Діагностичний контроль робочого процесу суднових дизелів в експлуатації

АНОТАЦІЯ

Варбанець Р.А. Діагностичний контроль робочого процесу суднових

дизелів в експлуатації. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.03 - Двигуни і енергетичні установки. - Одеська національна морська академія, Одеса, 2010.

Розроблено методи комплексного діагностичного контролю робочого процесу дизельних СЕУ в експлуатації.

Розроблено методи поділу функцій діагностичного контролю та аналітичний метод синхронізації даних, що ґрунтується на термодинамічних залежностях робочого процесу. Це дозволило спростити архітектуру і скоротити апаратну частину систем діагностичного контролю. Забезпечена можливість проведення оперативного діагностичного контролю в умовах експлуатації дизельної СЕУ. Розроблені методи підвищили достовірність і скоротили вартість проведення діагностичного контролю, зробивши його доступним для широкого класу морських, транспортних і стаціонарних дизелів.

Розроблено адаптивну математичну модель робочого процесу на базі трифазного розрахунку тепловиділення. Модель дозволяє аналізувати ефективність експлуатаційного режиму, проводити оцінку резерву його навантаження і витрат палива, а також знаходити оптимальне поєднання параметрів паливної апаратури та механізму газорозподілу.

Розроблено програмно-апаратний комплекс діагностичного контролю робочого процесу дизельних СЕУ в експлуатації, що реалізує розроблені методи. Комплекс пройшов випробування в ряді вітчизняних і закордонних судноплавних компаній і був використаний на кораблях ВМФ ЗС України.

Ключові слова: дизельна енергетична установка, діагностичний контроль, робочий процес, паливоподача, газорозподіл, моделювання.

АННОТАЦИЯ

Варбанец Р.А. Диагностический контроль рабочего процесса судовых

дизелей в эксплуатации. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.03 - Двигатели и энергетические установки. - Одесская национальная морская академия, Одесса, 2010.

Диссертация посвящена решению научно-технической проблемы повышения эффективности эксплуатации дизельных энергетических установок за счет комплексного диагностического контроля рабочего процесса в условиях эксплуатации. Актуальность проблемы обоснована повышением цен на топливо и ограничениями IMO на выбросы вредных веществ во время эксплуатации дизельных СЭУ. Показано, что необходимым условием эффективной эксплуатации дизельной энергетической установки (с минимальным риском аварии и вреда для окружающей среды) является диагностический контроль термодинамических процессов, происходящих внутри нее. Проведенный анализ показал, что методы и средства диагностического контроля, применяемые ранее, не позволяют эффективно решать эту задачу в условиях эксплуатации, что составляет суть научной проблемы, решению которой посвящена данная работа.

Анализ существующих методов и средств показал, что высокая степень интеграции систем диагностического контроля является, во многих случаях, избыточной для получения практически значимых результатов и, одновременно, недостаточной для качественного моделирования рабочего процесса. Избыточность существующих систем характеризует их сложность, высокую стоимость и малую распространенность на флоте. Для расширения функциональных возможностей с одновременным упрощением структуры и аппаратной части систем диагностического контроля предложено произвести их модульное разделение на информационную и аналитическую части. Это позволило применять современные высокопроизводительные системы сбора и предварительной обработки информации в режиме реального времени, а также мощные математические модели для последующего анализа и параметрической диагностики основных узлов дизельной СЭУ. Разделение функций позволило до необходимого минимума сократить аппаратную часть систем диагностического контроля и перенести основную аналитическую нагрузку на программное обеспечение. Такое решение повысило достоверность и в разы сократило стоимость проведения диагностического контроля, сделав его доступным для широкого класса морских, транспортных и стационарных дизелей.

Наряду с принятием концепции о разделении функций, задача оперативного диагностического контроля рабочего процесса дизельных СЭУ в эксплуатации была решена благодаря методу аналитической синхронизации данных, реализованному в PLS-алгоритме. Аналитический метод, построенный на базе термодинамических зависимостей рабочего процесса, позволил упростить архитектуру диагностических систем и решить ряд проблем, присущих аппаратным методам. В первую очередь, стало возможным проведение оперативного диагностического контроля в условиях эксплуатации дизельной СЭУ. Исключены нестационарные, трудно учитываемые фазовые и амплитудные погрешности определения основных параметров рабочего процесса, зависящие от нагрузочных режимов. Исключена необходимость проведения подготовительных операций, а также связанная с ними необходимость временного выведения энергетической установки из эксплуатации. Исключена необходимость в дополнительных аппаратных средствах. Снизилась трудоемкость и стоимость диагностического контроля, что как раз и являлось одной из основных причин недостаточной распространенности систем параметрической диагностики рабочего процесса дизельных СЭУ на транспортном флоте.

Получил дальнейшее развитие и усовершенствован метод определения основных индикаторных параметров рабочего процесса. Разработан метод оценки фаз топливоподачи, газораспределения и контроля технического состояния топливной аппаратуры и механизма газораспределения, позволяющий с помощью гармонического анализа обработанных вибродиаграмм производить первичную синхронизацию данных. Метод положен в основу диагностического контроля технического состояния указанных узлов без использования базового сигнала давления газов в цилиндре. Разработан алгоритм учета фазовой погрешности сигнала, связанный с конечной скоростью распространения волн давления в канале индикаторного крана.

Прогнозирование эффективности нагрузочного режима, оценка влияния эксплуатационных факторов на характер рабочего процесса, оценка расхода топлива и диагностика технического состояния основных узлов дизельной СЭУ производилась на базе разработанной математической модели рабочего процесса с трехфазным законом тепловыделения в цилиндре. Математическое моделирование позволило анализировать эффективность текущего режима эксплуатации, производить оценку резерва его нагрузки и определять оптимальное сочетание настроечных параметров топливной аппаратуры и механизма газораспределения. Наличие экспериментальных данных позволяет уточнять эмпирические коэффициенты математической модели и метода расчета тепловыделения, а также корректировать расчет эталонных моделей на частичных нагрузочных режимах. Главным преимуществом математического моделирования является возможность оценки расхода топлива на выбранном эксплуатационном режиме и с заданными настройками топливной аппаратуры и механизма газораспределения. Адекватность математической модели была проверена экспериментальным путем на средне- и малооборотных судовых дизеля.

Разработан программно-аппаратный комплекс диагностического контроля рабочего процесса дизельных СЭУ в эксплуатации, реализующий концепцию разделения функций и использующий аналитическую синхронизацию данных. Приведены примеры диагностического контроля рабочего процесса разных типов дизельных СЭУ. Комплекс прошел испытания в ряде судоходных компаний Украины, Росси и иностранных, а также использовался на кораблях ВМФ ВС Украины.

Ключевые слова: дизельная энергетическая установка, диагностический контроль, рабочий процесс, топливоподача, газораспределение, моделирование.

THE ABSTRACT

Varbanets R.A. Diagnostic monitoring of marine diesel engine working process during operation. - Manuscript.

The dissertation on competition of research project for the scientific degree Doctor of Engineering Science in the specialty 05.05.03 - Engines and power plants. - Odessa National Maritime Academy. - Odessa, 2010.

Methods of complex monitoring and analyzing of Diesel engines working process during its operation has been developed.

Methods of division of examination functions and analytical method of data synchronization based on thermodynamic relations of working process has been developed. As result it has been able to simplify structure and to reduce hardware of the monitoring device. Such device allows monitoring and analyzing of ships Diesel engines during their operation. Developed methods have reduced costs of monitoring and increased its reliability making it affordable for wide variety of ships, transport and stationary Diesel engines.

An adaptive mathematical model of working process has been developed using three-phase calculation of heat transfer. The model allows analyze efficiency of the engine operation in real time engine operation thus giving opportunity to estimate a possible maximum load and fuel consumption as well to find an optimal adjustment of the engine injection system and valve gear.

A diesel engine performance analysing system has been developed which enables full examination of working process during the engine operation. The system software is based on methods which are described in this dissertation. The device has passed practical tests in several domestic and foreign shipping companies and it has been used by the Navy of Ukraine too.

Key words: Diesel engine, monitoring and analyzing, working process, fuel injection adjustment, valve gear, mathematical modeling

Размещено на Allbest.ru