Контроль и регулирование рабочих процессов, измерительные приборы

Измеряемые параметры

В процессе эксплуатации двигателя меняются его общее состояние, характер протекающих в нем процессов и, прежде всего, - процессов, составляющих его рабочий цикл. Основные причины:

Износ элементов ЦПГ и загрязнения рабочих полостей, включая системы охлаждения, воздухоснабжения и газовыхлопа;Нарушение состояния и разрегулировка топливовпрыскивающей аппаратуры.

На развитие процессов воспламенения и сгорания топлива также может оказывать изменение его свойств, что также искажает характер рабочего процесса.

Отмеченные изменения приводят к снижению мощности и эконо­мичности, снижению ресурса и надежности, росту уровней тепловой и механической напряженностиИзменение механической напряженности и, как следствие - преждевременным пов­реждениям. Этим определяется необходимость систематически, не огра­ничиваясь контролем в процессе вахтенного обслуживания, осуществлять более глубокую проверку как общего состояния двигателя, так, в первую очередь, его рабочего процесса. Большинство фирм двигателестроителей рекомендуют такие проверки, сопровождаемые индицированием, прово­дить раз в две недели и данные заносить в журналы техсостояния.

Проверка состояния, его диагностика, осуществляется путем со­поставления отклонений измеренных величин параметров от ранее полученных в процессе сдаточных или ходовых испытаний двигателя. Рекомендуемые значения допустимых отклонений параметров приво­дятся в инструкции по эксплуатации двигателя и заложены в системы автоматического контроля и аварийно-предупредительной сигнализации (СЦК).

К параметрам, подлежащим измерению, в первую очередь относятся:

Частота вращения двигателя n,;Среднее индикаторное давление Pi;Давление в конце сжатия Рс’;Максимальное давление сгорания Рмакс’;Индекс топливного насоса или положение Т.Р. (топливной рейки);Температура выпускных газов за цилиндрами Твг’;Давление Рнад и температура надувочного воздуха Тнад’;Частота вращения ротора ГТК nтк..

Перечисленные параметры характеризуют качество протекающих в двигателе рабочих процессов, но, одновременно, они зависят от режи­ма и внешних условий работы. Поскольку диагностировать двигатель рекомендуется на режимах полного хода, то режимный фактор кажется возможным исключить из анализа, что и делается в системах СЦК. Но режимы полного хода в зависимости от загрузки судна,скорости его плавания, волнового и ветрового сопротивления движению, степени обрастания корпуса судна и пр. могут существенно отличаться.

Это не­минуемо скажется на точности диагностирования. Поэтому измерения необходимо проводить на близких по нагрузке режимах, либо прибегать к сопоставлению измеренных значений параметров с эталонными, ко­торые вычисляются по полученным ранее уравнениям для технически исправного состояния и с учетом факторов режима и окружающей сре­ды. Последующий анализ основывается на вычислении разности между измеренным и эталонным значениями параметров

∆Псост. = Пиам. - Пэт.

Эта разность называется параметром состояния и в дальнейшем используется в целях определения состояния и причин, которые могли привести к его изменению. В ряде случаев прибегают к оценке изменения параметра состояния во времени и на этой основе прогнозируют его изменение в будущем, чтобы иметь возможность предсказать момент достижения исследуемым компонентом состояния, при котором дальней­шее его функционирование может привести к нежелательным и опасным для двигателям последствиям.

Данные прогноза иногда используют для назначения сроков технического обслуживания и ремонта. Однако, известно, что точность прогнозирования обратно пропорциональна рас­стоянию (времени), на котором осуществляется прогнозирование. Как показали наши исследования, в силу того, что на развитие процессов в двигателе влияет большое число факторов, которые практически невоз­можно учесть, дальнесрочное прогнозирование может оказаться весьма неточным. Поэтому рекомендуется ограничиваться средне-, а лучше, краткосрочным прогнозированием (до 500 часов).

К числу внешних условий, оказывающих влияние на рабочие парамет­ры двигателя, относятся меняющиеся с изменением района плавания и погодных условий значения барометрического давления и температуры окружающего воздуха, температуры забортной воды. Поэтому, прежде
чем приступить к сопоставлению измеренных параметров с эталонными, необходимо первые привести к стандартным условиям. Для этого для анализа состояния потребуются измерения:

Барометрического давления Patm;Температуры воздуха перед фильтрами ГТК - tвф’;Температуры воздуха tв.охл. и охлаждающей воды tвод.охл. перед и за воздухоохладителем;Перепадов давления воздуха на воздушном фильтре - ∆Рвф и в воздухоохладителе ∆Рвохл’.

Желательно также знание:

Давления и температуры выпускных газов перед ГТК;Противодавления газов за ГТК.

Рекомендации фирм и данные стендовых испытаний как правило приводятся к стандартным условиям, рекомендованным Международной Организацией Стандартов (ISO):

Рo = 0,1 МПа = 750 мм.рт.ст.;
to = 27°С;
tзаб.вод. = 27°С;
φвл = 60%.

Поэтому при отклонении параметров среды от стандартных в резуль­таты измерений параметров двигателя для их последующего сопостав­ления со стендовыми нужно, как уже отмечалось, вносить коррективы. Корректировка осуществляется путем вычисления поправок для давле­ний Рнад, Рс, Рмакс и температуры выхлопных газов tвг:

Поправка на измеренное давление надувочного воздуха

∆Р1над = (tвф - 25) х 2,856 х 10-4 х (1 + Рнад) МПа;

∆Р2над = (tвод.охл.вх - 25) х (- 2,220 х 10-4) х (1 + Рнад) МПа;

∆Рнад = ∆Р1над + ∆Р2над МПа.

В уравнениях: Рнад - давл. наддувочного воздуха, tвф - температура воздуха перед возд. фильтром, tвод.охл.вх - темп.охл. воды на входе в воздухоохладитель.

Поправка на измеренное давление сжатия

∆Рс1 = (tвф - 25) х 2,954 х 10-4 х (1 + Рс) МПа;

∆Рс2 = (tвод.охл.вх - 25) х (-1,530 х 10-4) МПа;

∆Рс = ∆Рс1 + ∆Рс2 МПа.

Поправка на измеренное максимальное давление сгорания

∆Рмакс1 = (tвф - 25) X 2,198 х 104 х (1 + Рмакс) МПа;

∆Рмаксс2 =(tвф - 25) х (-0,810 х 10-4) х (1 + Рмакс);

∆Рмакс = ∆Рмакс + ∆Рмакс МПа.

Поправка на измеренную температуру выпускных газов

∆tвг1 = (tвф - 25) х (-2,466 х 10-4) х (273 + tвг)°C ;

∆tвг2 = (tвод.охл.вх- 25) x (-0,590 x 104) x (273 + tвг)°C ;

∆tвг = ∆tвг1 + ∆tвг2°C.

Удельный расход топлива подсчитывается по результатам изме­рения:

Объема израсходованного топлива Визм м3, отнесенного к часу работы двигателя;Эффективной мощности Ne в кВт.

ge = Визм ρт / Nе кг/кВт. час

где ρт - плотность топлива при температуре в месте установки рас­ходомера.

Поправка на удельный расход топливаУдельные расходы топлива сводится к пересчету полученного расхода исходя из соотношения теплоты сгорания фак­тической Qp H ф к стандартной Qp HCT = 42707 кДж/кг:

ge привед. = ge изм. Qp H ф/Qp HCT кг/кВт.час,

Фактическая теплота сгорания используемого топлива может быть подсчитана по следующему выражению

Qp H = (46,7 - 8,8 10-6 ρ215 + 3,17 10-3 ρ15) × [1 - (х + у + S)] + 9,42 S - 2,45 ХМДж/кг

В этом выражении: ρ15 плотность топлива при 15°С в кг/м3; х, у, S массовые доли содержания в топливе воды, золы и серы, выраженные в процентах, деленных на 100.

Рекомендуется к прочтению:

Индицирование двигателя
Электронные индикаторы