Діагностичний контроль робочого процесу суднових дизелів в експлуатації - Автореферат

У першому розділі дано аналіз стану проблеми підвищення ефективності експлуатації дизельних СЕУ шляхом діагностичного контролю робочого процесу, вибрано напрям і поставлено цілі і завдання дослідження. Аналіз структури і функціональних схем сучасних комплексів діагностики технічного стану дизельних СЕУ за параметрами робочого процесу показав, що в них обєднано два завдання: завдання одержання даних в реальному часі і завдання часткового розрахунку основних параметрів робочого процесу. Відомо, що технічний стан паливної апаратури високого тиску та механізму газорозподілу найбільшою мірою впливає на якість перебігу робочого процесу і, в той же час, ці вузли двигуна за даними статистики є найбільш уразливими в експлуатації. Аналіз існуючих методів діагностичного контролю робочого процесу дизельних СЕУ показав, що високий ступінь інтеграції діагностичних систем є, у багатьох випадках, надлишковим для одержання практично значущих результатів і, одночасно, недостатнім для якісного моделювання робочого процесу. Аналіз похибки визначення основних енергетичних параметрів робочого процесу показує, що на кожен градус помилки синхронізації доводиться до 9% похибки у визначенні середнього ефективного тиску і потужності циліндра.У результаті виконаного дослідження здійснено теоретичне узагальнення і рішення наукової проблеми підвищення ефективності діагностичного контролю робочого процесу суднових дизелів в режимі експлуатації. Вперше розроблена концепція і реалізовано метод поділу функцій діагностичного контролю робочого процесу на дві складові: інформаційну (з попередньою обробкою і розрахунком даних) і аналітичну. Під час стискання повітряного заряду, де різниця в методах розрахунку максимальна, похибка у визначенні суміші повітря і продуктів згоряння може призводити до помилки у визначенні внутрішньої енергії та основних параметрів робочого процесу до 10%. Розроблені методи теоретичних та експериментальних досліджень робочого процесу дизельних СЕУ в сукупності дозволяють розширити діапазон діагностичних параметрів і визначати в експлуатації витрату палива і параметри теплової та механічної напруженості. Основні практичні результати дисертаційної роботи полягають в тому, що на базі розробленої теорії та методів діагностичного контролю робочого процесу дизельних двигунів в експлуатації були розроблені, створені і впроваджені: - системи діагностичного контролю робочого процесу суднових дизелів у технічні підрозділи вітчизняних і зарубіжних морських організацій і судноплавних компаній: Регістр судноплавства України, ТОВ «Віва Марін», ДП «Укрферрі Шипменеджмент», ЗАТ «Морське бюро Регістру», «ЧЕРАЗМОРПУТЬ», с/к «Стафф Центр», (Україна), Російський Річковий Регістр, ТОВ «Реком» (Росія), ВАТ «Ленське обєднане річкове пароплавство» (Саха Якутія), IEU GMBH (Німеччина), B.M.S.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У результаті виконаного дослідження здійснено теоретичне узагальнення і рішення наукової проблеми підвищення ефективності діагностичного контролю робочого процесу суднових дизелів в режимі експлуатації. Висновки, що узагальнюють сукупність розвязаних у роботі задач, полягають у наступному.

1. Необхідною умовою підвищення економічної ефективності та екологічної безпеки експлуатації дизельної СЕУ є комплексний діагностичний контроль робочого процесу.

2. Вперше розроблена концепція і реалізовано метод поділу функцій діагностичного контролю робочого процесу на дві складові: інформаційну (з попередньою обробкою і розрахунком даних) і аналітичну.

3. Отримав подальший розвиток метод синхронного аналізу трьох складових робочого процесу: тепловиділення в циліндрі, паливоподачі і газорозподілу, що забезпечує високу ефективність і достовірність діагностичних даних в специфічних умовах експлуатації.

4. Вперше сформульовано та розроблено метод синхронізації даних робочого процесу на базі термодинамічного рівняння, що звязує швидкість зміни тиску в циліндрі і фази повороту колінчастого валу.

5. Встановлено, що для аналітичного методу синхронізації похибка дорівнює кроку дискретизації. Похибка визначення основних індикаторних параметрів при кроці дискретизації 0.5 ЄПКВ не перевищує 2,5%.

6. Вперше розроблено метод оцінки фаз паливоподачі, газорозподілу і контролю технічного стану вузлів паливної апаратури та механізму газорозподілу середньо- та високообертових двигунів, при якому синхронізація даних здійснюється за допомогою гармонічного аналізу оброблених вібродіаграм. Метод покладено в основу діагностичного контролю технічного стану вузлів середньо- та високообертових двигунів без використання базового сигналу тиску газів у циліндрі.

7. Метод розділення функцій і алгоритмічна синхронізація дозволили знизити витрати на діагностичний контроль. При цьому інформативність підвищилася за рахунок комплексного аналізу тепловиділення в циліндрі, паливоподачі й газорозподілу.

8. Розроблена математична модель робочого процесу з розрахунком тепловиділення в циліндрі за трифазним законом забезпечує високу достовірність, підтверджену експериментальним шляхом. Для всіх перевірених типів дизельних СЕУ максимальна різниця між значеннями математичної моделі та експериментальними даними основних параметрів робочого процесу (MIP, Ni, pz, pc, pexp, ...) на номінальних і часткових режимах становить не більше 3%.

9. За допомогою розробленої моделі проведено розрахунково-аналітичне дослідження і виявлено закономірності впливу фаз газорозподілу і паливоподачі на характер зміни основних параметрів робочого процесу. Модель дозволяє визначити оптимальні зони регулювання паливної апаратури та механізму газорозподілу, що відповідають критеріям мінімуму витрати палива і максимуму середнього ефективного тиску і ефективної потужності при обмеженнях за тепловою та механічною напруженістю. Ці зони можуть уточнюватися для різних сортів палив. Математична модель дозволяє аналізувати механічну і теплову напруженість при параметрах налагодження паливної апаратури високого тиску. Розрахунок температури газів у циліндрі, ступеня підвищення тиску, середньої і максимальної швидкості зміни тиску та інших параметрів при різних настройках ПА і МГР дозволяє виключити небезпечні зони регулювання в експлуатаційних умовах.

10. Встановлено термодинамічні властивості діагностичного параметру . Аналіз сумарної питомої роботи циклу показує, що для більшості типів дизельних двигунів сумарна питома робота циклу в точці 36±2є за ВМТ стає близькою до нуля і змінює знак з мінуса на плюс. Для довгоходових дизельних двигунів точка нульової сумарної питомої роботи циклу зсувається до 33-34 ЄПКВ за ВМТ.

11. Встановлено, що двопараметрична залежність ізохорної теплоємності , на відміну від застосовуваної раніше однопараметричної , дозволила уточнити розрахунок робочого процесу перед початком згоряння і отримати більш коректну модель робочого процесу в цілому. Під час стискання повітряного заряду, де різниця в методах розрахунку максимальна, похибка у визначенні суміші повітря і продуктів згоряння може призводити до помилки у визначенні внутрішньої енергії та основних параметрів робочого процесу до 10%.

12. Розроблені методи теоретичних та експериментальних досліджень робочого процесу дизельних СЕУ в сукупності дозволяють розширити діапазон діагностичних параметрів і визначати в експлуатації витрату палива і параметри теплової та механічної напруженості.

13. Основні практичні результати дисертаційної роботи полягають в тому, що на базі розробленої теорії та методів діагностичного контролю робочого процесу дизельних двигунів в експлуатації були розроблені, створені і впроваджені: - системи діагностичного контролю робочого процесу суднових дизелів у технічні підрозділи вітчизняних і зарубіжних морських організацій і судноплавних компаній: Регістр судноплавства України, ТОВ «Віва Марін», ДП «Укрферрі Шипменеджмент», ЗАТ «Морське бюро Регістру», «ЧЕРАЗМОРПУТЬ», с/к «Стафф Центр», (Україна), Російський Річковий Регістр, ТОВ «Реком» (Росія), ВАТ «Ленське обєднане річкове пароплавство» (Саха Якутія), IEU GMBH (Німеччина), B.M.S. Ltd (Нова Зеландія);

- система діагностичного контролю робочого процесу залізничних дизелів у навчальний процес Московського державного університету шляхів сполучення (МІІТ, кафедра «Локомотиви і локомотивне господарство»), ТОВ «Красноярськ локомотив гарант» (м. Красноярськ);

- система діагностичного контролю робочого процесу стаціонарної дизельної електростанції ВАТ "Південно-Верхоянська гірничодобувна компанія" (Саха Якутія);

Розроблені в дисертації методи і засоби контролю робочого процесу були використані для проведення комплексної діагностики головних і допоміжних дизелів кораблів управління ВМС ЗС України «Донбас» і «Славутич», а також великого десантного корабля «Костянтин Ольшанський». Акти впровадження додаються.

14. Розроблені в дисертації методи діагностичного контролю ґрунтуються на детальній візуалізації основних складових робочого процесу. Експериментальне дослідження сприяє кращому осмисленню теорії робочого процесу дизельних двигунів. У звязку з цим розроблені методи і засоби діагностичного контролю рекомендуються до використання у вищих технічних навчальних закладах.

15. Результати дисертаційної роботи можуть служити теоретичною основою для подальшого розвитку методів експлуатаційного діагностичного контролю робочого процесу дизельних СЕУ. Загальна спрямованість роботи на діагностичний контроль в експлуатаційних умовах дозволяє широко застосовувати розроблені методи і засоби як на водному транспорті, так і в системі залізничного транспорту та на стаціонарних дизельних енергетичних обєктах.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

Варбанец Р. А. Стационарные системы диагностики рабочего процесса судовых дизелей NK-100, Kyma Diesel Analyzer / Р. А. Варбанец, В.Г. Ивановский // Проблемы техники: научно-технический журнал. Хмельницкий национальный університет. - 2006. -№ 1. - С. 91-102 (здобувачеві належить аналіз функціональних можливостей стаціонарних систем діагностики).

Варбанец Р. А. Уточнение формулы средней теплоемкости газов в расчете рабочего процесса дизеля с учетом динамики тепловыделения / Р. А. Варбанец // Вісник Одеського національного морського університету. - 2006. - № 20 - С. 173-179.

Варбанец Р. А. Диагностика рабочего процесса судовых двигателей внутреннего сгорания с определением фаз топливоподачи и газораспределения виброакустическим методом / Р. А. Варбанец, В. Г. Ивановский // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. - 2005. - Вип.2, 2005(31). - С. 23 - 26 (здобувачеві належить розробка принципів діагностування робочого процесу та визначення параметрів подачі палива і газорозподілу віброакустичним методом).

Варбанец Р. А. Обнаружение дефектов ТА дизелей на ранней стадии / Р. А. Варбанец // Судоходство. - 1997. - № 7. - С. 48 - 50.

Варбанец Р. А. Анализ спектра виброакустических сигналов топливной аппаратуры среднеоборотных дизелей (СОД) / Р. А. Варбанец // Вісник Одеського національного морського університету. - 2006. - № 18 - С. 134 - 141.

Ивановский В. Г. Система разделенного мониторинга D3.2H, определение параметров рабочего процесса СДВС МАК М25 / В. Г. Ивановский, Р. А. Варбанец // Збірник наукових праць. Вип.1(7). - Севастополь: Севастопольський ВМІ ім.П.С.Нахімова, 2005. C. 144-153 (здобувачеві належить ідея поділу функцій контролю для аналізу робочого процесу в експлуатації).

Варбанец Р. А. Система разделенного мониторинга СДВС. / Р. А. Варбанець, В. Г. Івановський // Вісник Одеського національного морського університету. - 2002. - № 9. - С. 239 - 244 (здобувачеві належить розробка і аналіз функціональтной схеми системи моніторингу).

Варбанец Р. А. Мониторинг рабочего процесса судовых дизелей в эксплуатации / Р. А. Варбанец, В. Г. Ивановский // Двигатели внутреннего сгорания. Научно-технический журнал. - Харьков, 2004. - № 2(5). - С. 138 - 141 (здобувачеві належить розробка принципів діагностичного контролю суднових дизелів в експлуатаційних умовах).

Варбанец Р. А. Повышение эффективности эксплуатации судовых дизелей за счет мониторинга рабочего процесса / Р. А. Варбанец, В. Г. Івановський // Збірник наукових праць НУК (м. Миколаїв). - 2008. - № 1. - С. 128 - 134 (здобувачеві належить розробка принципів побудови та функціональної схеми системи діагностики робочого процесу).

Варбанец Р. А. Синхронизация данных при индицировании СДВС / Р. А. Варбанец // Збірник наукових праць. - Севастополь: Севастопольський ВМІ ім. П. С. Нахімова, 2005. - Вип. 2(8). - С. 255-258.

Варбанец Р. А. Особенности мониторинга и диагностики рабочего процесса судовых среднеоборотных дизелей программно-аппаратным комплексом D4.0H / Р. А. Варбанец, В. Г. Ивановский // Вестник СЕВГТУ (Севастопольского национального технического университета). - 2008. - № 87 - С. 86-91 (здобувачеві належить аналіз можливостей експлуатаційної діагностики робочого процесу СОД і методи системи функціонування D4.0H ).

Варбанец Р. А. Параметрическая диагностика дизелей SBV6M540 и Pegaso 9156 / Р. А. Варбанец // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Харків, 2006. - № 8 (34). - С. 144-148.

Варбанец Р. А. Система разделенного мониторинга СДВС / Р. А. Варбанец // Суднові енергетичні установки ОНМА. - 2005 - № 12. - С. 12-19.

Варбанец Р. А. Определение параметров рабочего процесса судовых дизелей в эксплуатации / Р. А. Варбанец, В. Г Ивановский // Вісник Одеського державного морського університету. - 2001. - № 6. - С. 192-209 (здобувачеві належить розробка концепції поділу функцій діагностичного контролю і методу безфазової синхронізації).

Варбанец Р.А. Синхронизация данных при индицировании СДВС / Р. А. Варбанец // Збірник наукових праць. Вип.2(8),-Севастоопль: Севастопольський ВМІ ім..П.С.Нахімова, 2005.-384 С. 255-259

Ивановский В. Г. Особенности рабочего процесса супердлин-ноходовых дизелей MAN B&W / В. Г. Ивановский, Р. А. Варбанец, Ю. М. Довиденко, В. О. Баринов // Судоходство. - 1998. - № 8-9. - С. 86-89 (здобувачу належить постановка експерименту та аналіз робочого процесу МОД).

Варбанец Р. А. Определение характеристик топливоподачи судовых дизелей в эксплуатации / Р. А. Варбанец, В. Г. Ивановский, Ю. Н. Кучеренко // Судоходство. - 1999. - № 10. - С. 21-23 (здобувачеві належить розробка і аналіз методів визначення параметрів робочого процесу в експлуатації).

Варбанец Р. А. Параметрическая диагностика и определение неисправностей топливной аппаратуры среднеоборотного дизеля Callsen 427 / Р. А. Варбанец, В. Г. Ивановский, Д. Ю. Михайлов // Проблеми техніки : Науково-виробничий журнал. - Одесса, Хмельницкий, 2008. - № 4. - С. 51-57 (здобувачу належить постановка експерименту, математична обробка результатів, аналіз і діагностика стану вузлів двигуна).

Варбанец Р. А. Применение оптимальной В-сплайн фильтрации для обработки дискретных данных рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания / Р. А. Варбанец, А. И. Морозов // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. - Краматорськ-Київ, 2008. - Вип. № 23. - С. 321-326 (здобувачу належить постановка задачі та аналіз результатів).

Варбанец Р. А. Дискретные B-сплайн фильтры в системах мониторинга рабочего процесса судовых дизелей / Р. А. Варбанец, А. И. Морозов // Автоматизация судовых технических средств. - Одесса : ОНМА, 2007. - Вып. 12. - С. 83-92 (здобувачу належить постановка задачі та аналіз результатів).

Варбанец Р. А. Реализация метода разделенного мониторинга рабочего процесса судовых дизелей в системах Malin 6000 и DOCTOR / Р. А. Варбанец // Вісник Одеського національного морського університету. - 2006. - № 19. - С. 117-129.

Варбанец Р. А. Применение микроконтроллеров C8051F12x в задачах мониторинга рабочего процесса СДВС / Р. А. Варбанец // Судовые энергетические установки : науково-технічний збірник. - Одесса : ОНМА, 2006. - № 17. - С. 47-53.

Варбанец Р. А. DEPAS 3.0 Handy ? портативная система мониторинга рабочего процесса судовых дизелей / Р. А. Варбанец, В. Г. Ивановский, Ю. Н. Кучеренко // Морское обозрение : информационно-аналитический журнал общественной организации Морской институт Украины. - 2001. - № 3 (3) - С. 5-7 (здобувачу належить постановка задачі, розробка структурної і функціональної схем системи моніторингу, аналіз результатів).

Varbanets R. Effective and reliable operation of marine diesel by working process monitoring / Varbanets R., Ivanovsky V., Varbanets A // Всеукраинский научно-технический журнал. - Харьков, 2007. - № 2. - С. 145-148 (здобувачеві належить розробка і аналіз концепції поділу функцій діагностичного контролю, методу безфазової синхронізації і методу синхронного аналізу робочого процесу, паливоподачі і газорозподілу).

Варбанец Р. А. Определение фазы начала сгорания топлива в задачах математического моделирования рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания / Р. А. Варбанец, А. И. Морозов, Д. Ю. Михайлов // Авиакосмическая техника и технология. - Харків, 2008. - № 2 (49). - С. 65-72 (здобувачеві належить розробка і аналіз методу визначення фази початку згоряння, математична обробка даних).

Варбанец Р. А. Моделирование рабочего процесса в задачах повышения эффективности эксплуатации судовой дизельной энергетической установки / Р. А. Варбанец // Двигатели внутреннего сгорания : всеукраинский научно-технический журнал. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2008. - № 2. - С. 18-22.

Варбанец Р. А. Определение в эксплуатации параметров впрыскивания топлива в дизелях с учетом зазора между корпусом всасывающего клапана и втулкой плунжера насоса / Р. А. Варбанец, В. Г. Ивановский, Ларби Мохаммед // Вісник Одеського національного морського університету. - 2002. - № 8. - С. 135-140 (здобувачеві належить побудова багатопараметричних математичних моделей параметрів упорскування із застосуванням методу нелінійного програмування Powell"64).

Варбанец Р.А. Моделирование рабочего процесса судовых дизелей в системе мониторинга D4.0H / Р.А. Варбанец // Двигатели внутреннего сгорания. - 2009. - № 2.- С. 35-41.

Судновий механік: довідник / Авт. Кол.; за ред. А.А.Фока. - у 3-х т. - Т.1. - Одеса: Фенікс, 2008. - 1036 с. (здобувачу належить розділ 2.7 Системи діагностування робочого процесу, С. 166 - 195).

Варбанец Р. А. Возможности анализа рабочего процесса в расчетном модуле диагностической системы судовых дизелей / Р. А. Варбанец, В. Г. Ивановский, А. Н. Варбанец // Вестник двигателестроения // Научно-технический журнал. Запорожье: ОАО «Мотор Сич». - 2009. - № 3. - С. 46-50 (здобувачеві належить аналіз можливостей математичної моделі робочого процесу, побудованої на базі трифазного закону тепловиділення в циліндрі).