ВИБРОДИАГНОСТИКА судовых дизелей по крутильным колебаниям валопровода

На правах рукописи ДО ДЫК ЛЫУ ВИБРОДИАГНОСТИКА СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПО КРУТИЛЬНЫМ КОЛЕБАНИЯМ ВАЛОПРОВОДА Специальность 05.08.05 – Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктор технических наук Санкт-Петербург – 2006 -2Работа выполнена в Государственной Морской Академии имени адмирала С.О Макарова Научный консультант: доктор технических наук, профессор Михайлов Владимир Евгеньевич Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Денисенко Николай Иванович, доктор технических наук, профессор Академик РАТ Климов Евгений Николаевич, доктор технических наук, профессор Академик МАНЭБ Шаров Геннадий Иванович Ведущая организация: ЗАО Центральный Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт Морского флота (ЦНИИМФ) Защита диссертации состоится «21» декабря 2006 года в 14 час 30 мин на заседании Диссертационного совета Д 223.002.02 при Государственной Морской Академии имени адмирала С.О Макарова по адресу: 199106, СанктПетербург, ул 21линия, д.14, СМФ, аудитория №21 Телефакс (812)3213680 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии имени адмирала С.О Макарова Автореферат разослан «10» ноября 2006 года Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Петухов В.А -3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы Мощные многоцилиндровые двигатели внутреннего сгорания – основные главные и вспомогательные двигатели современных морских судов Обеспечение безопасности, высокой надежности и эффективности являются основными целями эксплуатации объектов Диагностика – начинающая и определяющая составные части проблемы безопасности и эффективности технической эксплуатации Главное назначение современного диагностирования состоит в непрерывном автоматическом контроле технического состояния объекта, своевременном обнаружении отклонений контролируемых параметров от нормативных значений, идентификации и локализации дефектов, выработке стратегии последующих действий и прогнозировании ресурса Система автоматического контроля и диагностирования (САКД) создается на базе новейших информационно-вычислительных средств, программная часть которых опирается на фундаментальные и прикладные математические методы САКД позволяет непрерывно следить техническое состояние судового двигателя внутреннего сгорания (СДВС) и давать рекомендации о дальнейшей эксплуатации В частности, если результаты диагностирования показывают, что объект приближается к аварийной ситуации, то должно быть принято решение о прекращении его эксплуатации или о переходе на облеченный режим с одновременным принятием мер, обеспечивающих безопасность Для повышения уровня автоматизации контроля и диагностирования неравномерности работы судовых дизелей предложена новая методология, в которой общее свойство «неравномерность» оценивается обобщенными информативными диагностическими характеристиками крутильных колебаний Таким образом, актуальной являются разработка методов и технических средств автоматического контроля и диагностирования судовых дизелей (своевременное обнаружение неисправностей, локализация неисправностей основных узлов и агрегатов) и также прогнозирования ресурса состояния СДВС Цели и задачи работы Главная цель диссертации – создание современной САКД судовых дизелей Одновременное комплексное -4диагностирование объекта в целом и поэлементное диагностирование основных узлов дизелей Разработка и усовершенствование методов диагностирования для САКД по виброакустическим сигналам (ВАС), повышение эффективности и безопасности технической эксплуатации Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи: Разработка математического и программного обеспечения функционирования САКД судовых дизелей по ВАС Математическое моделирование аналитического диагностирования по крутильным колебаниям валопровода Численное моделирование диагностирования судовых дизелей по текущему крутящему моменту и мгновенной частоте вращения коленчатого вала (ЧВКВ) Адаптация теории распознавания образов к диагностированию в многомерном пространстве (МП) диагностических признаков (ДП) ВАС Разработка математических моделей сил и крутящих моментов цилиндров СДВС и гребного винта в динамическом процессе функционирования пропульсивного комплекса Методика прогнозирования технического состояния судовых дизелей по ВАС для построения САКД Применение методов комплексного и поэлементного диагностирования к построению математического обеспечения САКД Постановка натурных и численных модельных экспериментов для подтверждения достоверности теоретических разработок Разработка прикладных методов расчета крутильных колебаний валопровода СДВС на эксплуатационных нормальных, и аварийных режимах 10 Создание алгоритма оптимизации режима работы судового пропульсивного комплекса с применением методов и САКД 11 Предложения по реализации системы мониторинга состояния судовых дизелей и технических средств судна на основе современных технологий электроники и информатики путем подключения к Интернет-сети и морской связи Инмарсат Методы исследований Для решения поставленных целей и задач исследования опираются на современные достижения во многих областях знаний: теория ДВС, опыт эксплуатации судовых силовых установок, теория колебаний, теория механизмов и машин, техническая диагностика, теория -5распознавания образов, теория информации, теория моделирования технических систем, вычисленная математика, технология электроники и информации, теория планирования эксперимента и др Область использования результатов работы Техническая эксплуатация судовых энергетических установок, средства автоматического контроля и диагностирования, судостроение, судоремонт, двигателестроение, научно-исследовательская работа, учебный процесс морских учебных заведений Научная новизна Создана новая структурно-функциональная модель диагностирования судовых дизелей по крутильным колебаниям валопровода Разработана методика аналитического диагностирования и прогнозирования технического состояния СДВС Впервые получены математические модели сил и крутящих моментов в качестве эталонных для прототипа диагностируемого дизеля Получены аналитические модели для диагностирования и прогнозирования состояний судовых дизелей по текущему моменту двигателя и по мгновенной ЧВКВ Впервые применена теория планирования эксперимента в численном диагностировании судовых дизелей по крутильным колебаниям Определена аналогия решения статистических задач для диагностирования в одномерном и многомерном пространстве (МП) диагностических признаков (ДП) В одномерном пространстве отдельного признака - дисперсионным анализом, а в МП ДП – многомерным дискриминантным анализом F– статистики (распределение Фишера) Разработано математическое обеспечение диагностирования в МП ДП крутильных колебаний с применением методов теории распознавания образов Предложена структурная блок-схема современной системы САКД судовых дизелей Впервые разработаны прикладные алгоритмы расчета крутильных колебаний валопровода на эксплуатационных нормальных и аварийных режимах 10 Получены модели текущих состояний элементов судовых пропульсивных комплексов для определения оптимального режима работы Достоверность и обоснованность научных положений работы -6обусловливается:  использованием фундаментальных уравнений динамики СДВС, математического анализа, теории обработки сигналов, теории распознавания образов, математической теории моделирования, теории планирования эксперимента, вычислительной математики, теории ДВС, опытом эксплуатации судовых дизельных пропульсивных комплексов  подтверждением результатов теоретических исследований экспертными заключениями, натурными и числено-модельными экспериментами;  применением современных технологий электроники и информатики На защиту выносятся: 1) усовершенствованный метод аналитического диагностирования и прогнозирования по ВАС; 2) новые формулы и понятия, введенные автором по результатам теоретических исследований; 3) общая структурно-функциональная модель комплексного диагностирования СДВС; 4) аналитические модели для диагностирования объектов по крутильным колебаниям валопровода; 5) регрессионные модели численного диагностирования; 6) математическое обеспечение ВАД судовых дизелей с применением теории распознавания образов; ВАД– вибро-/виброакустическая диагностика; 7) комплексные модели прогнозирования судовых дизелей по текущему двигательному моменту и мгновенной ЧВКВ; 8) оригинальные блок-схемы современных САКД; 9) алгоритм расчета крутильных колебаний валопровода на эксплуатационных нормальных и аварийных режимах; 10) методика оптимизации режима работы главного судового пропульсивного комплекса Практическая значимость работы Повышение безопасности и эффективности технической эксплуатации судовых пропульсивных комплексов путем применения систем САКД состояний СДВС, корпуса и винта Прикладное использование усовершенствованных методов и алгоритмов расчета крутильных колебаний валопровода Выбор оптимального режима совместной работы элементов комплекса Результаты и рекомендации, полученные при выполнении -7диссертационной работы, внедрены в практику судостроительных и судоремонтных заводов Российской Федерации, Республики Болгария и Социалистической Республики Вьетнам В научно-исследовательских институтах Вьетнама используется новая методика, разработанная автором, расчета крутильных колебаний валопровода Результаты работы нашли применение в учебном процессе ГМА имени адмирала С.О.Макарова и Морского технического университета Вьетнама при подготовке бакалавров и дипломированных специалистов специальностей «Эксплуатация судовых энергетических установок», «Судовые энергетические установки», «Приборостроение» и «Математическое обеспечение экспериментов» Личный вклад автора В диссертацию включены только результаты исследовательской работы, принадлежащие лично автору, заключающиеся в следующем: - постановка целей и задач исследования, а также методика их решения; - построение общей структурно-функциональной модели комплексного диагностирования судовых дизелей; - создание математических моделей сил и моментов для расчетов крутильных колебаний и диагностирования судовых дизелей по крутильным колебаниям валопровода - разработка аналитических моделей для диагностирования СДВС - проведение теоретических исследований и численных экспериментов для диагностирования судовых дизелей по крутильным колебаниям - построение единой идеологии для решения задач диагностирования судовых дизелей с применением теории распознавания образов - разработка блок-схем современных САКД по ВАС - усовершенствование алгоритма расчета крутильных колебаний валопроводов СДВС построение математических моделей элементов судовых пропульсивных комплексов при использовании САКД судовых дизелей - создание алгоритма выбора оптимального режима этого комплекса на основе применения методов и САКД объектов диагностирования Апробация работы Основные научные положения и результаты докладывались, и обсуждались и выставлялись на международных, межвузовских, и межотраслевых конференциях и семинарах: - Втора национална конференция по диагностика на машини и съоръжания и -8безразрушителни методи за контрол на материалите 25-28, октомври, 1990, Варна (Болгария) - XVI Национален семинар по динамика на механичните системи 12 -15, севтември, 1991, Варна (Болгария) - International conference “ ENGINEERING MECHANICS TODAY” , 1-3, August, 1997, Hanoi (Вьетнам) - Международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ-2004», 0809 декабря 2004 года, Санкт – Петербург, 2004 - Научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ГМА им адм С.О Макарова (2005 -2006) - Межотраслевой научно-технической конференции, посвященной 75-летию кафедры судовых ДВС и дизельных установок СПб ГМТУ, 14 октября, 2005 Структура и объем работы Диссертация состоит из введения; пяти глав; заключения; библиографического списка, включающего 101 наименования; приложений, изложенных на 289 страницах, включая 38 рисунок, 13 таблиц ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дана общая характеристика исследуемой проблемы, состава и содержания диссертационной работы, а также полученных автором результатов В первой главе представлен и проанализирован многочисленный опыт диагностики судовых дизелей и других роторно-механических машин Рассмотрено современное состояние проблемы, цели и задачи диагностирования судовых дизелей в настоящее время с учетом современных технологий электроники, информатики и автоматизации Подробно исследована теория и практика разработки и применения методов и технических систем диагностирования, в том числе виброакустическая диагностика судовых дизелей в мире и в РФ, получившие развитие в трудах: -российских ученых: Генкин М.Д., Балицкий Ф.Я., Васильев Б.В., Возницкий И.В., Камкин С.В., Жадобин Н.Е., Никитин Г.А., Овсянников М.К., Шишкин В А., Петухов В.А., Климов Е.Н., Клюев В.В., Постников О.К., Добролюбов И П., Прыгунов А.И., и др - болгарских ученых: Емил Станчев, Богданов Х., Минчев Н., Недев А - ученых других зарубежных стран: Афифи А., Эйзен С., Ту Дж, Маркиер Дж., Майер Р., Линс Г., и Г Грипенчонг и др -9Комплексное диагностирование судовых дизелей направлено на определение неравномерности работы цилиндров Диагностические признаки могут быть характеристиками динамических процессов в отдельных цилиндрах (сигналы первой группы) или некоторых интегральных сигналов (сигналы второй группы), которые дают информацию о работе дизеля в целом Важной задачей является построение структурно – функциональной модели для комплексного диагностирования и выбора наиболее значимых ДП ДП сигналов первой группы - характеристики индикаторной диаграммы (ИД), температуры выхлопных газов цилиндров и охлаждающей воды на выходе из цилиндров и др Общий рабочий процесс представляет собой суммирование трансформирующихся отдельных процессов ДП сигналов второй группы (интегральные) – характеристики следующих динамических сигналов: мгновенной ЧВКВ, текущего общего момента, вибраций корпуса двигателя, продольных колебаний валопровода, акустических сигналов Показатели неравномерности работы должны находиться в требуемых границах Обоснованы критерии проверки равномерности работы по парциальным и интегральным диагностическим сигналам Поэлементное диагностирование определяет состояние основных узлов и агрегатов, в первую очередь, цилиндропоршневой группы (ЦПГ), топливной аппаратуры (ТА), газораспределительного механизма (ГРМ), турбокомпрессорных агрегатов (ТКА) Анализируя многочисленные системы (16 систем) диагностирования судовых дизелей, применяемых в практике: SEDS и SIPVA (Зульцер); SS-10 (Бурмейстер и Вайн); DETS и DATA TREND (NORCONTROL Норвегия); система фирмы МАК (Германия) и др можно подчеркнуть следующее: - большая часть систем диагностирования судовых дизелей направлена на диагностирование основных узлов и агрегатов Из указанных систем применяются для ЦПГ – 14 систем, ТА – 13, агрегатов воздушного снабжения – 9, подшипников – 4, регуляторов частоты вращения – 2, вспомогательных систем –1; - комплексное диагностирование СДВС в настоящее время разработано недостаточно; - основные сигналы для диагностирования – это виброакустические сигналы, используемые для поэлементного диагностирования в целях - 10 локализации дефектов Представлен анализ возможностей использования ВАС в диагностировании СДВС и методов практической реализации Обоснован выбор ВАС для целей диагностирования: непрерывный контроль состояния СДВС в целом; поэлементное диагностирование состояния основных узлов, агрегатов, а также для прогнозирования состояния на базе данных непрерывного мониторинга Для исследования виброакустической активности СДВС обосновано применение следующих датчиков для: отметки верхней мертвой точки (ВМТ); индикаторной диаграммы; давления топлива в трубопроводе между топливным насосом высокого давления и форсункой; линейных вибрационных ускорений и (или) перемещений (на форсунке диагностического цилиндра); мгновенной ЧВКВ; текущего крутящего общего момента двигателя; вибрационных ускорений (скорость / положение) ГРМ; вибраций шпилек крепления крышек цилиндров; вибраций корпуса дизеля; продольных колебаний коленчатого вала; рабочего шума дизеля; вибраций гребного винта; вибраций роторных вспомогательных машин судовых дизелей Обоснована блок-схема системы непосредственно для автоматического контроля и диагностирования состояния судовых дизелей на основе следующих датчиков: вибрационных ускорений для ВАД судовых дизелей; ИД; положения ВМТ первого цилиндра; давления топлива в трубопроводе между насосом и форсункой; мгновенной ЧВКВ или текущего двигательного момента Проанализированы методы обработки ВАС для определения ДП Традиционные методы в частотной области - метод спектрального и спектрально-корреляционного анализа Новые методы - метод кепстрального и вэйвлет-анализа Математический аппарат для этих методов преобразование Фурье Методы анализа ВАС во временной области (фильтрация, фазовая селекция, экстремальные значения и усредненная величина сигнала) Выполнен всесторонний анализ методологии ВАД, применимой к диагностике судовых дизелей Обоснована формальная модель СДВС - «черный ящик» с параметрами векторов: входного X( t ) , выходного Y( t ) и шумового W( t ) Внутри «черного ящика» – вектор структурных параметров S , который определяется - 28 - построение вектора ДП; - решение текущего состояния к некоторому эталонному классу; - прогноз по многомерному дискриминантному подходу Основными формулами расстояния образов в МП ДП являются евклидовое расстояние и расстояние Махаланобиса (8) Статистика в многомерном пространстве ДП – это F-распределение Fjk  n j  n k  q  n j  n k ; F ( ,  ) ; M jk 1 (n j  n k  2)q n j n k v1  q  1;   n i  n k  q j,k = 1 R; j k Разработаны алгоритмы выбора вектора ДП при детерминированных признаках и также в одномерном и многомерном пространстве случайных признаках Разработана методика построения вектора главных признаков, полученных преобразованиями из векторов физических ДП Разработана методика построения решающего правила (классификатор, идентификатор) для отнесения наблюдаемого класса состояния к одному из эталонных классов состояний СДВС В результате получены четыре линейные идентификатор (классификатор Фишера и идентификаторы, построенные на основании оценки вероятности Бейеса, расстояния Махаланобиса, евклидового расстояния), а также несколько квадратичных классификаторов Линейные классификаторы диагностирования имеют вид:  d xj  β1 j μ x  β j , j =1,2,…,R, (10)  где β , β – постоянные, независящие от текущего вектора наблюдения 1j 0j состояния СДВС μ x Решающее правило (9) принимается следующим видом: D x  D k  d xk  d xj j1R На основе построенных классификаторов текущего состояния разработана методика построения диагностических классификаторов прогнозирования Получены модели классификаторов прогнозирования в линейном и квадратичном видах - 29 Классификаторы состояния в будущем построены либо в пространстве физических признаков диагностирования, являющихся характеристиками крутильных колебаний валопровода судового силового дизельного комплекса, либо в трансформированном пространстве главных признаков (ортогональных) Линейные классификаторы прогнозирования имеют вид: d j  m1 j   m j , j   R , а квадратичные классификаторы: d нj  m1 j   m1 j   m j , j   R , где m , m , m – коэффициенты регрессионных уравнений j–го класса, 2j 1j 0j полученные регрессионным анализом наблюденных данных в процессе диагностирования (непрерывный контроль - мониторинг) по линейному классификатору диагноза (10) или по нелинейному классификатору Разработана процедура прогнозирования состояния судовых дизелей по полученным моделям прогнозирования Классификаторы прогнозирования автоматически переоценят состояние неравномерности работы дизеля в целом и обнаружат цилиндр с наиболее некачественным сгоранием В пятой главе рассмотрены вопросы построения современной системы автоматического контроля и диагностирования судовых дизелей и вопросы повышения эффективности технической эксплуатации Новая САКД предложена с использованием современных технологий электроники и информатики, математического обеспечения, разработанного в четвертой главе САКД применима не только для комплексного диагностирования состояния судовых дизелей в целом, но и для поэлементного диагностирования основных узлов и агрегатов Она также может использоваться в расчетах и исследованиях крутильных колебаний валопровода, в эксплуатации судовых дизелей (выбор режима совместной работы элементов пропульсивного комплекса) Отличительной особенностью новой версии САКД является ее подключение через Интернет-сети и морскую связь Инмарсат (С, D++ и др.) к береговым центрам На рис показана блок-схема измерительно-информационного комплекса, разработанного автором с целью повышения автоматического контроля и диагностирования СДВС, особенно для своевременного - 30 обнаружения неисправностей в цилиндрах В компьютерной программе обработки данных предусматривается блок БФЭ (см рис.7), выполняющий построение эталонов, которые сохраняются в памяти компьютера БФДП производится построение вектора ДП для диагностирования в блоке классификации БК выполняет задачу определения состояния ОД в момент наблюдения В блоке прогноза осуществляется прогноза последующего состояния На основании этого прогноза механик судна имеет возможность предпринять необходимые эксплуатационные мероприятия Принципиально то, что блок формирования закона адаптивного управления техническим состоянием СДВС использует спрогнозированные результаты как входной сигнал для блока действия адаптивного управления диагностическим объектом С помощью САКД процедура диагностирования СДВС реализуется по следующей схеме: Определение работоспособности цилиндров ДВС по сигналам - 31 преобразователей Д1 и Д2 Определение степени герметичности камеры сгорания и неравномерности работы цилиндров по сигналам сенсоров Д3 и Д4 Локализация дефектов: - по сигналам Д1 и Д2 фиксируется положение дефекта (в каком цилиндре зарегистрирован дефект); - по сигналам преобразователей Д1 , Д2, , Д3 , Д4 и Д5 одновременно идентифицируется дефект в каждом цилиндре Техническое обслуживание морских судов можно улучшить алгоритмизацией и компьютеризацией в следующих направлениях эксплуатации: - управление (менеджмент) обслуживанием и ремонтом судна, в частности, ДВС в виде электронной книги, каталогов запасных частей и заказа материалов; - система для планирования технического обслуживания; - система диагностирования дизеля; - система мониторинга основных параметров контроля, использующая текущий момент двигателя, или мгновенную ЧВКВ В настоящее время существует система мониторинга индикаторных диаграмм PMI System фирмы Kongberg На рис показана блок-схема системы автоматического контроля, диагностирования и технического менеджмента (САКДМ) для современных СДВС САКДМ состоит из следующих модулей: 1- модуль согласования данных; 2- модуль сбора данных (в много случаях модули и сделаны в одной модули сбора и согласования данных, поанглийски DAQ); 3- концентратор (HUB); - компьютер в центральном пункте управления машинного отделения; 5- принтер; 6- ПК, компьютеры механиков судна; 7-система автоматического контроля; 8- коммуникация (Интернет, Инмарсат С, D+), установленная на борту судна Локальная сеть (3,4,6,7) используется для следующих помещений: ЦПУ машинного отделения, каюты старшего и второго механиков судна Коммуникация между судном и берегом осуществляется с помощью судовой станции спутниковой связи Через сети системы Инмарсат в настоящее время обеспечивается обмен информацией по управлению флотом в форме услуги Интернета для передачи пакета данных на компьютер в офис - 32 на берегу, следовательно, этот же канал можно использовать для диагностирования и прогнозирования технического состояния судовых дизелей Pис.8 Блок-схема САКДМ Прикладное применение результатов работы - усовершенствование метода расчета крутильных колебаний валопровода судовых пропульсивных установок В практике технического использования судовых дизелей нередко случаются аварийные ситуации с исключением одного или нескольких цилиндров При возникновении аварийных ситуаций повышается степень неравномерности работы дизеля Могут также проявляться дополнительные резонансные крутильные колебания вторых гармоник, которые отсутствуют при нормальном режиме работы, неустойчиво работают и остальные цилиндры В последнее время некоторые известные двигателестроительные фирмы, например, МАН Б-В выполняют дополнительные расчеты для отдельных аварийных случаев – таких, как отключение цилиндров Предлагаемая новая методика расчета крутильных колебаний - 33 валопровода судовых силовых комплексов состоит из плана и алгоритма расчета крутильных колебаний Основное математическое обеспечение расчета крутильных колебаний валопровода включает математические модели и методы решений систем дифференциальных уравнений, разработанные во второй и третьей главах На основании построенной методики расчета крутильных колебаний валопровода исследована поломка промежуточного валопровода т/х "НaTien" Вьетнамской судоходной компании, произошедшая в 2003 г На судне установлен двигатель 5UEC37LA с номинальной частотой вращения 204 об/мин Перед поломкой второго промежуточного вала двигатель имел неисправности и работал в облегченном режиме с разрешения Регистра Авария случилась, когда двигатель работал с удаленной поршневой группой пятого цилиндра Погодные условия рейса были нормальными На рис показаны расчетные напряжения кручения на 2-м промежуточном вале при нормальной работе дизеля и при аварийной ситуации Полученные результаты расчета крутильных колебаний показывают, что при удалении поршневой группы одного из цилиндров и частоте вращения менее 130 об/мин аварийный двигатель работает нестабильно из-за больших крутильных колебаний Кроме того, существует возможность резонансов и - 34 около резонансов первой собственной частоты с разными гармониками Динамические напряжения в этом случае возрастают катастрофически, что приводит к разрушению вала На рис 10 показаны результаты расчета крутильных колебаний валопровода т/х «VINASHINSKY», построенного во Вьетнаме Расчеты выполнены на разных частотных режимах с нормальной работой каждого цилиндра, и дополнительно выполнены расчеты на разных частотных режимах с отключением подачи топлива в 7-й цилиндр Результаты расчета крутильных колебаний валопровода т/х «VINASHINSKY» доказывает необходимость выполнения расчета при отключении сгорания Применение САКД в выборе оптимального режима работы судового пропульсивного комплекса Выбор оптимального режима совместной работы элементов пропульсивного комплекса выполнен на основании оценок состояний элементов Диагностирование состояния дизеля осуществляется методами и САКД, рассмотренными в главе и в первом разделе этой главе Определение совместного режима работы выполнено на основании диагностирования состояния шероховатости гребного винта и корпуса, прогнозирования характеристик элементов пропульсивного комплекса по изменению осадки судна Эти этапы диагностирования реализуются при - 35 помощи метода построения текущей передаточной характеристики ( =V/n) и винтовой характеристики (Ne = Cn) пропульсивного комплекса, где Ne , V, n – мощность, скорость судна и ЧВКВ - контрольные показатели в эксплуатации судового комплекса, а , C и  - диагностические коэффициенты, характеризирующиеся состоянием элементов комплекса При ходовых испытаниях строят характеристики пропульсивного комплекса на режиме «балласт» С помощью разработанного алгоритма получаем основные характеристики пропульсивного комплекса для любой осадки d, м: N e ,d   d n ;  d   d (d, Ω d , d b , Ω b ) ;  d   d ( d ) , где  - площадь смоченной поверхности корпуса судна, м 2, а индекс «b» указатель режима «балласт» Прогноз изменения характеристик пропульсивного комплекса из-за повышения шероховатости винта и корпуса: - снижение скорости судна:   (  0 ) / 0  [(1  K P в ) /(1  K R к )]1/ ; - повышение потребной мощности: N e,  ( N e,  N e,0 ) / N e,0  K M в ; - повышение часового расхода топлива из-за шероховатости винта: G h ,  K M в ; ge = const, где индекс « »– начало момент, когда поверхности винта и корпуса чисты; «  » – спрогнозированный момент для истечения  месяцев после момента Индексы «в» и « к »– для винта и корпуса - коэффициенты относительных изменений силы K ,K ,K R P M сопротивления корпуса, упора и момента гребного винта, определенные экспериментальным исследованием и зависящие от тех районов моря, где судно плавает Успехи диагностирования и прогнозирования элементов судового пропульсивного комплекса дают основание для решения разных задач технического использования, технического обслуживания и ремонта каждого элемента комплекса Построенные математические модели (эталонные и текущие характеристики) полезны для судовых механиков при выборе - 36 режима работы и прогноза ресурса работоспособности комплекса в целом ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основании полученных в работе результатов можно сделать следующие выводы и заключения: Научно обоснованные новые системы автоматического контроля состояния и диагностирования СДВС – это современные электронные измерительно-вычислительные комплексы Аппаратная часть САКД имеет совместимую модульную структуру, базирующуюся на новейших технологиях электроники и информатики Программное обеспечение разработано впервые с использованием теории распознавания образов Фундаментальные основы диагностирования СДВС по виброакустическим сигналам представлены математическими моделями в аналитической, численной и алгоритмической форме Созданы модели динамических процессов в цилиндрах (давление газов, силы и крутящие моменты) Усовершенствованы модели крутильных колебаний валопровода Разработаны регрессионные уравнения численно-модельного диагностирования Построены диагностические модели дизелей в многомерном пространстве случайных ДП Для аналитического диагностирования СДВС разработана оригинальная методика расчета характеристик крутильных колебаний валопровода Отличительные признаки методики - функциональная зависимость вынужденных крутящих моментов и показателей качества сгорания в цилиндрах, для решения системы линейных дифференциальных уравнений применены методы суперпозиции, матрично-гармонического баланса, правила Крамера Обоснована математическая зависимость диагностических признаков от состояния шероховатости гребного винта и корпуса судна Система автоматического мониторинга, диагностирования и прогнозирования опирается на базу разработанных автором классификаторов текущего наблюдаемого состояния и прогноза по отношению к эталонным классам судовых дизелей Совокупность эталонных классов представлена в алгоритмической форме усредненных векторов ДП и ковариационных матриц Пространство оптимальных ДП обосновано для двух видов - физического и трансформируемого Классификаторы состояний получены в линейном и нелинейном виде, используя расстояние эвклидовое, Маханолобиса, функций Фишера и Бейеса Для повышения безопасности эксплуатации СДВС на возможных - 37 аварийных режимах, например, при выключении цилиндров разработан алгоритм динамических расчетов колебаний валопровода Установленная функциональная зависимость крутящего момента двигателя и винта от коэффициента качества сгорания предоставляет возможность гибкого управления планом расчета для аварийных режимов Получены эталонные функции для прототипов судовых дизелей Опираясь на теорию планирования эксперимента, построен план численно-модельного эксперимента для диагностирования судовых дизелей по крутильным колебаниям Вектор факторов эксперимента состоит из относительных коэффициентов сгорания в цилиндрах Откликами являются характеристики крутильных колебаний в частотной или временной области План эксперимента - план дробного эксперимента с р- репликой Регрессионные модели получены методом наименьших квадратов и проверкой адекватности модели с помощью F-статистики Реализация плана численно-модельного эксперимента осуществлена для диагностирования главных двигателей морских судов, находящихся в эксплуатации Адекватность разработанных линейных моделей подтверждается соответствием откликов эксперимента (экстремальные значения мгновенной ЧВКВ текущего крутящего момента двигателя) и значений регрессионной модели Создан усовершенствованный алгоритм оптимизации режима совместной работы составляющих пропульсивного комплекса Режим совместной работы пропульсивного комплекса устанавливается поэлементным диагностированием, зависящей от состояния шероховатости винта и корпуса, изменения характеристик пропульсивного комплекса, на которые влияет осадка судна, резерва и потребной мощности двигателя Кроме того, учитываются дополнительные неблагоприятные воздействия окружающей среды Возможности прикладного использования результатов работы продемонстрированы при анализе аварийной ситуации, произошедшей на т/х "Ha-Tien"(Вьетнамской судоходной компании, в 2003 г) Новый метод расчета крутильных колебаний позволил установить причину разрушения промежуточного вала валопровода на аварийном режиме эксплуатации судна Опасными оказались околорезонансные частоты первой моды вторых гармоник 10 Автором предложена современная система автоматического контроля и диагностирования судовых дизелей, использующая современные технологии электроники и информатики, а также математическое - 38 обеспечение, представленное в диссертации Новая САКД применима как для комплексного диагностирования состояния СДВС в целом, так и для поэлементного диагностирования основных узлов и агрегатов Отличительной особенностью новой версии САКД является возможность ее подключения через Интернет-сети и морскую связь Инмарсат к береговым центрам В представленной к защите диссертации обоснована необходимость ВАД с целью повышения автоматизации контроля и диагностирования СДВС Разработана новая методология математического моделирования ВАС судовых дизелей по крутильным колебаниям валопровода судовых пропульсивных дизельных комплексов Полученные математические модели сил и моментов являются основами диагностирования по крутильным колебаниям валопровода и современных динамических расчетов судовых дизелей и комплексов с дизелями Выполнено аналитическое, численно-модельное и натурное экспериментальное диагностирование Автоматический мониторинг состояния СДВС осуществлен с применением теории распознавания образов Предложены современные САКД судовых дизелей по виброакустическим сигналам Разработаны и применены на практике новые методики расчетов крутильных колебаний судовых валопроводов Решены прикладные задачи, направленные на повышение безопасности и эффективности эксплуатации судовых дизелей и пропульсивных комплексов Результаты диссертационной работы можно классифицировать как решение крупной научно-технической проблемы диагностики, обеспечения безопасности и эффективности технической эксплуатации современных СДВС ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ: В РЕЦЕНЗИРУЕМЫХ НАУЧНЫХ ЖУРНАЛАХ И ИЗДАНИЯХ ПО ПЕРЕЧНЮ ВАК: До Дык Лыу Исследование причины поломки промежуточного вала т/х «HaTien» //Морской вестник №2, 2005 С.34-37 До Дык Лыу, Буй Нгок Ми Измерительно-информационный комплекс для автоматического контроля и диагностики судовых дизелей.//Известия СПбГТЭУ «ЛЭТИ», № – 2006 С 35-40 До Дык Лыу Новые аспекты в расчетах крутильных колебаний валопроводов судовых дизелей // Двигателестроение, № (224), 2006 С 14 – 17 Михайлов В., До Дык Лыу Комплексная виброакустическая диагностика судовых дизелей по крутильным колебаниям // Двигателестроение, № (224), 2006 С 23 – 25 - 39 Д Лыу, Л Дием, Н Хао Алгоритм автоматического контроля и диагностирования судовых дизелей на основе использования нейронных сетей // Двигателестроение, № (225), 2006 С 20 – 22 Чан Шинь Биен, До Дык Лыу Синтез измерительных каналов системы автоматического контроля и диагностирования судовых дизелей // Двигателестроение, № (225), 2006 С 23 – 26 В МЕЖДУНАРОДНЫХ НАУЧНЫХ ЖУРНАЛАХ, ИЗДАНИЯХ И МЕЖДУНАРОДНЫХ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ КОНФЕРЕНЦИЯХ И СИМПОЗИУМАХ: Минчев Н , До Дык Лыу Вибродиагностика на машинни агрегати, включащи бутальни машини.// Вторая Национальна конференция по диагностика на машини и въоръжения и безразрушительни методи за контрол на материалите 25-28 октомври, 1990 –Варна (Болгария) Том C 162-167 Минчев Н , До Дык Лыу Димитров Д Вибродиагностичен модел на буталните машини.// Вторая Национальна конференция по диагностика на машини и въоръжения и безразрушительни методи за контрол на материалите 25-28 октомври, 1990 –Варна (Болгария) Том С 168-172 Минчев Н , До Дык Лыу Относно диагностиката на двигател с вътрешно горение по усукващите трептения.//XVI-и национален семинар по динамика на механични системи 12-15 севтември 1991, Варна (Болгария) С 165-179 10 Минчев Н , До Дык Лыу Усукващи трептения на машинни агрегати с отчитане на геометричната нелинейност.// XVI-и национален семинар по динамика на механични системи 12-15 севтември 1991, Варна С 180-188 11 До Дык Лыу Вибродиагностирование на многоцилиндрови двигатели с вътрешно горене по усукващите трептения.//Диагностика и безразрушителен контрол 1994 №3 С 15-17 (Болгария) 12 Do Duc Luu, Luong Cong Nho Problems simulation of defects and faults on rotor’s machines in vibro-diagnostic technique.// Proceeding of the International conference on the engineering mechanics today Hanoi, August 1-3 /1997 Volume C 213 -217 13 До Дык Лыу Алгоритм диагностики герметичности камеры сгорания цилиндров ДВС по индикаторной диаграмме// Материалы международной НТК «ТРАНСКОМ-2004» 195 лет транспортному образованию в области водных коммуникаций в России 08-09 декабря 2004 года - СПб, 2004 С 275-279 14 До Дык Лыу Диагностики герметичности камеры сгорания и неравномерности работы цилиндров ДВС по общему двигательному моменту // Материалы международной НТК «ТРАНСКОМ-2004» 195 лет - 40 транспортному образованию в области водных коммуникаций в России 0809 декабря 2004 года - СПб, 2004 С 280-288 15 До Дык Лыу Аналитическое моделирование в диагностике судовых дизелей по крутильным колебаниям валопровода.// Механики на машините 2006 №66 C 21-24 (Болгария) 16 До Дык Лыу Современное состояние расчета крутильных колебаний валопровода мощных судовых дизелей.// Механики на машините 2006 №66 C.25-28 (Болгария) В ДРУГИХ НАУЧНЫХ ИЗДАНИЯХ 17 До Дык Лыу, Михайлов В.Е Диагностики герметичности камеры сгорания и неравномерности работы цилиндров ДВС по общему двигательному моменту //Эксплуатация морского транспорта Сборник трудов ГМА им адм С.О.Макарова Выпуск 45 2006 С 177-182 18 До Дык Лыу Построение системы автоматического контроля и диагностики судовых дизелей по общему двигательному моменту и закону движения коленчатого вала//Эксплуатация морского транспорта Сборник трудов ГМА им адм С.О.Макарова Выпуск 45 2006 С 183-191 19 До Дык Лыу Алгоритмизация и компьютеризация эксплуатации судовых ДВС.//Современные проблемы развития поршневых ДВС Материалы межотраслевой 75-летию кафедры судовых ДВС и дизельных установок 14 октября 2005 г СПбГМТУ C 66-68 20 До Дык Лыу, Михайлов В.Е Диагностика судовых ДВС//Научнотехническая конференция профессорско-преподавательского состав Тезисы докладов ГМА им адм С.О.Макарова 2005 C 34-38 21 До Дык Лыу, Чан Шинь Биен Особенности при построении измерительноинформационной системы автоматического контроля и диагностики главных дизелей на современных судах// Вычислительные, измерительные и управляющие системы: Сборник научных трудов/Под ред Ю.Б Сениченкова СПб.: Изд-во Политех ун-та, 2005 C 109 -114 22 До Дык Лыу Оптимальные критерии в теории распознавания образов для диагностики судовых ДВС по крутильным колебаниям.// Информационные технологии и системы (управление, экономика, транспорт): межвузовский сборник научных трудов Выпуск Санкт-Петербург, 2006 C.16 -18 23 До Дык Лыу Алгоритм численного моделирования для диагностики судовых дизелей по крутильным колебаниям валопровода // Информационные технологии и системы (управление, экономика, транспорт): межвузовский сборник научных трудов Выпуск СанктПетербург, 2006 C.19 -21 - 41 24 Do Duc Luu Xác định trạng thái kỹ thuật vỏ tàu, chân vịt qua thử nghiệm đường dài.// Tạp chí Đăng kiểm.1995 №3 Tr 6,7,10 25 Do Duc Luu Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật – hướng ứng dụng ngành tàu thủy Việt nam //Tạp chí GTVT 1996 №2 Tr 17-20 26 Do Duc Luu Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ động lực tàu thủy dao động xoắn// Tạp chí Hàng hải 1996 №3 Tr 13,23 27 Do Duc Luu Mơ hình tốn-cơ liên kết dao động xoắn với dao động chung hệ máy có động đốt trong// Tạp chí Đăng kiểm.1997 №3 Tr 6-9 28 Do Duc Luu Khai thác kỹ thuật hệ động lực diesel tàu thủy sở ứng dụng hệ thống CĐKT// Tạp chí khoa học – cơng nghệ hàng hải 2005 №2 Tr 8-15 29 Do Duc Luu Dự báo đặc tính hệ động lực diesel tàu thủy thay đổi trạng thái kỹ thuật vỏ tàu, chân vịt// Tạp chí GTVT 2005 №8 Tr 44-46,71 30 Do Duc Luu Dự báo điểm phối hợp công tác hệ động lực diesel tàu thủy thay đổi mớn nước //Tạp chí GTVT 2005 №9 Tr.59-63 31 Do Duc Luu Một số vấn đề nghiên cứu, tính dao động xoắn hệ trục diesel lai chân vịt tàu thủy đại// Tạp chí GTVT 2005 №10 Tr.32,33,62,63 - 42 - До Дык Лыу Вибродиагностика судовых дизелей по крутильным колебаниям валопровода Автореферат Подписано к печати 04.10.2006 г Формат 60 х 84 / 16 Усл печ Л.2,5 Тираж 100 экз ГМА им адм С.О Макарова Заказ № 287/06 ... функционирования САКД судовых дизелей по ВАС Математическое моделирование аналитического диагностирования по крутильным колебаниям валопровода Численное моделирование диагностирования судовых дизелей по текущему... экспериментов для диагностирования судовых дизелей по крутильным колебаниям - по троение единой идеологии для решения задач диагностирования судовых дизелей с применением теории ра по навания образов - разработка... моделирования ВАД судовых дизелей по крутильным колебаниям по азывают следующее: - состояние цилиндра характеризуется двумя по азателями: герметичностью камеры сгорания и качеством сгорания По ученные