Актуальность темы исследования. Проблема дистанционного контроля параметров работы судовой дизельной установки (СДУ) актуальна по ряду причин. Во-первых, − вследствие высокой стоимости топлива. Менее чем за последние десять лет стоимость основных видов морских топлив (MDO, IFO180, IFO380) возросла почти в три раза и в настоящий момент составляет более 1000$ за тонну MDO. Во-вторых, действующие в настоящий момент требования МАРПОЛ 73/78 П. VI ограничивают процент выбросов NOx и SOx в выпускных газах СДУ [1]. Превышение этих норм, возникающее по причине отсутствия детальной объективной информации о состоянии СДУ, влечет за собой очень большие штрафы судовладельцев. Кроме этого, регулярный контроль эксплуатационных параметров повышает уровень технической эксплуатации СДУ и способствует не только детальному учету эксплуатационных затрат и планированию ремонтов, но и эффективному управлению сложной многосистемной современной СДУ.
Время desktop-приложений, как и время локального решения задач управления технологическими процессами быстро уходит в прошлое. В настоящее время актуально сетевое, корпоративное online-управление и контроль, когда при принятии сложного решения учитываются мнения многих компетентных специалистов и всем видны результаты совместной деятельности. Эффективность такой стратегии в разы выше за счет быстрых обратных связей и исключения случайных субъективных факторов [2].
От технического состояния СЭУ зависит способность судна выполнять свою главную задачу – перевозить грузы, при этом обеспечивая безопасность мореплавания и жизнь экипажа. Кроме главных дизелей, непосредственными потребителями топлива в составе СЭУ являются вспомогательные дизель-генераторы и котел. Текущие расходы на эксплуатацию этих объектов в виде расходов на топливо, масло и ремонт также стоят на первом месте. Поэтому актуальными для СЭУ являются следующие задачи: контроль мощности на всех эксплуатационных режимах, учет потребления топлива и масла, а также точный учет моторесурса в зависимости от степени нагруженности механизмов. Безусловно, актуальной является задача выработки эффективной стратегии планирования эксплуатации СДУ, основанная на анализе полученных данных [3-5].
В связи с изложенным, разработка моделей и методов дистанционного контроля параметров работы СДУ является актуальной научной задачей. В связи с преимущественным распространением дизельных энергетических установок на флоте, она является одной из важнейших задач повышения конкурентоспособности в сфере морского и речного транспорта.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа связана с научно-исследовательской тематикой кафедры «Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация» судомеханического факультета Одесского национального морского университета. В период с 2009 по 2013 гг. автор принимал участие в разработке госбюджетных научно-исследовательских работ «Совершенствование технической эксплуатации судовых энергетических установок» ГР № 000U08970 от 01.01.2001, и ГР № 000U001013 от 01.01.2001 в качестве исполнителя разделов, посвященных методам дистанционного контроля параметров СДУ.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение эффективности и безопасности эксплуатации СЭУ за счет организации дистанционного контроля и управления параметрами ее работы.
Достижение поставленной цели требует системного решения комплекса взаимосвязанных задач:
− анализ современных методов контроля рабочих параметров судовой дизельной энергетической установки;
− формирование принципов дистанционного контроля рабочих параметров судовой дизельной энергетической установки;
− разработка методов определения эффективных параметров судовой дизельной энергетической установки;
− разработка методов виброакустического контроля параметров работы узлов главных (ГД) и вспомогательных (ДГ) дизелей;
− разработка методов виброакустического контроля рабочих характеристик газотурбонагнетателей;
− создание экспериментальной установки с комбинированным двигателем внутреннего сгорания и оснащение установки датчиками и измерительной аппаратурой для регистрации параметров его работы;
− исследование виброакустических полей СДУ в условиях реальной эксплуатации на судне с последующей обработкой и анализом полученных результатов;
− разработка и апробация структуры Интернет-ресурса, на котором производится накопление, систематизация и расчет параметров работы СДУ;
Объектом исследования является процесс эксплуатации СДУ.
Предметом исследования являются параметры СДУ и методы их дистанционного контроля.
Методы исследования. Разработка моделей и методов дистанционного контроля эксплуатационных параметров СДУ, базируются на методах системного анализа и синтеза технических систем. В работе использовались методы статистической обработки в задачах сбора и анализа экспериментальных данных. Также использовались методы:
- гармонического анализа в задачах определения частотных характеристик СДУ;
- цифровой фильтрации на базе быстрого преобразования Фурье;
- n-параметрической нелинейной оптимизации в задаче моделирования рабочего процесса СДУ;
В экспериментальных исследованиях использовались методы регистрации параметров с помощью DSP контроллеров и АЦП (12bit, 106SPS), с их последующей программной обработкой и визуализацией в средах C++ и MAPLE. Интерфейс расчетных программ был организован с помощью программных сред Delphi 7.0 с использованием стандартных математических библиотек Numeric Toolbox и модифицированных методов нелинейного программирования. Для визуализации расчетных характеристик использовалась среда Grapher, и специальные компьютерные программы, разработанные автором.
Достоверность и обоснованность научных положений работы обусловливаются использованием общих уравнений термодинамики; соответствием расчетных результатов экспериментальным данным; применением современных высокоточных автоматизированных средств измерения параметров СЭУ.
Научная новизна полученных результатов состоит в том, что впервые разработана стратегия интернет-ориентированного дистанционного контроля рабочих параметров СДУ, базирующаяся на частотных методах определении эффективных параметров работы судовых дизелей, передачи этих параметров на интернет ресурс с последующей систематизацией, накоплением и анализом полученных данных.
При этом впервые:
− разработан метод комплексной диагностики технического состояния газотурбонагнетателя судового дизеля, путем оценки амплитуды виброакустического сигнала на основной частоте вращения;
− разработан метод виброакустического контроля частоты вращения газотурбонагнетателя;
− получены двухпараметрические модели эффективной мощности дизеля, как функции от скорости ГТН и температуры наддува, которые могут быть реализованы на DSP контроллере, основной задачей которого является реализация БПФ, построение амплитудного спектра и решение задачи устранения «утечки» мощности.
Получил дальнейшее развитие и усовершенствован метод устранения эффекта «утечки» в дискретном преобразовании Фурье, что дает возможность анализировать параметры исходного сигнала (амплитуду, частоту и фазу).
Получили дальнейшее развитие и усовершенствованы методы виброакустического контроля частоты вращения коленчатого вала судового дизеля и комплексной оценки дисбаланса мощностей цилиндров, путем оценки амплитуды виброакустического сигнала на цилиндровой частоте [15].
Получили дальнейшее развитие и усовершенствованы методы дистанционного контроля параметров работы СДУ с использованием сети Интернет [17].
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, обеспечена системным подходом к исследованию процессов эксплуатации СДУ, использованием достоверных и корректных математических моделей и эффективных численных методов решения задач обработки экспериментальных данных.
Практическое значение результатов диссертационного исследования состоит в разработке стратегии интернет-ориентированного дистанционного контроля рабочих параметров СДУ, которая базируется на частотных методах определении эффективных параметров работы судовых дизелей, передачи этих параметров на интернет ресурс с последующей систематизацией, накоплением и анализом полученных данных. Практическая часть работы базируется на создании вычислительно комплекса позволяющего решать следующие задачи:
- комплексное диагностирование газотурбонагнетателя судового дизеля, путем оценки амплитуды виброакустического сигнала на основной частоте вращения;
- виброакустический контроль частоты вращения газотурбонагнетателя;
- контроль частоты вращения коленчатого вала судового дизеля и комплексной оценки дисбаланса мощностей цилиндров, путем оценки амплитуды виброакустического сигнала на цилиндровой частоте;
- дистанционный контроль параметров работы СДУ с использованием сети Интернет.
Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс Одесского национального морского университета и используются при чтении лекций по дисциплинам «Мониторинг СДВС» и «Системы диагностирования» для студентов старших курсов судомеханического факультета. Результаты диссертации внедрены на теплоходах судоходных компаний:
- на т/х «Волгодон-211», (РФ, г. Ростов-на-Дону, акт внедрения от 01.01.2001г.);
- на т/х «Волгодон-5043», (РФ, г. Ростов-на-Дону, акт внедрения от 01.01.2001г.);
- на т/х «Герои Плевны», ГСК «УКРФЕРРИ» (Украина, г. Одесса, акт внедрения от 01.01.2001г.);
- на т/х «SIOUX», Prestige Shipmanagement Ltd. (Турция, г. Стамбул, акт внедрения от 01.01.2001г.).
Личный вклад автора. Все положения, вынесенные на защиту, получены автором лично. Диссертация является самостоятельным исследованием и оформлена в виде рукописи, написанной автором лично. В работах [5,6,8,11] автору принадлежат разработка функциональной схемы системы мониторинга параметров рабочего процесса судовых комбинированных дизелей; обработка результатов диагностирования, формирование выводов. В работах [2,12,13,17] постановка задачи, разработка структуры интернет-ресурса по систематизации и анализу данных мониторинга эффективных параметров СДУ. В работах [9,10,15,16,21,22] постановка задачи, разработка алгоритмов определения частоты и диагностирования двигателя и газотурбонагнетателя, формирование выводов. Постановка задачи анализа дискретного спектра и разработка метода устранения эффекта «утечки» мощности в дискретном преобразовании Фурье. Разработка алгоритмов комплексной диагностики технического состояния механизмов СЭУ и формирование выводов.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
Основные порталы (построено редакторами)