Кончаков Е.И. Техническая диагностика судовых энергетических установок

Подождите немного. Документ загружается.

4. Возникновение дефекта означает, что объект неработоспособен.

Возникновение дефекта приводит к тому, что объект из одного состояния

переходит в другое S.

Однако при этом условия работоспособности могут не нарушаться в том

случае, когда S

и S относятся к подмножеству S

т.е. работоспособный ОД

может иметь дефект, так же, как и неработоспособный. Следовательно, заклю-

чение о том, что объект работоспособен, не означает, что в нем отсутствуют

дефекты, но если объект неработоспособен, то в нем обязательно имеется

дефект.

Диагностирование в жизненном цикле ОД

Для технического объекта характерны следующие стадии жизненного

цикла

: проектирование, производство, эксплуатация и использование, прекра-

щение существования (рис. 3).

Под эксплуатацией понимают комплекс мероприятий по обеспечению за-

данного уровня готовности, а под использованием - применение объекта по

прямому назначению.

Основная задача - разработать и изготовить объект, состояние которого

входит в подмножество S

. Для решения этой задачи при проектировании не-

обходимо предусматривать оценку состояния разработанного объекта, делая

его контролепригодным. При производстве нужно оценивать состояние ком-

плектующих элементов, добиваясь работоспособности изготавливаемого объ-

екта. При эксплуатации требуется периодически оценивать состояние объекта

для принятия решения о его использовании или восстановлении. На самом на-

чальном этапе проектирования

системы диагностирования необходимо опреде-

лить периодичность и продолжительность диагностирования.

Для оценки состояния ОД необходимо спроектировать объект, приспо-

собленный к оценке его состояния с требуемой глубиной и достоверностью,

создать ТСД, которые позволяли бы оценивать состояние объекта в заданных

Эксплуатация

(использование)

Проектирование

Организация СД

Разработка ДО

Проектирование

ТС

Проектирование

Оценка

эффективности

диагностирования

Выходной кон-

Сборка, монтаж

Наладка, пост-

ойка

испытания

Проверка

исп

авности

Поиск дефектов

Определение

аботоспособности

Поиск дефектов

Прогнозирование

Определение

работоспособности

Прогнозирование

Производство

Жизненный цикл ОД

СД – система диагностирования, ДО – диагностическое обеспечение

Рис. 3. Схема жизненного цикла объекта диагностирования

условиях, определить роль и функции человека - оператора (ЧО), участвующе-

го в процессе диагностирования.

Чтобы объект был приспособлен к диагностированию необходимо разра-

ботать диагностическое обеспечение, включающее перечень оцениваемых ди-

агностических показателей, методы их оценки, условия работоспособности и

признаки наличия дефектов, алгоритмы и программу диагностирования.

На основе ДО проектирует ТСД (технические средства

диагностирова-

ния), позволяющие оценивать состояние объекта в заданных условиях и дея-

тельность ЧО с учётом принятой степени автоматизации процесса диагности-

рования.

Основная задача производства – обеспечение требований, предъявляемых

к объекту и ТСД. Для определения правильности сборки и монтажа на выход-

ном контроле, как правило, проверяют исправность. При настройке, наладке и

испытаниях проверяют работоспособность и при необходимости осуществляют

поиск возникшего дефекта.

При изготовлении комплектующих изделий и элементов ОД часто реша-

ют задачу прогнозирования процента выхода годных.

При эксплуатации диагностирование выполняют непрерывно или перио-

дически для определения работоспособности ОД и ТСД. При необходимости

осуществляют прогнозирование или поиск возникшего дефекта для профилак-

тических или восстановительных работ. Диагностирование позволяет обосно-

ванно принимать решения об использовании объекта в требуемый момент вре-

мени (устраняет преждевременные переборки, возможность выхода из строя).

Система диагностирования эффективна, когда состояние технического

объекта оценивается на всех стадиях его жизненного цикла.

1.2. Методы диагностирования

Различают два метода диагностирования:

Функциональное – предусматривающее контроль оборудования без выво-

да его из эксплуатации (рис. 4). В качестве контрольных режимов назначают

эксплуатационные режимы работы оборудования.

Тестовое – предусматривает вывод ОД из эксплуатации и контроль па-

раметров при подаче на ОД специального внешнего воздействия (наблюдают

за реакцией ОД).

Функциональное диагностирование

Основное достоинство

функционального диагностирования в том, что для

его реализации не нужны специальные генераторы воздействий. Здесь нужно

определить характер необходимой информации о функционировании ОД, вы-

брать точки в объекте для съёма и момент съёма информации.

ФД можно осуществлять по конечному результату, т.е. по выходу объек-

та, причем выходную реакцию на рабочие воздействия оценивают одномерно

или многомерно. Многомерность характерна для диагностирования дискретных

объектов и оценки состояния по диагностических характеристикам, одномер-

ность, как правило, для оценки диагностических параметров. Технологическое

оборудование и технологические процессы диагностируют по качеству продук

ции.

ФД осуществляют, также наблюдая за результатом отдельной операции

(выходом блока). Оценивают реакцию блока (структурной единицы – СЕ) на

входное воздействие или результат операции (при производстве – качество

промежуточного продукта). Третья (средняя) колонка на рис. 4 показывает ди-

агностирование, осуществляемое по алгоритму функционирования объекта.

По косвенным

признакам

Концентрация

механических

частиц в смазке

По выходу

ОД

По реакции

на рабочее

воздействие

По качеству

продукции

Одномерный

показатель

Многомерный

показатель

По резуль-

тату опера-

ции

По реакции

СЕ структур-

ной единицы

По качеству

продукции

после опе-

ации

Одномер-

ный показа-

тель

Многомерный

показатель

По алгоритму

функциони-

рования

Проверка по-

следователь-

ности выпол-

Проверка рас-

пределения по

емени

Проверка по-

следователь-

ности и рас-

пределения по

времени

По внеш-

ним при-

знакам

Тепловое

излучение

(нагрев)

Электро-

магнитное

изл

чение

Вибрация

Состав

выхлоп-

ных газов

Расход

топлива

(энергии)

Функциональное диагностирование

Рис. 4. Классификация методов диагностирования (ФД)

Здесь фиксируют только последовательность выполнения всех операций

или только временные интервалы и продолжительность выполнения операций,

или то и другое.

В колонках 4 и 5 показана оценка состояния ОД по различным внешним

признакам.

Выбор способа диагностирования определяют специфика объекта и осо-

бенности построения алгоритма функционирования.

Функциональное диагностирование, например ГД, предусматривает по-

лучение необходимых данных

без его разборки и вывода из эксплуатации. В

процессе эксплуатации дизеля на определенных режимах работы измеряют за-

ранее определенный спектр параметров, называемых информативными. ФД

предполагает индивидуальную оценку состояния конкретного дизеля от начала

функционирования на обкаточном или сдаточном стендах и до конца эксплуа-

тации. При этом через определенные, обоснованно выбранные промежутки

времени проводят необходимые измерения. Все измерения первичных парамет-

ров должны происходить при одних и тех же внешних определяющих показа-

телях работы. Как правило, это фиксированные эффективная мощность и обо-

роты коленчатого вала.

Иногда это В

и n, иногда α и n. При переходе с режима на режим, необ-

ходимо дождаться равновесного состояния.

Для систем ФД возможны две группы исполнения:

1 – сбор информации на установке, а обработка на ЭВМ, расположенной

в отрыве от установки (например в порту у судовладельца);

2 – сбор и обработка информации непосредственно на судне.

Тестовое диагностирование

Тестовое диагностирование осуществляют как при функционировании

объекта, так и в тех случаях, когда объект не выполняет своих рабочих функ-

ций. Для тестового диагностирования используют как рабочие входы (входы,

предназначенные для введения рабочих воздействий), так и входы, специально

организованные для диагностирования. То же относится и к съёму информации

о реакции объекта на тестовое воздействие.

Выполнение ТД требует специальных генераторов, которые вырабатыва-

ют тестовые воздействия, подаваемые в ОД и стимулирующие его реакцию. По

степени отклонения реакции объекта от номинальной при тестовом

воздейст-

вии судят о состоянии ОД.

ТД осуществляют одиночным воздействием, например, одиночным им-

пульсом (т.е. в результате одной элементарной проверки), или многократным

воздействием (серией импульсов), т.е. в результате совокупности элементар-

ных проверок (рис. 5). Многократное воздействие характерно для ТД дискрет-

ных объектов.

Одномерный показатель (случай) – когда оценивают один показатель.

Многомерный – более одного показателя. К многомерным относится случай,

когда на выходе ОД оценивают один выходной сигнал, но по нескольким пока-

зателям (например, амплитуда, частота).

ОД функционирует

Одиночный тест

Многократный тест

Одномерный показатель

Многомерный показатель

не

фу

нкциони

ру

ет

ОД выводится на режим диагно-

стирования

ОД не выводится на режим диаг-

ностирования

Одиночный тест

Одноме

ный показатель

Многоме

ный показатель

Многок

атный тест

Тестовое диагностирование

Рис. 5. Классификация способов ТД

Для сложного объекта (из нескольких СЕ) можно использовать сочетания

разных методов при диагностировании различных элементов. Можно приме-

нять для одного объекта и ФД и ТД.

Техническое диагностирование широко распространено для дизелей ав-

тотракторного типа, имеющих небольшие массу и размеры. ТД здесь заключа-

ется в измерении реакции дизеля на поданный внешний сигнал

. При таком ди-

агностировании дизель выводится из эксплуатации и оснащается соответст-

вующей контрольно-измерительной аппаратурой.

Техническое состояние подвижных элементов дизеля определяют про-

кручиванием коленчатого вала от постороннего источника. Момент, затрачи-

ваемый на прокручивание, сравнивается с эталонным значением, полученным

для данного дизеля при неизменных остальных условиях (температуре масла,

охлаждающей жидкость, параметрах

окружающей среды и др.)

Техническое состояния подвижных деталей и подшипников отдельных

цилиндров можно оценивать в результате их отключения на работающем дви-

гателе при неизменной частоте вращения коленчатого вала. Мощность механи-

ческих потерь в цилиндре с отключенной подачей топлива изменится по срав-

нению с работающим цилиндром. Однако, если эту мощность в каждом

случае,

в том числе и для исходного технического состояния дизеля, определяют при

остальных неизменных во времени условиях, то можно проследить характер

изменения технического состояния каждого отсека дизеля и оценить остаточ-

ный ресурс. Алгоритм оценки состояния отдельных цилиндров можно соста-

вить, измеряя обороты коленчатого вала при отключении отдельных цилинд-

ров. При

этом на двигатель устанавливают эталонный комплекс топливной ап-

паратуры, отрегулированный на идентичную топливоподачу при контрольной

частоте вращения. Затем дизель пускают и на режиме холостого хода при кон-

трольных оборотах, попеременно отключают топливоподачу в отдельные ци-

линдры. Относительное изменение оборотов служит мерой ухудшения состоя-

ния по сравнению с исходным. При таком способе

мощность механических по-

терь в каком-либо цилиндре определяется различием индикаторной мощности

при всех работающих цилиндрах и при одном отключенном.

При измененном техническом состоянии дизеля измерения приводят при

неизменных положениях реек топливных насосов эталонной аппаратуры.

Относительное изменение мощности механических потерь по мере ухуд-

шения технического состояния комплекса движущихся элементов К-го отсека

может служить

критерием при оценке технического состояния.

Оценку общего технического состояния дизеля можно осуществлять ме-

тодом выбега. В этом случае в дизеле при исходном и любом промежуточном

состоянии отключают подачу топлива при одной и той же частоте вращения.

Относительное изменение мощности механических потерь вычисляют по фор-

муле

00000

−

∆

≈−=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−=

где

и – угловые скорости коленчатого вала (КВ) соответственно при ис-

ходном и промежуточном техническом состоянии дизеля;

величины

∆

– тангенсы угла наклона касательной к кривой

выбега.

При оценке технического состояния подшипников кривошипно - шатун-

ного механизма к полости цилиндра подсоединяют воздушную магистраль

(вместо форсунок). Поршень исследуемого цилиндра устанавливают в верхнюю

мертвую точку (ВМТ) такта сжатия. Затем в цилиндр подают воздух под давле-

нием, в результате чего детали устанавливаются в исходное

положение. Под

действием разряжения, создаваемого воздушным насосом, поршень поднимает-

ся, и зазор между пальцем и отверстием в бобышке поршня замеряют -

∆

пп

При увеличении разрежения поднимается палец, в результате определяется за-

зор между ним и верхней головкой шатуна

∆

пш

. Затем в движение приходит

шатун, перемещаясь вверх в пределах зазора между шатунной шейкой и под-

шипником ∆

шш

. Разряжение в надпоршневой полости для определения зазоров

подбирают в зависимости от массы каждой детали:

∆Ρ

ΠΠ

≥ Ρ

– Ρ

ц1

≈ m

/(0,785D

);

∆Ρ

пш

≥ Р

– Р

ц2

≈ (m

+ m

пп

)/(0,785D

);

∆Ρ

шш

≥ Р

– Р

ц3

≈ (m

= m

пп

+ m

)/(0,785D

где Р

ц1

, Р

ц2

, Р

ц3

– давление в цилиндрах; Р – давление в подпоршневой полос-

ти; D – диаметр цилиндра.

Состояние цилиндропоршневой группы, в том числе уплотнений, можно

определять, измеряя максимальные давления в цилиндрах в конце сжатия при

прокручивании коленчатого вала от постороннего источника энергии. Считают,

что такую проверку необходимо проводить на прогретом дизеле сразу после

работы на определенном

режиме.

Для выявления состояния уплотнений это не обязательно.

По другому, состояние уплотнений можно оценить по падению давления

воздуха в цилиндре за фиксированное время. Поршень устанавливается в ВМТ,

вместо форсунки присоединяют шланг со сжатым воздухом. Накачивают в ци-

линдр воздух до определенного давления и источник сжатого воздуха отклю-

чают.

Некоторое представление об

износе зеркала цилиндра по высоте можно

получить, устанавливая поршень в нескольких промежуточных положениях,

вплоть до НМТ.

Необходимым условием правильной оценки цилиндропоршневой группы

(ЦПГ) является неизменное тепловое состояния дизеля при измерениях.

Для определения неплотности посадки клапанов на седла в цилиндр зали-

вают масло и через отверстие под форсунку подают воздух под

давлением - 0,2

МПа и поддерживают его неизменным в течение испытаний.

Для определения негерметичности посадки впускных клапанов исследуе-

мого цилиндра воздушным насосом откачивают воздух из предварительно пе-

рекрытого (в месте подсоединения воздушного фильтра) впускного коллектора.

При оценке негерметичности пары откачивают воздух впускной клапан - седло

из выпускного трубопровода. По замеренному расходу воздуха или по времени

изменения давления определяют герметичность. Рассмотренные способы ТД

просты, но они связаны с выводом двигателя из эксплуатации, некоторым до-

оборудованием и даже с частичной разборкой.

Контрольные вопросы

1. Чем определяется необходимость использования

технической диаг-

ностики?

2. Что такое функциональная диагностика?

3. Какое место занимает тестовая диагностика в техническом диагно-

стировании?

4. Как определить герметичность впускных клапанов?