05.05.03 "Двигуни та енергетичні установки"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/20944
Переглянути
2 результатів
Результати пошуку
Документ Методи діагностики технічного стану двигунів внутрішнього згоряння з використанням цифрових двійників(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Мінчев, Дмитро СтепановичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.03 «Двигуни та енергетичні установки» (142 - Енергетичне машинобудування). – Одеський національний морський університет, Одеса 2023 р. Робота присвячена розв’язанню важливої науково-прикладної проблеми створення нових ефективних методів діагностики технічного стану двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), що відповідають вимогам четвертої промислової революції. Вказана проблема зумовлена тим, що при застосуванні існуючих методів діагностики, отримання необхідної інформації щодо параметрів роботи двигуна, зокрема параметрів робочого процесу, неможливе без вартісного втручання в системи двигуна і його діагностичне обладнання. Одним з ефективних шляхів вирішення вказаної проблеми, як доводиться в роботі, є застосування цифрових двійників двигунів, які створюються на основі математичних моделей. Використання цифрових двійників дозволяє, спираючись на наявні експериментальні дані, отримати необхідну додаткову інформацію щодо поточного стану двигуна та ефективності його експлуатації, як на усталених так і на неусталених режимах роботи. В роботі розроблені методики застосування цифрових двійників та створені на їх основі спеціальні програмні засоби та сервіси, пристосовані до використання протягом експлуатації ДВЗ. Мета дисертаційної роботи полягає в розробці теоретичних методів та практичних засобів моніторингу та діагностування технічного стану ДВЗ засобів транспорту, які дозволять підвищити обсяги діагностичної інформації включно з параметрами робочих процесів і не вимагають втручання в конструкцію двигуна та його систем. Об’єкт дослідження – явище взаємного впливу робочого процесу та процесу експлуатації транспортних двигунів внутрішнього згоряння. Предмет дослідження – теорія, методи та засоби моніторингу та діагностування технічного стану двигунів внутрішнього згоряння. У першому розділі проаналізовані перспективи застосування ДВЗ засобів транспорту. Встановлено, що широке застосування цього типу двигунів на наземних засобах транспорту відбуватиметься щонайменше до 2050 року, а для морських суден ДВЗ залишається єдиною альтернативою принаймні до 2040 року. Подальший розвиток ДВЗ має відповідати умовам четвертої промислової революції, яка базується на широкому застосуванні телекомунікаційних технологій, автоматизації процесів експлуатації, статистичному аналізі інформації, застосуванні штучного інтелекту, тощо. Технічний моніторинг та періодична діагностика несправностей є ефективним заходом для підвищення якості експлуатації двигуна протягом терміну служби. Показано, що застосування принципу цифрового двійника, який створюється на базі математичних моделей має значний потенціал з точки зору отримання додаткової інформації з даних моніторингу, а також може бути використане для діагностування можливих несправностей. У другому розділі наведені відомості щодо розробленої математичної моделі робочих процесів ДВЗ, яка є основою створення цифрового двійника, що використовується для виконання завдань технічного моніторингу та діагностики. Двигун розглядається як сукупність взаємодіючих відкритих термодинамічних систем (ВТС). До різних ВТС застосовуються різні види математичних моделей: квазістаціонарні нульвимірні одно- та двозонні моделі для циліндрів і колекторів; нестаціонарна одновимірна модель для впускних і випускних патрубків; евристичні моделі для компресорів і турбін. Також наведені чисельні методи для розв'язування систем рівнянь для кожної з моделей і поєднання моделей різних типів між собою. Зокрема запропоноване застосування обчислювальної сітки зі змінним кроком по куту повороту колінчастого валу, що допомагає збільшити швидкість обчислень і забезпечити необхідну деталізацію розрахунків на конкретних ділянках робочих процесів. Докладно розглянуті питання врахування роботи відцентрового компресора в режимах помпажу та обертового зриву. У третьому розділі розкриваються особливості роботи ДВЗ в складі силової установки засобу транспорту на неусталених режимах і відповідні методи моделювання цих режимів для вирішення задач моніторингу. Детально представлений метод врахування впливу теплової інерції деталей двигуна, який є суттєвим для неусталених режимів роботи двигуна. У четвертому розділі наведені результати експериментальних досліджень ДВЗ, які проводились в лабораторії кафедри двигунів внутрішнього згоряння, установок та технічної експлуатації Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова. Експериментальні дані щодо параметрів роботи двигунів на усталених та неусталених режимах роботи використовуються для калібрування математичної моделі та перевірки її розрахункових можливостей. В п'ятому розділі наведені технологічна схема та основні характеристики онлайн-сервісу Blitz-PRO, призначеного для моделювання робочих процесів ДВЗ для вирішення задач діагностики їх поточного технічного стану. Розроблені методів його застосування, а саме метод ідентифікації вхідних даних, метод порівняння з еталонними параметрами та метод аналізу динамічних зовнішніх швидкісних характеристик. Застосування розроблених розрахункових засобів для моніторингу автомобільних двигунів дозволяє вирішувати задачі ідентифікації експериментальних даних, збирати статистику щодо роботи двигуна та проводити діагностику його можливих несправностей. Для вирішення основних задач діагностики суднових двигунів сервіс Blitz-PRO інтегрований в систему діагностування DEPAS і зарекомендував себе як ефективний інструмент для поглибленого аналізу експериментальних даних. У шостому розділі демонструється вплив різних факторів на роботу ДВЗ засобів транспорту з точки зору підвищення його експлуатаційної ефективності. Показано, що застосування цифрового двійника робочого процесу дозволяє здійснювати адекватне оцінювання доцільності застосування запропонованих методів підвищення ефективності роботи двигуна в складі енергетичної установки. Наукова новизна отриманих результатів 1. Вперше запропоновано методи діагностування технічного стану двигунів внутрішнього згоряння протягом експлуатації з використанням їх цифрових двійників, які базуються на математичному моделюванні робочих процесів, що, на відміну від існуючих, дозволяють збільшити обсяг діагностичної інформації шляхом визначення параметрів, які недоцільно або неможливо виміряти, та не передбачають внесення змін в конструкцію двигуна і втручання в роботу його систем. 2. Вперше запропоновано методи моніторингу двигунів з системами газотурбінного наддуву, що, порівняно з існуючими, дозволяють врахувати можливий помпаж турбокомпресора та його вплив на роботу двигуна. 3. Вперше розроблено метод врахування впливу ефекту теплової інерції деталей ДВЗ транспортних засобів на параметри неусталених режимів роботи, який збільшує точність прогнозування часу розгону турбокомпресора на 20…40 % та підвищує точність оцінки часу виходу двигуна на усталений режим. 4. Отримало подальший розвиток моделювання робочих процесів ДВЗ застосуванням адаптивної розрахункової сітки з варіативним кроком та неявних чисельних методів інтегрування диференційних рівнянь, що забезпечує, порівняно з існуючими методами, високу збіжність, швидкість та гнучке налаштування розрахунків. 5. Отримало подальший розвиток використання характеристик агрегатів наддуву при синтезі робочого процесу ДВЗ, доповнене можливістю розрахунку ефектів внутрішнього випаровувального охолодження повітря в компресорі. 6. Отримали подальший розвиток дослідження впливу параметрів регулювання та експлуатаційних факторів на роботу двигуна, доповнене процедурами ідентифікації експериментальних даних з використанням математичного моделювання. 7. Удосконалено методи визначення параметрів робочих процесів ДВЗ на неусталених режимах застосуванням карт керування двигуном та завдяки моделюванню динаміки органів регулювання агрегатів наддуву. 8. Удосконалено методи врахування нестаціонарних процесів в газоповітряному тракті ДВЗ для задач діагностування технічного стану двигуна. Практична цінність отриманих результатів 1. Створений програмний сервіс Blitz-PRO, який забезпечує створення та використання цифрових двійників ДВЗ як об’єктів діагностування, доступний онлайн через мережу інтернет, який призначений для здійснення процедур моніторингу та діагностування технічного стану ДВЗ засобів транспорту, накопичення статистичних даних щодо робочого процесу двигуна протягом експлуатації засобу транспорту. 2. Розроблені рекомендації щодо здійснення моніторингу робочих процесів двигунів з іскровим запалюванням, запалюванням від стиснення та двопаливних двигунів з використанням розробленого програмного сервісу. 3. Для малообертних головних суднових двигунів розроблені рекомендації щодо застосування запропонованих методів для встановлення причини розбіжностей робочих процесів по циліндрах двигуна, визначити вплив невірного регулювання параметрів системи газорозподілу та паливоподачі на показники роботи двигуна та надмірне навантаження окремих циліндрів. 4. Для автомобільних двигунів застосування запропонованих засобів для аналізу динамічних зовнішніх швидкісних характеристик двигунів, отриманих при випробуванні автомобілів, забезпечує діагностування можливих несправностей двигуна. 5. Встановлені особливості роботи відцентрового компресора на режимах обертового зриву, при помірному та глибокому помпажі, визначені відповідні експериментальні характеристики компресора з урахуванням зон неусталеної роботи, на основі яких вдосконалене застосування карт характеристик агрегатів наддуву. 6. Розроблені рекомендації щодо застосування системи періодичного відключення паливоподачі, доцільності підігріву наддувного повітря на часткових режимах та режимах холостого ходу, використання випаровувального охолодження наддувного повітря в дизельних двигунах. Результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальному процесі кафедри двигунів внутрішнього згоряння, установок та технічної експлуатації НУК (м. Миколаїв), кафедри суднових енергетичних установок і експлуатації ОНМУ (м. Одеса), інституті міжнародного співробітництва ZIMC (м. Чжоушань, Китай), компаніях DSChart ltd. (Польща) та Zheng Bang Huan Hai (Китай).Документ Методи діагностики технічного стану двигунів внутрішнього згоряння з використанням цифрових двійників(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Мінчев, Дмитро СтепановичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.03 «Двигуни та енергетичні установки» (142 - Енергетичне машинобудування). – Робота підготовлена в Одеському національному морському університеті, Одеса 2023 р. Мета дослідження - розробка теоретичних методів та практичних засобів моніторингу та діагностування технічного стану ДВЗ засобів транспорту, які дозволять підвищити обсяги діагностичної інформації включно з параметрами робочих процесів і не вимагають втручання в конструкцію двигуна та його систем. Наукова новизна роботи наступна: запропоновані методи моніторингу та діагностування технічного стану ДВЗ засобів транспорту з застосуванням математичного моделювання об’єкта діагностування, що дозволяють збільшити обсяг діагностичної інформації; розроблені методи дозволяють враховувати роботу агрегатів наддуву двигуна в тому числі при помпажі системи стиснення; доведений істотний вплив теплової інерції на роботу двигуна на неусталених режимах, а також запропоновані методи її врахування; визначений раціональний рівень деталізації моделювання робочого процесу двигуна для розв’язання задач технічного моніторингу в процесі експлуатації. Практична цінність роботи полягає в створенні програмного сервісу Blitz-PRO, доступного онлайн через мережу інтернет, призначеного для здійснення процедур моніторингу та діагностування технічного стану ДВЗ засобів транспорту, накопичувати статистичні дані щодо робочого процесу двигуна протягом експлуатації засобу транспорту.