近年来，由于我国内河货物运输量的增加，内河船舶的数量也在急剧增加，随之而来的污染问题也越来越严重。为了保证内河船舶的绿色环保，提高船舶的燃油效率，同时解决柴油主机动力冗余的问题，混合动力系统已经逐渐成为一种更加符合需求的推进方式。采用具有PTI、PTO、PTH和主机四种推进模式的柴-电混合动力不仅能满足不同内河航段动力输出的不同需求，还可使动力设备工作在高效区间，同时环保性及经济性也大幅度提升。但柴-电混合动力系统也较常规推进方式更加复杂，内河船舶工况频变使关键动力设备发生故障的概率更高，故障模式也更加复杂。为保证内河船舶混合动力系统的可靠性，文中根据内河7 500 t示范船混合动力系统搭建了柴-电混合动力故障机理研究平台，分析了关键设备故障原因及影响，在此基础上进行了混合动力系统关键设备的机械故障试验并对试验数据进行了分析。主要研究内容如下。
1）为研究混合动力系统关键设备机械故障的机理，根据7 500 t内河船舶的混合动力系统匹配模式设计了故障机理研究平台方案。选取WP6C150-15作为平台的主机，并根据实船动力需求及配比选取了合适的轴带电机，确定了每种运行模式下各设备间的传动比。然后根据传动比需求和运行模式需求设计了齿轮箱。根据动力系统输出特性及实船推进特性选取测功器代替实船上的螺旋桨，最后选择合适的辅助设备搭建了完整的柴-电混合动力系统故障机理研究平台。
2）研究了混合动力系统关键动力设备柴油机及齿轮箱的机械故障原因及影响。对柴油机燃油系统、冷却系统、配气系统的几种典型故障进行了故障原因及影响分析。此外，混合动力系统中为实现PTI、PTO、PTH和主机四种推进模式间的相互切换，齿轮箱配备多组离合器及变速齿轮以实现减速及换向的功能。离合器切换异常会严重影响船舶的动力输出性能，因此选择对齿轮箱中离合器故障进行研究。根据故障机理分析绘制了故障树。
3）基于故障树分析结果及混合动力系统中柴油机与齿轮箱结构性能参数，选取了几种具有代表性的典型故障为研究对象，设计并进行了故障模拟试验。在设备不同位置安装了不同传感器用于监测各设备运行状况，其中包含振动、瞬时转速、缸压、温度、流量、功率、转矩、电流等信号。基于Labview建立了信号采集与预处理系统。
4）研究了各种故障的信号特征并进行了特征抽取。针对单缸及双缸失火故障，对比分析了瞬时转速信号的12阶谐次幅值及燃烧段缸盖振动信号的功率谱密度。针对气门间隙故障，重点分析了气门落座段的振动信号。针对进气量减小故障，截取了燃烧段的振动信号进行了分析。针对离合器打滑故障，分析了合排时齿轮箱输出轴轴承振动信号。最后进行了故障模式识别的研究。
5）针对某些难以在混合动力系统故障机理研究平台上进行模拟的故障，在GT-POWER中建立了试验平台中的WP6C150-15型柴油机仿真模型，并验证了模型的准确性。通过修改模型参数定量模拟了冷却系统异常及进气量不足对柴油机工作性能的影响，根据仿真结果总结了故障影响规律。
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