Контроль рабочих процессов измерительных судовых приборов

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.

Измеряемые параметры

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 P_i;
давление в конце сжатия P_с;
максимальное давление сгорания P_макс;
индекс топливного насоса или положение Т. Р. (топливной рейки);
температура выпускных газов за цилиндрами T_вг;
давление P_над и температура надувочного воздуха T_над;
частота вращения ротора ГТК n_тк^..

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.

Рекомендуется к прочтению: Индицирование двигателя

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:

∆ П_{с о с т .} = П_{и з м .} - П_{э т .}

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 двигателя 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 P_atm;
температуры воздуха перед фильтрами ГТК – t_вф;
Температуры воздуха t_{в. охл.} и охлаждающей воды t_{вод. охл.} перед и за воздухоохладителем;
перепадов давления воздуха на воздушном фильтре – ∆P_вф и в воздухоохладителе ∆P_{в. охл.}.

Желательно также знание:

давления и температуры выпускных газов перед ГТК;
дротиводавления газов за ГТК.

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

P_o = 0,1 МПа = 750 мм. рт. ст.;
t_o = 27 °С;
t_{заб. вод.} = 27 °С;
φ_вл = 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 P_над, P_с, P_макс и температуры выхлопных газов t_вг:

Поправка на измеренное давление надувочного воздуха:

∆ P_{1 н а д} = (t_{в ф} - 25) \cdot 2, 856 \cdot 10^{- 4} \cdot (1 + P_{н а д}) М П а;

∆ P_{2 н а д} = (t_{в о д . о х л . в х} - 25) \cdot (- 2, 220 \cdot 10^{- 4}) \cdot (1 + P_{н а д}) М П а;

∆ P_{н а д} = ∆ P_{1 н а д} + ∆ P_{2 н а д} М П а .

В уравнениях:

P_над – давл. наддувочного воздуха;
t_вф – температура воздуха перед возд. фильтром;
t_{вод. охл. вх} – темп. охл. воды на входе в воздухоохладитель.

Поправка на измеренное давление сжатия:

∆ P_{с 1} = (t_{в ф} - 25) \cdot 2, 954 \cdot 10^{- 4} \cdot (1 + P_{с}) М П а;

∆ P_{с 2} = (t_{в о д . о х л . в х} - 25) \cdot (- 1, 530 \cdot 10^{- 4}) М П а;

∆ P_{с} = ∆ P_{с 1} + ∆ P_{с 2} М П а .

Поправка на измеренное максимальное давление сгорания:

∆ P_{м а к с 1} = (t_{в ф} - 25) \cdot 2, 198 \cdot 10^{- 4} \cdot (1 + P_{м а к с}) М П а;

∆ P_{м а к с 2} = (t_{в о д . о х л . в х} - 25) \cdot (- 0, 810 \cdot 10^{- 4}) \cdot (1 + P_{м а к с});

∆ P_{м а к с} = ∆ P_{м а к с 1} + ∆ P_{м а к с 2} М П а .

Поправка на измеренную температуру выпускных газов:

∆ t_{в г 1} = (t_{в ф} - 25) \cdot (- 2, 466 \cdot 10^{- 4}) \cdot (273 + t_{в г}) ° C;

∆ t_{в г 2} = (t_{в о д . о х л . в х} - 25) \cdot (- 0, 590 \cdot 10^{- 4}) \cdot (273 + t_{в г}) ° C;

∆ t_{в г} = ∆ t_{в г 1} + ∆ t_{в г 2} ° C .

Удельный расход топлива подсчитывается по результатам измерения:

объема израсходованного топлива B_изм м³, отнесенного к часу работы двигателя;
эффективной мощности N_e в кВт.

g_{e} = B_{и з м} ρ_{т} / N_{е} к г / к В т \cdot ч а с

где:

ρ_т – 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 Q_{p^H ф} к стандартной Q_p^H ст = 42 707 кДж/кг:

g_{e}_{п р и в е д .} = g_{e и з м .} {Q_{p}}^{н}_{ф} / {Q_{p}}^{н}_{с т} к г / к В т \cdot ч а с,

Фактическая теплота сгорания используемого топлива может быть подсчитана по следующему выражению

{Q_{p}}^{н} = (46, 7 - 8, 8 10^{- 6} {ρ^{2}}_{15} + 3, 17 10^{- 3} ρ_{15}) \cdot [1 - (х + у + S)] + 9, 42 S - 2, 45 Х М Д ж / к г

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.

Сноски

Контроль и регулирование рабочих процессов, измерительные приборы

Измеряемые параметры