Розроблено методи, які підвищують достовірність та скорочують вартість проведення діагностичного контролю. Надано адаптивну математичну модель робочого процесу на базі трифазного розрахунку тепловиділення. Визначено, що модель дозволяє аналізувати ефективність експлуатаційного режиму, проводити оцінку резерву його навантаження та витрат палива, а також знаходити оптимальне поєднання параметрів паливної апаратури та механізму газорозподілу. Встановлено програмно-апаратний комплекс діагностичного контролю робочого процесу дизельних суднових енергетичних установок в експлуатації.

Індекс рубрикатора НБУВ: О455.54-011.7

Рубрики:

Суднові дизелі (двигуни з самозайманням). Суднове дизелебудування

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянутий метод полягає в аналізі віброакустичного сигналу (ВАС), який генерується компресором газотурбонагнітача (ГТН) під час роботи дизеля під навантаженням. Спектральний аналіз показує, що лопатки компресора генерують коливання, які завжди присутні в спектрі загальної вібрації ГТН незалежно від його технічного стану. Відповідна цим коливанням "лопаткова" гармоніка в спектрі визначається за допомогою методу обмежень. Розрахована миттєва частота обертання ротора ГТН надає можливість проаналізувати амплітуду основної гармоніки в спектрі. Для числового аналізу амплітуди основної гармоніки усувається витік потужності дискретного спектра. Подальший аналіз амплітуди основної гармоніки надає можливість оперативно оцінити рівень вібрації ротора під час експлуатації. Першу частину експерименту було проведено на судновому головному дизелі 5S60MC за частоти обертання колінчастого валу 85 об/хв. Проведено запис та аналіз ВАС турбонагнітача TCA 66-20072. Аналіз показав можливість високоточного знаходження головної частоти обертання та відносної амплітуди коливань валу турбонагнітача. Другу частину експерименту проведено на дослідному стенді, який базується на двигуні КамАЗ-740.10 з оригінальною системою наддуву. Як агрегат наддуву використовується турбокомпресор типу ТКР-11. У результаті експерименту доведено, що метод діагностування роботи турбокомпресора, що базується на аналізі ВАС, може бути поширений і на турбокомпресори високообертових двигунів. При цьому в спектрі вимірюваного сигналу присутні яскраво виражені частоти, які надають можливість точно визначити частоту обертання колінчастого валу, а вимірювання сигналу ззовні компресора, близько до його корпусу, надає можливість так само точно отримати всі необхідні діагностичні ознаки, як і при вимірюванні сигналу безпосередньо на вході в колесо компресора. Метод може бути використаний на практиці. Для його реалізації досить смартфона та комп'ютера зі спеціальним програмним забезпеченням. Запропонований метод може бути закладений в основу системи постійного моніторингу частоти та рівня вібрації газотурбонагнітача морського дизеля.

Застосування вібродатчика разом із датчиком тиску газів у робочому циліндрі розширює можливості діагностики двигунів і компресорів у різних сферах експлуатації: морських дизелів, поршневих компресорів холодильних установок та авіаційних двигунів при їх випробуваннях на спеціальних стендах. Відомо, що експлуатаційні дефекти паливної апаратури високого тиску та механізму газорозподілу виявляються на індикаторних діаграмах P(V), P(deg) робочих циліндрів, змінюючи їх форму та значення основних параметрів робочого процесу: максимального тиску згоряння Pmax, тиску кінця стиснення Pcomp, середнього індикаторного тиску IMEP та інших. Однак відомо також, що деякі дефекти можуть мати однаковий вплив. Наприклад, пізній кут впорскування та знос паливної апаратури практично однаково спотворює індикаторну діаграму та значення параметрів. Причиною зниження компресії в циліндрах і зниження Pcomp можуть бути як знос втулки або поломка кілець, так і нещільність закриття або дефект клапанів газорозподілу. У багатьох випадках вплив дефектів може бути не явним. Існує також велика кількість некритичних дефектів або дефектів на ранніх стадіях, які практично не змінюють основні параметри та форму індикаторних діаграм. Пряме безпосереднє вимірювання тиску впорскування або ходу голки форсунки, а також діаграм переміщення клапанів газорозподілу, як це робиться в умовах дизельної лабораторії морського університету, надало б можливість точно визначити та усунути дефекти. Однак, під час експлуатації неможливо проводити безпосередні вимірювання тиску впорскування палива, фаз паливоподачі та газорозподілу морських двигунів, використовуючи існуючі методи, які реалізовані в переносних діагностичних системах. Альтернативою прямим вимірам є застосування вібродатчика. За допомогою вібродатчика на магнітній платформі можна визначити фази підйому та посадки голки форсунки, початку подачі та відсікання палива паливним насосом високого тиску, початок і кінець циркуляції підігрітого важкого палива у паливній системі, фази закриття та, в деяких випадках, відкриття клапанів газорозподілу, частоту та амплітуду коливань при роботі впускних і випускних клапанів поршневого компресора холодильних установок, а також фазу та характер упорскування циліндрового масла. Така інформація може бути отримана безпосередньо під час експлуатації або випробування двигунів і компресорів за допомогою магнітного вібродатчика, що входить до складу сучасних діагностичних систем.

Використання двигунів із двотактним принципом дії на тепловозах в АТ "Укрзалізниця" стимулює розвиток сучасних методів контролю їх робочого процесу. Насамперед йдеться про неруйнівні методи контролю в умовах скороченого часу під час реостатних випробовувань. Досвід діагностики робочого процесу морських та стаціонарних двотактних двигунів, широко поширених на морському флоті, безсумнівно буде корисним і може бути з успіхом застосовано на тепловозних двигунах, оскільки багато завдань і проблем експлуатації двигунів на транспортних засобах є спільними для морських і тепловозних двигунів. Насамперед це робота на нестаціонарних режимах, для яких актуальне застосування аналітичних методів синхронізації даних в альтернативу апаратним методам, а також методів вібродіагностики. Зміна температури палива також впливає на робочий процес. Ряд параметрів робочого процесу таких, як якість сумішоутворення, затримка самозаймання та характеристики згоряння в циліндрах, залежать від стабільної роботи системи паливопідготовки та насамперед від роботи системи стабілізації температури на вході в паливні насоси високого тиску. Застосування сучасних методів синхронізації даних та вібродіагностики розширює можливості діагностики морських двигунів. Використовуючи існуючі методи, неможливо здійснювати під час експлуатації прямі вимірювання тиску впорскування палива, фаз подачі та газорозподілу двигунів за допомогою переносних діагностичних систем. Альтернативою прямим вимірюванням є аналіз вібродіаграм, за допомогою якого можна визначити фази підйому та посадки голки форсунки, початку подачі та відсікання палива паливним насосом високого тиску, початок та кінець циркуляції підігрітого важкого палива в паливній системі, а також фази закриття та, у деяких випадках, відкриття клапанів газорозподілу, та контроль температури палива. Наведено результати діагностики двотактних дизелів електростанції Mahon, що знаходиться на острові Менорка (Іспанія). У цих двигунів були виявлені несправності форсунки та 57 випускного клапана. Для моделювання робочого процесу з урахуванням експлуатаційних факторів використано ресурс Blitz-PRO.