船舶機械設備故障類型及維修策略

張玉超

摘? 要：該文對船舶機械設備中液壓設備和船用泵的故障類型進行特征和成因分析，然后有針對性地提出解決對策，有利于降低故障的發生頻率，延長機械設備的使用壽命，提升船舶運行的安全性。從維修策略的視角出發，根據機械設備的實際運行狀態和性能參數的變化趨勢來制定維修決策和維修方法，可避免維修過剩和維修不足帶來的弊端，合理調度各項資源，快速定位故障點，提高維修效率。

關鍵詞：船舶；液壓設備；故障；視情維修；維修效率

中圖分類號：U672? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）05-0133-04

Abstract： This paper analyzes the characteristics and causes of the fault types of hydraulic equipment and marine pumps in marine mechanical equipment， and then puts forward targeted countermeasures， which is helpful to reduce the frequency of faults and prolong the service life of mechanical equipment. Improve the safety of ship operation. From the perspective of maintenance strategy， the maintenance decision and maintenance method are made according to the actual running state of mechanical equipment and the changing trend of performance parameters， which can avoid the disadvantages caused by over maintenance and insufficient maintenance， and reasonably dispatch various resources. Quickly locate the fault point and improve the maintenance efficiency.

Keywords： ship; hydraulic equipment; failure; condition-based maintenance; maintenance efficiency

機械設備的運行狀態和性能直接關系到船舶航行的穩定性和安全性，各機械零部件的功能不同，運行環境不同，所承載的負荷也不相同，發生故障的原因也較為復雜，由此為船舶機械設備維修工作帶來一定的難度。船舶中的機械設備較多，本文主要以筆者工作中主要負責的液壓系統和船用泵為例，根據多年的工作經驗總結出這些機械設備比較常見的故障類型，描述各部件發生故障時表現出的特征，在故障診斷和維修后對其故障成因進行歸納總結，可為以后的維修和故障預防工作提供參考的依據。事后維修和計劃維修是機械故障較為常見的維修方式，事后維修雖然針對性較強且能夠節約檢測成本，但是卻無法避免故障發生后產生的危害，不利于船舶航行的安全性。計劃維修可根據檢測周期對各部件進行維修，但由于工作環境和工作條件的差異性，設備會呈現不同的運行狀態，容易出現維修過剩和維修不足的現象，在經濟性和安全性方面無法得到保障。基于此，視情維修更適用于船舶機械設備的維修，通過傳感器對各部件的運行狀態進行監測，再通過數據傳輸和系統分析，可實時反饋各部件的運行狀態，從而有針對性地采取預防性維修策略，視情維修將會成為船舶維修決策和維修方法的主要發展方向。

1? 船舶液壓設備常見故障及處理措施

液壓技術因為設備體積小、重量輕，驅動力大，調速范圍寬，剛度大、精度高、響應快等優點，在船舶的傳動和控制系統中應用較為廣泛，比如在艙口蓋，水密門的啟閉，液壓舵機，液壓起貨機和起錨機等部位都應用到液壓設備。但是液壓設備也存在油液抗污染能力差，對溫度變化較為敏感以及成本高等缺陷，船舶中的液壓設備大多處于露天環境中，經常受到風吹、日曬、雨淋和海水侵蝕等自然環境的影響，導致液壓設備發生故障的頻率較高，對船舶航行的安全性產生不利影響[1]。

1.1? 液壓設備故障類型

液壓設備的故障類型常表現在如下幾點：動作故障，比如啟動不正常、執行元件速度慢或不能動作等；壓力故障，比如壓力無法達到規定要求、壓力不穩定等；噪音和振動，比如工作時出現嘯叫聲；還有油溫過高、油液污染等。造成這些故障的原因較為復雜，還需要根據具體的表現特征結合技術診斷來確定故障點和故障成因。

1.2? 液壓設備故障特點

液壓設備的故障呈現多樣性和復雜性的特點，有時一個液壓元件的故障可能是多種原因共同作用的結果，有時一個元件的損壞可能造成多個元件或者整個系統的故障，有時電氣系統的故障也會導致液壓設備故障。隨著船舶液壓設備自動化和集成化程度的提高，很多液壓設備會同時應用機械、液壓、電氣和微型計算機等技術，產生故障的原因也更加復雜化，即使是同一種故障類型，也可能是不同原因所致，同一原因也會造成不同的故障類型，這直接增加了液壓設備故障維修的難度。液壓設備的安裝調試、人為操作、日常維護等任何一個環節出現失誤，都可能導致故障的發生[2]。

1.3? 液壓設備常見故障類型、成因和處理措施

由于液壓設備的大部分元件處于封閉的殼體和管路中，所以在故障診斷時具有一定的難度，在液壓系統中一般會裝有過載保護裝置，元器件發生故障的幾率較小，所以在液壓設備發生故障時需要更多的時間去定位故障點。但是在長期的維修工作中可以發現，設備在故障發生前一般會出現異常現象，比如油溫過高、動作無力、出現焦糊味等，通過這些比較容易發現的特征，即可提前防止故障的發生或者快速定位故障點[3]。下面針對液壓設備比較常見的故障類型，分析故障成因和處理措施。

1.3.1? 動作故障

在船舶艙口蓋的液壓裝置中常會出現執行元件速度過慢或者不動作的現象，初期表現為工作速度下降或者無法正常動作。在過往的維修案例中發現，液壓系統中使用的液壓齒輪泵隨著工作時間的延長，油溫會不斷升高，當油溫升至60～70 ℃時，艙蓋無法實現開關動作。處理措施：首先清除泵進口濾網上的雜物，清除后仍然無法解決問題。下一步解體齒輪泵，發現齒輪泵磨損較為嚴重，軸向間隙和縱向間隙都已超出規定范圍，在更換齒輪泵后艙蓋可正常動作，故障解除。

1.3.2? 壓力故障

在一例艙口蓋的維修作業中發現液壓系統的壓力逐漸降低，降至一定數值后不再恢復，也無法調整至原來壓力值。初期診斷為液壓泵在長期運行中出現磨損導致內泄漏量增加，但拆檢齒輪泵后發現磨損并不嚴重，調整軸向和徑向間隙后試車，故障仍然無法解決。在試車過程中發現液壓系統處于正常值和降低后的壓力值時，系統的運轉都較為平穩，從而判斷可能是溢流閥存在故障，拆卸溢流閥后發現閥座處有污物導致密封不良，清洗閥座后，艙口蓋液壓系統恢復正常[4]。由此故障可看出油液品質的重要性，要及時更換油液，并且把好油液品質關，降低液壓系統故障頻率。

1.3.3? 噪音與振動

在以往的維修案例中某船舶起貨機的液壓系統在工作時出現嘯叫聲，當系統的壓力值處于某一范圍內的最大值時，系統會出現持續性的嘯叫聲，經過檢查嘯叫聲出現在油泵出口管路的溢流閥上，其他位置則無此噪音。解體此溢流閥后，發現主閥閥芯上的阻尼孔過大，閥芯下面的壓力油經過阻尼孔后作用于導閥上的錐閥時，壓力油產生的壓力脈動會與錐閥上的彈簧產生共振，從而導致錐閥振動出現噪音。在更換閥芯后，嘯叫聲消失。在液壓系統中出現噪音和振動的原因較多，系統內混入空氣，液壓泵、控制閥元件故障等，都可引發噪音和振動。在處理這類故障時，可根據故障特征初步定位故障點，然后再通過聽、看、摸、聞、拆解等檢查，進一步診斷故障原因，然后采取相應的處理措施。

1.4? 液壓系統常見故障的表現、原因及消除方法匯總

船舶液壓設備的故障現象及原因較多，根據以往的工作經驗，將液壓系統中比較常見的故障現象、原因及排除方法總結如下（表1），可為以后的維修工作提供參考依據。

2? 船用泵的振動故障

船用泵在運行一定時間后，零件因為損傷會導致尺寸和幾何形狀發生改變，機械性能降低等現象。振動是造成零件損傷的主要原因之一，下面對船用泵的振動故障進行簡要分析。

2.1? 船用泵的振動原因

船用泵振動的原因較多，主要總結為以下幾點。第一，電氣原因。電機作為泵機組的核心裝置，當電機中磁力或者電氣系統出現異常，就可能導致泵的振動。第二，機械原因。由于泵內使用的零件生產質量不達標，或者安裝不規范等原因，導致泵在運行過程中零件出現磨損或者密封失效等現象，泵內各部件間運行頻率相近，就會導致共振。第三，其他原因。船用泵的水工設計與實際標準存在差異性，機組進水及運行程序不規范，水泵淹沒深度不達標等，都會導致泵振動。

2.2? 船用泵振動故障的預防

因為泵的振動原因較為復雜，為了預防泵發生振動故障，應該做好前端預防工作。嚴格檢測泵內零件的質量和一致性，確保各零件與規范要求一致。控制船用泵的安裝調試，嚴格按照規范要求操作，從源頭預防泵發生振動故障。加強對泵的日常維護和檢查。重點檢查機組在運行期間的聲音和振動情況，如果振動較大且有噪音，應及時停機進行檢查，避免發生故障或者引起安全事故。還應對軸承的溫度進行監測，及時了解潤滑油狀態，如果軸承溫度過高，或者潤滑油數量超出警戒位，要及時采取干預措施。

2.3? 船用泵振動故障處理措施

根據泵振動故障的原因，采取對應的處理方法。如果是電機原因引起的振動，可能是機組軸承出現磨損，可先對機組的同心度進行矯正，如果無法校準，則需更換零件。如果定期出現振動，可能是由于定轉子摩擦轉子無法停在固定位置，這種情況可對轉子的靜平衡和動平衡進行校準。如果是由于手動盤車困難出現振動，可對軸承進行校準或者更換軸承。總之，需要根據實際情況采取對應的處理措施，以提高故障維修效率。

3? 視情維修策略在船舶機械維修中的應用

3.1? 視情維修在船舶機械設備維修中的價值

維修策略和維修方法的選擇關系到船舶機械設備的維修成本和維修效率，我國的機械設備維修主要有事后維修和定期維修。事后維修雖然維修效率高，但是在故障潛伏期或者故障發生時，會對船舶的安全性產生較大的威脅。定期維修是根據事先安排好的周期進行維修，維修工期和費用比較容易控制，但是因為各零部件的工作環境和工作條件不同，容易出現維修不足或者維修過剩的現象。相對于前2種維修，視情維修則更為靈活，通過對機械設備運行狀態的監控，利用維修模型能夠對設備的可靠性進行預測，可及時發現設備存在的問題并采取相應的對策。視情維修是基于P-F曲線理論（圖1），設備中零件的功能和工作條件不同，可靠性的下降曲線也不同，根據P-F曲線可知設備應該在故障發生點F之前進行維修，同時在潛在故障點P之后維修可提高設備維修的經濟性[5]。視情維修可避免維修不足和維修過剩的現象，降低機械設備故障對船舶航行安全性產生的影響。視情維修策略需要安裝較多的傳感器，需要建立精確的維修模型，運行成本相對較高，所以還需要根據船舶的實際情況來決定是否采用該種策略。

3.2? 視情維修系統結構

視情維修是一個較為開放的體系，可根據不同的維修目標建立不同的決策模型，以使維修決策與目標設備的實際情況更加契合，有效保證機械設備運行的可靠性。視情維修系統結構主要包括如下幾個部分：數據采集，根據船舶機械設備維修的需求和特性，在設備上安裝振動傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器和腐蝕傳感器等，對設備的運行參數進行監測，然后根據實際需求選擇適宜的監測計劃；信號處理，將傳感器收集到的信號進行去噪、濾波和壓縮等處理，然后轉換成可識別的數據類型；狀態監測，主要是監測設備的運行狀態。根據視情維修的需求，可將設備的運行狀態分為正常工作狀態、潛在故障狀態和故障狀態，對于每種狀態設定相應的閾值，當設備處于潛在故障狀態時就要進行預防性維修，當系統接收到的數據信號達到設定的閾值時，系統即發出警報，維修人員及時采取維修措施；健康評估，將設備最新的運行狀態參數與歷史數據進行對比，從而判斷設備的健康水平；故障預測，將以往的故障參數匯總成故障庫，然后將收集到的數據與故障庫中的數據進行對比，根據故障的前期特征可判斷出即將發生的故障類型；輔助維修決策，根據知識庫中的數據信息，視情維修系統會提供維修時間、維修類型等建議，供岸基維修人員參考；岸基維修人員，維修人員對輔助維修決策系統給出的建議進行審核檢查，然后結合船舶的出海時間和執行任務的性質等因素，制定出船舶機械設備的維修策略和任務計劃[6]。視情維修體系的基本架構大體相同，如圖2所示。

4? 結束語

機械設備維修是保證船舶安全穩定運行的重要工作，受到船舶航行環境的影響，船舶中的機械設備出現故障的種類和成因更加復雜，對各部件的運行性能會產生較大的影響。科學合理的維修策略和方法是船舶維修工作需要考慮的重要問題，采用視情維修策略可最大程度降低故障發生頻率，提高維修效率。通過傳感器實時監測各設備的運行狀態信息，再根據該設備的歷史維修記錄，設定相應的維修閾值，合理調動維修資源，延長船舶機械設備使用壽命，降低維修成本。

參考文獻：

[1] 王震.船舶機械設備維修保養中的常見故障及排除方法[J].船舶物資與市場，2022，30（1）：31-33.

[2] 劉震，李佳佳，俞炅旻.船舶設備故障預測和健康管理產業發展現狀及趨勢研究[J].船舶工程，2023，45（5）：55-58，152.

[3] 李喜旺，閆志強，李彪.船舶液壓甲板機械故障及維護措施研究[J].船舶物資與市場，2022，30（8）：84-86.

[4] 曹樂樂，張鵬，高澤宇，等.基于動態特征融合的船舶柴油機進排氣系統故障診斷[J].中國艦船研究，2022，17（6）：103-110.

[5] 張瑞，周帥康，湯敏.視情維修制度在智能船舶領域的應用分析[J].中國修船，2022，35（4）：25-28.

[6] 林馳，陳軍，王波，等.淺析工程船舶動力機械狀態監測與故障診斷現狀及發展[J].中國設備工程，2021（22）：175-177.