Особливості аналітичної синхронізації даних моніторингу робочого процесу транспортних дизелів в умовах експлуатації

Abstract

У статті розглянуті методи визначення верхньої мертвої точки, які ґрунтуються на аналізі індикаторних діаграм суднового двигуна. Показано переваги та недоліки різних методів. Діагностика суднових двигунів під час експлуатації та вибір оптимальних режимів експлуатації базується на аналізі індикаторних діаграм, фаз газорозподілу, а також характеристики подачі палива. В результаті аналізу індикаторних діаграм розраховується індикаторна потужність двигуна, яка в подальшому використовується в управлінні режимами експлуатації двигунів, в розрахунках питомих показників, а також в розрахунках коефіцієнтів енергоефективності морських суден за рекомендаціями IMO. Розглянуто вплив точності визначення положення верхньої мертвої точки на розрахунок середнього індикаторного тиску і індикаторної потужності. Рішення задачі синхронізації даних моніторингу робочого процесу за допомогою апаратних датчиків неприйнятне у зв’язку зі складністю, а часом і неможливістю установки апаратних датчиків положення верхньої мертвої точки поршня додатково до штатних датчиків. Також це призводить до ускладнення схеми вимірювань в поєднанні із високою похибкою, яка залежить від навантажувального режиму. Крім того, встановлення апаратних датчиків потребує часу та пов’язано з організаційними проблемами, бо тоді необхідним є тимчасове виведення двигуна з експлуатації. Вказані проблеми відсутні у разі аналітичної синхронізації даних. Показано, що існуючі методи аналітичної синхронізації недостатньо ефективні стосовно до умов експлуатації транспортних двигунів. В основному це пов'язано зі складністю формулювання критеріїв синхронізації або їх недостатньою точністю внаслідок впливу шумів у вихідних даних. Авторами заявлено метод визначення верхньої мертвої точки, який базується на рішенні рівняння рівності нулю першої похідної від тиску, що забезпечує необхідну точність розрахунку середнього індикаторного тиску і індикаторної потужності двигуна під час експлуатації. Показано, що метод може бути застосований в системах моніторингу робочого процесу суднових двигунів як альтернатива апаратним методам визначення верхньої мертвої точки.The article discusses methods for determining top dead center, based on the analysis of pressure diagrams of a marine engine. The advantages and disadvantages of different methods are shown. Diagnostics of marine engines during operation and selection of optimal operating modes are based on the analysis of pressure diagrams, as well as fuel supply and gas distribution diagrams. As a result of the analysis of the pressure diagrams, the indicator engine power is calculated, which is further used in the control of engine operation modes, in the calculation of specific indicators, as well as in the calculation of energy efficiency coefficients of marine vessels according to IMO recommendations. The influence of the accuracy of determining the position of the top dead center on the calculation of the mean indicated pressure and indicated power is shown. Solving the problem of synchronization of data of working process monitoring using hardware sensors is unacceptable due to the complexity, and sometimes the impossibility of installing hardware sensors for the position of the top dead center of the piston, in addition to the standard sensors. This also leads to a more complex measurement pattern, combined with high accuracy, which is dependent on the load mode. In addition, the installation of hardware sensors is time-consuming and involves organizational problems, as it is necessary to temporarily disable the engine. The mentioned problems are absent in case of analytical data synchronization. It is shown that the existing methods of analytical synchronization are not effective enough for the operating conditions of transport engines. This is mainly due to the complexity of the formulation of the synchronization criteria or their lack of precision due to the impact of noise in the output data. In portable diagnostic systems, the top dead center determination is best done immediately by the analytical method. Principally, there are inconveniences during the diagnosis of engines, because additional pickup sensors and their cables must be used. Before installing the sensors, it is necessary to take the engine out of operation. The installed sen-sors must be calibrated, which is associated with a significant investment of time. All portable systems for parametric engine diagnostics measure the pressure in the working cylinder through the channel of the indicator valve. In this regard, in portable systems, in addition to the aforementioned errors, errors occur such as throttling and delay of the signal, which leads to an additional shift of the top dead center position. Thus, recently, most modern portable systems for diagnosing marine diesel engines do not use pickup sensors, but use different variants of the analytical determination of top dead center. Diagnostics of marine engines during operating and the selection of optimal operating conditions is based on the analysis of gas pressure diagrams, as well as fuel supply and gas distribution diagrams. As a result of the analysis of the pressure diagrams, the indicator engine power is calculated, which is further used in the management of engine operation modes, in the calculation of specific indicators, as well as in the calculation of energy efficiency coefficients of marine vessels according to International maritime organization recommendations. The authors claimed a method for determining the top dead center, based on solving the equation of equality to zero the first derivative of the gas pressure under compression, which provides the required accuracy in calculating the average indicated pressure and indicator power of the engine during operation. It is shown that the method can be applicable in marine engine working process monitoring systems as an alternative to hardware methods for determining the top dead center.