Эксплуатация судовых дизельных энергетических установок
Предпосылки применения технической диагностики. Применение средств технической диагностики для судовых дизелей. Обзор неисправностей форсунки. Изменения температуры головки цилиндра. Изменение плотности выхлопных газов. Виды результатов диагностирования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.09.2016 |
| Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ЛЕКЦИИ по курсу:
«Техническая диагностика СЭУ», для специальности
180403 «Эксплуатация судовых дизельных энергетических установок»
РАЗДЕЛ 1. ПОНЯТИЕ О ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ СЭУ
Тема 1.1 Предпосылки применения технической диагностики
С научно-техническим прогрессом неразрывно связаны как рост сложности и разнообразия технических объектов, так и повышение требований к эффективности их функционирования. Эти требования удовлетворяются в той или иной мере на всех этапах существования объекта диагностирования (ОД) (проектирование, производство, использование по назначению). Одним из определяющих показателей эффективности работы ОД считается его надежность. Это свойство обеспечивается на этапах проектирования и производства и поддерживается в период его эксплуатации. Наряду с усовершенствованием структурных схем отдельных устройств и систем в целом, применением высоконадежных элементов и структурного резервирования, снижением нагрузки и стабилизацией условий эксплуатации ОД мощным средством поддержания необходимого уровня надежности является научная организация процесса эксплуатации ОД. В ней особая роль принадлежит диагностированию, по результатам которого определяется действительное техническое состояние ОД и характер его изменения с течением времени.
В самом общем случае процесс технического диагностирования технического объекта предусматривает решение задач:
1) определения его действительного технического состояния;
2) поиска дефектов;
3) прогнозирования изменения технического состояния.
В частных случаях в процессе диагностирования могут решаться отдельные из этих задач или их сочетания, поскольку каждая из них относительно самостоятельна.
На рис. 1 приведен один из возможных вариантов схемы, иллюстрирующей место задачи поиска дефектов в теории технического диагностирования и место последней в решении общей проблемы обеспечения надежности технических объектов.
Несмотря на наличие большого числа теоретических работ, эффективность методов технического диагностирования в повышении качества эксплуатации изделий еще остается крайне низкой, особенно при поиске дефектов. Известно, что ежегодные затраты на ремонт машин и оборудования в России и странах СНГ достигают очень больших значений, до 30% всех эксплуатируемых машин находится в неработоспособном состоянии в связи с их ремонтом, а число рабочих; занятых ремонтными работами, в 3--10 раз превышает число рабочих, занятых производством новых изделий.
Эффективность восстановления технического состояния тем выше, чем меньше время восстановления при удовлетворении заданным показателям его качества. Опыт эксплуатации сложных технических систем показывает, что при отсутствии специальных средств диагностирования основную долю времени восстановления составляет время, затрачиваемое на поиск дефекта(ов). Эта доля часто составляет 70--80% от общего времени восстановления.
Рисунок 1 - Схема, обуславливающая появление ТД и ее задачи
Задача поиска дефектов или некоторые вопросы, связанные с ней, возникают на всех этапах жизненного цикла ОД, а именно:
разработка и изготовление ОД с элементами приспособленности к решению задачи поиска дефектов;
сборка и обкатка (испытания) ОД в целях оценки их качества и
в том числе надежности;
приемочные испытания ОД;
техническое обслуживание, определение объема планируемых
профилактических операций по фактическому техническому состоянию;
предремонтное диагностирование с целью поиска дефектов;
приемочные испытания и контроль отремонтированных объектов;
своевременное переключение на резерв, т.е. оперативное управление техническим состоянием.
Эволюционность информационных технологий их новый этап развития, начавшийся в конце XX века, позволяет осуществить разработку и исследование целого ряда автоматизированных методов поиска дефектов из заданного их множества в объектах диагностирования непрерывного типа с разработкой алгоритмического и программного обеспечения на основе динамических моделей ОД.
Диагностика состояния того или иного объекта служит целям контроля, управления, включая регулировочные и наладочные процедуры. В широком плане эти вопросы позволяет решать прогнозирование, которое в данном контексте выступает составной частью диагностики.
Тема 1.2 Применение средств технической диагностики для судовых дизелей
Использование средств технической диагностики (СТД) дизелей направлено на увеличение ресурсных характеристик дизелей и продление межремонтного периода их эксплуатации, вплоть до перехода от системы плановых обслуживаний и ремонта к системе обслуживания по фактическому техническому состоянию.
Технико-экономическая эффективность СТД дизелей обуславливается:
- снижением затрат на техническое обслуживание благодаря уменьшению числа разборок и вскрытий дизелей при переходе от планово-технических норм обслуживания и ремонта к обслуживанию и ремонту их по фактическому состоянию;
- снижением затрат на ремонт за счет выявления потенциальных отказов на ранней стадии их возникновения;
- сокращением расхода топлива путем своевременного обнаружения разрегулировки топливной аппаратуры;
- и т.д.
Анализ эксплуатационных качеств элементов судовых энергетических установок судов показывает, что наибольшие эксплуатационные потери связаны с отказами дизель-редукторных агрегатов и дизелей. При этом 70-90 % всех отказов приходится на главные дизели и 3-18% - на вспомогательные дизели. Отказы главных редукторов и разобщительных муфт составляют до 5 % полного числа отказов элементов СЭУ.
Наиболее частые отказы дизелей связаны с:
1) системой топливоподачи (форсунки и ТНВД);
2) клапанами газораспределения;
3) рамовыми и мотылевыми подшипниками;
4) нарушением уплотнений цилиндровой втулки с блоком и крышкой цилиндра;
5) кавитационно-коррозионными разрушениями и трещинами опорных буртов втулок.
Тема 1.3 Основные определения технической диагностики (по ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика Термины и определения)
Объект технического диагностирования (контроля технического состояния или ОД) - изделие и (или) его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю).
В качестве ОД понимаются судовые технические средства и конструкции, состояние которых подлежит определению. В понятие судовые технические средства включаются главные и вспомогательные двигатели, вспомогательные механизмы, части главных и вспомогательных систем, общесудовых системы и устройства, их части и т.д.
Техническое состояние объекта - состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект.
Техническая диагностика - Область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов.
Контроль функционирования - контроль выполнения объектом части-всех свойственных ему функций.
Контроль технического состояния - проверка соответствия значений параметра объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени.
Техническое диагностирование - определение технического состояния объекта.
Задачами технического диагностирования являются:
- контроль технического состояния;
- поиск места и определение причин отказа (неисправности);
- прогнозирование технического состояния.
Термин «Техническое диагностирование» применяют в наименованиях и определениях понятий, когда решаемые основной задачей является поиск места и определение причин отказа (неисправности).
Термин «Контроль технического состояния» применяется, когда основной задачей технического диагностирования является определение вида технического состояния.
Техническое диагностирование ОД представляет собой процесс определения его технического состояния, включающего в себя совокупность свойств ОД, подверженных изменению при производстве или эксплуатации и характеризуемых в определенный момент времени признаками (параметрами), установленными технической документацией на ОД.
Результатом диагностирования является заключение о техническом состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причин дефекта. Характерными примерами результатов диагностирования являются исправность или неисправность, работоспособность или неработоспособность, правильное или неправильное функционирование отдельных элементов, каскадов или всего ОД в целом.
Тема 1.4 Виды результатов диагностирования
Исправность - состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Если хотя бы одно из требований нормативно-технической документации на объект не выполняется -- объект неисправен. Диагностирование при контроле исправности объекта -- есть проверка исправности объекта.
Работоспособность -- состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров в пределах установленных нормативно-технической документации. Понятие «работоспособность» уже, чем понятие «исправность». Работоспособный объект может быть неисправным, однако его повреждения при этом не настолько существенны, чтобы препятствовать нормальному его функционированию. Например, резервированный объект может быть работоспособным, несмотря на наличие неисправности в резервных компонентах или связях. Диагностирование при контроле работоспособности объекта -- есть проверка работоспособности.
К основным заданным функциям, характеризующим работоспособность, дизелей, относятся: мощность, ресурс и расход топлива.
Судовое техническое средство может быть неисправным, но работоспособным. Например, дизель может развивать мощность и обеспечивать ресурс при плохой приемистости или повышенном уровне шума и дымности. С другой стороны, отдельные параметры, характеризующие работоспособность, могут иметь отклонения в пределах, определяющих, что судовое техническое средство неисправно, но частично работоспособно (например, дизель развивает только частичную мощность).
Правильное функционирование -- состояние объекта, при котором он способен выполнять в текущий момент времени предписанные ему алгоритмы функционирования со значениями параметров, соответствующими установленным требованиям. В правильно функционирующем объекте могут быть неисправности, которые не позволят ему правильно работать в других режимах. Так, неисправность в регуляторе частоты вращения дизеля не изменит правильность функционирования дизеля на номинальном режиме, но вызовет его неисправность на частичном режиме. Диагностирование при контроле правильного функционирования объекта -- есть проверка функционирования.
Примеры неправильного функционирования дизелей - необеспечение заданных динамических характеристик: приемистости, пусковых и реверсивных качеств.
Неисправность, неработоспособность и неправильное функционирование вызваны появлением каких-либо дефектов в техническом объекте. Диагностирование, целью которого является определение места и при необходимости причины и вида дефекта объекта -- есть поиск дефекта.
Поиск дефекта осуществляется при помощи тех или иных средств технического диагностирования путем различного рода экспериментов над объектом диагностирования.
Некоторый минимальный (не подлежащий расчленению в данных конкретных условиях) эксперимент над объектом диагностирования, характеризующийся определенным рабочим (пассивный эксперимент) или тестовым (активный эксперимент) воздействием, поступающим или подаваемым на объект, а также составом признаков (параметров), образующих ответ объекта на соответствующее воздействие, представляет собой элементарную проверку. Конкретные значения признаков (параметров), получаемые при диагностировании, являются результатами элементарных проверок или значениями ответов объекта.
Совокупность элементарных проверок, последовательность (или последовательности) их реализации и правила анализа полученных результатов реализуемых элементарных проверок представляют собой алгоритм диагностирования.
Тема 1.5 Основные определения, связанные со средствами и системами технической диагностики (по ГОСТ 20911-89)
Контролепригодность (диагностируемость) - приспособленность объекта диагностирования к измерению диагностических признаков (параметров) средствами диагностирования.
Технический диагноз (результат контроля) - Результат диагностирования.
В зависимости от типа воздействий на ОД различают:
Рабочее техническое диагностирование - Диагностирование, при котором на объект подаются рабочие воздействия (в процессе обычного функционирования).
Тестовое техническое диагностирование - диагностирование, при котором на объект подаются тестовые (специальные) воздействия.
Экспресс-диагностирование - диагностирование по ограниченному числу параметров за заранее установленное время.
Приспособленность объекта к диагностированию (контролепригодность) - свойство ОД, характеризующее его пригодность к проведению диагностирования (контроля) заданными средствами диагностирования (контроля).
Алгоритм технического диагностирования (контроля технического состояния) - совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования (контроля).
Диагностическое обеспечение - комплекс взаимоувязанных правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для осуществления диагностирования на всех этапах жизненного цикла объекта.
Диагностическая модель - формализованное описание ОД, необходимое для решения задач диагностирования.
Диагностический (контролируемый) параметр - параметр ОД, используемый при его диагностировании (контроле).
Тема 1.6 Системы и средства технического диагностирования (контроля технического состояния, по ГОСТ 20911-89)
Средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - аппаратура и программы, с помощью которых осуществляется диагностирование (контроль).
Система технического диагностирования (контроля технического состояния) - совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным в технической документации.
Автоматизированная система технического диагностирования (контроля технического состояния) - система диагностирования (контроля), обеспечивающая проведение диагностирования (контроля) с применением средств автоматизации и участием человека.
Автоматическая система технического диагностирования (контроля технического состояния) - система диагностирования (контроля), обеспечивающая проведение диагностирования (контроля) без участия человека.
Встроенное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство диагностирования (контроля), являющееся составной частью ОД.
Внешнее средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство диагностирования (контроля), выполненное конструктивно отдельно от ОД.
Специализированное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство, предназначенное для диагностирования (контроля) одного ОД или группы однотипных ОД.
Универсальное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) - средство, предназначенное для диагностирования (контроля) ОД различных типов.
Тема 1.7 Показатели и характеристики технического диагностирования (контроля технического состояния, по ГОСТ 20911-89)
Продолжительность технического диагностирования (контроля технического состояния) - интервал времени, необходимый для проведения диагностирования (контроля) ОД.
Достоверность технического диагностирования (контроля технического состояния) - степень объективного соответствия результатов диагностирования (контроля) действительному техническому достоянию объекта.
Полнота технического диагностирования (контроля технического состояния) - характеристика, определяющая возможность выявления отказов (неисправностей) в ОД при выбранном методе его диагностирования (контроля).
Глубина поиска места отказа (неисправности) - характеристика, задаваемая указанием составной части ОД с точностью, до которой определяется место отказа (неисправности).
Условная вероятность необнаруженного отказа (неисправности) при диагностировании (контроле) - вероятность того, что неисправный (неработоспособный) ОД в результате диагностирования (контроля) признается исправным (работоспособным).
Условная вероятность ложного отказа (неисправности) при диагностировании (контроле) - вероятность того, что исправный (работоспособный) ОД в результате диагностирования (контроля) признается неисправным (неработоспособным).
Условная вероятность необнаруженного отказа (неисправности) в данном элементе (группе) - вероятность того, что при наличии отказа (неисправности) в результате диагностирования принимается решение об отсутствии отказа (неисправности) в данном элементе (группе).
Условная вероятность ложного отказа (неисправности) в данном элементе (группе) - вероятность того, что при отсутствии отказа (неисправности) в результате диагностирование принимается решение о наличии отказа (неисправности) в данном, элементе (группе).
Тема 1.8 Основные задачи диагностирования ТС ОД
Диагностирование ОД как процесс определения его ТС включает решение трех задач:
1) изучение ОД и его рабочего процесса (либо его узлов, элементов, подпроцессов и т.д.);
2) построение алгоритмов диагностирования;
3) разработка средств диагностирования.
Задача изучения, например, судового дизеля как ОД связана с исследованием функционирования исправного состояния дизеля, выделением основных его элементов и связей между ними, анализом возможных их ТС, определением параметров, характеризующих ТС дизеля и (или) его элементов, пределов, характера изменения и технической возможности их контроля, оценкой степени детализации возможных мест, видов, причин и частоты появления дефектов (глубины диагностирования), сбором данных о затратах, связанных с осуществлением элементарных проверок.
Для решения перечисленных задач обязательно требуются экспериментальные исследования и анализ процедур диагностирования конкретных судовых дизелей на практике. Указанный фактор является наиболее уязвимым в области диагностирования. Несмотря на то, что ответ на часть вопросов можно найти в специальной технической литературе, все равно для проверки алгоритма диагностирования требуется проведение натурного эксперимента (активного и (или) пассивного).
Стремление к теоретическому обобщению процесса диагностирования дизеля при ограниченной информации о его ТС предопределяет широкое использование формального описания, т.е. математического моделирования.
Модель физического или технического объекта, процесса или системы - это упрощенное их представление в форме отличной от формы их реального существования, сохраняющее с некоторой точностью те их свойства, характеристики и параметры, которые интересуют исследователя.
Математическая модель - модель ОД, использующая для моделирования математический аппарат, в том числе и логический.
Наиболее распространенные способы математического описания, используемые при разработке и исследовании дизелей (дифференциальные и разностные уравнения, структурные схемы), оказываются недостаточными для диагностирования, поскольку в явной форме не отражают процесс появления дефектов и их влияния на ТС дизелей. Необходимы такие математические модели, которые наилучшим образом учитывали бы все стороны явлений, характерных для рабочего процесса дизеля. При этом в первую очередь требуются модели диагностирования отдельных элементов дизеля, без которых глубина диагностирования будет явно недостаточной - процесса впуска воздушного заряда, процесса его сжатия, процесса впрыска топлива и его горения, процессов выпуска отработавших газов и продувки, рабочего процесса плунжерной пары, движения топлива по трубопроводу высокого давления, форсунки, динамики движения вращающихся и поступательно движущихся масс дизеля (коленвал, шатун, поршень, палец), рабочего процесса агрегатов наддува и т.д.
Такую задачу обеспечивают в достаточно полном объеме имитационные модели, которые не только обеспечивают точность повторения реакции ОД на входные воздействия, но и практически полностью (с учетом заданной точности) повторяют его внутреннюю структуру.
Представление математической модели дизеля и его отдельных элементов диагностирования в сочетании с его экспериментальными исследованиями является наиболее ответственным этапом в процессе диагностирования дизеля.
Задача построения алгоритмов диагностирования ОД связана с разработкой методов определения и оптимизации алгоритмов поиска в них дефектов с учетом показателей надежности его элементов, временных, материальных и других затрат на реализацию алгоритмов.
Проблемы, возникающие при математическом описании ОД и разработке на его основе алгоритмов диагностирования, тесно взаимосвязаны, поскольку модель должна обеспечивать достаточно простое получение необходимой информации о эталонном (идеальном) рабочем процессе дизеля и его элементов.
Многообразие функций, которые должны выполнять устройства диагностирования (измерение контрольных сигналов, анализ их допустимых уровней, вынесение решений о техническом состоянии объекта, выдача информации о результатах диагностирования и т.п.), в совокупности с широким классом совместно работающих ОД технической системы создают большие трудности при разработке и технической реализации средств диагностирования. Указанная проблема усугубляется и тем, что конструктивные решения, принятые для систем управления техническими системами, как правило, мало учитывают потребности их диагностирования, часто затрудняя доступ к наиболее информативным сигналам управления.
В этих условиях остро стоит вопрос о степени унификации, аппаратном или программном способе реализации средств диагностирования, а также путях их сочленения с ОД.
РАЗДЕЛ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И СРЕДСТВ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
Тема 2.1 Классификация систем технического диагностирования
Системы технического диагностирования (СиТД) могут быть различны по своему составу, назначению, структуре, конструкции, схемотехническим решениям, месту установки. Они, как правило, классифицируются по ряду признаков, определяющих их назначение, задачи, структуру, состав технических средств: по степени охвата ОД; по принципу взаимодействия между ОД и СТД; по используемым средствам технического диагностирования и контроля; по степени автоматизации ОД.
По степени охвата СиТД разделяются на локальные и общие. Под локальными понимают СиТД, решающие одну или несколько задач диагностирования - определения ТС, дефекта или прогнозирования. Общими называют СиТД, решающие все задачи диагностирования.
По принципу взаимодействия ОД и СТД СиТД подразделяют на системы с функциональным диагнозом и системы с тестовым диагнозом. В первых решение задач диагностики осуществляется в процессе функционирования ОД, во вторых решение задач диагностики осуществляется в специальном режиме работы ОД путем подачи на него тестовых сигналов.
По используемым СТД СиТД можно разделить: на системы с универсальными СТД (например универсальные информационно-измерительные комплексы в комбинации со специальным ПО); системы со специализированными средствами (стенды, имитаторы, специализированные СТД); системы с внешними средствами, в которых СТД и ОД конструктивно отделены друг от друга; системы со встроенными средствами, в которых ОД и СТД конструктивно представляют одно изделие.
По степени автоматизации СТД делятся на: автоматические, в которых процесс получения информации о техническом состоянии ОД осуществляется без участия человека; автоматизированные, в которых получение и обработка информации осуществляется с частичным участием человека; неавтоматизированные (ручные), в которых получение и обработка информации осуществляется человеком-оператором.
Аналогичным образом могут классифицироваться также СТД: автоматические, автоматизированные, ручные.
СиТД применительно к ОД прежде должны: предупреждать постепенные отказы; выявлять неявные отказы; осуществлять поиск неисправных узлов, блоков, сборочных единиц и локализовать место отказа.
В системе управления качеством диагностико-прогнозирующие процессы подразделяют на три основные временные составляющие:
прогноз - процесс определения ТС ОД в будущем на конечном временном интервале с заданной достоверностью;
диагноз - процесс определения технического состояния объекта в данный момент;
генезис - процесс определения ТС ОД с определенной точностью на заданном в прошлом временном интервале;
Согласно приведенной выше классификации, техническая диагностика может быть соответственно представлена: как непосредственно техническая диагностика; техническая прогностика; техническая генетика (прогнозирование назад или ретропрогноз).
Такое деление имеет место тогда, когда процесс прогнозирования осуществляется как бы раздельно. Но на практике все три процесса представляют собой неразрывное единство, ибо они выражаются в динамике изменения состояния функционирующей системы или объекта.
Тема 2.2 Последовательность этапов развития систем технического диагностирования
Практическая потребность в решении задач ТД возникла одновременно с появлением объектов, дефекты в которых нужно было находить и устранять. Эти функции стихийно были возложены на оператора (О). Промышленные изделия на заре развития техники отличались несложной конструкцией и выполняли относительно простые функции. Поэтому О мог без особых усилий решать задачу поиска и устранения дефектов. Взаимодействие О и ОД можно рассмотреть с позиции системного подхода и считать их элементами системы диагностирования (СД).
Первую ступень исторического развития СД можно иллюстрировать информационной схемой, приведенной на рис.2, а.
Согласно этой схеме, процесс поиска и устранения дефектов является кибернетическим процессом (кибернетика - наука, определяющая связь живого и искусственного (машины) при осуществлении процесса управления). При этом, имеется некоторая неопределенность относительно текущего технического состояния ОД. В этой ситуации О должен принять решение о состоянии ОД, для чего ему необходимо организовать процесс получения диагностической информации. Приняв решение, О организует воздействие на ОД по устранению дефекта. Таким образом, имеют место все остальные части процесса управления: цель - найти и устранить дефект: получение и обработка информации; принятие решения; управляющие воздействия; устранение дефекта, если принято решение о его наличии.
Согласно рассмотренной схеме, объектом управления является ОД, а все управляющие функции сосредоточены у О. Оператор реализует принятие решения о ТС ОД в виде диагноза (Д).
Рисунок 2 - Этапы развития систем диагностирования
Вторая ступень в развитии СД связана с разделением функций О по принятию решения о техническом состоянии (ТС) (О1) и по реализации управляющего воздействия (О2). Схема такой СД приведена на рис.2, б, при этом один узкий специалист - О1 выявлял диагнозы, а другой узкий специалист устранял выявленные дефекты - О2.
Третья ступень появилась с усложнением ОД, при котором органолептические методы поиска дефектов (с использованием человеческих органов чувств) стали плохо работать. Ограниченность возможностей органов чувств О считается одним из существенных факторов, обусловивших появление и развитие специфической отрасли приборостроения, занимающейся разработкой СТД. На начальном этапе развития на СТД возлагалась одна функция -- усиление и расширение возможностей органов чувств О1. Один из возможных вариантов СД с третьим ее элементом приведен на рис.2, в. Часть информации получают и обрабатывают СТД, а другую часть - О1.
В дальнейшем развитии СД (Четвертая ступень) происходит постепенное перераспределение нагрузки по получении обработке информации в сторону СТД. Этот факт и дальнейшее усложнение ОД привели к усложнению задачи о получении диагноза (принятии решения). О1 не стал обеспечивать требуемого уровня эффективности. В результате решения этой проблемы были разработаны СТД нового поколения, которым были переданы функции по принятию решения, т.е. функции О1, рис.2, г.
Дальнейший процесс в развитии некоторых отраслей техники (Пятая ступень - настоящее время) поставил задачу оперативного (непосредственного) управления техническими средствами сложных ОД путем своевременного переключения на резерв, или перехода на новые рабочие режимы. Эта задача возлагается на автоматические СТД, структура которых не включает О2 (рис.2, д).
Автоматизированные и автоматические СТД предполагают широкое использование вычислительной техники, которая входит в них составным элементом. Это, в свою очередь, выдвигает проблему формализации процессов получения и обработки информации, принятия решения, реализации управляющего воздействия. Такая комплексная проблема известна как проблема разработки диагностического обеспечения. Наиболее трудной задачей этой проблемы считается задача построения диагностической модели (ДМ), которая предназначена для формального отражения процесса изменения ТС ОД. В неявной форме такая ДМ присутствует на всех вышеперечисленных этапах развития СД (рис.2). Особенностью первых трех этапов является то, что ДМ неявно присутствует в сознании О1 и ее качество определяется квалификацией О1. Следующие два этапа требуют разработки явных формальных ДМ.
Тема 2.3 Структура типовой СиТД
На рис.3 представлена развернутая структура типовой СиТД.
Рисунок 3 - Структура типовой СиТД: 1 - датчики сигналов; 2 - линии связи с усилительными устройствами; 3 - коммутаторы; 4 - преобразователи; 5 - измерительный прибор; 6 - индикатор; 7 - дискриминатор; (устройство сравнения), 8 - поле допусков, вычисленные коэффициенты модели ОД; 9 - индикатор вида ТС (документирующее или запоминающее устройство); 10 - управляющее устройство, 11 - стимулирующее (воздействующее на ОД) устройство; 12 - прогнозирующее устройство.
Первичной подсистемой СТД является измерительное устройство, обеспечивающее заданную точность диагностирования. Так как измерительное устройство, как правило, не может прямо измерять все виды параметров сигналов технической системы или ОД, составными элементами СТД являются такие устройства как коммутаторы и преобразователи.
На выходе измерительного устройства формируется информация позволяющая определить техническое состояние объекта. Эта информация путем различных способов отображения может быть представлена оператору или может быть автоматически обработана для дальнейшего использования.
Важным элементом такой обработки является сравнение представленной информации с полем допусков для вынесения решения о виде ТС ОД.
После принятия решения о ТС ОД осуществляются еще две операции: операция управления качеством изделия и операция стимулирования - изменения структуры ОД.
Прогнозирующее устройство способно определять состояние объекта в будущем посредством обработки информации о текущем и прошлом состояниях системы.
В результате работы функциональных подсистем СиТД, за каждой из которых стоит конкретная схемотехническая реализация, и воздействия на тракт помех и шумов, решения о виде ТС всегда выносятся с определенной ошибкой. Из опыта известно, что ошибки диагностирования могут быть допущены в основном из-за неисправности средства диагностирования и больших погрешностях измерений в процессе диагностирования. Этого можно попытаться избежать применением средств контроля и самодиагностики самих СТД.
Исходя из этого, правильное диагностирование ТС ОД будет определяться совокупным состоянием ОД и СТД, характеристиками измерительных устройств и устройства сравнения, а также правильности применяемых методов диагностирования.
Поэтому количественные характеристики показателей диагностирования должны быть представлены вероятностями состояний ОД и СТД, и вероятностями принятия решений о их ТС.
На количественное значение этих вероятностей в той или иной степени оказывают влияние все элементы структурной схемы технического диагностирования. На погрешность точности измерения параметров сигналов в большей степени влияют:
выбор допусков на диапазон изменения диагностируемых параметров;
погрешности преобразования и измерительных приборов;
аддитивные (ступенчатые одиночные) и мультипликативные (повторяющиеся - шум) помехи, возникающие в самом ОД;
шумы в каналах связи и в цепях коммутации;
погрешности сравнения;
ошибки при принятии решения о ТС;
быстродействие системы;
ошибки, возникающие в наборе управляющих и стимулирующих сигналов.
Тема 2.4 Классификация технических средств диагностирования
Техническое диагностирование, как правило, осуществляется путем измерения и контроля количественных значений параметров энергосистемы и, возможно, качественных значений диагностических признаков, анализа и обработки результатов их измерения и контроля, а также путем управления объектами в соответствии с алгоритмом диагностирования.
Диагностический признак - параметр ОД, используемый в установленном порядке (алгоритмом диагностирования) для определения технического состояния ОД. Большое разнообразие ОД и задач ТД привело к тому, что в настоящее время используются СТД самых различных принципов построения и назначения.
Все эти средства отличаются способами технической реализации, конструктивным исполнением и расположением относительно объекта диагностирования, степенью автоматизации и универсальности, принципами воздействия на объект диагностирования, формой обработки и представления информации о состоянии объекта, режимами работы и рядом других признаков.
Основные из них указаны на рисунке 4.
Рисунок 4 - Классификация СТД
К аппаратурным СТД относят различные устройства: приборы, пульты, стенды, специальные вычислительные машины.
Аппаратурные средства, составляющие с объектом диагностирования конструктивно и, возможно, функционально единое целое, являются встроенными аппаратурными средствами диагностирования.
Примерами подобных средств могут быть измерительные приборы (частоты вращения, давления, температуры и т.п.), устройства индикации технического состояния элементов (реле, светоизлучающие диоды, неоновые лампы и т.п.), устройства контроля изоляции и другие, выстроенные в схемы управления дизелями, судовыми электрораспределительными щитами и т.д., часто с целью воздействия результатов диагностирования на работу схем управления.
Если в схемах управления дизелями не предусмотрены встроенные средства диагностирования либо их оказывается недостаточно для диагностирования с требуемой глубиной, то применяют внешние аппаратурные средства диагностирования, выполненные отдельно от конструкции объекта и подключаемые к нему лишь в процессе диагностирования.
Простейшими примерами внешних аппаратурных средств могут быть приборы, присоединяемые к индикаторному крану, моментоскопы, приборы для измерения компрессии и т.п.
Аппаратурные средства диагностирования могут быть специализированными, если они предназначены только для однотипных объектов, или универсальными, если предназначены для объектов различного конструктивного выполнения и функционального назначения.
Программные СТД представляют собой программы, записанные на носителе и применяемые в составе специальных измерительных комплексов, выполненных, как правило, на базе переносных персональных компьютеров.
По степени автоматизации СТД могут быть ручными, автоматизированными и автоматическими.
Применение ручных средств, например, тестеров аналоговых или логических сигналов, требует участия человека-оператора как в подключении СТД к ОД, так и в принятии решений о его ТС. Использование ручных средств дает низкую производительность и недостаточную объективность диагностирования. Как правило, ручные средства выполняются специализированными.
Автоматизированные средства, требуют частичного участия оператора для их подключения к ОД и выбора режимов диагностирования. Основная же процедура диагностирования, включая выдачу информации о ТС ОД, осуществляется автоматически.
Автоматические средства (микропроцессорные комплекты, микро- и мини-ЭВМ) решают задачи диагностирования без вмешательства человека.
Автоматизированные и автоматические средства могут быть как специализированными, так и универсальными Они обладают высоким быстродействием и достоверностью диагностирования.
В зависимости от форм обработки и представления информации СТД могут быть разделены на аналоговые, цифровые, цифро-аналоговые.
По степени воздействия на ОД СТД могут быть активными и пассивными. Активные воздействуют на ОД, посылая в него сигнал, вызывающий реакцию, которая затем и анализируется. Возмущающие сигналы могут быть импульсными, ступенчатыми, гармоническими и др. Пассивные средства выполняют лишь измерения, обработку и оценку сигналов, характеризующих ТС ОД в процессе его эксплуатации, чаще всего на номинальном режиме.
Из всего многообразия средств диагностирования в промышленных ОД наибольшее применение в настоящее время находят аппаратурные средства для определения работоспособности и неисправности отдельных элементов или локальных систем управления ОД. Программные и программно-аппаратурные средства диагностирования получают широкое внедрение по мере распространения микропроцессорных систем управления.
РАЗДЕЛ 3. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ СЭУ
Тема 3.1 Распределение отказов на судне
При построении судовых систем диагностирования необходимо учитывать следующее:
1. Большое разнообразие судового оборудования по используемым физическим принципам (механические, электромеханические, гидравлические, электронные, радиотехнические и др.) затрудняет получение универсальных решений (методов и ТСД).
2. Большое разнообразие конструкций судового оборудования требует построения программы диагностирования с учетом конструкций приборов и устройств. Это усложняет получение универсальных решений и усложняет алгоритмы диагностирования.
3. Наличие на судах как дискретных, так и непрерывных объектов определяет различные подходы при решении задач диагностирования. В оборудовании, построенном по дискретному принципу, информация обрабатывается в соответствии с правилами арифметики или формальной логики, что требует использования подобных же принципов при построении алгоритмов диагностирования. Оборудование непрерывного принципа действия преобразует физические величины в соответствии с заложенными отношениями (непрерывными), поэтому диагностирование подобного оборудования должно предусматривать имитацию в той или иной степени этих отношений.
4. Различия в структуре судового оборудования. Так на судах имеются как одноканальные, так и многоканальные объекты. К многоканальным относят объекты с функциональным резервированием, избыточного выполнения функций или несколькими независимыми трактами. Возникновение дефектов в многоканальных объектах приводит только к снижению надежности функционирования таких объектов (кроме дефектов в последнем работоспособном резервном контуре).
5. Различный уровень надежности судового оборудования затрудняет организацию процесса диагностирования. Трудность сбора статистических данных о надежности судового оборудования, объясняемая ограниченным числом объектов и высокой стоимостью испытаний на надежность, также усложняет принятие решений при определении состояния оборудования на судах.
6. Различные режимы использования оборудования на судах. Судовое оборудование можно использовать в длительном режиме: элементы энергетической и электроэнергетической систем, движительная система, насосы постоянной производительности и др.) и кратковременном режиме: агрегаты выдвижения рулей успокоителей качки, управление ВРШ и др. Диагностирование оборудования с длительным режимом использования связано со сложностями исключения влияния на параметры его функционирования режимных факторов. Диагностировать кратковременно используемое оборудование можно в то время, когда оно простаивает (не выполняет свои рабочие функции) или непосредственно перед использованием. Диагностирование оборудования повторно-кратковременного использования необходимо согласовать с режимом его использования.
7. Высокая степень автоматизации производственных процессов на судах: А1, А2, А3. Необходимо одновременное автоматизированное диагностирование судовых объектов и диагностирование средств автоматики.
8. Ограниченные возможности восстановления судового оборудования из-за недостаточного количества и, зачастую, невысокой квалификации обслуживающего персонала и ограниченного объема запасных деталей. Поэтому при плавании судна в программу диагностирования включают только задачу определения работоспособности. Задачу поиска возникшего дефекта включают в программу диагностирования при нахождении судна на базе (при ремонте). В ряде случаев перед выходом судна в море целесообразно решить задачу прогнозирования, что позволит принять обоснованное решение об использовании оборудования при плавании судна.
9. Большое разнообразие условий диагностирования оборудования во многом определяет место расположения средств технического диагностирования (не всегда идеальное).
Можно выделить следующие группы оборудования: энергетическое (дизеля, ГТЗА, АЭУ, гребная электрическая установка, котлы); электрооборудование (генераторы, электродвигатели, распределительные щиты, преобразователи, аккумуляторы); навигационное (гирокомпас, эхолот, авторулевой, автопрокладчик, курсограф, измеритель ветра, качки, эхоледомер, пеленгаторы); радиооборудование (радиолокационные средства, телевидение, радиосредства связи и др.); средства автоматизации, палубные механизмы (швартовные и буксировочные лебедки, якорные и швартовные шпили, грузовые лебедки, стрелы, краны), внутритрюмные механизмы (грузовые устройства, элеваторы); рефрижераторное (холодильные системы, кондиционеры) и др.
Расходы на контроль и ремонт энергетической установки и электрооборудования судна составляют около 80 % общих затрат на контроль и ремонт судна. О распределении отказов в судовых машинах и механизмах свидетельствуют результаты многочисленных анализов, которые, однако, весьма противоречивы. Имеющиеся данные указывают, что на ГД приходится 30-50 % всех дефектов. Из них - 84, 9% от всех отказов, составляют отказы главного двигателя. Для более точной оценки важности (а не частоты) отказов энергетической установки можно рассмотреть такой показатель, как время простоя в результате появления отказа (табл. 2).
Таблица 2 - Распределение отказов подсистем главных двигателей KZ70/120, установленных на судах разных типов
|
Наименование |
Средняя продолжительность простоя, мин |
Время простоя, % |
|
|
Блок цилиндров, поршневая группа |
211 |
33, 5 |
|
|
Насос подачи топлива |
65, 1 |
14, 7 |
|
|
Форсунка |
33, 6 |
23, 5 |
|
|
Турбокомпрессор |
97, 2 |
13, 2 |
Отчетливо проявляется максимальная концентрация отказов в подсистемах ЦПГ - топливо - наддув. Причины отказов судовых ДВС (крейцкопфных): износ ? 44, 7%, поломка ? 11%, загрязнение ? 8, 5 %, эрозия, кавитация, коррозия ? 6, 6 %, негерметичность ? 5, 7 %, старение материала ? 3, 7 %, заклинивание ? 3, 7 %.
Износ, поломка и загрязнение вызывают > 60 % всех отказов.
Тема 3.2 Структура СЭУ, подсистемы СЭУ
Рисунок 5 - Пример части структуры главного двигателя
Рисунок 6 - Структура систем главного двигателя СЭУ
Главной подсистемой является цилиндропоршневая группа, в которой вырабатывается энергия для осуществления основных функций двигателя.
Тема 3.3 Основные неисправности и их признаки в подсистемах СЭУ
Топливная система и система «ЦПГ»
Нормальная работа дизеля характеризуется определенным изменением давления и температуры. График процесса изменения давления в цилиндре в зависимости от угла поворота коленчатого вала (развернутая индикаторная диаграмма) содержит информацию о работе ЦПГ. График процесса изменения давления (в зависимости от того же параметра) в системе впрыскивания дает информацию о работе топливной аппаратуры (топливной системы).
Часто, в практике диагностирования, эти графики объединяют и дополняют графиком хода иглы форсунки (если его можно получить).
По виду этих объединенных графиков можно судить о состоянии ЦПГ и топливной системы дизеля (т.е. об основных системах дизеля).
Для рабочего процесса важны следующие моменты: давление впрыскивания; ход иглы форсунки; давление в цилиндре; НФ - начало работы форсунки; НВ - начало впрыскивания; КВ - конец впрыскивания;
НГ - начало горения; в - угол впрыска; нв - угол опережения впрыска;
з - угол задержки воспламенения.
Распределение температур в поршне, цилиндре, по крышке цилиндра, при стационарном режиме работы, является характерным для каждого двигателя. Поэтому также может рассматриваться в качестве диагностического параметра.
Рисунок 7 - Объединенные индикаторная и топливная диаграммы: 1 - давление в цилиндре; 2 ? ход иглы форсунки; 3 - давление впрыска.
Типичные неисправности и их определение.
Для ЦПГ и подсистемы «топливо» типичные неисправности следующие:
1. Износ поршневого кольца, поломка кольца, заклинивание кольца, разбивание паза кольца, трещины в поршне.
2. Для втулки цилиндра - трещины или негерметичность уплотнения, засорение смазочных пазов или отверстий, загрязнение продувочных окон, износ пары «поршень - цилиндр», кавитация.
...Подобные документы
История дисциплины "Техническая диагностика". Теоретические принципы технической диагностики. Установление признаков дефектов технических объектов. Методы и средства обнаружения и поиска дефектов. Направления развития методов и средств диагностики.
реферат [1,1 M], добавлен 29.09.2008Принцип строения, выбор параметров и расчет мощности судовых энергетических установок. Распределение энергии на судне. Валогенераторы общесудового назначения. Типы и параметры судовых паровых котлов. Устройство основных элементов судового валопровода.
учебное пособие [1,9 M], добавлен 28.10.2012Основы старения и износов деталей судовых механизмов. Обнаружение усталостных повреждений коленчатых валов магнитопорашковым методом, восстановление их работоспособности нанесением покрытий. Точность сборки кривошипно-шатунного механизма судовых дизелей.
курсовая работа [591,1 K], добавлен 17.03.2015Моделирование системы автоматического регулирования давления пара в пароводяном барабане судовых паротурбинных установок с пропорциональным гидравлическим регулятором. Построение диаграммы переходных процессов в зависимости от параметров регулятора.
курсовая работа [864,4 K], добавлен 12.03.2011Специфика и применение теплового метода неразрушающего контроля и технической диагностики. Температура как неотъемлемый индикатор работы технических установок и сложных систем. Характеристика структурных и тепловых процессов в конструкционных материалах.
реферат [893,0 K], добавлен 11.11.2010Признаки исправности машины и предпосылки ее поломок. Методы и средства диагностирования дизельного двигателя, необхомые инструменты, причины нарушения нормальной работы его системы питания. Порядок определения герметичности форсунки прибором КП 1609А.
контрольная работа [647,5 K], добавлен 23.07.2009Автоматика судовых энергетических установок и аппаратуры контроля, ее структура и элементы, функциональные особенности. Системы автоматической сигнализации и защиты. Судовые котельные установки и регулирование их работы, вентиляция и кондиционирование.
отчет по практике [882,5 K], добавлен 13.05.2016Сущность, физические основы и методы диагностики автомобилей. Выбор диагностических параметров для оценки технического состояния и постановка диагноза. Структурно-следственная схема цилиндропоршневой группы двигателя. Средства технической диагностики.
курсовая работа [439,2 K], добавлен 18.02.2009Анализ комплексной автоматизации управления вспомогательными механизмами энергетических установок и судовых систем. Общее расположение и архитектура судна. Техническое описание системы кондиционирования воздуха. Реализация диспетчерского уровня системы.
дипломная работа [5,5 M], добавлен 25.08.2010Обзор современных средств очистки и диагностики внутренней полости нефтепроводов. Разработка программы управления технологическими процессами на камере пуска и приёма средств очистки, диагностики для промышленного контроллера. Устройство и работа системы.
дипломная работа [4,4 M], добавлен 22.04.2015Условия работы, нагрузки коленчатых валов, природа усталостных разрушений. Виды повреждений и причины отказа, дефекты коленчатых валов судовых дизелей. Технологические методы восстановления и повышения износа. Определение просадки и упругого прогиба вала.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 27.07.2015Элементы конструкции и технические данные форсунки дизеля. Периодичность, сроки контроля технического состояния и выполнение ремонтов. Процесс очистки, ведомость дефектации форсунки и его деталей. Выбор и обоснование способа устранения неисправностей.
курсовая работа [312,1 K], добавлен 24.02.2015- Проект зоны ТО-1 с разработкой технологии диагностирования рулевого управления автомобиля ЗИЛ-431410
Особенности организации ремонта техники и обеспечение технической готовности машин к выполнению работ. Неисправности рулевого управления автомобиля, их признаки и способы устранения. Технология диагностики рулевого управления автомобиля ЗИЛ-431410.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 04.02.2023 Виды и состав газов, образующихся при разложении углеводородов нефти в процессах ее переработки. Использование установок для разделения предельных и непредельных газов и мобильных газобензиновых заводов. Промышленное применение газов переработки.
реферат [175,4 K], добавлен 11.02.2014Понятие и классификация научно-технической продукции, ее разновидности. Особенности ее документального оформления, законодательное регулирование этой сферы. Методы передачи научно-технической продукции потребителям в отечественной и мировой практике.
контрольная работа [31,7 K], добавлен 25.11.2015Инженерные расчеты трубопроводов разных диаметров, балластных насосов разных типов, применяющихся на судах. Классификация судовых систем, перспективы их развития. Составные части систем. Основные требования к балластной системе. Требования МАРПОЛ 73/78.
курсовая работа [577,1 K], добавлен 10.12.2013Комплексная разработка инструкции по технической эксплуатации полиграфического оборудования на примере машины для автоматического изготовления всех типов флексографских печатных пластин "DuPont-Cyrel". Инструкции по выяснению и устранению ошибок.
контрольная работа [29,9 K], добавлен 18.12.2013Основные принципы и методы диагностики. Особенности метода вибрационного контроля и акустической эмиссии. Осевые компрессоры: основные элементы, принцип действия. Краткая характеристика программы диагностики неисправностей агрегата ГПА-Ц-6,3 и ГТК-10-4.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 02.03.2015Сущность и значение научно-технической революции (НТР), основные направления реализации научно-технической деятельности на современном этапе. Область применения био- и нанотехнологий, анализ положительных и отрицательных моментов новых направлений НТР.
курсовая работа [42,2 K], добавлен 29.03.2011Общее понятие о мясорубке как о технической системе. Конструктивная схема, описание, назначение. Разделение мясорубки с точки зрения технической системы. Функции, выполняемые каждым элементом. Совершенствование действия мясорубки как технической системы.
контрольная работа [3,3 M], добавлен 18.12.2009
