Способ оценки остаточного ресурса дизеля

 

Изобретение относится к технике диагностирования дизельных двигателей и используется для оценки остаточного ресурса дизеля. Изобретение позволяет без значительных затрат времени и труда оценить остаточный ресурс дизеля в условиях его эксплуатации, при техобслуживании или текущем ремонте. Регистрируют величину наработки t_k от начала эксплуатации или от капитального ремонта и на максимальных холостых оборотах дизеля или в режиме максимальной мощности при номинальной частоте вращения коленчатого вала дизеля или в режиме свободного ускорения измеряют дымность N_t отработавших газов дизеля, соответствующих зарегистрированной наработке. По величине измеренной дымности определяют удельный расход q_t топлива дизелем на момент контроля, используя зависимость q_t = К · (N_t - N_н) + q_н, где К - коэффициент, зависящий от типа двигателя и условий его эксплуатации; N_t - измеренная дымность отработавших газов; N_н - номинальное значение дымности отработавших газов; q_н - номинальное значение удельного расхода топлива. Величину остаточного ресурса t_ост дизеля определяют по зависимости где q_п - предельное значение удельного расхода топлива; а - показатель степени функции. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технике диагностирования дизельных двигателей и используется для оценки остаточного ресурса дизеля, например, с целью своевременного выявления и предупреждения его отказов.

Известен способ оценки остаточного ресурса работы дизеля, включающий регистрацию величины наработки дизеля от начала эксплуатации или от капитального ремонта, определение величины параметра технического состояния дизеля, соответствующего зарегистрированной нароботке, и определение остаточного ресурса по двум указанным величинам и по заданным номинальному и предельному значениям параметра технического состояния дизеля (см. В.М. Михлин. Управление надежностью сельскохозяйственной техники. - М.: Колос, 1984, с. 5-6, 104-105).

В известном способе в качестве параметров технического состояния используют параметры, которые характеризуют состояние отдельных элементов, механизмов или узлов дизеля (например, зазор в соединении гильза-поршень или износ соединения клапан-гнездо и т.п.), но не дизеля в целом. Из этого вытекает недостаток известного способа, заключающийся прежде всего в том, что невозможно оценивать остаточный ресурс дизеля в целом по какому-либо одному описанному в этом способе параметру. С другой стороны, если определить известным способом остаточные ресурсы основных составных частей дизеля, используя для этого соответствующие параметры их технического состояния, то можно получить определенную информацию об остаточном ресурсе дизеля в целом, однако такой метод оценки явно слишком трудоемок и непроизводителен.

Задача настоящего изобретения заключается в создании такого способа оценки остаточного ресурса работы дизеля, который обеспечил бы достаточно достоверную оценку этого ресурса в условиях эксплуатации, при техническом обслуживании или текущем ремонте дизеля без больших затрат времени и труда.

Указанная задача достигается тем, что в способе оценки остаточного ресурса работы дизеля, включающем регистрацию величины наработки дизеля от начала эксплуатации или от капитального ремонта, определение величины параметра технического состояния дизеля, соответствующего зарегистрированной наработке, и определение остаточного ресурса по двум указанным величинам и по заданным номинальному и предельному значениям параметра технического состояния, согласно изобретению в качестве параметра технического состояния дизеля используют удельный расход топлива дизелем, величину которого, соответствующую зарегистрированной наработке, определяют косвенно по величине дымности отработавших газов дизеля, измеренной на его максимальных холостых оборотах или в режиме максимальной мощности при номинальной частоте коленчатого вала дизеля или в режиме свободного ускорения.

При этом величина q удельного расхода топлива может быть определена по зависимости q = K(N_t - N_н) + q_н, (1) где K - коэффициент, зависящий от типа дизеля и условий его эксплуатации; N_t - измеренная дымность отработавших газов дизеля; N_н - номинальное значение дымности отработавших газов; q_н - номинальное значение удельного расхода топлива.

Удельный расход топлива дизелем (т.е. количество потребленного дизелем топлива на единицу произведенной дизелем работы, измеряемое обычно в граммах на киловатт-час) является основным параметром, характеризующим топливно-энергетические показатели дизеля - экономичность его работы и производительность машины, на которой он установлен, и по сравнению с другими техническими параметрами является основным параметром, интегрально учитывающим все основные особенно регулируемые параметры дизеля. Это самый информативный параметр, характеризующий практически все неисправности дизеля, поэтому использование его в качестве параметра технического состояния дизеля позволяет в достаточной степени достоверно оценить остаточный ресурс дизеля в целом.

Непосредственное измерение удельного расхода топлива дизелем сопряжено с определением его максимальной мощности и расхода топлива на режиме максимальной нагрузки при номинальной частоте вращения коленчатого вала, что может быть обеспечено только на испытательном стенде. Поэтому для проведения таких измерений необходимо снять дизель с машины и установить его на стенд, что в условиях эксплуатации, при техническом обслуживании и текущем ремонте дизеля связано с большими и неоправданными затратами времени и средств.

Экспериментальные исследования показали, что характер динамики дымности отработавших газов дизеля в процессе его эксплуатации мало чем отличается от характера динамики удельного расхода топлива, и существующую методику оценки остаточного ресурса по техническим параметрам можно использовать для определения остаточного ресурса по дымности отработавших газов. При этом в качестве номинальных значений дымности следует принять ПДК показателя дымности для новых дизелей согласно действующим ГОСТ, а в качестве предельных значений дымности - гостированные ПДК при эксплуатации дизеля.

Опытным путем выявлена тесная связь между удельным расходом топлива и дымностью отработавших газов дизеля. Эта связь характеризуется коэффициентом корреляции, равным 0,95 - 0,98. Поэтому вместо непосредственного измерения удельного расхода топлива для оценки остаточного ресурса дизеля можно измерять дымность отработавших газов дизеля, а величину удельного расхода топлива определять косвенно через измеренную дымность по вышеуказанной зависимости. Величину дымности отработавших газов дизеля достаточно оперативно и просто измеряют специально предназначенным для этого прибором - дымомером, например типа КИД-2.

Зависимость между удельным расходом топлива дизеля и дымностью отработавших газов дизеля была установлена при измерении удельного расхода топлива на режиме максимальной мощности дизеля при номинальной частоте вращения его коленчатого вала и при измерении дымности отработавших газов на максимальных холостых оборотах коленчатого вала дизеля или на режиме максимальной мощности при номинальной частоте вращения коленчатого вала или на режиме свободного ускорения. Так, для двигателя СМД-21 были получены следующие значения коэффициента K: на максимальных холостых оборотах дизеля K = 1,8; на режиме максимальной мощности при номинальной частоте вращения коленчатого вала K = 2,1; на режиме свободного ускорения K= 2,6.

Как известно, технический ресурс изделия - это его наработка от начала эксплуатации или от капитального ремонта до перехода в предельное состояние, установленное нормативной документацией. Наработкой изделия называют продолжительность или объем работы изделия к какому-либо моменту времени. Наработку измеряют в моточасах, километрах, гектарах или других единицах. Остаточный ресурс изделия - это его наработка от момента контроля параметра технического состояния изделия до момента достижения этим параметром предельного значения. Под предельным значением параметра технического состояния изделия понимают его экстремальное (максимальное или минимальное) значение, которое может иметь работоспособное изделие (или его часть).

При осуществлении предложенного способа используют следующую известную зависимость для определения остаточного ресурса работы изделия
где t_ост - остаточный ресурс работы дизеля;
t_к - регистрируемая наработка дизеля на момент контроля, т.е. на момент оценки остаточного ресурса;
U_п - предельное отклонение параметра технического состояния дизеля;
U_к - отклонение параметра технического состояния на момент контроля;
α - показатель степени функции. Величину этого показателя, зависящего от конструктивных особенностей дизеля, находят заранее на основе обработки статистической информации об изменении параметра технического состояния совокупности двигателей.

В предложенном способе в качестве параметра технического состояния дизеля используют величину q удельного расхода топлива и в качестве величин U_п и U_к используют соответственно величины:
Q_п - предельное отклонение величины удельного расхода топлива;
Q_к - отклонение величины удельного расхода топлива на момент контроля.

При этом по определению Q_п = q_п - q_н, a Q_к = q_t - q_н,
где q_п - предельная величина удельного расхода топлива;
q_t - величина удельного расхода топлива на момент контроля.

Таким образом, зависимость (2) для предложенного способа принимает вид

Далее, т. к. величину q_t определяют в предложенном способе по дымности отработавших газов, используя зависимость (1), то остаточный ресурс дизеля можно определить по формуле

На основе указанных зависимостей для удобства могут быть разработаны соответствующие номограммы.

Пример 1.

Дизель СМД-21 после капитального ремонта отработал 250 мото-ч. На момент контроля дымность отработавших газов дизеля, измеренная на максимальных холостых оборотах, составила 27,4%. Таким образом, t_к = 250 мото-ч; N_t = 27,4%. Согласно нормативной документации предельные и номинальные значения удельного расхода топлива составляют соответственно q_п = 258,3 г/кВт·ч и q_н = 237 г/кВт·ч, а номинальное значение дымности - N_н= 25%; α = 0,9. Используя зависимость (4), получим

Пример 2.

У дизеля ЯМЗ-8423.10 на момент контроля после наработки t_к = 1200 мото-ч дымность, измеренная на режиме свободного разгона, составила N_t = 57,0%. Номинальный q_н и предельный q_п расходы топлива составляют соответственно 237,8 и 261,5 г/кВт·ч, а номинальное значение дымности N_н = 49,0%. Коэффициент К = 2,0. Используя зависимость (4), получим
т

Формула изобретения

1. Способ оценки остаточного ресурса работы дизеля, включающий регистрацию величины наработки дизеля от начала эксплуатации или от капитального ремонта, определение величины параметра технического состояния дизеля, соответствующего зарегистрированной наработке, и определение остаточного ресурса по двум указанным величинам и по заданным номинальному и предельному значениям параметра технического состояния дизеля, отличающийся тем, что в качестве параметра технического состояния дизеля используют удельный расход топлива дизелем, величину которого, соответствующую зарегистрированной наработке, определяют косвенно по величине дымности отработавших газов дизеля, измеренной на максимальных холостых оборотах дизеля или в режиме максимальной мощности при номинальной частоте вращения коленчатого вала дизеля или в режиме свободного ускорения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину удельного расхода топлива определяют по зависимости.

q = K ·(N_t - N_н) + q_н,
где K - коэффициент, зависящий от типа двигателя и условий его эксплуатации;
N_t - измеренная дымность отработавших газов;
N_н - номинальное значение дымности отработавших газов;
q_н - номинальное значение удельного расхода топлива.