На судах зарубеж­ной постройки в последнее время применяются различные системы диагностики. Рассмотрим основные из них.

Система СЕDС фирмы «Зульцер» (Швейцария) предназначена для диагностирования: ЦПГ, ТА, ТК, ВО. Эта система установлена на дизелях типа 6RND-90 теплохода «Вилли де Страсбург» (Франция). Диагностической системы на базе мини-ЭВМ анализирует текущие параметры дизеля и его ТС. При изменении рабочих диагностических параметров производится анализ тенденций их изменения во времени и устанавливается необходимый срок пере­борки узла. Поломка детали (узла) предупреждается сигнализа­цией о достижении предельного значения параметра. Таким образом, каждый раз производятся только те работы, которые необходимы для поддержания характеристик дизеля на опти­мальном уровне.

Диагностической системы состоит из трех основных частей: датчиков и преобразова­телей сигналов, установленных на дизеле или в непосредствен­ной близости к нему; центрального обрабатывающего и регистри­рующего устройства, размещенного в центральном пульте управления или в специальном помещении; средств связи человек — машина, находящихся в центральном пульте управления. Сигналы передаются в цифровом виде.

Термическая нагрузка цилиндра измеряется термодатчиками, установленными в крышке цилиндра (2 шт.), верхней части втулки (4 шт.) и в нижней части втулки со стороны выпуска (1 шт.) на глубине около 6 мм от рабочей поверхности. Четыре термодат­чика в верхней части втулки позволяют определить несимме­тричность процесса сгорания, вращение и вибрацию поршневых колец, а также зафиксировать сухое трение, которое отмечает в основном датчик в нижней части втулки.

Работа поршневых колец контролируется двумя дополнительными датчиками, расположенными в верхней части втулки. Эти датчики определяют плотность прилегания колец ко втулке в момент прохождения кольцом места установки датчика и тем самым фиксируют потерю подвижности и поломку колец; при отсутствии кольца в ручье (поломка кольца) величина сигнала падает менее чем на 25 %.

При анализе процесса сгорания характерные точки процесса (р_с, р_ц и др.) сравниваются с усредненными значениями за не­сколько циклов и с интервалом 30 с полученные данные подаются на печатающее устройство. Предупредительный сигнал в системе вырабатывается не по абсолютной, а по относительной величине параметра, которая сохраняется в памяти ЭВМ, а также на маг­нитной ленте.

Система СИПВА фирмы «Зульцер» обеспечивает непрерывное измерение и регистрацию величины износа верх­него поршневого кольца дизеля, а также отмечает вращение колец или его отсутствие. Датчики — индуктивные. Верхние поршне­вые кольца главного двигателя специальной конструкции. Датчики устанавли­ваются в сквозных сверлениях втулки заподлицо с ее рабочей поверхностью.

Вычислительное устройство по определенным программам оценивает общее ТС дизеля и остаточный ресурс деталей ЦПГ, рекомендует время очередного профилактического обслуживания. диагностической системы может быть соединена со штатными системами управления и регулирования — регулятором «Вудвард», системой регулиро­вания циркуляционной и цилиндровой смазки и принимать учас­тие в общем процессе автоматического регулирования режима работы дизеля, вплоть до аварийной остановки его в случае опасного выхода за норму каких-либо контролируемых пара­метров, в том числе в системах подготовки топлива и масла, ох­лаждения и т. п.

Система СС - 10 фирмы «Бурмейстер и Вайн» была установлена на дизеле 5ДКРН 62/140-3 теплохода «Алек­сандр Прокофьев». Опытная эксплуатация показала малую ее эффективность и низкую надежность. Диагностической системы диагностируются: турбокомпрессор, топливная аппаратура, цилиндропоршневая группа, воздухоохладители, охладители пресной воды и смазоч­ного масла, насосы, вспомогательные системы главного двигателя.

Система «Дата Тренд» фирмы «Норконтрол» (Норвегия) предназначена для диагностирования дизелей фирмы «Бурмейстер и Вайн», «Зульцер» и MAN. Диаг­ностируются узлы: ЦПГ, ТА, ТК., ВО, охладители пресной воды и смазочного масла, корпус судна (обрастание). Установлена на танкере «Турхольм» (Норвегия) в 1973 г. Для диагностики ци­линдра используются датчик температуры,, установленный в крышке; два датчика температуры, установленные в верхней части втулки цилиндра (точка измерения на расстоянии 7 мм от внутренней поверхности); два датчика функционирования поршне­вых колец; датчик давления сгорания в цилиндре, датчик Р_{т. ф}.

Система DETS фирмы «Норконтрол» (Норвегия) представляет собой измерительный комплекс, дающий информацию о системе впрыска топлива и процесса сгорания в ди­зеле в виде распечатанных значений параметров и графиков. Система использует два датчика (давления впрыска топлива и давления в цилиндре) пьезоэлектрического типа. Два магнитных датчика дают информацию об угле ПКВ и частоте вращения. Дополнительно устанавливается датчик давления продувочного воздуха. Регистрируются следующие характерные параметры: p_i, p_c, p_z давление расширения в точке 40° после ВМТ, момент максимального давления, град, ПКВ; разность между наиболь­шим и наименьшим значениями p_i в течение пяти ходов поршня. Для зрительной оценки строится диаграмма давления сжатия в зоне ВМТ и кривая давления впрыска.

Система «Силдет - СМ» фирмы АСЕА (Швеция) диагностирует ЦПГ малооборотным дизелем фирм «Зульцер», «Бурмейстер и Вайн», MAN. Система установлена на дизеле 6RD-56 фирмы «Зульцер» теплохода «Профессор Щеголев», на танкерах «Ашха­бад», «Туапсе», «Липецк». Система диагностирует ЦПГ малооборотным дизелем фирм «Зульцер», MAN, «Бурмейстер и Вайн» и контролирует сле­дующие параметры: температуру поверхности втулки на глубине 3 мм и температуру стенки втулки на глубине 10 мм; зазор между поршневыми кольцами и цилиндровой втулкой; износ цилиндро­вой втулки. Датчики давления газов в цилиндре типа «Силдет- 1800», температуры «Силдет Скафф», износа «Силдет Веар». В си­стеме могут использоваться индуктивные датчики плотности прилегания поршневых колец фирмы «Аутроника». Показания выводятся на осциллограф.

Система «Силдет - Мип» фирмы АСЕА (Швеция) обеспечивает непрерывный контроль давления в каждом цилиндре двух- и четырехтактного малооборотным дизелем и среднеоборотным дизелем теплоходов «Про­фессор Щеголев», «Туапсе», «Ашхабад», «Липецк». Диагностической системы может контролировать работу 40 цилиндров. Давление измеряется непрерывно с помощью датчика «Пресс Дактор», имеются датчики измерения n, ?_кв. Измеряются следующие параметры главного двигателя: p_i, N_i, n_ГД, p_z, p_c, ?_т (угол вспышки топлива в цилиндре). Инфор­мация представляется на цифровом дисплее, аналоговая — на осциллографе. На экране осциллографа отображаются две зави­симости: изменение давления в цилиндре в функции от угла ПКВ на ±50° ПКВ от ВМТ и изменение давления в функции времени. Вычисляемые значения параметров являются средними по 10 рабочим циклам цилиндра.

Система «ТК-Унит» фирмы АСЕА (Швеция) предназначена для дизелей «Бурмейстер и Вайн» с большим диа­метром цилиндра. Диагностической системы включает следующие датчики: зазора поршневых колец, износа втулки (тонкопленочный термостойкий резистор), температуры втулки (термопара), определения состоя­ния смазки цилиндра (термопара заподлицо с внутренней рабочей поверхностью втулки), понижения давления на входе компрес­сора, давления газов в цилиндре (устанавливается на индикатор­ных кранах каждого цилиндра). Блок отображения — несколько рядов светодиодов цифрового дисплея и кнопок для выбора па­раметров.

Система РЕD фирмы «Пилстик» (Франция) впервые была установлена на дизеле 18РС2-5V теплохода «Ренор». Системой диагностируются среднеоборотным дизелем фирмы «СЕМТ-Пилстик» серий РС-2, РС-3, РС-4. Диагностической системы контролирует состояние рамовых подшип­ников коленча­того вала и верхнего поршневого кольца, агрегатов ТК. Диагностической системы измеряет следующие параметры работы ТК: t и р за ВО, t_охл. в на входе в ВО, р_к за ТК, положение реек ТНВД, n_тк, вибрацию подшипников ТК с выдачей предупредительных сигналов при повышенной вибрации с помощью датчика состояния подшип­ников (бесконтактного датчика перемещения). В теле подшип­ника и его вкладышах делается вертикальное отверстие. Датчик дает возможность выявить нарушения центровки коленча­того вала. Состояние верхнего кольца контролируется индуктивным датчиком «Нипп» фирмы «Виброметр».

Система «Виброметр» фирмы «Виброметр» (Швейцария) диагностирует следующие узлы:   ЦПГ, системы впрыска топлива, ТК, поршневые кольца. Диагностической системы испыты­валась на двух- и четырехтактных малооборотным дизелем, среднеоборотным дизелем и высокооборотный дизель. Диагностической системы контро­лирует следующие узлы дизеля: поршень (появление стуков, задиры); клапаны, детали клапанных приводов (РВ, коромысло и т. д.) ТНВД; подшипники (износ), а также такие параметры, как частоту и направление вращения коленча­того вала, р_z и характеристики впрыска. Диагностической системы использует пьезоэлектрические датчики, которые собирают информацию об акустических сигналах, после обработки которых делается вывод о нормальном или анормальном состоя­нии узлов. Пьезоэлектрическая система оценки звуковых волн «Нисс» включает пьезоэлектрический акселерометр, который об­наруживает разбаланс ротора и износ подшипников ТК. Состоя­ния поршневых колец контролируются при помощи датчика «Нипп». Информация представляется на дисплей.

Система «Нипп - Монитор» фирмы «Вибро­метр» (Швейцария) контролирует состояние поршне­вых колец малооборотным дизелем, среднеоборотным дизелем и высокооборотный дизель. Система установлена на дизеле RND-90M. Система использует переносные индуктивные датчики, распространяющие магнитные измерительные поля через стенки толщиной 5—7 мм. Датчик устанавливается в отверстие стенки цилиндра. Информация представляется на осциллограф.

Система фирмы «MAN и Сименс» (ФРГ) пред­назначена для диагностирования ЦПГ малооборотным дизелем типа KZ фирмы MAN. Система установлена на дизеле V 65/65 фирмы MAN. Для измерения давления газов используются пьезоэлектрические или магнитострикционные датчики. Контроль поршневых колец обес­печивается с помощью термопар, размещенных в глухих сверле­ниях, и индуктивных датчиков, заподлицо установленных во втулке цилиндра. Диагностической системы включает осциллограф, дисплей, печатающее устройство (раз в сутки производит запись в протокол диагности­рования), контролирует параметры: t_s, p_s, G_т, n, t_{ст. вт}, t_{ст. кр}, а также вибрацию ТК, работу поршневых колец, процессы газо­обмена и продувки рабочего цилиндра дизеля.

Система DMTAS-1000 предназначена для диагностиро­вания ЦПГ и ТА МОД. Диагностической системы фиксирует поломку поршневых ко­лец, утечку топлива в систему охлаждения форсунок, трещины топливных трубопроводов, чрезмерный износ PB, трещины в ци­линдровых крышках, задиры в цилиндровых втулках.

Система CP_s-360 фирмы CTL (Дания) устано­влена на дизелях 14ZV40/48 судов типа «Норильск». Система предназначена для среднеоборотным дизелем и малооборотным дизелем фирмы «Зульцер». Системой вычисляются следующие параметры: p_i, n_гд, р_z, p_c, p_г.ц через 36° ПКВ после ВМТ, угол до p_{z max}. В системе используется переносной датчик давления пьезоэлектрического типа. Выход­ная информация выводится на дисплее (На светодиодах) или по­дается на вход самописца.

Система МЕКОМ фирмы «Статроник» (Нор­вегия) предназначена для дизелей, турбин, котлов, ею реги­стрируются следующие параметры: уровень вибрации механиз­мов, температуры подшипников турбин, втулок цилиндров, t_s, t_r, давление в различных точках газовоздушного тракта.

Система МЕДИАГ-22 фирмы «Сименс» (ФРГ) контролирует ЦПГ, ТА и ТК- В системе непосредственно измеряются p_z, р_т впрыска, p_s. Информация выводится на печат­ное устройство и дисплей.

Система MI-1 фирмы «Аутроника» (Норве­гия) установлена на дизеле 6RD-76 (фирма «Зульцер») тепло­хода «Новозыбков» и предназначена для диагностики деталей ЦПГ (цилиндровых втулок и крышек) больших малооборотным дизелем. Диагностической системы является анализатором теплового состояния. Датчики (термопары) располагаются во втулках (2 шт.) и крышках (1 шт.) каждого цилиндра. Диагностической системы вычисляет средние значения t во времени в каж­дой точке измерения с интервалом 4 ч.

По эксплуатационным параметрам работы малооборотным дизелем (р_i, n, t_s, р_s) определяется температура фланца втулки и 1-го поршневого кольца в ВМТ графическим путем t_э = f (р_i, n, t_s, р_s) (рис. 4.36).

Однако определяющим показателем действительного состояния деталей ЦПГ является ее непосредственно измеренная темпера­тура t_д. Датчики осуществляют дистанционное измерение тем­пературы в каждой точке, включение АПС в случае достижения заданного установкой значения и вычисление среднего значения температуры в течение заданного периода (длительностью до 4 ч) для каждой точки.

С учетом действительной t_д и эталонной температур t_э вычисленных расчетным путем по номограмме, строится график ?t = f(?), где ?t = t_д — t_э. Путем экстраполяции построенной кривой ?t = f(?), и нахождения точки ее пересечения с ограни­чительной линией ?t_пред осуществляется прогнозирование сро­ков моточистки. В качестве датчика температуры использована хромель-алюмелевая термопара, сваренная на конце материалом наружного протектора (хромоникелевая сталь с присадкой ти­тана). Датчики температуры втулки рассчитаны на диапазон О—300 °С, а измерители температуры крышки цилиндра на диа­пазон 0—600 °С. Отверстия во втулке и крышке цилиндра имеют диаметр 3,3—4 мм и заканчиваются примерно в 7 мм от внут­ренней поверхности втулки или крышки. Конец датчика упи­рается в дно отверстия под действием пружины. На выходе уси­лителя генерируется ток 0—5 мА в зависимости от измеряемой температуры.

Диагностической системы контролирует изменение давления в цилиндрах в зависи­мости от времени, угла ПКВ или хода поршня. Диаграмма р_ц = f (?_пкв) изображается на экране осциллоскопа и вводится в память ЭВМ для последующего анализа, в процессе которого устанавливаются величины р_i, р_с, р_z, угол ПКВ, которому соответствует максимальное давление в цилиндре. Значения этих параметров, а также других параметров, имеющих отношение к рабочему процессу (давление и температура продувочного воз­духа, частота вращения коленча­того вала), выводятся или могут быть вызваны на дисплей (табло) устройства. Так работает прибор NК-2, вхо­дящий в диагностической системы фирмы «Аутроника» (Норвегия), АСЕА (Швеция) и др.

В комплект диагностической системы фирмы «Аутроника» входит также прибор НР-1, показывающий относительное ТС поршневых колец. Его датчики, устанавливаемые в цилиндровую втулку, измеряют зазор (толщину масляной пленки) между зеркалом цилиндра и кольцами. По форме сигнала от датчика во время прохождения мимо него кольца судят о его рабочем состоянии и о наличии нормальной масляной пленки на зеркале цилиндра. Диагностической системы устано­влена на дизелях 6RD-76 теплохода «Новогрудок» и на дизе­лях 6RND-90 теплохода «Жак Дюкло». Диагностической системы выдает полную диаг­ностическую информацию, но не решает задачи по прогнозирова­нию ТО главного двигателя. Диагностической системы использует индуктивные датчики.

Системы НК-3, НК-3а, НК-4, НК-11 фирмы «Ау­троника» (Норвегия) контролируют ДПГ малооборотным дизелем и среднеоборотным дизелем; системы устанавливаются на дизелях 16ZV 40/48, 18U50HU и т. д. Предполагается использование диагностической системы для оперативного кон­троля за рабочим процессом главного двигателя, особенно среднеоборотным дизелем, не имеющих индикаторного привода.

Диагностической системы использует три переносных датчика давления в цилиндре,p_{т. ф}, р_s, переставляемых с цилиндра на цилиндр. В системе НК-ЗА вычисляются параметры: р_i n, р_z, р_с, р_ц на угле 36° ПКВ после ВМТ, р_s, ?_pz от ВМТ. В диагностической системы НК-4 дополнительно опреде­ляются параметры: р_{т mах} впрыска и в момент открытия иглы фор­сунки, угол до р_{т mах}. Эти значения сравниваются с эталонными параметрами. Система НК-11 является индикатором максималь­ного давления сгорания. Переносной датчик системы НК-11 устанавливается на индикаторный кран. Значения усредняются по восьми циклам, возможно подключение осциллографа.

Учитывая низкую информативность температурного датчика крышки цилиндра, для некоторых дизелей 8RND-90 фирмы «Зульцер» целесообразно использовать его для контроля теплового состояния тронка по температуре нижней неохлаждаемой части втулки со стороны выпуска.

Датчики температуры втулки устанавливаются на одной вертикали с датчиками контроля состояния поршневых колец. Это позволяет при срабатывании АПС проверить, не вызвано ли повышение температуры втулки прохождением замков первого или второго кольца через плоскость установки датчиков. В про­тивном случае повышение температуры связано с ухудшением ТС колец.

Системы «Комос -D1, -D2, -D3, -D4» фирмы МН1 (Япония), использующие электроннолучевую трубку и си­стему диалога с главного двигателя, предназначены для диагностирования главного двигателя и вспомогательного дизеля. Измеряемые значения сравниваются с эталонными, хра­нящимися в памяти ЭВМ.

Система «Комос -D2» объединяет функции системы центра­лизованного контроля и диагностической системы для дизельной энергетических установок с малооборотным дизелем типа 8RND-68М (N_е = 11,2 МВт, n = 150 об/мин) компании «МН1 — Зульцер». Система «Комос-D2» имеет два центральных блока обработки данных, в каждом из которых использован 16-битовый микропроцессор. В системе используются датчики с аналого­выми и дискретными выходами, которые осуществляют высоко­скоростное обегание контролируемых точек, аналого-цифровое преобразование и другие операции но предварительной обработке исходной информации и их подготовке к вводу в микропроцес­соры. Использованы дисплеи с ЭЛТ размером 35,6 см по диаго­нали. Кроме того, диагностической системы предусматривает измерение каждого из контролируемых параметров с индикацией их значений на циф­ровом дисплее, периодическую регистрацию параметров, выра­ботку АПС при достижении параметрами предельных значений и регистрацию этих сигналов с помощью дополнительного регист­рирующего устройства (на магнитной ленте или на твердом носителе). Перечень контролируемых параметров главного двигателя соответ­ствует требованиям для высокоавтоматизированных судов, рабо­тающих без постоянной вахты в машинном отделении (табл. 4.7).

Принцип диагностирования в системе «Комос-D2» заключается в сопоставлении измеренных значений параметров, приведенных к определенным «нормальным» окружающим условиям, со зна­чениями, полученными во время испытаний этого дизеля в начале эксплуатации при той же нагрузке и занесенными в память си­стемы. Разность между этими значениями параметров исполь­зуется в качестве диагностического параметра. Кроме того, в системе предусмотрено определение ТС основных элементов ди­зеля для проведения экипажем в оптимальные сроки ТО, причем получают графики долгосрочные (до 20 000 ч наработки) и крат­косрочное (до 1000 ч). При работе дизеля с нагрузкой менее 50 % или с переменными нагрузками измерение диагностических параметров не производится. При проведении очередного ТО одного из элементов дизеля соответствующий контур устанавли­вается в исходное (нулевое) положение.

Для измерения давления в цилиндрах в функции угла ПКВ используется магнитострикционный датчик давления фирмы АSEА, не требующий принудительного охлаждения. Датчик пе­реносится с одного цилиндра на другой, измерения продол­жаются в течение пяти последовательных рабочих циклов (зна­чения давления отсчитываются через каждые 2° ПКВ). Общая картина состояния энергетических установок представляется в виде круговых диаграмм (рис. 4.37), которые состоят из трех концентрических окруж­ностей: средняя соответствует нормальному значению параме­тров, а две другие — отклонениям значений в сторону повыше­ния или понижения.

При отклонении параметров от нормального значения в диаграмме появляются искажения; чем больше откло­нение, тем сильнее искажение. Одноименные параметры, изме­ряемые в различных цилиндрах, изображаются в виде гисто­грамм (рис. 4.38).

Основой метода вибрационной диагностики является сравне­ние текущего ТС с эталонным (номинальным), осуществляемое сопоставлением некоторых характеристик вибрации механизмов в сравниваемых состояниях.

Электромагнитный метод диагностирования деталей топливной аппаратуры  основан на методе контроля магнитных свойств материала работающей детали и сравнении их с эталоном. Метод позволяет регистрировать скоростные характеристики нагнета­тельного клапана, подвижных деталей форсунок и деталей; топливо­подкачивающего насоса. Диагностирование осуществляется на работающем дизеле без разборки топливной аппаратуры, что исключает любое вме­шательство в нормальную работу топливной аппаратуры. Метод основан на регистра­ции изменяющегося магнитного потока в предварительно намаг­ниченных деталях диагностируемого узла.

Оптические методы для диагностирования дизелей в настоящее время находятся в стадии исследований и отличаются информа­тивностью, безынерционностью, бесконтактностью с исследуемым процессом и стабильностью метрологических характеристик. Эти методы основаны на использовании свойств волоконной оптики, т. е. передачи видимых изображений и светового потока с помощью тонких оптически изолированных волокон, изготовленных из прозрачных материалов (стекольных, полимерных, сапфировых и рубиновых волокон, кристалловолокон).

Физический принцип работы световода базируется на явлении полного внутреннего отражения света на границе двух сред с различными значениями показателей преломления. Световоды переносят изображение, но сами его не формируют, в связи с чем для передачи изображения на вход и снятия его с выхода тре­буются специальные устройства.

Современные гибкие волоконнооптические эндоскопы имеют в своем составе осветительную и наблюдательную системы, меха­низм дистанционного управления изгибом воспринимающего конца световода и устрой­ство для фото- и кинорегистрации изображения или его теле­передачи. Инфракрасные световоды применяются для бескон­тактного измерения температуры деталей. Волоконная оптика позволяет проводить дефектацию визуально в труднодоступных полостях, контроль степени и характера коррозионного пораже­ния металла, наличия трещин, механических повреждений по­верхностей, дистанционный контроль уровня жидкости во время эксплуатации энергетических установок.