基于压力敏感性分析的集中冷却系统泄漏诊断

［6-7］ ［5］
æ r1(k ) ö æ p1(k ) - p̂ 10 (k ) ö ÷ = p(k ) - p̂ (k )（ r (k ) = ç ÷ = ç 1） 0 ç ÷ ç ÷ ̂ r ( k ) p ( k ) p ( k ) i0 è i ø è i ø
式中：p(k ) 为系统非正常运行 （泄漏） 时， k 时刻系 统 的 各 测 点 压 力 测 量 值 ；p̂ 0 (k ) 为 系 统 正 常 运 行 （无泄漏） 时， k 时刻系统的各测点压力测量值。 压力敏感性矩阵 S （k） 包含了余差与泄漏故 障之间关系的信息。管网某泄漏点可能的泄漏量 称为标称泄漏量 f。矩阵 S （k） 的每一列向量为管 网某单个节点出现标称泄漏量 （ f 即故障方案） 时 各测压点的压力测量值与管网无泄漏时各测压点 测量值的余差。从模型的角度而言， 管网所有可 能的泄漏点所对应的故障方案构成泄漏故障方 案 阵 列 f = f1 f 2 f j ， 因此， 压力敏感性矩阵 S （k） 的列数 j 等于管网所有可能的泄漏方案数， 行 数 i 为管网的压力测点数 （即 余 差 向 量 r (k ) 的 长 度） ， 如表 1 所示。
。对
城市供水、 石油、 燃气管网等系统的管道泄漏故障 检测与定位通常分为直接法和间接法。直接法是 通过检测设备对泄漏的直接检测， 有听漏棒、 电子 听漏仪等［8］。间接法则是对泄漏引起的压力、 流 量的流体参数变化进行检测或通过模型进行分 析， 间接实现泄漏检测与定位［7］， 如压力敏感性分 （LRM）、 逆 瞬 态 分 析 法（ITA）与 驻 波 差 分 法
［12-15］ （SWDM） 和状态空间法［16］等。
{
}
析 法 ［9-11］ 、 压力波动瞬态分析法中的映射法
国内实船对管系泄漏的检测主要采用浮子
法、 双层管泄漏检测、 渗透检测等方法［2］。但是， 这些方法效率低、 人员工作强度大， 无法满足现代 船舶的自动化要求。而发达国家的舰船损管控制 技术自动化与智能化水平较高， 已能实现全船自 动监测、 报警与辅助决策［17-18］。目前， 国内、 外针 对复杂的船舶集中冷却系统管网泄漏问题的公开 研究资料较少。张杰［3］采用超声波与流量平衡法 相结合进行了船舶管系泄漏检测。石昌峰［4］采用 基于径向基神经网络模型对船舶冷却水系统泄漏 故障进行诊断， 但该方法尚处于实验研究阶段。 舰船集中冷却水系统管路复杂， 而随着现代 船舶自动化程度的提高， 监控与数据采集系统必
［2-4］ ［1］Fra bibliotek1基于压力敏感性模型的泄漏诊断法
基于压力敏感性模型的诊断方法是根据系统
不同位置的测量压力对系统泄漏时的敏感性进行 泄漏诊断的一种方法。余差向量 r (k ) 定义为系统 正常运行时各时刻 k 下的系统压力测量值与系统 非正常 （泄漏） 时的系统压力测量值之差， 余差向 量 r (k ) 的长度 i 等于系统的压力测点数。
2 China Ship Development and Design Center,Wuhan 430064, China
第5期
刘倩等： 基于压力敏感性分析的集中冷却系统泄漏诊断
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引
言
不可少。本文拟提出采用压力敏感性分析法进行 舰船集中冷却水系统的泄漏故障诊断。该方法是 一种定位泄漏点区域的稳态分析方法。本文还将 采用该方法对某舰船电子设备集中冷却系统稳态 情形下的泄漏诊断进行模拟分析， 以证明该方法 对泄漏点所在区域定位的有效性。
收稿日期： 2016 - 01 - 13 基金项目： 新世纪优秀人才支持计划资助项目 （NCET110189） ； 教育部高等学校博士点专项基金资助项目 （20120142110078） 网络出版时间： 2016-9-21 14:06
LIU Qian1， ZHANG Yang2， XU Xinhua1， XIE Junlong3， WANG Feifei1 Wuhan 430074， China
第 11 卷 第 5 期 2016 年 10 月
中 国 舰 船 研 究 Chinese Journal Ship Research 中 国 舰 of 船 研 究
Vol.11 No.5 Oct. 2016 第 11 卷
引用格式： 刘倩， 张扬， 徐新华， 等. 基于压力敏感性分析的集中冷却系统泄漏诊断 ［J］ . 中国舰船研究， 2016， 11 （5） ： 128-133. LIU Qian ，ZHANG Yang ，XU Xinhua ，et al. Pressure sensitivity analysis-based leakage diagnosis of centralized refrigerant system for electronic devices ［J］ . Chinese Journal of Ship Research， 2016， 11 （5） ： 128-133.
， 影响电子设备
正常工作， 甚至可能引起电子设备烧毁。集中冷 却系统作为舰船重要辅助设备， 若战时管道损坏 导致管道泄漏或破损， 将会严重影响设备工作甚 至导致系统瘫痪。因此， 需要对舰船集中冷却水 系统泄漏进行快速有效诊断， 以便采取相应措施 保证系统正常、 安全运行。 国外多将船舶管系泄漏纳入船舶故障进行诊 断［2］。系统故障诊断技术发展已久， 但是其在不 同领域的发展方向与分类方法均不相同。对空调 领域， 一般通过检测系统温度、 压力等参数进行故 障诊断 ， 可分为基于数学模型的方法、 基于信号 处理的方法和基于知识的诊断方法 3 大类
随着舰船自动化程度的提高， 用于舰船上的 电子设备也越来越多。电子元器件温度过高是引 起设备故障的重要原因之一 ， 因此， 保障设备散 热良好可以大幅降低设备的故障率。舰船采用集 中冷却系统不仅可以保证电子设备正常稳定地运 行， 还可以提高全船设备管理的维护效率。但是， 船舶管路处于高温潮湿的工作环境， 冷却水管路 承受着较大热应力， 加上管道管程短且管道复杂， 接口断续多， 易造成管道泄漏
j
式中：p if (k ) 为 k 时刻故障 f j 作用下测压点 i 的压
j
（2）
力测量值；p̂ i0 (k ) 为 k 时刻无故障 （即无泄漏） 时测 压点 i 的压力测量值。 余 差 向 量 r (k ) 与 余 差 敏 感 性 矩 阵 S （k） 需要
表 1 敏感性矩阵 S （k） Tab.1 Sensitivity matrix S （k）
f1 r1 ri s11 s i1
… …

fj s1j s ij
…
的余差如式 （2） 所示
各压力测点在所有可能的泄漏 （故障方案） 下
s ij (k ) = p if (k ) - p̂ i0 (k )
1 School of Environment Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, 3 School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074， China Abstract：A method based on pressure sensitivity analysis is proposed for the leakage diagnosis of a cen⁃ tralized refrigerant system for electronic devices, as leakages may affect the operational safety of the sys⁃ tem. A pipe network model of a real centralized refrigerant system for electronic devices is established in the FlowMaster platform, and calibrated according to the actual hydraulic characteristics of the pipe net⁃ work based on measurements. The model is used to simulate system operation when leakage is absent and present respectively. In addition, the correlation coefficient table under various leakage schemes is calculat⁃ ed when leakage occurs. The sensitivity matrix of various leakage schemes is obtained, and then the correla⁃ tion coefficient table for leakage analysis can be obtained by comparing the sensitivity matrix with the mea⁃ sured residuals when leakage occurs. The larger the correlation coefficient value, the higher the possibility that the leakage point exists coincident to the leakage scheme. Finally, the leakage is diagnosed using the established model and proposed leakage diagnosis method. The results show that the diagnosed leakage point agrees well with the actual leakage point. Key words: centralized refrigerant system ； leakage fault； leakage diagnosis； pressure sensitivity analysis； correlation coefficient