Спосіб діагностування двигуна внутрішнього згоряння

Спосіб діагностування двигуна внутрішнього згоряння, що включає створення еталонної моделі справного двигуна внутрішнього згоряння у вигляді залежності діагностичних параметрів, вимірювання цих діагностичних параметрів в експлуатаційному режимі та ідентифікацію несправності шляхом аналізу відхилення виміряних значень діагностичних параметрів від еталонної моделі, який відрізняється тим, що еталонну модель створюють у вигляді залежності коефіцієнта повноти згоряння від ефективної потужності двигуна внутрішнього згоряння, де коефіцієнт повноти згоряння є відношенням кількості теплоти, яка виділяється в випускному колекторі справного двигуна внутрішнього згоряння внаслідок неповного згоряння паливної суміші в його силовому циліндрі, і кількості теплоти, що повинна виділитися при повному згорянні паливної суміші в силовому циліндрі, та визначають межі зон справного і несправного станів двигуна. UA (21) u200704875 (22) 03.05.2007 (24) 10.03.2009 (46) 10.03.2009, Бюл.№ 5, 2009 р. (72) САПРИКІН СЕРГІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA, СИНЮК БОРИС БОРИСОВИЧ, UA, ФЕСЕНКО ЮРІЙ ЛЕОНІДОВИЧ, UA, Г АРАГУЛЬ АНАТОЛІЙ АНДРІЙОВИЧ, UA, Г АЛІЙ СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ, U A, СОБАКАР ЮРІЙ АН АТОЛІЙОВИЧ, UA, ХОМИН ІВАН ІВАНОВИЧ, U A, СМИРНОВ ВАСИЛЬ ІВАНОВИЧ, UA (73) ДОЧІРНЯ КОМП АНІЯ "УКРГАЗВИДОБУВАННЯ" НАЦІОНАЛЬНОЇ АКЦІОНЕРНОЇ КОМП АНІЇ "НАФТОГАЗ УКРАЇНИ", U A (56) SU 1788453 A1, 15.01.1993 SU 1777025 A1, 23.11.1992 RU 2034260 C1, 30.04.1995 RU 2287142 C2, 20.09.2005 EP 0434665 A1, 26.06.1991 DE 3917978 A1, 06.12.1990 GB 1378694, 27.12.1974 US 3972230, 03.08.1976 C2 2 (19) 1 3 85991 Найбільш близьким до винаходу, що пропонується, є спосіб діагностування двигуна внутрішнього згоряння [патент Росії №2034260, МПК G01М 15/00, опубл. 30.04.1995р.], що включає створення еталонної моделі справного двигуна внутрішнього згоряння у вигляді залежності діагностичних параметрів, вимірювання цих діагностичних параметрів в експлуатаційному режимі та ідентифікацію несправності шляхом аналізу відхилення виміряних значень діагностичних параметрів від еталонної моделі. Еталонну модель для кожного циліндра двигуна створюють у вигляді не менше восьми інваріантних до навантаження лінійних з коефіцієнтом кореляції +-(0,9-1) залежностей одного діагностичного параметра від іншого. Як діагностичні параметри, використовують параметри робочого процесу або підготовки палива, а несправність ідентифікують шляхом аналізу сукупності і знака відхилень від еталонної моделі. Недоліком цього способу є те, що він вимагає використання великої кількості (не менше восьми) діагностичних параметрів для створення еталонної моделі, що призводить до неможливості його застосування для діагностики стану двигунів малої та середньої потужності, оскільки вони не мають достатньої кількості вимірювальних вузлів для визначення усіх необхідних діагностичних параметрів. При застосуванні цього способу із використанням менш ніж восьми параметрів, точність діагностування є вкрай низькою. Задачею, на вирішення якої направлений винахід, що заявляється, є підвищення точності діагностування технічного стану двигуна внутрішнього згоряння при використанні малої кількості діагностичних параметрів. Для вирішення поставленої задачі у відомому способі діагностування двигуна внутрішнього згоряння, що включає створення еталонної моделі справного двигуна внутрішнього згоряння у вигляді залежності діагностичних параметрів, вимірювання цих діагностичних параметрів в експлуатаційному режимі та ідентифікацію несправності шляхом аналізу відхилення виміряних значень діагностичних параметрів від еталонної моделі, згідно з технічним рішенням, що заявляється, еталонну модель створюють у вигляді залежності коефіцієнта повноти згоряння від ефективної потужності двигуна внутрішнього згоряння. Коефіцієнт повноти згоряння є відношенням кількості теплоти, яка виділяється в випускному колекторі справного двигуна внутрішнього згоряння внаслідок неповного згоряння паливної суміші в його силовому циліндрі, і кількості теплоти, що повинна виділитися при повному згорянні паливної суміші в силовому циліндрі. Технічним результатом винаходу є суттєве підвищення точності діагностування технічного стану двигуна вн утрішнього згоряння при використанні мінімум трьох параметрів його роботи. Це досягається тим, що еталонну модель для оцінки технічного стану створюють на основі температурних показників роботи двигуна внутрішнього згоряння, які можливо виміряти в будь-якому двигуні внутрішнього згоряння незалежно від його моди 4 фікації. Завдяки цьому значно підвищується універсалізм корисної моделі і сфера її застосування. На Фіг. наведені графіки залежності коефіцієнту повноти згоряння (КПЗ) від ефективної потужності двигуна вн утрішнього згоряння (Ne) та зони технічно справного 1 і несправного 2 і 3 стану. Заявлений спосіб здійснюють таким чином. Для створення еталонної моделі двигуна внутрішнього згоряння вимірюють температури відпрацьованих газів за вихлопними вікнами кожного з силових циліндрів справного двигуна. Вимірюють температури відпрацьованих газів в колекторах перед турбінами. Розраховують кількість теплоти, що повинна виділитися при повному згорянні паливної суміші в силових циліндрах і кількість теплоти, що виділяється в випускному колекторі внаслідок неповного згоряння паливної суміші. Визначають коефіцієнт повноти згоряння, тобто відношення кількості теплоти, що виділяється у випускному колекторі внаслідок неповного згоряння паливної суміші до кількості теплоти, що повинна виділитися при повному згорянні паливної суміші при відповідній ефективній потужності двигуна. Знаходять відношення коефіцієнта повноти згоряння від ефективної потужності двигуна. За отриманими результатами створюють еталонну модель двигуна внутрішнього згоряння та визначають межі зон справного та несправного станів, зазначаючи їх на графіку (див. Фіг.). Шля хом аналітичної обробки отриманих статистичних даних складають таблицю відповідності несправностей та те хнічного обслуговування двигуна внутрішнього згоряння для кожної зони еталонної моделі. Далі проводять аналогічні вимірювання параметрів двигуна, який діагностується. Згідно з розташуванням отриманого відношення коефіцієнта повноти згоряння від ефективної потужності двигуна у полі значень еталонної моделі на графіку визначають зону, що відповідає технічному стану двигуна. За допомогою таблиці відповідності визначають несправність і рекомендують технічне обслуговування. Наведемо приклад реалізації заявленого способу при діагностуванні газового двигуна газомотокомпресора (ГМК) 10ГКН. Для створення еталонної моделі газового двигуна вимірюють температури відпрацьованих газів за вихлопними вікнами кожного з силових циліндрів двигуна. Вимірюють температури відпрацьованих газів в колекторах перед турбінами. Розраховують кількість теплоти, що повинна виділитися при повному згорянні паливної суміші в силових циліндрах і кількість теплоти, що виділяється в випускному колекторі внаслідок неповного згоряння паливної суміші. Визначають коефіцієнт повноти згоряння, тобто відношення кількості теплоти, що виділяється у випускному колекторі внаслідок неповного згоряння паливної суміші до кількості теплоти, що повинна виділитися при повному згорянні паливної суміші при відповідній ефективній потужності газового двигуна. Зна ходять відношення коефіцієнта повноти згоряння від ефективної потужності газового двигуна. За отриманими результатами визначають межі зон справного та несправного станів. Для ви 5 85991 значення меж зон з задовільним і незадовільним технічним станом газового двигуна були отримані функції у(х), де у(х) - значення коефіцієнту повноти згоряння (КПЗ), %; х - значення ефективної потужності ГМК (Ne), кВт. Функція у(х) апроксимувалась за методом найменших квадратів. Для визначення коефіцієнтів функції задані виміряні змінні у та х, тобто граничні значення залежності коефіцієнту повноти згоряння від ефективної потужності ГМК, що відповідають як зоні задовільного так і зоні незадовільного технічного стану, які занесені у таблицю 1. Отримані коефіцієнти функції кубічного рівняння а, в, с, d наведені в таблиці 2. За допомогою визначених коефіцієнтів функцій створюють еталонну модель у вигляді набору залежностей коефіцієнту повноти згоряння від ефективної потужності, що встановлюють допустимі границі технічно справного стану ГМК 10ГКН, за якими будується графік (див. фіг.). На графіку визначають зони 2, 3 технічно несправного стану газового двигуна ГМК і зону 1 технічно справного стану газового двигуна ГМК. За результатами вимірювань та подальшої аналітичної обробки отриманих статистични х даних складають таблицю 3 відповідності несправностей та технічного обслуговування газового двигуна ГМК для кожної зони еталонної моделі. 6 Для визначення технічного стану Г МК вимірюють в експлуатаційному режимі температуру відпрацьованих газів за вихлопними вікнами кожного з силових циліндрів, вимірюють температур у відпрацьованих газів в колекторі перед турбінами, розраховують кількість теплоти, що повинна виділитися при повному згорянні паливної суміші в силовому циліндрі, розраховують кількість теплоти, що виділяється в випускному колекторі внаслідок неповного згоряння, знаходять значення коефіцієнту повноти згоряння, що дорівнює відношенню кількості теплоти, що виділяється в випускному колекторі внаслідок неповного згоряння і кількості теплоти, що повинна виділитися при повному згорянні паливної суміші, розраховують ефективну потужність газового двигуна і по положенню одержаного відношення коефіцієнту повноти згоряння від ефективної потужності газового двигуна у полі значень еталонної моделі (див. фіг.) визначають зону, що відповідає технічному стану газового двигуна Г МК. За допомогою таблиці 3 визначають несправність й рекомендують технічне обслуговування щодо поліпшення якості згоряння палива в силових циліндрах ГМК та його технічного стану. Таблиця 1 Граничні значення відношення КПЗ від ефективної потужності газомоторного компресора, що відповідають як зоні задовільного так і незадовільного технічного стану Верхня границя Нижня границя Ne, кВт 1100 1050 1000 КПЗ,% 97,2 96,4 96 Ne, кВт 110 0 105 0 100 0 КПЗ,% 95 93,5 93,3 950 96,2 950 93,5 900 95,7 900 93, 1 850 95, 8 850 93 800 95,5 800 93, 1 750 95, 6 750 92, 8 700 95,3 700 92,7 650 95,4 650 92, 6 600 95,5 600 92 550 95,5 550 92,4 Таблиця 2 Значення коефіцієнтів функції відношення КПЗ від ефективної потужності газомоторного компресора Функція Верхня границя Нижня границя КПЗ (Ne) КПЗ (Ne) а 91,85 71,7 b 0,017 0,079 Коефіцієнти функції с -2,78x10-5 -1,006х10-4 d 1,48x10-8 4,3x10-8 Таблиця 3 Таблиця відповідності передбачених несправностей та технічного обслуговування газового двигуна газомотокомпресора для кожної зони еталонної моделі в залежності від значень відношення КПЗ від ефективної потужності газомоторного компресора № зони 1 2 Передбачена несправність Несправність не виявлена Технічне обслуговування Не потребує 1 Необхідно встановити оптимальний кут випередження за1 В камері згоряння газового двипалювання (при виникненні детонаційного горіння встановигуна раннє запалювання. ти рівномірний розподіл навантаження силових циліндрів). 2 При наявності стійкого кута випередження запалювання діагно- 2 Необхідно виконати ремонт, або заміну газовпускного клапана. стується дефект газовпускного клапана. 7 85991 8 Продовження таблиці 3 3 3 При нестійкому куті випередження запалювання діагносту3 Необхідно виконати ремонт датчика-генератора, муфти . ється дефект системи запалювання. В камері згоряння газового двигу- Необхідно встановити оптимальний кут випередження запана пізнє запалювання. лювання Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601