Задачи и метод технической диагностики. Основной задачей диагностирования инженерных объектов является определение их технического состояния. С ней связаны задачи сравнительной оценки текущего технического состояния с некоторым эталонным (полностью нормаль­ным, соответствующим номинальным паспортным характеристи­кам) и последующего заключения о допустимости дальнейшей эксплуатации объекта, сроках и режимах эксплуатации или о характере необходимого ремонта.

Операции технического диагностирования производятся без какого-либо демонтажа (разборки) объекта — это является прин­ципиальным признаком метода. В этом же заключается и смысл технической диагностики: правильное применение эффективной диагностической системы снизит число аварий и отказов и удлинит межремонтные периоды эксплуатации, обеспечивая наз­начение ремонтов по устанавливаемой фактической необходимости в них.

Метод технического диагностирования дизелей состоит в систе­матическом определении всех параметров, характеризующих ре­жим нагружения, внешние условия, применяемые топливо и ма­сла, протекание рабочего процесса, технического состояния нагруженных узлов и де­талей и функционирование обслуживающих систем. В отличие от автоматизированного контроля диагностической системы содержит в себе устройство для автоматизированного анализа всей собираемой информации по специально разработанному правилу.

Результат анализа выдается устройством в простом случае в виде сигнала о нормальном или ненормальном технического состояния дизеля. Более сложные системы отмечают причину ненормальности, степень ее аварийной опасности, допустимое время работы дизеля в теку­щем режиме нагружения.

Основное, что отличает диагностической системы от обычной системы автоматизиро­ванного технического контроля, — это высокий уровень оснаще­ния дизеля и его систем различного рода индикаторами (датчи­ками) как в количественном, так и в качественном отношениях. Важнейшей составной частью диагностической системы является устройство, собирающее и систематизирующее информацию о текущем техническом состоя­нии дизеля, а также сравнивающее ее с аналогичной информацией, соответствующей нормальной работе на сходном режиме нагруже­ния нового дизеля.

Номинальные (эталонные) значения параметров и их опреде­ленных совокупностей (корреляционных функций) должны быть определены с учетом возможного изменения внешних условий, применяемых сортов топлива и масел и режимов нагружения ди­зеля. Соответствующие изменения этих значений должны быть представлены в табличном или графическом виде и введены в па­мять анализирующего устройства диагностической системы.

Диагностическая система должна быть надежной по крайней мере в такой же степени, как и обслуживаемый ею объект. Основ­ными признаками надежности диагностической системы являются адекватность и устой­чивая воспроизводимость всех результатов ее действия. Ресурс надежной работы диагностической системы (или отдельных ее частей) может быть и зна­чительно меньшим, чем ресурс объекта. Значительный вклад в ин­струментальное обеспечение диагностической системы (индикаторы рабочего процесса и технического состояния дизелей) сделан специализированными западноевропейскими, особенно скандинавскими, фирмами (АСЕА, «Аутроника», «Норконтрол»).

Рассмотрим ряд контролирующих устройств, применяемых в судовой дизельной установки, которые могут войти составными частями в универсальные диагностической системы. Крутящий момент, передаваемый ГВ, измеряется торсиометром. Наиболее распространены торсиометры, непосредственно измеряющие угол закручивания вала ?_г, рад, на определенной его длине l. Угол закпучивания ?_l = 32lM_кр / (?d­^-1G). Для полого вала

где с = d / D,

Гребные валы характеризуются большим крутящим моментом и небольшой частотой вращения, малым допустимым напряжением (30·10⁶ Па). Поэтому они отличаются большим диаметром и ма­лым углом закручивания (около 30', т. е. около 0,01 рад на длине, равной десяти диаметрам вала). Для оценки абсолютного значе­ния крутящего момента, Н·м, должен быть известен модуль сдвига G, Па, материала вала: М_кр = ?_l GI_р/ l, где I_р =0,1 (D⁴ — d⁴) м⁴ — полярный момент инерции сечения гребного вала с внешним диаметром D и сверлением d на длине базы прибора l. Для валов из углеродистой стали можно принять G = (0,83?0,85) · 10⁵ МПа.

Тензорезисторы, измеряющие крутящий момент, наклеива­ются на поверхность вала под углом 45° к его образующей, т. е. вдоль действия главных нормальных напряжений. Два тензорези- стора наклеиваются на одной стороне вала, а два других — на противоположной. Обычно используется мостовая схема их соеди­нения, в которой два тензорезистора под действием крутящего момента будут растягиваться, а два других сжиматься, в резуль­тате появится выходной сигнал с мостовой схемы. Тензорезисторы должны иметь одинаковые сопротивления и чувствительность. Иногда в датчиках крутящего момента применяются фотоэлектри­ческие, индуктивные, трансформаторные преобразователи и гене­раторы переменного тока.

В меньшей степени отработаны торсиометры, оценивающие крутящий момент по изменению магнитной проницаемости мате­риала вала в связи с изменением в нем напряжений кручения. Последние на поверхности вала в упругой области его нагружения пропорциональны крутящему моменту, Па, ? = М_крD/(2l_р). Торсиометры с магнитострикционными датчиками менее устой­чивы и надежны в эксплуатации.

Частота вращения гребного вала или коленча­того вала дизеля n_с, об/с, измеряется тахометром. Эффективная мощность на валу, кВт, N_е = 2?n_сМ_кр· 10^-3. Нормальная длительная работа дизеля за­висит от напряженно-деформированного и теплового состояния ответственных деталей и степени износа поверхностей трения в них.

Тензометрирование как средство измерения температурных деформаций в настоящее время не освоено до уровня широкого распространения в технической эксплуатации судовой дизельной установки. Измерение температуры рабочих тел и деталей, в том числе и наиболее нагре­тых деталей (ЦПГ), обычно производится с помощью термопар (хромель — копель, хромель — алюмель, медь — константан и т. п.) с использованием серийной усиливающей и регистриру­ющей электронной аппаратуры (КСП-4, Ф-30 и др.).

С помощью термодатчиков можно регистрировать не только степень нагретости деталей, но и состояние поршневых колец. Для этого две-три термопары заделываются в одном круговом по­ясе на определенной высоте цилиндровой втулки и на расстоянии 2—4 мм от ее внутренней поверхности. Целесообразно термопары располагать в поясе между первым и вторым поршневыми коль­цами при положении поршня в ВМТ. При прохождении замка первого кольца по образующей с термопарой последняя показы­вает повышенную температуру. Перемещение такого «горба» температуры на бумаге самописца (рис. 4.35, а) указывает на подвижность кольца, отсутствие такого перемещения — на зале­гание кольца (рис. 4.35, б, в). Заметное искажение обычной формы термограмм свидетельствует о поломке кольца. В связи с этим описанный простой комплект термопар можно рассматри­вать как вполне надежное диагностическое устройство, эле­мент диагностической системы. В меньшей степени отработаны датчики износа (задира) цилиндровой втулки (скаффинг-датчики).

Электроизмерительное устройство К-748 предназначено для использования в составе системы контроля и диагностики дистанционного управления по параметрам рабочего процесса в условиях эксплуатации. Устройство рассчитано для работы с двумя дизелями, имеет входы для подключения двух измерительных преобразователей давле­ния газа в цилиндре дизеля, двух измерительных преобразова­телей давления наддувочного воздуха и двух датчиков угла ПКВ.

Устройство К-748 контролирует следующие параметры: р_z, р_ц в точке 36° ПКВ после ВМТ, р_ц в точке 12° ПКВ до ВМТ, максимальное значение ?p/??, МПа/град.; р_i, ?_рz, °ПКВ, при р_{ц max}, р_s, n. Устройство дает возможность оценить качество протекания рабочего процесса в цилиндрах, определить нагру­зочный режим работы дизеля путем расчета его N_i по р_i в каж­дом цилиндре и частоте вращения вала, а также выявить отличия в работе отдельных цилиндров, оценить ТС газовоздушного тракта дизеля, ТА и выявить неплотность камеры сгорания.