Отмечено, что расчетный модуль диагностической системы DEPAS D4.0H позволяет моделировать рабочий процесс в цилиндре судового дизеля на основном и частичных эксплуатационных режимах. Целью моделирования рабочего процесса является оценка резерва нагрузки двигателя и оценки тепловой и механической напряженностей. Важной задачей моделирования рабочего процесса является уточнение расхода топлива на текущем эксплуатационном режиме и его прогнозирование при изменении настроек топливной аппаратуры и механизма газораспределения. Рассмотрены некоторые возможности расчетного модуля: изменение закона тепловыделения в цилиндре, анализ удельной работы цикла, вариации коэффициента теплоотдачи и энергетический баланс, согласно 1-му закону термодинамики.

Рассмотрена проблема разработки экспертной системы технической диагностики судовых двигателей внутреннего сгорания. Предложено использование математического аппарата нечеткой логики при формировании матрицы неисправностей, что позволяет повысить достоверность процесса диагностики.

Рассмотрена проблема определения в эксплуатации и удаленного контроля основных энергетических параметров судовой дизельной энергетической установки. Предложены двухпараметрические зависимости для определения мощности и расхода топлива.

Проанализированы структура и характеристики разрабатываемого модуля удаленного контроля частотных характеристик судового двигателя с газотурбинным наддувом (СДВС). Модуль предназначен для непрерывного дистанционного контроля частоты вращения коленчатого вала и частоты вращения ротора газотурбонагнетателя (ГТН), а также комплексных характеристик технического состояния СДВС: разности цилиндровых мощностей и величины остаточного небаланса вибрации ротора ГТН. Принцип работы модуля основан на анализе спектральных характеристик виброакустических сигналов комбинированного двигателя. В модуле реализуется процедура БПФ и численно решается задача устранения эффекта "утечки", возникающего в результате дискретного преобразования Фурье.

Представлены основные характеристики системы Интернет-мониторинга энергетической установки транспортного судна.

Отмечено, что расчетный модуль диагностической системы DEPAS D4.0H позволяет моделировать рабочий процесс в цилиндре судового дизеля на основном и частичных эксплуатационных режимах. Целью моделирования рабочего процесса является оценка резерва нагрузки двигателя и оценки тепловой и механической напряженностей. Важной задачей моделирования рабочего процесса является уточнение расхода топлива на текущем эксплуатационном режиме и его прогнозирование при изменении настроек топливной аппаратуры и механизма газораспределения. Рассмотрены некоторые возможности расчетного модуля: изменение закона тепловыделения в цилиндре, анализ удельной работы цикла, вариации коэффициента теплоотдачи и энергетический баланс, согласно 1-му закону термодинамики.

Розглянуто основні характеристики системи моніторингу робочого процесу суднових дизелів. Наведено приклад діагностики паливної апаратури та механізму газорозподілу.

Представлены результаты диагностики главного дизеля (ГД) Deutz BV6M-540 и вспомогательных дизелей Pegaso 9156 тх "PS Gatier". На ГД Deutz установлены индикаторные краны, что дало возможность определить индикаторные показатели рабочего процесса, параметры топливоподачи и газораспределения. Высокооборотный дизель Pegaso 9156 не оборудован индикаторными кранами. Рассмотрен пример диагностики топливной аппаратуры высокого давления и механизма газораспределения в этом случае.

Індекс рубрикатора НБУВ: О455.5-011

Рубрики:

Суднові двигуни внутрішнього згоряння. Суднове двигунобудування

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Приведены данные теплотехнических испытаний главного двигателя MAN B&W 6L80MCE балкера типа "кейпсайз". На основном эксплуатационном режиме проведена параметрическая диагностика технического состояния цилиндропоршневой группы, топливной аппаратуры и механизма газораспределения. Анализ индикаторных показателей рабочего процесса производился с помощью системы диагностирования D4.0H. Для определения эффективных показателей и механического кпд применена система на базе беспроводных датчиков, установленных на гребном валу, регистрирующих частотные характеристики вращения и работающих в режиме MESH-сети. Для дополнительной оценки эффективных показателей и для определения параметров турбонаддува использовались методы спектрального анализа. С помощью представленных методов удалось рассчитать частоты вращения турбонагнетателей на всех эксплуатационных режимах, в том числе и для дизель-генераторов, на которых тахометры турбин были не предусмотрены.

Рассмотрен альтернативный метод определения частот вращения коленчатого вала и ротора турбины наддува в составе системы мониторинга судового дизеля с турбонаддувом. Метод основан на анализе спектральных характеристик виброакустических сигналов комбинированного двигателя. Численно решена задача устранения эффекта "утечки", возникающего в результате дискретного преобразования Фурье. Проанализирован принцип работы виброакустического модуля, реализующего процедуру БПФ и итерационный алгоритм уточнения частоты, фазы и амплитуды измеряемого сигнала. Приведен список входных сигналов, выходных (расчетных) и настроечных параметров модуля.

Проанализирована работа механической системы VIT (Variable Injection Timing) судовых малооборотных дизелей MAN B&W серии MC, предназначенной для коррекция угла опережения впрыска топлива в зависимости от нагрузки. На примере судового малооборотного главного дизеля 6L80MC показано влияние VIT на характер рабочего процесса. Проанализированы признаки задержки подачи топлива в цилиндр двигателя, выявлена и устранена неисправность - снижение давления воздуха в пневмосистеме - в результате чего получена существенная экономия топлива, а также снижение температуры выхлопных газов.

Проанализированы возможности вибродиагностики технического состояния судовых дизелей. Приведены нормы вибрации судовых механизмов, согласно международным стандартам. Приведены частоты гармоник характерных для разных дефектов узлов судовых дизелей. Дан анализ методам вибродиагностирования, применительно к поршневым машинам. Показано, что уровень вибрации, определяемый среднеквадратичным значением виброскорости, характеризует общее состояние механизма. Конкретный дефект можно определить, анализируя спектр вибрации. Для механизмов роторного типа дефект определяется с большой долей вероятности. Для поршневых машин более информативен метод параметрической диагностики рабочего процесса, предполагающий запись и анализ индикаторных диаграмм рабочих цилиндров. Параллельно с развернутыми индикаторными диаграммами можно записать диаграммы работы топливной аппаратуры высокого давления и механизма газораспределения. Такая информация позволяет выявить неисправности насосов, форсунок и клапанов конкретного цилиндра.

Приведен обзор аналитических и экспериментальных методов идентификации сложных тепловых объектов. С помощью активного экспериментального и аналитического метода Р. Калмана получены передаточные функции теплового объекта в статических и динамических режимах работы. Предложена структура нейро-нечеткой системы (ANFIS) параметрической идентификации и адаптации настроечных параметров pi-регулятора. Реализованная нейро-нечеткая сеть в специализированном пакете Matlab позволила рассчитать параметры передаточных функций объекта по каналу управления при разных нагрузочных характеристиках объекта. Апробация предложенной структуры в среде Simulink позволила получить ожидаемый апериодический тип переходного процесса.

Изложена методика гидродинамического расчета топливной системы дизеля, включающей в себя форсунку с электронным управлением. Методика расчета базируется на решении уравнений движения маловязких сортов топлива. Сформулированы граничные условия расчета в разных полостях форсунки. Показано, что расчет процессов топливоподачи в системе с электронноуправляемой форсункой, в отличие от расчета впрыскивания обычной топливной системой, начинается у форсунки, а не у насоса. Показано, что в связи с отсутствием опытных данных в первом приближении можно воспользоваться формулой Максвелла для малых зазоров. Разработанная методика топливоподачи позволит усовершенствовать процесс создания новых типов топливной аппаратуры. Данная методика может быть применена при расчете процесса подачи топлива в цилиндр дизеля, оборудованного форсунками с гидравлическим управлением иглой. Предлагаемая методика может быть применима для поршневых двигателей внутреннего сгорания, используемых в авиационной технике.

Рассмотрен анализ индикаторной диаграммы поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) в точке максимальной скорости изменения давления на участке сжатия. Для ДВС этот участок начинается от момента закрытия органов газораспределения до начала сгорания. Скорость повышения давления P' при сжатии имеет свой максимум на этом участке и предполагается, что сгорание топлива в цилиндре начинается после него, что является типичным для всех известных типов ДВС. Произведен вывод очень интересного и неочевидного, на первый взгляд, свойства координаты точки максимума P' - независимости его координаты от давления в цилиндре. Показано, что координата P' зависит только от конструктивных данных двигателя и, соответственно, может быть рассчитана еще до индицирования, что сделает более надежным и устойчивым от помех метод алгоритмической синхронизации при индицировании ДВС.

Цель работы - поиск оптимальных законов управления гребными электродвигателями (ГЭД) судов с электродвижением. Критериями оптимальности выбраны показатели, характеризующие маневренные свойства электроходов. Пропорциональный закон управления ГЭД не обеспечивает нужные маневренные свойства электроходам. Оптимальные законы управления ГЭД, обеспечивающие наилучшие маневренные характеристики электроходов могут быть найдены при совместном рассмотрении гребной электроэнергетической установки, гребных винтов и корпуса судна. Предложен новый способ формирования оптимальных законов управления. Выявлен характер целевых функций и разработан метод оптимизации. Проведены оптимизационные расчеты и найдены оптимальные законы управления гребными электродвигателями при реверсе электроходов. Оптимизация проведена по критериям минимума тормозного пути и минимума расхода энергии. Проиллюстрирована эффективность использования предлагаемых законов управления. Метод поиска оптимальных законов управления построен по системному принципу. Это позволяет находить законы управления гребными электродвигателями по конечному результату - по показателям судна. Практическая значимость. Предложенные рекомендации могут использоваться как при проектировании гребных электроэнергетических установок, так и при их эксплуатации. Для конкретного электрохода, в зависимости от показателей качества маневрирования, может быть выбран (из предложенных) и заложен в систему регулирования наилучший закон управления гребными электродвигателями.

Рассмотрен анализ параметров процесса сжатия, который осуществляется по результатам индицирования двигателя. Решение этой задачи позволяет оценить техническое состояние деталей цилиндропоршневой группы. По требованиям большинства классификационных обществ отклонение давления сжатия на данном цилиндре от среднего по двигателю не должно отличаться более, чем на 2,5 %. Зависимость величины давления сжатия от давления наддува затрудняет получение верных диагностических выводов о состоянии цилиндропоршневой группы при ухудшении технического состояния газотурбонагнетателя. В уже имеющихся публикациях исследовалось положение на индикаторной диаграмме точки, в которой скорость роста давления сжатия достигает максимума, и показано, что её положение практически инвариантно относительно давления. Этот факт позволяет рассчитывать её положение относительно верхней мёртвой точки двигателя ещё до начала индицирования и принимать рассчитанную величину в качестве первого приближения при алгоритмической синхронизации результатов индицирования. Однако при этом протечки рабочего тела, неизбежно присутствующие у реального двигателя, не учитывались. Поэтому правомерной является задача о смещении координаты точки максимальной скорости роста давления при наличии протечек. Поставленная задача решается с применением математической модели, состоящей из трёх уравнений (состояния, сохранения массы и первого закона термодинамики), записанных в дифференциальном виде и интегрируемых на каждом расчётном шаге. В качестве аргумента выбран угол поворота коленчатого вала двигателя. Тем не менее, аналитически решить такие системы уравнений с учётом протечек в полной постановке крайне затруднительно. Поэтому при моделировании рабочего процесса была задана эффективная площадь проходного сечения поршневых колец, принимаемая постоянной на всём протяжении расчёта. По результатам моделирования определяется положение точки максимальной скорости нарастания давления на индикаторной диаграмме, которое может быть использовано как косвенный показатель при интегральном анализе технического состояния двигателя.

В практике эксплуатации и ремонта тепловозных дизелей нередки случаи выпуска дизеля в эксплуатацию после ремонта с не до конца устраненным набором дефектов топливной аппаратуры высокого давления, цилиндропоршневой группы и механизма газораспределения и достаточно большой (7 - 10 %) неравномерностью распределения мощностей по цилиндрам. Известно, что в процессе эксплуатации, особенно в условиях частых изменений нагрузок, число эксплуатационных дефектов увеличивается. Трудно выявляемые дефекты топливной аппаратуры, цилиндропоршневой группы и механизма газораспределения приводят к неравномерному распределению мощностей по цилиндрам, повышению общего уровня вибрации, существенному повышению удельного расхода топлива и еще большему выбросу сажи и вредных веществ на переходных режимах. При этом плановые ремонтные работы не всегда устраняют все имеющиеся на двигателе дефекты потому, что, во-первых, отсутствует детальная картина дефектов отдельных узлов перед ремонтом и, во-вторых, отсутствует параметрический контроль состояния топливной аппаратуры высокого давления, цилиндропоршневой группы и механизма газораспределения после проведения ремонтных работ. Актуальной является задача эффективной и достоверной диагностики технического состояния узлов двигателя перед проведением ремонтных работ для точной детализации объема предстоящего ремонта. А также последующий контроль качества проведенных ремонтных работ, в результате которого могут быть выявлены оставшиеся не устранённые дефекты. После устранения дефектов необходимо равномерно распределить нагрузку между цилиндрами, что должно производиться выравниванием средних индикаторных давлений при допустимых отклонениях, давлений в конце сжатия и температур выпускных газов. Исследования рабочего процесса, проведенные сотрудниками кафедры СЭУ и ТЭ Одесского национального морского университета (ОНМУ), показали, что во время реостатных испытаний дизелей K6S310DR можно оперативно получать достоверную диагностическую информацию. Это производится с помощью параллельного анализа индикаторных диаграмм и вибродиаграмм топливной аппаратуры высокого давления, цилиндропоршневой группы и механизма газораспределения дизеля. Спектральный анализ виброакустических сигналов газотурбонагнетателя и аналитический метод устранения эффекта утечки мощности в дискретном спектре позволяет осуществлять оперативную диагностику уровня колебаний ротора газотурбонагнетателя. Указанные методы, реализованные в системе DEPAS, разработанной специалистами ОНМУ, могут быть эффективно применены в практике эксплуатации тепловозных дизелей.

Задача аналитической синхронизации данных мониторинга рабочего процесса является базовой при решении общей проблемы параметрической диагностики транспортных двигателей в режиме эксплуатации. Эта задача актуальна для диагностики всех видов транспорта (авиационного, железнодорожного, морского, и т.д.). Недостаточная точность решения задачи синхронизации является причиной значительных ошибок в определении мощности и расхода топлива, а также ошибок в диагностике основных узлов и систем двигателя. Расчет индикаторной и эффективной мощности транспортных дизелей необходим не только для диагностики и контроля технического состояния. Точный расчет мощности также важен для определения показателей энергоэффективности, согласно требованиям Международной морской организации. Задачей аналитической синхронизации считается перевод данных мониторинга рабочего процесса, полученных при индицировании двигателя, из функций времени в функции по углу поворота коленчатого вала. Наибольшее влияние на точность решения задачи синхронизации оказывает погрешность определения координаты верхней мертвой точки (ВМТ) поршня. Метод базируется на использовании трех последовательных этапов определения ВМТ: линейного, синусоидального и метода решения уравнения P' = 0 (равенства нулю первой производной сигнала давления на участке сжатия от закрытия впускных клапанов до момента начала сгорания в цилиндре). Применение трех последовательных этапов обеспечивает определение координаты ВМТ с абсолютной погрешностью 0,1 - 0,3 градуса коленчатого вала. Такая точность обеспечивает расчет мощности и других параметров рабочего процесса с максимальной относительной погрешностью менее 2,5 %, что соответствует требованиям классификационных обществ. Для переносных систем мониторинга рабочего процесса морских дизелей предлагаемый метод аналитического определения ВМТ и последующей синхронизации данных дает ряд преимуществ. Во-первых, уменьшается количество датчиков и кабелей при индицировании, что снижает вероятность сбоев и ошибок. Во-вторых, автоматически учитываются смещения ВМТ за счет разных факторов во время эксплуатации. Автоматически учитывается влияние канала индикаторного крана. Погрешность метода аналитического определения ВМТ и последующей синхронизации индикаторных диаграмм значительно меньше, чем при аппаратном методе определения. Также отсутствует необходимость предварительной подготовки двигателя.