淺析艦船的動(dòng)力系統(tǒng)故障診斷方法

摘 要：動(dòng)力系統(tǒng)是艦船機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性將直接影響艦船的航行安全與任務(wù)執(zhí)行，為此構(gòu)建了科學(xué)的艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)，采用正確的故障隔離診斷方法，能夠及時(shí)解決艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障，在一定程度上預(yù)防艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：艦船;動(dòng)力系統(tǒng);故障診斷

0 引言

在過去較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障檢查方法較為落后，不僅故障定位準(zhǔn)確度低，還無法根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行早期故障預(yù)警，以避免動(dòng)力系統(tǒng)故障的進(jìn)一步惡化。因此，創(chuàng)新艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障診斷方法，通過應(yīng)用多種故障診斷技術(shù)，可有效提升艦船動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，縮短艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障排查與維修時(shí)間，使艦艇保持較高的在航率等。

1 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的廣泛應(yīng)用改變了傳統(tǒng)故障診斷方式，即通過各類型傳感器穩(wěn)定獲取動(dòng)力系統(tǒng)工作中的溫度、濕度、轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣量、排氣量、震動(dòng)頻率等數(shù)據(jù)，并與相應(yīng)故障之間建立高度關(guān)聯(lián)的故障模型，不斷提高故障模型與數(shù)據(jù)之間的擬合度。

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中，通過數(shù)據(jù)傳輸通道將動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)送至后方監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)比對(duì)，檢驗(yàn)在線數(shù)據(jù)與故障模型之間的關(guān)聯(lián)度。若在線數(shù)據(jù)與故障模型高度關(guān)聯(lián)，監(jiān)控中心向?qū)?yīng)平臺(tái)發(fā)出故障預(yù)警，并指導(dǎo)相關(guān)人員排除故障。

艦船動(dòng)力系統(tǒng)遠(yuǎn)程故障診斷解決方案如圖1所示。以艦船動(dòng)力系統(tǒng)熱力參數(shù)輔助故障診斷為例，通過對(duì)艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障前期熱力參數(shù)的采集，形成龐大的熱力數(shù)據(jù)庫，并將熱力參數(shù)作為特定故障權(quán)重體系的組成部分。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中增加溫度、氣壓等各類型傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)熱力參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而確定其熱力性能參數(shù)變化趨勢(shì)，輔助技術(shù)人員對(duì)艦船動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性等進(jìn)行判斷。同時(shí)，為故障診斷、維修等提供依據(jù)，避免因未能及時(shí)預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)與排除故障而導(dǎo)致一系列負(fù)面影響，使故障預(yù)防與診斷更加及時(shí)、準(zhǔn)確，故障排除更加高效。

2 艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障隔離診斷方法

艦船動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成較為復(fù)雜，故障類型相對(duì)較多，在故障診斷過程中具有較多的不確定性，采用傳統(tǒng)故障診斷方法不僅效率低，且存在故障擴(kuò)大風(fēng)險(xiǎn)。為此，可采用隔離診斷方法提高故障診斷效率，并能夠有效預(yù)防故障的擴(kuò)大化。船舶動(dòng)力系統(tǒng)包括主機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、管路系統(tǒng)等，通過對(duì)相關(guān)組成單元故障特征向量進(jìn)行分析，確定各組成單元的耦合模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)故障的診斷。

2.1? ? 基于動(dòng)力系統(tǒng)建模的故障隔離診斷

艦船動(dòng)力系統(tǒng)建模與傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)建模類似，根據(jù)鍵合圖理論與對(duì)應(yīng)動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)驗(yàn)證報(bào)告等資料，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)中的主機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、管路系統(tǒng)進(jìn)行建模。例如，主機(jī)系統(tǒng)中的飛輪、離合器、齒輪箱等相關(guān)數(shù)據(jù)包括轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、扭矩、阻尼、剛體質(zhì)心、扭轉(zhuǎn)剛度等，通過動(dòng)力系統(tǒng)建模，為故障隔離提供依據(jù)，并指導(dǎo)后續(xù)維修工作的順利開展。

以動(dòng)力系統(tǒng)輸出功率下降為例，導(dǎo)致這一問題的原因主要有燃油濾清器污堵、燃油管路太細(xì)太長(zhǎng)而泄漏、燃油系統(tǒng)有空氣、燃油質(zhì)量不好、油內(nèi)含水、噴油泵或者調(diào)整器限位鉛封被破壞加不上油、調(diào)速器拉桿螺釘旋入太多、齒桿伸出長(zhǎng)度不夠、噴油泵柱塞磨損嚴(yán)重、油頭霧化不良、供油提前角不對(duì)、油頭伸出缸蓋平面不對(duì)、缸蓋活塞結(jié)炭嚴(yán)重、壓縮余隙太大、出油閥密封不嚴(yán)、空濾器臟污、中冷器臟污、壓氣機(jī)葉輪臟污、缸蓋進(jìn)氣道臟污、進(jìn)排氣管漏氣、配氣定時(shí)不準(zhǔn)、增壓器故障、排氣管太彎太長(zhǎng)、排氣消聲器臟污、缸蓋排氣道臟、排氣定時(shí)不準(zhǔn)等。以上故障類型涉及多個(gè)系統(tǒng)組成單元，為實(shí)現(xiàn)故障快速定位，需要借助動(dòng)力系統(tǒng)模型進(jìn)行隔離診斷，設(shè)計(jì)多種隔離診斷方法，快速定位故障。

2.2? ? 現(xiàn)場(chǎng)故障隔離診斷

盡管傳統(tǒng)診斷方法在艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障診斷中存在定位效果差、判定周期長(zhǎng)等諸多問題，然而在實(shí)際工作中，由于任務(wù)重、時(shí)間緊等因素，無法結(jié)合動(dòng)力系統(tǒng)建模的方式進(jìn)行故障隔離檢查。此時(shí)，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)故障隔離，以排除動(dòng)力系統(tǒng)故障。

所謂現(xiàn)場(chǎng)故障隔離，是一種廣義上的故障隔離診斷方法，技術(shù)人員借助儀器設(shè)備測(cè)量組成單元的具體參數(shù)，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)確定相關(guān)參數(shù)是否滿足指標(biāo)要求。由于艦船動(dòng)力系統(tǒng)各組成單元之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，不同單元之間的故障對(duì)其他單元的工作狀態(tài)均會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。因此，現(xiàn)場(chǎng)故障隔離診斷需要以系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)為依據(jù)，明確動(dòng)力系統(tǒng)中各單元邏輯關(guān)系，首先恢復(fù)底層單元參數(shù)輸出，其次將已明確的故障單元進(jìn)行隔離，最后確認(rèn)次底層單元狀態(tài)與故障原因。這里需要注意的是，相較于基于動(dòng)力系統(tǒng)建模的故障隔離診斷來說，現(xiàn)場(chǎng)故障隔離診斷對(duì)技術(shù)人員的理論與實(shí)踐水平要求較高，要求技術(shù)人員具有豐富的故障處理經(jīng)驗(yàn)，否則，不僅無法及時(shí)、準(zhǔn)確定位故障，還有可能發(fā)生人身傷害事故，或者造成動(dòng)力系統(tǒng)故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.3? ? 艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障綜合診斷

故障綜合診斷是基于故障模型推理實(shí)現(xiàn)的，利用大數(shù)據(jù)建模完成動(dòng)力系統(tǒng)知識(shí)庫的統(tǒng)一，并構(gòu)建動(dòng)力系統(tǒng)故障下的冗余結(jié)構(gòu)，為保證故障綜合診斷技術(shù)的應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)人員還融入了案例分析的形式輔助技術(shù)人員進(jìn)行故障診斷。綜合故障診斷架構(gòu)如圖2所示。其中，模型庫、規(guī)則庫、案例庫是綜合故障診斷技術(shù)的基礎(chǔ)組成部分，模型庫、規(guī)則庫來源于動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造單位提供的信息，而案例庫則大多來自于動(dòng)力系統(tǒng)使用過程中各類型故障的匯總。因此，隨著案例庫的不斷豐富，相關(guān)推理模型與決策能夠更加科學(xué)，診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性也會(huì)大大提高。

3 結(jié)語

艦船動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性是保持艦船戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵要素，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性意味著其發(fā)生各種故障的概率也相對(duì)較高，因此，研究艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障診斷技術(shù)，對(duì)于快速定位故障與維修具有重要意義。盡管大數(shù)據(jù)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)在艦船動(dòng)力系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用日益廣泛，但是提升裝備使用人員獨(dú)立的故障診斷能力同樣重要，兩者高效融合能為艦船動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)定工作提供保障。

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收稿日期：2020-01-06

作者簡(jiǎn)介：劉鳴（1983—），男，山東招遠(yuǎn)人，碩士研究生，工程師，研究方向：機(jī)電工程與自動(dòng)化。