автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование методов диагностики дизель - генераторного агрегата судовой установки

На правах рукописи

Нгуен Хыу Тинь

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИКИ ДИЗЕЛЬ -ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА СУДОВОЙ УСТАНОВКИ

Специальность: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2014

Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)» (СГТбГЭТУ «ЛЭТИ») на кафелре систем автоматического управления

Научный руководитель: Герман Галина Валентиновна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии судового машиностроения, ФГБОУ ВПО «Санкт - Петербургский государственный морской технический университет (СПбГМТУ)».

Официальные оппоненты:

Скороходов Дмитрий Алексеевич, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт проблем транспорта им. Н.С. Соломенко Российской Академии Наук (ИТТТ РАН)», Санкт - Петербург.

Солуяиоп Павел Васильевич, кандидат технических наук, доцент, представитель по Санкт - Петербургу ОАО «РОСОБОРОНЭКСПОРТ», Санкт - Петербург.

Ведущая организация: Филиал «Центральный Научно - Исследовательский Институт Судовой Электротехники и Технологии (ЦНИИ СЭТ)» ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Санкт - Петербург.

Защита состоится «09» февраля 2015 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.228.03,

созданного на базе СПбГМТУ по адресу: г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, д. 3, ауд. А-313.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте СПбГМТУ http://www.sm tu.ru

Автореферат разослан «_» декабря 2014 г.

Отзывы просим направлять в 2-х экземплярах по адресу:

по почте - 190008, г. Санкт - Петербург, ул. Лоцманская, д. 3, СПбГМТУ (отдел ученого секретаря).

При наличии электронной подписи - email: dissei@smtu.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук

А. П. Сенъков.

росоиисклл госудлрс i ц1_1 ii (ля

библиотека _2013_

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

От надежной работы судовых установок (СУ), в частности дизель-генераторных агрегатов (ДГА), зависит надежность и безопасность плавания судна. Наиболее важным показателем надежности ДГА является отсутствие отказов во время его функционирования (безотказность). Техническая диагностика, благодаря раннему обнаружению отказов, позволяет устранить их путем технического обслуживания и ремонта, что повышает эффективность эксплуатации ДГА СУ. Усложнение ДГА и широкое внедрение комплексных средств автоматизации на судах, как правило, приводит к увеличению интенсивности отказов. Вследствие этого простои судов, вызванные ремонтом оборудования, и связанные с ними убытки существенно возрастают. Снизить интенсивность отказов ДГА СУ на стадии эксплуатации можно за счет достоверного прогноза состояния ДГА и сравнения с практическими результатами контроля его работоспособности во время рейса, а также своевременного восстановления работоспособности. Решить эти задачи позволяет своевременное и рациональное применение методов и средств диагностирования с последующей настройкой основных параметров систем. Вопросам диагностики судового оборудования посвящены работы таких видных ученых, как: д. т. н. Мозгалевский А. В., д. т. н. Калявин В. П., д. т. н. Портнягин Н. Н. , д. т. н. Скороходов Д. А. и т. д. В настоящее время для ДГА СУ применяются различные методы тестового и аппаратного диагностирования состояния отдельных элементов, диагностические словари наиболее вероятных отказов. Однако в известной научно -технической литературе отсутствуют предложения по методам построения диагностической модели ДГА СУ, оценкам и анализу результатов моделирования отказов, доступного контроля состояния оборудования в процессе эксплуатации, обеспечивающим поиск причин появления отказов, оценку контролепригодности.

Вот почему вопросы совершенствования методов диагностики ДГА СУ с построением диагностической модели, анализом и обоснованием диагностических параметров, разработкой алгоритма поиска отказов, обусловленных требованиями повышения безотказности работы судового оборудования, рассмотрены в настоящем диссертационном исследовании.

Объект исследования. Объектом исследования является дизель генераторный агрегат судовой установки (ДГА СУ) (на судах различного назначения: ледоколах, транспортных и рыбопромысловых судах, буксирах, судах - спасателях, морских и речных паромах и т.д).

Предмет исследования. Предметом исследования являются методы диагностики ДГА СУ.

Цель работы. Целью диссертационных исследований является совершенствование системы диагностирования ДГА СУ.

Задачи работы. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

• выявить и обосновать определяющие параметры, показатели и точки

3

контроля при диагностировании ДГА, обеспечивающие необходимую полноту и глубину контроля работоспособного состояния ДГА СУ для использования при проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонте;

• разработать рациональные диагностические модели ДГА СУ для учета требований диагностирования при проектировании, для оценки степени работоспособности при изготовлении, испытаниях, эксплуатации и ремонте;

• разработать процедуру построения диагностической модели ДГА СУ для моделирования изменения состояния его элементов с использованием САПР ОЯСАО;

• разработать метод исследования влияния одиночных и двойных отказов на работоспособность ДГА СУ для обоснованного расчета эксплуатационных характеристик;

• разработать алгоритм поиска причин снижения степени работоспособности ДГА СУ;

• разработать метод прогнозирования работоспособного состояния ДГА СУ при одиночных и двойных отказах элементов.

Методы исследования. Основные теоретические результаты работы получены в рамках применения методов теории графов; теории чувствительности; алгебраических методов теории систем; компьютерных методов исследования на САПР ОЯСАБ.

Достоверность исследований. Достоверность научных положений, результатов и выводов данной работы обусловливается корректным использованием теории диагностики, теории графов, теории чувствительности, теории систем, компьютерных методов исследования в САПР ОЯСАО.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана диагностическая модель ДГА СУ в виде диаграммы прохождения сигналов на основе его структурной схемы, позволяющая судить о возможности оценки и нахождения причин отказов и снижении степени работоспособности ДГА СУ.

2. Разработан метод и алгоритм вычисления чувствительности операторов диаграммы прохождения сигналов ДГА СУ для определения степени их влияния на работоспособность при наличии возможных отказов в ДГА СУ, позволяющие выбрать контрольные точки для оценивания состояния ДГА СУ и разработать алгоритм поиска причины появления отказа и снижения степени работоспособности.

3. Разработана процедура построения диагностической модели ДГА СУ, состоящей из трех основных частей: дизеля, генератора и системы возбуждения с использованием САПР ОЯСАО. Диагностическая модель ДГА СУ позволяет моделировать изменение состояния ее элементов.

4. Предложен метод исследования влияния одиночных и двойных отказов на работоспособность ДГА СУ с использованием имитационного моделирования, позволяющий исследовать влияние отказов, а также обоснованно рассчитывать календарное время технического обслуживания и периодичность технического обслуживания при восстановительном ремонте.

5. На основе имитационного моделирования разработан и реализован метод имитации отказов ДГА СУ, позволяющий получать и анализировать необходимые контрольные характеристики для диагностирования ДГА СУ.

Значимость полученных результатов для теории и практики:

Теоретическая значимость работы обусловлена ее новизной и заключается в развитии актуального научного направления, связанного с разработкой диагностических моделей ДГА СУ в виде диаграммы прохождения сигналов. Исследование разработанных моделей с применением теории графов, теории чувствительности и метода оценки передаточных функций по частотным характеристикам, совместное применение которых позволило выявить значимые контрольные точки, моделировать переходные процессы при возникновении одиночных и двойных отказов, разработать алгоритм поиска причин появления отказов и прогнозировать состояние ДГА СУ во времени.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что:

- созданы полезные для инженерного проектирования модели ДГА СУ, обеспечивающие оценку и выбор рациональных решений по диагностическим параметрам в условиях ограниченного объема априорных сведений об объектах (паспортных данных ДГА СУ, неопределенности изменения параме!ров элементов ДГА ГЭУ);

- использованы метод имитационного моделирования отказов ДГА СУ и разработанное программное обеспечение в учебном процессе.

Личный вклад соискателя:

• разработка диагностической модели ДГА СУ;

• оценка и обоснование выбора контрольных точек;

• апробация диагностической модели при имитационном моделировании с использованием САПР (ЖСАО;

• оценка изменений работоспособного состояния ДГА СУ при одиночном и двойном отказах в процессе эксплуатации;

• разработка методических и учебных материалов для использования в учебном процессе СПбГЭТУ.

Внедрение результатов работы. Теоретические положения, алгоритм и метод расчета чувствительности функции передачи ДГА СУ реализованы в:

- методическом указании к лабораторным работам по дисциплине "Надежность и техническая диагностика технических систем" с названием "Исследование влияния отказов на работоспособность ДГА СУ" (СПбГЭТУ).

Результаты диссертационной работы использованы в учебной дисциплине "Надежность и техническая диагностика технических систем" при подготовке по специальности 140211 - «Электроснабжение», 140200-«Электроэнергетика».

Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты исследований диссертационной работы представлены и получили одобрение на 2 международных и всероссийских научно-технических конференциях: Санкт - Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина), 65-я научно - техническая конференция профессорско - преподавательского состава университета , 2012 г., Первый Всероссийский Конгресс Молодых Ученых 2012г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ, из них -4 статьи (3 статьи включены в перечень изданий, рецензируемых ВАК) и 2 работы в материалах международных и всероссийских научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 100 наименований, и 2 приложений. Основная часть работы изложена на 146 страницах машинописного

текста. Работа содержит 63 рисунков и 11 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определена область исследований, сформулированы цель и задачи диссертации, изложены основные результаты, выносимые на защиту, их теоретическая и практическая значимость, отражены сведения о реализации и апробации работы.

В первой главе выполнен анализ ДГА СУ как объекта диагностирования, выбран ДГА ГЭУ в качестве объекта исследования. Рассмотрены два из основных свойств надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость) ДГА СУ: безотказность и ремонтопригодность. Проанализированы причины снижения работоспособности ДГА СУ и их распределение для ГЭУ. Рассмотрены различные причины, приводящие к отказу ДГА СУ. Рассмотрены и сформулированы структура и характеристика ДГА СУ, состоящей из основных частей: дизеля, генератора, системы возбуждения.

Возможным путем повышения контролепригодности ДГА СУ в настоящее время является разработка диагностического обеспечения ДГА СУ. Иллюстрация повышения ремонтопригодности ДГА в сфере эксплуатации судна за счет регулярного оценивания состояния оборудования, и сокращения времени устранения причины отказов приведена на рисунке 1.

1

\ \\ V N V. "ч N \ \ Ч * \ \ 4 3 — 2

Г

Рис. 1. Иллюстрация процесса повышения ремонтопригодности ДГА где: т - время контроля и устранения отказов;

Линия 1 иллюстрирует безотказность идеального ДГА (Р=1), кривая 2 - реального ДГА, кривая 3 - реального ДГА с использованием резервирования наиболее ответственных элементов, кривая 4 - реального ДГА с регулярной проверкой состояния и восстановления работоспособности ДГА при возникновении отказов, кривая 5 - максимально достижимая безотказность ДГА при условии проведения диагностирования и восстановительных работ.

В основе диагностического обеспечения ДГА СУ лежит организация тестового и (или) рабочего диагностирования. Схема алгоритма, используемого при разработке системы диагностирования ДГА СУ, приведена на рис. 2. Существующая процедура разработки диагностического обеспечения объектов, аналогичных ДГА, приведена на рис. 3.

Рис. 2. Схема последовательности Рис. 3. Существующая процедура

действий при разработке разработки диагностического

диагностического обеспечения ДГА обеспечения ДГА СУ.

Во второй главе обоснована степень работоспособности ДГА ГЭУ, разработана диагностическая модель (ДМ) ДГА СУ в виде диаграммы прохождения сигналов (ДПС) на основе ее структурной и функциональной схем, представлены методы для решения задачи диагностического обеспечения судового ДГА СУ:

> Метод перспективного прогноза состояния ДГА СУ, использующий функции чувствительности передачи «вход - выход»;

> Метод автоматизированного проектирования состояния ДГА СУ с использованием пакета прикладных программ ОЯСАО;

> Логико - вероятностный метод прогнозирования состояния структурно сложного судового электрооборудования (в том числе, ДГА СУ) во времени на основе решений задач имитационного моделирования.

Осуществлен анализ ДМ методом чувствительности передаточных функций, выбраны контрольные точки, диагностические параметры, разработан алгоритм вычисления чувствительности передаточных функций по частотным характеристикам, с помощью которых построен алгоритм поиска причины снижения степени работоспособности ДГА СУ.

Диагностическая модель ДГА СУ в виде ДПС представлена на рис. 4.

I

о ъ, II ъг

VI

Цепь 1 I I

I ииГж

-Чг

I 3 «-4

и.

иш1 ик1

и

1

ил

аз >р-л

и

Цепь 2

ЦепьЗ

"Ч »

>4

IV I

Рис. 4. Диагностическая модель ДГА СУ в виде ДПС.

7

Анализ показывает, что операторы в разной степени влияют на работоспособность системы в зависимости от их места расположения в диаграмме. Степень влияния можно оценивать функцией абсолютной и относительной чувствительности передачи ДГА СУ к передаточной функции (ПФ) оператора. Абсолютная чувствительность ПФ определяется по формуле:

ВТЫ д _ Д.

ртак _:

дТ дТ

(1)

на практике чаще применяется функции относительной чувствительности ПФ:

51м =

д1пти=дтш т; ^".т; д\п г, дт„ г„. ты

(2)

где: ПФ входа к контрольным точкам; - передаточная функция от /-ой

вершины к у-ой вершине; РК - ПФ к-го пути графа; Д - определитель графа; Д, -минор определителя графа.

Выбор необходимых контрольных точек осуществляется методом анализа таблиц функции чувствительности вида табл. 1.

Анализ таблицы сводится к сравнению чувствительностей нахождению функции передачи, которая является наилучшей по правилу: передаточная функция Та1 важнее 7* , если чувствительность больше и так

Т. >■... >- Т. >-... > Т ,если - Б'" > ... > > ... > Я11"

О! у пт' га га 1 '

В результате анализа таблиц чувствительности ПФ ДГА СУ были выбраны 5 контрольных точек, как показано на рис. 3 (точки обозначены 1,1П, IV, V, VI). Таблица 1. Таблица чувствительностей передаточных функций_

Функции передачи

Диагностические параметры

Т 'и

сг01

б!"

Контрольные точки определяют проверки, соответствующие параметрам: напряжению статора СГ по продольной оси потокосцеплению статора току статора СГ частоте вращения дизеля со и току обмотки возбуждения ¡г. При этом совокупность диагностических параметров Н для ДГА ГЭУ может быть представлена следующим образом:

^ДГАПУ =

Для составления алгоритма поиска причины снижения степени работоспособности ДГА СУ применяется метод чувствительности ПФ к изменениям отдельных операторов в разных контрольных точках по частотным характеристикам.

Заменив оператор интеграла р в каждой ПФ на можно определить (на фиксированных частотах) логарифмические чувствительности:

д!пА(а) 5 In At(üi)

дЛ((о) Л, (а)

дА,(со) А(а)

ö In <p{ai)

' д\п<р,(й>)

д<р(ы) <Р,(си)

д<р,(а>) <р(а>)

(3)

где А (со), <р(со), и А] (со), <р1 (со) - частотные характеристики соответственно ГЭУ и /-го оператора.

В этом случае применяется критерий:

8А(а) А,(й>,)

ЗА, (а,) А(ш)

д<р(со,) <Р,(й>,)

3(0,(&>,) <р(й},)

(4)

где / - номер оператора, для которого вычисляется и/.

В зависимости от расположения оператора в диаграмме значение и/ будет определяться различными выражениями.

Если чувствительности учитываются на различных частотах со;, то критерием

упорядочения служит выражение: м, =^и,(са1) (5)

i

Алгоритм вычислений чувствительности функции передачи ДГА СУ по частотным характеристикам

По критерию (4) последовательности проверки операторов в ГЭУ для различных контрольных точек следующие:

• для контрольной точки I: w2, w3, Wi.

• для контрольной точки VI: bi, b2, b3.

• для контрольной точки III: w2, w4, w3, W|, b,, w5, w6, w7, b2, b3.

• для контрольной точки IV: и>2, w4, а3, а2, w3, а|, W|, a«, b|, w5, w6, w7, b2, b3, a4, as, a8.

• для контрольной точки V: w4, w3, as, a4, w2, a7, W|, a,, b|, w5, wt, w7, b2, b3, a3, a2, a6, aa, a».

Видно, что операторы в разной степени влияют на работу системы в зависимости от их места расположения в диаграмме и от места контрольных точек, в которых выполняется контроль работоспособности. Результат оценок показал, что блоки, входящие в прямой путь, влияют в большей степени, чем операторы обратной связи. Поэтому для системы данного типа при контроле работоспособности сначала выполняется проверка операторов в прямом пути, потом в обратной связи.

В результате разработан алгоритм поиска причины снижения степени работоспособности ДГА СУ (в зависимости от контрольной точки), который приведен на рис. 5.

Рис. 5. Алгоритм поиск причины снижения степени работоспособности ДГА СУ

В соответствии с предлагаемым алгоритмом и с учетом результата при анализе чувствительностей передаточных функций ДГА СУ, можно установить порядок проверки операторов ДГА СУ.

В третьей главе предложен метод построения диагностической модели ДГА СУ и осуществлено ее моделирование на ЭВМ с использованием системы (ЖСАО.

Процесс построения и моделирования ДМ ДГА СУ согласно предлагаемому методу разделяется на несколько этапов. На первом этапе схема ДГА СУ разбивается на компоненты. На втором этапе разрабатываются диагностические модели (иерархические символы) этих компонентов на основе либо математических моделей, либо принципиальных схем. На конечном этапе, на базе разработанных диагностических иерархических символов компонентов осуществляется моделирование ДГА СУ.

ДГА СУ включает три основные части: дизель, синхронный генератор, систему возбуждения СГ.

Диагностическая модель дизеля.

Уравнение равновесия моментов на валу дизеля имеет вид:

Т] = т1Щ - тэм - тхх . (6)

где 7) = 7й)„/Л/„ - постоянная времени дизеля; со - частота вращения; тпд = цр ■ со' 5 вращающий момент дизеля; ц - отклонение координаты регулирующего органа (рейки топливного насоса дизеля), 0<ц<1,31; тхх = (О^ + О.вги2)^ - момент холостого хода; тЭЛ1 - момент СГ.

Дизель, как правило, оборудован регулятором частоты вращения. Имеется несколько типов регуляторов частоты вращения. Рассмотрим регулятор частоты вращения прямого действия.

Дифференциальное уравнение регулятора прямого действия:

с1цр _ (-цр-кр{а- О),,))

<1.2 (8)

где: - ход рейки топливного насоса; Тгр - постоянная времени, связанная с механической инерцией движущихся частей регулятора; со„ - уставка регулятора по частоте вращения; кр - коэффициент усиления регулятора.

Диагностическая модель дизеля и регулятора частоты вращения предложено в виде 6 и 7.

и? и-?

3 2

А

Speedcontrol DIESEL

Рис. 6. Диагностическая модель регулятора Рис. 7. Диагностическая модель

частоты вращения дизеля дизеля

где: 5 - положение рейки топливного наноса; 6 - электромагнитный момент генератора; 7 - нейтральное соединение; 1 - частота вращения дизеля; 2 - положение рейки топливного наноса; 4 - частота вращения дизеля; 3 - нейтральное соединение.

Диагностическая модель синхронного генератора. Дифференциальные уравнения синхронного генератора (СГ) в относительных единицах записываются по действующему стандарту ОСТ5.6030 - 72, разработанному в центральном научно - исследовательском институте судовой электротехники и технологии имени академика А.Н.Крылова. Разработанная диагностическая модель СГ приведена на рис. 8.

Напряжение СГ во вращающихся осях d,q преобразуется в напряжение в фазных координатах с использованием обратного преобразования Парка:

иа =ud* cos у -uq* sin у,

uh=ud* cos (у - -у) - w, * sin(^ - -у);

uc=ud* cos(/ + у) - ич * sin(/ + у);

Токи нагрузки преобразуются из фазных координат к осям d,q с использованием прямого преобразования Парка:

id = | * ('„ *cos у + ч * cos(r + *c * cos(r + -у));

= - у * Oa * sin y + ib * sin(7 - -y) + ic * sin(^ + у));

где: ua, ub, Uc - напряжения за зажимах обмоток статора; ia, ib, ic - токи фазных обмоток статора; uq - напряжение статора по продольной и поперечной оси.

На рис. 8 введены обозначения: 10 - вход, на который подается напряжение возбуждения СГ от автоматического регулятора напряжения; 13 - вход, на который подается частота вращения дизеля; 21а, 22с, 23Ь - напряжения, трехфазное переменное напряжение СГ соответственно; 3 - полное напряжение СГ; 1 - напряжение СГ по поперечной оси; 15 - ток статора по продольной оси; 12 - электромагнитный

11

момент СГ; 36 - нейтральное соединение.

и?

1 3 10 12 15 21 21а 13 22с 23Ь 36

Generator

Рис. 8. Диагностическая модель СГ Диагностическая модель системы возбуждения СГ. Разработанная диагностическая модель системы возбуждения СГ приведена на рис. 9. Уравнение системы возбуждения СГ имеет вид:

-± = — -* Н, + кк * (и-u0) + kK* < /,<1.5;

at Тк dt

где ^-коэффициент обратной связи; iy,Tk,kk — ток управления, постоянное время и коэффициент усиления корректора напряжения соответственно.

и/=К*ия + К *xd * id - «7,0 < uf < iymax;

где My — напряжение возбуждения генератора; ки, ki - коэффициенты усиления напряжения и тока генератора соответственно; uq, id — напряжение генератора по поперечной оси и ток генератора по продольной оси; if —ток корректора напряжения; xd - реактивное сопротивление генератора по продольной оси;

U?

5 6 4 7 9 8

--

ARN Generator Рис. 9. Диагностическая модель системы возбуждения СГ Входом автоматического регулятора напряжения синхронного генератора

. £fVt

являются: напряжение Um и напряжение по поперечной оси Uq, ток id,

соответственно 5, 6,7,8. 4 - напряжение возбуждения СГ, которое поступает на вход СГ; 9 - нейтральное соединение.

Диагностическая модель ДГА СУ на основе ORCAD

По результатам разработки всех компонентов ДГА ГЭУ предложено построить рис. 10.

Рис. 10. Диагностическая модель ДГА СУ.

Характеристика переходного процесса ДГА СУ при возникновении одиночного и двоичного отказов:

На основе разработанная диагностическая модель ДГА СУ позволяет имитировать характеристики переходного процесса ДГА СУ при возникновении отказов, например: обрыв цепи обмотки возбуждения генератора, обрыв цепи корректора напряжения в автоматическом регуляторе напряжения, КЗ. Характеристики приведены на рис. И, 12, 13, 14.

/

4, V

/

N

,, Рис. 12. Характеристика переходного

Рис. 11. Характеристика переходного г ' . г _

1 ттт-л /-.л? «г процесса в системе ДГА СУ при обрыве

процесса в системе ДГА СУ при обрыве 1 г г

х г г г г цепи корректора напряжения в

цепи обмотки возбуждения генератора. гг г

г автоматическом регуляторе напряжения.

_

г

1

!

К УК! ...

:

...Ц

Т"Т *т

Рис. 13. Характеристика переходного Рис. 14. Характеристика переходного процесса ДГА СУ при обрыве цепи процесса в системе ДГА СУ при корректора напряжения и обмотки коротком замыкании (КЗ), возбуждения синхронного генератора одновременного.

По результатам разработанная диагностическая модель ДГА СУ дает возможность имитировать различные виды отказов, приводящих к отказу ДГА СУ, например КЗ или обрыв фазы СГ, КЗ, обрыв цепи обмотки возбуждения генератора, обрыв цепи корректора напряжения в автоматическом регуляторе напряжения.

В четвертой главе разработана имитационная модель возникновении одиночного и двойного отказов в системе ДГА СУ.

Целью имитационного моделирования является расчет вероятности безотказной работы ДГА СУ (ЯоСО), интенсивности перехода (Хперех) в неработоспособное состояние и получение названных оценок по известным параметрам надежности элементов, составляющих систему или воспроизведение случайных внешних воздействий.

Значение Хперсх определяется по формуле:

, 1п[я,.(1+р)-1]-1п р _. няом-яаонпф]

"■„грех. — /р+1 V с — ГЗ (")

\ р )' р

Разработанный алгоритм расчёта вероятности безотказной работы ДГА СУ

Рис. 15. Алгоритм расчета вероятности безотказной работы ДГА СУ при одиночном отказе и двойном воздействующих отказах.

Результаты имитационного моделирования значения вероятности безотказной работы дизель - генераторного агрегата судовой установки КП(Ч), имеющей равномерное распределение, при одиночном отказе.

Результаты моделирования получены в соответствии с алгоритмом (рис. 15),

приведены на рис. 16, 17 и подтверждают правильность его разработки:

Рис. 16. Диаграмма зависимости вероятности безотказной работы ДГА СУ от числа прогонов.

Рис. 17. Диаграмма зависимости дисперсия 0[К<)] от числа прогонов.

При оценке вероятности безотказной работы ДГА СУ имел место стационарного процесса при N = 25 прогонов и вероятность безотказной работы ДГА СУ Я« = 0.25. По формуле (9) для р=20,100 составлена функция интенсивности перехода в

зависимости от времени: Хперех (0 = ~~~ для р=20 и Х„ерех.(0 = для р=100. Графики

зависимости интенсивности перехода от времени для р=20;100 показаны на рис. 18 и

19:

-р=20

20000 40000 60000

0.004 0.003 0.002 0.001 о

-р-100

20000 40000 60000

Рис. 18. Диаграмма зависимости интенсивности перехода от времени для р=20.

Рис. 19. Диаграмма зависимости интенсивности перехода от времени для р=100.

Исходя из времени наступления стационарного процесса I = 2000 ч определен:

• Ятерех = 0.00007376 и Цвосст =0.000003688 для р=20;

• Х^ерех. =0.0000698 и цвосст =0.000000698 для р=100;

Значения ^р«. и цвосст. в функции готовности П(0 = Яо(0 = ~ * (1 + р *

е-Яперис'(1+р)*() позволили построить график в зависимости П(0 от времени для р =20,100.

Рис. 20. График зависимости П(1) от Рис. 21. График зависимости 1^(4) от

времени времени

Полученный на основе имитационного моделирования график вероятности безотказной работы ДГА СУ приведен на рис. 21.

Таблица 1. Расчетные значения вероятности безотказной работы ДГА СУ при наступлении одиночного отказа его элементов:

Время, 1 (час) Вероятность безотказной работы ДГА ГЭУ

0 1

400 0.862503505

800 0.743918258

1200 0.641642534

1600 0.553432616

2000 0.477353528

2400 0.411736539

2800 0.355142524

3200 0.306330368

3600 0.26422971

4000 0.227917453

4400 0.196597494

Расчетное значение календарного времени технического обслуживания Тк при восстановительном ремонте при одиночном отказе Т„ = 18266 ч. Расчетное значение периодичности технического обслуживания Т„ = 11932 ч.

Имитационное моделирование вероятности застать систему дизель -генераторного агрегата судовой установки в работоспособном состоянии при одновременном двойном отказе элементов.

Графики имитационного моделирования представлены на рис. 22 - 25.

При оценке вероятности безотказной работы ДГА СУ имел место стационарного процесса N = 28 прогонов и вероятность безотказной работы ДГА СУ Яо = 0.067. Графики зависимости интенсивности перехода от времени для р=20,100 показаны на рис. 22 и 23:

5СЖ»

-»-»■IX

¡стаз шт V

Сшногарькйпрокк

¿СОХ» •л И ¡Ж У>УХ ИИ 5X90 »300

Рис. 22. Диаграмма зависимости интенсивности перехода от времени для р=20.

Рис. 23. Диаграмма зависимости интенсивности перехода от времени для р=100.

Исходя из результатов имитационного моделирования (рис. 22 и 23) определен:

• Хтерсх = 0.00026 и цюсст =0.000013 для р=20;

• ^ерех. =0.00029 и цвосст =0.0000029 для р=100;

График в зависимости ПО) от времени для р =20; 100 представлен на рис. 24, график зависимости вероятности безотказной работы ДГА СУ приведена на рис. 25:

40000 600001

Рис. 24. График зависимости ПО) от времени

Таблица 2. Расчетные значения вероятности безотказной работы ДГА СУ при одновременном двойном отказе элементов:

Рис. 25. График зависимости 1^(0 от времени

Расчетное значение календарного времени технического обслуживания Тк при восстановительном ремонте при двойном отказе Тк = 7928 ч.

Расчетное значение периодичности технического обслуживания Тп = 5179 ч.

В результате разработанная имитационная модель отказов в системе ДГА СУ позволяет:

• выполнить расчёты и построить графики имитационного моделирования вероятности безотказной работы ДГА СУ при одиночном и двойном отказах;

Время,часов Расчетное значение вероятности безотказной работы ДГА ГЭУ

0 1

400 0.789836

800 0.623935

1200 0.492964

1600 0.38956

2000 0.307911

2400 0.243433

2800 0.192508

• рассчитать значения вероятности застать систему ДГА СУ в работоспособном состоянии при одиночных и двойных отказах;

• выполнить расчёты прогнозных значений вероятности безотказной работы системы ДГА СУ при одиночных и двойных отказах;

• выполнить расчёты прогнозных значений периодичности технического обслуживания при восстановительном ремонте.

Полученные результаты предлагается использовать для прогноза вероятности безотказной работы системы ДГА СУ в процессе эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основании исследования структуры ДГА СУ и анализа опыта эксплуатации ДГА на судах обоснована актуальность постановки и решения научно - технической задачи совершенствования методов диагностики ДГА.

2. На основе теоретических исследований выявлены и обоснованы определяющие параметры, показатели и точки контроля при диагностировании, обеспечивающие необходимую полноту и глубину контроля работоспособного состояния ДГА СУ.

3. Теоретические исследования позволили создать диагностическое обеспечение ДГА СУ, включающее в себя диагностическую модель, перечень наиболее информативных диагностических признаков, условий работоспособности (область и степень работоспособности) и признаки снижения степени работоспособности ДГА СУ.

4. Построена диагностическая модель ДГА СУ в виде диаграммы прохождения сигналов, позволяющая судить о состоянии ДГА СУ при снижении ее степени работоспособности и оценить степень влияния отказа различных элементов на работоспособность ДГА СУ.

5. Разработан метод анализа ДМ ДГА СУ в виде ДПС с применением теории чувствительности передаточных функций, который позволяет определить необходимые оценки степени работоспособности ДГА СУ, алгоритм и программа расчета чувствительности ПФ по частотным характеристикам, с помощью которых возможно определить степень влияния отдельных элементов на работоспособность ДГА СУ. Разработан алгоритм поиска причины снижении степени работоспособности ДГА СУ.

6. Разработаны диагностические модели элементов и ДГА СУ в системе САПР ОЯСАО, позволяющие имитировать отказы элементов ДГА СУ и дающие возможность исследовать изменение диагностических параметров ДГА СУ при этом.

7. Разработан имитационный метод моделирования одиночных и двойных отказов в системе ДГА СУ. Метод позволяет оценить вероятность безотказной работы системы ДГА СУ, расчетное значение календарного времени технического обслуживания Тк, расчетное значение периодичности технического обслуживания Т„.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в изданиях, включенных в перечень ВАК:

1. Нгуен Хыу Тинь. Анализ диагностической модели дизель - генераторного агрегата гребной электрической установки в основе метода чувствительности передаточной функции [Текст] / Нгуен Хыу Тинь, Г. В. Герман // Морские интеллектуальные технологии. -СПб., 2014-Вып. 2.-С. 92 - 94. (Автор 50%).

2. Нгуен Хыу Тинь. Построение диагностической модели дизель -генераторного агрегата гребной электрической установки [Текст] / Нгуен Хыу Тинь, Г. В. Герман // Образование. Наука. Научные кадры. - Москва, 2014. - Вып. 1. - С. 249 - 253. (Автор 50%).

3. Нгуен Хыу Тинь. Диагностическая модель исполнительного устройства гребной электрической установки постоянного тока [Текст] / Нгуен Хыу Тинь, В. П. Калявин и др.// Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - СПб., 2011. -Вып. 6. - С. 56 - 61. (Автор 20%).

Другие статьи и конференции:

4. Нгуен Хыу Тинь. Построение и анализ диагностической модели дизель -генератора гребной электрической установки в виде диаграмм прохождения сигналов / Нгуен Хыу Тинь // Материал (тезис) I Всероссийского конгресса молодых ученых, 10-13 апреля. Санкт-Петербург, 2012 г. (Автор 50%).

5. Нгуен Хыу Тинь. Алгоритм поиска дефектов дизель - генератора гребной электрической установки // Доклад, 65-я научно - техническая конференция профессорско - преподавательского состава университета 24 января - 4 февраля 2012г. (Автор 50%).

6. Нгуен Хыу Тинь, Нгуен Чунг Чау, Нгуен Минь Дык. Имитационное моделирование компонентов судовых электроэнергетических систем для настройки и испытаний систем автоматизированного управления [Текст] / Нгуен Хыу Тинь, Нгуен Чунг Чау, Нгуен Минь Дык // II международная заочная научно - техническая конференция «Поволжский государственный университет (ФГБОУ ВПО «ПВГУС»)». - Тольятти 2012., - Часть 3. - С. 87 -93. (Автор 30%).

15-86 2

Подписано в печать 02.12.14 Формат 60x84'/|6 Цифровая Печ. л. 1.0 Тираж 100 Заказ 01/12 печать

Типография «Фалкон Принт» (197101, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Пушкарская, д. 54, офис 2)

2010016147