автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Повышение эффективности эксплуатации судовых дизелей на основе совершенствования методов и средств контроля их режимных параметров

УДК629.12.123-52

На правах рукописи

Самойленко Анатолий Юрьевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ИХ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ

"Специальности:.

05.08.05 "Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)" 05.09.03 " Электротехнические комплексы и системы"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

8 0 18-.$

Новороссийск 2004

Работа выполнена в Новороссийской государственной морской академии

Научный консультант: доктор технических наук Шишкин В.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор доктор технических наук, профессор

Мясников Ю.Н; Башуров Б.П.; Жадобин Н.Е.

Ведущее предприятие: Центральный научно-исследовательский и про-ектно-конструкторский институт морского флота (ЦНИИМФ)

Защита состоится 10 июня 2004 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного Совета Д223.007.01 при Новороссийской государственной морской академии, по адресу: 353918, Краснодарский край, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93, аудитория Б-4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новороссийской государственной морской академии.

Автореферат разослан 14 апреля 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

Бачище А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях значительного сокращения численности экипажей морских судов существенно возросла роль информационного обеспечения при технической эксплуатации судовых дизелей, как главных, так и вспомогательных.

Судовой дизель характеризуется рядом значений мощности - максимальная, номинальная, эксплуатационная и др. Для обеспечения длительной надежной работы его эксплуатационная мощность преднамеренно занижается относительно номинальной, исходя из ожидаемого в эксплуатации неконтролируемого отклонения параметров тепловой и механической напряженности двигателя в худшую сторону относительно номинальных значений. При этом энергетический ресурс двигателя не используется полностью. Применительно к конкретному двигателю эти отклонения носят неопределенный, вероятностный характер, в связи с чем вероятность отказа сохраняется на достаточно высоком уровне. Снизить эту неопределенность для конкретного двигателя возможно только индивидуальной оценкой его режимных параметров, характеризующих уровень его тепловой и механической напряженности. Для этого двигатель должен быть контролируемым по всем его основным узлам и на всех этапах преобразования энергии: цилиндр - поршень - кривошипно-шатунный механизм - вал.

В области контроля тепловой напряженности дизелей, существующие решения ограничиваются наиболее доступными деталями цилиндропоршневой группы (ЦПГ) — крышка, втулка. Температурный режим деталей движения -поршень, подшипники скольжения и др., в эксплуатации прямо не контролируется. Вместе с тем, на них приходится до 25% отказов деталей ЦПГ, в том числе до 40.. .60% наиболее опасных, внезапных отказов.

В области контроля параметров рабочего процесса сохраняются серьезные методологические проблемы. В частности — негативное влияние индикаторного канала на результаты индицирования дизелей, особенно средне- и высокооборотных. Методика устранения этого влияния отсутствует. Отсутствует также общепринятая методика настройки углов верхних мертвых точек (ВМТ) в системах контроля рабочего процесса (СКРП). Это затрудняет применение СКРП, обуславливает значительную субъективность получаемых оценок. Особую актуальность приобретает решение этих задач при реализации концепции судового малооборотного двигателя (МОД) с электронным управлением, компьютерное управление которым базируется на непрерывном контроле среднего индикаторного давления и максимального давления процесса

Интегральным показателем, определяющим уровень тепловой и механической напряженности деталей ЦПГ, является задаваемая в эксплуатации эффективная мощность двигателя (Л*). Несмотря на многообразие существующих средств ее оценки, не решена задача измерения Ы, в судовых дизель-редукторных установках (ДРУ), где она обусловлена малой располагаемой базой измерения, не позволяющей применить известные торсиометры.

Таким образом, в судовых дизельных уатародкзх.дрсих пор,отсутствует прямой контроль параметров тепловой напряжЕ иностннюдеижных деталей дизе-

03 }0» !

ля (поршень, подшипники), наблюдается повышенная погрешность или невозможность (затрудненность) контроля энергетических параметров (рт) и параметров механической напряженности (ртах и др.) средне- и высокооборотных двигателей, а также степени использования энергетического ресурса как на уровне цилиндра, так и в целом по двигателю (Лу и по двигательной установке. Это указывает на то, что существует крупная научная проблема - неполное использование в эксплуатации располагаемого энергетического ресурса двигателя и повышенный риск его отказа из-за несовершенства методов и средств эксплуатационного контроля режимных параметров, характеризующих тепловую и механическую напряженность деталей движения дизеля, а также степень использования энергетического ресурса цилиндра, двигателя, дизельной установки. Проблема усугубляется относительно высокой стоимостью существующих средств контроля, что делает экономически нецелесообразным их применение на двигателях сравнительно малой мощности. Решение этой проблемы позволит повысить провозную способность морских судов и снизить издержки их эксплуатации, что имеет важное хозяйственное значение.

Учитывая комплексный характер процессов в дизеле, параметры его механической и тепловой напряженности должны оцениваться совместно и в связи с задаваемой двигателю эффективной мощностью, от которых они непосредственно зависят.

Объектом исследования является процесс технической эксплуатации судовых дизелей, в частности — применение методов и технических средств для обеспечения эксплуатационного контроля высокоинформативных режимных параметров дизелей с целью достижения их надежной работы при возможно более полном использовании энергетического ресурса.

Предметом исследования являются методы и технические средства, обеспечивающие прямой эксплуатационный контроль температурного режима подвижных деталей дизеля, наряду с методологически и информационно обоснованным контролем параметров рабочего процесса и с учетом задаваемой в эксплуатации эффективной мощности.

Цели и задачи исследования. Целью исследования является повышение эффективности эксплуатации судовых дизелей за счет более полного использования их энергетического ресурса на основе разработки и применения методов и средств, обеспечивающих комплексное оперативное информационное отображение состояния двигателя по параметрам тепловой напряженности подвижных деталей дизеля (поршень, подшипники), рабочего процесса в цилиндре дизеля, независимо от частоты его вращения, и эффективной мощности в судовых дизель-редукторных установках.

Для достижения поставленной цели исследования необходимо было решить задачи по разработке:

- методологии контроля рабочего процесса дизеля в условиях влияния индикаторного канала, включая методику восстановления искаженного каналом сигнала и информационно обоснованные алгоритмы получения оценок основных параметров рабочего процесса;

- методологических основ и способов прямого эксплуатационного контроля температуры подвижных деталей дизеля — поршня, подшипников и др.;

- метода контроля эффективной мощности двигателей и равномерности ее распределения в судовых ДРУ с электромагнитными муфтами;

- программно-алгоритмического обеспечения, технической реализации и апробации средств контроля рабочего процесса и эффективной мощности, экономически целесообразных для использования на двигателях относительно небольшой мощности;

- средств постоянного эксплуатационного контроля температуры подвижных деталей ЦПГ и подшипников, методики их применения;

- технической реализации средств контроля эффективной мощности двигателей в ДРУ по параметрам электромагнитных муфт.

Методы исследования. Основные научные результаты получены с использованием методов гармонического анализа и синтеза, спектрального, статистического, корреляционного, регрессионного анализов, анализа динамических систем, методов дифференциального и интегрального исчисления, методов компьютерного моделирования, методов структурного синтеза и схемотехники электронных и микропроцессорных устройств информационного назначения, разработки и отладки программно-алгоритмического обеспечения микропроцессорных систем.

Научная новизна исследования определяется:

- разработкой методологии контроля рабочего процесса дизеля с учетом влияния характеристик индикаторного канала на параметры инди-цирования;

- предложенным методом определения показателей рабочего процесса на основе гармонического анализа развернутой индикаторной диаграммы;

- разработкой методологических основ постоянного эксплуатационного контроля температуры подвижных деталей судового дизеля - поршня, подшипников;

- разработкой метода использования электромагнитных муфт в составе дизель-редукторных установок для контроля эффективной мощности двигателей;

- разработкой программно-алгоритмического обеспечения средств контроля рабочего процесса и эффективной мощности, экономически целесообразных для применения на двигателях относительно малой мощности;

- разработкой методов структурного, параметрического и алгоритмического синтеза средств эксплуатационного контроля параметров тепловой напряженности подвижных деталей дизеля.

Назащиту выносятся:

- методология применения СКРП, базирующаяся на гармоническом анализе индикаторной диаграммы, учитывающая и/или устраняющая влияние индикаторного канала дизеля на результаты его индицирования;

- метод определения параметров рабочего процесса, базирующийся на гармоническом анализе индикаторной диаграммы;

- методы структурного и параметрического синтеза средств эксплуатационного контроля температуры подвижных деталей двигателя, а также алгоритмы обработки получаемых сигналов;

- алгоритмическое обеспечение средств контроля параметров рабочего процесса, экономически целесообразных для применения на двигателях относительно малой мощности;

- метод применения электромагнитных муфт судовых ДРУ для контроля эффективной мощности двигателей и технические средства его реализации.

Практическая ценность и реализация работы.

Разработанные методы и технические средства позволяют решать следующие практические задачи эксплуатации судовых дизелей:

- прогнозировать постепенные и предотвращать внезапные отказы, обусловленные изменением технического состояния подвижных деталей ЦПГ, отражающемся на их температурном режиме;

- оперативно оценивать располагаемые запасы по параметрам тепловой напряженности подвижных деталей ЦПГ;

- повысить точность определения параметров рабочего процесса, на этой основе повысить точность оценки располагаемых запасов двигателя по параметрам механической напряженности и степень использования его энергетического ресурса;

- использовать средства контроля рабочего процесса на судовых среднеоборотных и высокооборотных дизелях в полном объеме их функций, без ограничений, обусловленных индикаторным каналом;

- индивидуально оценивать режим нагружения каждого из двигателей ДРУ по эффективной мощности и распределять общую нагрузку между двигателями, обеспечивая, тем самым минимальный удельный расход топлива и более полное использование энергетического ресурса установки;

- более обоснованно задавать ограничительные характеристики дизеля;

- использовать параметры тепловой и механической напряженности подвижных деталей дизеля в качестве диагностических.

Все разработанные автором методики и технические средства ориентированы на применение в условиях эксплуатации судовых дизелей, разработаны по критерию минимальной стоимости при достижении приемлемых в эксплуатации метрологических характеристик, технически реализованы в виде опытных образцов и серий. Разработки автора нашли применение и внедрены:

- бесконтактные устройства контроля температуры поршня БУКТ-1, БУКТ-1М — при проведении исследований по выбору основного эксплуатационного режима СЭУ нефтерудовозов типа "Маршал Буденный" Новороссийского морского пароходства и рыбопромысловых судов типа БМРТ "Прометей" объединения "Новороссийскрыбпром";

- система централизованного контроля температуры поршней БУКТ 8-2 -на главном двигателе т/х "Маршал Говоров" в составе системы оценки

технического состояния (СОТС) малооборотного дизеля, ее применение позволило предотвратить и локализовать ряд аварий главного двигателя; . - система централизованного контроля температуры крейцкопфных подшипников БУКТ-К - в составе СОТС на главном двигателе т/х "Маршал Говоров ";

- системы контроля рабочего процесса на основе микроконтроллеров: в Институте проблем транспорта РАН и в последующем - в АО "Балтийское морское пароходство"; в объединении "Новороссийскрыб-пром" на судах типа БМРТ "Прометей"; в ряде других организаций;

- методика и средства контроля эффективной мощности двигателей ДРУ с электромагнитными муфтами - на серии судов типа "Атлантик" объединения "Новороссийскрыбпром".

Результаты выполненных исследований используются в курсах лекций для судовых механиков, проходящих дополнительную подготовку в ЮРЦДПО при НГМА, в учебном процессе судомеханического факультета НГМА при подготовке судовых механиков и электромехаников.

Апробация работы. Основные научные результаты работы докладывались на отечественных и международных конференциях и семинарах: на постоянно действующем семинаре "Двигатели внутреннего сгорания" при кафедре ДВС МВТУ им. Н.Э.Баумана (1988 г.); на научных конференциях в НГМА в период 1982...2000 гг.; на международной конференции "Информационные технологии в моделировании и управлении" (Санкт-Петербург, 2000 г.); на международной конференции "Компьютерное моделирование 2002" (Санкт-Петербург, 2002 г.); на международной конференции "Безопасность водного транспорта" (Санкт-Петербург, 2003 г.), на секции энергетики Дома ученых им М.Горького (Санкт-Петербург, 2003 г.), на научно-техническом совете судомеханического факультета Государственной морской академии имени адмирала С.О.Макарова (2003 г.). Результаты применения разработанных методов и технических средств обсуждались со специалистами БМЗ (1984 г.), ЦНИДИ (1989 г.), Новороссийского морского пароходства (1982... 1987 гг.), объединения "Новороссийскрыбпром" (1982... 1987 гг.).

Публикации. Результаты работы отражены в 40 научных публикациях, из которых основное содержание диссертации опубликовано в научной монографии, 24 научных статьях, в том числе 6 в центральной печати, и в учебном пособии с грифом учебно-методического объединения по образованию в области эксплуатации водного транспорта. Разработки защищены тремя авторскими свидетельствами на изобретения. Результаты исследований отражены также в 8 отчетах по хоздоговорным научно-исследовательским работам, выполненным под руководством и при участии автора.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 332 страницах, включая 114 рисунков, 21 таблицу и список литературы из 129 наименований. Приложение включает акты испытаний и внедрения разработанных методов и технических средств на 39 листах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и направления исследования.

В главе 1 выполнен системный анализ существующих методов и средств контроля степени использования энергетического ресурса судового дизеля, параметров механической и тепловой напряженности его подвижных узлов, а также сформулированы задачи исследования. Обширные исследования, проведенные Б.П.Башуровым, И.В.Возницким, С.И.Горбом, А.А.Грином Г.А.Давыдовым, С.Н.Драницыным, Н.Е.Жадобиным, АЛ.Иванченко, С.В.Камкиным, Ю.Н.Мясниковым, М.К.Овсянниковым, ВАПетуховым, ВАШишкиным, В.П.Шмелевым и другими учеными решили многие задачи в области повышения эффективности технической эксплуатации судовых дизелей и дизельных установок. Однако проблема далеко не исчерпана.

Основным средством контроля степени использования энергетического ресурса цилиндра и двигателя в целом, а также его механической напряженности является СКРП. При условии не превышения допустимого уровня механической напряженности деталей двигателя, максимально полное использование в эксплуатации его энергетических возможностей, реализованных при проектировании и постройке, напрямую зависит от достоверности и уровня погрешности получаемых от СКРПоценок параметроврабочего процесса.

В таких системах давление газов из цилиндра через индикаторный кран подается к датчику давления (ДГ), где преобразуется в электрический сигнал (рис.1). Этот сигнал по определенному алгоритму обрабатывается средством обработки, на второй вход которого подается сигнал с датчика угла поворота (УЛ) коленчатого вала дизеля.

Pud. Обобщенная структурная схема СКРП

Сигнал датчика УП характеризует текущий угол <р поворота коленчатого вала (ПКВ). Обработка этих двух сигналов позволяет получить ряд показателей рабочего процесса в цилиндре дизеля: среднее индикаторное давление максимальное давление р„ах, давление сжатия рс (или давление Ротр — на угле ПКВ за 12 градусов до ВМТ); давление расширения рехр (на угле ПКВ 36° после ВМТ); максимальную скорость нарастания давления (д.'рМф)^, угол действия максимального давления (Хртах и некоторые другие.

Однако, несмотря на широкую номенклатуру СКРП, поставляемых на суда, их объединяет весьма высокая стоимость и сохраняющиеся методологические проблемы.

Современные микропроцессорные средства сняли практически все ограничения в реализации алгоритмов обработки сигнала и форм вывода результатов. Это создало предпосылки для существенного расширения области их применения - системы контроля стали применяться для индицирования судовых средне- (СОД) и высокооборотных (ВОД) дизелей. Однако при этом обострилась известная проблема - влияние параметров газового (индикаторного) канала, соединяющего полость цилиндра с датчиком ДГ, на результаты индици-рования. С увеличением частоты вращения двигателя погрешность, вызванная индикаторным каналом, увеличивается и становится доминирующей при инди-цировании СОД и особенно ВОД. В качественном плане это явление исследовалось предшественниками. Вместе с тем, алгоритм обработки сигнала, позволяющий восстановить неискаженный сигнал, отсутствует.

При индицнровании давление газов из цилиндра р^ передается к датчику ДГ по индикаторному каналу, (рис.2), в который входят газовый канал диаметром и длиной и газовая полость длиной и диаметром

- сечение газового канала;

4

с — скорость звука в газе, заполняющем канал. Если объем газовой полости мал, то:

Скорость звука зависит от состояния газа:

где р - плотность газа.

Из приведенных формул следует, что собственная частота канала зависит от параметров газа, а те, в свою очередь - от режима работы двигателя.

При малом значении колебания, возникающие в индикаторном канале, искажают сигнал и вносят погрешность в определение показателей рабочего процесса, тем большую, чем ближе частота канала к частоте повторения рабочего процесса Сильное влияние на характер процесса и получаемые показатели оказывает добротность канала. Она зависит от многих, трудно поддающихся учету факторов — от конфигурации канала, изменения его сечения по длине, степени загрязнения и т.д.

При настройке СКРП в нее вводится значение угла ВМТ (фвмт)» являющееся расстоянием по углу поворота коленчатого вала между положением, соответствующим ВМТ поршня и положением датчика УП, по сигналу которого начинается в СКРП обработка процесса. Значение фвмт непосредственно и сильно влияет на получаемую оценку К настоящему времени насчитывается несколько методов настройки фвмт- Наиболее часто используются методы, базирующиеся на процессе в цилиндре с отключенной топливоподачей и предполагающие симметричность кривых сжатия и расширения относительно положения ВМТ. Однако индикаторный канал вносит различный, не пропорциональный частоте, фазовый сдвиг в спектральные составляющие сигнала давления. При этом процесс на выходе канала, воспринимаемый датчиком давления, становится несимметричным относительно ВМТ. Поскольку ось симметрии отсутствует, то она не может быть найдена по определению.

Вопрос о преимуществах или недостатках того или иного метода принципиально снимается только в том случае, если удастся устранить искажения сигнала, вносимые индикаторным каналом.

Кроме перечисленных проблем, СКРП - достаточно дорогие системы, что делает экономически нецелесообразным их применение на двигателях относительно небольшой мощности. Вследствие этого для таких двигателей невозможно применить методы их эксплуатации, базирующиеся на контроле рабочего процесса.

Отсутствие прямого эксплуатационного контроля параметров тепловой напряженности подвижных деталей судовых дизелей (поршень, подшипники и др.) побуждает их разработчиков закладывать повышенные запасы прочности

при проектировании и использовать более качественные материалы при постройке двигателя, а эксплуатационников - снижать его эксплуатационную мощность. В конечном итоге, энергетический ресурс двигателя не используется в полной мере. Тем не менее, вероятность внезапного отказа, вызванного нарушением его теплового режима, сохраняется на весьма высоком уровне. Так, начальный период эксплуатации одной из первых в отечественном флоте серий крупнотоннажных судов типа т/х "Маршал Буденный" сопровождался периодическими тяжелыми авариями главного двигателя (ГД) - задирами цилиндров (поршней). Вследствие большого тоннажа судов, каждая авария приносила значительные убытки, уровень же оснащения двигателя информационно-измерительным оборудованием не обеспечивал эксплуатационный персонал информацией, необходимой для предотвращения аварии.

Таким образом, задача предотвращения внезапных отказов ГД, проявляющихся в виде задиров цилиндров, приобрела особую актуальность.

Уровень тепловой и механической напряженности деталей ЦПГ и подшипников, а также уровень параметров рабочего процесса, в конечном итоге, определяется задаваемой двигателю эффективной мощностью Ее эксплуатационный контроль, осуществляемый с помощью торсиометров, основан на измерении крутящего момента и частоты вращения вращающегося вала двигателя:

где к- коэффициент, учитывающий размерности величин.

Степень использования в эксплуатации энергетического ресурса дизельной установки прямо зависит от погрешности оценки Л^ . При этом, эксплуатационное значение мощности должно быть снижено относительно номинального значения, по крайней мере, на величину погрешности измерения Учитывая это, многие фирмы, выпускающие судовые торсиометры, декларируют погрешность измерения Л1', на уровне десятых долей процента. Однако выполненный автором анализ показал, что суммарная погрешность существующих торсиометров в эксплуатации значительно выше и определяется в основном погрешностью определения диаметра вала и изменением в эксплуатации модуля упругости материала вала. С учетом только этих факторов, не представляется возможным обеспечить в эксплуатации погрешность менее 1%. Стоимость торсиометров весьма значительна и находится на уровне 15...25 тыс. долларов США, что делает экономически нецелесообразным их применение на судах относительно малого водоизмещения.

Ограничения, присущие существующим типам торсиометров, еще в большей степени проявляются в судовых дизель-редукторных установках, где база измерения значительно меньше или практически отсутствует.

В главе 2 приведены результаты разработки методологии контроля параметров рабочего процесса дизеля в условиях влияния индикаторного канала, базирующейся на гармоническом анализе индикаторной диаграммы и анализе свойств канала в частотной области.

Для гармонического анализа индикаторных диаграмм, исследования способов настройки СКРП и методов восстановления искаженного в канале сигнала на ЭВМ моделировалась система, показанная на рис.3.

Модель формирует развернутую индикаторную диаграмму MODEL по принципу ее внешнего подобия диаграмме реального дизеля и по гармоническому составу. Этот сигнал поступает в модель индикаторного канала, на выходе которой формируется искаженный каналом сигнал CMODEL. Индикаторный канал моделируется уравнениями (1), (2), а зависимость частоты f. канала от режимных параметров - выражением (4).

На первом этапе исследован спектр развернутой индикаторной диаграммы и выполнена оценка информативности ее гармонических составляющих с позиции получения показателей рабочего процесса. Диаграмма раскладывалась в ряд Фурье, для каждой гармошки рассчитывался ее модуль и фаза. Чтобы исключить зависимость получаемых оценок от абсолютного уровня давления в цилиндре, введено понятие относительного уровня гармоники - 20lg(S/SJ, где S\ — амплитуда первой гармоники спектра, S, — амплитуда той гармоники.

На рис.4 приведены полученные моделированием спектры рабочего процесса.

Рис.4. Спектры индикаторных диаграмм двигателя с е=16: I - liTH'O; 2 - 1ГГН=1, qw - ?ПКВ до ВКГГ; J - ОТН=1, qw = ?ПКВ после BhfT

Подача топлива задавалась в относительных единицах, в виде условного индекса топливного насоса (ИТН). Характер спектра сохраняется при изменении ИТН, степени сжатия и угла начала видимого сгорания однако, с

уменьшением ИТН и е спектр затухает быстрее. Аналогичные по характеру и по параметрам спектры получены обработкой реальных диаграмм судовых дизелей (рис.5).

V

\

1

V

N

S

N Ц.

j - \ 2> 3

\ ч i

к \

\ Л

• S

\

В отсутствие топливоподачи с увеличением номера гармоники ее относительный уровень уменьшается практически по линейному закону (рис.4, кривая 1) и от давления продувочного воздуха (рне зависит. При этом, если за начало отсчета принять нижнюю мертвую точку (НМТ), все нечетные гармоники имеют начальный фазовый сдвиг 180°, а все четные - 0°. Параметром, сильно влияющим на спектр сигнала в цилиндре, является степень сжатия - с ее увеличением темп уменьшения уровня гармоник снижается. С погрешностью не более 0,55 дБ относительный уровень любой из первых 10 гармоник спектра, процесса в цилиндре (в диапазоне е=8...18) может быть найден из выражения:

(6)

Наиболее важным параметром, определяемым в СКРП, является рт. Основное расчетное выражение для при его определении по развернутой индикаторной диаграмме, имеет вид:

I2*

Рт! = ~ ^(фМфУф. 2 О

где ф - угол ПКВ двигателя, относительно НМТ;

- давление газов в цилиндре в функции угла ПКВ.

Здесь:

ц(ф)= л/иф-— я'л2ф,

где - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна двигателя. Представим теперь процесс в цилиндре спектром гармоник:

где ра - постоянная составляющая процесса;

¡та - номер максимальной учитываемой гармоники; Р}} - амплитуда 1-той гармоники; ф, - начальная фаза 1-той гармоники.

Подстановкой (7) в (6) после преобразований получено:

где фь фг, ^ » -^„„и" начальные фазы и амплитуды первых двух гармоник.

Таким образом, информация о р,^ содержится в параметрах только первых двух гармоник процесса - в их амплитудах и фазах. Выражение (8) проверено обработкой как моделируемых, так и реальных индикаторных диаграмм.

С увеличением числа учитываемых гармоник возможно получение других параметров процесса, среди которых наиболее важным является р^. Моделирование и обработка реальных индикаторных диаграмм показали, что относительная погрешность определения р„ах на уровне не более 1% может быть получена при учете гармоник с уровнем -34...-36 дБ и менее, чему при наличии топливоподачи соответствует 20 и более гармоник. Уровень гармоник, в свою очередь, определяется скоростью нарастания давления в процессе сгорания топлива, зависит от е и от фИ!!С (см. рис.4).

Для получения приемлемых по точности оценок таких параметров, как ('ф/с/^топ &ртах и др., необходим учет гармоник, уровень которых составляет -55...-60 дБ и менее. Для представленных на рис.4 спектров такой уровень имеют гармоники с 1=32...50.

Оценка информативности гармонических составляющих рабочего процесса позволила установить реальный, с учетом влияния индикаторного канала, диапазон применения СКРП, использующих традиционные методы обработки диаграммы.

Моделирование с учетом зависимости частоты канала^ от параметров газа в цилиндре показало, что оценкарт„ получаемая от СКРП (настроенной по условию по сигналу на выходе канала, занижена относитель-

но значения в цилиндре. Этот вывод подтверждается известными результатами применения СКРП при индицировании дизелей.

При прохождении через канал первая гармоника рабочего процесса получает фазовый сдвиг ©|, а вторая - ©2- Поэтому выражение (8) примет вид:

Р™ ™(<Р| + в,)-|р2„*2 + ©2)].

где и кг — коэффициенты передачи канала на частотах соответственно первой и второй гармоник процесса.

Во время настройки СКРП (при ИТН=0) процесс в цилиндре протекает при определенном уровне давления, определяющем а также коэффициенты переда-

чи первых двух гармоник Л,"™'0, и их фазовые сдвиги ©¡т,'в , 0™"° (см.

рис.6). Результатом настройки является значение фвмт» которое по величине близко к О,"™"0. При наличии топливоподачи уровень давления в цилиндре увеличивается, что повышает,/с. Поскольку обычно 0> 1,то коэффициенты передачи к™'1 и А™"1 на частотахи_/г уменьшаются. Одновременно, вследствие удаления^ от частоты процесса, уменьшаются и фазовые сдвиги гармоник 0}1™ и

0ШИ.1 в канаде фис б) в итоге это уменьшает оценку рт.

Таким образом, основная причина погрешности состоит в том, что настройка СКРП выполняется на одном режиме, а измерение р„1 - на другом, с изменившимися параметрами канала. Погрешность измерения рт уменьшается с увеличением /с и при увеличении добротности.

Рис. 6. Изменение амплитудно- и фазочаапотной характеристик канала при изменении подачи топлива

Дальнейший анализ показал, что ошибка измерения рт по сигналу на выходе индикаторного канала не превысит 1% при 0>2 и собственной частоте канала /с, находящейся по отношению к частоте процесса /пр в соотношении:

Условие (9) может быть детализировано с учетом добротности. Тогда оно принимает вид:

//- £80/^/0.

Таким образом, одинаковую ошибку можно получить при разных соотношениях собственной частоты канала и его добротности.

Учитывая затухающий характер спектра диаграммы, условие получения Ртах с погрешностью не более 1% имеет вид:

«/пр- (Ю)

Получение рт и р^ с погрешностью на уровне 1% ограничивает реальный диапазон применения СКРП среднеоборотными дизелями.

Для получения дополнительных параметров рабочего процесса частота канала по отношению к частоте процесса должна находиться в соотношении:

Если не принять специальных мер по устранению влияния канала, то весь многочисленный перечень показателей рабочего процесса (рт, Рта, артах, ф/^Лрта» и др.), декларируемый большинством изготовителей СКРП, реально может быть получен только на малооборотных дизелях.

Принципиально устранить ограничения вида (9). ..(11) и расширить область применения СКРП по всем параметрам на СОД и ВОД возможно лишь восстановив искаженный индикаторным каналом сигнал.

Из выражения (1) следует, что информацию о риил содержит не только собственно выходной сигнал датчика но также его первая и вторая производные. Для восстановления процесса р^, сигнал />,ых, получаемый от датчика ДГ, следует суммировать с его первой производной (с коэффициенTJQ) и со второй (с коэффициентом Т3с).

Сигнал pBbai в частотной области может быть представлен рядом Фурье:

Рвых = Рвых0+ cosdHit+bj sin (Hit), (12)

где ctj, Ъ, - коэффициенты ряда Фурье, i — номер гармоники, i= 1,2,3.. ./max; ¿Wo — постоянная составляющая сигналаptm; (О/ - частота /-гармоники. Получив из (12) выражения для первой и второй производных, подставив их в (1) и решив (1) относительно получим выражение для восстановленного сигнала давления в цилиндре:

Рыл = />вых0 + X(a'«W(B«, + P/jfn®</). (13)

/=1

Т

где a,=а,+ - ; (14)

05)

Зависимость параметра Тс канала от конфигурации и от параметров газа в цилиндре дизеля известна и учитывается при расчете на ЭВМ выражения (13).

Для определения добротности разработана методика, базирующаяся на процессе в цилиндре с отключенной топливоподачей, когда нечетные гармоники имеют начальный фазовый сдвиг 180°, а четные - 0°. Пройдя канал, каждая гармоника получает фазовый сдвиг ©„ зависящий от добротности канала и удаленности ее частоты от fc. Чтобы устранить создаваемые каналом искажения необходимо корректирующее устройство, которое своим фазовым сдвигом Q.opp должно скомпенсировать фазовый сдвиг, вносимый каналом.

Значение добротности отыскивается методом последовательных приближений, до получения линейной фазовой характеристики восстановленного процесса, и базируется на методике восстановления процесса по сигналу на выходе индикаторного канала. На рис.7 приведены результаты определения добротности в соответствии с этим алгоритмом.

-•■а....- ПОДОИРОВЛИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ С «УРЬЕ-ПРЕОБРАЗОВаМЕП Частота в^вцвжя. uC.laai .. 6В.В

бар......Z.B8

..........1Z.8

Дилом надлом« Степень сжатия... ИТН.о.а..........

Паддинтом канала 1 Добролясп 8

Собст» .частотаСС=Э40 м/с) Гц 1Z Частота канала для ВГГГ, Гц 19.4 «гол ЖТ (ж CXPI» 8.25

Разложение сигнала ■ канала: Чело гармоник разложения 2Й Числа гармоник omtr» ZB

Восстаиоал. сиги. ■ цилиндра: Добротность Оя «11 Частота канала Ггв к 1Л

давдп ив

muuii с мяте ДР а _

\

\ X

В ГТ уго »ПКВ

• ПОХАЭАТЕШ ПРОЦЕССА С давлеааая нэйлпч«», размерность - бар )

ПАРЛ1ЕТР В ЦИЛИНДРЕ В КАНАЛЕ Выход »Н па СКРП OtflO

Г.1 -В. 80 8.25 8.88 0.85 -8.88

Гмх 91.1 97.9 0.0 97.9 94.3

Грмах О.В 0.5 8.0 В.В -8.3

Гсоар 74.В 74.3 0.8 75 .В 74.0

Ре*р 74 .О 75.9 0.8 75.1 74.8

-0.0 -0.1

0.4

1В ■1.9

Рис. 7. Результаты определения добротности канала методом последовательных приближений

—•—~ ПОДЕШРОВАМЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЖЭЕЛЯ С ШРЬЕ-ЛРГОКРЯЗОВЛИЕИ Частота арачваоая, ой/м« .. бв.в

Дажлааме наядой. Бар......2.80

Стегапнь сжатия.............12.0

ига, О. в....................1.еа

Паре шатры канала: Добротюсть 8 Собстж.частота(С=Э4Ви/с> П4 12 Частота канала для ВИТ. Гц 28.5 Угол ВПТ (» СКРП) 8.25 Раэложпаааае сигнала_

50 58

**асло rapaaoaapt разложения Чело гараааник синтеза Восстаноал. гмгн■ ж цилиндре:

Добротность QB Частота канала fcB

11

12

дашкн шал емл КОПР, [ti s^ 1 кш V \ ЛЯ

V

/ \

в гг уго Л ПКВ

амиа 1ШШТЕ)Н ПРОЦЕССА С дажления избыточные. раамврносп - бар )

пяршцр В IfUMHДРЕ В ХПМЯЕ Выход <НЧ по СКРП ОСГГЕЗ

Ря1 14.3В 14.66 В.80 14.39 14.26

Гмх 136.2 154.8 8.8 154.0 135.5

Грмах 8.3 9.0 8.8 9.5 8.3

Рсомр 74.8 74.3 8.В 75.0 74.7

Рехр 128.4 146.1 8.8 144.2 128.7

Рис. & Восстановление искаженного в канале процесса при ИТН=1

После определения добротности возможно восстановление сигнала в соответствии с выражениями (13)...(15). На рис.8 приведен пример восстановления сигнала при наличии топливоподачи. Параметры восстановленного процесса (графа "синтез") практически совпали с параметрами процесса в цилиндре (графа "в цилиндре").

На основе проведенных исследований предложены два метода обработки индикаторной диаграммы, позволяющие расширить диапазон применения СКРП в условиях влияния индикаторного канала:

Рис. 9. Структура СКРП с индивидуальной

—использующий фильтрацию сигнала;

— использующий гармонический анализ и синтез сигнала с восстановлением..

На рис. 9 представлена структура СКРП с адаптивной фильтрацией, использующая несколько фильтров нижних частот (ФНЧ), параметры которых выбираются индивидуально, в зависимости от определяемого показателя рабочего процесса и базируются на соотношениях (9)...(11).

ацией сигнала

Разработанный метод позволяет восстановить искаженный в канале сигнал при значении /с, найденном с погрешностью до 5%, и находящемся по отношению к частоте процесса в цилиндре /,р в соотношении ^>(10...12)/,р. Это позволяет индицировать практически любой судовой дизель. Так, при частоте вращения дизеля я=1200 об/мин (/пр=20 Гц) длина канала может достигать /„=0,425 м [из выражения (3)], что не превышает реальных значений, характерных для судовых дизелей. Снимается вопрос о преимуществах того или иного метода настройки

Кроме традиционного алгоритма расчета рт, использующего выражение (6), может применяться алгоритм вычислений в соответствии с формулой (8). Он требует использования производительной ЭВМ для гармонического анализа, но дает более надежную оценку рт - спектры помех различного происхождения, перекрывающие высокочастотную часть спектра индикаторной диаграммы (/>2), при этом отсекаются.

В главе 3 разработаны методологические основы построения средств эксплуатационного контроля температуры подвижных деталей судовых дизелей, а также основы структурного и параметрического синтеза таких средств.

Радикальное решение проблемы надежности таких средств возможно с переходом к бесконтактному способу съема информации с поршня, при котором датчик непосредственно установлен в контролируемой точке поршня, а вырабатываемый им сигнал определенным образом преобразуется в подвижном блоке (ПБ), также находящемся на поршне, и через бесконтактные токосъемники передается к неподвижному блоку (НБ).

Анализ известных технических решений показал, что для условий поршня и других подвижных деталей дизеля, характеризуемых значительным уровнем загрязнений остатками нефтепродуктов, целесообразна структурная схема системы бесконтактной передачи информации с поршня (рис.10) , в которой ПБ содержит частотный преобразователь с подключенным к нему датчиком, приемную часть индуктивного токосъемника питания (ТП) и пере-

дакщую часть токосъемника информационного сигнала (ТИ). Неподвижный блок располагается в подпоршне-вом пространстве дизеля и содержит передающую часть индуктивного токосъемника питания ТП и приемную часть токосъемника информации ТИ. Центральный блок (ЦБ) обеспечивает питанием ПБ и обрабатывает информационный сигнал. С учетом конструкции дизеля связь ПБ и НБ через токосъемники носит импульсный, прерывистый характер, например, когда он находится в зоне НМТ.

Рис. 10. Обобщенная структурная схема системы бесконтактной передачи информации с поршня

Реализация представленной на рис.10 структуры требует комплексного решения ряда задач, одна из которых - определение параметров движения и взаимной ориентации ПБ и НБ. С учетом конструктивных особенностей дизеля время Д/ взаимодействия ПБ и НБ ограничено и определяется скоростью К перемещения ПБ и длиной /г его активного хода. Временной интервал А/ не может быть задан меньше некоторого значения Ытт, минимально-достаточного для съема сигнала с ПБ. В связи с этим возникает задача выбора такого взаимного расположения ПБ и НБ, при котором для заданного /г обеспечивается условие

Кинематическая схема к расчету параметров движения ПБ (для варианта его установки на шатуне) приведена на рис.11, где обозначено: 1=АС - длина шатуна; Я=ОС- радиус кривошипа; Л1- шток поршня; А - ось крейцкопфного подшипника; С - ось мотылевого подшипника; О - ось рамового подшипника; Ф - уголПКВ; у - угол между осью шатуна и осью у, — центр ПБ; т=ЕВк расстояние от оси шатуна до центра ПБ; п-АЕ - расстояние от оси крейцкопфного подшипника; V ■>У1,Уу - вектор скорости ПБ и его проекции на оси Хм У;

- угол действия вектора скорости - вектор ускорения; - угол действия

вектора ускорения.

Для координат расчетной точки Вк в функции времени, обозначив Х-ЯД, можно записать:

X, = Х(п я'ию/ + от/, (Ш)),

У. =А] I со5 со/ + т хт со/ +

* Л А.

Ьм),

где со = ■

2япд 60

сог = ф; /1(а>1) = VI-Л.2 «и2 со/,

здесь ид - частота вращения вала двигателя, об/мин.

Выражения для проекций вектора скорости по осям имеют вид: Vz = Л.ю[и cos a>t - mi|/(fttf)],. Vy = \(b\mcosf&t -1 sinat - (I ~ п)/2(ш )\,

где f2{cot)=—== .

2vl — X sin cot

Рис. 11. Кинематическая схема к определению параметров движения ПБ

Модуль Уи аргумент Р вектора скорости определяются выражениями:

V

P = arctg-f-.

Путь 5, проходимый р;

^ = Ш+Vydt:

штервал времени /2 '/"-

Проекции векто 2Г • „ .** w У:

ах=-ма [nstnat + mfyatft,

-Яю2 [/ИИЛ СО/ + / С0.У Ю* + (/ - и)/з (со/)].

/зИ=

Для модуля ускорения и угла а, под которым вектор ускорения направлен к оси - У можно записать:

Полученная система уравнений описывает параметры движения любой точки рассматриваемых подвижных деталей дизеля. Так, в случае применения ПБ для термометрирования поршня в качестве расчетной точки рассматривается Вп. Параметры ее движения аналогичны параметрам точки А, с учетом удаления точки Вп от А на Х„ по оси Xи на У„ по оси У. Параметры же точки А могут быть найдены, если задать т=0 и п=0.

Если ПБ крепится к верхней половине крейцкопфного подшипника, с центром в точке Вк, то параметр и учитывается с отрицательным знаком. При использовании ПБ для термометрирования мотылевого подшипника, в качестве расчетной точки его крепления рассматривается точка Вн, для которой т=ЕмВм, а

При установке ПБ в точке С параметры ее движения могут быть найдены, если задать т=0 и п=1. Если центр ПБ расположен на линии ОС (или на ее продолжении), то параметры его движения будут аналогичны точке С, но в другом масштабе.

Если в выражениях сделать замену то они будут описывать движение расчетной точки в функции угла ПКВ.

Решение задачи определения параметров ориентации ПБ и НБ предполагает отыскание такого временного интервала за который ПБ проходит расстояние 5, ^ =й. При этом должно выполняться условие . Временному интервалу /2-^1 будет соответствовать диапазон изменения угла ПКВ Дф = Со(/2 —/,) = ф2 — ф,. Если условие Д/2Д/тш выполняется, то момент времени /((и соответствующий ему угол ф)) - это начало взаимодействия ПБ и НБ, длящегося не менее Д/„,,„, за которое ПБ проходит расстояние

Решение данной задачи выполняется на основе исследования параметров движения расчетной точки на ЭВМ - в исследуемом интервале изменения угла ПКВ отыскивается диапазон Дф=ф2-(р1_ для которого 5,й;=А, а А/>А1т1№

Координаты X,, и У», соответствующие середине диапазона Дф, являются координатами центра НБ. Угол направления вектора скорости точки в середине найденного диапазона Дф является углом разворота НБ относительно вертикали, а разность углов определяет угол разворота ПБ относительно оси шатуна, на котором он крепится.

я,

У

а = агссоь

а

Максимальное значение модуля вектора ускорения (о*"") и угол его действия (</""), найденные по всему диапазону движения ПБ, определяют уровень и направление наибольших перегрузок, испытываемых блоком и его электронными компонентами. Относительно вектора скорости ПБ (вдоль которого должна быть ориентирована продольная ось ПБ) максимальная перегрузка будет действовать под углом Р-сТ"". Эти данные учитываются при разработке конструкции ПБ и ориентации его компонентов.

Синтез наиболее рациональной структуры ПБ и НБ является многоэтапным процессом, базируется на анализе известных аналогов, результатах разработки и применения опытных образцов. Для апробации предложенных

принципов был разработан опытный Образец прибора в одноцилиндровом варианте - бесконтактное устройство контроля температуры (БУКТ) поршня (рис.12). В качестве датчика температуры использован термистор. Подвижный блок включает в себя преобразователь значения сопротивления в значение частоты сигнала (ПСЧ), стабилизатор напряжения, накопитель энергии (блок конденсаторов), ьыпрямитель, а также передающую часть ТИ и приемную часть ТП.

Рис. 12. Структурная схема подеижного блока БУКТ

Передающая катушка ТИ и приемная катушка ТП, расположенные в ПБ, выполнены в виде плоских катушек, входящих в пазы НБ. При положении поршня в НМТ между катушками токосъемников имеется воздушный зазор несколько миллиметров. ПСЧ вырабатывает сигнал, частота которого пропорциональна температуре термистора. Когда поршень приходит в НМТ, этот сигнал через ТИ поступает в НБ и далее - в ЦБ, где отрабатывается. Одновременно, через ТП накопитель энергии подпитывается и, когда с уходом поршня из НМТ энергия от токосъемника питания не поступает, обеспечивает нормальную работу преобразователя.

Опытный образец БУКТ был установлен на одном из поршней двигателя 8КЫВ90 т/х "Маршат Конев" и в течение нескольких месяцев использовался для измерения температуры тронка поршня в задироопасной зоне. В течение всего периода опытной эксплуатации устройство работало стабильно и надежно, не требуя технического обслуживания, при отсутствии признаков каких-либо износов или изменения характеристик. БУКТ реагировало на такие изменения теплового режима поршня, которые не могли зафиксировать штатные

Т°с~

Преоброовгтель —»

Стабжлвзатор

Ввкопмтелъ »яергвя

Вьшркжителъ

Г' 1

Токосъемник

нвформацвя

1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 ) 1

Токосъемник

пктання

I Подвижный блок

Неаодвнжаы!

судовые средства измерения и были связаны с незначительными изменениями нагрузки двигателя, режима охлаждения и т.д.

На основе положительного опыта применения БУКТ был разработан его усовершенствованный вариант - БУКТ-1М (рис.13).

1Г

I_________I

Рис. 13. Структурная схема подвижного и неподвижного блоков БУКТ-114

В качестве ПСЧ в ПБ БУКТ-

1М использована схема мультивибратора с коллекторно-базовыми связями и корректирующими диодами. Термистор включен в одно из плеч мультивибратора, в качестве время-задающего элемента. Зависимость частоты сигнала мультивибратора от сопротивления термистора является существенно нелинейной.

Однако при рациональном выборе параметров, ее нелинейность в значительной степени компенсируется нелинейностью характеристики термистора !{,=/(?) (рис.14). В итоге, суммарная характеристика /-<р(?С) имеет участок на котором частота сигнала изменяется пропорционально температуре термистора. Для надежного запуска мультивибратора в состав ПБ введена схема запуска. При подходе ПБ к НБ мультивибратор получает питание и, когда

оно достигает требуемого уровня, запускается в работу. Питание ПБ осуществляется током частотой 1...2 кГц.

Центральный блок БУКТ-1М (рис.15) обеспечивает питанием НБ и ПБ, обрабатывает поступающую информацию, обеспечивает контроль исправности блоков. Его измерительная часть выполнена по схеме цифрового частотомера.

Положительные результаты применения опытных образцов одноцилиндровых вариантов БУКТ, а также не снижающаяся острота проблемы задиров ЦПГ главных двигателей Щ№1)90 судов типа т/х "Маршал Буденный" явились побудительными мотивами для разработки полномасштабной системы централизованного контроля температуры (СЦКТ) поршней БУКТ-8-2.

Для обеспечения более высокой информативности контроль температуры каждого поршня осуществляется в двух точках. В состав СЦКТ (рис.16) входят подвижные блоки, устанавливаемые на поршнях, с двумя датчиками температуры каждый, и неподвижные блоки, установленные в подпоршневом пространстве, а также центральный блок. Структурные схемы ПБ и НБ аналогичны ранее рассмотренным, с тем отличием, что в схеме ПБ имеется геркон для коммутации датчиков, а в схеме НБ - катушка его управления. В СЦКТ организован обегающий контроль. Для синхронизации работы системы с угловым положением коленчатого вала двигателя имеется датчик положения вала, информирующий СЦКТ о подходе очередного поршня к НМТ. Измерительная часть СЦКТ построена по схеме цифрового частотомера.

На основе опыта разработки и применения бесконтактных устройств контроля температуры поршней решена задача измерения температуры крейцкопфных подшипников. Система централизованного контроля температуры крейцкопфных подшипников БУКТ-К, обеспечивающая контроль двух подшипников каждого из цилиндров 8-цшшвдрового МОД, содержит по каждому цнлшщру ПБ, крепящийся на верхней головке шатуна и НБ, устанавливаемый В Картере (рис. 17). К подвижному блоку подключены два датчика температуры - термисторы, устанавливаемые в нижних вкладышах подшипников.

В ПБ и НБ БУКТ-К реализованы те же принципы, что и в аналогичных блоках, использованных для контроля температуры поршней, а структура СЦКТ БУКТ-К соответствует рис.16. Основное отличье БУКТ-К от БУКТ-8-2 состоит в конструкции токосъемников и в способе коммутации датчиков температуры. Эти отличия обусловлены различным характером движения ПБ на поршне и ПБ на подшипнике (см. рис.11).

Рис. 17. Схема установки блоков БУКТ-К »двигателе: 1 — ПБ; 2 - НБ; 3 — баббитовый вкладыш подшипника; 4 — термисторы; 5 - шатун; б - остов двигателя; $-зазор между ПБ и НБ

Опыт применения бесконтактных устройств для контроля температуры. деталей движения судовых дизелей показал целесообразность расширения диапазона измеряемых температур, а также увеличения числа информационных каналов, приходящихся на один ПБ. Это позволяет контролировать не только уровень температуры заданной точки подвижной детали двигателя, но и градиент температур. Обеспечение многоканалъности ПБ является также необходимым условием для применения в качестве датчика термопары или другого малочувствительного преобразователя. Наличие избыточного числа каналов, позволяет выполнять тестовые измерения, по результатам которых возможно определение реальной характеристики информационного канала с учетом временного дрейфа параметров элементов, влияния температуры среды и т.д.

В предложенной автором структуре многоканальность обеспечена синхронизированным с движением объекта переключением датчиков, в качестве которых использованы термопары. Для снижения энергопотребления, улучшения массо-габаритных и метрологических характеристик питание ПБ осуществляется в импульсном режиме с разделением по времени интервалов подачи питания и съема информационного сигнала.

Структурная схема 6-канального образца системы, получившей название ТЕРМОКОНТ, приведена на рис. 18.

Входящий в состав ПБ коммутатор имеет 6 информационных входов, к которым подключены термопары, и 4 вспомогательных. На них подаются напряжения, формируемые внутри ПБ - напряжение синхронизации истарг эталонные напряжения а также напряжение отражающее информацию о температуре ПБ. Каждый из сигналов поочередно подключается коммутатором к усилителю Ки таким образом управляет частотой f генератора {и//).

Измерение выполняется циклично. При очередном проходе ПБ возле НБ, о чем сигнализирует датчик положения, ПБ получает питание через токосъемник питания ТП. На выходе стабилизатора формируется питающий импульс, подзаряжающий конденсатор С через диод VD энергией, достаточной для питания подключенных к нему блоков ПБ на период до следующего сближения ПБ и НБ. Одновременно этот же питающий импульс, сформированный в триггере Шмитта, поступает в счетчик. Счетчик, управляя коммутатором, обеспечивает подключение одного из входных сигналов к усилителю К, где он усиливается и подается в генератор. Выходной сигнал генератора через токосъемник ТИ поступает в интерфейсный блок микроЭВМ. Управление подачей питания в ПБ и обработка поступающих от него сигналов производится в микроЭВМ. Измерительная часть системы выполнена по схеме измерителя временных интервалов.

С удалением ПБ от НБ напряжение на выходе стабилизатора исчезает, но питание триггера Шмитта, счетчика и коммутатора сохраняется за счет энергии, запасенной в конденсаторе. При следующем подходе ПБ к НБ на выходе стабилизатора вновь появляется питающее напряжение, подзаряжающее конденсатор. Импульс питающего напряжения переключает коммутатор в другое по очереди положение. При этом очередной входной сигнал преобразуется в частоту и через ТИ подается к интерфейсному блоку микроЭВМ. И так далее, пока коммутатор поочередно не подключит все 10 входных сигналов на преобразование.

В итоге, в микроЭВМ формируется массив из 10 результатов измерений. На первом этапе обработки данных полученный массив упорядочивается. Напряжение í/сиихр по уровню превышает все остальные сигналы, поэтому упорядочивание массива состоит в отыскании максимального значения в массиве и в его перестроении, чтобы первым элементом был результат измерения Ummр

По результатам измерения эталонных сигналов U„ь U^, Ujti (в качестве í/jjj используется (/с*нхр) по методу наименьших квадратов рассчитываются коэффициенты полинома, описывающие реальную, на момент выпол-

нения цикла измерения характеристику всего тракта преобразования информационного сигнала. Для этого решается система уравнений:

U3m2 = а0 + аХЫэт2 +

^этЗ = а0 + + alNlmy •

где - результаты измерения периода сигнала генератора ПБ

при подаче на его вход эталонных напряжений. Система уравнений, описывающих дальнейшие преобразования сигналов, имеет вид:

В соответствии с выражением (16) на основе измерения периода информационного сигнала (в форме числа И) рассчитываются сигналы термопар ип и, в соответствии с (17) - напряжение снимаемое с датчика температуры холодных спаев термопар. Температура холодных спаев определяется по известной характеристике (18) датчика температуры, выполненного на основе р-п-перехода транзистора, входящего в состав ПБ.

На следующем этапе по найденной *„б вычисляется термоЭДС холодного спая термопары Е„в по отношению к уровню 0°С. Характеристика (19) термопары типа ТХА, аппроксимирована полиномом по методу наименьших квадратов в диапазоне температур О...125°С по данным ГОСТ3044-84. Затем, в соответствии с (20) определяются термо-ЭДС горячих спаев Е всех датчиков температуры относительно уровня /=0"С. Это позволяет по характеристике термопары (21) найти измеряемые температуры. Характеристика (21) аппроксимирована полиномом по методу наименьших квадратов в диапазоне температур О...625°С

В главе 4 разработан метод применения электромагнитных муфт скольжения судовых дизель-редукторных установок для измерения эффективной мощности дизелей.

На ряде судов с ДРУ передача мощности от двигателей к редуктору осуществляется через индукционные асинхронные электромагнитные муфты. Анализ характеристик муфт показал, что контроль крутящего момента двигателя и его эффективной мощности принципиально может быть осуществлен без применения специальных датчиков - в качестве датчиков крутящего момента могут быть использованы электромагнитные муфты. Ведомая часть муфты вращается с небольшим запаздыванием по отношению к ведущей, которое оценивается скольжением Б:

где ид — частота вращения вала двигателя;

nf - частота вращения входного вала редуктора.

Величина скольжения определяется передаваемым муфтой крутящим моментом и связана с ним известной формулой Клосса:

2М„

1231

S„ S

где Мл - крутящий момент двигателя, передаваемый муфтой; Мт — опрокидывающий момент муфты; Sm — критическое скольжение, соответствующее Мт.

Зная параметры муфты Мт и S„ и выполнив измерение пя и Лр, по формулам (22) и (23) можно определить крутящий момент, развиваемый двигателем, а из (5) - его эффективную мощность.

По сравнению с известными, предложенный метод измерения мощности существенно проще в технической реализации. Измерение скольжения муфты не представляет технических трудностей и осуществляется путем изме-

рения частот вращения ее частей- Однако, для получения приемлемой разрешающей способности, с учетом малых скольжений муфты, погрешность измерения частот вращения лд и пр не должна превышать сотых долей процента.

Для апробации предложенного метода и предварительной оценки его возможностей автором был разработан опытный образец прибора ИОН-1. Прибор является трехканальным электронным счетчиком, предназначенным для измерения частот вращения двигателей и входного вала редуктора (рис.19). Измерение выполняется путем подсчета за фиксированный измерительный интервал времени числа импульсов, поступающих с датчиков частоты вращения. Первый счетчик подсчитывает за время измерения число импульсов поступивших с датчика входного вала редуктора. Два других реверсивных счетчика имеют по два входа и предназначены для подсчета разностей числа импульсов. Один из них подсчитывает за время разность числа импульсов с датчиков вала первого двигателя и входного вала редуктора. В результате счета формируется разность Л^-ЛТр,, где №я\ — число импульсов, поступивших от датчика с вала первого двигателя. Второй реверсивный счетчик работает аналогично. После окончания счета в нем записана разность Л^-Л^р, где N¡2 —число импульсов, поступивших за от датчика с вала второго двигателя.

После завершения счета определяются частоты вращения двигателей и разности частот вращения входного вала редуктора и вала соответствующего двигателя. Затем из приведенных выше выражений определяются крутящие моменты и мощности двигателей.

Испытания прибора ИОН и методики, проведенные автором на ДРУ траулера "Федор Гладков", показали принципиальную работоспособность предложенного метода. Полученные при испытаниях результаты оказались достоверными, близкими к ожидаемым. Вместе с тем, оценка погрешности измерения потребовала более детального теоретического и экспериментального исследования. Выражение (23) было уточнено с учетом отклонения от номинальных значений таких режимных параметров, как ток возбуждения, частота вращения и температура муфты:

м „ =

2М„

(24)

^ и. +Ц/»д-«Д(1-аД*))

где 7—рабочий ток возбуждения муфты; /нои— номинальный ток возбуждения;

Амином - номинальное значение крутящего момента, соответствующее вом,

п р— частота вращения ведомой части муфты (вала редуктора);

лд—рабочая частота вращения двигателя (ведущей части муфты);

"л ком -номинальная частота вращения двигателя (ведущей части муфты);

зт — рабочее значение критического скольжения муфты;

•У« но- - номинальное значение критического скольжения;

а - температурный коэффициент сопротивления материала обмотки якоря;

- отклонение температура муфты от номинальной Выражение (24) учитывает отклонение режимных параметров муфты от номинальных значений, что позволяет устранить возникающие при этом погрешности.

В условиях хода судна на волнении на среднее значение крутящего момента Мцр накладывается переменная составляющая, приводящая к дополнительной погрешности измерения. Приняв, что морское волнение носит регулярный характер, крутящий момент можно представить в виде:

М(г) = А/ср +М_*иняк(, (25)

где М($ - мгновенное значение крутящего момента;

А/_ - амплитуда переменной составляющей крутящего момента; <а1[=2л/7' -частота переменной составляющей момента; t - время.

Здесь Т- период переменной составляющей крутящего момента.

Прибор ИОН-1, измеряющий скольжение муфты, является интегрирующим устройством и дает среднюю за время измерения /изм оценку крутящего момента А/ср „»с В идеале должно быть равно Л/ср. Это возможно при условии, если во временной интервал измерения укладывается целое число периодов переменной составляющей момента или при /НЗм»Т. Реально эти условия не могут быть выполнены, что обусловливает ошибку измерения крутящего момента, максимальное значение которой определяется выражением:

М_

Ках =

«МчЛш

- относительное время измерения. 1

Для ее снижения необходимо увеличивать 7 . Решив последнее выражение

относительно

получим:

Если принять 5;^ =0,005 (0,5%) И ММ^б-А/ср, то =15,9. Для не

превышения заданной с учетом наиболее вероятных параметров морского волнения получено, что ^зм необходимо задать равным 200 с. Это значение реализовано при модернизации прибора ИОН-1.

В условиях морского волнения на погрешность измерения влияет нелинейность характеристики муфты. Пусть крутящий момент описывается выражением (25). Вследствие нелинейности характеристики муфты (рис.20) среднее измеренное значение скольжения 5Сризм » определяемое по данным прибора ИОН-1, будет смещено относительно значения зср. При этом .Усризм-^ср- Найден-

ное по s.

ср НЗМ

среднее измеренное значение крутящего момента Мч

будет

завышено относительно что приводит к дополнительной погрешности измерения. Она возрастает с увеличением переменной составляющей крутящего момента и нелинейности характеристики муфты и определяется выражением:

Численный анализ выражения (26), показал, что ошибка Кел ПРИ достижении Л/_>0'20Л/ср становится больше причем время измерения („„ не оказывает ВЛИЯНИЯ на ее величину. Вместе Р тем> в реальных условия* морское волнение, вызывающее переменную составляющую момента величиной М>0,20А/ном, маловероятно и существенно не ограничивает диапазон применения данного метода.

Рис. 20. Влияние нелинейности характеристики муфты:

1 - M(t) -мгновенное значение крутящего момента;

2 — характеристика муфты; 3 - s(t) - мгновенное значение скольжения

На основе разработанной модели муфты (24) выполнена оценка погрешности измерения мощности.

Случайная относительная ошибка измерения мощности характеризуется средней квадратической ошибкой (СКО), определяемой выражением:

где оI - СКО определения тока возбуждения;

ау— СКО определения разности частот вращения частей муфты;

- СКО задания времени измерения;

О&п - СКО определения критического скольжения;

X/ — коэффициент влияния тока возбуждения на результат измерения мощности;

Ху— коэффициент влияния (Л*-№р) на результат измерения мощности;

IX,^ - коэффициент влияния ¡тм на результат измерения мощности;

- коэффициент влияния на результат измерения мощности.

С учетом значений коэффициентов влияния, при доверительной вероятности 0,95 выражение для случайной ошибки измерения мощности имеет вид:

Оценка численного значения погрешности показала, что с учетом параметров прибора ИОН-1 она находится на уровне 5у,=±2алг4=±4,36%. Анализ показал, что при введении автоматической компенсации изменения температуры муфты (влияющей на повышении точности измерении тока возбуждения и принятии ряда других мер, ошибка измерения мощности не превысит 1,5...2%.

Анализ механизма формирования ошибки измерения рассогласования мощностей двигателей показал, что ее СКО определяется выражением:

где - СКО определения разности токов возбуждения;

аду - СКО определения разности частот вращения двигателей;

Хд/ - коэффициент влияния разности токов возбуждения муфт на оценку

I рассогласования мощностей;

Хддт - коэффициент влияния разности частот вращения двигателей на оценку рассогласования мощностей. С учетом параметров прибора ИОН-1 и значений коэффициентов влияния, максимальная ошибка контроля рассогласования нагрузок 5дуе с вероятностью 0,95 не превышает значения =±2стдуг =±2,0%. Таким образом, рассогласование мощностей двигателей можно контролировать в 1,5...2 раза более точно, чем мощность каждого из двигателей. Реализация рекомендаций по снижению ошибки измерения мощности одновременно уменьшает и ошибку контроля рассогласования мощностей до уровня не более 1,2%.

В главе 5 приведены результаты разработки СКРП, экономически целесообразных для применения на двигателях относительно малой мощности.

С целью резкого снижения объема электроники и стоимости СКРП в качестве основы средства обработки использована однокристальная микроЭВМ (ОМЭВМ). На рис.21 показана структурная схема наиболее функционально полного варианта СКРП, позволяющего индицировать до 5 двигателей любой тактности, с числом цилиндров каждого двигателя до 16, при частоте вращения до 1200 об/мин.

Определение любого из параметров рабочего процесса основано на обработке развернутой индикаторной диаграммы. Диаграмма формируется в виде массива чисел путем записи в ячейки оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) с определенным шагом по углу ПКВ мгновенных значений давлений за полный оборот вала двигателя. Влияние индикаторного канала снижено использованием ФНЧ, параметры которого выбираются на основе соотношений (9)...(11).

В разработанных автором вариантах СКРП в датчике УП используется всего один штифт, который устанавливается в любой произвольной точке окружности вала двигателя. Для удешевления СКРП в качестве основы датчика ДГ использован серийно выпускаемый тензорезисторный преобразователь типаЛХ-412.

Защита датчика ДГ от воздействия горячих газов выполнена с помощью переходного устройства (рис.22, позиция 2), через которое давление передается к датчику (1). Динамические характеристики датчика ДГ позволяют использовать его при частоте вращения двигателя до 1200 об/мин.

Для создания СКРП на основе однокристальной ЭВМ разработан комплекс программно-аппаратных средств, в котором взаимосвязаны все основные этапы разработки программного обеспечения на основе ОМЭВМ, начиная от формирования исходного программного модуля и заканчивая записью отлаженной программы в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микроконтроллера (рис. 23).

В программное обеспечение комплекса (рис.24), кроме программ операционной системы, входит блок программ проверки микроконтроллера, программирования его ПЗУ и эмулятора ПЗУ, а также программа моделирования рабочего процесса дизеля и сигналов датчиков СКРП.

Составной частью программно-аппаратного комплекса является установка моделирования рабочего процесса (УМРП) дизеля. УМРП моделирует в реальном масштабе времени аналоговый сигнал датчика ДГ и импульсный сигнал датчика УП, подаваемые в СКРП при ее отладке. Сигнал ДГ формируется на основе моделирования рабочего процесса дизеля в ЭВМ - мгновенных значений давления в цилиндре в функции ПКВ. Сигнал УП обеспечивает привязку значений давлений к углу ПКВ. Вывод моделируемых сигналов к СКРП обеспечивается через разработанное устройство сопряжения (рис.25). Моделирующая программа УМРП позволяет учитывать параметры индикаторного канала, конструктивные и режимные параметры двигателя и др.

Кроме целей отладки СКРП, один из вариантов УМРП нашел применение в учебном процессе судомеханического факультета НГМА, где с ее использованием отрабатываются навыки применения СКРП при эксплуатации судовых дизелей.

Разработанные алгоритмы работы СКРП позволяют определять по одиночному процессу, или в режиме усреднения, р„¡, Рпца, р.ц, рзь, сектой давление

на любом угле ПКВ с шагом 10 ПКВ или 10° ПКВ, индикаторную мощность цилиндра Л^- щи, среднее по времени давление процесса частоту врашения. Отличительными особенностями разработанных на основе ОМЭВМ образцов СКРП являются:

автоматическая настройка на частоту вращения двигателя с целью получения массива давлений с возможным наименьшим шагом по углу П КВ;

автоматический учет тактности двигателя;

автоматизированная настройка фвмт при отключенной подаче топлива в цилиндр до достижения условия р,ш=0; минимальное число органов настройки;

автоматическая компенсация дрейфа нуля и учет нелинейности характеристики датчика ДГ, возможность его статической тарировки, устранение импульсных помех;

возможность использования СКРП без датчика УП - в этом варианте СКРП функционирует как максиметр, измеряя Рта, пиметр, измеряя рт,, и тахометр;

возможность исполнения СКРП в мобильном варианте.

Кроме параметров рабочего процесса возможно измерение эффективной мощности на гребном валу судна. Для этого в состав системы дополнительно может включаться магнитоупругий датчик крутящего момента и блоки

обработки его сигнала. Совместная оценка Ые И позволяет судить о механическом КПД и об общем техническом состоянии двигателя, а получаемая от системы информация представляется более достоверной, поскольку возможна взаимная проверка показателей, полученных по разным каналам.

Программное обеспечение СКРП разработано на языке ассемблера ОМЭВМ серии К1816*. С целью обеспечения минимального времени обработки сигналов все алгоритмы реализованы с применением операций над одно- четырехбайтовыми целыми числами без знака. Объем программного обеспечения составил не более 4 Кбайт. Алгоритм работы СКРП приведен на рис. 26.

В главе 6 приведены результаты апробации разработанных технических средств и методик.

Прибор БУКТ-1М использовался при проведении испытаний ГД 8ZD72/48 траулера "Азов". С его помощью в течение 5 месяцев осуществлялся непрерывный контроль температуры в двух точках одного из поршней двигателя. Испытания позволили установить**, что из деталей его цилиндро-поршневой группы наиболее уязвимым, с точки зрения запасов надежности по уровню тепловой напряженности является поршень. Результаты испытаний показали, что поддержание температуры поршня в течение всего рейса позволило бы повысить эксплуатационную мощность двигателя в среднем на 5-г7%, что равноценно увеличению средней скорости судна на узла.

СЦКТ поршней БУКТ 8-2 была установлена на ГД 8ККБ90 т/х "Маршал Говоров" (рис.27, рис.28) и при участии автора проходила испытания в эксплуатационном рейсе.

а) б)

Рис. 27, Размещение блоков СЦКТ в деигателе (а), внешний вид ПБ и НБ (6)

* Программное обеспечение первых образцов СКРП разработано с участием инженера Пожнляса Ю А. ** Испытанна проведены Гончаровым В А., Шишкиным Л. А., Юрпалоъым А. А

Полученные во время испытаний термограммы дали ценную информацию диагностического характера - анализ термограмм позволял за несколько часов до аварии прогнозировать ее приближение (рис.29). Применение СЦКТ на ГД т/х "Маршал Говоров" позволило установить непосредственную причину имевших место аварий ЦПГ - прорыв газов из камеры сгорания через совмещенные замки поршневых колец.

Рис. 29. Термограмма головки поршня цил. №5 перед трещиной втулки

На рис.30 показаны термограммы поршней двигателя, характерные для его нормального технического состояния - на фоне стабильных и низких уровней температуры головки и тронка поршня имеются ее кратковременные подъемы, вызванные прохождением замков поршневых колец в районе расположения датчиков.

• ;

- 1

о 1 '-Ж. >* Е* 4

« е (« 1« <

| 1 1* и ЕЛ.

#«М» ТГ •* ——~ ^ Г|—■ I «Л

« тпдиряур»уопашшворса« «рмидджчуож^О"*"— »У*»**?

Рис. 30 Терчограммы поршней цилиндров№5, Мб

Опыт применения СЦКТ на т/х "Маршал Говоров" показал возможность предотвращения с ее помощью аварий ЦПГ, оценки технического состояния поршней, поршневых колец и втулок цилиндров.

Система централизованного контроля температуры крейцкопфных подшипников СЦКТ БУКТ-К в одноцилиндровом варианте была установлена на ГД SRND90 т/х "Маршал Говоров" и в течение нескольких месяцев проходила испытания. Система надежно работала во всем диапазоне рабочих режимов двигателя. Значения температур подшипников изменялись от 45°С до 56°С, в зависимости от условий работы двигателя.

Испытания опытного образца многоканальной системы контроля параметров тепловой напряженности подвижных деталей дизеля ТЕРМОКОНТ показали ее работоспособность в широком диапазоне изменения таких факторов, как зазор между ПБ и НБ (до 6 мм), температура ПБ и НБ (до 80 °С), частота вращения двигателя (до 1200 об/мин) и др. Оценка погрешности информационного тракта выполнена статистической обработкой массивов экспериментальных данных. Отнесенная к максимальной измеряемой температуре 6250С систематическая погрешность составила 0,04%, а случайная - десятые доли процента.

Принципы, апробированные в ТЕРМОКОНТе, позволяют реализовать значительное число каналов передачи информации путем простого наращивания числа датчиков и количества входов коммутатора. Разделение во времени интервалов подачи питания и приема сигнала обуславливает малую массу и габаритные размеры ПБ и НБ (рис.31). Кроме измерения температуры подвижных объектов, ТЕРМОКОНТ может быть применен и в стационарном варианте.

Систему ТЕРМОКОНТ можно рассматривать как универсальное средство передачи информации с подвижных объектов, контролируемых малочувствительными датчиками. Так, например, относительно несложно вместо термопар установить тензорезисторы и использовать ее в качестве судового торсиометра.

Рис. 31. ПБ ТЕРМОКОНТа (а), ПБ и НЕ ТЕРМОКОНТа ч> паимодействии (б)

Системы контроля параметров рабочего процесса разработаны по заказу ряда организаций, в нескольких модификациях, прошли комплексную отладку с использованием вышеописанной установки моделирования рабочего процесса

и испытаны на двигателях 3¿Ж/Л9/35, 6Я7И58, 8^526/20А, 6ВАН-22, 82072/48, 6К026/20Л1-2, 84 23/30-1.

а)

б)

С учетом погрешностей датчиков ДГ и УП погрешность определения параметров рабочего процесса СКРП оценена на уровне 1,5...2,0 % при времени измерения любого из параметров не более 2...4 с.

Первый опытный экземпляр СКРП (под наименованием УКИП) разрабатывался для отработки основных принципов реализации такого вида систем на основе микроконтроллеров. Для оценки его возможностей были проведены комплексные метрологические и вибро-климатические испытания на дизельном стенде ЦНИИМФ, включающем двигатель 3DNL19/35 и систему регистрации его параметров ЛУЬ, а также на вибро-климатических установках ЦНИИМФ. Результаты испытаний показали, что УКИП функционирует надежно во всех режимах и по вибро-климатическим параметрам может быть использован в судовых условиях. Результаты измерения с его помощью параметров рабочего процесса двигателя

ЖЛЬ19/35 оказались сопоставимы с оценками, полученными от системы ЛУЬ. В последующем УКИП прошел испытания на т/х "Кисловодск", где использовался для индицирования как главного малооборотного двигателя 6ЯТЛ58, так и высокооборотных вспомогательных двигателей 8 УБ826/20ЛЬ*.

Модификация системы УКРП разработана для индицирования главного судового двигателя 8ZD72/48 судов типа БМРТ "Прометей".

Модификация системы УКРПМ реализована в мобильном исполнении (рис.32). В ее состав включен магнитоупругий датчик крутящего момента, что позволило измерять эффективную мощность двигателя.

За счет совершенствования программно-алгоритмического обеспечения существенное расширение функциональных возможностей достигнуто в образце системы "СКРП", параметры которого приведены выше. Модификация "СКРП" выполнена как в стационарном варианте (рис.32), так и в мобильном.

а)

б)

Рис 32. Центральный блок УКРПМ * мобильном исполнении (а) и СКРП » стационарном исполнении (б)

* Испытания проведены Шишкиным В А. и др

Стоимость СКРП в мелкосерийном производстве составляет 1... 1,5 тыс. долларов США, что более чем на порядок меньше по сравнению с известными аналогичными системами.

Одной из отличительных особенностей разработанных СКРП является возможность их реализации в мобильном и, при этом, в функционально полноценном исполнении. Это обеспечено простой конструкцией датчика УП с одним штифтом, возможностью работы без датчика УП, максимальным упрощением настройки, простым по конструкции датчиком крутящего момента и т.д.

Экономически целесообразной сферой применения разработанных СКРП является оперативный, в режиме мобильного использования, эксплуатационный контроль основных, регламентированных правилами технической эксплуатации, показателей рабочего процесса судовых дизелей относительно небольшой мощности, в частности - судовых СОД и ВОД.

Экспериментальная оценка погрешности предложенного метода измерения эффективной мощности двигателей ДРУ выполнена на основе статистической обработки экспериментальных данных, полученных при опытной эксплуатации прибора ИОН-1 на траулере "Федор Гладков". В качестве поверочного использовался способ оценки мощности двигателя по часовому расходу топлива. Оценка случайной погрешности определялась обработкой выборок, полученных на режимах с постоянным часовым расходом топлива. Систематическая погрешность определялась сравнением среднего по выборке значения мощности со значением, найденным по расходу топлива на основе известного из паспортных данных двигателя удельного расхода топлива.

Обработкой выборок получено, что с учетом доверительного интервала относительно эксплуатационной мощности двигателя максимальная случайная ошибка определения мощности с вероятностью 0,95 находится в диапазоне

при распределении случайной погрешности, подчиняющемся нормальному закону. Полученные экспериментальные оценки не превысили значений, найденных аналитическим путем.

Для найденных по выборкам средних значений эффективной мощности значение удельного эффективного расхода топлива находится в диапазоне ^ =(219 + 224) г/кВт-ч., что соответствует паспортным данным на двигатель =(217-228) г/кВт • ч.

Экспериментальные данные дополнительно проанализированы с использованием методов корреляционного и регрессионного анализа. Между расходом топлива и измеренной мощностью по двигателям получены следующие коэффициенты корреляции:

=0.931; =0,914.

С учетом относительно узкого диапазона изменения расхода топлива (20% от номинального) близость коэффициентов корреляции к 1 свидетельствует о высокой чувствительности предложенного способа контроля мощности.

Анализ полученных уравнений регрессии для двигателей: //„= -277+6,225,; К2= -263+6,18£2)

где

В\,Вг - расход топлива двигателями, кг/час;

Л^.Л/д- эффективные мощности двигателей, кВт, показал, что они достоверно отражают зависимость мощности двигателя от расхода топлива, а практическое совпадение коэффициентов корреляции и уравнении регрессии по двигателям свидетельствует об идентичности параметров электромагнитных муфт, об одинаковых случайных и систематических ошибках контроля мощности для обоих двигателей ДРУ.

При обработке результатов измерения разности мощностей ДЛ^« в качестве независимой переменной принята разность расходов топлива двигателями. Обработкой выборки, полученной при одинаковых расходах топлива двигателей, найдено, что максимальная ошибка оценки равенства мощностей двигателей определяется в основном ее случайной составляющей и относительно номинальной мощности двигателя составляет бду( =±1,24%. Эта оценка не

превышает значения, найденного аналитическим путем что

указывает на достоверность ранее полученного аналитического выражения для ошибки контроля рассогласования мощностей.

Для более обоснованного суждения о точности контроля рассогласования мощностей рассчитан коэффициент корреляции между разностью расходов топлива и разностью мощностей двигателей (при изменении разности расходов топлива не более 1 % от номинального), который составил /дд-ддт^ =0,59. Его

значимость указывает на возможность получения достоверной оценки рассогласования нагрузок двигателей на уровне 1 %.

На основе разработанных рекомендаций по снижению ошибки контроля мощности, полученных при теоретическом анализе и подтвержденных обработкой экспериментальных данных, разработан модернизированный вариант прибора ИОН-1 - прибор ИОН-М (рис.33).

Его измерительная часть выполнена в виде трехканального цифрового тахометра. За время измерения 200 с он измеряет частоту вращения входного вала редуктора илр", а также разность частот вращения вала двигателя и входного вала редуктора "ля-ир" по каждому двигателю. Компенсация влияния температуры муфты обеспечена корректировкой измеряемой разности "Лд-Лр" на величину аДt, в соответствии с (24). В качестве датчика температуры используется медная обмотка питания датчика Д1, который установлен в одной из муфт и его температура отражает температуру муфты. Сигнал компенсации некоторое дополнительное время удерживает счетчики "лд-лр" в сброшенном состоянии, фактически несколько уменьшая /н,м для этих счетчиков. По результатам измерения определяется частота вращения вала двигателя - ид=яр+(лд-ир), из (24) - его крутящий момент и из (5) - эффективная мощность.

Прибор ИОН-М непосредственно может использоваться как индикатор равенства нагрузок двигателей ДРУ. При одинаковых токах возбуждения муфт равенство мощностей двигателей будет обеспечено при выполнении условия (ид1—ир)=(лд2-Пр), контроль которого осуществляется по прибору ИОН-М.

Таким образом, экспериментально подтверждена возможность использования электромагнитных муфт скольжения для измерения крутящего момента и эффективной мощности двигателей в судовых ДРУ. Техническая реализация разработанного метода существенно проще и экономичнее традиционных тор-сиометров, не уступая им в реально достижимой точности. Практическим результатом проведенных исследований явилось внедрение прибора ИОН-М и методики его применения на серии судов типа "Атлантик".

Наиболее полный эффект от применения разработанных методов и средств может быть получен при их широкомасштабном интегрировании в компьютеризированные системы управления судовых дизелей класса Intelligent Engine.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненного комплекса исследований получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Разработана методология контроля рабочего процесса в условиях влияния индикаторного канала, основными положениями которой являются:

- информация о среднем индикаторном давлении содержится в параметрах только первых двух гармоник развернутой индикаторной диаграммы - их амплитудах и фазах; для получения оценки pw необходим учет гармоник, уровень которых не менее -ЗбдБ относительно первой гармоники, а для определения других показателей - учет гармоник с уровнем не менее -55 дБ;

- основным источником погрешности при индицировании средне- и высокооборотных дизелей, а также при определении углов верхних мертвых точек, является индикаторный канал, который может быть представлен динамическим колебательным звеном с переменными параметрами и характеризуется собственной частотой и добротностью;

- без специальной обработки сигнала средства индицирования позволяют получать оценки параметров рабочего процесса с погрешностью не более 1% при собственной частоте индикаторного канала /с и частоте процесса р, находящихся в соотношении:

- ПО рт, И Ртах - /с ^/пр\

- по другим параметрам процесса

- разработанные предложения по адаптивной фильтрации искаженного в индикаторном канале сигнала, с учетом параметров конкретного канала, с целью получения достоверных оценок параметров рабочего процесса;

- разработанная методика восстановления индикаторной диаграммы по сигналу на выходе индикаторного канала, предусматривающая определение добротности индикаторного канала методом коррекции фазо-частотной характеристики тракта преобразования сигнала, разложение индикаторной диаграммы на гармонические составляющие и последующий синтез сигнала с учетом изменяющейся в процессе собственной частоты канала ; методика позволяет применять средства индицирования без ограничения их функций на средне- и высокооборотных дизелях;

- разработанное программно-алгоритмическое обеспечение средств контроля параметров рабочего процесса, базирующихся на возможностях однокристальных микроконтроллеров, при минимальных затратах вычислительных и аппаратных ресурсов и экономически целесообразных для применения на двигателях относительно малой мощности.

2. Разработаны методологические основы построения средств постоянного эксплуатационного контроля температуры поршней и подшипников судовых дизелей, базирующиеся на бесконтактном съеме информации с установленных на подвижных узлах датчиков, основными положениями которых являются:

- использование частотного преобразователя и индуктивных бесконтактных токосъемников;

- прерывистость взаимодействия блоков и оптимизация их пространственной ориентации;

- многоканальность и автоматическая калибровка информационного канала.

3. Разработаны и в длительной эксплуатации апробированы образцы приборов в одноцилиндровом варианте для контроля температуры поршней двигателей их применение показало высокую информативность эксплуатационного контроля температуры поршня.

4. Разработаны и в длительной эксплуатации испытаны системы централизованного контроля температуры поршней и крейцкопфных подшипников главных судовых малооборотных двигателей; системы установлены и испытаны на главном двигателе т/х "Маршал Говоров". Испытания показали высокую информативность контроля теплового состояния поршней дизеля, возможность контроля предаварийного состояния поршня, втулки, подвижности и состояния поршневых колец; по результатам испытаний установлена непосредственная причина задиров ЦПГ двигателей 8КЫВ90.

5. Предложен метод многоканального контроля параметров тепловой напряженности подвижных деталей дизеля, базирующийся на коммутации измерительных каналов за счет прерывистого характера взаимодействия передающего и приемного блоков. Реализующие метод алгоритмы автоматической калибровки, временного разделения сигналов и математической обработки, а также конструктивное исполнение блоков позволяют использовать малочувствительные датчики, обеспечивают низкую погрешность, обуславливают малую массу и габаритные размеры.

6. Разработана и внедрена серия систем контроля рабочего процесса, по перечню контролируемых параметров и метрологическим характеристикам не уступающая известным аналогичным системам, но имеющая на порядок меньшую стоимость. Разработанные системы контроля обладают отсутствующей в известных системах возможностью контроля наряду с рабочим процессом дизеля его эффективной мощности.

7. Разработан метод контроля эффективной мощности судовых дизелей, базирующийся на применении электромагнитных асинхронных муфт судовых дизель-редукторных установок в качестве датчиков крутящего момента. Теоретическим анализом и статистической обработкой экспериментальных данных показано, что предложенный метод обеспечивает погрешность измерения крутящих моментов и эффективных мощностей двигателей ДРУ на уровне от мощности одиночного двигателя, при этом погрешность контроля рассогласования мощностей двигателей составляет не более ±1 %. Погрешность предложенного метода находится на уровне, реально обеспечиваемом в эксплуатации известными системами аналогичного назначения, при существенно меньшей стоимости его реализации. Разработан и на серии судов внедрен прибор, реализующий данный метод.

Общим итогом выполненной работы является обеспечение возможности повышения эффективности эксплуатации судовых дизелей за счет более полного использования их энергетического ресурса и снижения вероятности отказа на основе применения разработанных методов и технических средств для комплексного оперативного информационного отображения состояния дизеля по параметрам тепловой напряженности подвижных деталей дизеля (поршень, подшипники), рабочего процесса в цилиндре дизеля, независимо от частоты его вращения, эффективной мощности в судовых дизель-редукторных установках.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования материалов докторских диссертаций: 1. Самойленко А.Ю. Влияние индикаторного канала на результаты ин-дицирования судовых дизелей//Транспортное дело России. - 2003.- Спецвыпуск.- С.30-33.

2. Самойленко А.Ю. Методика определения параметров ориентации блоков передачи информации в системах контроля температуры подвижных

деталей судовых дизелей //Транспортное дело России. - 2003.- Спецвыпуск-С.25-27.

3. Самойленко А.Ю. Метрологические характеристики судовых торсио-метров // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион, техн. науки.- 2003.- Спецвыпуск.-С.109-112.

4. Самойленко А.Ю. Определение среднего индикаторного давления на основе гармонического анализа индикаторной диаграммы дизеля // Двигате-лестроение. - 2004. - №1. - С. 17-19.

5. Самойленко А.Ю. Перспективные средства контроля температуры деталей движения судовых дизелей // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион, техн. науки. -2003. Спецвыпуск. - С.87-91.

6. Самойленко А.Ю. Применение систем контроля рабочего процесса судовых дизелей с учетом влияния индикаторного канала // В кн. XXIII Российская школа по проблемам науки и технологий. - Екатеринбург.: УрО РАН.- 2003. -С.334-339.

в других изданиях, из них: 'Монографии:

7. Самойленко А.Ю. Электронные системы контроля параметров рабочего процесса судовых средне- и высокооборотных дизелей: Монография. - СПб.: Судостроение, 2004. - 132 с.

-авторские свидетельства:

8. Самойленко А.Ю. Многоканальное устройство для измерения температуры поршня двигателя. Авт. свидет. СССР № 1354926, МКИ-3 в01К13/06. Опубл. 1987.,бюлл.№2.

9. Самойленко А.Ю., Хайкин А.Б. Устройство для автоматического выравнивания крутящих моментов параллельно работающих двигателей. Авт. свидет. СССР № 1076611. Опубл. 28.02.84, бюлл. № 8.

10. Самойленко А.Ю., Шишкин В.А Устройство для измерения температуры подвижного объекта. Авт. свидет. СССР № 998875, МКИ-3 в01К13/04. Опубл. 23.02.83, бюлл. № 7.

-учебные пособия:

11. Самойленко А.Ю. Электронные и микропроцессорные средства судовых систем управления: Учебное пособие. - Новороссийск: НГМА, 2002. -164 с.

-статьи:

12. Самойленко А.Ю. Мобильная система контроля рабочего процесса судовых дизелей// Сборник научных трудов НГМА, КГУ. - Краснодар, 1994. -С. 133-135.

13. Самойленко А.Ю. Оценка нагрузок двигателей в судовых дизель-редукторных установках // В кн.: Судовые энергетические установки. - М.: ЦРИА "Морфлот".- 1980.-С. 106-110.

14. Самойленко А.Ю. Оценка показателей рабочего процесса дизеля на основе спектрального анализа индикаторной диаграммы// Тр. междунар. конф. "Безопасность водного транспорта". — СПб.: СПБГУВК, 2003. — С. 125-132.

15. Самойленко А.Ю. Выбор критериев распределения нагрузок в судовой дизель-редукторной установке// Экспресс-информация. В/О «Мортехин-формреклама». Морской транспорт. Серия «Техническая эксплуатация флота» .- 1978.- Вып. 22 (458).- С. 17-22.

16. Самойленко А.Ю. Судовой торсиометр на основе магнитоупругого датчика крутящего момента и однокристальной ЭВМ// Сб. научн.- трудов НГМА.- Новороссийск: НГМА, 2003.- Вып.8.- С.62-64.

17. Самойленко АЛО. Эффективность систем автоматического распределения нагрузок судовых дизель-редукторных установок// В кн.: Современное состояние и перспективы развития СЭУ. М.: В/О «Мортехинформреклама».-1983.-С. 123-127.

18. Самойленко А.Ю., Демиденко Е.П. Установка моделирования рабочего процесса дизеля на основе IBM - совместимого компьютера с физическим интерфейсом// Сборник научных трудов НГМА. - Новороссийск: НГМА, 2000. -Вып.5- С. 135-136.

19. Самойленко А.Ю., Игнатенко А.В. Моделирование в среде "EWB" тренажера по эксплуатации судовой системы АПС// Тр. междунар. научно-технич. конф. "Компьютерное моделирование 2002". - СПб.: СПбГТУ, 2002. -С. 159-165.

20. Самойленко А.Ю., Игнатенко А.В. Применение компьютерных тренажеров для обучения и решения практических задач технической эксплуатации судовых электрических - средств автоматизации//Сб. научн. трудов "Электрооборудование судов и электроэнергетика". - Калининград, КГТУ, 1999.- С. 90-96.

21. Самойленко А.Ю., Исаков Н.Б., Пулиезо Д.К. Система автоматического эксплуатационного контроля температуры поршней судовых дизелей// В кн.: Технические средства и системы автоматического управления судовыми энергетическими установками. - М.: В/О "Мортехинформреклама", 1986. -С31-37.

22. Самойленко А.Ю., Косяков В.И. Контроль нагрузок главных двигателей траулеров типа "Атлантик" с использованием электромагнитных муфт// Экспресс-информация. Рыбное хозяйство. Серия "Техническая эксплуатация флота". - 1987. - Вып. 5.- С.1-6.

23. Самойленко А.Ю., Кузнецов А.В. Гармонический анализ индикаторных диаграмм судовых дизелей// Сб. научн. трудов НГМА- Новороссийск: НГМА, 2003.- Вып.8.- С.75-77.

24. Самойленко А.Ю., Полковников А.К. Температурный контроль крейц-копфных подшипников судовых МОД // "Наука Кубани". - 1997. - № 1. - С. 37-40.

25. Игнатенко А.В., Самойленко А.Ю. Сопряжение датчиков судовых систем сигнализации с персональной ЭВМ с использованием стандартного параллельного интерфейса CENTRONICS// Труды II Международной научно-практической конференции "Информационные технологии в моделировании и управлении". - СПб.: СПбГТУ.- 2000. - С. 156-159.

48.

В - 8 1 0 8

26. Игнатенко А.В., Самойленко А.Ю. Многофункциональный интерфейсный модуль ввода/вывода аналоговых сигналов с использованием ПЭВМ// Сб. научн. трудов "Прикладная математика в инженерных и экономических расчетах".- СПб.: СП6ТУВК.- 2001: - С. 197-205.

-отчеты о научно-исследовательскихработах:

27. Исследование датчиков давления газов и температуры поршней для встроенных систем диагностирования двигателей внутреннего сгорания: Отчет о НИР/НВИМУ; Руководитель работы Самойленко А.Ю.- № ГР 01880036802; Инв. № 02890020716.- Новороссийск, 1988.-34 с.

28.' Обеспечение промышленного внедрения задела по технической диагностике и проведение исследований в области создания перспективных микропроцессорных комплексов судовой автоматизации: Отчет о НИР/НВИМУ; Руководитель работы Шишкин В.А., ответственный исполнитель Самойленко А.Ю.- № ГР 01860042740; Инв. № 01880017065. Новороссийск, 1987. - 84 с.

29. Подготовка к монтажу и монтаж системы централизованного контроля температуры поршней главного судового двигателя 8РНД90: Отчет по НИР/НВИМУ; Руководитель работы Самойленко А.Ю.- № ГР 81009488; Инв. № 02850038254. - Новороссийск, 1984.- 37 с.

30. Разработка системы оценок технического состояния дизелей с использованием вычислительной техники: Отчет, о НИР/НВИМУ; Руководитель работы Шишкин В.А., ответственный исполнитель Самойленко А.Ю. -№ ГР 01840022462; Инв.№02860111701.-Новороссийск, 1985.-85 с.

31. Разработка системы оценок технического состояния дизелей с использованием вычислительной техники: Отчет о НИР/ НВИМУ; Руководитель работы Шишкин В.А., ответственный исполнитель Самойленко А.Ю.-№ ГР 01840022462, Инв. № 02850021630.- Новороссийск, 1984. - 113 с.

32. Результаты испытаний системы централизованного контроля температуры поршней главного двигателя т/х «Маршал Говоров»: Отчет о НИР/НВИМУ; Руководитель работы Самойленко А.Ю.- № ГР 81009488; Инв. № 02880047362. - Новороссийск, 1987.-16 с.

33. Результаты разработки системы централизованного контроля температуры поршней главного судового двигателя 8РНД90: Отчет о НИР/НВИМУ; Руководитель работы Самойленко А.Ю.- № ГР 81009488; Инв. № 02830079563. - Новороссийск, 1983. - 49 с.

34. Рекомендации по выбору режима работы СЭУ и оценка технического состояния главного двигателя: Отчет о НИР/НВИМУ; Руководитель работы Шишкин ВА, ответственный исполнитель Самойленко А.Ю.- № ГР 78068827; Инв. № Б 995535.- Новороссийск, 1981.-187 с.

Формат 60x84 1/16. Тираж 100. Заказ 553.

Отпечатано в редакционно-издательском отделе Новороссийской государственной морской академии 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕСУРСА СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ, ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ ЕГО ПОДВИЖНЫХ УЗЛОВ.

1.1 Методы и средства эксплуатационного контроля параметров механической напряженности деталей ЦПГ и использования энергетического ресурса двигателя.

1.1.1 Контроль параметров рабочего процесса дизеля

1.1.2 Влияние индикаторного канала на результаты индицирования судовых дизелей.

1Л .3 Методы настройки углов ВМТ в СКРП.

1.2 Методы эксплуатационного контроля температуры подвижных деталей судовых дизелей

1.3 Анализ методов и средств эксплуатационного контроля эффективной мощности в судовых дизель-редукторных установках.

1.3.1 Метрологические характеристики судовых торсиометров

1.3.2 Контроль мощности двигателей в судовых дизель-редукторных установках.

1.4 Выводы по главе

2. МЕТОДОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ В УСЛОВИЯХ ВЛИЯНИЯ ИНДИКАТОРНОГО КАНАЛА.

2.1 Модель для исследования методов настройки СКРП, гармонического анализа и синтеза индикаторных диаграмм

2.2 Оценка информативности гармонических составляющих рабочего процесса дизеля.

2.3 Диапазон применения СКРП с традиционными методами обработки сигнала в условиях влияния индикаторного канала

2.4 Методика восстановления индикаторной диаграммы по сигналу на выходе индикаторного канала.

2.5 Определение собственной частоты канала.

2.6 Определение добротности индикаторного канала и восстановление искаженного в нем сигнала.

2.7 Диапазон применения СКРП, построенных на основе анализа спектра индикаторной диаграммы.

3. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО

КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДВИЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ

СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ.

3.1 Принципы построения систем бесконтактной передачи информации с подвижных деталей дизеля.

3.2 Методы и средства контроля температуры поршня в одноцилиндровом варианте

3.3 Методы и средства контроля температуры крейцкопфных подшипников.

3.4 Централизованный контроль температуры подвижных деталей судового малооборотного двигателя.

3.5 Многоканальный контроль параметров тепловой напряженности подвижных деталей дизеля.

3.5.1 Принципы организации многоканального контроля.

3.5.2 Опытный образец системы ТЕРМОКОНТ.

3.5.3 Преобразование информации в ТЕРМОКОНТЕ.

3.5.4 Программно-алгоритмическое обеспечение системы.

4. МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

ДВИГАТЕЛЕЙ СУДОВЫХ ДРУ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ

МУФТАМИ СКОЛЬЖЕНИЯ.

4.1 Использование электромагнитных муфт для контроля мощности двигателей судовых ДРУ.

4.2 Влияние режимных параметров на характеристики муфты.

4.3 Влияние переменной нагрузки на точность контроля.

4.4 Влияние нелинейности характеристики муфты на точность контроля.

4.5 Оценка ошибки измерения мощности

4.6 Оценка ошибки контроля рассогласования мощностей двигателей.

5. СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ В ЭКОНОМИЧНОМ ИСПОЛНЕНИИ.

5.1 Основы технического решения СКРП.

5.2 Датчик давления на основе преобразователя ЛХ-412.

5.3 Программно-аппаратный комплекс для разработки СКРП.

5.3.1 Аппаратные средства комплекса.

5.3.2 Программное обеспечение комплекса.

5.4 Алгоритмическое обеспечение СКРП.

5.4.1 Общий алгоритм работы.

5.4.2 Набор и нормализация массива давлений.

5.4.3 Алгоритмы определения показателей рабочего процесса.

5.4.4 Получение развернутой индикаторной диаграммы, определение эффективной мощности и других показателей

5.4.5 Алгоритмы настройки.

6. РЕЗУЛЬТАТЫ РЕАЛИЗАЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ.

6.1 Технические характеристики и результаты применения СКРП.

6.2 Результаты и перспективы применения средств контроля теплового состояния подвижных деталей дизеля.

6.2.1 Устройства контроля в одноцилиндровом варианте.

6.2.2 Конструктивное исполнение СЦКТ для двигателя 8/?М)

6.2.3 Результаты применения СЦКТ на главном двигателе т/х "Маршал Говоров".

6.2.4 Перспективы применения многоканальной системы контроля теплового состояния ТЕРМОКОНТ.

6.3 Реализация средств контроля эффективной мощности двигателей ДРУ с электромагнитными муфтами.

6.3.1 Статистическая обработка экспериментальных данных.

6.3.2 Прибор ИОН-М и методика оценки параметров двигателей ДРУ.

Актуальность темы. Достигнутый к настоящему времени уровень автоматизации судовых энергетических установок (СЭУ) морских судов обеспечил почти двукратное сокращение численности экипажа судна при переходе на безвахтенное обслуживание энергетической установки. В этих условиях значительно возросла роль информационного обеспечения в принятии решений по управлению оборудованием СЭУ, в обеспечении его надежной работы при возможно более полном использовании энергетического ресурса оборудования. В определяющей степени это относится к судовым дизелям, как главным, так и вспомогательным.

Обширные исследования, проведенные И.В.Возницким, С.И.Горбом, А.А.Грином, Б.П.Башуровым, Г.А.Давыдовым, С.Н.Драницыным, Н.Е.Жадобиным, А.А.Иванченко, С.В.Камкиным, Ю.Н.Мясниковым, М.К.Овсянниковым, В.А.Петуховым, В.А.Шишкиным, В.П.Шмелевым и другими отечественными и зарубежными учеными решили многие задачи в области повышения эффективности технической эксплуатации судовых дизелей и дизельных установок. Однако проблема далеко не исчерпана.

Главный судовой двигатель характеризуется рядом значений мощности - максимальная, номинальная, эксплуатационная и др. Для обеспечения надежной длительной работы его эксплуатационная мощность преднамеренно занижается относительно номинальной, исходя из ожидаемого в эксплуатации неконтролируемого среднестатистического отклонения параметров его тепловой и механической напряженности в худшую сторону относительно номинальных значений. При этом энергетический ресурс двигателя не используется полностью. Применительно к конкретному двигателю эти отклонения всегда носят неопределенный, вероятностный характер, в связи с чем вероятность отказа сохраняется на достаточно высоком уровне. Исключить или снизить эту неопределенность для конкретного двигателя возможно только индивидуальной оценкой его режимных параметров, в частности используемых в качестве ограничительных. Для этого двигатель должен быть контролируемым по всем его основным узлам и на всех этапах преобразования энергии: цилиндр - поршень - кривошипно-шатунный механизм (в первую очередь - подшипники) - вал.

Ведущие дизелестроительные фирмы {MAN B&W и др.), фирмы, работающие в области автоматизации судов {Autronica, ASEA, Lingso Marine и др.), научно-исследовательские организации (ЦНИИМФ, ЦНИДИ и др.), классификационные общества (Регистр Ллойда и др.) проводят интенсивные исследования по совершенствованию существующих и разработке перспективных методов и средств оценки режимных и диагностических параметров дизелей [100], [110], [112]. В данной области сформировались такие направления их деятельности, как: i

- контроль температур рабочих сред и наиболее ответственных узлов двигателя на уровне отдельных цилиндров - выпускные газы, охлаждающая вода, крышка, втулка цилиндра;

- оценка параметров рабочего процесса дизеля на уровне цилиндра и в среднем по двигателю;

- оценка интегральных показателей работы двигателя - мощность, расход топлива и др.

В области контроля параметров тепловой напряженности дизелей существующие решения ограничиваются наиболее доступными деталями ци-линдро-поршневой группы (ЦПГ) - крышка, втулка [100]. Температурный режим весьма нагруженных в тепловом и механическом отношении деталей движения - поршень, подшипники, в эксплуатации прямо не контролируется. Измерение температуры поршня выполняется во время заводских испытаний двигателей и, по сравнению с эксплуатационным периодом, носит кратковременный характер. Вместе с тем, на подвижные детали (поршень, подшипники, кольца) приходится до 25% отказов деталей ЦПГ, в том числе до 40.60% наиболее опасных, внезапных отказов [7].

Разработкой систем контроля рабочего процесса (СКРП) дизеля занимаются многие фирмы {Autronica, Icon Research и др.). Получаемые от СКРП значения параметров рабочего процесса используются для оценки нагрузки двигателя (цилиндра), уровня его механической напряженности, для решения диагностических задач и др. Развитие таких систем идет в основном по пути совершенствования визуализации процесса контроля и процедуры диагностирования. Это почти автоматически вынуждает разработчиков использовать в качестве основы СКРП достаточно производительный (и дорогой) компьютер класса PC. Стоимость таких систем не опускается ниже 14 . 15 тыс. долларов США. На фоне строительной стоимости супертанкера эта цифра не представляется значительной. Однако существует большое количество относительно малых судов, как транспортных (в том числе "река - море"), так и рыбопромысловых, судов вспомогательного флота, для которых эта цифра весьма значима. Таким образом, образовалась своеобразная ниша, не заполненная предложениями разработчиков СКРП - с одной ее стороны индикатор типа "Майгак", с другой - на порядок более дорогая и сложная в эксплуатации, требующая более высокой квалификации судового персонала система диагностики на основе РС-компьютера.

Помимо экономического аспекта, в области контроля рабочего процесса сохраняются серьезные методологические проблемы. В частности - негативное влияние индикаторного канала на результаты индицирования дизелей, особенно средне - (СОД) и высокооборотных двигателей (ВОД). Методика устранения этого влияния отсутствует. Кроме этого, отсутствует общепринятая методика настройки в СКРП углов верхних мертвых точек (ВМТ). Это затрудняет применение СКРП, обуславливает значительную погрешность и субъективность получаемых оценок.

Особое значение решение указанных проблем приобретает в связи с реализацией концепции судового малооборотного двигателя (МОД) с электронным управлением. Компьютерное управление топливоподачей в таком двигателе (например, двигатели серии МЕ-С фирмы MAN B&W) базируется на непрерывном автоматическом контроле среднего индикаторного давления (pmi) и максимального давления процесса (ртах) [112]. В этой связи актуальной является разработка устойчивых к дестабилизирующим факторам, информационно обоснованных алгоритмов получения параметров рабочего процесса.

Интегральным показателем, определяющим уровень тепловой и механической напряженности деталей ЦПГ и характеризующим степень использования энергетического ресурса двигателя, является задаваемая в эксплуатации эффективная мощность (Ne). Несмотря на многообразие существующих средств ее оценки [1], [24] (торсиометры), задача измерения Ne не нашла окончательного решения в судовых дизель-редукторных установках (ДРУ), где она осложняется малой располагаемой базой измерения на участке от фланца вала двигателя до фланца вала редуктора, не позволяющей применить известные торсиометры. Кроме этого, торсиометры являются сравнительно дорогими устройствами (15 тыс. долларов США и более), что делает экономически нецелесообразным их применение на относительно малых судах.

Таким образом, в судовых дизельных установках отсутствует контроль параметров тепловой напряженности подвижных деталей дизеля (поршень, подшипники), наблюдается повышенная погрешность или невозможность (затрудненность) контроля энергетических параметров (рт1) и параметров механической напряженности (ртах и др.) СОД и ВОД, а также степени использования энергетического ресурса как на уровне цилиндра, так и в целом по двигателю (AQ и по двигательной установке. Это указывает на то, что существует крупная научная проблема - неполное использование в эксплуатации располагаемого энергетического ресурса двигателя и повышенный риск его отказа из-за несовершенства методов и средств эксплуатационного контроля режимных параметров, характеризующих тепловую и механическую напряженность деталей движения дизеля, а также степень использования энергетического ресурсацилиндра, двигателя,дизельной установки.

Проблема усугубляется относительно высокой стоимостью существующих средств контроля, что делает экономически нецелесообразным их применение на двигателях относительно малой мощности. Решение этой проблемы позволит повысить провозную способность морских судов и снизить издержки их эксплуатации, что имеет важное хозяйственное значение.

Учитывая комплексный характер процессов в дизеле, параметры механической и тепловой напряженности деталей ЦПГ должны рассматриваться совместно и в связи с задаваемой двигателю эффективной мощностью, от которых они непосредственно зависят.

Объектом исследования является процесс технической эксплуатации судовых дизелей, в частности - применение методов и технических средств для обеспечения эксплуатационного контроля высокоинформативных режимных параметров дизелей с целью достижения их надежной работы при возможно более полном использовании энергетического ресурса.

Предметом исследования являются методы и технические средства, обеспечивающие прямой эксплуатационный контроль температурного режима подвижных деталей дизеля, наряду с методологически и информационно обоснованным контролем параметров рабочего процесса и с учетом задаваемой в эксплуатации эффективной мощности.

Цели и задачи исследования. Целью исследования является повышение эффективности эксплуатации судовых дизелей за счет более полного использования их энергетического ресурса на основе разработки и применения методов и средств, обеспечивающих комплексное оперативное информационное отображение состояния двигателя по параметрам тепловой напряженности подвижных деталей дизеля (поршень, подшипники), рабочего процесса в цилиндре дизеля, независимо от частоты его вращения, и эффективной мощности в судовых дизель-редукторных установках.

Для достижения поставленной цели исследования необходимо было решить задачи по разработке:

- методологии контроля параметров рабочего процесса дизеля в условиях влияния индикаторного канала, включая методику восстановления искаженного каналом сигнала и информационно обоснованные алгоритмы получения оценок основных параметров рабочего процесса;

- методологических основ и способов прямого эксплуатационного контроля температуры подвижных деталей дизеля - поршня, подшипников;

- метода контроля эффективной мощности двигателей и равномерности ее распределения в судовых ДРУ с электромагнитными муфтами;

- программно-алгоритмического обеспечения, технической реализации и апробации средств контроля рабочего процесса и эффективной мощности, экономически целесообразных для использования на двигателях относительно небольшой мощности;

- средств постоянного эксплуатационного контроля температуры подвижных деталей ЦПГ и подшипников, методики их применения;

- технических средств контроля эффективной мощности двигателей в ДРУ по параметрам электромагнитных муфт.

Методы исследования. Основные научные результаты получены с использованием методов гармонического анализа и синтеза, статистического, корреляционного, регрессионного анализов, анализа динамических систем, методов дифференциального и интегрального исчисления, методов компьютерного моделирования, методов структурного синтеза и схемотехники электронных и микропроцессорных устройств информационного назначения, разработки и отладки программно-алгоритмического обеспечения микропроцессорных систем.

Информационной базой исследования являются: научные публикации по теме исследования; техническая документация на средства контроля параметров судового энергетического оборудования, разработанные отечественными и зарубежными фирмами; отчеты о научно-исследовательских работах, в том числе выполненные под руководством и при участии автора; результаты выполненных автором расчетов, проведенных им натурных и компьютерных экспериментов; результаты разработки и применения опытных образцов средств контроля параметров судовых дизелей, разработанных автором, включая статистические данные по их применению и результаты их обработки.

Научная новизна исследования определяется:

- разработкой методологии контроля параметров рабочего процесса дизеля с учетом влияния характеристик индикаторного канала на параметры индицирования;

- предложенным методом определения показателей рабочего процесса на основе гармонического анализа развернутой индикаторной диаграммы;

- разработкой методологических основ постоянного эксплуатационного контроля температуры подвижных деталей судового дизеля -поршня, подшипников;

- разработкой метода использования электромагнитных муфт в составе дизель-редукторных установок для контроля эффективной мощности двигателей;

- разработкой программно-алгоритмического обеспечения средств контроля рабочего процесса и эффективной мощности, экономически целесообразных для применения на двигателях относительно малой мощности;

- разработкой методов структурного, параметрического и алгоритмического синтеза средств эксплуатационного контроля параметров тепловой напряженности подвижных деталей дизеля.

На защиту выносятся:

- методология контроля параметров рабочего процесса дизеля, базирующаяся на гармоническом анализе индикаторной диаграммы, учитывающая и/или устраняющая влияние индикаторного канала дизеля на результаты его индицирования;

- метод определения параметров рабочего процесса, базирующийся на гармоническом анализе индикаторной диаграммы;

- методологические основы структурного и параметрического синтеза средств эксплуатационного контроля температуры подвижных деталей двигателя, а также алгоритмы обработки получаемых сигналов;

- алгоритмическое обеспечение средств контроля параметров рабочего процесса, экономически целесообразных для применения на двигателях относительно малой мощности;

- метод применения электромагнитных муфт судовых ДРУ для контроля эффективной мощности двигателей и технические средства его реализации.

Практическая ценность и реализация работы.

Разработанные методы и технические средства позволяют решать следующие практические задачи эксплуатации судовых дизелей:

- прогнозировать постепенные и предотвращать внезапные отказы, обусловленные изменением технического состояния подвижных деталей ЦПГ, отражающемся на их температурном режиме;

- оперативно оценивать режим нагружения подвижных деталей ЦПГ и располагаемые запасы по параметрам тепловой напряженности;

- повысить точность определения параметров рабочего процесса, в частности - СОД и ВОД, на этой основе повысить точность оценки располагаемых запасов по параметрам механической напряженности цилиндра и степень использования его энергетического ресурса;

- использовать средства контроля параметров рабочего процесса на судовых среднеоборотных и высокооборотных дизелях в полном объеме их функций, без ограничений, накладываемых влиянием индикаторного канала;

- индивидуально оценивать режим нагружения каждого из двигателей ДРУ по эффективной мощности и распределять общую нагрузку между двигателями, обеспечивая, тем самым, минимальный удельный расход топлива [31] и более полное использование энергетического ресурса установки;

- более обоснованно, с учетом параметров тепловой и механической напряженности подвижных деталей, задавать ограничительные характеристики дизеля;

- использовать параметры тепловой и механической напряженности подвижных деталей дизеля в качестве диагностических.

Разработанные автором методики и технические средства ориентированы на применение в условиях эксплуатации судовых дизелей, разработаны по условию минимальной стоимости их реализации при достижении приемлемых в эксплуатации метрологических характеристик и уровня эксплуатационной надежности, технически реализованы в виде опытных образцов и серий.

Разработки автора нашли применение и внедрены:

- бесконтактные устройства контроля температуры поршня в одноцилиндровом варианте БУКТ-1, БУКТ-1М - при проведении исследований по выбору основного эксплуатационного режима СЭУ нефте-рудовозов типа "Маршал Буденный" Новороссийского морского пароходства [116], [129], (приложение 1), а также главного двигателя рыбопромысловых судов типа БМРТ "Прометей" объединения "Новороссийскрыбпром" [115];

- система централизованного контроля температуры поршней БУКТ 8-2 - на главном двигателе т/х "Маршал Говоров " в составе системы оценки технического состояния (СОТС) малооборотного дизеля [125], ее применение позволило предотвратить и локализовать ряд аварий главного двигателя [119], (приложение 2);

- система централизованного контроля температуры крейцкопфных подшипников БУКТ-К - в составе СОТС на главном двигателе т/х "Маршал Говоров "[119];

- системы контроля рабочего процесса на основе микроконтроллеров: в Институте проблем транспорта РАН (приложение 6) и в последующем - в АО "Балтийское морское пароходство"; в объединении "Новороссийскрыбпром", на судах типа БМРТ "Прометей" [65], (приложения 5, 7); в ряде других организаций;

- методика и средства контроля эффективной мощности двигателей ДРУ с электромагнитными муфтами - на серии судов типа "Атлан-тик" объединения "Новороссийскрыбпром" [83], (приложения 8, 9).

Результаты выполненных исследований используются автором в курсах лекций для судовых механиков, проходящих дополнительную подготовку в Южном региональном центре дополнительной профессиональной подготовки при НГМА, в учебном процессе судомеханического факультета НГМА при подготовке судовых механиков и электромехаников (приложения 10,11).

Апробация работы. Основные научные результаты работы докладывались на отечественных и международных конференциях и семинарах: на постоянно действующем семинаре "Двигатели внутреннего сгорания" при кафедре ДВС МВТУ им. Н.Э.Баумана (1988 г.); на научных конференциях в НГМА в период 1982.2000 гг.; на международной конференции "Информационные технологии в моделировании и управлении" (Санкт-Петербург, 2000 г.); на международной конференции "Компьютерное моделирование 2002" (Санкт-Петербург, 2002 г.); на международной конференции "Безопасность водного транспорта" (Санкт-Петербург, 2003 г.), на секции энергетики Дома ученых им М.Горького (Санкт-Петербург, 2003 г.), на научно-техническом совете судомеханического факультета Государственной морской академии имени адмирала С.О.Макарова (2003 г.). Результаты и перспективы применения разработанных методов и технических средств обсуждались со специалистами БМЗ (1984 г.), ЦНИДИ (1989 г.), Новороссийского морского пароходства (1982. 1987 гг.), объединения "Новороссийскрыб-пром"( 1982. 1987 гг.).

Публикации. Результаты проведенных автором исследований отражены в 40 научных публикациях, из которых основное содержание диссертации опубликовано в научной монографии, 24 научных статьях, в том числе 6 в центральной печати, и в учебном пособии с грифом учебно-методического объединения по образованию в области эксплуатации водного транспорта. Разработки защищены тремя авторскими свидетельствами на изобретения. Результаты исследований отражены также в 8 отчетах по хоздоговорным научно-исследовательским работам, выполненным под руководством или при участии автора в качестве ответственного исполнителя.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 332 страницах, включая 245 страниц текста, 114 рисунков, 21 таблицу и список литературы из 129 наименований на 14 страницах. Приложение включает акты испытаний и внедрения разработанных методов и технических средств на 39 листах.

1.4 Выводы по главе

На основе анализа, выполненного в данной главе, можно сделать следующие выводы и сформулировать задачи исследования: Измерения выполнены механиком РТМ "Тихорецк" Родионовым C.B., обработка - автором.

1. Основным средством контроля степени использования энергетического ресурса двигателя, а также уровня механической напряженности деталей ЦПГ и подшипников КШМ является СКРП. При условии не превышения допустимого уровня механической напряженности деталей двигателя, использование в эксплуатации его энергетических возможностей напрямую зависит от достоверности и уровня погрешности получаемых от СКРП оценок параметров рабочего процесса.

2. Индикаторный канал искажает сигнал и вносит погрешность в определение показателей рабочего процесса судовых дизелей, особенно значительную для СОД и ВОД. В условиях его влияния различные методы настройки углов ВМТ дают разные результаты, в связи с чем не существует единой общепринятой методики дастроййГего настройки.

3. Необходима разработка методики восстановления процесса в цилиндре по искаженному сигналу, полученному с индикаторного канала. Учитывая сложную форму сигнала, каковым является индикаторная диаграмма дизеля, целесообразно рассматривать его в частотной области.

4. В связи с реализацией концепции судового дизеля с компьютерным управлением возрастают требования к надежности средств измерения таких параметров, как рт1 и ртах. Необходим пересмотр существующих и поиск новых, более эффективных алгоритмов их получения.

5. Относительно высокая стоимость СКРП делает экономически нецелесообразным их применение на двигателях относительно небольшой мощности, в частности - СОД и ВОД, где особенно сильно проявляется влияние индикаторного канала. Это обусловливает актуальность разработки средств контроля рабочего процесса в экономичном исполнении.

6. Отсутствие прямого эксплуатационного контроля температурного режима подвижных деталей судовых дизелей вынуждает разработчиков обеспечивать повышенные запасы их прочности, а эксплуатационников -снижать эксплуатационную мощность двигателя. Вследствие этого энергетический ресурс двигателя не используется в полной мере, а вероятность внезапного отказа (задир цилиндра и др.) сохраняется на достаточно высоком уровне.

7. Необходима разработка методов и апробированных в длительной эксплуатации средств прямого эксплуатационного контроля теплового режима подвижных деталей дизеля - поршня, подшипников.

8. Степень использования в эксплуатации энергетического ресурса дизельной установки прямо зависит от погрешности оценки ее эффективной мощности. Более точный контроль мощности позволяет обеспечить эксплуатацию двигателей судовых ДРУ с меньшим рассогласованием нагрузок и более полно использовать энергетический ресурс дизельной установки. Однако резервы снижения погрешности традиционных типов судовых торсио-метров исчерпаны - для эксплуатационных условий она оценивается на уровне не менее 1,0%.

9. Применение в судовых ДРУ торсиометров традиционного типа технически затруднено из-за малой располагаемой базы измерения и экономически нецелесообразно из-за их высокой стоимости. Это обусловливает актуальность разработки методов и средств контроля эффективной мощности, требующих минимальной базы измерения, не уступающих по точности известным торсиометрам и при этом более дешевых.

2. МЕТОДОЛОГИЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ В УСЛОВИЯХ ВЛИЯНИЯ ИНДИКАТОРНОГО КАНАЛА

2.1 Модель для исследования методов настройки СКРП, гармонического анализа и синтеза индикаторных диаграмм Для исследования способов настройки СКРП, гармонического анализа индикаторных диаграмм и методов восстановления искаженного в канале сигнала, на ЭВМ моделировалась система, показанная на рис.2.1.

Рис. 2.1 Структура моделируемой системы

Моделируемый в цилиндре рабочий процесс (сигнал MODEL) поступает в модель индикаторного канала, на выходе которого формируется сигнал CMODEL. Один из этих сигналов подается в аналого-цифровой преобразователь (АЦП), осуществляющий 12-разрядное преобразование, при котором диапазону моделируемого давления 0.15 бар соответствует диапазон выходного кода АЦП 0.4095.

Сформированный в АЦП цифровой сигнал поступает в блок гармонического анализа, где индикаторная диаграмма представляется суммой гармоник. В блоке синтеза осуществляется обратное преобразование, с учетом параметров канала, при котором учитывается определенное число гармоник. На его выходе формируется синтезированный сигнал SMODEL.

Одновременно сигнал с выхода канала поступает в модель СКРП, которая содержит фильтр нижних частот (ФНЧ) второго порядка, предназначенный для ослабления колебаний, вносимых каналом в сигнал. Фильтр моделируется колебательным звеном, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) которого задается значениями добротности и частоты среза Д. На выходе ФНЧ формируется сигнал FMODEL. Выходной сигнал ФНЧ в 12-разрядном АЦП преобразуется в цифровой сигнал и поступает в устройство обработки (вычислитель) СКРП. При необходимости ФНЧ может быть исключен из цепи обработки сигнала.

Модель вычислительного алгоритма СКРП предусматривает возможность ручной или автоматизированной (по условию рт1= 0) настройки фвмъ а также расчет показателей процесса pmi, ртах, артах, рсотр, рехр. Расчет этих показателей выполняется традиционными для СКРП методами:

- определение угла фвмт производится по условию pmi=0 при отключенной топливоподаче в цилиндр;

- определение показателей процесса базируется на непосредственной обработке развернутой индикаторной диаграммы, полученной с выхода индикаторного канала с постоянным, возможно меньшим шагом по углу ПКВ, обеспечиваемым либо соответствующим количеством штифтов в датчике УП, либо расчетом на ЭВМ промежуточных значений углов ПКВ, либо тем и другим способом;

- обработка сигнала, учитывающая параметры индикаторного канала отсутствует;

- фильтрация сигнала в ФНЧ отсутствует.

Для сопоставления аналогичные показатели рассчитываются:

- на выходе цилиндра, по сигналу MODEL;

- на выходе индикаторного канала, по сигналу CMODEL;

- на выходе ФНЧ, по сигналу FMODEL;

- по синтезированному сигналу SMODEL.

Все формируемые моделью сигналы представляются целочисленными массивами мгновенных значений давлений в процессе, элементы которых сформированы с шагом 0,25°ГЖВ. Каждый из формируемых сигналов выводится на монитор ЭВМ в виде развернутой индикаторной диаграммы.

Блок-схема программы, моделирующей данную систему, приведена на рис. 2.2.

При моделировании могут задаваться:

- конструктивные параметры дизеля - степень сжатия (е), диаметр, ход поршня, отношение радиуса кривошипа к длине шатуна и др.;

- режимные параметры дизеля - частота вращения (п), давление продувочного воздуха (р5,) относительный индекс топливного насоса (ИТН) и др.;

- параметры индикаторного канала - собственная частота /с (соответствующая скорости звука 340 м/с) и его добротность 0;

- параметры ФНЧ и ); наличие или отсутствие ФНЧ;

- введенное в СКРП значение угла ВМТ;

- ручная или автоматизированная настройка фвмъ

- число гармоник разложения сигнала в ряд Фурье;

- число гармоник синтеза;

- параметры канала, используемые при синтезе сигнала.

На рис. 2.3 показана кинематическая схема и вид моделируемого процесса. Рабочий процесс моделируется поэтапно, начиная от положения НМТ (точка Я, рис. 2.3), в диапазоне углов ПКВ от ср= -180° до ср= +180°.

На участке НА полость цилиндра сообщена с полостью продувочного ресивера. Вследствие этого давление в цилиндре постоянно и равно давлению продувочного воздуха

На угле ПКВ фнс при соответствующем ему текущем объеме цилиндра УА, выпускные органы двигателя закрываются и начинается сжатие, продолжающееся до точки С1. Л

22.Ввод сдвига сигнала УШ у \

23 .Гармонический анализ, расчет уравнения регрессии спектра 1 спектральной плотности/ гармоник,уравнения регрессии окончание)

Процесс сжатия моделируется политропой РУ"=сотгде «=1,37. На этом участке расчет давления р выполняется в соответствии с формулой*: где УА - объем цилиндра в начале сжатия (точка А); Км - текущий объем цилиндра. Текущий объем цилиндра в функции угла ф ПКВ для любой точки процесса определяется из выражения:

К/1М

1-у 1

-- +

5-1 2

1 1 Ф71 1 и

1 + — СО£ —---Л

X 180 X

Хзт ф7С 180 2 где У5 - полный объем цилиндра; 8 - степень сжатия; \|/ - доля потерянного хода;

X - отношение радиуса кривошипа Я к длине шатуна /. Здесь: тг/Г где Б - диаметр цилиндра; 5 - ход поршня; 5=27?. Потерянный ход ц/ поршня выражается отрезком НЕ рис.2.3,а и определяется углом ПКВ фнс, при котором начинается сжатие. Для него можно записать:

1 - С05

180

Параметры е, X, Д фнс задаются при моделировании. Конец процесса сжатия (точка С1) характеризуется давлением рс\ и углом опережения подачи топлива фоп (в модели он принят равным углу начала видимого сгорания фнвс) Формула приведена к виду, удобному для вычислений в моделирующей ЭВМ.

К //* J 1 и V \ с \ \ •* л а\ 1 \ 1° У \ „ ч. г \ } Я Уне уА а) Р

Рис. 2.3 Кинематическая схема двигателя (а) и характерные точки модели рабочего процесса (б)

Этот угол задается при моделировании и связан с относительной топ-ливоподачей в цилиндр:

Ц>оп=<Т'ИТН,

Индекс топливного насоса может задаваться при моделировании в диапазоне 0.1, Параметр ф^ задан в виде константы.

Процесс сгорания (участок С1 - К на рис.2.3) протекает в интервале изменения угла ПКВ фвм и начинается на угле ф=фвм-фоп- Значение фвм связано с относительной топливоподачей в цилиндр: р«=ф Тм-итн, ном где фш - номинальное значение фвм, задается в виде константы.

Моделирование процесса сгорания топлива выполнено по условию обеспечения внешнего сходства кривой давления с реальным процессом. Индикаторная диаграмма на участке сгорания топлива моделируется отрезком синусоиды, в диапазоне изменения ее аргумента от -20° до +120°:

Р^ИТН с\

Р = Р, т + С sin ф + фо„)140 2о . 20л ■ + sin

180 180

Ф ЯМ+0,1 где рс - давление сжатия, соответствует положению ВМТ при ИТН=0 (точка С рис.2.3).

Давление рс рассчитывается по формуле:

Pc=Psel'31lrtz.

Амплитуда синусоидальной функции, входящей в выражение для процесса сгорания, пропорциональна ИТН, как и значения фоп и фвм- При уменьшении ИТН от 1 до 0 это обеспечивает плавное приближение процесса расширения К-В к кривой расширения, получаемой в отсутствие топливопо-дачи (рис. 2.3,6 пунктирная кривая). Процесс сгорания С\-К при этом сужается по углу ПКВ,'за счет изменения фоп и фвм? уменьшается и приращение давления в процессе. В конечном итоге, при ИТН=0 он вырождается в точку С. Тем самым, изменение подачи топливного насоса моделируется с регулированием одновременно по началу и по концу подачи.

Параметры, характеризующие конец процесса сгорания ррасш , Урасш , ф=фвм-фоп (точка К, рис.2.3) являются исходными для расчета процесса расширения. Он моделируется политропой с показателем п=1,1: р р р'/ Урасш ) г г расш ^ » где Ушп - текущий объем цилиндра, определяемый для диапазона углов ПКВ

ОТ ф=фвМ-фоп ДО ф=фот

Для ИТН=0 давление в процессе расширения рассчитывается по аналогичной формуле, при п=1,37, ррасш=рс и Урйсш=¥с.

Процесс выпуска газов, начинающийся на угле ПКВ фот (точка В рис.2.3), моделируется политропой с показателем п=15: п р ' ^ ^ Кып ) гДе Рвып и Квып - соответственно давление и текущий объем цилиндра в конце процесса расширения.

Значение фот, а также значения использованных в расчетных выражения коэффициентов могут быть изменены при моделировании.

Расчет процесса выпуска ведется до выполнения условия р=р8. При дальнейшем изменении угла ПКВ, вплоть до НМТ, процесс продувки моделируется изобарой при р=р5.

По окончании расчета развернутая индикаторная диаграмма и показатели процесса выводятся на дисплей ЭВМ.

Гармонический анализ, а также определение спектральной плотности гармоник выполняются в соответствии с приводимыми в [23] выражениями для обобщенного численного спектрального анализа. Число гармоник анализа или синтеза может задаваться в диапазоне до 200.

Индикаторный канал моделируется уравнениями (1.1), (1.2). Автоматизированная настройка фвмт моделируемой СКРП выполняется с шагом 0,05 °ПКВ.

Содержание других блоков алгоритма пояснено ниже.

2.2 Оценка информативности гармонических составляющих рабочего

Индикаторный канал искажает частотный спектр сигнала давления. В этой связи целесообразно рассмотреть рабочий процесс дизеля в частотной области и оценить информативность его гармонических составляющих с позиции получения оценок рабочего процесса. Такая оценка выполнена с использованием моделирующей программы, алгоритм которой представлен на рис.2.2. Анализ выполнялся с целью определения количества гармонических составляющих процесса, минимально достаточного для получения достоверных оценок тех или иных показателей рабочего процесса дизеля.

Чтобы исключить зависимость получаемых оценок от абсолютного уровня давлений, введено понятие относительного модуля спектральной плотности 20/#£,/)тн = 20 /^¿УХ1^, где ^ - модуль спектральной плотности на частоте первой гармоники спектра, а - модуль спектральной плотности на частоте /-той гармоники. Частота повторения рабочего процесса (/пр) нормирована на уровне 1 Гц, что для двухтактного двигателя соответствует частоте его вращения 60 об/мин. Кроме спектральной плотности, рассчитывались также коэффициенты аЬ1 ряда Фурье. По найденным коэффициентам вычислялись амплитуды Р{ и фазы ф; гармоник (косинусоид), суммой ко

Ф/ =-аг^{Ь1!а1).

Амплитуды гармоник представлены как в размерных единицах - барах, так и в виде цифрового кода (вырабатываемого АЦП, см. рис.2.1), фаза гармопроцесса дизеля торых представлялся периодический процесс в цилиндре дизеля : Для периодического процесса, каким является индикаторная диаграмма, амплитуда гармоники и модуль ее спектральной плотности однозначно взаимосвязаны и отличаются лишь масштабом [10] ник - в градусах. Коэффициенты ряда Фурье и модуль спектральной плотности 5/ вычислялись по алгоритму, приводимому в [23].

На рис.2.4 приведены характерные спектры рабочего процесса в цилиндре дизеля, полученные с помощью моделирующей установки (рис.2.1). В табл.2.1 приведены результаты гармонического и спектрального анализа, по которым построена кривая 3 рис.2.4.

Рис. 2.4 Спектры процесса в цилиндре двигателя с 8=16: 1 - ИТН=0; 2 - ИТН=1, (рнвс = 3° ПКВ до ВМТ;

3 -ИТН=1, фнвс = 3°ПКВ после ВМТ В отсутствие топливоподачи (ИТН=0) спектр затухает практически по линейному закону, достигая уровня минус 60 дБ для гармоники с номером /=20. При наличии топливоподачи (ИТН=1) спектр процесса имеет три характерных участка. На начальном участке, при /<8, спектр затухает линейно до уровня примерно минус 24 дБ, практически совпадая со спектром в отсутствие топливоподачи. В средней части темп затухания спектра существенно меньше, а амплитуда спектральных составляющих снижается до уровня минус 52. 60 дБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненного комплекса исследований получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Разработана методология контроля параметров рабочего процесса судового дизеля в условиях влияния индикаторного канала, основными положениями которой являются:

- информация о среднем индикаторном давлении содержится в параметрах к* только первых двух гармоник развернутой индикаторной диаграммы - их амплитудах и начальных фазах; полученное аналитическое выражение для pmi может быть основой более устойчивого к дестабилизирующим факторам алгоритма его определения;

- для получения оценки ртах необходим учет гармоник, уровень которых составляет не менее -ЗбдБ относительно первой гармоники, а для определения других показателей - учет гармоник с уровнем не менее -55 дБ;

- основным источником погрешности при индицировании средне- и высокооборотных дизелей, а также при определении углов верхних мертвых точек, является индикаторный канал, который может быть представлен динамическим колебательным звеном с переменными параметрами и характеризуется собственной частотой и добротностью;

- без специальной обработки сигнала возможно получение оценок параметров рабочего процесса с погрешностью не более 1% при собственной частоте индикаторного канала fc и частоте процесса /пр, находящихся в соотношении:

- ПО pmi И ртах - fc >40 fnp\

- по другим параметрам процесса - fc >90 fnp;

- сильное влияние на получаемые оценки параметров рабочего процесса оказывает добротность индикаторного канала; с ее увеличением погрешность оценки pmi уменьшается, а погрешность определения других параметров возрастает;

- разработанные предложения по адаптивной фильтрации искаженного в индикаторном канале сигнала с целью получения достоверных оценок параметров рабочего процесса с учетом параметров конкретного канала;

- разработанная методика восстановления индикаторной диаграммы по сигналу на выходе индикаторного канала, предусматривающая определение добротности канала методом коррекции фазо-частотной характеристики тракта преобразования сигнала, разложение индикаторной диаграммы на гармонические составляющие и последующий синтез сигнала с учетом изменяющейся в процессе собственной частоты канала ; методика позволяет применять средства индицирования без ограничения их функций на средне- и высокооборотных дизелях;

- разработанное программно-алгоритмическое обеспечение средств контроля параметров рабочего процесса, базирующихся на возможностях однокристальных микроконтроллеров, при минимальных затратах вычислительных и аппаратных ресурсов и экономически целесообразных для применения на двигателях относительно малой мощности.

2. Разработаны методологические основы построения средств постоянного эксплуатационного контроля температуры поршней и подшипников судовых дизелей, базирующиеся на бесконтактном съеме информации с установленных на подвижных узлах датчиков, основными положениями которых являются:

- использование частотного преобразователя и индуктивных бесконтактных токосъемников;

- прерывистость взаимодействия блоков и оптимизация их пространственной ориентации;

- многоканальность и автоматическая калибровка информационного канала.

3. Разработаны и в длительной эксплуатации апробированы образцы приборов в одноцилиндровом варианте для контроля температуры поршней двигателей 8ЛАЮ90 и 82072/48, их применение показало высокую информативность эксплуатационного контроля температуры поршня.

4. Разработаны и в длительной эксплуатации испытаны системы централизованного контроля температуры поршней и крейцкопфных подшипников главных судовых малооборотных двигателей. Системы установлены и испытаны на главном двигателе т/х "Маршал Говоров". Испытания показали высокую информативность контроля теплового состояния поршней дизеля -возможность контроля предаварийного состояния поршня, втулки, подвижности и состояния поршневых колец. По результатам испытаний установлена непосредственная причина задиров ЦПГ двигателей 8&/У090 - прорыв газов через совмещенные замки поршневых колец.

5. Предложен метод многоканального контроля параметров тепловой напряженности подвижных деталей дизеля, базирующийся на коммутации измерительных каналов за счет прерывистого характера взаимодействия передающего и приемного блоков. Реализующие метод алгоритмы автоматической калибровки, временного разделения сигналов и математической обработки, а также конструктивное исполнение блоков позволяют использовать малочувствительные датчики, обеспечивают низкую погрешность, обуславливают малую массу и габаритные размеры. Алгоритмы обработки сигналов апробированы в опытном образце многоканальной системы для измерения температуры подвижных деталей дизеля, рассчитанном на диапазон температур до 600°С.

6. Разработана и внедрена серия систем контроля рабочего процесса, базирующихся на возможностях однокристальных микроконтроллеров, по перечню контролируемых параметров и метрологическим характеристикам не уступающая известным аналогичным системам, но имеющая на порядок меньшую стоимость. Разработанные системы контроля обладают отсутствующей в известных системах возможностью контроля наряду с рабочим процессом дизеля его эффективной мощности.

7. Разработан метод контроля эффективной мощности судовых дизелей, базирующийся на применении электромагнитных асинхронных муфт судовых дизель-редукторных установок в качестве датчиков крутящего момента. Теоретическим анализом и статистической обработкой экспериментальных данных доказано, что предложенный метод обеспечивает погрешность измерения крутящих моментов и эффективных мощностей двигателей ДРУ на уровне ±2 % от мощности одиночного двигателя, при этом погрешность контроля рассогласования мощностей двигателей составляет не более ±1 %. Погрешность предложенного метода находится на уровне, реально обеспечиваемом в эксплуатации известными системами аналогичного назначения, при существенно меньшей стоимости его реализации. Разработан и на серии судов внедрен прибор, реализующий данный метод.

Общим итогом выполненной работы является обеспечение возможности повышения эффективности эксплуатации судовых дизелей за счет более полного использования их энергетического ресурса и снижения вероятности отказа на основе применения разработанных методов и технических средств для комплексного оперативного информационного отображения состояния дизеля по параметрам тепловой напряженности подвижных деталей дизеля (поршень, подшипники), рабочего процесса в цилиндре дизеля, независимо от частоты его вращения, эффективной мощности в судовых дизель-ре дукторных установках.

Применение разработанных методов и средств позволяет: прогнозировать постепенные и предотвращать внезапные отказы, обусловленные изменением технического состояния подвижных деталей ИД 11, отражающемся на их температурном режиме; оперативно оценивать располагаемые запасы по параметрам тепловой напряженности подвижных деталей ЦПГ; повысить точность определения параметров рабочего процесса и на этой основе повысить точность оценки располагаемых запасов двигателя по параметрам механической напряженности и степень использования его энергетического ресурса; использовать средства контроля рабочего процесса на судовых среднеоборотных и высокооборотных дизелях без ограничений, накладываемых влиянием индикаторного канала; индивидуально оценивать режим на-гружения каждого из двигателей ДРУ и распределять между ними общую нагрузку, обеспечивая, тем самым, более полное использование энергетического ресурса установки; задавать ограничительные характеристики дизеля с учетом параметров тепловой и механической напряженности его подвижных узлов; использовать параметры тепловой и механической напряженности подвижных деталей дизеля в качестве диагностических.

Представляется, что наиболее полномасштабный эффект от применения разработанных методов и средств может быть получен при условии их интегрирования в полностью компьютеризированные системы управления судовых дизелей класса Intelligent Engine.

1. Агеев В.И. Контрольно-измерительные приборы судовых энергетических установок (устройство, эксплуатация, эффективность): Справочник. -Л.: Судостроение, 1985. 416 с.

2. Алексеев Г.Д., Карпович В.А. Энергетические установки промысловых судов. Л.: Судостроение, 1972. - 296 с.

3. Белов A.M., Иванов В.А., Мазуренко Л.Л. Комплексы кросс-программ "Электроника микрос'У/Микропроцессорные средства и системы. 1986. - № 3. - С. 39.

4. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. -М.: Высшая школа, 1978. 528 с.

5. Богаенко H.H. Контроль температуры электрических машин. Киев: Техника, 1975.- 225 с.

6. Бромберг Э.М., Куликовский К.Л. Тестовые методы повышения точности измерений. М.: Энергия, 1978. - 176 с.

7. Васильев Б.В., Кофман Д.И., Эренбург С.Г. Диагностирование технического состояния судовых дизелей /Под ред. Б.В. Васильева. М.: Транспорт, 1982. - 144 с.

8. Вельмисов П.А., Горбоконенко В.Д., Решетников Ю.А. Математическое моделирование механической системы "трубопровод-датчик давления"// Датчики и системы. 2003.- №6. - С. 12-15.

9. Гаврилов B.C., Камкин C.B., Шмелев В.П. Техническая эксплуатация судовых дизельных установок. М.: Транспорт, 1985. - 288 с.

10. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио, 1977.-608 с.

11. Гончаров В.А. Ограничение нагрузки главного судового дизеля с учетом условий его эксплуатации и технического состояния: Авто-реф. дис. канд. техн. наук. Одесса, ОВИМУ., 1989 - 19 с.

12. Грин A.A. Источники погрешности систем индицирования типа NK-3// Экспресс-информация. В/О "Мортехинформреклама". Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота". 1987. -Вып. 13 (657).-С.13-20.

13. Грин A.A. Настройка ВМТ цилиндров в системах индицирования NK-3// Экспресс-информация. В/О "Мортехинформреклама". Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота". 1986. -Вып.24 (644).-С. 1-5.

14. Грин A.A. Об углах отсчета ВМТ, настраиваемых в приборах индицирования дизеля// Экспресс-информация. В/О "Мортехинформреклама". Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота". 1989. - Вып.21 (713). - С. 13-17.

15. Грин A.A. Особенности применения устройства К748 для оценки технического состояния дизеля// Экспресс-информация. В/О "Мортехинформреклама". Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота". 1987. Вып. 9 (653). - С. 6 - 11.

16. Грин A.A., Орехов Ю.А. Оценка точности результатов индицирования главного судового двигателя// Экспресс-информация. В/О "Мортехинформреклама". Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота". 1987. - Вып.2 (646). - С.7-13.

17. Гусев В.Г. Андрианова Л.П. Индуктивные и магнитомодуляционные преобразователи для передачи информации с вращающихся объектов. М.: Энергия, 1979. - 88 с.

18. ДайчикМ.Л., Пригоровский Н.И., Хуршудов Г.Ф. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник. М.: Машиностроение, 1989. -240.

19. Джонсон H., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы обработки данных. Пер. с англ. М.: Мир, 1980. - 610 с.

20. Доронкин Б.Ф., Воскресенский О.В. Транзисторные генераторы импульсов. М.: Связь, 1968. - 323 с.

21. Дьяконов В.П. Расчет нелинейных и импульсных устройств на программируемых микрокалькуляторах: Справочное пособие. М.: Радио и связь, 1984. - 176 с.

22. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ: Справочник. М.: Наука, гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.-240 с.

23. Жадобин Н.Е., Крылов А.П., Малышев В.А. Элементы и функциональные устройства судовой автоматики. СПб: Элмор, 1998. -440 с.

24. Иванченко A.A. и др. Совершенствование методов оценки и снижение выбросов вредных веществ методами воздействия на рабочий процесс ДВС// Тр. междунар. конф. "Безопасность водного транспорта".-2003.- С.79-82.

25. Иофе В.К., Корольков В.Г., Сапожков М.А. Справочник по акустике/ Под ред. М.А.Сапожкова. М.: Связь, 1979. - 312 с.

26. Камкин C.B., Возницкий И.В., Шмелев В.П. Эксплуатация судовых дизелей. М.: Транспорт, 1990. -375 с.

27. Колчин A.B. Датчики средств диагностирования машин. М.: Машиностроение, 1984. - 120 с.

28. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство. РД 31.20.50-87. М.: В/О «Мортехинформ-реклама», 1988. - 220 с.

29. Королев Н.И. Регулирование судовых дизелей. М.: Транспорт, 1987. -185 с.

30. Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972. - 346 с.

31. Левинтов С.Д., Борисов A.M. Бесконтактные магнитоупругие датчики крутящего момента. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 88 с

32. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин: измерительные преобразователи. Л.: Энергоатомиздат, 1983.-320 с.

33. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.

34. Маклюков М.И., Протопопов В.А. Применение аналоговых интегральных микросхем в вычислительных устройствах. М.: Энергия, 1980.- 160 с.

35. Математическая статистика / Иванова В.М., Калинина В.Н., Нешумо-ва Л.А. и др.-М.: Высшая школа, 1981.-371 с.

36. Мезин Е.К. Судовые электромагнитные муфты скольжения. Л.: Морской транспорт, 1958. - 52 с.

37. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник: в 2 т./ Н.Н.Аверьянова, А.И.Борзенко, Ю.И.Борщенко и др.; под ред. В.А.Шахнова. М.: Радио и связь, 1988. т.2.,-368 с.

38. МикроЭВМ: в 8 кн.: Практ. пособие/ Под ред. Л.Н.Преснухина. Кн.1. Семейство ЭВМ «Электроника-60»/ И.Л.Талов, А.Н.Соловьев,

39. B.Д.Борисенков. М.: Высшая школа, 1988. - 172 с.

40. МикроЭВМ: в 8 кн.: Практ. пособие/ Под ред. Л.Н.Преснухина. Кн.7. Учебные стенды/ Ю.И.Волков, В.Л.Горбунов, Д.И.Панфилов,

41. C.Г.Шаронин. М.: Высшая школа, 1988. - 224 с.

42. Минкин З.М. Определение среднего индикаторного давления при помощи гармонического анализа развернутых индикаторных диаграмм//Труды ЦНИДИ.- 1955 .- Вып.28.- С.99-124.

43. Мирский Г.Я. Электронные измерения. М.: Радио и связь, 1986. -440 с.

44. Многоканальная система для измерения температуры поршней. Сяктерев В.Н., Ключников Г.М., Гареев Р.Ш., Кондратьев В.Н. Авт. сви-дет СССР № 1024749. Опубл. 23.06.1983.

45. Мясников Ю.Н., Павлов A.A. Техническое диагностирование применительно к судовым дизельным установкам // Двигателестрое-ние.-1984.-№1-С.41^3.

46. Новицкий П.В., Кнорринг В.Г., Гутников B.C. Цифровые приборы с частотными датчиками. JL: Энергия, 1970. - 424 с.

47. Нуждин A.C., Ужанский B.C. Измерения в холодильной технике: Справочное руководство. М.: Агропромиздат, 1989. - 368 с.

48. Овсянников М.К., Петухов В.А. Дизели в пропульсивном комплексе морских судов: Справочник. Л.: Судостроение, 1987.-256 с.

49. Овсянников М.К., Петухов В.А. Эксплуатационные качества судовых дизелей. Л.: Судостроение, 1982. - 208 с.

50. Однокристальные микроЭВМ. М.: Микап, 1994. - 400 с.

51. Петров A.C., Пивоваров И.А. Электроизмерительное устройство К748 для систем контроля и диагностики дизелей// Двигателестрое-ние. 1984.-№1 - С. 37-39.

52. Подольский Л.И. Система QUASIC для программирования на мини-ЭВМ// Материалы по математическому обеспечению ЭВМ. 1980. -Вып. 4.-45 с.

53. Полковников А.К. Оценка состояния цилиндропоршневой группы по термограммам поршней // Изв. Вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. -2003.- Спецвыпуск. -С.91-95.

54. Полковников А.К. Решение основных задач технической эксплуатации главных судовых дизелей на базе информационных технологий: Автореф. дис. канд. техн. наук Новороссийск, НГМА, 2002. - 24 с.

55. Полупроводниковые БИС запоминающих устройств. Справочник/ под ред. А.Ю.Гордонова и Ю.Н.Дьякова. М.: Радио и связь, 1986. -247 с.

56. Попков В.И., Мышинский Э.Л., Попков Э.И. Виброакустическая ди1.агностика в судостроении. Л.: Судостроение, 1989. - 256 с.г/

57. Правила технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций: РД 31.21.30-97. СПб, 1997. - 337 с.

58. Проектирование датчиков для измерения механических величин/ под ред. Е.П.Осадчего. М.: Машиностроение, 1979. - 660 с.

59. Прокунцев А.Ф., Максимова Е.С. Бесконтактная передача и обработка информации с вращающихся изделий. М.: Машиностроение, 1985.-80 с.

60. Рыжков C.B. Теплотехнические измерения в судовых энергетических установках. Л.: Судостроение, 1980. - 264с.

61. Самойленко А.Ю. Влияние индикаторного канала на результаты ин-дицирования судовых дизелей //Транспортное дело России. 2003.-Спецвыпуск. -С.ЗО-ЗЗ.

62. Самойленко А.Ю. Выбор критериев распределения нагрузок в судовой дизель-редукторной установке// Экспресс-информация ЦБНТИ ММФ. Сер. "Техническая эксплуатация флота". 1978. - № 22 (458). - С. 17-22.

63. Самойленко А.Ю. Методика определения параметров ориентации блоков передачи информации в системах контроля температуры подвижных деталей судовых дизелей //Транспортное дело России. -2003. Спецвыпуск. - С.25-27.

64. Самойленко А.Ю. Метрологические характеристики судовых тор-сиометров // Изв. Вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. 2003. -Спецвыпуск. - С. 109-112.

65. Самойленко А.Ю. Многоканальное устройство для измерения температуры поршня двигателя. Авт. свидет. СССР № 1354926, МКИ-3 G01K13/06. Приоритет от 21.11.85. Опубл. 1987., Бюлл.№46.

66. Самойленко А.Ю. Мобильная система контроля рабочего процесса судовых дизелей// Сборник научных трудов НГМА, КГУ. Краснодар, 1994.-С. 133.

67. Самойленко А.Ю. Оценка нагрузок двигателей в судовых дизель-редукторных установках // В кн.: Судовые энергетические установки. М.: ЦРИА "Морфлот". - 1980. - С. 106-110.

68. Самойленко А.Ю. Оценка показателей рабочего процесса дизеля на основе спектрального анализа индикаторной диаграммы// Тр. между-нар. конф. "Безопасность водного транспорта". СПб.: СПБГУВК, 2003.- С.125-132.

69. Самойленко А.Ю. Определение среднего индикаторного давления на основе гармонического анализа индикаторной диаграммы дизеля // Двигателестроение.- 2004.-№ 1 .-С. 17-19.

70. Самойленко А.Ю. Перспективные средства контроля температуры деталей движения судовых дизелей // Изв. Вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. 2003. - Спецвыпуск. - С.87-91.

71. Самойленко А.Ю. Применение систем контроля рабочего процесса судовых дизелей с учетом влияния индикаторного канала // В кн. XXIII Российская школа по проблемам науки и технологий. Краткие сообщения. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - С.334-339.

72. Самойленко А.Ю. Судовой торсиометр на основе магнитоупругого датчика крутящего момента и однокристальной ЭВМ// Сб. научн. трудов НГМА.- Новороссийск: НГМА, 2003.- Вып.8.- С.62-64.

73. Самойленко А.Ю. Электронные и микропроцессорные средства судовых систем управления. Новороссийск: НГМА, 2002. - 164 с.

74. Самойленко А.Ю. Электронные системы контроля параметров рабочего процесса судовых средне- и высокооборотных дизелей: Монография СПб.: Судостроение, 2004. - 132 с.

75. Самойленко А.Ю. Эффективность систем автоматического распределения нагрузок судовых дизель-редукторных установок// В кн.: Современное состояние и перспективы развития СЭУ. М.: В/О "Мор-техинформреклама". - 1983. - С. 18-24.

76. Самойленко А.Ю., Демиденко Е.П. Установка моделирования рабочего процесса дизеля на основе IBM-совместимого компьютера с физическим интерфейсом// Сборник научных трудов НГМА. Новороссийск: НГМА, 2000. - Вып.5 - С. 135- 136.

77. Самойленко А.Ю., Игнатенко A.B. Моделирование в среде "EWB" тренажера по эксплуатации судовой системы АПС// Труды Международной научно-технической конференции "Компьютерное моделирование 2002". СПб.: Издательство СПбГТУ, 2002, - С. 159-165.

78. Самойленко А.Ю., Косяков В.И. Контроль нагрузок главных двигателей траулеров типа "Атлантик" с использованием электромагнитных муфт// Экспресс-информация. Рыбное хозяйство. Серия "Техническая эксплуатация флота". 1987. -№ 5.

79. Самойленко А.Ю., Кузнецов А.В. Гармонический анализ индикаторных диаграмм судовых дизелей// Сб. научн. трудов НГМА,- Новороссийск: НГМА, 2003.- Вып.8.- С.75-77.

80. Самойленко А.Ю., Полковников А.К. Температурный контроль крейцкопфных подшипников судовых МОД // "Наука Кубани". -1997. № 1.-С. 37-40.

81. Самойленко А.Ю., Хайкин А.Б. Устройство для автоматического выравнивания крутящих моментов параллельно работающих двигателей. Авт. свидет. СССР № 1076611, МКИ-3 G01K. Опубл. 28.02.84, бюлл. № 8.

82. Самойленко А.Ю., Шишкин В.А. Устройство для измерения температуры подвижного объекта. Авт. свидет. СССР № 998875, МКИ-3 G01K13/04. Опубл. 23.02.83, бюлл. № 7.

83. Соболенко А.Н. Обеспечение безопасной эксплуатации главных судовых дизелей: Автореф. дис. докт. техн. наук.- Владивосток, Морской государственный университет им. адм. Г.И.Невельского, 2002. -39 с.

84. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ./ Под ред. У.Томпкинса, Дж.Уэбстера. М.: Мир, 1992.-592 с.

85. Сташин В.В., Урусов A.B., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М.: Энергоатомиздат, 1990.-224 с.

86. Стефановский Б.С., Скобцов Е.А., Кореи Е.К. и др. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972 - 367 с.

87. Суевалов Л.Ф. Справочник по расчетам судовых автоматических систем. JL: Судостроение, 1977. - 376 с.

88. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с англ. М.: Мир, 1983. - 512 с.

89. Трохименко Я.К., Любич Ф.Д. Микрокалькулятор, Ваш ход. М.: Радио и связь, 1985. - 224 с.

90. Трохименко Я.К., Любич Ф.Д. Радиотехнические расчеты на микрокалькуляторах. М.: Радио и связь, 1983. - 256 с.

91. Трубкин Е.В., Шишкин В.А., Гончаров В.А. Оценка уровня теплона-пряженности двигателей 8ZD72/48II Рыбное хозяйство. 1985. - №5. - С.42-45.

92. Устройство для измерения параметров вращающихся деталей машин. Авт. свидет. СССР № 289311. Самбурский А.И., Магидин С.Ф., Опубл. 08.12.1979.

93. Устройство для измерения температуры двигателя. Заявка Великобритании № 1525233. Опубл. 20.09.1978.

94. Федорко П.П. Недостатки термоанализатора МИ-1 норвежской фирмы «Аутроника» и пути к их устранению// Экспресс-информация. ЦБНТИММФ. Сер. "Техническая эксплуатация флота". М., 1982. -Вып. № 13 (537).-С. 15-26.

95. Федорко П.П. Температура цилиндровой втулки дизеля как диагностический параметр // Техническая эксплуатация судовых энергетических установок: Сб. научн. тр. ЦНИИМФ. JL: 1982. - Вып. 277. -с.40-49

96. Федоров A.M., Грин A.A. Из опыта индицирования двигателей устройством К748// Экспресс-информация. В/О «Мортехинформрекла-ма». Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота". -1988. Вып. 10 (678). - С. 1 - 9.

97. Чешков H.H. Разработка алгоритмов и устройств для автоматического безразборного диагностирования топливной аппаратуры и цилин-дро-поршневой группы ДВС по индикаторным параметрам. Автореф. дис. канд. техн. наук. Л.: ЦНИДИ, 1984, - 24 с.

98. Шишкин В.А. Анализ неисправностей и предупреждение повреждений судовых дизелей. М.: Транспорт, 1986. - 192 с.

99. Шишкин В.А. Развитие технической эксплуатации судовых энергетических установок на базе информационных технологий: Автореф. дис. докт. техн. наук. СПб., ИПТ РАН, 1996. - 50 с.

100. Шишкинский В.И. Магнитоанизотропные монолитные силоизмери-тели. М.: Машиностроение, 1981. - 80 с.

101. Щелкунов H.H., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. М.: Радио и связь, 1989. - 188 с.

102. Щетинин Г.А. Электропривод с индукционными муфтами и тормозами. -М.:. Машиностроение, 1971. 320 с.

103. Электрические измерения неэлектрических величин/ 5-е изд. Л.: «Энергия», 1975. - 576 с.

104. Condition monitoring of marine machinery recent research and operational experience /I.S.Carlton, C.G.Holland, M.I.Newbury, D.Rhoden, D.A.Triner. Lloyd's Register Technical Association. Paper 1 № 6/ Session 1994-95.

105. Kemp R.E. Closed-coupled telemetry for measurements of gas turbines.1.strumentation technology", 1978, 25, № 9, 105+112.th

106. P. Sunn Pedersen "Development Towards the Intelligent Engine", 161.ternational Marine Propulsion Conference, London, 10-11 March, 1994, Proceedings, pp. 77-88.

107. Rolf H.Kuratle, Balz Märki. Influencing Parameters and Error Sources during indication of internal combustion engines. International Congress Exposition, Detroit, Michigan, 1992.

108. Wolf R. Elektrics Mebumformer Überblick und Tendenzen. «Mesc. -Steuern - Regoln», 1979, 22, № 6, 335+340.

109. Отчеты о научно-исследовательских работах

110. Испытания т/х «Маршал Конев»: Отчет по НИР/ НВИМУ; руководитель работы В.А.Шишкин. № ГР 78068827. - Новороссийск, 1980. -205 с.

111. Исследование и разработка радиотелеметрической системы для измерения и контроля температуры деталей подвижных механизмов: Отчет по НИР/ ОЭИС им. А.С.Попова; Руководитель работы Лободзин-ский В.А. № ГР 77007428; Инв. № Б 803997. - Одесса, 1979. - 63 с.

112. Подготовка к монтажу и монтаж системы централизованного контроля температуры поршней главного судового двигателя 8РНД90: Отчет по НИР/НВИМУ; Руководитель работы А.Ю.Самойленко № ГР 81009488; Инв. № 02850038254. - Новороссийск, 1984.- 37 с.

113. Разработка алгоритма и программного обеспечения устройства контроля индикаторного процесса судового дизеля. Отчет по НИР/ НВИМУ, № 33/89, руководитель работы Самойленко А.Ю., Новороссийск, 1989.-55 с.

114. Разработка и изготовление системы непрерывного контроля момента и мощности главного судового дизеля: Отчет по НИР/ ЛВИМУ им. адм. С.О.Макарова; Руководитель работы д-р техн. наук проф. А.Б.Хайкин № ГР 77016261; Инв. № Б 895657. - Л., 1980. - 136 с.

115. Разработка комплекса аппаратуры для измерения температур и деформаций вращающихся элементов машин: Отчет по НИР/ БИИ; Руководитель работы В.А Лисовой. № ГР 80006720; Инв. № Б 895014. -Братск, 1980.-84 с.

116. Разработка системы оценок технического состояния дизелей с использованием вычислительной техники: Отчет по НИР/НВИМУ; №

117. ГР 01840022462; Инв. № 02860111701; Руководитель работы к.т.н. Шишкин В.А., Новороссийск, 1985. 76 с.

118. Разработка системы оценок технического состояния дизелей с использованием вычислительной техники. Отчет по НИР/ НВИМУ, руководитель работы В.А.Шишкин, № ГР 01840022462, Инв. № 02850021630, Новороссийск, 1984. 113 с.

119. Результаты испытаний системы централизованного контроля температуры поршней главного двигателя т/х «Маршал Говоров»: Отчет по НИР/НВИМУ; Руководитель работы А.Ю.Самойленко № ГР 81009488; Инв. № 02880047362. - Новороссийск, 1987.-16 с.

120. Результаты разработки системы централизованного контроля температуры поршней главного судового двигателя 8РНД90: Отчет по НИР/НВИМУ; Руководитель работы А.Ю.Самойленко.- № ГР 81009488; Инв. № 02830079563, Новороссийск, 1983. - 49 с.

121. Рекомендации по выбору режима работы СЭУ и оценка технического состояния главного двигателя: Отчет по НИР/НВИМУ; Руководитель работы канд. техн. наук доц. В.А.Шишкин № ГР 78068827; Инв. № Б 995535. - Новороссийск, 1981. - 187 с.

122. УТВЕРЖДАЮ" капитан т/х "Маршал Конев"1. УТкаченко Р.И./z^ " января 1980г1. АКТиспытаний опытного образца бесконтактного устрой ства для измерения температуры тронка поршня главного судового дизеля 8RND90 на т/х "Маршал Конев"

123. Шшг^^ /Шишкин В.А./ /Бондаренко В.Е

124. Ассистент~кафедры ЭСДВС НВИМУ //1. Демиденко Е.П./1. Ст.инженер НИС Н^й1. Шишкин JI.A./1. Курсанты СМФ

125. Канивец А*Н./ /Попов A.B./ /Загоскин O.A./ /Поздняков A.C./1. ТШЕРВДЮ"

126. Капитан т/х "Маршал Говоров'чноября 1987 г1. АКТпо результатам испытаний системыцентрализованного контроля'температуры поршней БУКТ-8-2, установленной на главном двигателе ВРНД90 т/х "Маршал Говоров" в соответствии с договором 049 между НМЛ и НВИМУ

127. Система централизованного контроля температуры /СЦЕСТ/ поршней БУКТ-8-2 испытывалась в эксплуатационных условиях в период с 21.08.81 по 08.11.87 г., в соответствии с программой испытаний. ■

128. На основании вышеизложенного СЦКТ БУКТ-8-2 может быть рекомендована к опытной эксплуатации.