УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТА СУДОВОГО ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА

Полезная модель относится к судостроению и технической диагностике, в частности, к системам автоматизированного функционального диагностирования судовых дизель-генераторных агрегатов (ДГА).
Известны системы, которые при диагностике судового оборудования требуют остановки оборудования и разборку его (см. Васильев, Б.В. и др. Диагностирование технического состояния судовых дизелей. - М.: Транспорт. 1982. - 144 с.)
Такие устройства используют при возникновении отказа и при техническом обслуживании ДГА. Однако с их помощью нельзя предупредить отказ оборудования без остановки и разборке последнего и определить причину его возможного возникновения.
Одним из наиболее близких аналогов предлагаемого устройства по технической сущности является модель системы технического диагностирования, предложенная в диссертации Бритика С.А. «Разработка системы технического диагностирования судового дизель-генератора по термогазодинамическим параметрам». (Дис. на соискание уч. степени к.т.н. - Ворошиловград: Ворошил. машиностроит. ин-т, 1985. - 212 с. (автореферат дис-и по специальности ВАК 05.04.02 - Тепловые двигатели/disserCat - электронная библиотека диссертаций и авторефератов, современная наука РФ. См. также Отчет по НИР Т-214-79, № ГР 79047921, инв. №0284.0046270, «Разработка алгоритма и макетного образца системы технического диагностирования судового дизель-генератора». Ворошиловград, 1983). Устройство, выбранное за прототип предлагаемого решения, предусматривает ввод данных для расчета диагностических параметров (константы дизеля, физически константы, информативные параметры, допускаемые значения диагностических параметров), расчет эталонных значений диагностических параметров, локализацию отказов и постановку диагноза, а также вывод данных (индикация данных на дисплее, печать отклонений диагностических параметров и комментарии к ним, печать информативных и диагностических параметров).
Недостатком прототипа является отсутствие возможности определения вида дефекта и прогнозирования отказа судового ДГА.
Заявляемое устройство позволяет получить новый технический результат, заключающийся в определении без вывода ДГА из действия технического состояния ДГА с точностью до вида дефекта на ранней стадии его возникновения и предупреждения тем самым возникновения отказа.
Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков. В устройство определения дефекта судового дизель-генераторного агрегата (ДГА), (содержащее, так же как и прототип, аппаратно-программный комплекс с измерительно-нормирующими преобразователями, модулем вычисления текущих значений диагностических параметров и дисплеем), в отличие от прототипа, дополнительно введены модуль регрессионного анализа, блок хранения текущих значений коэффициентов вида дефекта, блок с программным модулем диагностической модели исправного ДГА, блок с программным модулем прогностической модели ДГА и модуль определения вида дефекта, при этом вход блока с программным модулем диагностической модели исправного ДГА подключен к выходу модуля вычисления текущих диагностических параметров, а выход - к входу модуля определения вида дефекта, вход модуля регрессионного анализа подключен к выходу модуля вычисления текущих параметров, выход которого подключен к блоку хранения текущих значений коэффициентов вида дефекта и модулю определения вида дефекта, выход которого подключен к входу дисплея, при этом вход блока с программным модулем прогностической модели ДГА подключен к выходу блока хранения текущих значений коэффициентов вида дефекта.
В указанном исполнении устройство осуществляет не только определение наличия дефекта на ранней стадии его возникновения в процессе использования ДГА, определение вида дефекта, но и прогнозирование времени возникновения дефекта на основе периодического диагностирования. При этом модулем регрессионного анализа определяется регрессионная зависимость расхода топлива от КВД. В модуле определения наличия и вида дефекта (6) определяется наличие дефекта сравнением текущего значения расхода топлива с соответствующим значением для исправного ДГА, а вид дефекта определяется сравнением текущих значений КВД и соответствующих КВД, полученных по диагностической модели исправного ДГА. По линии связи соответствующая информация передается от выхода модуля определения наличия и вида дефекта на вход дисплея. Модуль прогнозирования видов дефектов, содержащий программный модуль с прогностической моделью ДГА, прогнозирует изменение возникающих дефектов во времени на основе данных с блока хранения текущих значений КВД. Соответствующая информация передается с выхода модуля прогнозирования на вход дисплея.
Сущность предлагаемого решения состоит в следующем.
ПОЛ
При возникновении дефекта в ДГА происходит изменение потерь мощности, соответствующих данному виду дефекта, и соответствующее изменение расхода топлива. Расход топлива Q в установившемся режиме работы определяется суммой, отдаваемой ДГА в судовую сеть электрической мощности P, и всех потерь мощности в нем, что можно представить в следующем виде:
где K - коэффициент приведения электрической мощности ДГА к соответствующему значению расхода топлива;
1
n
X-X - диагностические (рабочие) параметры ДГА (ток I, напряжение V, электрическая мощность P и др.);
1
n
K-K - коэффициенты вида дефекта (КВД), определяющие вид и наличие дефекта от 1 до n по величине потерь мощности, приведенных к соответствующему значению расхода топлива.
1
n
Предлагаемое устройство определяет вид дефекта по наличию изменения соответствующего коэффициента вида дефекта относительно его значения при исправном состоянии ДГА (математическая диагностическая модель, получаемая, например, по результатам заводских испытаний, приводимых в паспортных данных ДГА) путем установления зависимостей между расходом топлива, диагностическими (рабочими) параметрами и коэффициентами K-K [1], на основе измерения диагностических параметров и расхода топлива, а также при регулярных измерениях прогнозирует изменение этих коэффициентов, т.е. прогнозирует возникновение дефектов, на основе использования прогностической модели ДГА, например, нейронносетевой прогностической модели ДГА (см. Д. Рутковская и др. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы. - М.: Горячая Линия - Телеком. 2007. - 452 с.)
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет не только определить без вывода ДГА из действия наличие дефекта на ранней стадии его возникновения, но и на основе периодического диагностирования прогнозировать время возникновения отказа, когда значение какого-либо из определяемых коэффициентов видов дефектов достигает предельно допустимого значения, что, в свою очередь, позволит максимально использовать индивидуальный ресурс ДГА и предотвратить отказ своевременным проведением технического обслуживания или ремонта.
Сравнение предлагаемого устройства с прототипом показало, что поставленная задача решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна»
Структурная схема устройства показана на фиг. 1.
1
2
n
Устройство диагностирования ДГА (1) содержит датчики (2) рабочих диагностических параметров и расхода топлива объекта диагностирования, измерительно-нормирующие преобразователи (3), на вход которых подключены датчики (2) или вручную вводятся значения диагностических параметров ДГА, получаемые в исследуемых режимах работы ДГА от штатных или переносных измерительных приборов. К выходам нормирующих преобразователей (3), преобразующих входные сигналы в унифицированные электрические сигналы (0-20 и 4-20 мА; 0-10 и 2-10 В), подключен модуль (4) вычисления текущих значений параметров. К выходу модуля (4) подключены и вход блока (6), содержащего программный модуль с диагностической моделью исправного ДГА. В модуле (5) определяется регрессионная зависимость расхода топлива от КВД Q=f(K, K, …, K). В модуле (8), входы которого подключены к выходам модулей (5) и (6), определяется наличие дефекта сравнением текущего значения расхода топлива с соответствующим значением для исправного ДГА, а вид дефекта определяется сравнением текущих значений КВД и соответствующих КВД, полученных по диагностической модели исправного ДГА (6). К выходу модуля (5) также присоединен вход блока (7) хранения текущих значений КВД, к выходу которого подключен вход модуля прогнозирования (9) видов дефектов, содержащий программный модуль с прогностической моделью ДГА. К выходу блока классификации технического состояния (5) и выходу блока прогнозирования видов дефектов (8) подключен дисплей (10), служащий для представления диагностической и прогностической информации оператору.
Для определения коэффициентов вида дефекта используется компьютерная диагностическая модель для решения системы уравнений, получаемых на основе выражения [1]. При этом определение вида дефекта ДГА может осуществляться непрерывно в автоматическом режиме, если информация о значениях рабочих-диагностических параметров и расходе топлива будет вводиться непосредственно в диагностическую модель с соответствующих датчиков. При полуавтоматическом режиме необходимая информация вводится оператором вручную со штатных и переносных измерительных приборов.
Заявляемая полезная модель была разработана специалистами кафедры САЭЭС ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» для использования в судовых ДГА. Устройство было смоделировано. Проведенные исследования дали положительный результат, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».