基于三菱分油机典型故障树的建立与应用

马二林

（中交（天津）疏浚工程有限公司，天津 300450）

现阶段，船舶使用燃料主要为轻柴油、180#重油、380Cts 重油，成品燃料油中含有大量固体颗粒、催化剂残留物和水份，在燃料储存、驳运、沉淀过程中存在一定沉积污染，因此，分油机对这部分燃油的净化、处理后，质量将会直接影响到船舶燃油系统设备的运行状态。目前船舶中所使用的分油机主要有三菱、阿法拉伐以及韦斯伐里亚等品牌，不同品牌的分油机之间的结构形式以及性能特点具有一定的差异，但无论是哪种品牌的产品，其结构均及其复杂，在恶劣的工作环境中极易发生故障，影响船舶的正常运行，而针对分油机运行故障的排查通常以维修人员经验、主观判断为主，不仅费时费力、诊断性低，而且极有可能造成适得其反，无法确切地保障船舶动力装置的正常运行[1]。

作为目前系统性能评估及故障诊断中使用最为广泛的逻辑、概率技术，故障树分析法（Fault Tree Analysis，FTA）相较于其他评估诊断技术而言，FTA 其更加具有精准、可靠等特性。FTA 通过将事件进行详细的分级划分、逐级排查的方式来确定引起故障的原因及元件。本研究采用FTA，通过图形演绎的形式呈现出三菱分油机中发生的系统故障，以此探究出导致三菱分油机典型故障的因果链和故障谱。

一、三菱分油机系统概括

本研究将以船舶中使用最为普遍的三菱SJ-G 系列分油机作为研究对象。SJ-G 系列分油机的系统结构较为复杂，主要由电动机、摩擦离合器、螺旋齿轮、齿轮泵、横轴驱动、纵轴驱动、回转体、机盖以及机架构成，其中设备的动力经过电机的摩擦离合器传导至横轴驱动部件，并经由蜗轮蜗杆以及螺旋齿轮增速后传导至纵轴驱动部件[2]。而三菱SJ-G 系列分油机的控制核心是HIDENS 单片机系统，通过该系统能够实现对分油机的全自动时序控制以及对分油机运行状态的实时监控等，能够显著地增强分油机可适用性。但由于分油机功能的细化所以其结构较为复杂，当设备中某一部件发生故障便会引起连锁反应，导致分油机无法正常工作，在实际的应用中，当分油机出现故障后管理人员往往无法及时有效地查找导致分油机发生问题的主要原因，从而影响到船舶的正常航行、运转。三菱SJ-G 系列分油机结构图如图1 所示。

二、三菱分油机典型FTA 建立

FTA 模型是一种自上而下的演绎式失效分析方式，通过利用布林逻辑组合低阶事件获取目标中非理想状态，通过FTA 模型能够探究出导致目标失效的根本原因，从而获得降低风险因素的最佳方案或计算出单一项的故障发生几率。FTA 模型构建的过程可分为确定顶事件，顶事件解析以及限定边界条件。

（一）确定顶事件

顶事件是指能够进行系统故障诊断以及计算故障发生率的模式，通过选择有效的顶事件可以将复杂系统中存在的故障问题进行联络疏通，从而能够更加全面地分析、诊断系统中出现的异常事件。分油机系统在运行过程中，主要运动部件以高速运动状态与高温劣质燃料接触、水腔与高温淡水接触等，分油机长期在这种恶劣的环境下工作将会导致其运动部件发生不同程度的老化、磨损甚至出现裂缝，导致分油机出现不同类型的运行功能故障。结合以往的经验，三菱SJ-G 系列分油机常见的运行功能故障有异常流出、排出不良以及异常振动，基于此进行顶事件分析及建树。

（二）顶事件解析及边界限定

通过上文对分油机顶事件的确定后，便可进行顶事件与下级事件的关联，以此明确建树的逻辑、获取更加合理的FTA 布局，但在实施详细故障的解析过程中需要明确FTA的边界条件。对FTA 实施边界限定的主要目的是实现将分油机故障解析控制在合理的范围内，减少无用功，从而能够快速地诊断出故障的源头。本研究根据三菱SJ-G 系列分油机的实际应用情况以及故障的诱因设置相应的边界限定条件：①人为因素、②排除HIDENS 系统所致故障、③分油机流体管路连接无异常、④分油机线路连接无异常、⑤结合船舶运行中的环境因素，如振动、高温、低温等[3]。

通过设置分油机FTA 限定边界后，将分油机的顶事件中常见功能故障进行逐一的分解，以获得详细、全面的底事件。（分油机典型运动功能障碍如图2 所示）

三、分油机FTA的应用分析

船舶发现其所使用的三菱牌分油机无法正常排渣，根据FTA 中排出不良模型（E2）进行处理，对现场问题进行定性处理，使用上行法会获取布尔代数方程：

利用公式（1）可计算出E2 中包含的13 个最小割集，因此可以判定，导致该设备无法排渣的故障原因有13 种。

对故障原因底事件yj的进行结构重要度近似值I（j）的计算[4]：

式中：Kr 表示第r 个最小割集；mj表示包括xj的最小割集的底事件数量。

经过计算E2 中底事件结构重要度为：

由计算结果可以看出，E2 中底事件结构重要度均相同。因此，在本次故障诊断判定的原则应为，在不扩大检修范围的情况下，将分油机设置为手动控制，并由FTA 顶事件E2 开始依次向下排查，如首先手动排渣验证开阀电磁阀无故障，排除中间事件y1，从y2 向下个事件排查，检查纵轴配水装置出水量正常，排除y7，从y13 向下个事件排查，检查主阀体密封圈以及活络通道正常，因此排除y14、y15，通过排查最终锁定导致分油机排渣异常的故障原因为y16、y17。

该船舶所使用的三菱分油机在运行后，滑阀将一同进行高速旋转运动，当离心力大于阀芯与阀芯套之间的密封圈摩擦力后，阀芯将会被紧压在密封垫上，此时闭阀水将在水腔中产生向上的推力，使主阀体上移闭合排渣口，而在排渣时开阀水进入滑阀体左腔所产生的推力大于阀芯的离心力，使滑阀发生内移、开启密封面，水腔内的水便将从排水口释放，主阀体下移后开启排渣口，完成排渣操作。根据FTA 判定结果可以断定该设备中排查异常是由滑阀所导致。分解滑阀组后发现其中存在一定的水垢，并且密封圈发生严重的磨损，通过清洁阀腔、更换密封圈后故障得到排除，分油机排渣正常。

四、结语

通过构建FTA 模型可以更好的帮助维修人员分析、判断分油机故障源，简化设备复杂所造成的不便，依托于其可靠性、科学性可以更好的服务于分油机的预防维护保养，对提升设备故障维修效率以及减少设备故障发生率具有重要的意义。