Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ систем современного диагностирования дизельных двигателей автономных источников энергии 10
1.1 Основные аспекты технической диагностики двигателей дизель-электрических станций электротехнических систем 10
1.2 Анализ известных методов и средств контроля и диагностирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания 16
1.3 Исследование диагностируемых систем и выбор диагностических параметров двигателя 22
1.4 Тенденции развития методов и средств диагностирования двигателей внутреннего сгорания по параметрам элементов системы смазки 31
1.5 Выводы 37
2 Разработка и исследование математической моделей системы смазки 38
2.1 Построение математических моделей отдельных элементов системы смазки 38
2.2. Построение математической модели всей системы смазки 61
2.3 Влияние условия эксплуатации на параметры маслянных очистителей 68
2.4 Выводы 77
3 Экспериментальные и теоретические исследования частотных характеристик очистителей масла дизель-электрических станций электротехнических систем 79
3.1 Исследование частотных характеристик очистителей на испытательном стенде 79
З 2 Исследование частотных характеристик фильтров на экспериментальной установке 86
3.3 Определение наиболее эффективного режима работы маслянного фильтра по параметрам частотных характеристик 92
3 4 Определение адекватности теоретических моделей 96
3 5 Выводы 101
4 Определение технического состояния двигателей дэс по параметрам элементов систем смазки 103
4.1 Способы и средства диагностирования технического состояния двигателя 103
4.2 Методика оценки технического состояния двигателя ДЭС 108
4.3 Эффективность применения разработанных средств диагностирования двигателей ДЭС 112
4.4 Выводы 115
Заключение 116
Литература 119
- Анализ известных методов и средств контроля и диагностирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания
- Построение математических моделей отдельных элементов системы смазки
- Определение наиболее эффективного режима работы маслянного фильтра по параметрам частотных характеристик
- Способы и средства диагностирования технического состояния двигателя
Введение к работе
В настоящее время основными автономными и резервными источниками электрической энергии различных электротехнических комплексов являются дизельные электрические станции.
Техническое обслуживание ДЭС может проводиться как планово, так и по фактическому техническому состоянию. Как показывает опыт работы, система технического обслуживания по фиксированному ресурсу не обеспечивает высокой надежности и минимальных затрат. Невысокое качество горючесмазочных материалов, низкая культура обслуживающего персонала и множество других причин приводят к внезапным отказам и преждевременному выходу из строя первичного преобразователя энергии - дизеля. Однако при благоприятных условиях эксплуатации ДЭС реальный ресурс может значительно превосходить фиксированный, предусмотренный плановым техническим обслуживанием.
Более экономичным является метод технического обслуживания по фактическому состоянию, для этого необходима разработка методов прогнозирования технического состояния агрегатов.
В зависимости от условий работы изменяются основные технико-экономические показатели функционирования агрегатов. Истинное техническое состояние устанавливается только при индивидуальном обследовании (контроль, диагностирование, прогнозирование) каждого агрегата. При этом может быть учтено влияние всего многообразия факторов, от которых зависит техническое состояние ДЭС.
Поэтому, одним из эффективных путей повышения технической надежности электрических станций является внедрение в практику их эксплуатации эффективных способов и средств контроля и диагностирования технического состояния дизелей с оценкой остаточного ресурса. Это даст возможность определять заблаговременно вид, место, причину возникновения неисправности и
принять своевременные меры по ее устранению. Использование технических средств функционального диагностирования позволит перейти к обслуживанию станций по фактическому техническому состоянию дизеля, что значительно повысит их надежность в целом.
В связи с этим, разработка и внедрение способов и средств диагностирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания по параметрам наиболее информативной системы двигателя - системы смазки - представляется актуальной задачей.
В связи с изложенным тема диссертации, посвященная разработке способов и средств контроля и диагностирования технического состояния двигателей ДЭС, представляется актуальной.
Целью работы является повышение точности диагностирования двигателей ДЭС за счет обеспечения объективной оценки фактического технического состояния двигателей ДЭС с помощью способов и средств функциональной диагностики по параметрам элементов системы смазки.
При этом основными задачами исследования являются следующие: выбор диагностируемых систем и диагностических параметров на основе исследования физических процессов происходящих в двигателе;
разработка математических моделей очистителей масла системы смазки как объектов несущих информацию о техническом состоянии узлов и механизмов двигателя;
разработка методики определения технического состояния двигателя по параметрам очистителей масла;
разработка способов и средств диагностирования технического состояния двигателя по частотным характеристикам маслоочистителей и физико-химическим параметрам масла.
Научная новизна результатов исследования заключается в том, что: предложена методика получения математического описания отдельных элементов системы смазки;
разработаны математические модели агрегатов очистки масла различных конструкций;
определена зависимость между степенью загрязнения и динамическими составляющими гидравлического сопротивления фильтра, на основе которой разработан ряд способов контроля и диагностирования технического состояния отдельных элементов системы смазки и двигателя в целом;
- разработана методика определения технического состояния двигателя по параметрам очистителей масла.
Научная и практическая значимость результатов исследования состоит в том, что:
предложена методика проведения эксперимента на испытательном стенде, позволяющем определять амплитудные частотные характеристики (АЧХ) и фазовые частотные характеристики (ФЧХ) отдельных элементов систем смазки;
создана экспериментальная установка на базе двигателя К-770, noJ зволяющая определять АЧХ и ФЧХ полнопоточного масляного фильтра с моделированием реальных условий эксплуатации;
обоснована методика определения дисперсного состава загрязняющих примесей на фильтрующей перегородке;
разработаны способы и средства диагностирования технического состояния элементов системы смазки и двигателя в целом, по которым получено положительное решение на выдачу патента по заявке №2003138200/06(041227).
Основные научные результаты, выносимые на защиту:
математические модели системы смазки и ее элементов, учитывающих нестационарные явления в гидравлических магистралях и взаимосвязь процесса накопления продуктов загрязнения масла на фильтроэлементе (ФЭ) и технического состояния двигателя ДЭС;
8 методика определения технического состояния двигателя по параметрам АЧХ и ФЧХ маслоочистителей;
способы и средства диагностирования технического состояния двигателей ДЭС по параметрам систем смазки.
Результаты диссертационной работы реализованы и используются в ДОАО Электрогаз ОАО Газпром, в учебном процессе и научно-исследовательской работе КубГТУ
Основные научные результаты докладывались на 2-й межвузовской научной конференции (Краснодар, КубГТУ, 2003),третей межвузовской научной конференции (Краснодар, КВАИ, 2004), четвертой южнороссийской научной конференции (Краснодар, КВВАУЛ, 2005), научно-технических семинарах кафедры информатики КубГТУ.
Основное содержание и результаты работы изложены в 5 тезисах к докладам, 5 статьях, и 1 описании к изобретению.
Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложений, список использованной литературы включает 70 наименований.
В первом разделе изложены основные аспекты контроля и прогнозирования времени безотказной работы дизельных двигателей, применяемых в качестве приводных в автономных дизельных электростанциях, приведены результаты анализа исследований по разработке способов и средств оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Проведено исследование диагностируемых систем и диагностических параметров на информативность, сделан вывод о целесообразности использования параметров частотных характеристик очистителей масла в качестве основных для оценки технического состояния двигателей ДЭС.
Второй раздел посвящен разработке и исследованию математических моделей очистителей масла различных типов и конструкций как объектов несущих информацию о техническом состоянии двигателя. Предложена обобщенная модель системы смазки двигателя. Обоснована зависимость между
9 дисперсным составом продуктов загрязнения масла и динамическими составляющими гидравлического сопротивления очистителя, определен диапазон наиболее эффективной работы масляного фильтра.
В третьем разделе проведены экспериментальные и теоретические исследования частотных характеристик очистителей масла при помощи разработанных испытательного стенда и экспериментальной установки. Изложена методика проведения исследований и получены эталонные амплитудные и фазовые частотные характеристики элементов очистки соответствующие различным эксплуатационным режимам работы дизельного двигателя.
Четвертый раздел посвящен разработке способов и средств диагности
рования технического состояния двигателя, учитывающих динамические ха
рактеристики элементов его системы смазки и физико-химические свойства
масла. Предложена методика определения технического состояния и проведена'
оценка эффективности разработанных технических средств диагностирования
двигателей ДЭС. ;
В заключении обобщены выносимые на защиту теоретические и практические результаты, полученные в диссертационной работе, даны рекоменда-: ции по дальнейшему развитию научных исследований в данной области.
В приложении приведены материалы, послужившие исходными данными для получения математических моделей элементов системы смазки и программные продукты, реализующие алгоритм диагностирования двигателя.
Автор считает приятным долгом выразить благодарность за помощь и ряд ценных указаний при проведении исследований и написании диссертационной работы научному руководителю Шевцову Юрию Дмитриевичу, а также всему коллективу кафедры Информатика и кафедры Машиностроения и автомобильный транспорт Кубанского государственного технологического университета.
Анализ известных методов и средств контроля и диагностирования технического состояния двигателей внутреннего сгорания
При определении технического состояния дизельных электрических станций дизельный двигатель целесообразно рассматривать как единый объект технического диагностирования. Известные методы и средства определения технического состояния сложных объектов для диагностирования двигателей ДЭС пока не находят широкого применения. Это связано с низкой контролепригодностью самих первичных преобразователей энергии, отсутствием обоснованных методов выбора диагностических параметров и выпускаемых промышленностью технических средств диагностирования. Поэтому необходимо проанализировать известные методы и средства определения технического состояния двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и наметить направления развития наиболее эффективных способов и средств, для диагностирования дизеля.
Оценка общего технического состояния дизеля может быть получена топливно-мощностным методом, по уровню шума и вибраций работающего двигателя и по состоянию картерного масла [25,32,35]. Взаимосвязь между расходом топлива и эффективной мощностью устанавливается аналитически, а затем производится сравнение полученного результата с полем допуска при помощи массового (весового) или объемного способов. Первый способ, с использованием электронных весов, обеспечивает измерение расхода топлива с погрешностью до ± 0,5% и является достаточно трудоемким. При применении тахометрических, поршневых, ротометрических и других датчиков расхода в режиме прокрутки увеличивается погрешность измерений до 1,5% - 2,5% и требуется дополнительное оборудование для преобразования и обработки информации [38,45,46].
Уровень шума зависит от организации рабочего процесса, характера истечения газов во всасывающем и выхлопном коллекторах и состоянию механических сопряжений [64]. Звуковое поле вокруг двигателя позволяет характеризовать техническое состояние двигателя. Однако, в этом случае приходится учитывать акустические характеристики машинного зала, что и ограничивает применение этого метода.
Уровень вибраций зависит от величины импульса силы, воздействующей на опоры двигателя, которая характеризует конструктивные особенности двигателя и его техническое состояние [37]. На уровень вибраций влияет неидентичность рабочего процесса в цилиндрах двигателя, плохое согласование механических сопряжений, нарушение динамической и статической балансировок возвратно-поступательных и вращательно-движущихся масс и жесткости соединительных элементов. В данном случае проводят трудоемкую работу по выявлению наиболее информативного сигнала из всего спектра вибраций. Эта задача усложняется тем, что на корпусе каждого двигателя должны быть произведены доработки для установки соответствующих датчиков. Из-за указанных причин, вибродиагностирование двигателей пока не нашло широкого практического применения.
Наибольшее распространение получил метод диагностирования дизелей с помощью анализа состояния картерного масла [10,11,12]. При этом по интенсивности и химическому составу продуктов износа судят о степени износа сопряженных деталей, а по изменению состава присадок в масле, накоплению полимеров и продуктов сгорания, а также ряду других показателей - косвенно оценивают качество работы дизеля в целом. Ряд существующих способов анализа картерного масла (спектральный анализ, феррография, рентгеновская дефектоскопия, телевизионная микроскопия и многие другие) являются дорогостоящими, трудоемкими и требуют лабораторных условий.
Большое количество работ посвящено локальной системе диагностирования отдельных узлов, агрегатов и подсистем. В особую группу здесь необходимо выделить диагностические параметры, характеризующие качество рабочего процесса в каждом цилиндре и техническое состояние сопряженных деталей.
Контроль качества рабочего процесса в каждом цилиндре двигателя можно осуществить с помощью как прямых, так и косвенных параметров рабочего процесса. К прямым диагностическим параметрам относят: среднее инди- каторное давление, максимальные давления сжатия и сгорания, скорость нарастания давления и индикаторный коэффициент полезного действия. Косвен--ными диагностическими параметрами являются температура и химический состав отработавших газов. Измерение прямых параметров рабочего процесса в цилиндрах двигателя сопряжено с трудностями аппаратурной реализации и с низкой контролепригодностью современных быстроходных дизелей. Повышение быстроходности двигателей привело к тому, что широко применяемые ранее пневмомеханические приборы не обеспечивают достаточную точность измерения из-за их инерционности. Широкое применение безинерционной измерительной аппаратуры затруднено в связи с низкой надежностью датчиков, работающих при больших изменениях давления и температуры газов, а также отсутствия мест для их установки. Последнее требует изменения конструкции выпускаемых двигателей. Поэтому для оценки качества протекания рабочих процессов в отдельных цилиндрах наибольшее распространение получили косвенные диагностические параметры. Цикличность рабочего процесса в поршневых машинах приводит к импульсному истечению отработавших газов, температура которых изменяется в значительных пределах в течении малого промежутка времени. На температуру отработавших газов отдельных цилиндров многоцилиндрового двигателя оказывает влияние работа других цилиндров. Поэтому измерение приходится проводить не в выпускном коллекторе, а в выхлопных патрубках или выхлопных окнах [18]. Для измерения температуры пульсирующего газового потока в настоящее время наибольшее распространение получил контактный метод [26], где в качестве приемников температуры используются термопары или проволочные сопротивления. Другие методы, основанные на использовании теплового излучения, ионизации газов, акустической проводимости, ослабления радиоактивного потока [1,35], мало пригодны из-за трудности их реализации и низкой точности, обусловленной сложностью учета физико-химических процессов, протекающих при истечении отработавших газов.
Построение математических моделей отдельных элементов системы смазки
Экспериментальные данные, обеспечивающие получение статистических зависимостей, описывающих связи между нарушением в конструкции объекта и измеряемым параметром, можно получить только для объектов массового производства.
Кроме того, взаимосвязь между нарушениями и параметрами конструкций и рабочего процесса объекта имеет среднестатистический характер. Речь идет о среднестатистическом двигателе, а не о конкретном двигателе, имеющем свои особенности. Такая информация полезна для планирования планово-предупредительной системы обслуживания. Для определения фактического технического состояния конкретного двигателя необходимо использовать другие способы. Информация, полученная среднестатистическими способами, может быть-полезна для индивидуального рассмотрения объектов только в качестве определения уровня или порядка исследуемого параметра.
В некоторых случаях получить зависимости в виде формул невозможно. В таких случаях одним из способов получения необходимой информации является использование уравнений, описывающих процессы в элементах объекта, в том числе и процесс развития неисправности. Это способ, позволяющий получить математическую модель объекта и использовать ее в дальнейшем для исследования и получения необходимой информации об объекте. При использовании полученной модели устанавливается связь между степенью развития неисправности и поведением измеряемых параметров, т.е. появляется возможность получения информации, необходимой для формирования алгоритмов систем функционального диагностирования.
Систему смазки дизеля, с точки зрения изменения в ней гидравлических параметров, можно считать гидравлической системой. Поэтому математическое описание (математическую модель) процессов в системе смазки можно получить, используя общие уравнения гидромеханики. Эти уравнения получили распространение в гидравлических системах, в которых жидкость является рабочим телом и служит либо для передачи энергии или вещества, либо для передачи информации. Основными задачами анализа таких систем является определение давлений, скоростей и расходов жидкости, возбуждаемых в гидравлической системе импульсом давления или скорости при нулевых или иных известных начальных условиях [57].
Выбор метода математического описания системы смазки в общем случае зависит от поставленной задачи, от типа системы и от характера гидравлических процессов. Приближенные методы расчета, а также методы подобия (использующие физическое моделирование) не приемлемы для исследования смазочных систем, так как их применение сопряжено с существенными трудностями, а полученные результаты трудно интерпретировать на реальные системы.
Наиболее приемлемым является частотный метод анализа. Математический аппарат, используемый при проведении исследований этим методом, различен. Решение задач исследования классическим способом и методом спектрального анализа приводит к необходимости проводить большой объем вычислений. К сожалению, в общем виде уравнения гидродинамики не линейны и для проточных частей более или менее сложной формы не решаются, несмотря на огромные возможности современных ЭВМ.
Для широкого круга вопросов исследования динамики течения жидкости в системе смазки, как в пневмогидравлической системе можно ограничиться решением линейных и линеаризованных уравнений. Кроме того, если рас 40 сматривать устройства системы смазки как элементы с сосредоточенными параметрами [8], то процессы в них могут быть описаны обыкновенными дифференциальными уравнениями. Такой подход к описанию указанных устройств достаточно обоснован, поскольку наибольшие частоты их в системах смазки составляют десятки герц, а размеры элементов редко превышают один метр. Получение этих уравнений, путем упрощения уравнений гидромеханики в частных производных может оказаться задачей слишком сложной и громоздкой. В этом случае проще выводить непосредственно дифференциальные уравнения элементов, используя принятые упрощающие предположения о поведении жидкости в проточной части [15,17].
Применительно к задаче исследования динамических характеристик обычно определяются реакция системы на определенные (гармонические, ступенчатые и т.д.) возмущения. Статические характеристики системы, т.е. связь между внутренними и внешними (возмущающими, управляющими) параметрами системы можно считать частным случаем динамических характеристик, при гармоническом возмущении с частотой, стремящейся к нулю. Расчетный анализ поведения системы во времени, в динамике возможен только тогда, ко-, гда известны математические модели колебательных процессов в отдельных частях и агрегатах системы. Сложность разработки математической модели системы смазки и ее элементов заключается в том, что в них протекают процессы различной природы (гидравлические, механические, электрические, тепловые и т.д.). В то же время, тот факт, что уравнения, описывающие процессы в ряде этих элементов оказываются одинаковыми, позволяет описание и анализ подобных систем осуществлять на основе прикладной теории пневмогидравли-ческих цепей, использующих электрическую аналогию элементов [14]. Наиболее типичные уравнения, описывающие эти многообразные процессы - уравнения элементов (звеньев), которым соответствуют простейшие идеализированные устройства. При выводе приближенного уравнения такого простейшего элемента учитывают какое-нибудь одно свойство рабочей жидкости и пренебрегают остальными. Составляя приближенные уравнения, моделирующие процессы в том или ином устройстве, и уравнения простейших звеньев, можно сформировать эквивалентную схему замещения этого устройства. Построенная эквивалентная схема (цепь) должна с заранее заданной подробностью описывать динамические и статические характеристики устройства [8,16].
Применительно к пневмогидравлическим системам (по аналогии с электротехникой), простейшими идеализированными звеньями с сосредоточенными параметрами являются сопротивление, емкость, инерционность (индуктивность) - пассивные элементы, источники напора (давления) и расхода - активные элементы [8,15,16,17]. Перечисленные простейшие звенья представляются в виде двухполюсников, так как описываются одним уравнением, связывающим две переменные (давление р и расход G). Для удобства линеаризованные уравнения вышеперечисленных простейших звеньев, представленные как зависимости между размерными и безразмерными вариациями (отклонениями) параметров, схемы замещения и их электрические аналоги помещены в таблицу 2.1, которая в дальнейшем будет использоваться при составлении моделей отдельных устройств системы смазки.
Математическая модель отдельного элемента системы смазки должна содержать эквивалентную схему замещения, состоящую из комбинации простейших звеньев, а всей системы смазки - схему, объединяющую эквивалентные схемы всех элементов. Полученная схема замещения, представляющая собой пневмогидравлическую цепь, будет являться идеализированным модельным эквивалентом реальной смазочной системы с учетом определенных предположений и ограничений. Динамические и статические характеристики системы смазки, ее элементов и их схем замещения должны иметь взаимнооднозначное соответствие в заранее оговоренных пределах и условиях функционирования. При построении математических моделей отдельных элементов системы смазки некоторые внутренние не представляющие интерес параметры бу-
дем исключать для их упрощения. Если возникнет необходимость определения промежуточных переменных, то их можно найти, увеличив число уравнений [8].
Устройства, связывающие между собой отдельные агрегаты (например, трубопроводы, вентили и т.д.), тоже могут обладать динамическими свойствами. В этом случае, при переходе к схеме замещения такие устройства должны описываться как самостоятельные элементы.
Определение наиболее эффективного режима работы маслянного фильтра по параметрам частотных характеристик
Любая система очистки, используемая в тех или иных типах систем смазки различных двигателей, должна обеспечивать необходимый уровень качества очистки масла и задаваемый ресурс непрерывной работы фильтра. В системах смазки для очистки масла от загрязняющих примесей используются фильтрующие элементы, средний размер пор которых больше среднего размера твердых частиц загрязнений. В связи с этим, в начальный момент времени фильтр осаждает эти частицы на внутренних стенках пор и поэтому работает с низкой производительностью Птіп. Со временем, гидравлическое сопротивление фильтра растет, увеличивается тонкость очистки, а следовательно существенно улучшается качество очистки масла за счет увеличения производительности фильтра по отбору загрязняющих примесей из масла (рисунок 3.8).
Последний период работы характеризуется резким уменьшением производительности фильтра из-за снижения его пропускной способности. Физическую природу повышения сопротивления фильтра при уплотнении слоя загрязнений и уменьшением диаметров поровых каналов можно объяснить дополнительным увеличением потерь на трение жидкости о стенки пор и потерь в местных сужениях и расширениях этого слоя загрязнений.
Потери в одном таком канале принято записывать в виде
Выражение (3.16) по существу представляет собой изменение динамического сопротивления фильтра за счет инерционной составляющей тиф и может служить для качественной оценки процессов загрязнения фильтра.
По мере формирования осадка с одинаковой пористостью по высоте, процесс фильтрования будет происходить аналогично течению жидкости сквозь изотропную пористую среду с неизменными свойствами. В этот период производительность фильтра достигает своего максимума Птах. По мере дальнейшего увеличения толщины слоя загрязнений происходит образование кристаллов солей кальция и "цементация" слоя загрязнений и этот процесс сопровождается резким увеличением активной составляющей гидравлического сопротивления Яф, резким возрастанием инерционной составляющей ти с последующим относительно малым характером изменения во времени и уменьшением производительности фильтра Щ. Таким образом, в конечном периоде фильтрования масла средняя величина размеров пор существенно уменьшается, производительность фильтра в этот период достигает максимума, а затем начинает уменьшаться. В этот период необходимо проводить обслуживание фильтра, т.е. менять или промывать его фильтрующие элементы. В настоящее время плановым техническим обслуживанием предусмотрены такие операции по истечении определенного для конкретного типа фильтра времени. Зачастую такое обслуживание проводится раньше, чем фильтр достиг своей максимальной производительности или позже, что вызывает повышенный износ трущихся деталей. В связи с этим, определение АЧХ и ФЧХ фильтра во всем диапазоне его эксплуатации позволит точно определить его остаточный ресурс и продолжительность необслуживаемой работы дизель-генератора в целом. Исследования частотных характеристик фильтра позволили сделать вывод о том, что на последнем этапе его эффективной работы, когда его производительность достигает максимума, значения амплитудных и фазовых частотных характеристик на отдельных резонансных частотах практически не изменяются со временем работы. Этот момент предлагается использовать для определения предельного загрязнения фильтра и, соответственно, его остаточного ресурса. На рисунке 3.9 представлены графики изменения амплитудных частотных характеристик фильтра при достижении максимальной производительности (последние 3 характеристики из диапазона) и фильтра работающего в начальный момент эффективного отсева загрязнений.
На частотах со и со" видны отличия в значениях последних трех амплитудных частотных характеристик, полученных через одинаковые промежутки времени.
Заметим, что поддержание гидравлического сопротивления фильтра на уровне близком или равном его максимальной производительности существенно повысит качество очистки масла.
Способы и средства диагностирования технического состояния двигателя
Из существующих способов оценки технического состояния дизельных двигателей по параметрам элементов системы смазки наибольшей достоверностью обладают способы, основанные на определении изменяющихся параметров частотных характеристик очистителей масла. В качестве показателей состояния принимаются параметры пульсаций давления масла, такие как частота пульсаций, давление на входе и выходе фильтра диагностируемой системы, разность фаз пульсаций и их скорость изменения. Однако и эти способы не лишены недостатков, например, неоднозначное определение разности фаз на отдельных режимах работы двигателя, а также сложность в выделении гармоники на основной частоте из получаемого сигнала несинусоидальной формы.
В связи с этим, разработан способ оценки технического состояния двигателя внутреннего сгорания, согласно которому в качестве параметров пульсаций давления используются амплитудные и фазовые частотные характеристики, получаемые в заданном диапазоне частот в результате разложения в гармонический ряд несинусоидальных периодических сигналов на входе и выходе очистителя масла [3,76] А{, Ak, ФІ , фк - амплитуды, фазы гармоник входного и выходного сигналов соответственно;
n - количество делений среднестатистического периода пульсаций.
В качестве результата определяется величина и скорость отклонения по амплитуде и фазе данных характеристик от эталонных АЧХ и ФЧХ Эталонными являются частотные характеристики полученные в результате экспериментальных исследований при нормальной работе двигателя и при возникновении неисправностей в его узлах и системах.
На рисунке 4 1 приведена структурная схема устройства, реализующего данный способ. Устройство включает следующие элементы:
- двигатель Д; полнопоточный масляный фильтр Ф; холодильник масла ХМ;
- масляный насос МН; клапан перепускной КП;
- тензометрические датчики давления Д1 и Д2, осуществляющие из мерение и преобразование пульсаций давления масла в электрический сигнал;
блоки разложения БР1 и БР2 выполняют разложение электрических сигналов, пропорциональных давлению масла, на гармонические составляющие ряда Фурье и определяют текущие значения частотных характеристик фильтра Аф{со) и рф(со);
блок сравнения БС осуществляет определение величины отклонения параметров частотных характеристик фильтра от эталонных характеристик, соответствующих нормальному функционированию двигателя;
- вычислительное устройство ВУ осуществляет обработку результатов сравнения, вычисляет скорость отклонения амплитудных и фазовых характеристик и сравнивает ее с допустимым пределом. В случае отклонения скорости в сторону увеличения ВУ проводит операцию сравнения значений амплитуд АЧХ на резонансных частотах и величину изменения резонансной частоты по фазовой частотной характеристике с эталонными, соответствующими возник новению неисправностей в узлах и механизмах двигателя. Далее идет накопле 105 ниє информации необходимой для оценки остаточного ресурса двигателя и его диагностируемых систем. Статистические данные показывают, что в зависимости от вида неисправности изменяется характер и качественный состав загрязнений поступающих в масло. В этом случае очистка масла будет проходить по различным законам фильтрования, что приведет к изменению динамики и времени загрязнения фильтра. Согласно разработанной модели (подраздел 2.1), в передаточной функции фильтра параметрами, изменяющими характер АЧХ и ФЧХ, являются составляющие его гидравлического сопротивления, т.е. W(p(s) = f(R,Tu,Te).
Исходя из этого, в эталонных АЧХ и ФЧХ неисправного состояния дизеля каждому закону фильтрования соответствуют определенные значения отклонений этих параметров АЯ.,Ати,Ате. Однако, установление этого соответствия даже для одной модели дизеля представляет сложную задачу. Для уточнения характера неисправности целесообразно дополнительно использовать способы и устройства, позволяющие более селективно распознавать физико-химический состав загрязнений. С этой целью необходимо дополнительно определять интенсивность накопления отложений в роторе центробежного очистителя (при его наличии в системе смазки) и ряд физико-химических свойств масла. С этой целью разработаны способы, по которым:
определяется величина объема и плотности осадка в роторе центрифуги;
определяется наличие металлических магнитных и немагнитных примесей, а также неметаллических примесей путем определения степени изменения электрических характеристик датчиков, установленных последовательно в масляной магистрали перед фильтром.
