Способ экспресс-диагностирования турбокомпрессора дизельного двигателя Российский патент 2022 года по МПК G01M15/00 F02B39/16 

Изобретение относится к испытаниям лопаточных машин, в частности турбокомпрессоров, используемых для наддува дизельных двигателей и может найти широкое применение при испытаниях, в том числе в процессе эксплуатации транспортного средства без применения специальных нагрузочных устройств и демонтажа турбокомпрессора с двигателя.

Известен способ испытания турбокомпрессора, реализованный в конструкции стенда, заключающийся в том, что на вход в турбину подают газ, на вход в компрессор, приводимый во вращение турбиной, подают окружающий воздух, измеряют параметры газа и воздуха и определяют показатели работы турбокомпрессора, причем, по меньшей мере, на части режимов прекращают подачу на вход в компрессор окружающего воздуха и вместо него подают сжатый воздух (патент РФ №2030726 МПК: G01M 15/00 «Способ испытания турбокомпрессора», опуб. 10.03.2003 г.).

Недостатками данного способа являются:

отсутствие возможности проводить испытания турбокомпрессора непосредственно на двигателе транспортного средства, при соблюдении условий диагностирования по ограниченным параметрам за ограниченное время;

необходимость проведения операций по демонтажу турбокомпрессора с двигателя для проведения технического диагностирования, в том числе при вероятности его работоспособного состояния.

Кроме того, из-за отсутствия критериев оценки технического состояния турбокомпрессора не обеспечивается достаточная степень достоверности результатов его диагностирования.

Известен способ испытания турбокомпрессора дизельного двигателя, заключающийся в том, что запускают двигатель, обеспечивают его прогрев на минимальных оборотах холостого хода, перемещают орган управления топливоподачей с заданным темпом, измеряют частоту вращения коленчатого вала и давление воздуха во впускном коллекторе двигателя, в момент достижения частоты вращения коленчатого вала величины, равной номинальному значению, производят отключение подачи топлива в двигатель, величину, характеризующую темп возрастания давления воздуха во впускном коллекторе в момент отключения подачи топлива, используют в качестве первого критерия оценки, измеряется промежуток времени от момента отключения подачи топлива до момента достижения величины давления воздуха во впускном коллекторе своего максимально возможного значения, указанный промежуток времени принимается в качестве второго критерия оценки, техническое состояние турбокомпрессора двигателя производят по совокупности двух определенных критериев (авторское свидетельство СССР №1741004 A1: G01M 15/00 «Способ определения технического состояния турбокомпрессора дизеля»).

Недостатками данного способа являются:

контроль параметров работы турбокомпрессора только по давлению наддувочного воздуха после компрессорной части, без учета его температуры, а также контроля температуры отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора, что не позволяет делать объективное заключение о правильности функционирования турбокомпрессора;

отсутствие параметров условий проведения испытаний;

проведение испытаний в условиях, не учитывающих фактическое техническое состояние двигателя, в частности состояние цилиндропоршневой группы, которое оказывает непосредственное влияние на параметры наддува;

проведение испытаний в условиях, не учитывающих фактическое состояние элементов системы очистки воздуха (воздушных фильтров), влияющих на параметры наддувочного воздуха;

прекращение подачи топлива в момент достижения частоты вращения коленчатого вала номинальных значений, что влечет за собой прекращение подачи масла к подшипниковому узлу турбокомпрессора, который продолжает свою работу до полной остановки ротора турбокомпрессора в условиях «масляного голодания», что влечет за собой возникновение теплонапряженности подшипникового узла, сопряженных с ним деталей, сокращение ресурса этого узла.

Предлагаемый новый способ:

позволяет учесть все особенности и недостатки вышеуказанных способов;

направлен на выполнение мероприятий экспресс-диагностирования турбокомпрессора - диагностирования по ограниченным параметрам за заранее установленное время;

повышает степень достоверности результатов диагностирования турбокомпрессора за счет введения дополнительных критериев оценки, определяемых в рамках выполнения экспресс-диагностирования турбокомпрессора непосредственно на двигателе транспортного средства.

Технический результат достигается тем, что на двигателе монтируют комплект измерительных приборов устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора, в котором введен массив эталонных данных, необходимых для формирования показателей оценочных критериев, отсоединяют фильтр очистки воздуха, производят пуск двигателя, обеспечивают его прогрев, измеряют давление наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Р_к1), дополнительно измеряют давление газов в картере двигателя (Р_кг1), температуру наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Т_к1), температуру отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора (Т_т1), затем перемещают орган управления топливоподачи в положение максимальной подачи с заданным темпом, начало перемещения органа топливоподачи является началом временного отсчета измерений (t₁). В момент, когда давление наддувочного воздуха достигает номинального значения (по паспортным данным для диагностируемого турбокомпрессора) (Р_к2), фиксируют давление газов в картере двигателя (Р_кг2), температуру наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Т_к2), температуру отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора (Т_т2), после этого орган управления топливоподачи возвращают в положение минимальных оборотов холостого хода, при этом момент достижения давления воздуха после компрессорной части турбокомпрессора номинального значения считается окончанием временного отсчета измерений (t₂), производят окончательный расчет оценочных критериев. Техническое состояние турбокомпрессора двигателя определяют по выполнению условий измеренных параметров к заданным критериям оценки: Р_кг1, Р_к1, Т_к1, Т_т1, ΔР_кг (ΔР_кг=Р_кг2-Р_кг1), ΔР_к (ΔР_к=Р_к2-Р_к1), ΔТ_к (ΔТ_к=Т_к2-Т_к1), ΔТ_т (ΔТ_т=Т_т2-Т_т1), Δt (Δt=t₂-t₁), ΔР_к/Δt.

На фиг. 1, поз. 1-4 - кривые, представлен график изменения: давления наддувочного воздуха после турбокомпрессора Р_к - кривая 1; температуры наддувочного воздуха после турбокомпрессора Т_к - кривая 2; температуры отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора Т_т - кривая 3; давления газов в картере двигателя Р_кг - кривая 4. На фиг. 2, поз. 1-9 - конструктивные элементы представлена функциональная схема устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора для реализации способа.

Комплект измерительных приборов устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора устанавливается на двигатель 1 с турбокомпрессором 2 и содержит: быстросъемный адаптивный блок 3 с комплектом датчиков измерения контролируемых параметров (датчик температуры воздуха 4 после компрессорной части, датчик давления воздуха 5 после компрессорной части); датчик температуры отработавших газов 6 на входе в турбинную часть турбокомпрессора; отдельный датчик давления газов 7 в картере двигателя; блок-модуль обработки и преобразования сигналов от измерительных датчиков 8; устройство вывода информации (электронный планшет, ноутбук) 9 с установленным прикладным программным обеспечением. Все датчики давления и температуры соединены с устройством вывода информации через блок-модуль обработки и преобразования сигналов.

Способ реализуется следующим образом.

В целях получения достоверных результатов измерений испытания проводятся в пункте (на станции) технического обслуживания при обеспечении параметров окружающей среды, соответствующих требованиям нормативной документации, определяющей условия использования контрольно-измерительных приборов и объекта диагностирования.

Производится демонтаж соединительного рукава (резинового манжета), размещенного после компрессорной части турбокомпрессора 2. На место соединительного рукава устанавливается быстросъемный адаптивный блок 3 с комплектом датчиков измерения контролируемых параметров 4 и 5. На входе в турбинную часть турбокомпрессора устанавливается датчик температуры 6. Вместо штатной крышки маслозаливной горловины устанавливается крышка с установленным датчиком давления газов в картере двигателя 7. В целях исключения сопротивления всасываемого воздуха турбокомпрессором в системе питания двигателя воздухом отсоединяют фильтр очистки воздуха.

На устройстве вывода информации 9 по средствам установленного прикладного программного обеспечения вводится массив данных, необходимых для формирования показателей оценочных критериев в момент времени t₁-t₂, в зависимости от модификации двигателя, на котором установлен турбокомпрессор (параметры температуры и давления окружающего воздуха, давление и температура воздуха после компрессорной части, температуры отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора, давления газов в картере двигателя, а также допускаемые неличины их изменения при переходном режиме работы).

Блок-модуль обработки и преобразования сигналов от измерительных датчиков 8 подключается к устройству вывода информации 9, на котором запускается прикладное программное обеспечение, позволяющее визуально отображать величины измеряемых параметров наддува.

Осуществляется пуск двигателя, в результате чего турбокомпрессор 2 начинает нагнетать воздух в цилиндры двигателя 7. Производится прогрев двигателя 1 до рекомендованной температуры охлаждающей жидкости. После прогрева двигателя 7 измеряют давление газов в картере двигателя, давление и температуру наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора, температуру отработавших газов в турбинной части турбокомпрессора, затем перемещают орган управления топливоподачи в положение максимальной подачи с заданным темпом и фиксируют время t₁. В момент, когда давление наддувочного воздуха достигает номинального давления (по паспортным данным для диагностируемого турбокомпрессора), фиксируют давление газов в картере двигателя, температуру наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора, температуру отработавших газов в турбинной части турбокомпрессора и время t₂, после этого орган управления топливоподачи возвращают в положение минимальных оборотах холостого хода. В период времени t₁-t₂ сигналы с датчиков 4, 5, 6 и 7 поступают на блок-модуль обработки и преобразования сигналов от измерительных датчиков 8. После чего информация поступает на устройство вывода информации 9, где с помощью установленного прикладного программного обеспечения информация обрабатывается и по средствам специального интерфейса визуально отображается на экране устройства вывода информации. Определяется значение ΔР_кг, ΔР_к, ΔТ_к, ΔТ_т, Δt, ΔР_к/Δt.

По измеренным и определенным параметрам Р_кг1, Р_к1, Т_к1, Т_т1, ΔР_кг, ΔР_к, ΔТ_к, ΔТ_т, Δt, проверяется выполнение следующих условий:

Р_кг1≤[Р_кг1]; Р_кг1≥[Р_к1]; Т_к1≤[Т_к1]; Т_т1≤[Т_т1]; ΔР_кг≤[ΔР_кг]; ΔР_к≥[ΔР_к]; ΔТ_к≤[ΔТ_к]; ΔТ_т≤[ΔТ_т]; ΔР_к/Δt>[ΔР_к/Δt], где [Р_кг1], [Р_к1], [Т_к1], [Т_т1], [ΔР_кг], [ΔР_к], [ΔТ_к], [ΔТ_т], [ΔР_к/Δt] - эталонные значения критериев оценки.

В случае выполнения перечисленных условий турбокомпрессор считается работоспособным. В случае невыполнения условий Р_кг1≤[Р_кг1] или ΔР_кг≤[ΔР_кг] делается заключение о возможном наличии неисправностей как в цилиндропоршневой группе, так и в турбинной части турбокомпрессора, что требует в первую очередь локального исследования состояния цилиндропоршневой группы. В случае невыполнения остальных из перечисленных условий делается заключение о наличии неисправности в турбокомпрессоре и необходимости его демонтажа и дальнейшего исследования на специализированных стендах.

Применение данного способа экспресс-диагностирования турбокомпрессора двигателя:

позволяет сделать заключение о техническом состоянии диагностируемого турбокомпрессора;

позволяет сделать заключение о возможности (невозможности) его дальнейшей безаварийной эксплуатации;

исключает проведение операций по ненужному демонтажу работоспособного турбокомпрессора;

предполагает экспресс-диагностирование как одного, так и нескольких турбокомпрессоров, одновременно устанавливаемых на двигателе, что обеспечивается оборудованием указанного устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора дополнительными комплектами измерительных датчиков;

дает возможность снизить число неплановых ремонтов до 10% и спрогнозировать вероятное время отказа турбокомпрессора дизельного двигателя.

Предлагаемый способ соответствует условиям патентоспособности изобретения, так как:

является техническим решением в области испытаний лопаточных машин, относящимся к процессу осуществления экспресс-диагностирования турбокомпрессора с помощью устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора двигателя;

является промышленно применимым на пунктах (станциях) технического обслуживания при проведении мероприятий технического обслуживания и ремонта транспортных средств;

обладает новизной, заключающейся в том, что при соблюдении условий проведения экспресс-диагностирования, посредством применения устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора, обеспечивается возможность одновременного диагностирования как одного, так и нескольких турбокомпрессоров установленных непосредственно на одном двигателе транспортного средства, при этом, благодаря возможностям современного вычислительного оборудования, обеспечивается возможность контроля большего количества оценочных критериев в рамках сохранения временного промежутка проводимых испытаний, а также формирования определенной базы результатов проведенных испытаний, с целью прогнозирования остаточного ресурса (времени очередного технического диагностирования).

Использованные источники информации:

1. Гражданский кодекс Российской Федерации, часть четвертая от 18 декабря 2006 года №230-ФЗ, глава 72 «Патентное право».

2. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2009.

3. «СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРА». Патент на изобретение №2030726 от 10.03.2003 г. Федеральная служба по интеллектуальной собственности.

4. «СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРА ДИЗЕЛЯ». Авторское свидетельство №1741004 от 03.05.1989 г. Государственный комитет по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.

Изобретение относится к испытаниям турбокомпрессоров, используемых для наддува дизельных двигателей. Способ испытания турбокомпрессора заключается в том, что на двигателе монтируют комплект измерительных приборов устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора, в котором введен массив эталонных данных, необходимых для формирования показателей оценочных критериев, отсоединяют фильтр очистки воздуха, производят пуск двигателя, обеспечивают его прогрев, измеряют давление 1 наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Р_к1), давление 4 газов в картере двигателя (Р_кг1), температуру 2 наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Т_к1), температуру 3 отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора (Т_т1), затем перемещают орган управления топливоподачи в положение максимальной подачи с заданным темпом, начало перемещения органа топливоподачи является началом временного отсчета измерений (t₁). В момент, когда давление наддувочного воздуха достигает номинального значения для диагностируемого турбокомпрессора (Р_к2), повторно фиксируют давление газов в картере двигателя (Р_кг2), температуру наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Т_к2), температуру отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора (Т_т2). После этого орган управления топливоподачи возвращают в положение минимальных оборотов холостого хода, при этом момент достижения давления воздуха после компрессорной части турбокомпрессора номинального значения считается окончанием временного отсчета измерений (t₂), производят окончательный расчет оценочных критериев. Техническое состояние турбокомпрессора двигателя определяют по соотношению измеренных параметров к заданным критериям оценки. Применение данного способа экспресс-диагностирования турбокомпрессора двигателя позволяет сделать заключение о техническом состоянии диагностируемого турбокомпрессора без проведения операций по демонтажу турбокомпрессора; предполагает экспресс-диагностирование как одного, так и нескольких турбокомпрессоров, одновременно устанавливаемых на двигателе; дает возможность снизить число неплановых ремонтов до 10% и спрогнозировать вероятное время отказа турбокомпрессора дизельного двигателя. 2 ил.

Способ испытания турбокомпрессора, заключающийся в том, что на двигателе монтируют комплект измерительных приборов устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора, в котором введен массив эталонных данных, необходимых для формирования показателей оценочных критериев, отсоединяют фильтр очистки воздуха, производят пуск двигателя, обеспечивают его прогрев до рекомендуемой температуры охлаждающей жидкости, после чего измеряют давление наддувочного воздуха, отличающийся тем, что при помощи оборудования устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора дополнительно измеряют давление газов в картере двигателя, температуру наддувочного воздуха, температуру отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора, после чего перемещают орган управления топливоподачи в положение максимальной подачи с заданным темпом, при этом начало перемещения органа топливоподачи является началом временного отсчета измерений, в момент, когда давление наддувочного воздуха достигает номинального значения, фиксируют давление газов в картере двигателя, температуру наддувочного воздуха, температуру отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора, после этого орган управления топливоподачи возвращают в положение минимальных оборотов холостого хода, при этом момент достижения давления воздуха после компрессорной части турбокомпрессора номинального значения считается окончанием временного отсчета измерений, производят окончательный расчет оценочных критериев, техническое состояние турбокомпрессора двигателя определяют по выполнению условий измеренных параметров к заданным критериям оценки.