Диагностирование технического состояния судовых ДВС

по параметрам рабочего цикла

Судовые двигатели внутреннего сгорания работают в зонах с различными метеорологическими условиями, при изменяющемся техническом состоянии основных узлов и деталей.

В эксплуатации происходит ухудшение технического состояния элементов топливной системы высокого давления, цилиндро-поршневой группы, агрегатов наддува, выпускной системы дизеля и других узлов, деталей и систем. Ухудшение технического состояния приводит к нарушению работоспособности дизеля (отказу), выражающемуся в изменении значений параметров его работы за пределами, регламентируемыми нормативно-техническими документами, или к полной его остановке.

В результате воздействия эксплуатационных факторов уменьшается масса воздуха, участвующего в процессе сгорания; нарушается запроектированное заводом-изготовителем протекание процессов распыливания топлива, смесеобразования и сгорания, возрастают потери рабочего тела через неплотности деталей цилиндро-поршневой группы на линии расширения.

Контрольными параметрами для оценки технического состояния могут служить:

- характеристики процессов топливоподачи, сжатия и сгорания в цилиндре ДВС;

- давление и температура воздуха на входе и выходе из турбонагнетателя;

- виброакустические характеристики;

- содержание продуктов износа в системе смазки или в выпускных газах.

Наиболее оптимальным явился бы смешанный способ контроля, включающий вышеприведенные характеристики. Однако на практике применение этих методов одновременно экономически нецелесообразно.

Параметрический метод контроля

Данный метод предполагает исследование влияние ухудшения технического состояния следующих систем ДВС:

- турбонагнетателя (моделируемое соответствующим уменьшением давление наддува);

- топливной системы высокого давления (моделируется снижением среднего давления топлива в форсунке;

- количеством работающих сопловых отверстий в распылителе;

- изменением угла начала воспламенения топлива).

К уменьшению давления воздуха в продувочном коллекторе приводит не только ухудшение технического состояния турбокомпрессора, но и увеличение сопротивления в системе газообмена.

Угол начала воспламенения топлива может измениться не только из-за ухудшения технического состояния элементов топливной системы высокого давления, и ее привода, но и изменения физико-химических характеристик используемого топлива.

При волнении моря судовые ДВС работают на нестационарных режимах, характеризующихся перегрузкой цилиндров по среднему индикаторному давлению на 8-10%, сопровождающемуся нарушением соотношения топливо-воздух в сторону уменьшения коэффициента избытка воздуха при сгорании. Что приводит к увеличению амплитуды колебаний температур в поверхностных слоях деталей цилиндро-поршневой группы.

Кроме того волнение моря, действующее на судно оказывает также динамическое воздействие на ДВС, что вызывает возникновение дополнительных инерционных усилий, в том числе от масс кривошипно-шатунного механизма. При волнении существенно возрастает сопротивление движению судна, что требует снижения соответствующего развиваемой двигателем мощности.

Следовательно, для обеспечения безопасности мореплавания необходимо разработать мероприятия по обеспечению в исследуемом ДВС изменение нагрузок в допустимых пределах.

Задачей диагностирования является оценка текущего состояния важнейших элементов цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и прогнозирование периода до очередного технического обслуживания.

Операциями диагностирования являются:

• проведение замера значений параметров, применяемых в качестве диагностических или входящих в диагностические показатели в качестве составных элементов;

• расчет диагностических показателей;

• сравнение измеренных показателей с эталонными значениями;

• оценка текущего технического состояния;

• прогноз остаточного ресурса.

В качестве диагностических показателей применяются: среднее индикаторное давление Pmi, максимальное давление цикла Pz, давление в конце сжатия Pc, температура отработавших газов t_вг, и их комплексы. К последним можно отнести: Pc/t_вг, Pz/t_вг, Pmi/t_вг, , , , и т.д.

При работе двигателя по винтовой характеристике мощность и среднее эффективное давление изменяется по зависимостям:

} (1)

При изменении гидрометеорологических условий изменение мощности и среднего эффективного давления можно представить

} (2)

где:

Pе_ху – среднее эффективное давление при увеличении (уменьшении) сопротивления движению судна

Pe_x – среднее эффективное давление при расчетном сопротивлении движению судна

Ne_xy – мощность при увеличении (уменьшении) сопротивления движению судна

Ne_x – мощность при расчетном сопротивлении движению судна

В свою очередь

(3)

После подстановки (3) в (1)

(4)

После деления левых и правых частей (4)

(5)

Так как Pmi прямо пропорционально произведению цикловой подачи топлива на индикаторный КПД , то

} (6)

Подставляя (6) в (5) получим

(7)

Если представить для конкретного двигателя g_ц= f(a+b(УН)), то

(8)

С целью оценки влияния наиболее важных эксплуатационных факторов на характеристики работы ДВС необходимо наряду с однофакторным экспериментом применить многофакторный, например 3^к. Опыт применения теории планирования эксперимента к исследованию влияния эксплуатационных факторов показал достаточную сходимость с экспериментальными данными.