Метод аналитической синхронизации данных мониторинга рабочего процесса транспортных дизелей в эксплуатации

Abstract

Задача аналитической синхронизации данных мониторинга рабочего процесса является базовой при решении общей проблемы параметрической диагностики транспортных двигателей в режиме эксплуатации. Эта задача актуальна для диагностики всех видов транспорта (авиационного, железнодорожного, морского, и.т.д.). Недостаточная точность решения задачи синхронизации является причиной значительных ошибок в определении мощности и расхода топлива, а также ошибок в диагностике основных узлов и систем двигателя. Расчет индикаторной и эффективной мощности транспортных дизелей необходим не только для диагностики и контроля технического состояния. Точный расчет мощности также важен для определения показателей энергоэффективности, согласно требованиям Международной морской организации. Задачей аналитической синхронизации считается перевод данных мониторинга рабочего процесса, полученных при индицировании двигателя, из функций времени в функции по углу поворота коленчатого вала. Наибольшее влияние на точность решения задачи синхронизации оказывает погрешность определения координаты верхней мертвой точки (ВМТ) поршня. Метод базируется на использовании трех последовательных этапов определения ВМТ: линейного, синусоидального и метода решения уравнения P’=0 (равенства нулю первой производной сигнала давления на участке сжатия от закрытия впускных клапанов до момента начала сгорания в цилиндре). Применение трех последовательных этапов обеспечивает определение координаты ВМТ с абсолютной погрешностью 0,1 ... 0,3 градуса коленчатого вала. Такая точность обеспечивает расчет мощности и других параметров рабочего процесса с максимальной относительной погрешностью менее 2,5 %, что соответствует требованиям классификационных обществ. Для переносных систем мониторинга рабочего процесса морских дизелей предлагаемый метод аналитического определения ВМТ и последующей синхронизации данных дает ряд преимуществ. Во-первых, уменьшается количество датчиков и кабелей при индицировании, что снижает вероятность сбоев и ошибок. Во-вторых, автоматически учитываются смещения ВМТ за счет разных факторов во время эксплуатации. Автоматически учитывается влияние канала индикаторного крана. Погрешность метода аналитического определения ВМТ и последующей синхронизации индикаторных диаграмм значительно меньше, чем при аппаратном методе определения. Также отсутствует необходимость предварительной подготовки двигателя. An analytical synchronization for data of the transport diesel engines working process is a key issue of this publication. Of particular importance is that workflow data refers to engines in use. The lack of accuracy in determining the current characteristics of the working process is the cause of a significant error in determining power, fuel consumption, errors in monitoring the operation of engine systems, and its diagnosis. Calculation of the effective power of marine diesel engines is necessary not only to control the workflow and diagnose problems. It is also important for energy efficiency management as part of the Ship Energy Efficiency Management Plan (SEEMP). The task of analytical synchronization is formulated as the transfer of data of a function by time to a function by the angle of rotation of the crankshaft. In this case, it becomes possible to determine the top dead center (TDC) most correctly. As the basis of the method of analytical data synchronization for determining TDC coordinates, it is proposed to use the sequential execution of three stages: linear, sinusoidal, and differential (compression pressure’s first derivative is equal to zero). In addition, refinements have been made to linear and sinusoidal synchronization algorithms. They differ from their existing counterparts in using detailed restrictions. This allows one to have a further reduction of the error in TDC determining to a range of 0.1 ... 0.3 degrees of the crankshaft rotation. Also, this ensures the accuracy of the indicated power calculation and other basic workflow parameters with a maximum relative error of up to 2.5%. Obviously, such high accuracy allows avoiding diagnostic errors as much as possible, predicting the engine load, performing more exact calculations of parameters and characteristics, and taking measures to achieve higher energy efficiency and economy. Undoubtedly, this helps to increase the efficiency of both transport engines in general and marine engines in particular.