4. Основы диагностики сэу

Система управления главной энергетической установкой СЭУ выполняет функции: управления, регулирования, контроля и диагностирования. Автоматически система решает задачу идентификации текущего состояния СЭУ и обеспечивает ее управление. Диагностирование чаще выполняется вручную ремонтниками и операторами.

Задача автоматизации диагностирования:

- разработка методических основ формализации процесса диагностирования;

- осуществление безразборного определения технического состояния и прогнозирования его изменения.

Прогнозирующими параметрами для СЭУ являются параметры, характеризующие износ сопрягаемых поверхностей и явления усталости. Модель технического состояния представляется в табличной или иной форме. При этом объект представляется в виде структуры (узлов, деталей). Для объекта указываются структурные параметры.

Типовая модель технического состояния поршневого механизма (характер дефекта - износ) представлена ниже в табличной форме

Узел, деталь	Структурные параметры
Поршень - втулка	Зазор S1 между поршнем и втулкой
Кольцо - поршень	Боковой зазор S2 между кольцом и канавкой
Коренной подшипник	Диаметральный зазор S3
Шатунный подшипник	Диаметральный зазор S4

При синтезе модели необходимо решить два основных вопроса:

• выбор узлов механизма для диагностического обеспечения;

• выбор параметров, наилучшим образом характеризующих изменения технического состояния узлов.

Аналитического решения этих задач не существует.

Условие работоспособности СЭУ

,

где Si - прогнозирующий параметр;

- предельное значение прогнозирующего параметра.

Для оценки работоспособности измеряется комплекс параметров Si. Эти параметры удобно пронормировать, сведя к безмерным величинам,

.

Условием работоспособности объекта является

для всех.

Обобщенный показатель работоспособности:

, где- весовые коэффициенты.

1) В исходном состоянии и.

2)По мере приближения к предельному состоянию .

Задание весовых коэффициентов является сложным вопросом.

5. Методы диагностирования сэу

1. Термометрический метод. При наличии связи между температурой в контрольной точке и изменением структурного параметра.

2. Электромагнитный метод основан на бесконтактном измерении взаимных смещений контролируемых поверхностей. Эти результаты сопоставляются со структурными параметрами.

3. Виброакустический метод. Датчики вибрации воспринимают на работающем механизме сложные результирующие сигналы и на их основе определяются структурные параметры. Наиболее сложен поиск диагностических параметров в вибросистеме.

4. Тензометрический метод. Зависимость между деформацией и структурными параметрами. Тензометрические преобразователи.

5. Акустическая эмиссия. Действие комплекса разрушающих факторов “озвучивает” потенциальные источники акустической эмиссии. Сложность выделения прогнозирующих параметров из акустического сигнала. Используется метод в основном в лабораторных условиях и на испытательных стендах.

6. Метод спектрального анализа масла применяется для контроля состояния трущихся узлов. Измеряют концентрацию продуктов износа трущихся деталей. Определяется критическое значение концентрации различных химических элементов в масле.

В укрупненном виде функциональная структура общей технической системы диагностики (ТСД), реализуемая в виде ИС КСУ СТС (информационная система комплексной системы управления судовыми техническими системами) представлена на рис. 31, где МПК - местный пульт контроля, ТВИД - телевизионный индикатор данных, РТА - рулонный телетайпный аппарат, БВВ - блок ввода информации, БС - блок связи, БВа, БВд - блоки ввода аналоговый и дискретной информации, Ипа, ИПд - измерительные преобразователи аналоговые и дискретные.

Эта ТСД имеет распределительную иерархическую структуру с магистральным каналом обмена. Используются две группы оборудования:

- устройства нижнего уровня иерархии выделенное штриховой линией;

- устройства верхнего уровня иерархии.

На нижнем уровне собирается и индицируемая текущая информация о состоянии комплекса СТС, формируется обобщенная информация для устройств верхнего уровня. На этом уровне решаются задачи механического уровня функционирования СТС.

На верхнем уровне мини-ЭВМ реализует задачи технической диагностики энергетического уровня и централизованного контроля параметров с представлением результатов в ЦПУ.

При построении систем используются микропроцессорные комплекты К1801, 1806, 588, 1824, 1810 и другие. Эти комплекты применимы для нижнего уровня.

Программный комплекс системы состоит из трех взаимодействующих между собой частей: операционная система, система контроля и функциональная система.

Система контроля осуществляет тестовый и функциональный контроль аппаратуры ИС, осуществляет необходимую реконфигурацию системы.

Функциональные системы реализуют алгоритмы диагностирования и обработку информации.

Библиографический список

1. Балакирев В.С., Бадеников В.Я. Надежность технических и программных средств автоматизации: Учебное пособие. Ангарск: АТИ, 1994. – 64 с.

2. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1989.

3. Голинкевич Т.А. Прикладная теория надежности: Учебник для вузов по спец. “Автоматизированные системы управления”. - М.: Высшая школа, 1985. - 168с.

4. Когге Ю.К., Майский Р.А. Основы надежности авиационной техники: Учебник, - М.: Машиностроение, 1993. -176с.

5.Труханов В.М. Методы обеспечения надежности изделий машиностроения. М.: Машиностроение, 1995. -304с.

6. Надежность и эффективность в технике. Справочник. В 10т. /Ред. совет: В.С. Авдуевский и др. М.: Машиностроение, 1989.

7. Надежность технических систем. Учеб. пособие для студентов технических специальностей вузов / Под общ. Ред. Е.В. Сугака и Н.В. Василенко. – Красноярск: НИИ СУВПТ, 2000. – 594 с.

8. Технические средства диагностирования. Справочник /В.В.Клюев П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др. - М.: Машиностроение, 1989. - 672с.

9. Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. Учебное пособие. – СПб.: Питер, 2005. – 479 с,: ил.

Диагностика технического состояния дизеля

Для своевременного обнаружения неисправностей, которые могут привести к нарушению работоспособности, экономичности двигателя и к возникновению отказов, осуществляется постоянный контроль правильности функционирования двигателя. На основе данных контроля оценивается текущее состояние СДЭУ и принимается решение о ее дальнейшей эксплуатации, т.е. решается задача технической диагностики СДЭУ.

Используемые средства:

- наружные осмотры с оценкой состояния по внешним признакам;

- измерение и оценка различных параметров режима работы двигателя.

Последний метод требует наличия контрольно-измерительной аппаратуры (термометры, манометры, расходомеры, тахометры, а также регистрирующие приборы). Для диагностики используются: штатные измерительные средства, установленные на дизеле и агрегатах в МО; средства дистанционного измерения и контроля из центрального поста управления (ЦПУ) и рулевой рубки (РР); автоматизированные системы аварийно-предупредительной сигнализации; системы централизованного контроля (СЦК).

На основе контроля параметров и их сравнения с эталонными значениями осуществляется оценка состояния дизеля (диагностика состояния). Однако, задача эта сложна вследствие отсутствия простых связей между изменениями параметров и возникновением отказов.

Для выявления возможных отказов двигателя на основе контрольных измерений используют различные (достаточно сложные) алгоритмы диагностирования.

Алгоритм диагностирования представляет собой совокупность последовательных действий по распознаванию возникшей неисправности. Для описания связей могут использоваться довольно сложные математические методы.

Составляющие задачи диагностирования:

- измерение фактических значений рабочих параметров двигателя;

- определение эталонных значений этих параметров;

- нахождение отклонений фактических параметров от эталонных значений и их запоминание;

- оценка величины отклонений и их характера,

- заключение о фактическом состоянии дизеля и агрегатов.

Диагностика затрудняется сложностью получения достоверных сведений о значениях параметров дизеля и его агрегатов. Можно указать на сложность измерения давления в цилиндре вследствие высокой температуры и большой величины давления. В большинстве случаев необходимо использовать специальные датчики отклонений с целью установления места неисправности и причин ее возникновения (собственно задача диагностирования).

Обобщенная структура задачи диагностирования состояния СДЭУ приведена на рис. 9.

Встроенные средства диагностики.Такие диагностические средства контролируют параметры, обрабатывают измерительную информацию, решают задачу диагностирования и прогнозирования. Основываются на применении дистанционных систем контроля, логических средств обработки измерительной информации, ЭВМ и микропроцессоров. Структура компьютерной системы диагностики показана на рис. 10.

В качестве внешних средств используются специальные контрольно-диагностические системы. Такие системы созданы как в нашей стране, так и за рубежом и используются, в первую очередь, на морских судах. Рассмотрим примеры таких систем.

Прибор К-748. Предназначен для измерение параметров рабочего процесса дизелей. Измеряется угол поворота вала, давление газа в цилиндре, давление воздуха в ресивере. Возможен контроль двух однотипных двигателей с числом цилиндров в каждом до 20. Прибор позволяет измерять и индицировать мгновенные и усредненные значения параметров. На рис. 11 показана схема измерений для одного цилиндра. В системе использованы датчики давления в цилиндре дизеля и надувочного воздуха, кроме этого имеется датчик угла поворота коленчатого вала, который одновременно позволяет контролировать и скорость вращения вала дизеля.

Результаты измерения выдаются на экран монитора или печать. На рис. 12 в качестве примера показан график изменения давления в цилиндре дизеля в зависимости от угла поворота коленчатого вала, построенный системой на экране монитора.

Такой график достаточно полно характеризует рабочий процесс в цилиндре дизеля и позволяет своевременно заметить возникающие отклонения процесса. При этом становится возможной достаточно точная диагностика состояния дизеля. Возможна цифровая обработка результатов измерения.

Комплекс НК-5 фирмы “Аутроника” (Норвегия).Комплекс также предназначен для контроля состояния и рабочего процесса дизеля. С помощью датчиков контролируются следующие параметры:

- высокое давление топлива,

- давление наддува,

- давление газов на выходе,

- угол поворота вала.

Результаты измерения выводятся в виде цифровых значений и графиков на цветной монитор или печатающее устройство. Имеется встроенный микропроцессор. Диагностика осуществляется на основе анализа динамики получаемых измерительных данных (например, по изменению графика давления в цилиндре можно судить об ухудшении распыления топлива форсункой или о запаздывании впрыска топлива (рис. 13)).

График может быть построен для мгновенных значений давления, определяемых в течение одного цикла, или для усредненных значений за несколько рабочих циклов.

Данные накапливаются в памяти процессора, что позволяет производить их последующую статистическую обработку.

Прибор К-766.Прибор предназначен для контроля состояния поршневых колец. В каждую втулку цилиндра над продувочными окнами устанавливается индуктивный датчик ИД (рис. 14). Этот датчик включен в электронную схему измерительного преобразователя ИП. Датчик реагирует на величину зазора между поршневым кольцом и стенкой гильзы цилиндра. При нормальном прилегании кольца к гильзе зазор минимален и в момент прохождения кольца на выходе измерительного преобразователя формируется импульс максимальной величины.

Если кольцо износилось или потеряло упругость, то величина зазора возрастает и импульс становится меньше по амплитуде. Таким образом, по величине импульса ИП можно судить о степени прилегания кольца к гильзе цилиндра. При поломке или залегание кольца в канавке не только уменьшается амплитуда импульса, но и изменяется его форма.

Для автоматизации контроля состояния колец в приборе использован вероятностный метод оценки, в котором автоматически по выбору оператора происходит измерение высоты импульсов от колец и сравнивается с заданной. При выходе за заданную границу загорается сигнальная лампа.

Диагностика с разборкой. При разборке дизеля и агрегатов СДЭУ осуществляется диагностика ответственных деталей и узлов, подверженных интенсивному износу в процессе эксплуатации. С помощью измерительных средств, погрешность которых должна быть, по крайней мере, в три раза меньше измеряемых отклонений, контролируются размеры деталей, и результаты контроля сравниваются с эталонными величинами.

По результатам сравнения судят о величине износа и принимают решение о допустимости продолжения эксплуатации детали или о необходимости ее замены.

Показателем износа подвижного цилиндрического сопряжения (коренный и шатунные подшипники, сопряжение поршень – цилиндровая втулка и др.) является возрастание зазора в соединении сверх допустимого. Для определения фактической величины износа необходимо измерить диаметры вала и втулки, учитывая отклонение от цилиндричности этих деталей (погрешность формы).

Схема измерения при определении износа в цилиндрическом сопряжении показана на рис. 15. Для измерения могут использоваться микрометрические приборы, обеспечивающие погрешность 0,01мм, точные индикаторные приборы с погрешностью 0,001мм. Для учета погрешности формы диаметр вала или отверстия должен измеряться в двух взаимно перпендикулярных сечениях (рис. 16). Из полученных результатов вычисляется среднее значение

.

Так же измеряется диаметр отверстия Dо и определяется зазор в соединении вала с отверстием

.

Полученная величина зазора Δ сравнивается с эталонным значением зазора Δ_э. Если

,

то детали считаются работоспособными. При несоблюдении этого условия детали неработоспособны и узел подлежит ремонту.

С помощью визуальных осмотров разобранных деталей могут быть обнаружены их повреждения: трещины, сколы, выкрашивания, изломы и др. Для измерения неразмерных параметров используются специальные средства. Так для поршневых колец может контролироваться упругость, этот параметр (или усилие) контролируются также для пружин и других упругих элементов конструкций.

Для контроля свойств материала деталей и внутренних дефектов (например, скрытых трещин) используются дефектоскопы, основанные на различных принципах. Наибольшее применение для оперативной диагностики нашли электромагнитные и ультразвуковые дефектоскопы.

63