Кончаков Е.И. Техническая диагностика судовых энергетических установок

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ им. В.В. Куйбышева)

Е.И. КОНЧАКОВ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА СУДОВЫХ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим

центром в качестве учебно-методического пособия для студентов

направления 652900 «Кораблестроение и океанотехника» вузов региона

Владивосток

2007

УДК 621.515

К 65

Е.И. Кончаков, Техническая диагностика судовых энергетических

установок: учеб. пособие. - Владивосток: Изд - во ДВГТУ, 2007. - 112 с.

В пособии приведены материалы по системам технической диагностики

(ТД), показаны принципы работы таких систем. Большое внимание уделено во-

просам измерения шума и вибрации. Описаны особенности ТД элементов дви-

гателей внутреннего сгорания

. Приведены методики определения неисправно-

стей структурных элементов диагностируемых устройств.

Предназначено для студентов дневной и заочной форм обучения специ-

альности 180103 "Судовые энергетические установки".

Рецензенты: С.В. Чехранов, зав. кафедрой, д-р техн. наук (кафедры судо-

вых двигателей внутреннего сгорания и установок ДВГРТУ); В.В. Пермяков,

зав. кафедрой «ТОРАС», профессор, канд

. тех. наук; В.Ф. Юхименко, канд.

техн. наук (ВГУЭС).

Отпечатано с оригинал – макета, подготовленного автором.

ISBN © ДВГТУ, изд-во. ДВГТУ, 2007

ВВЕДЕНИЕ

Разрушение или отказ в работе, вызванные теми или иными причинами,

практически неизбежно завершают функционирование любой техниче-

ской системы. Нередко случаются и катастрофические аварии, т.е. опасность

аварии существует всегда.

Обычно к авариям приводят ошибки трех типов:

1. Технические ошибки, обусловленные неправильными эксплуатацией

(например при нагрузках больше допустимых), проектированием и изготовле

нием, когда элементы конструкции не соответствуют проекту.

2. Организационные ошибки, вызванные тем, что не предусмотрено орга-

низационных мер, предотвращающих технические ошибки по п.1.

3. Недостаток квалификации, связанной с недостаточно хорошей подго-

товкой персонала для того, чтобы избежать технических и организационных

ошибок. Конструктор должен предвидеть риск, который может возникнуть при

использовании его

конструкции, или технической системы.

Технические устройства различного назначения могут быть достаточно

эффективными только при условии высокой надёжности, которая закладывает-

ся при проектировании устройств. Длительное время это достигали введением

разнообразных коэффициентов запаса при расчётах, обеспечивающих облегче-

ние режимов, в которых работали элементы, детали и устройства в целом при

выполнении ими своих функций

, что приводило к увеличению их срока служ-

бы. При этом устройства получались большими по массе и размерам. Развитие

подвижных объектов (судов, самолетов), создание сложных технических ком-

плексов и систем потребовали уменьшения габаритных размеров и масс.

Стремление уменьшить размеры привело к снижению коэффициентов запаса и

соответственно к уменьшению надёжности разрабатываемых устройств.

Не-

возможность обеспечения абсолютной безотказной работы оборудования и, как

следствие, её высокой эффективности потребовала изыскания новых путей ре-

шения проблемы. И такой путь был найден на стадии эксплуатации. Повыше-

ние эффективности эксплуатации технических объектов связано с необходимо-

стью оценки их состояния, это определило формирование нового научного на-

правления, названного «технической диагностикой». Следует заметить, что со-

стояние оборудования в какой-то степени оценивалось и ранее по штатным

приборам. Но ограниченная информация об оборудовании затрудняла установ-

ление причины нарушения в работе. Поиск

дефекта требовал больших затрат

времени. Ограниченная информация зачастую не позволяла обнаружить дефект

в объекте, который явно не отражался на его функционировании, регулируемом

штатными приборами, но повышал вероятность отказа с течением некоторого

времени.

Техническая диагностика охватывает все вопросы, связанные с оценкой

состояния технических объектов. Под техническими объектами будем пони-

мать технические

устройства, приборы, системы и комплексы, состояние кото-

рых надо оценивать, иногда называют ОД (объект диагностирования).

О СВ В

А ПР

Рис. 1. Схема процесса оценки состояния технического объекта: СВ – специ-

альное стимулирующее воздействие; О – объект; И

– первичная информация;

В – воспрятие; И

– вторичная информация; А – анализ; ПР – принятие решений

Процесс оценки состояния технического объекта включает восприятие

и обработку первичной информации (И

)

от технического объекта (О), состоя-

ние которого оценивают, анализ (А) вторичной информации (И

)

о состоянии

объекта и принятие решения (ПР).

В некоторых случаях для оценки состояния объекта приходится воздей-

ствовать на него, подавая специальное стимулирующее воздействие СВ, вызы-

вающее его реакцию. Функции восприятия и анализа информации о состоянии

объекта, а также принятие решения и воздействия могут выполнять техниче-

ские средства или человек-оператор. Распределение

функций между ними за-

висит от степени автоматизации.

Для возможности оценки состояния объекта необходимо предусмотреть

специальные контрольные входы и выходы, т.е. приспособить объект к провер-

кам, иметь специальные технические средства съёма, ввода и переработки ин-

формации.

Определение состояния технического объекта перед использованием по-

зволяет принять обоснованное решение о возможности его применения по на-

значению или целесообразности режима, в

котором объект предполагается ис-

пользовать; определение состояния объекта в процессе использования по на-

значению позволяет своевременно принять меры, обеспечивающие его долго-

временное безотказное функционирование. Оценка состояния после использо-

вания позволяет убедиться, что объект правильно выполнял свои действия.

Знание состояния объекта имеет и психологическое значение, т.к. повышает

уверенность человека в

правильности принимаемых решений.

Техническая диагностика отвечает на вопросы: что, как, когда и чем про-

верить, а также как проектировать объекты, чтобы их можно было проверить.

Термин «диагностика» происходит от греческого слова diaqnosis – распо-

знание, определение. Впервые распространение он получил в медицине – опре-

деление состояния человека.

В 60-е г.г. ХХ в. появился

термин «техническая диагностика». Вопросы

технической диагностики рассматривались и раньше под терминами: «контроль

состояния», «поиск неисправностей», «определение работоспособности». Ос-

новное внимание при этом уделялось вопросам построения алгоритмов для по-

иска возникших дефектов (неисправности).

В 70-е г.г. растет число публикаций, рассматривается уже комплекс во-

просов: модели объектов; методы и алгоритмы диагностирования,

поддержания

надёжности при возникновении отказов; оптимальные программы диагности-

рования систем; условия и методы определения работоспособности, обнаруже-

ния неисправностей, прогнозирования изменения состояния. В этот же период

вышло первое учебное пособие для высшей школы. В последние годы рассмат-

ривают комплекс вопросов, связанных с проектированием и работой систем ди-

агностирования объектов, в частности СЭУ. В настоящее время проводят рабо-

ты по внедрению качественно нового принципа организации обслуживания

СЭУ. Вместо господствующего календарного и временного принципов вводят

принцип обслуживания по состоянию объекта.

Стремление предупредить отказы обусловило разработку планово-

предупредительной системы обслуживания и

ремонта. Интервалы между об-

служиванием и ремонтами, их объем, и содержание формируются на основе

статических данных, при этом не учитываются особенности конкретного уст-

ройства. Ремонту подвергается устройство, находящееся в удовлетворительном

состоянии, или когда вовремя не устраняется неисправность, что может привес-

ти к аварии.

В результате чего увеличиваются эксплуатационные расходы вследствие

снижения ресурса или из-за несвоевременного ремонта и несоответствия объе-

ма и содержания фактическому состоянию машины, снижение к.п.. из-за не-

своевременного поддержания и восстановления технического состояния или

проведения работ, не требуемых по фактическому состоянию, т.е., повышение

трудовых затрат.

Характерный для последнего времени рост цен на топливо выдвигает на

первый план проблемы экономии энергии, сокращения простоев судна, сниже-

ния стоимости их ремонта. Этому способствует техническая диагностика судо-

вых машин и механизмов, дающая возможность существенно снизить расход

топлива, и позволяющая предотвратить отказы СЭУ, а также являющая эффек-

тивным средством рациональной организации технического обслуживания и

ремонта машин и механизмов. Главным объектом

диагностирования в СЭУ яв-

ляется рабочий процесс двигателя. Техническая диагностика дает возможность

своевременно устранять дефекты, приводящие к возникновению неисправно-

стей в двигателях и отклонению от нормального режима их работы.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Процесс определения состояния объекта называют диагностированием.

Объектом диагностирования (ОД) может быть блок, устройство, прибор, ком-

плекс, состояние которого устанавливают. Часть объекта, которую при диагно-

стировании нельзя разделить на более мелкие части, считают элементом.

Любой ОД состоит из элементов (вплоть до одного). Результат диаг-

ностирования, т.е. заключение о состоянии технического объекта, называют

диагнозом.

Состояние объекта оценивают по диагностическим показателям (пара-

метрам или характеристиками). Каждому состоянию соответствует своё значе-

ние диагностических показателей. Если объект может выполнить возложенные

на него функции, его называют работоспособным, а состояние работоспособ-

ным состоянием. Изменение диагностического показателя недопустимым об-

разом говорит

о том, что в объекте возник дефект. В объекте, состоящем из не-

скольких элементов, дефектом будет нарушение связи или появление лишней

связи между элементами. Возникновению дефекта в объекте, состоящем из од-

ного элемента, соответствует потеря работоспособности. Дефект в объекте из

нескольких элементов не обязательно приводит к потере работоспособности.

При наличии

дефекта объект может сохранять работоспособность или за

счёт избыточности (структурной, временной, информационной), или за счет

того, что потеря работоспособности не всех элементов приводит к потере рабо-

тоспособности объекта. Если в объекте возник дефект, но работоспособность не

потеряна, это говорит о том, что степень работоспособности объекта снизилась,

а следовательно, повысилась вероятность его

отказа в дальнейшем.

1.1. Диагностическое обеспечение

Совокупность предписаний о выполнении определенных действий в про-

цессе диагностирования называют алгоритмом диагностирования.

Множество алгоритмов, объединяемых единой целью оценки состояния

технического объекта, называют программой диагностирования.

В процессе диагностирования в зависимости от условий его выполнения

и способностей объекта решают следующие задачи:

определяют, может ли объект по своему состоянию выполнить возложен-

ные на него функции;

определяют характер дефекта, возникшего в объекте;

предсказывают момент времени, когда диагностические

показатели дос-

тигнут определенного значения, или когда объект потеряет работоспособность.

Первую из задач – определение работоспособности объекта, как правило,

обязательно решают при диагностировании объектов любого назначения.

Вторую задачу – поиск возникшего дефекта – решают, если объект утра-

тил работоспособность или работоспособность его значительно снизилась. Це-

лесообразность решения этой задачи определяется возможностью восстановле-

ния

объекта, т.е. устранением дефекта. Устранить дефект можно только тогда,

когда объект ремонтопригоден, т.е. приспособлен к устранению возникающих

дефектов, и персонал имеет время и средства для восстановления объекта. По-

иск дефекта начинают, как правило, если известно его наличие, но неизвестно

какой именно дефект возник. Иногда осуществляют поиск возможного дефекта.

Такую

задачу называют проверкой неисправности объекта. Эта задача харак-

терна для диагностирования объекта в процессе производства.

Третью задачу называют прогнозированием изменения состояния объек-

та. При её решении изучают характер изменения диагностических показателей

под влиянием внешних и внутренних воздействий и на основе сформировав-

шихся тенденций предсказывают значения показателей в определенный момент

времени.

Наиболее распространены сочетания задач: определение работоспособно-

сти (степени работоспособности) и поиск возникшего дефекта; определение ра-

ботоспособности (степени работоспособности) и прогнозирование изменении

состояния.

Первое сочетание возникает, когда диагностируют восстанавливаемый

объект. Здесь на основе полученного диагноза персонал восстанавливает рабо-

тоспособность объекта.

Второе сочетание соответствует случаю невосстанавливаемого объекта,

когда обслуживающий персонал, учитывая диагноз, принимает решение об ис-

пользовании или режиме использования объекта.

Третье сочетание, когда при диагностировании решают все три основные

задачи диагностирования, характерно для

восстанавливаемого объекта при не-

обходимости установления срока безотказного его функционирования. Это ти-

пично для диагностирования сложных, особо ответственных объектов.

В процессе диагностирования участвуют, как правило, объект диагности-

рования (ОД), технические средства диагностирования (ТСД), т.е. средства,

предназначенные для определения состояния ОД, и человек – оператор (ЧО)

(рис. 2).

ОД ТСД

ЧО

Рис. 2. Структурная схема диагностирования

Методология технической диагностики основана на следующих исход-

ных положениях:

1. ОД может находиться в конечном множестве состояний S. Состояние

ОД под действием внешних факторов и внутренних процессов изменяется не-

прерывно, но из-за ограниченных возможностей контрольных и измерительных

средств на практике фиксируют ограниченное множество состояний S.

2. В множестве S выделяют два непересекающихся подмножества

и S

– подмножество работоспособных состояний;

– подмножество неработоспособных состояний.

Подмножество S

= {S

}, i = 1, n включает все состояния, которые по-

зволяют объекту выполнить возложенные на него функции. Каждое состояние

в этом подмножестве различается степенью или запасом работоспособности,

которые характеризуются приближением состояния объекта к предельно до-

пустимому.

Подмножество S

= {S

}, j = 1, m включает все состояния, соответствую-

щие возникновению дефектов, приводящих к потере работоспособности объ-

екта. Возможные отказы разделяют на отказы элементов и на изменения струк-

турных связей в объекте. Мощность подмножества S

определяется количест-

вом различных дефектов или глубиной поиска дефектов. Переход из одного со-

стояния в другое зависит от возникновения в объекте дефекта.

3. Решение задач оценки состояния ОД сводится к анализу множества S

или подмножеств S

и S

При определении работоспособности осуществляют проверку условий

работоспособности, по результатам которой состояние ОД относят к одному из

подмножеств: S

или S

Условия работоспособности – это условия, в которых ОД может выпол-

нить поставленные перед ним задачи.

При поиске возникшего дефекта после установления, что объект нерабо-

тоспособен, анализируют подмножество S

и устанавливают, какому подмно-

жеству S

соответствует текущее состояние объекта. При прогнозировании из-

менения состояния объекта анализируют подмножество S

, причем состоянию

ε S

соответствует вполне определенная степень работоспособности ОД.

Анализ состояния объекта в подмножестве S

позволяет установить ха-

рактер изменения степени его работоспособности, в ряде случаев предсказать

момент перехода объекта в подмножество S

и, следовательно, прогнозировать

состояние объекта. Успех прогнозирования во многом определяется изученно-

стью условий эксплуатации и возможностью измерения параметров и характе-

ристик, описывающих временные изменения состояния объекта.