СПОСОБ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ Российский патент 1995 года по МПК G01M15/00 

Изобретение касается контроля технического состояния дизелей и может быть использовано в судовом и стационарном энергомашиностроении.

В настоящее время плановые сроки технического обслуживания (ТО) судового оборудования определяются графиками четырехлетнего ремонтно-эксплуатационного цикла и не отражают действительного состояния объекта, что приводит к неоправданному расходу запчастей и трудозатрат на преждевременную профилактику и ремонты. Применение диагностической аппаратуры позволяет перейти к ТО и ремонту по фактическому состоянию объекта и выявлять скрытые неисправности.

При этом наибольшую трудность представляют собой вопросы, связанные, во-первых, с созданием эталонной модели, характеризующей исходное (исправное) состояние дизеля, во-вторых, с разработкой методов идентификации типовых неисправностей.

Известно, что для технического диагностирования дизелей в качестве эталонной модели используют среднее значение параметров по всему дизелю с общим нулевым отсчетом для каждого режима, т.е. вычисляют среднее арифметическое параметра по всему двигателю, что и является общей нулевой базой отсчета.

Этот способ наиболее простой, но сложно выявить неисправности по отдельным цилиндрам дизеля.

Возможно за эталонную модель принимать средние значения диагностических параметров для отдельного цилиндра и, следовательно, базы нулевого отсчета различны для каждого цилиндра.

Этот способ требует сбора достаточно большого статистического материала экспериментальных данных на разных режимах работы двигателя, но точность контроля технического состояния объекта недостаточно высока из-за трудности учета внешних условий эксплуатации судна (загрузка, скорость, крен, дифферент судна, обрастание корпуса и винта) и окружающей среды (погода, море, течение).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является взятый за прототип способ контроля технического состояния энергетического оборудования.

Суть этого способа сводится к следующему: в процессе эксплуатации объекта с нормальным техническим состоянием измеряют величину одного или нескольких входных и выходных параметров на исходном режиме и сравнивают их с аналогичными параметрами на другом режиме работы оборудования, принятом за базовый. Вычисляют относительные эксплуатационные и базовые отклонения соответствующих входных и выходных параметров, далее определяют характеристику распределения (показатель относительно эксцесса) для получения эксплуатационных отклонений входных и выходных параметров, т.е. определяют зону допустимых отклонений этих параметров. О техническом состоянии объекта судят по изменению показателя относительного эксцесса, т.е. по величине отклонения каждого параметра от зоны его допустимого значения.

Недостаток этого способа заключается в том, что при этом не учитывают внешних условий эксплуатации судна, что дает возможность только констатировать об изменении (нарушении) технического состояния объекта, не идентифицируя возникшую неисправность.

Технический результат, получаемый от использования предлагаемого решения, заключается в повышении точности контроля дизеля и идентификации неисправности.

Так же, как и в прототипе, техническое диагностирование дизелей осуществляется путем создания эталонной модели исправного дизеля в виде зависимости одного диагностического параметра от другого, измерения на эксплуатационном режиме этих диагностических параметров и идентификации неисправности путем анализа отклонения измеренных значений диаг- ностических параметров от эталонной модели.

Отличие предлагаемого решения от прототипа заключается в том, что создают эталонную модель дизеля для каждого цилиндра дизеля в виде не менее восьми инвариантных к нагрузке линейных с коэффициентом корреляции ± (0,9-1) зависимостей одного диагностического параметра от другого, в качестве диагно- стических параметров используют параметры рабочего процесса или топливоподготовки, а неисправность идентифицируют путем анализа совокупности и знака отклонений от эталонной модели.

Технический результат достигается при использовании всех признаков формулы (как новых, так и известных) и заключается в более точном диагностировании и идентификации неисправностей дизеля.

На фиг. 1 представлена зависимость давления продувочного воздуха Р_s от среднего индикаторного давления Р_i для цилиндра N 1 дизеля "Бурмейстер и Вайн" (одна из зависимостей эталонной модели); на фиг. 2 то же, зависимость для каждого из цилиндров дизеля.

Способ осуществляется следующим образом. Эталонная модель строится для исправного дизеля и представляет собой набор линейных зависимостей между выбранными диагностическими параметрами. В качестве диагностических параметров можно использовать как значения контролируемых параметров (давление, частота вращения, мощность), так и значения, полученные из их комбинаций путем деления, умножения, вычитания.

Замеры проводят на установившихся режимах работы после окончания прогрева двигателя в диапазоне нагрузок 75-105% и волнении моря не выше трех баллов. Количество замеров для достаточно точного построения зависимостей должно быть не менее 20 на разных режимах работы дизеля, например,
для режима при нагрузке двигателя 75-85%
для режима при нагрузке двигателя 102-105%
шесть режимов при нагрузке двигателя 85-95%
десять режимов при нагрузке двигателя 95-100%
Это количество замеров дает возможность с достаточной точностью определить коэффициент корреляции (r), коэффициенты линейной регрессии (а) и (b) и среднеквадратичное отклонение (σ) для каждого цилиндра в отдельности.

Диагностические параметры выбирают на базе статистической обработки данных, полученных при различных условиях плавания.

Исходя из опыта эксплуатации для получения достаточно достоверной эталонной модели двигателя, необходимо располагать не менее чем 8-ю эталонными зависимостями.

Так, например, для дизеля "Бурмейстер и Вайн" 6Д КРН67/170-7 эталонная модель исправного технического состояния состоит из совокупности 23 зависимостей:
1. Pz Pc f(Pexp)
2. Pz x LPz f(Pi)
3. n/Ni f(Pexp)
4. Pz x LPz f(Pexp)
5. n/Ps f(Pc)
6. Pz x LPz f(Pc)
7. Ps f(Pi)
8. Pexp f(Pi)
9. Ps/n f(Pexp)
10. Pz x Ps f(Pexp)
11. Pi x Ps f(Pc)
12. Pexp f(Pc)
13. Pz x LPz f(Ps)
14. Pc x Pexp f(Ps)
15. Pc x FPz f(Ni)
16. Pexp x FPz f(Ni)
17. Pc x FPz f(Pi)
18. Pi x G f(Pc)
19. Ps x FPopen f(Pc)
20. Pi x G f(Pexp)
21. Pexp x FPz f(Pc)
22. Pexp f(G)
23. Pexp f(FPz), где Рi среднее индикаторное давление, кг/см²;
Рz максимальное давление сгорания, кг/см²;
Рс давление на кривой расширения, соответствующее повороту коленвала на 36^о после ВМТ, кг/см²;
LPz угол, соответствующий давлению Рz, в градусах поворота вала от ВМТ;
Ni мощность цилиндра, кВт;
n частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин;
Рs давление продувочного воздуха, кг/см²;
FPz давление впрыска топлива в момент открывания форсунки, кг/см²;
FPopen давление впрыска топлива в момент открывания форсунки, кг/см²;
LFPopen угол, соответствующий давлению FPopen, в градусах поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки (ВМТ);
G продолжительность подачи топлива, в градусах угла поворота коленчатого вала;
Рехр давление на кривой расширения, соответствующее повороту коленчатого вала на 36^о после ВМТ, кг/см².

Набор линейных зависимостей для каждого цилиндра дизеля с указанием зоны допустимых отклонений (± 2 σ) и составляет эталонную модель. В процессе диагностирования на установившемся режиме работы дизеля замеряют все указанные диагностические параметры (cм. табл. 1).

Полученные данные, например, для первого цилиндра Рi и Рs определяют положение точки Е на фиг. 1. Если точка Е находится внутри зоны допустимых значений, ограниченная линиями АС и BD, то по данной зависимости фиксируется нулевое отклонение, если точка Е расположена выше или ниже указанных линий, то ставится соответствующий знак отклонения (плюс или минус).

Каждой неисправности соответствует своя совокупность отклонений диагностических параметров, которая была определена эмпирическим путем на основе анализа статистических данных для реальных или имитированных неисправностей.

Например для дизеля "Бурмейстер и Вайн" возможны следующие варианты сочетаний значений отклонения диагностических параметров (cм. табл. 2).

Использование: контроль технического состояния дизелей, может быть применено в судовом и стационарном машиностроении. Сущность изобретения: строят эталонную модель для каждого цилиндра дизеля в виде не менее восьми инвариантных к нагрузке линейных с коэффицентом корреляции +-(0,9-1) зависимостей одного диагностического параметра от другого, в качестве диагностических параметров используют параметры рабочего процесса или топливоподготовки, а неисправность идентифицируют путем анализа совокупности и знака отклонений от эталонной модели. 2 ил.

СПОСОБ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДИЗЕЛЕЙ путем создания эталонной модели исправного дизеля в виде зависимости одного диагностического параметра от другого, измерения на эксплуатационном режиме этих диагностических параметров и идентификации неисправности путем анализа отклонения измеренных значений диагностических параметров от эталонной модели, отличающийся тем, что строят эталонную модель для каждого цилиндра дизеля в виде не менее восьми инвариантных к нагрузке линейных с коэффициентом корреляции ± 0,9 1 зависимостей одного диагностического параметра от другого, в качестве диагностических параметров используют параметры рабочего процесса или топливоподготовки, а неисправность идентифицируют путем анализа совокупности и знака отклонений от эталонной модели.