4.6. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ АППАРАТУРА ИЗМЕРЕНИЯ И
РЕГИСТРАЦИИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
Автоматизированные средства и системы позволяют вести разносторонний
контроль за рабочим процессом и состоянием важнейших узлов и деталей
двигателя. Это новое направление в автоматизации контроля и оценки
состояния основных параметров работы дизеля принято называть безраборной
функциональной технической диагностикой.
В основу систем технической диагностики (СТД) заложено сравнение
фактического состояния параметра с исходным (эталонным). СТД призваны
решать следующие задачи: контроль текущего состояния параметров и узлов,
оценку тенденции изменения этого состояния, прогнозирование времени
отказов определенного узла. Современные СТД охватывают следующие объекты
и процессы двигателя: воздушный тракт (воздушные фильтры,
турбокомпрессоры, воздухоохладители); цилиндры (рабочий процесс,
цилиндровые втулки, поршневые кольца, цилиндровые крышки) ;
топливоподачу (топливные насосы, форсунки). Использование СТД особенно
для диагностирования рабочего процесса дает значительную экономическую
эффективность, а именно: увеличение периодов между вскрытиями цилиндров
до 15 тыс. ч; уменьшение расходов на обслуживание и ремонт на 20 ... 25
%; уменьшение расхода топлива на 1 ... 2 %; увеличение
среднеэксплуатационной мощности на 7 ... 10%.
Современные СТД и системы автоматизации ДВС базируются на
микропроцессорной и вычислительной технике. Рассмотрим некоторые
функциональные схемы СТД.
Автоматизированная система контроля параметров [ 89]. Рассчитана на
применение в условиях повседневной эксплуатации на судах. Состоит из
следующих трех элементов: 1) блока питания; 2) первичных источников
информации: датчиков давления (ДЦ) газов в цилиндрах двигателей,
устанавливаемых на индикаторные краны всех цилиндров и рассчитанных на
длительную эксплуатацию без принудительного охлаждения; датчиков хода
поршня (ДХП), присоединяемых к свободному торцу коленчатого вала
двигателя; 3) вторичных приборов: блока индикации параметров; блока
регистрации режимов (продолжительности работы двигателя на различных
нагрузках, количество пусков и изменений режима).
Вторичные приборы конструктивно выполнены в корпусах, что позволяет
проводить их монтаж на щите местного пульта либо в посту
централизованного управления (контроля) двигателями энергетической
установки судна, и связываются с датчиками линиями межблочных
энергетических соединений. При измерении эффективной электрической
нагрузки судовых электростанций блок регистрации может работать
автономно от специальных датчиков, навешенных на шины генераторов.
Функциональная схема аппаратуры контроля и
регистрации параметров работы двигателей представлена на рис. 4.10.
Система работает следующим образом: первичная информация о текущих
значениях давления от датчиков ДЦ через переключатель ПК и усилитель
подается на выход перемножителя Я,, на другой вход которого подается
напряжение от датчиков ДХП. Тумблер Пк служит для переключения того или
иного контролируемого цилиндра. Выходное напряжение перемножителя Пх
проходит через интегратор Их, тумблер Т и подается на рамку стрелочного
прибора, показывающего усреднениер,- за несколько десятков циклов.
Индикация pz осуществляется тем же стрелочным прибором и достигается
подключением его к амплитудному вольтметру АВ при помощи тумблера Т. При
выключенной подаче топлива обеспечивается замер рс.
Параллельно перемножителю Пх подключен вход электронного тахометра ТЭ,
выходное напряжение которого пропорционально числу оборотов п. Это
напряжение подается на стрелочный прибор индикации оборотов и на один из
выходов перемножителя П2 Второй вход последнего подключен к выходу
перемножителя Пх. Перемножение сигналов, пропорциональных Pi и п,
обеспечивает решение зависимостей (**). Выходное напряжение
перемножителя П2 проходит через интегратор П2 и подается на стрелочный
прибор, показывающий значение индикаторной мощности Nj. Для точного
измерения оборотов двигателя за эталонную единицу времени (2 мин)
предусмотрен суммирующий счетчик оборотов ССО и элемент выделения
импульсов ЭВИ, включаемый на строго определенное время элементом
выдержки времени ЭВВ после нажатия кнопки К. Кроме того, в комплект
аппаратуры введен электронный осциллоскоп общепромышленного применения
ЭЛТ, предназначенный для визуального наблюдения индикаторных диаграмм.
Блок регистрации предназначен для накопления информации о режимах
нагрузки за любой заданный промежуток времени. На его счетчиках
продолжительности работы СП с нарастающим итогом подсчитывается время
работы двигателя в установленных заранее интервалах нагрузки,
перекрывающих весь диапазон возможных нагрузочных режимов. Включение в
работу определенного счетчика СП осуществляется электронным коммутатором
КЗ, который получает информацию о нагрузке двигателя от блока индикации.
С переходом режима нагрузки двигателя из одного диапазона в другой
работавший до этого момента времени счетчик выключается и включается
счетчик другого диапазона. В моменты переключения счетчиков СП
срабатывает счетчик количества изменений нагрузки СКИ. Линия задержки
JI3 обеспечивает повторное срабатывание СКИ только в случае, если
последующее изменение режима произошло не ранее чем через 15 с после
зарегистрированного.
Счетчик количества пусков двигателя СКП получает информацию от блока
питания, автомат включения которого (реле питания РП) сблокирован с
датчиком ДХП\ замыкает и размыкает цепь питания аппаратуры
соответственно при каждом пуске и остановке двигателя.
Максимально допустимая погрешность при измерении данной аппаратурой
среднего индикаторного давления Д Pj составляет ± 4,0 %; индикаторной
мощности ANj —± 5,0 %; максимального давления цикла Д р2 и сжатия Д рс —
не более ± 2,0 %; частоты вращения: стрелочным прибором Д п — не более
1,5 %, суммирующим счетчиком - не более 0,5 об/мин. Точность аппаратуры
при сравнении значений одноименных параметров по отдельным цилиндрам (рг-,
Nj, р2, Рс) находится в пределах ± 2,5 %. Стабилизация показаний
приборов визуальной индикации после переключения с одного цилиндра на
другой происходит не более чем за 20 с.
Как видно из приведенных характеристик, система позволяет: получать
достоверную непрерывную информацию об основных параметрах процессов,
протекающих в цилиндрах двигателя; вести непрерывный оперативный
контроль за их изменением во времени и в зависимости от условий
эксплуатации; обеспечивать на основе этой информации точную регулировку
или подрегулировку двигателя; получать долговременную информацию о
режиме и характере нагружений двигателя за рейс и более длительный
период эксплуатации, что имеет большое значение для нормирования
расходов ГСМ.
Многофункциональное электроизмерительное устройство К-748 [ 55].
Предназначено для использования в системе контроля и диагностирования
судовых, тепловозных и стационарных дизелей по параметрам рабочего
процесса в условиях эксплуатации. Система дает возможность оценить
качество рабочего процесса в цилиндрах, определить равномерность
распределения нагрузки по цилиндрам и нагрузочный режим дизеля по
среднему индикаторному давлению. С помощью параметров, измеряемых
устройством К-748, можно оценить состояние газовоздушного тракта дизеля
и топливной аппаратуры. Таким образом, система предусматривает контроль
тех основных параметров процесса в дизеле, отклонение которых от нормы
наиболее существенно влияет на экономические показатели и надежность
дизеля,
Устройство рассчитано для работы с двух- и четырехтактными дизелями с
числом цилиндров до 20, частотой вращения 150 ... 1500 об/мин и
максимальным давлением цикла до 16 МПа. Результаты измерений параметров
выводятся на цифровое табло, предусмотрен также вывод на электронный
осциллограф для визуального наблюдения за изменением давления газов в
цилиндре по углу поворота коленчатого вала. Кроме того, в устройстве
предусмотрена возможность обмена информацией с внешним устройством с
реализацией интерфейсных функций SH, АН, TL, SR, RL, DS, DT и
возможностью ввода местных сообщений „ton” и ,,rtl”. Ввод и вывод
информации осуществляются в семибитовом коде с проверкой и формированием
восьмого бита. Правильность функционирования устройства подтверждается
текстовым контролем.
Система Силдег непрерывного контроля параметров рабочего процесса и
состояния ЦПГ. Разработана шведской компанией АСЕА. Контроль параметров
рабочего процесса в цилиндрах осуществляется системой Силдет-Мип,
которая позволяет определять среднее индикаторное давление, индикаторную
мощность, давление сжатия, максимальное давление сгорания, давление
продувочного воздуха, частоту вращения двигателя, угол опережения подачи
топлива.
Система состоит (рис. 4.11) из датчиков давления в цилиндрах, импульсных
датчиков положения поршня, мультиплексора, микропроцессора, основного
процессора, блока отображения и пульта управления. Датчики давления 4
индукционного типа устанавливаются на индикаторных кранах цилиндров.
Датчик преобразует давление в цилиндре в пропорционально изменяющийся
аналоговый сигнал. Давление действует через мембрану на
динамометрический элемент, что вызывает изменение магнитной
проницаемости и напряжения во вторичной обмотке. Сигнал передается на
мультиплексор. Импульсные датчики 5 устанавливаются на выходном валу
двигателя. Первый датчик подает 1 сигнал, а второй — 40 сигналов за 1
оборот коленчатого вала. Эти сигналы передаются на мультиплексор 6,
который вычисляет точные координаты положения поршня и передает их
совместно с сигналом датчика давления в блок основного процессора. Блок
основного процессора 7 производит расчеты по заданной с пульта
управления 3 программе и результаты сообщает на блок отображения.
Среднее индикаторное давление усредняется за 10 рабочих циклов. Значение
его может отображаться на экране осциллографа 1 в форме гистограммы или
в форме кривой (зависимость давления от угла поворота коленчатого вала)
или, как и все остальные параметры рабочего процесса, на цифровом
дисплее 2.
Непрерывный контроль за состоянием ЦПГ достигается измерением
температуры втулки на ее рабочей поверхности и глубине, определением
степени износа втулки, а также параметров, характеризующих состояние
поршневых колец. Схема расположения датчиков изображена на рис. 4.12.
Чрезмерное повышение температуры на поверхности втулки и на некоторой ее
глубине (10 ... 12 мм) может быть следствием ухудшения смазки цилиндра,
что приводит к интенсивному износу или задирам, поломкам поршневых
колец, нарушениям режима водяного охлаждения цилиндра. Температура
измеряется термопарой, допускаемый износ которой составляет 3 мм.
Значения температуры отражаются на панели цифровой индикации, а также
могут быть воспроизведены во времени. Если термопара зарегистрирует
отклонение температуры, превышающее допустимый предел, значит система
генерирует импульс задирообразования. Этот импульс воспринимается
специальной печатной платой системы аварийнопредупредительной
сигнализации.
Степень износа втулки определяется с помощью резисторного датчика
4, устанавливаемого заподлицо с поверхностью втулки в месте
предполагаемого наибольшего износа. Датчик изнашивается с той же
интенсивностью, что и поверхность втулки. По мере износа резисторного
элемента его сопротивление изменяется, вследствие чего изменяется и ток,
протекающий через резистор. Отклонение тока от первоначального значения
пропорционально степени износа. Показания в микрометрах отображаются
блоком цифровой индикации. Состояние (износ, поломки или заедания)
поршневых колец контролируется с помощью индуктивного датчика 5, который
также монтируется во втулке цилиндра. При перемещении поршневого кольца
относительно датчика изменяется магнитное поле, в результате чего на
выходе датчика возникает импульсный сигнал. Амплитуда импульса обратно
пропорционально зависит от зазора между кольцом и втулкой. Сигнал
выводится на экран осциллографа. Форма сигнала позволяет судить о
состоянии поршневого кольца. Если кольцо изношено или его заело,
амплитуда импульса уменьшается. Своеобразную форму имеет импульс, если в
поле датчика попадает замок кольца или кольцо выкрошено (выщерблено).
Форма импульсов сравнивается с эталонной осциллограммой.
Система может быть дополнена каналом радиосвязи с береговой ЭВМ для
получения оперативной информации о техническом состоянии двигателя и
планирования его ремонта.