Wykorzystanie analizy charakterystyk wydzielania ciepła do oceny stanu technicznego aparatury wtryskowej silnika okrętowego

Rozprawa dotyczy rozwiązania problemu diagnostyki układów wtryskowych tłokowych silników okrętowych o zapłonie samoczynnym z użyciem charakterystyk wydzielania ciepła, wyznaczanych na podstawie przebiegów ciśnień mierzonych na zaworach indykatorowych. Silniki tłokowe stanowią w większości (ponad 80%) napęd główny oraz napęd zespołów prądotwórczych statków. Silniki wolno- i średnioobrotowe są wyposażane w zawory indykatorowe. W celu umiejscowienia problemu scharakteryzowano konwencjonalne układy zasilania silników paliwami płynnymi, w których wykorzystywane są w głównej mierze pompy wtryskowe z pokrętnymi tłokami. Scharakteryzowano w dodatku, użytkowane coraz częściej, układy wtryskowe rodzaju common rail sterowane elektronicznie. W celu wyłonienia uszkodzeń do badań diagnostycznych scharakteryzowano zagadnienie eksploatacji układów wtryskowych, charakterystyczne ich uszkodzenia, a także wpływ na osiągi silników. Szacuje się, iż uszkodzenia układów wtryskowych stanowią około 50% wszystkich uszkodzeń silników okrętowych; do standardowych należą: utrata drożności (zakoksowanie) otworów wtryskowych rozpylacza, spadek napięcia sprężyny wtryskiwacza, nieszczelność iglicy wtryskiwacza, rozszczelnienie układu (wyciek paliwa), zużycie par precyzyjnych, zużycie otworów wtryskowych, zawieszenie iglicy, zawieszenie nurnika pompy. Do badań wytypowano następujące uszkodzenia: zakoksowanie otworów wtryskowych, zużycie otworów wtryskowych, spadek ciśnienia otwarcia wtryskiwacza, nieszczelność układu wtryskowego.
Scharakteryzowano dotychczas wykorzystywane pośrednie i bezpośrednie metody diagnozowania układów wtryskowych. Pośrednie diagnozowanie, oparte na wykresach indykatorowych i temperaturze gazów wylotowych, zezwala na ogólną ocenę stanu technologicznego. Lokalizacja uszkodzeń nie jest pewna. W bezpośredniej diagnostyce wykorzystuje się przebiegi ciśnień za pompami wtryskowymi albo przed wtryskiwaczami. Metoda ta jest jednak użytkowana sporadycznie, w odniesieniu do silników wolnoobrotowych wielkich mocy, z powodu problemów technologicznych z czujnikami ciśnienia i zagrożeniami utraty szczelności instalacji wtryskowej.
Bazując na konwencjonalnych pracach z dziedziny wywiązywania ciepła, zdefiniowano charakterystyki wydzielania ciepła netto dla modelu jednostrefowego, które przyjęto jako nośnik danych diagnostycznej dla układów wtryskowych. Wykorzystując przyjęty model wydzielania ciepła, na podstawie badań własnych, wyprodukowano analizę symulacyjną (komputerową) wpływu błędów lokalizacji GMP na wykresie indykatorowym, błędów czujnika ciśnienia, np. Nieprzenoszenie składowej stałej i wpływu zakłóceń wnoszonych poprzez kanały gazowe i zawory indykatorowe na błędy wyznaczania charakterystyk wydzielania ciepła. Zauważono, iż w opisywanych publikacjach w modelach wywiązywania ciepła nie poświęcono dostatecznej uwagi tym stanowczo istotnym, dla pozyskiwania danych diagnostycznej, zagadnieniom. Analizę przeprowadzono na przykładzie charakterystyk wydzielania ciepła silnika wolnoobrotowego 6RTA 76 i średnioobrotowego 6A25/30. Uzyskane wyniki wskazują, że wpływ wymienionych czynników na przebieg charakterystyk nie jest stanowczy, a zakłócenia powodowane przez zawory indykatorowe i kanały gazowe pomijane w odniesieniu do silników wolnoobrotowych są jednorodne (równe błędy systematyczne) dla poszczególnych cylindrów badanego silnika średnioobrotowego. Badania diagnostyczne przeprowadzono na omówionym w tej pracy stanowisku laboratoryjnym silnika średnioobrotowego 3AL25/30. Opisano sposoby symulacji uszkodzeń i przebieg badań. Omówiono wyniki badań. Ich analiza wykazała, iż wytypowane uszkodzenia, oprócz rozkalibrowanych otworów, są identyfikowalne na podstawie parametrów charakterystyk wydzielania ciepła. Użytkowanie do tego celu ciśnienia w przewodzie wtryskowym nie jest potrzebne.
W niniejszej pracy rozpatrzono możliwość wykorzystania w diagnostyce silników okrętowych metod rozpoznania obrazów do rozwiązania problemu identyfikacji stanu technicznego obiektu w systemach automatycznego diagnozowania. Zagadnienie to rozpatrzono teoretycznie. Przeprowadzona analiza pozwoliła na wyszczególnionie trafnej metody rozpoznawania.