔閥腔、更換密封圈后故障得到排除，分油機排渣正常。

四、結語

通過構建FTA 模型可以更好的幫助維修人員分析、判斷分油機故障源，簡化設備復雜所造成的不便，依托于其可靠性、科學性可以更好的服務于分油機的預防維護保養，對提升設備故障維修效率以及減少設備故障發生率具有重要的意義。