徐新華,李偉光,謝軍龍
1華中科技大學環境科學與工程學院,湖北武漢4300742中國艦船研究設計中心,湖北武漢430064
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艦船集成冷媒水系統損害檢測
徐新華1,李偉光2,謝軍龍1
1華中科技大學環境科學與工程學院,湖北武漢430074
2中國艦船研究設計中心,湖北武漢430064
摘要:艦船集中冷媒水系統配置方式可以集中為艦船電子設備冷卻提供保障,克服電子設備因自帶冷卻系統產生的壽命周期費用高、可靠性水平低等問題,能減少資源消耗,簡化設備配置,優化系統設計,實現冷卻資源的綜合利用。集中冷媒水系統的損害檢測及管理是艦船損害管制的一項重要內容。在分析艦船冷媒水系統集成及艦船損害管制的基礎上,進一步探討采用主元分析法(PCA)對冷媒水系統測量傳感器的損害進行檢測與診斷,并在水系統的模擬平臺上對傳感器的損害檢測與診斷進行驗證。根據水系統在正常運行條件下的系統壓力傳感器的測量數據建立的主元模型可解釋系統方差95%以上,置信限為1.639 4。在某壓力傳感器損害(即故障)條件下的運行數據的Q-統計超出這一置信限,說明有壓力傳感器發生故障,且從Q-分布圖可以看出,故障壓力傳感器的測量貢獻率最高,占45%~75%,從而實現了故障傳感器的診斷。提出一種平時與戰時相結合的集中冷媒水管網的損害檢測與診斷流程。
關鍵詞:集中冷媒水系統;損害檢測;損害診斷;損害管制;主元分析法
艦船是海上國防力量的重要裝備。大量的電子設備應用于現代艦船作戰指揮系統、通信系統和警戒探測系統,要保證裝備長期使用的可靠性、保障性、維修性和適配性,需要建立具有模塊化、標準化特點的艦船機電設備冷卻系統。標準化、模塊化的冷卻系統可提高通用性,大幅減少備品、備件的種類和數量,可保證產品維修簡便、迅速、經濟,從而實現提高產品綜合效能的目的。這是保障裝備“減肥瘦身”的一種重要方法。解決這一問題的關鍵是建立集中冷媒水系統并保證該系統的安全、可靠、高效運行。隨著科學技術的不斷進步,現代海戰中,威脅艦船生存的各種武器的威力越來越巨大。艦船的損害管制是艦船生命力的重要內容之一。艦船集中冷媒水作為重要的輔機系統,可為機電設備的冷卻提供重要保障。保證艦船集中冷媒水系統的正常運行也是艦船損害管制系統的一項重要內容。本文將在分析艦船冷媒水系統集成及艦船損管系統的基礎上,進一步探討采用主元分析法(PCA)進行冷媒水系統測量傳感器的損害檢測與診斷,并探討戰時集中冷媒水管網損壞或破裂的檢測診斷流程。
隨著現代艦船的大型化以及功能多樣化,電子機柜和雷達天線等電子設備的使用越來越多。這些電子設備內部裝有大量的芯片等電子元件。這些電子器件均需進行降溫除濕才能正常、可靠地運行。當電子設備的熱流密度超過0.8 W/cm2時,就要采取強迫空氣冷卻的方式[1]。強迫空氣冷卻的風冷能力一般可以達到3 W/cm2[2]。對于更高的熱流密度,就需要采用噴流技術等強制風冷手段或冷卻能力更高的液體冷卻手段進行冷卻[1]。目前,裝艦的電子機柜和雷達天線等電子設備多采用強迫風冷方式。對于發熱量較小的電子設備,艙內空調通風可直接將其熱量排除;對于發熱量較大的電子設備,由水冷系統提供強迫空氣冷卻的冷源來將空氣的熱量排入水冷系統帶走。也有一些采用水冷方式或多種方式組合的冷卻方式。
目前,裝艦的電子設備冷卻系統大多由各設備廠單獨配置。而艦船電子設備冷卻系統的配套供應單位多,種類繁多,且配套供應單位的技術水平高低不一,導致設備系統裝艦后出現了不少問題。最主要的是適配性與可靠性低,各種自帶冷卻系統的互換性與通用性差,保障難度大[2]。
隨著艦船人機環技術的發展,要求改善居住艙室的背景噪聲等居住環境條件,以提高居住艙室的熱舒適性能,確保艦上人員身體狀況和精神狀態良好[3]。因此,現代艦船除了大量的電子設備需要冷卻外,還需要調節艙內大氣環境。為艙內空氣調節提供冷源的一般是冷水機組,出水溫度7~10℃。目前裝艦的電子設備的冷卻系統一般提供20℃左右的冷風或10~35℃的冷水[2]。電子設備冷卻系統的冷水一般分低溫冷卻水與高溫冷卻水2種。雖然艦船上電子設備的冷卻與艙內空調冷卻的用途與目的不同,但電子設備冷卻系統的冷源與艙內空調系統的冷源有相同之處,就是都需要低溫冷水。
隨著現代艦船的大型化及功能的多樣化,無論是在艙室大氣環境的空調冷源系統中,還是在電子設備的冷卻降溫系統中,若仍采用傳統的多個冷卻系統獨立運行,勢必造成系統配置的設備型號和數量眾多,占用較多總體資源,加大維修保養工作量,而且也會造成系統過于繁雜、操作使用困難、占用總體資源無法滿足的難題。另外,還存在著分立系統之間無法相互備份的問題,使保障難度進一步增大。因此,可將電子設備的多個高溫冷卻水系統合并,組成一個集中的海水冷卻高溫水系統,將電子設備的多個低溫冷卻水系統合并或進一步與艙室的空調冷媒水合并,組成一個集中的低溫冷媒水系統,由冷水機組統一提供7℃左右的冷水,即采用全艦冷媒水統一供給、集中監控的形式,形成全艦冷源集中綜合調度調配的能力,以解決各設備與系統間的冷源集中供應和備份問題。
由于艦船的特殊結構和用途,艦船上冷媒水系統需設置多臺冷水機。冷水機一般在艦船的艏部、舯部和艉部進行均勻設置,制取的冷媒水輸送至集中的供水干管,再由供水干管上的支管將冷媒水分送至各個末端,從各末端回來的冷媒水集中回到回水干管上。供水干管及回水干管一般較長(即從艏部至艉部)、流速較緩,可起到取代分水器、集水器的作用從而減少管道遠程輸送過程中的壓力損失,進而降低艏艉流量分配的不均衡性。為避免在部分負荷工況下開啟較少臺數冷水機時造成的艏艉流量不平衡,還需要在供水干管或回水干管上設置流量調節裝置,以保證艏艉流量的平衡。
艦船作戰能力與生命力涉及消滅敵人進攻的能力與保存自己防御能力2個重要方面。艦船損害管制是艦船生命力極其重要的保障系統。損害管制簡稱損管,就是對艦船在平時與戰時使用過程中產生影響艦船安全的各種隱患進行控制與處理[4]。艦船損管的目的在于利用一切可利用的手段,盡可能準確地預測、監視和報告艦船平臺的安全狀態,阻止、消除、限制或減輕損害所帶來的影響,并快速組織各種力量修復或采取應急措施,將艦船平臺維持在正常或接近正常的工作環境下[5]。
隨著計算機技術、網絡技術、信息技術、探測報警技術和專家系統技術的不斷發展,艦船損管監控系統作為損管系統的重要組成部分,已經從無到有,從簡單到復雜,由落后的損管方式發展到了先進及智能化的方式,同時在穩定性和可靠性等方面也有了長足的進步。從20世紀80年代末開始,以美國海軍為代表的西方主要軍事強國就開始著手損管系統的研究與應用。目前,已經有很成熟的戰時損管系統(BDCS),如美國的ISMS BDCS、德國的西門子SINAY BDCS、加拿大的L-3 MAPPS I2BMS BDCS和意大利的AVIO MASTER + BDCS。這些系統已在戰艦上進行了列裝,如美國的ISMS BDCS列裝在美軍現役DDG 61艦及“阿利·伯克”級IIA型驅逐艦上,加拿大的L-3 MAPPS I2BMS BDCS裝備在荷蘭海軍的LC F型護衛艦、德國海軍的F124型護衛艦、英國海軍的Albion級船塢登陸艦和K130型輕型護衛艦上[6]。法國的“拉斐特”級護衛艦上設有自動化損管中心,俄羅斯的疏水集中控制系統與損管控制系統列裝在210級核潛艇上[7]。
我國于上世紀80年代開始研發艦船損管技術,已獲得不少成果。如上世紀80年代推出了JDX型“安全保障綜合監測報警系統”,90年代中期研制了CJS型損管監控系統[8]。在具體的損管技術上,國內不少高校及研究單位也做了大量的工作,這些工作主要集中在艦船進水后的管制[9]、潛艇抗沉技術[10]、火災控制系統[11]、艦船損害信息分析和損管決策[12-13]等的研究上。艦船損管訓練有助于提高艦員應對和處置實際損害的能力,為此,西方軍事強國均建有現代化程度與仿真度較高的損管訓練設施[4]。我國從上世紀70年代開始研究與建設艦船損管訓練系統,如第1代和第2代艦船損管綜合訓練模擬系統。2002年,某潛艇部隊設計建造了新型損管綜合訓練模擬系統[8]。艦船損管虛擬仿真平臺可運用計算機與網絡技術、自動化與現代控制技術真實地模擬多種損害環境,實時監測與控制訓練仿真環境[14]。常壯等[15]搭建了現場總線的艦船損管仿真綜合訓練平臺監控系統,實現了模擬災害設置、訓練實時監控和訓練動態管理等功能。
在艦船損管系統設計與研制中,應選擇對艦船生命力與戰斗力影響較大的,如火災、抗沉性等方面作為監控對象。艦船損管系統原理如圖1所示。該系統的核心是艦船損管智能決策模塊,包括重要輔助設備監控系統模塊。該系統利用采集的數據掌握全艦與生命力有關的參數狀態,各子模塊產生相應的損管方案,之后由艦船損管智能決策模塊采用多目標決策方法對各個方案進行綜合評價,形成最優方案,然后再由決策控制輸出模塊發出數據輸出及控制指令,現場執行機構最終完成實際操作。艦船集中冷媒水系統能否為艦船電子設備系統提供可靠、穩定的冷源保障直接影響了電子設備的正常運行,關系到艦船的生命力與戰斗力,是重要的艦船輔助系統。艦船集中冷媒水無論是在平時還是戰時都可能發生各種各樣的故障(或稱為損害),對這些故障(或損害)進行處理和控制也是非常重要和必要的,是艦船損管系統的一項重要內容。

圖1艦船損管系統原理圖Fig.1 Schematics of the warship damage management system
艦船冷媒水系統的損害包括系統的傳感器讀數不準、閥門卡死不能動作、管道破損、管道斷裂等。這些損害在民用建筑空調系統中及核電等領域內被稱作故障[16-18]。建筑空調系統的故障檢測和診斷研究工作一直很活躍,國際能源組織(IEA)曾組織一些國家的專家進行了大量的研究工作,如Annex25,Annex34和Annex40,其中上世紀末的研究項目Annex25確定了各種建筑空調系統的常有故障及各種各樣的故障檢測與診斷方法[17,19]。
故障按照其嚴重程度可以分為器件完全失效的硬故障,以及器件性能下降或部分失效的軟故障。閥門完全堵塞、傳感器讀數完全失效、冷媒水系統在戰時管道被打斷或裂開都是硬故障。硬故障是突發性的,易于被檢測到。而水泵的效率降低、傳感器的偏差與漂移等是典型的軟故障,是漸變性的,在初期不易檢測到。一般來講,軟故障的危害要比硬故障的更大[17]。但是,對于艦船集中冷媒水而言,尤其是戰時,硬故障,如管道被打斷,所帶來的危害要比軟故障的危害更大。按照故障發生的器件不同,可把故障分為水泵、水閥、管網和制冷機等設備出現的組件故障,以及傳感器出現偏差、漂移和精度等級下降的傳感器故障[17]。
系統故障診斷的方法多種多樣,劃分方法也不同。目前,多數按照是否采用模型來進行故障診斷的方法劃分,一般分為基于模型的故障診斷和非模型的故障診斷。基于模型的故障診斷方法需要建立系統參考模型,根據參考模型預測的各參數與實際測量的各參數的比較進行故障的分類。建立參考模型的方法通常有物理原理法[20]、神經網絡法[21]、回歸法[22]、模糊邏輯法[23]、狀態空間法[24]和主元分析法(PCA)[25-28]等。非模型的故障診斷方法是直接將系統的各種輸入、輸出參數輸入到分類器,作出故障分類,從而給出故障診斷結果。這種方法的關鍵在于分類器的分類規則的設計。常用的方法主要有貝葉斯分類法[29]、專家規則法[30]和神經網絡[22]等。
對于空調水系統的故障診斷,國內外有許多研究。Ngo等[31]提出采用模糊識別的方法對冷卻盤管的水側結垢與閥門泄漏故障進行檢測與診斷。Haves等[32]采用物理模型對冷卻盤管故障進行了診斷。Wang等[33]采用傳感器讀數之間的簡單邏輯關系進行了傳感器故障檢測。晉欣橋等[34]提出一種基于分析冗余和數理統計的故障診斷方法以對空調水系統中的溫度傳感器固定偏差進行診斷,并進行了方法驗證。王婉[35]采用主元分析法對空調水系統的傳感器進行了故障診斷,并通過對建模數據的離群點進行處理,進一步提高了故障檢測效率。
按照艦船領域慣用的術語,將艦船上的故障統一稱為損害,其中軟故障稱為軟損害,硬故障稱為硬損害。若采用巡查方式對艦船集中冷媒水系統損害進行檢測判斷,工作人員工作量大、任務重、效率低、耗時長,不適應信息化高科技條件下艦船損管的快速反應需求。因此,必須在集中冷媒水系統上裝設測量裝置以進行狀態自動檢測,根據檢測的數據及時掌握系統狀態并對系統發生的各種損害進行自動檢測與診斷。高科技條件下,艦船損管要求對軟損害進行提前預防維護,對硬損害進行及時、快速的反應并進行系統自動恢復,以保持系統生命力。艦船集中冷媒水系統的軟損害一般都是測量裝置,如傳感器的偏差或漂移,閥門的泄漏等,這些軟損害可以在日常的維護保養過程中解決;閥門或水泵的損壞等硬損害也可以在日常的維護過程中解決,但對于在戰時出現的管網損害一定要及時發現、及時解決。目前,很少見到有關艦船集中冷媒水系統的損害檢測及診斷方面的公開研究報告。本文將以某閉式水系統為對象,采用PCA研究管網系統檢測傳感器的損害檢測與診斷。
4.1主元分析法(PCA)
對于一個特定的系統,不同傳感器的測量值之間具有高度的相關性,并不是孤立的。在正常情況下,這種相關性受質量守恒、能量守恒、壓力特性、熱特性的物理化學等基本規律的制約。當某些傳感器或部件出現故障時,這種測量值之間的相關性就不再保持。PCA是一種多元的統計方法。該方法可以很好地捕捉系統各個變量之間的相關性。當這些變量的測量值偏離它們的實際值或者真值時,這一相關性就不再保持。PCA就是利用系統變量之間的這種相關性來對系統進行故障的檢測與診斷[26-27]。PCA的數學描述如下。

正常過程的m個相關變量的n個測量構成抽樣陣列(Xn×m),該抽樣陣列可分解為式(1)。式中:?為主元子空間;E為殘差子空間,在系統未出現故障的情況下,主要是測量噪聲;P為載荷矩陣。
根據統計學原理,X的協方差陣可以用式(4)進行估計。X的協方差陣具有n個特征值,每個特征值對應一個特征向量。P的列向量分別為X的協方差陣R的前l個最大特征值λi所對應的特征向量,每一個特征向量表示一個主元。

上述模型建立之后,一個新的測量數據樣本向量x就可以按照式(5)~式(7)所示分解成為2個部分,即?與e,分別為x在主元子空間內與在殘差子空間內的投影。

余差e描述了這一新觀測樣本的變化及噪聲,它是系統損害(或故障)檢測與診斷的基礎。
采用PCA進行損害診斷時,Q-統計用作損害條件的指標,如式(8)所示。這一統計值也稱作平方預測誤差(SPE)。當系統有損害時,測量值之間的相關性不再保持,Q-統計將超出某一置信限。這一置信限表示了這些測量值的噪聲以及動態性。

當Q - statistic>Qα時,系統可能出現故障,此時,可通過Q -分布圖來判斷具體是哪一個傳感器最有可能出現故障。通常而言,對Q - statistic統計值貢獻(η)最大的那個傳感器最有可能出現故障,如下式所示。

4.2水系統及模擬
閉式水系統如圖2所示。該系統設置有2臺并聯的水泵,流量為22 m3/h,揚程為20 m H2O。該系統設置有3個大支路,每個大支路下設置4個小支路。該系統為異程式,由膨脹水箱進行補水定壓。管道上設置有相應的閥門以進行系統工況調試,小支路上的閥門用于模擬末端設備的阻力特性,閥門調節好之后,在系統運行過程中不再調節,即管道系統的阻力特性不再變化。水系統上的壓力檢測點如圖2所示,共12個測點。
采用Flowmaster軟件建立水系統的水力特性模擬仿真平臺,進行水系統的特性模擬。該軟件內置有一維流體動力系統解算器和流體系統仿真軟件包,可對流體管路系統進行完整分析,并能對穩態、瞬態過程進行模擬。該軟件的組件庫涵蓋了目前流體系統所需的絕大多數標準組件,且均用形象的圖標表示。每個流體系統由許多的元件構成,如泵、閥門、管路和末端設備等。Flowmaster可以通過彎頭、泵、閥門和壓力源等組件很好地還原實際的管網系統構成。Flowmaster可以從建立的水系統管網模型中得到管網在實際運行時的壓力、流量、溫度和流速等參數值。
根據水系統的布置及管道的直徑、長度和阻力特性等參數以及水泵的性能參數,建立基于Flowmaster的水系統水力特性模擬仿真平臺。根據該模擬平臺,可以模擬不同水泵運行頻率下的系統流量,以及各點,包括壓力的運行參數。水系統上的壓力檢測點如圖2所示。

圖2水系統及測點布置示意圖Fig.2 Schematics of the water system and its measurements
4.3水系統PCA模型及結果分析
在水系統上,通過檢測的12個典型壓力點(即12個壓力傳感器的測量值)建立PCA模型。這些壓力點之間的相互關系實際上也間接地表示系統的流量平衡。一旦這一平衡關系被打破,就說明系統的壓力測量有偏差現象。利用模擬平臺獲得了雙泵運行于不同頻率下的水系統的各壓力測點值。模擬產生2組數據:一組是檢測系統正常運行時的數據;另一組是某壓力傳感器出現偏移時的系統運行數據。采用檢測系統正常運行數據建立PCA模型。運行數據形成的抽樣陣列X的協方差陣R的特征值為[11.120 4,0.264 6,0.184 9,0.139 1,…]。前3個特征值的總和大于所有特征值總和的95%,達到了96.4%。前3個特征值對應的特征向量構成的主元子空間可以解釋系統方差95%以上。主元模型的Q-統計如圖3所示,置信限為1.639 4,100%的樣本點的Q-統計小于置信限。當壓力傳感器讀數與其實際值有偏差,即發生損害時,測量值之間的相關性不再保持,Q-統計將超出這一置信限。故障數據的Q-統計如圖4所示。圖5為測量數據的Q-分布圖,可以看出P7傳感器的測量數據對Q-分布的貢獻率最高,占45%~75%,可診斷出是P7壓力傳感器出現了故障。

圖3主元模型的訓練數據的Q -統計圖Fig.3 Q -statistic plot of the training data of the PCA model

圖4主元模型的故障數據的Q -統計圖Fig.4 Q -statistic plot of the fault data of the PCA model

圖5測量數據的Q -分布圖Fig.5 Q -contribution plot of the measurement data
4.4冷媒水系統部件損害診斷分析方法
在進行系統損害分析時,既要考慮到傳感測量裝置的讀數準確性分析,又要基于測量進行系統部件損害的診斷。但是,傳感損害與部件損害交織在一起很難進行損害檢測及診斷。對于艦船冷媒水系統而言,明顯的部件損害,即管道戰損或破裂一般會發生在戰時,對其進行及時的診斷非常重要。傳感器的偏移等損害可以在平時進行診斷并開展日常維護。通過日常維護保證傳感器的讀數準確是對戰時系統部件損害進行檢測診斷的前提。開展冷媒水系統戰時運行狀態與平時正常運行狀態的對比,可以通過系統運行測量的各點壓力值進行比較,壓力值變化大的測量點處或附近出現管道損害的可能性最大,并采取相應的管道切換以進行系統恢復。因此,要做好戰時系統損害的檢測,就需要平時對系統的傳感器進行診斷分析并做好日常維護,同時也需要建立冷媒水系統平時不同模式運行的系統正常狀態數據庫,以便作為戰時系統運行狀態的對比,從而進行系統損害檢測診斷。
本文分析了在艦船上采用集中冷媒水系統為艦船電子設備冷卻系統提供冷源保障的必要性,并根據艦船的特殊結構和用途分析了集中冷媒水系統的布置方式。概述了國內外在艦船損管上的研究情況,分析了艦船損管系統的流程及組成。集中冷媒水系統為艦船機電設備冷卻提供冷源保證,其安全運行直接影響到艦船的生命力。集中冷媒水系統的損害檢測與管制是艦船損管系統的一個重要組成部份。
本文進一步概述了民用建筑空調系統的故障檢測與診斷的研究現狀,提出采用PCA對閉式冷媒水系統的傳感器損害進行檢測與診斷,并給出了應用實例。該實例的模擬水系統設置有12個壓力傳感器測量典型壓力點的值。在壓力傳感器無故障(損害)條件下的運行數據用于建立PCA模型。該模型的置信限為1.639 4。在某壓力傳感器故障后的運行數據樣本Q-統計中,有一半以上超過了置信限。通過觀測測量數據對Q-分布的貢獻率可知,故障壓力傳感器的測量值的貢獻率最高,占45%~75%,可以診斷出該壓力傳感器損害。
本文也探討了在平時與戰時如何進行傳感器損害診斷,以及對集中冷媒水管網的破損等損害進行檢測與診斷的方法。
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Damage detection of the warship integrated refrigerant system
XU Xinhua1,LI Weiguang2,XIE Junlong1
1 School of Environmental Science & Engineering,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China
2 China Ship Development and Design Center,Wuhan 430064,China
Abstract:Warship integrated refrigerant systems may provide security for the cooling of electronic equip?ment, overcoming the problems of low reliability, short lifetime, and high costs etc. It may also reduce the resource consumption, optimize the system design, and realize the comprehensive utilization of cooling re?sources. Therefore, damage detection and management of this element is of vital importance to the warship damage control system. Based on the introduction and analysis of integration of warship refrigerant systems and warship damage control systems, this paper presents the damage detection and diagnosis of sensors of a refrigerant system by using Principal Component Analysis (PCA), which is further validated on the simula?tion platform of a water system. Particularly, the PCA model is established based on the normal operation data measured by pressure sensors of the water system. This model explains the systematic variance above 95%, and the confidence limit is 1.639 4. When one pressure sensor is damaged (i.e. fault), the Q-statistic of the operation data exceeds the confidence limit, indicating that some pressure sensor could be in fault. The Q-contribution shows that the measurement from the faulty sensor has the highest contribution from 45% to 75%. In addition, the faulty sensor can be isolated based on the Q-contribution plot. This paper fur?ther proposes the ways for damage detection and diagnosis of the pipe network of the warship integrated with refrigerant systems by considering the case under normal time and wartime together.
Key words:integrated refrigerant system;damage detection;damage diagnosis;damage control;princi?pal component analysis
作者簡介:徐新華(通信作者),男,1972年生,博士,教授。研究方向:船舶大氣環境,空調系統控制與故障診斷。E-mail:bexhxu@hust.edu.cn李偉光,男,1982年生,碩士,工程師。研究方向:船舶輔助系統。E-mail:lwgabe@163.com
基金項目:國家自然科學基金資助項目(51178201);教育部新世紀優秀人才支持計劃資助項目(NCET110189);中央高校基本科研業務費專項資金(2015QN116)
收稿日期:2015 - 05 - 19網絡出版時間:2016-1-19 14:55
中圖分類號:U664.8
文獻標志碼:A
DOI:10.3969/j.issn.1673-3185.2016.01.018
網絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20160119.1455.036.html期刊網址:www.ship-research.com
引用格式:徐新華,李偉光,謝軍龍.艦船集成冷媒水系統損害檢測[J].中國艦船研究,2016,11(1):135-142. XU Xinhua,LI Weiguang,XIE Junlong. Damage detection of the warship integrated refrigerant system[J]. Chinese Journal of Ship Research,2016,11(1):135-142.