Введение к работе
Актуальность темы. На современных морских судах установлены многочисленные и разнообразные механизмы и системы, обеспечивающие работу энергетической установки и судовых устройств, в том числе и гребной электрической установки (ГЭУ). В основном механизмы приводятся в действие с помощью электроприводов, а в ГЭУ - исполнительного устройства (ИУ). С ростом мощности установленных на судах исполнительных устройств возрастают и требования безопасности, безотказности и долговечности к эксплуатации. Такие требования могут быть обеспечены путем установления устройств защиты, однако такой подход усложняет схему, что и снижает надежность ИУ ГЭУ. Техническая диагностика, благодаря теории, методам и средствам диагностирования, позволяет определить техническое состояние (запас работоспособности) ИУ ГЭУ, обнаруживать дефекты и устранить подобные отказы путем технического обслуживания и ремонта.
Высокой эффективности эксплуатации ИУ ГЭУ можно достичь только в том случае, когда объект работоспособен, т.е. он выполняет заданные функции с параметрами, установленными нормативно - технической документацией. Обеспечение безотказности и контролепригодности становится возможным, если в процессе проектирования объекта разработано диагностическое обеспечение (ДО). ДО разрабатывается на втором этапе проектирования системы диагностирования, параллельно с проектированием технических средств диагностирования и деятельности оператора. ДО позволяет проектировщику принимать объективные решения при разработке структуры и конструкции объекта.
Таким образом, задачи ДО, связанные с поддержанием безотказности и повышением контролепригодности являются актуальными и решаются в рамке данной работы на основе технической диагностики, судовых электроприводов и гребных электрических установок, которые получили в последнее время теоретическое и прикладное развитие отечественными и зарубежными учеными.
Цель диссертационной работы - поддержание безотказности и повышение контролепригодности исполнительного устройства гребной электрической установки при эксплуатации судна по назначению за счет формирования совокупности диагностических параметров и построения алгоритма поиска дефектов при снижении его степени работоспособности.
В диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:
-
Анализ и обоснование актуальности диагностического обеспечения ИУ ГЭУ переменного тока;
-
Формирование перечня оцениваемых диагностических показателей и условий работоспособности ИУ ГЭУ, определение признаков наличия дефектов;
-
Разработка и анализ диагностических моделей типов ИУ ГЭУ для определения контрольных точек и построения алгоритма поиска причин, приводящих к снижению степени работоспособности ИУ ГЭУ переменного тока;
-
Построение математических моделей элементов ИУ ГЭУ переменного тока для разработки его диагностических моделей в САПР Oread;
5. Исследование влияния дефектов элементов на степень работоспособности ИУ ГЭУ.
Методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач
использовались методы теории графов, теории автоматического управления, теории чувствительности, компьютерных методов исследования на базе стандартных программных продуктов.
Научные результаты, выносимые на защиту:
1. Диагностические модели (ДМ) ИУ ГЭУ переменного тока (с асинхронным двигателем с
короткозамкнутым ротором и с синхронным двигателем с обмоткой возбуждения) в виде
диаграммы прохождения сигналов (ДПС), анализ ДМ методом теории чувствительности.
-
Процедура разработки диагностического обеспечения ИУ ГЭУ. Алгоритм поиска причин, приводящих к снижению степени работоспособности ИУ ГЭУ. Алгоритм определения достоверности диагностирования ИУ ГЭУ.
-
Диагностические модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, синхронного двигателя с обмоткой возбуждения и гребного винта, построенные в САПР Oread.
4. Метод исследования влияния дефектов элементов ИУ ГЭУ на его работоспособность
использованием САПР Oread.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Диагностические модели (ДМ) ИУ ГЭУ переменного тока (с асинхронным двигателем с
короткозамкнутым ротором и с синхронным двигателем с обмоткой возбуждения) в виде
диаграммы прохождения сигналов (ДПС), анализ ДМ методом теории чувствительности,
отличающиеся тем, что в их основу положены методы и структурные схемы векторного
управления электроприводами.
-
Процедура разработки диагностического обеспечения ИУ ГЭУ, алгоритм поиска причин, приводящих к снижению степени работоспособности ИУ ГЭУ, алгоритм определения достоверности диагностирования ИУ ГЭУ, отличающийся тем, что анализ получаемых по этому методу таблиц чувствительности позволяет выбрать последовательные контрольные точки для проверки состояния ИУ ГЭУ, что дает возможность построения алгоритма поиска дефектов, приводящих к снижению степени работоспособности ИУ ГЭУ.
-
Диагностические модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, синхронного двигателя с обмоткой возбуждения и гребного винта, построенные в САПР Oread, отличающиеся тем, что позволяют изменять параметры элементов ИУ ГЭУ в широких диапазонах и имитировать переход ИУ ГЭУ из области работоспособности в область неработоспособности и наоборот.
4. Метод исследования влияния дефектов элементов ИУ ГЭУ на его работоспособность
использованием САПР Oread, отличающиеся тем, что путем моделировании дефектов на основе
анализа выходных характеристик в заданных контрольных точках диагностической модели
определяется запас работоспособности ИУ ГЭУ.
Достоверность научных и практических результатов. Достоверность научных положений, результатов и выводов данной работы обусловливается корректным использованием указанных выше методов, применением современных компьютерных средств и программных комплексов, а также результатами экспериментального исследования разработанных в работе диагностических моделей разных типов ИУ ГЭУ переменного тока в лабораторных условиях.
Значимость полученных результатов для теории и практики:
Теоретическая значимость работы обусловлена её новизной и заключается в развитии актуального научного направления, связанного с разработкой диагностических моделей ИУ ГЭУ переменного тока в виде диаграммы прохождения сигналов. Исследование разработанных моделей с применением теории графов, теории чувствительности и метод оценки по частотным характеристикам передаточных функций, позволяет определить контрольные точки и построить алгоритм поиска причин, приводящих к снижению работоспособности ИУ ГЭУ.
Практическая ценность результатов работы:
- созданы полезные в инженерном проектировании модели разных типов ИУ ГЭУ переменного тока, подлежащие к диагностированию, применимые в условиях ограниченного объема априорных сведений об объектах (паспортных данных гребных электродвигателей и гребного винта, неопределенности изменения параметров элементов ИУ ГЭУ);
- разработан метод имитации и исследования влияния дефектов, приводящих к снижению
работоспособности ИУ ГЭУ, современными компьютерными средствами в учебном процессе.
Внедрение результатов работы. Теоретические положения, методики расчета и конкретные структуры семейства адаптивных систем использованы в:
рабочем проектировании организации систем диагностировании электроприводов универсальных и транспортных судов;
программном комплексе для расчета частотных характеристик функций передачи и ранжирования диагностических параметров ИУ ГЭУ (2012 г.), № 2012619612;
методическом указании к лабораторным работам по дисциплине «Надежность и техническая диагностика судового оборудования и автоматики» с названием «Исследование влияния дефектов на работоспособность ИУ ГЭУ переменного тока». Апробация работы. Основные теоретические и экспериментальные результаты
диссертационной работы докладывались на 5 международных и всероссийских научно -технических конференциях: на XXVIII международной межвузовской школе - семинаре «Методы и средства диагностики в технике и социуме» (2011 г., г. Иванофранковск, Украина), Э65 всероссийской научно - практической конференции «Энергосбережение в промышленности» (2012 г., г. Чевоксары), I всероссийском конгрессе молодых ученых (2012 г., г. Санкт-Петербург), 64-м и 65-м научно - технических конференциях профессорско -преподавательского состава университета в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2011 и 2012 гг.
Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 9 научных работах, в том числе 4 статьи (из них 3 статьи - в изданиях, включенных в перечень изданий, рекомендованных ВАК), 4 работ в материалах международных и всероссийских научно - технических конференциях и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012619612.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 89 наименований, и трех приложений. Работа содержит 95 рисунков и 13 таблиц. Основная часть работы изложена на 160 страницах машинописного текста.
