Контроль работы дизеля: за распределением нагрузки по цилиндрам
Распределение нагрузки по цилиндрам проверяется по следующим рабочим параметрам:
- На дизелях, не имеющих индикаторных кранов, — по температуре выпускных газов и по относительному снижению числа оборотов при последовательном отключении подачи топлива в цилиндры.
- На дизелях, имеющих индикаторные краны, — по значениям Рт, замеряемого пиметром, или Pz и температуре выпускных газов.
- На дизелях, имеющих индикаторный привод, — по значениям Рi и температуре выпускных газов.
Распределение нагрузки по цилиндрам дизель-генераторов можно определить при помощи вольтметра, наблюдая изменение его показаний при последовательном выключении отдельных цилиндров. При равномерном распределении нагрузки между цилиндрами падение напряжения должно быть одинаковым при отключении любого цилиндра.
РЕГУЛИРОВКА ДИЗЕЛЯ
На номинальном режиме работы дизеля значения параметров каждого цилиндра не должны превышать (в процентах):
- среднее индикаторное давление Рi ±2,5
- максимальное давление сгорания Pz ±3,5
- температура выпускных газов tг ±5
- давление в конце сжатия Рс ±2,5
- среднее давление по времени Рт ±3.
Если значения параметров отличаются от указанных выше, то должна производиться регулировка дизеля. Регулировка дизеля должна производиться периодически в зависимости от состояния установки, типа дизеля и в соответствии с указаниями заводской инструкции и судовладельца.Перед регулировкой дизеля необходимо убедиться в исправности КИП и регистрирующих приборов, проверить и отрегулировать зазоры в приводах ТНВД и в механизме газораспределения, проверить положение нулевой подачи ТНВД, опрессовать форсунки.
Если обнаружена неравномерность распределения нагрузки по цилиндрам, то регулировка производится изменением количества топлива, подаваемого ТНВД. Если обнаружено отклонение значений Pz от рекомендуемых, то регулировка производится изменением момента начала подачи топлива ТНВД. (Читайте также: Контроль дизеля тепловоза).
Последовательность регулировки устанавливается заводской инструкцией. При отсутствии таких указаний регулировка производится следующим образом:
- При низком Pz и высокой t°г необходимо увеличить угол опережения подачи топлива.
- При высоком Pz и низкой t°г необходимо уменьшить угол опережения подачи топлива ТНВД.
- При высоком значении Pz и высокой t°г необходимо уменьшить угол опережения подачи топлива и цикловую подачу топлива.
- При низком значении Pz и низкой температуре t°г необходимо увеличить угол опережения подачи топлива и цикловую подачу топлива ТНВД.
Предварительная регулировка дизеля производится при нагрузке, равной 25% номинальной, и проверяют при этом только наличие вспышки во всех цилиндрах.
На установившемся режиме и нагрузке, равной 50% номинальной, определяют значения Pz. Если Pz в отдельных цилиндрах будут в пределах, указанных в заводской инструкции для этого режима, то переходят на режим 75% номинальной нагрузки и на этом режиме определяют Pz, Рс, t°г, Рi, Рт.
Если все параметры будут в пределах, указанных в заводской инструкции для этого режима, то производят окончательную регулировку дизеля на режиме номинальной нагрузки и частоты вращения.
Рабочие циклы дизелей
Двухтактный дизель. Схема рабочего цилиндра и круговая диаграмма газораспределения современного двухтактного дизеля приведены на рисунке 1.6. Работа двигателя осуществляется следующим образом.
Поршень при положении в НМТ полностью открывает продувочные окна, расположенные равномерно по окружности цилиндровой втулки 2. При открытых продувочных окнах цилиндр сообщается с продувочным ресивером 6, в котором при работе двигателя поддерживается давление ps которое в 2-3 раза больше атмосферного. В цилиндре и в выпускном коллекторе 3 давление меньше ps, поэтому при открытых продувочных и выпускном клапане 4 воздух поступает через окна в цилиндр, затем через клапан и выпускной патрубок поступает в выпускной коллектор. Этот процесс называют продувкой цилиндра. В этом случае цилиндр имеет максимальный объем Vf =Vc + Vh, где Vc- объем камеры сжатия (минимальный объем цилиндра при положении поршня в ВМТ). При движении поршня вверх он начинает закрывать продувочные окна и в точке е (см. круговую диаграмму на рис. 1.6) полностью их перекрывает, поступление воздуха в цилиндр прекращается. Выпускной клапан при этом остается еще открытым, поэтому при перемещении поршня вверх воздух из цилиндра вытесняется в выпускной коллектор, этот процесс называют потерей заряда воздуха. В точке b’(а) выпускной клапан закроется, к этому моменту объем цилиндра уменьшится на величину V”h. Этот объем называют потерянным рабочим объемом цилиндра. Разность Vh – V”h называют полезным рабочим объемом цилиндра и обозначают V’h .
С данного момента начинается процесс сжатия. Давление и температура воздуха в цилиндре по мере перемещения поршня к ВМТ повышаются. В момент, обозначенный на круговой диаграмме точкой нпф, форсунки 5 (2 или 3 на цилиндр) начинают впрыскивать топливо. Давление и температура воздуха к этому моменту достаточны для самовоспламенения топлива. Сгорание топлива начинается в ВМТ (с некоторой задержкой) и продолжается в начальной фазе расширения. Впрыск топлива завершается после ВМТ в момент, обозначенный точкой кпф. Изменение давления в цилиндре показано на рис. 1.7.
Давление в цилиндре при положении поршня в ВМТ называют давлением конца сжатия и обозначают р с. При сгорании топлива давление в цилиндре повышается, достигая максимума в точке z. Его называют максимальным давлением цикла и обозначают pz.
При движении поршня от ВМТ вниз до момента открытия выпускного клапана в точке Ъ осуществляется рабочий ход, в течение которого поршень производит полезную работу. Давление в цилиндре падает от максимального до ръ, которое значительно больше давления в выпускном коллекторе рb, поэтому после открытия выпускного клапана газы из цилиндра удаляются за счет разности давлений, этот процесс принято называть свободным выпуском газов.
В момент соответствующий точке d на круговой диаграмме поршень начинает открывать продувочные окна. К этому моменту в системе ресивер – цилиндр – выпускной коллектор складывается соотношение давлений ps> рμ> рг (рμ – давление в цилиндре). Вследствие этого воздух из ресивера поступает в цилиндр и вытесняет оставшиеся газы. Этот процесс (он завершается при достижении поршня НМТ) называют принудительным выпуском газов. Далее происходит продувка цилиндра воздухом, и все повторяется, как было описано выше.
Значения давлений рс и pz зависят от степени сжатия – отношения максимального объема цилиндра к объему камеры сжатия. В двухтактных двигателях геометрической (или номинальной) степенью сжатия называют отношение ε0 = V f/ Vc. Из изложенного выше ясно, что в двухтактном двигателе реальное сжатие начинается в момент закрытия выпускного клапана (точка а), объем цилиндра к этому моменту равен Va =VC + V’h. Отношение εд = Va / Vc называют действительной степенью сжатия. Действительная степень сжатия всегда меньше геометрической степени сжатия, разница между ними тем больше, чем больше потерянный рабочий объем цилиндра.
С учетом приведенных выше геометрических характеристик двухтактного дизеля выведем формулы, определяющие взаимосвязь между ними: 
Отношение объемов ψ=V”h / Vh называют относительной долей потерянного рабочего объема.
Взаимосвязь между действительной и геометрической степенями сжатия:
Четырехтактный дизель. Схема рабочего цилиндра и круговая диаграмма газораспределения четырехтактного дизеля приведены на рисунке 1.8. Работа двигателя осуществляется следующим образом.
Рабочий цикл четырехтактного дизеля осуществляется за два оборота коленчатого вала и четыре хода поршня. Рассмотрим первый оборот . На схеме цилиндра (рис. 1.8) поршень 1 находится в НМТ, впускной клапан 6 приоткрыт, выпускной клапан 4 закрыт. При движении поршня к ВМТ в момент, обозначенный точкой d’ (а) впускной клапан закроется, начнется сжатие воздуха. Дальнейшее протекание процессов полностью аналогично двухтактному дизелю.
В конце рабочего хода в точке Ъ открывается выпускной клапан, начинается свободный выпуск газов в выпускной коллектор 3. При достижении поршнем НМТ завершается первый оборот.
В течение второго оборота осуществляется газообмен. В нижней части рисунка 1.9. крупным масштабом показано изменение давления в цилиндре на участке газообмена. Свободный выпуск газов заканчивается после ВМТ, когда давление в цилиндре упадет до значения, немного больше рs, далее начинается принудительный выпуск газов при движении поршня к ВМТ. В момент, соответствующий точке d открывается впускной клапан. На угловом интервале, обозначенном на круговой диаграмме (рис. 1.8) как (φпер, как и в двухтактном дизеле устанавливается соотношение давлений рs> рц> рг) поэтому происходит продувка камеры сгорания воздухом, поступающим из ресивера. Указанный угол называют углом перекрытия клапанов.
В точке b’ закрывается выпускной клапан, начинается наполнение цилиндра воздухом, поступающим из продувочного ресивера при движении поршня к НМТ. Наполнение цилиндра завершается после прохождения поршнем НМТ в точке а (d ‘), где закрывается впускной клапан. Как видно из рис. 1.9, повышение давления в цилиндре начинается сразу же после НМТ (точка ан). К моменту закрытия впускного клапана в точке а рц становится больше рs.
В силу отмеченного выше в четырехтактных ДВС началом сжатия считают НМТ поршня (точку ат вместо действительной а). При таком допущении геометрические характеристики двигателя будут выражаться следующими формулами:
Таким образом, в четырехтактном двигателе отсутствует понятие потерянного рабочего объема цилиндра, а степень сжатия ε равна геометрической степени сжатия.
Как видно из рисунка 1.9, в процессе газообмена поршнем совершается отрицательная работа (так называемая работа насосных ходов поршня), которая уменьшает на 2-3% полезную работу цикла четырехтактного двигателя. Работу насосных ходов принято включать в работу механических потерь двигателя.
- ← Идеальный цикл дизеля
- Украинские моряки спасли жизнь Сирийскому капитану →
Индицирование как метод регулирования и диагностирования параметров рабочего процесса дизельного двигателя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»
WORKING PROCESS / INDICATOR DIAGRAM / EXPERIMENT / ALTERNATIVE FUEL / GASES PRESSURE / FUEL SUPPLY / INJECTION ADVANCE ANGLE / ИНДИКАТОРНАЯ ДИАГРАММА / АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО / ДАВЛЕНИЕ ГАЗОВ В ЦИЛИНДРЕ / УГОЛ ОПЕРЕЖЕНИЯ ВПРЫСКА ТОПЛИВА
Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Ведрученко Виктор Родионович, Крайнов Василий Васильевич, Лазарев Евгений Сергеевич, Литвинов Павел Васильевич
Сформированы требования к индикаторной диаграмме дизеля как к основному экспериментальному материалу при испытаниях и исследованиях двигателя на разных по свойствам топливах. Приведена классификация индикаторов и рекомендации по их выбору для конкретных условий испытания дизеля. Рассмотрены различные конфигурации индикаторных диаграмм рабочего процесса двигателя и их связь с особенностями регулировки параметров рабочего процесса, необходимых при переводе дизеля на другие сорта и марки топлива. Проанализированы современные измерительные комплексы для диагностирования и визуального наблюдения за развитием рабочего процесса дизельного двигателя.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Ведрученко Виктор Родионович, Крайнов Василий Васильевич, Лазарев Евгений Сергеевич, Литвинов Павел Васильевич
Исследование рабочего процесса дизельного двигателя при использовании альтернативных видов топлива
О моделировании рабочего процесса судового дизеля при использовании в качестве топлива газового конденсата Уренгойских месторождений
Расчет процесса топливоподачи тепловозного дизеля на маловязком топливе
Расчетный и экспериментальный анализ показателей рабочего цикла для различных способов организации рабочего процесса в ДВС
Совершенствование способа регулирования топливной аппаратуры дизелей
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
The indication as method for adjusting and diagnostics of diesel engine working process parameters
The requirements for diesel engine indicator diagram using as a base material in experiments with different fuels are formed. The classification of indicators and recommendations for their selection in particular experimental conditions are shown. The different indicator diagram configurations of a diesel engine working process and their correlations with the working process adjustment details for different fuels are examined. The modern measure complexes for a diesel engine working process diagnostics and visual observing are analyzed.
Текст научной работы на тему «Индицирование как метод регулирования и диагностирования параметров рабочего процесса дизельного двигателя»
11. Сушков В. В., Велиев М. К., Гладких Т. Д., Мальгин Г. В. Экономия электроэнергии и снижение потерь в электротехнических комплексах нефтегазодобычи: моногр. Нижневартовск: Изд-во Нижневартовского гос. ун-та. 2015. 219 с.
БУБНОВ Алексей Владимирович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Электрическая техника» Омского государственного технического университета (ОмГТУ). Адрес для переписки: bubnov-av@bk.ru
МАЛЬГИН Геннадий Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой «Энергетика» Нижневартовского государственного университета. Адрес для переписки: mag_@list.ru РОВКИН Вячеслав Дмитриевич, аспирант кафедры «Электрическая техника» ОмГТУ. Адрес для переписки: rovkin.vd@gmail.cоm
Статья поступила в редакцию 02.02.2017 г. © А. В. Бубнов, Г. В. Мальгин, В. Д. Ровкин
В. Р. ВЕДРУЧЕНКО В. В. КРАЙНОВ Е. С. ЛАЗАРЕВ П. В. ЛИТВИНОВ
Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск
ИНДИЦИРОВАНИЕ КАК МЕТОД РЕГУЛИРОВАНИЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ_
Сформированы требования к индикаторной диаграмме дизеля как к основному экспериментальному материалу при испытаниях и исследованиях двигателя на разных по свойствам топливах. Приведена классификация индикаторов и рекомендации по их выбору для конкретных условий испытания дизеля. Рассмотрены различные конфигурации индикаторных диаграмм рабочего процесса двигателя и их связь с особенностями регулировки параметров рабочего процесса, необходимых при переводе дизеля на другие сорта и марки топлива. Проанализированы современные измерительные комплексы для диагностирования и визуального наблюдения за развитием рабочего процесса дизельного двигателя.
Ключевые слова: индикаторная диаграмма, альтернативное топливо, давление газов в цилиндре, угол опережения впрыска топлива.
Введение. Рабочий процесс, протекающий в цилиндрах дизеля, определяет основные показатели двигателя — мощность, удельный расход топлива, максимальные нагрузки в деталях и температурное состояние деталей цилиндропоршневой группы [1 — 5]. Главные задачи при исследовании рабочего процесса состоят в установлении зависимостей основных его показателей от различных конструктивных параметров, при которых достигаются наилучшие показатели рабочего процесса [1, 2, 4, 5].
Основным экспериментальным материалом, служащим для оценки совершенства рабочего процесса, протекающего в цилиндре дизеля, является индикаторная диаграмма процесса и часовой расход топлива [3, 5]. Из индикаторной диаграммы можно получить при соответствующей обработке большинство параметров, характеризующих рабо-
чий процесс, — среднее индикаторное давление Р, давление сжатия Р , максимальное давление сгорания Ршах, скорость нарастания КрКе, характеристики тепловыделения . к цилиндре дизеля (закон вы-горанея топлива хо = /(е), скоростьтепловыделения Кх1!Ке = /(е), продолжительность сгорания ц), температуру газа в цилиндре в любой момент времени и многие другие параметры. По часовому расходу топлива определяют средний индикаторный и средний эффективный (при известной эффективной мощности дизеля) расход топлива [3 — 5].
Таким образом, для оценки качества рабочего процесса дизеля основными параметрами, подлежащими измерению, являются эффективная мощность (крутящий момент и частота вращения коленчатого вала), часовой расход топлива и индикаторная диаграмма [1, 2, 4, 5].
Индикаторная диаграмма давления в цилиндре двигателя является наиболее существенной частью экспериментального материала, используемого при исследовании рабочего процесса [1—3, 5]. В зависимости от целей и задач исследования к индикаторам давлений предъявляют различные требования, которым полностью не удовлетворяет ни один из существующих индикаторов [1, 2, 5].
Выбор типа индикатора. Все существующие типы индикаторов классифицируются по виду записываемых диаграмм и по принципу работы [1, 2]. В зависимости от вида записываемой диаграммы различают индикаторы, записывающие изменение давления в зависимости от перемещения поршня (свёрнутые диаграммы), и изменение давления в зависимости от времени или угла поворота коленчатого вала (развёрнутые диаграммы). Первый вид наиболее удобен в эксплуатационных условиях для быстрого определения величины среднего индикаторного давления. Второй вид необходим при исследовании динамики тепловыделения, процесса газообмена и для решения других задач [4]. Свёрнутые индикаторные диаграммы имеют погрешности, связанные с работой привода [1, 5].
По принципу работы индикаторы делят на механические, электрические (электронные) и стробоскопические [1, 2].
Современная практика ориентируется на применение электронных индикаторов, обладающих практически неограниченными возможностями по частоте (до 2000 об/мин), и погрешность используемых датчиков не превышает 0,2 % [1, 2].
Например, в комплект индикатора фирмы «Аутроник» входят [1, 4]:
— персональный компьютер с программным обеспечением по обработке индикаторных диаграмм и принтером;
— переносные или стационарно устанавливаемые тензодатчики давления газов с пределами измерения до 10. 15 или 20 МПа и точностью 1 %; допустимая температура 300 °С. В последней модификации прибора фирма перешла на пьезокварце-вые датчики фирмы «Кистлер», допускающие температуры до 400 °С;
— переносной тензодатчик измерения давления топлива с пределами измерения 0—100 или 200 МПа и точностью 1 %. Допустимая температура 150 °С;
— тензодатчик давления наддувочного воздуха;
— индуктивный датчик для точного определения положения рабочего поршня и скорости вращения коленчатого вала.
Результат измерений в виде кривых давлений и цифровых значений измеренных параметров выводятся на цветной дисплей и печатающее устройство. Встроенный в систему микропроцессор позволяет сохранять в памяти данные измерений, а также сопоставлять новые данные с прежними или эталонными.
Результаты индицирования и их анализ. На рис. 1 приведена типовая индикаторная диаграмма дизельного двигателя фирмы «Бурмейстер и Вайн» [1], снятая при отлаженной топливной аппаратуре, исправных индикаторе и его приводе.
Заметим, что нормальному состоянию привода индикатора должно соответствовать совпадение линий сжатия (2) и расширения (7) диаграммы. На практике часто на одной ленте индикаторной бумаги часто снимают и свёрнутую (6) и развёрнутую (8) диаграммы, что позволяет учитывать характер протекания рабочего процесса дизеля вблизи ВМТ.
Рис. 1 Типовая индикаторная диаграмма дизеля:
1 — атмосферная линия; 2 — линия сжатия; 3 — индикаторная бумага; 4 — воспламенение; 5 — сгорание; 6 — нормальная индикаторная диаграмма; 7 — линия расширения; 8 — развернутая индикаторная диаграмма; ! — длина индикаторной диаграммы; ВМТ — верхняя мертвая точка; НМТ — нижняя мертвая точка; P — давление сжатия;
Рис. 2. Индикаторная диаграмма при позднем впрыске топлива в цилиндр ^ — в норме; Pmax — низкое): 1 — свернутая; 2 — развернутая
На рис. 2 показана индикаторная диаграмма дизеля, снятая при слишком позднем впрыске топлива в цилиндр. При этом давление сжатия (Pc) в норме, а максимальное давление сгорания (Pmax) низкое. Это может случиться из-за следующих дефектов: неисправности форсунок, низкого давления впрыска топлива или низкого качества самого топлива, малого опережения угла впрыска топлива. Одновременно снижается давление Pmax, растёт температура выпускных газов t.
При слишком раннем впрыске топлива (рис. 3) P повышается сверх нормы при удовлетворительном значении P . Для нормализации рабочего процесса необходимо уменьшить угол опережения впрыска топлива, а при увеличении нагрузки проверяют Pmax, чтобы оно не превышало допустимое значение для данного типа дизеля.
Если P и P (рис. 4) ниже нормы, то возмож-
ны следующие причины этого: прорыв газов через поршневые кольца, неплотность седла выпускного клапана, низкое давление надувочного воздуха и др. При этом значение характеризует экономичность протекания рабочего процесса и уровень механической напряжённости, а отклонение от среднего значения должно быть в пределах ±2,5 % от среднего. Уменьшение значения Pc свидетельствует о падении
Pmax — максимальное давление сжатия
Рис. 3. Индикаторная диаграмма при раннем впрыске топлива в цилиндр № — выше нормы, Pc — удовлетворительное): 1 — свернутая; 2 — развернутая
Рис. 4. Индикаторная диаграмма при значениях Pmax и Pc ниже нормы: 1 — свернутая; 2 — развернутая
давления наддува, потере плотности клапанов и износе деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Регулирование Ршах достигается путём изменения угла опережения впрыска топлива.
Регулировки при использовании альтернативных видов топлива. Наряду с использованием традиционных углеводородных топлив в судовых, стационарных и транспортных дизелях возможно применение искусственных или синтетических топлив ненефтяного происхождения (альтернативных) как в чистом виде, так и в качестве добавок к углеводородным моторным топливам (нефтяного происхождения) [4, 6, 7].
По прогнозам фирмы Даймлер-Бенц (ФРГ) в будущем наиболее вероятно использование следующих альтернативных топлив для дизелей: дизельное топливо из угля, растительные масла и их производные эфиры, спирты и их производные. В ряде стран предполагается использование в качестве сырья для топлива битумиозных песков и сланцев [2, 7].
Свойства искусственных жидких топлив (ИЖТ) изменяются в ещё более широком диапазоне, чем у выпускаемых ныне, и перспективных нефтяных топлив. Это выражается, прежде всего, в снижении цетанового числа (ЦЧ), повышении температур помутнения и застывания (отказы в работе при низких температурах окружающего воздуха), в увеличении содержания серы и образовании ок-
Рис. 5. Осциллограммы подачи топлива в дизеле при регулировках давления затяга пружины форсунки: а — затяг пружины форсунки ослаблен; б — затяг пружины форсунки чрезмерный
сида серы и кислот, увеличении воды и примесей и др. Так, топлива из угля содержат около 9,5—11 %, а из сланцев 10,5—12 % водорода, углерода — 80 — 89 %. В этих топливах (без специальной очистки) может быть повышенное содержание серы, азота, кислородсодержащих соединений.
В ряде стран, например в Японии, переход на газовое топливо рассматривается как радикальная мера снижения вредных выбросов автомобилей.
Однако топлива разных сортов и марок, в том числе альтернативные, обладают разными значениями вязкости, плотности, сжимаемости, фракционным составом, составом горючих элементов и т.д. Поэтому характер индикаторной диаграммы будет различным в связи с различной скоростью сгорания и тепловыделения, что проявляется в величине периода задержки воспламенения (ПЗВ). Величина ПЗВ предопределяет индикаторные показатели двигателя и конфигурацию индикаторной диаграммы [4].
Наиболее доступными мероприятиями по регулировкам двигателя при этом является изменение угла опережения впрыска топлива и изменение величины усилия затяга пружины форсунки [8].
Результаты названных технических мероприятий (регулировок) отображаются индикаторной диаграммой двигателя при сравнении с её эталонной конфигурацией на стандартном дизельном топливе [8].
Анализ процесса впрыска по осциллограммам.
На рис. 5 приведены осциллограммы подачи топлива в цилиндр дизеля при разных значениях усилия затяга пружины форсунки [4].
Анализ опыта эксплуатации дизелей и выполненные исследования с индицированием и осцил-лографированием показывают, что физическая сущность топливоподачи в дизелях в целом проявляется в регулировочных и рабочих характеристиках топливной аппаратуры [1, 2, 4]. Поэтому, когда практика эксплуатации ставит инженера-механика перед необходимостью анализа причин изменения
Рис. 6. Определение среднего индикаторного давления графическим способом на свернутой индикаторной диаграмме: Pi — среднее индикаторное давление; V — рабочий объем цилиндра; V — объем камеры сжатия; а, ь, с, у, z — характерные точки цикла дизеля
энергетических и экономических показателей работы дизеля или надёжности элементов деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ), при условии стабильности воздухоснабжения цилиндров причину следует искать прежде всего в нарушении регулировочных или рабочих параметров топливной аппаратуры [4].
Правила технической эксплуатации регламентируют уровни допустимых отклонений параметров от их среднего (по цилиндрам) значения [1, 4].
Из кривых на рис. 5а видно, что открытие иглы форсунки происходит раньше эталона при более низком давлении, что свидетельствует об ослаблении затяга пружины иглы форсунки при её поломке.
Из кривых на рис. 5б видно, что давление открытия иглы выше нормального, и поэтому игла открывается позже. Из этого следует, что позже начинается и начало подачи топлива. Причина — затяг пружины иглы форсунки превышает нормальную величину, принятую установленными правилами эксплуатации дизелей данного типа [5].
Как уже было определено выше, результаты ин-дицирования позволяют получить непосредственно на экране осциллографа как развёрнутую, так и свёрнутую индикаторные диаграммы (рис. 1). Последняя используется обычно для определения значения среднего индикаторного давления Р. [7]. На практике для удобства ведения расчётов и сравнения разных двигателей переменные по ходу поршня давления можно заменить постоянным (фиктивным) давлением, обеспечивающим получение той же работы, что и цикл с переменным давлением. Данное давление называется средним индикаторным давлением Р.. Графически среднее индикаторное давление (рис. 6) представляет собой высоту прямоугольника, площадь которого равна площади индикаторной диаграммы, а основание — длине диаграммы [7].
Выбор технических средств индицирования дизеля. Для наблюдения и регистрации мгновенных значений электрических сигналов, пропорциональных быстро изменяющимся давлениям в рабочих
цилиндрах дизелеи, в настоящее время используются электрические индикаторы в составе электрических комплексов [1, 2].
Так, фирма «Аутроник» выпускает комплексы НК-5 [1, 4]. С помощью этого комплекса можно получить наиболее полную информацию о протекании рабочего процесса во всех цилиндрах двигателя и распознать возникающие в нём нарушения, в том числе и в работе топливной аппаратуры. С этой целью предусмотрен датчик высокого давления, устанавливаемый на топливопроводе высокого давления у форсунки. Кроме того, для данных целей предусмотрены следующие датчики: давления наддува, ВМТ, угла поворота вала, а также давления газов в цилиндре.
Измерительная система Diesel Master 1000 [1] предназначена для непрерывного контроля нагрузки дизеля и параметрической диагностики рабочего процесса в его цилиндрах. Система предназначена для использования на дизелях при частотах вращения от 30 до 3000 мин-1.
В состав системы входят:
— персональный компьютер ДМ1000-РС, рабочее место оператора;
— блок аппаратного интерфейса;
— датчики частоты вращения, давления газа, впрыска топлива и положения рейки топливного насоса.
На рис. 7 приведена схема комплекса «Дизель-Адмирал», разработанного отечественными специалистами [1]. Комплекс создан на базе разработанных уникальных высокотемпературных не-охлаждаемых датчиков давления газа и специального программного обеспечения, использующего современные компьютеры типа Workstation.
Специализированный комплекс «Дизель-Адмирал» предназначен для контроля рабочего процесса, измерения, обработки и протоколирования теплотехнических параметров дизеля.
Разработанные датчики и комплексы контроля широко используются на судах и кораблях, на железнодорожном и автомобильном транспорте. Датчиками и комплексами серии «Дизель-Адмирал»
Датчик угла поворота коленчатого вала Рис. 7. Схема комплекса теплотехнического контроля «Дизель-Адмирал»
оснащены дизельные стенды научных, учебных, производственных и ремонтных предприятий [1].
Наиболее простым вариантом таких систем являются переносные электронные индикаторы, включающие пьезокварцевый датчик давления, датчик частоты вращения и ВМТ и переносной электронный регистрирующий блок [4]. После завершения индицирования всех цилиндров двигателя информация переписывается в обычный персональный компьютер, в котором обрабатывается по специальной программе. Преимуществом электронных индикаторов является возможность индицировать любые двигатели, отсутствие ручной обработки диаграмм и удобство хранения и передачи информации.
Заметим, что в наших исследованиях по инди-цированию дизелей разной размерности [8] был создан измерительный комплекс, включающий в себя двухлучевой электронный низкочастотный осциллограф С1-19, тензометрическая станция типа УНТС-12, комплект тензометрических датчиков давления типа ДДТ-100, другие устройства и приборы. Названные элементы, как правило, составляют основу современных измерительных комплексов для индицирования дизелей.
1. Индикаторная диаграмма является основным экспериментальным материалом для оценки качества рабочего процесса дизельного двигателя.
2. Достоверность параметров рабочего процесса двигателя, полученных с помощью индикаторной диаграммы, определяется выбором типа сертифицированных индикатора и датчиков давления и тарировкой всей измерительной системы.
3. При переводе дизеля на работу с использованием альтернативных видов топлива индициро-вание является наиболее эффективным приёмом диагностирования и регулирования параметров рабочего процесса для приближения их значений к таковым при работе на стандартном дизельном топливе.
4. Наиболее информативными методами ин-дицирования двигателей является использование унифицированных диагностических комплексов на базе современных ПЭВМ.
1. Пахомов Ю. А. Основы научных исследований и испытаний тепловых двигателей. М.: Транслит, 2014. 432 с.
2. Прокопенко Н. И. Экспериментальные исследования двигателей внутреннего сгорания. Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Лань. 2010. 592 с. ISBN 978-5-8114-1047-7.
3. Стефановский Б. С., Скобцов Е. А., Корсин Е. К. [и др.]. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972. 368 с.
4. Возницкий И. В., Пунда А. С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. М.: Моркнига, 2010. 382 с.
5. Райков И. Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Высшая школа, 1975. 320 с.
6. Епифанов, В. С. Применение природного газа в судовых энергетических установках // Речной транспорт. 2008. № 4. С. 77-84.
7. Фомин Ю. Я. [и др.]. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1989. 344 с.
8. Ведрученко В. Р. Методика индицирования среднеоборотного судового дизеля // Передовой опыт и новая техника: сб. ЦБНТИ МРФ / Центральное бюро научно-технической информации Минречфлота. М., 1981. Вып. 4. С. 37-42.
ВЕДРУЧЕНКО Виктор Родионович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Теплоэнергетика».
Адрес для переписки: vedruchenkovr@mail.ru КРАЙНОВ Василий Васильевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Теплоэнергетика».
Адрес для переписки: KrainovVV@omgups.ru ЛАЗАРЕВ Евгений Сергеевич, преподаватель, инженер кафедры «Теплоэнергетика». Адрес для переписки: Incoe@yandex.ru ЛИТВИНОВ Павел Васильевич, аспирант кафедры «Теплоэнергетика».
Адрес для переписки: p_vasilich55@mail.ru
Статья поступила в редакцию 01.03.2017 г. © В. Р. Ведрученко, В. В. Крайнов, Е. С. Лазарев, П. В. Литвинов
RU2034260C1 — Способ технического диагностирования дизелей — Google Patents
Publication number RU2034260C1 RU2034260C1 SU5056172A RU2034260C1 RU 2034260 C1 RU2034260 C1 RU 2034260C1 SU 5056172 A SU5056172 A SU 5056172A RU 2034260 C1 RU2034260 C1 RU 2034260C1 Authority RU Russia Prior art keywords parameters reference model diagnostic diesel diesels Prior art date 1992-07-14 Application number Other languages English ( en ) Inventor Владимир Александрович Залитис Александр Александрович Финогенов Александр Анатольевич Кузнецов Original Assignee Владимир Александрович Залитис Александр Александрович Финогенов Александр Анатольевич Кузнецов Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.) 1992-07-14 Filing date 1992-07-14 Publication date 1995-04-30 1992-07-14 Application filed by Владимир Александрович Залитис, Александр Александрович Финогенов, Александр Анатольевич Кузнецов filed Critical Владимир Александрович Залитис 1992-07-14 Priority to SU5056172 priority Critical patent/RU2034260C1/ru 1995-04-30 Application granted granted Critical 1995-04-30 Publication of RU2034260C1 publication Critical patent/RU2034260C1/ru
Links
Images
Classifications
-
- F — MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02 — COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B — INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00 — Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06 — Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Abstract
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.
Description
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 Рs от среднего индикаторного давления Рi 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/см 2 ;
Рz максимальное давление сгорания, кг/см 2 ;
Рс давление на кривой расширения, соответствующее повороту коленвала на 36 о после ВМТ, кг/см 2 ;
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/см 2 ;
FPz давление впрыска топлива в момент открывания форсунки, кг/см 2 ;
FPopen давление впрыска топлива в момент открывания форсунки, кг/см 2 ;
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/см 2 .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).
Claims ( 1 )
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.
SU5056172 1992-07-14 1992-07-14 Способ технического диагностирования дизелей RU2034260C1 ( ru )
Priority Applications (1)
Application Number Priority Date Filing Date Title SU5056172 RU2034260C1 ( ru ) 1992-07-14 1992-07-14 Способ технического диагностирования дизелей Applications Claiming Priority (1)
Application Number Priority Date Filing Date Title SU5056172 RU2034260C1 ( ru ) 1992-07-14 1992-07-14 Способ технического диагностирования дизелей