Надежкин, Андрей Вениаминович. Мониторинг работающего моторного масла в системе обеспечения безопасной ресурсосберегающей эксплуатации судовых дизелей : Надьожкін, Андрій Веніамінович. Моніторинг працюючого моторного масла в системі забезпечення безпечної ресурсозберігаючої експлуатації суднових дизелів

Краткое описание

Надежкин, Андрей Вениаминович. Мониторинг работающего моторного масла в системе обеспечения безопасной ресурсосберегающей эксплуатации судовых дизелей : диссертация ... доктора технических наук : 05.08.05 / Надежкин Андрей Вениаминович; [Место защиты: ФГОУВПО "Морской государственный университет"].- Владивосток, 2011.- 358 с.: ил.

На правах рукописи
Надежкин Андрей Вениаминович 05201250102
МОНИТОРИНГ РАБОТАЮЩЕГО МОТОРНОГО МАСЛА В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
Специальность 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук
Научный консультант заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Кича Г. П.
Владивосток -2011
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 10
1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ "СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПО ПАРАМЕТРАМ РАБОТАЮЩЕГО МАСЛА 15
1.1. Роль и место контроля параметров работающего масла в системе управления безопасной эксплуатацией судовых дизелей .-1-5—
—1-7-2—Мониторинг^заботающего моторного масла как средство обеспечения ресурсосберегающей эксплуатации СДВС 19
1.2.1. Трибомониторинг и трибодиагностика СДВС. Теоретические основы
и практические аспекты 19
1.2.2. Анализ влияния маслообмена в системе смазки СДВС
на изменение параметров работающего масла 39
1.3. Обзор современных методов расчета эффективности очистки моторного масла в судовых дизелях 44
1.4. Виды и особенности изнашивания деталей судовых дизелей.
Морфология частиц износа 52
1.5. Выводы. Цель и задачи исследований 63
2. МОНИТОРИНГ РАБОТАЮЩЕГО МАСЛА КАК СИСТЕМО¬ОБРАЗУЮЩИЙ ПРОЦЕСС РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ 67
2.1. Разработка системных принципов решения задач трибодиагностики тронковых двигателей внутреннего сгорания 67
2.2. Особенности структурно-функциональной схемы трибомониторинга крейцкопфных судовых дизелей 79
2.3. Выводы 87
3. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ И ЭФФЕКТИВНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЦИЛИНДРО-ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ КРЕЙЦКОПФНЫХ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ТРИБОМОНИТОРИНГА 89
3.1. Факторы, определяющие поступление продуктов износа
в отработанное цилиндровое масло. Построение диагностической матрицы 89
3.2. Статистическая идентификация технического состояния объекта трибомониторинга 96
3.3. Анализ кинетических кривых коэффициентов корреляции
данных трибомониторинга 110
3.4. Разработка критериев для управления техническим состоянием цилиндро-поршневой группы крейцкопфных МОД
по данным трибомониторинга 115
з
3.5. Разработка имитационной модели накопления продуктов износа
в отработанном цилиндровом масле 123
3.6. Выводы 133
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЦЕСС ИЗНАШИВАНИЯ ТРОНКОВЫХ СДВС
И ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РММ 135
4.1. Программный комплекс нормирования и учета расходования горюче-смазочных материалов на судах 135
4.2. Формализация стохастических процессов долива масла в систему
смазки гт^-. .тт.- — гт. гт. г. .V. .т. гг. .7144
4.3. Моделирование износных свойств судовых топлив и работающих моторных масел 148
4.4. Выводы 160
5. СТОХАСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ МОТОРНОГО МАСЛА И УДАЛЕНИЯ ИЗ НЕГО ПРОДУКТОВ ИЗНОСА ФИЛЬТРОВАНИЕМ И ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕМ 162
5.1. Идентификация удаления из работающего моторного масла продуктов износа дизелей фильтрованием 162
5.2. Детерминированные модели очистки работающего моторного масла центрифугированием и сепарированием 182
5.3. Уточнение стохастических моделей очистки моторного масла
с учетом флуктуаций скорости осаждения дисперсной фазы 192
5.4. Выводы 214
6. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ТРИБОДИАГНОСТИКИ ТРОНКОВОГО ДИЗЕЛЯ 218
6.1. Моделирование динамики распределения частиц износа
в системе смазки тронкового СДВС 218
6.2. Идентификация распределения размеров частиц износа
методом нелинейной векторной оптимизации 227
6.3. Выводы 249
7. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОЛИВА МОТОРНОГО МАСЛА В СИСТЕМУ СМАЗКИ НА ИЗМЕНЕНИЕ ЕГО ПАРАМЕТРОВ
И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ 251
7.1. Разработка экспериментальной модели влияния режимов
долива моторного масла на его показатели 251
7.2 Оценка влияния дисперсного состава продуктов загрязнения
моторного масла на техническое состояние судовых дизелей 280
7.3. Имитационное моделирование различных режимов долива
на эффективность эксплуатации судовых дизелей 285
7.4. Выводы 291 
8. КОМПЛЕКСНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ
И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СДВС 293
8Л. Обеспечение безопасной эксплуатации ЦП! крейцкопфного дизеля
по результатам мониторинга отработанного цилиндрового масла 293
8.2. Разработка аналитических методов поиска пороговых значений данных трибомониторинга тронковых СДВС 306
8.3. Разработка практических-рекомендаций по выбору рациональных режимов долива в систему смазки СДВС 316
8.4. Выводы 326
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮНЕНИЕ ——3-28-
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 334
359
ПРИЛОЖЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
АХ,АП - удельная скорость загрязнения масла НРП и срабатывания присадок, мг/(кВт-ч), г/(кВт-ч)
Ац - коэффициент, учитывающий влияние соседних цилиндров на функцию тока Г, Ф - групповой и фракционный составы топлива, отн. ед.
Зм, Зт - зольность масла и топлива, отн. ед.
И,Ии1(2) - скорость изнашивания и износ деталей дизеля, %, мм/1000 ч, мкм3/ч
Ицв—екороеть-изнашивания-цилиндровой'втулкитмм/ТООО'ч
ИПк - скорость изнашивания поршневого кольца, мм/1000 ч Кдв - показатель динамичности работы ДВС, ранг Кр - коэффициент использования мощности дизеля Кт - показатель качества топлива, отн. ед.
Ктм - показатель совершенства системы "топливо - масло", отн. ед.
Ку - доля загрязнений и присадок, выгораемых с маслом Мдс, М - качество работающего масла, ранг
П, - эффективность МО и ДЭТМО по z-му показателю, %
Рфэ - расход ФЭ
См - содержание смол в масле, % (отн. ед.)
Т - техническое состояние ДВС, ранг ЩЧ0СТ - остаточное щелочное число отработанного цилиндрового масла, мг КОН/г
ЩЧост
критическое значение остаточного щелочного числа, мг КОН/г
ЩЧСВ - щелочное число свежего цилиндрового масла, мг КОН/г а, Ъ - размеры поры прямоугольной формы, мкм ап - скорость срабатывания присадок, г/ч ах - скорость загрязнения масла НРП, г/ч Дф, ап - скорость удаления НРП фильтром и центрифугой, кг/ч
аш - скорость поступления продуктов износа в работающее ММ, кг/ч
Fc
а - скорость поступления железа (продукта износа) в работающее моторное масло, кг/ч Ья, Яя - линейный размер и радиус ячейки фильтрования, мкм y0/hc ,Ed - относительная (безразмерная) координата отсева - вектор стохастичности bt ,Pi - параметры масштаба и формы распределения Вейбулла
Ьог, Ь0у - интенсивность случайных воздействий по г и у, Дж/(кг-с)
Ъц, Э^ф - линейная и угловая координаты отсева; мкм, рад.
сх, схз - концентрация общих и зольных НРП в ММ, % (отн. ед.) сп - концентрация присадок в масле, % (отн. ед.)
сМе сМе ~ начальная и текущая массовые концентрации продуктов
О ’ і
износа в работающем моторном масле, г/т (млн- ) d - массовая концентрации j-го металла (продукта износа) в работающем моторном масле, г/т (млн-1) cFe - массовая концентрация железа (продукта износа) в работающем моторном масле, г/т (млн-1) d - диаметр частиц нерастворимой'фазы, мкм dKр- критический диаметр частиц, мкм d — средний диаметр волокна ФМ, мкм
D - диаметр цилиндра двигателя, см Д ^коэффициент диффузии по координате г, м/с ё,, ёе - единичный вектор в г и 0 направлениях F{d) - дифференциальная функция распределения частиц, мкм-1 FT— вектор силы и момента химмотологического
DL ’ DL г
(электрокинетического) взаимодействия, Н, Н-м
FA,FAd,Fg,Fu - вектор силы Архимеда, Лондона - Ван-дер-Ваальса
(адгезии), тяжести и центробежной, Н F^,f^ — векторы случайных сил и моментов, действующих на ДФ, Н, Н-м
f{l, т) - функция распределения частиц продуктов износа j-го вида с размером / в момент времени т, мкм-1 fJ (/,т) - функция распределения поступающих из двигателя частиц
продуктов износау'-го вида с размером / в момент времени т, мкм-1 <§Ф> — масса отложений на фильтре и в центрифуге, кг
^фм, (7фЭ - грязеемкость фильтровального материала и ФЭ, кг
£фм _ степень заполнения пор отложениями
gUM удельный эффективный расход цилиндрового масла, кг/(кВт-ч)
Go, G - начальная и текущая масса масла в СС дизеля, кг h - критерий применимости ДМ h i(2) - глубина внедрения частицы в материал, мкм К, кфм - толщина рабочего слоя смазки и ФМ, мкм
hd - расстояние между частицей и коллектором, мкм
hc - высота межтарельчатого зазора СЦ, м
кс, к у - поправки к закону Стокса на концентрацию и форму частиц
I - средний размера частиц продуктов износа, мкм т - пористость ФМ, отн. ед.
с, — математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение случайного параметра rd - радиус частиц ДФ, мкм
иу, ux, мф - проекции вектора движения осаждаемой частицы, м/с
U - скорость набегающего потока, м/с
Дн - номинальная тонкость отсева, мкм
М* Jd - масса и момент инерции частицы, кг, кг-м
«дв - частота вращения двигателя, с”1
7zc - число фильтровальных слоев
NAd, Ndl, NgА- адгезионная, химмотологическая и сидиментационная группы отсева
MJ - число частиц износа /-го вида, поступающих в масло из двигателя
- ДВ :
в единицу времени, шт./ч NJ( т) - общее число частиц износа 7-го вида в момент времени т в объеме масла, шт. pH - водородный показатель
Рен - эффективная номинальная мощность дизеля, кВт Рте ~ среднее эффективное давление дизеля, МПа Qa, Qy - скорость долива и угара ММ, кг/ч Qc, Q$, Qu~ подача жидкости через сепаратор, фильтр и центрифугу, кг/ч бсФс > бфФф > бцфц- интенсивность очистки масла СЦ, фильтром и ЦО, кг/ч
г, 0, ф - сферическая система координат, м, рад R, ф, z - цилиндрическая система координат, м, рад г - вектор состояния системы ДЭТМО Rd,®d ~ радиальная и угловая координаты частицы, мкм, рад
fmm, гта- максимальный и минимальный радиус тарелок, м RK - радиус коллектора в форме цилиндра, мкм S - ход поршня, м (отн. ед.)
ST - содержание серы в топливе, % (отн. ед.)
(Гм), tn- температура масла и поршня, °С (К) й, б - векторы скорости частицы и жидкости, м/с
о
DCC ~ удельная вместимость СС, дм /кВт
о
Vp, Кк - вместимость ротора и грязевой камеры ЦО, см W, G, - плотность и поток вероятности
Wr - абразивность (триботехнические свойства) НРП масла, отн. ед. х, у, ф - биконическая криволинейная система координат, м, рад zd - расстояние от центра частицы до коллектора, мкм Zc - число тарелок СЦ
Yg - угол между направлением потока и силой тяжести, рад rh - плотность укладки волокон и фильтровальных слоев Ар, Арф - перепад давления масла в ЦО и на фильтре, Па
цм, vM - динамическая и кинематическая вязкость ММ, Пас, м2/с £,(т) - случайная дельта-коррелированная функция времени с нулевым средним значением и интенсивностью Ьо
л
рм, pd, рЭф- плотность масла, ДФ и эффективная частицы, кг/м
Рф, рц - плотность отложений фильтра и ЦО, кг/м3
р7 - плотность материала частиц износау-го типа, кг/м3
<У - среднеквадратическое отклонение частиц продуктов износа
(размера Г) j-го вида, мкм
а1(2), стр - действующее и разрушающее напряжение материала ДФ, МПа
2 2
ац, X - удельный и общий индекс пр<^ЗЕЮдительно.сти.ЦО,-М-^ч/г, м
Тм - срок службы масла, ч Тц, т - продолжительность фильтрования, центрифугирования и работы дизеля, ч
фd(ab, ьа) ~ фракционный коэффициент отсева прямоугольной поры, %
(отн. ед)
фс, фц - общий коэффициент очистки (полнота отсева) сепаратора и центрифуги, % (отн. ед.) фф, ф^ф - полнота и фракционный коэффициент отсева монопоровой фильтровальной структуры, % (отн. ед.)
Фф’Ф# - обобщенные с учетом полипоровой структуры ФМ полнота и фракционный коэффициент отсева, % (отн. ед.) ф^с, ф^ц - фракционный коэффициент очистки (отсева) сепаратора и центрифуги, % (отн. ед.) ф^я - фракционный коэффициент отсева фильтровальной ячейки, % (отн. ед.)
со, МО - маслоочиститель МОД - малооборотный дизель МОК - маслоочистительный комплекс НРБ - нерастворимые в бензине НРП - нерастворимые продукты ОД - объект диагностирования ОЦМ - отработанное цилиндровое масло ПСТОМ - полнопоточная система тонкой очистки масла ПЗ - продукты загрязнения ПК - поршневое кольцо
_ РММ^-работающее-моторное-масло
РУ - регенерирующее устройство СДВС - судовой двигатель внутреннего сгорания СДЭУ - судовая дизельная энергетическая установка СМ - стохастическая модель СО - степень окисления СОД - среднеоборотный дизель СОМ - система очистки масла СОФ - самоочищающийся фильтр СрТД - средства технического диагностирования СС - смазочная система СТД - система технического диагностирования СТОМ - система тонкой очистки масла СУБ - система управления безопасностью СЭУ - судовая энергетическая установка ТО и Р - техническое обслуживание и ремонт ФГО - фильтр грубой очистки
ФКД - фотометрический коэффициент дисперсности загрязнений ФКЗ - фотометрический коэффициент загрязненности ФМ - фильтровальный материал ФМНРПП- фильтровальными материалами с неравномерно распределенным поровым пространством ФТОМп- фильтр тонкой очистки масла, полнопоточный ФЭ - фильтрующий элемент цо - центробежный очиститель ЦПГ - цилиндро-поршневая группа ЦС - центробежный сепаратор ЩЧ - щелочное число
ВВЕДЕНИЕ
Согласно «Стратегии развития морской деятельности России до 2030 г.» [65] предусматривается обеспечение интересов Российской Федерации в Ми¬ровом океане, повышение эффективности основных видов морской деятель¬ности и, в частности, усиления мер по обеспечению безопасности морепла¬вания. Следует особо отметить, что Международная морская организация (ИМО) в настоящее время последовательно рещает_задачи_повышения-безо- пасности мореплавания. Одним из приоритетных направлений её деятельно¬сти в этом направлении является Международный кодекс по управлению безопасностью (МКУБ) [165, 170].
Анализ несоответствий по МКУБ показывает, что наибольший их про¬цент приходится на категорию «техническое обслуживание и ремонт судна и оборудования» [202]. При этом основная доля нарушений связана с главными и вспомогательными двигателями морских судов. Главные и вспомогатель¬ные судовые дизеля относятся к наиболее сложным объектам. В то же время безопасность эксплуатации судов в первую очередь зависит от надежности их функционирования [182].
Проблема обеспечения надежности является одной их центральных на всех стадиях «жизненного» цикла» судового двигателя внутреннего сгорания (СДВС): проектирование, производстве, эксплуатации [10, 18, 102, 151,152]. Мощным средством поддержания необходимого уровня надёжности техни¬ческого объекта является научная организация процесса его эксплуатации. В ней особая роль принадлежит диагностированию, по результатам которого определяется действительное техническое состояние (ТС) объекта диагно¬стирования (ОД) и характер его изменения во времени [9, 28, 34, 52, 98, 199].
Работающее моторное масло (РММ) из системы смазки судового дизеля несет в себе информацию о термодинамических, химических и триботехни¬ческих процессах происходящих в цилиндрах [19, 29, 40, 46, 119, 189,190]. Носителями этой информации являются физико-химические показатели са- мого РММ, а также содержащиеся в нем продукты износа трущихся сопря¬жений дизеля и неполного сгорания топлива. Информация о концентрации частиц износа в масле и их распределении по размерам позволяет решать за¬дачи распознавания технического состояния ОД. Обширные научные иссле¬дования, проведенные-во многих странах мира; показали высокую достовер¬ность определения предполагаемых дефектов на основании анализа РММ двигателей [20, 21, 51, 52, 55, 59, 83, 146, 147, 154, 168, 186, 197].
Актуальность исследований по повышению эффективности мониторин¬га РММ обусловлена необходимостью широкого внедрения методик и алго¬ритмов распознавания технического состояния СДВС на основе информации, извлекаемой из пробы РММ с целью принятия научно-обоснованных реше¬ний по управлению безопасной и ресурсосберегающей эксплуатацией судо¬вого дизеля. Комплексный подход к этому вопросу позволит значительно по¬высить достоверность и глубину результатов оценки технического состояния смазываемых узлов трения СДВС.
Углубление переработки нефти сопровождается ухудшением качества товарных топлив, что приводит к понижению надежности работы и ресурс¬ных показателей СДВС при их эксплуатации на продуктах крекинг-процесса. При этом увеличивается интенсивность старения моторного масла (ММ), за¬грязнения дизелей углеродистыми отложениями и скорость изнашивания их основных деталей [13, 19, 22, 23, 46, 69, 100, 190,191].
Приспособление ДВС к применению топлив с пониженными показателя¬ми качества, особенно при необходимости повышения их эксплуатационной экономичности и надежности, может успешно решаться только совместными усилиями конструкторов и изготовителей двигателей, эксплуатационников, а также специалистов по топливам и маслам. Значительное внимание при этом уделяется совершенствованию эффективности технического обслуживания. Эффективный мониторинг РММ - один из способов ослабить влияние ухуд¬шения качества топлива на экономические и ресурсные показатели ДВС.
В данной работе осуществлен системный подход к повышению эффек¬тивности мониторинга РММ судовых дизелей. Комплексность подхода реа¬лизована в результате рассмотрения совместного влияния множества экс¬плуатационных факторов на дизель, оцениваемого через состояние РММ. Это тот индикатор, который указывает на хорошую сбалансированность раз¬рабатываемых мероприятий с достижением наибольшего технико¬экономического эффекта. Поэтому исследованием массодисперсного обмена їїіїбразивности нерастворимых примесей РММ удалось на основе имитаци¬онного моделирования оценить влияние разработанных научно-технических решений на долговечность и ресурс СДВС.
Предметом защиты являются следующие основные результаты рабо¬ты, определяющие ее научную и практическую ценность:
- разработанный на основе системного подхода обобщенный иерархиче¬ский алгоритм распознавания технического состояния СДВС по результатам трибомониторинга и трибодиагностики;
- созданная имитационная модель циркуляции и кинетики накопления частиц продуктов износа в работающем масле системы смазки судового тронкового дизельного двигателя;
- уточненная стохастическая модель очистки РММ фильтрованием и центрифугированием (сепарированием) от продуктов износа;
- разработанная методика векторной многокритериальной идентифика¬ции функции распределения частиц продуктов износа трибосопряжений тронковых СДВС;
- предложенная имитационная триботехническая модель зависимости скорости изнашивания ДВС от износных свойств РММ в дизелях разной форсировки при сжигании топлив широкого фракционного и группового со¬ставов;
- разработан вероятностно-статистическим подход распознавания тех¬нического состояния деталей ЦП! крейцкопфных МОД по данным монито¬ринга отработанного цилиндрового масла с привлечением методов много¬мерной статистики и теории статистических решений;
- впервые разработанная имитационная модель накопления продуктов износа деталей ЦІ 11 крейцкопфных МОД в отработанном цилиндровом мас¬ле;
- полученные математические модели, описывающие изменение дис¬персности продуктов загрязнения работающего масла при доливе свежего масла в СС судового дизеля и экспериментальные зависимости, описываю¬щие стохастичный процесс долива масла в эксплуатации.
Практическая ценность. Разработаны научно обоснованные методики и алгоритмы оценки технического состояния СДВС на основе контроля пара¬метров работающего масла и содержанию в нем продуктов износа двигателя.
Важной для практики особенностью предложенного подхода является учет
/
воздействия случайных факторов, комплектация систем смазки разными по принципу действия агрегатами очистки на результаты мониторинга РММ. Созданные автором методы интерпретации данных комплексного исследова¬ния показателей РММ являются основой для разработки конкретных правил управления безопасной эксплуатацией судовых дизелей в судоходных ком¬паниях. Полученные научные и практические результаты используются в учебном процессе подготовки специалистов для морского флота в МГУ им. адм. Г.И. Невельского.
Научно-методической основой исследований послужили работы россий¬ских ученых М.А. Григорьева, В.А. Сомова, Г.А. Смирнова, В.В. Щагина (в вопросах смазки и очистки масла в ДВС), С.Г. Аробяна, А.Б. Виппера, В.Ф. Большакова, С.В. Венцеля, Л.Г. Гинзбурга, B.JI. Лашхи, Э.М. Мохнат- кина, О.А. Никифорова, К.К. Папок, B.JI. Певзнера, В.Д. Резникова, В.М. Школьникова (по вопросам химмотологии моторных масел и использо¬вания их в ДВС); П.Б. Аратского, Б.Г. Лаврова, Л.И. Погодаева, В.Н. Поло- винкина, А.Ю. Шабанова, Н.Я. Яхьяева (в области трибологии); А.Ю. Конь¬кова, А.В. Мозгалевского, Е.А. Никитина, А.А. Обозова (в области диагно¬стирования СДВС), С.В. Викулова, С.М. Овчаренко, А.И. Соколова, В.А. Степанова, JI.A. Шеромова, В.В. Чанкина (в области трибодиагностики дизелей) и И.В. Возницкого, Н.А. Иващенко, В.А. Лашко, О.Н. Лебедева, М.Г. Круглова, МтК". Овсянникова, Н.В. Петровского, З.А. Хандова (по во-просам теории и эксплуатации ДВС и СДЭУ).
В диссертации под трибомониторингом имеется в виду контроль пара¬метров частиц продуктов износа в масле, а под трибодиагностикой - распо¬знавание технического состояния СДВС по результатам трибомониторинга.

Список литературы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Разработан комплекс методик решения проблемы безопасной ресур-сосберегающей эксплуатации судовых дизелей на основе контроля показате¬лей работающего масла и содержания в них продуктов износа. Особенность его состоит в системном подходе при исследовании временных, причинно-следственных отношений на множестве возможных дефектов, что позволило разработать обобщенный иерархический алгоритм распознавания техниче¬ского состояния объекта диагностирования по результатам трибомониторин- га и трибодиагностики.
2. На системном подходе с использованием стохастических уравнений Колмогорова - Фоккера - Планка разработана система формализованных мо¬делей трибодиагностики тронкового дизеля, включающая в себя:
- имитационную модель циркуляции и кинетики накопления частиц продуктов износа в работающем масле системы смазки судового дизельного двигателя;
- стохастические модели очистки работающих моторных масел фильтро-ванием и центрифугированием (сепарированием) от частиц продуктов износа;
- методика векторной многокритериальной идентификации функции распределения частиц продуктов износа трибосопряжений судовых дизелей;
- имитационная триботехническая модель зависимости скорости изна¬шивания двигателей внутреннего сгорания от износных свойств работающих моторных масел в дизелях разной форсировки при сжигании топлив широко¬го фракционного и группового составов.
Разработанная система формализованных моделей позволяет решать ди-хотомическую задачу разделения множество технических состояний судовых дизелей в пространстве диагностических параметров трибомониторинга для целей безопасной и ресурсосберегающей их эксплуатации.
3. Отличие разработанной модели трибодиагностики от существующих кинетических зависимостей состоит в учете угара и стохастического перио-дического долива масла в системах смазки, а так же переменной интенсивно¬сти очистки работающего моторного масла маслоочистителей разного прин¬ципа действия, обусловленной нестационарным характером распределения частиц износа в системах смазки по времени.
4. Новый результат в развитии теории очистки фильтрованием и цен-трифугированием (сепарированием) применительно к задачам трибодиагно¬стики достигнут:
- идентификацией совместного действия на частицы износа при фильт¬ровании адгезионной, седиментационной и химмотологической групп задер¬жания и ситового отсева;
- применением волоконно-решетчатой модели очистки фильтрованием с двумерной идентификацией пор фильтровального материала с нерегулярной поровой структурой по основным размерам;
- учетом влияния на эффективность очистки случайных воздействий на дисперсную фазу, распределения скоростей меридионального потока в меж- тарельчатом пространстве центробежного сепаратора и при движении сус¬пензии через двумерные поры фильтровального материала.
5. Разработана имитационная диагностическая модель циркуляции и на-копления частиц продуктов износа в работающем масле с учетом полного их баланса в системе смазки дизеля. В модели впервые рассмотрены самосогла-сованные процессы изменения полного числа и дисперсного состава частиц износа в смазочной системе двигателя. Получена система замкнутых интег- ро-дифференциальных уравнений, имеющих нелинейный характер, полного числа и функций распределения частиц износа разного типа в моторном мас¬ле дизеля.
Предложена схема сведения исходных интегро-дифференциальных уравнений к системе N обыкновенных дифференциальных уравнений, прове¬ден численный анализ входящих в задачу величин. Приведена методика со¬ставления полного баланса продуктов износа в смазочной системе дизеля с учетом их удаления очистителями и с угаром масла. Получено решение зада¬чи расчета изнашивания основных деталей дизельного двигателя по скорости поступления в работающее моторное масло различных продуктов износа.
6. Впервые в практике трибодиагностики предложен метод идентифика-ции функции распределения частиц продуктов износа генерируемых дизелем в системе смазки. Полученные решения основаны на теории многокритери¬альной оптимизации и имитационном моделировании сложных динамиче¬ских процессов циркуляции частиц продуктов износа в системе смазки судо¬вого дизеля.
7. Сопоставление результатов численного моделирования и данных три-бомониторинга дизелей в эксплуатации на судах показало, что они хорошо согласуются. Проведенные имитационные исследования динамики накопле¬ния продуктов износа в работающем масле дизелей позволили установить существенное влияние на этот процесс комплектации системы смазки агрега¬тами очистки, качества применяемого топлива и моторных свойств смазоч¬ного масла.
Использование данной модели для целей трибодиагностики дизелей дает возможность научно обосновать пороговые значения концентраций продук¬тов износа в работающем масле с учетом эффективности очистителей и тем самым повысить достоверность и глубину диагностирования судовых дизе¬лей по содержанию продуктов износа в их работающем масле.
8. Разработан вероятностно-статистический подход распознавания тех-нического состояния деталей цилиндро-поршневой группы крейцкопфных малооборотных дизелей по данным трибомониторинга с привлечением мето¬дов многомерной статистики и теории статистических решений. По результа¬там натурных испытаний методами статистических решений установлена взаимосвязь между концентрацией в масле характерных химических элемен¬тов, входящих в состав трущихся сопряжений, и состоянием объекта диагно¬стирования. Показано, что для описания технического состояния деталей ци- линдро-поршневой группы крейцкопфных малооборотных дизелей следует оперировать четырьмя областями их технического состояния. Определены статистические критерии, позволяющие оценить степень различимости тех¬нического состояния деталей цилиндро-поршневой группы крейцкопфных малооборотных дизелей по данным трибомониторинга.
9. Впервые разработана имитационная модель накопления продуктов износа деталей цилиндро-поршневой группы крейцкопфных малооборотных дизелей в отработанном цилиндровом масле. Показана хорошая сходимость расчетных и экспериментальных данных трибомониторинга. Применение предложенной имитационной модели позволяет осуществлять распознавание технического состояния судовых крейцкопфных малооборотных дизелей по данным трибомониторинга, выявляя изменение условий трения и увеличение скорости изнашивания деталей цилиндро-поршневой группы.
10. Разработана оригинальная методика определения критических зна-чений для характерных параметров износа деталей цилиндро-поршневой группы судового крейцкопфного двигателя основанная на определении точки излома у регрессионной зависимости, построенной по малому числу экспе¬риментальных данных. На её основании методами многомерной статистики определены критические значения остаточного щелочного числа в отрабо¬танном цилиндровом масле. Применение критерия по критическому значе¬нию щелочного числа в практике эксплуатации судовых крейцкопфных ди¬зелей позволяет обеспечить ресурсосберегающее управление работой двига¬теля, минимизируя кислотную коррозию в цилиндрах малооборотных дизе¬лей и оптимизируя подачу цилиндрового масла на зеркало втулки.
11. Предложен критерий KQ для оценки устойчивости дисперсной фазы нерастворимых загрязнений в работающем масле при его освежении. На базе этого критерия с использованием теории планирования лабораторного экспе¬римента получена регрессионная зависимость в форме полинома, позволяю¬щего определить в зависимости от щелочности свежего и работающего мо¬торного масла и диспергирующих свойств последнего рациональный долив свежего масла, при котором KQ принимает минимальное значение. По ре¬зультатам лабораторных и натурных испытаний в дизелях и показаны грани¬цы ее использования.
12. В результате проведенных исследований установлено, что рацио-нальный объем доливаемого масла в зависимости от диспергирующих свойств свежего масла и степени срабатывания присадок находится в диапа¬зоне 3-25 % остаточного объема работающего моторного масла. Чем выше наработка масла (срабатывание присадок) и ниже его диспергирующие свой¬ства, тем меньше рациональный объем доливаемой порции. Для работающе¬го масла, достигшего браковочного уровня по щелочному числу, объем до¬ливаемого масла должен быть как можно меньше.
13. Системное исследование результатов мониторинга работающего мо-торного масла судовых дизелей на основе разработанных стохастических мо¬делей и выполненного имитационного моделирования позволило:
- рассчитать интенсивность изнашивания основных деталей дизелей и накопления продуктов износа в работающем моторном масле и отработанном цилиндровом масле судовых крейцкопфных и тронковых дизелей;
- определить условия разделения пространства диагностических призна¬ков по типам состояния объекта диагностирования с учетом угара и эксплуа¬тационных свойств моторного масла, качества применяемого топлива, форси¬ровки, режимов работы дизеля и эффективности работы маслоочистителей;
- управлять состоянием работающих моторных масел в эксплуатации для увеличения срока их службы и снижения расхода;
- обеспечить безопасную ресурсосберегающую эксплуатацию судовых дизелей за счет применения эффективных алгоритмов распознавания их тех-нического состояния путем мониторинга работающего моторного масла.
14. В результате проведенных исследований предложены научно обос-нованные технические решения, реализующие алгоритмические и методиче¬ские принципы повышения эффективности технической эксплуатации судо¬вых дизелей. Их практическое отражение нашло себя:
- в разработанной и внедренной инструкции определения технического состояния судовых двигателей внутреннего сгорания по результатам монито¬ринга работающего масла, включающую в себя критерии и условия разделе¬ния технического состояния объекта диагностирования на классы;
- в методике расчета предельных норм содержания продуктов износа в отработанном цилиндровом масле по данным эксплуатации крейцкопфных малооборотных дизелей и критерии определения минимальной величины ос-таточного щелочного числа в отработанном цилиндровом масле;
- в рекомендациях по научно обоснованным рациональным режимам долива моторного масла для компенсации его угара, обеспечивающих самые выгодные условия эксплуатации судовых двигателей внутреннего сгорания.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абраменко, Е.Ю. Физико-химическая природа изнашивания чугун¬ных гильз цилиндров ДВС / Е.Ю. Абраменко // Двигателестроение, 1984. - № 3. - С. 38-40.
2. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных ус-ловий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 280 с.
3. Артемьев, Г.А. Судовые энергетические установки / Г.А. Артемьев, В.П. Волошин, Ю.В. Захаров, А.Я. Шквар. - Л.: Судостроение, 1987. - 480 с.
4. Айвазян, С.А. Прикладная статистика. / С.А. Айвазян, B.C. Мхитарян // Основы эконометрики (в 2-х т.).- М,: Юнити-Дана (проект TASIS), 2001. - Т. «1, 2».- 1088 с.
5. Бедрик, Б.Г. Состояние и перспективы диагностики авиационной тех¬ники военного назначения по параметрам горюче-смазочных материалов / Б.Г. Бедрик [и др.] // Контроль. Диагностика. - 2008. -N 5. - С. 42-45.
6. Безвербный, А.В Имитационная диагностическая модель кинетики накопления в системе смазки судового дизеля частиц продуктов износа /
А.В. Безвербный, А.В. Надежкин // - Транспортное дело России. - М., 2006. - СП№7.-С. 100-105.
7. Безвербный, А.В. Моделирование динамики распределения частиц из-носа в системе смазки судового двигателя / А.В. Безвербный, А.В. Надежкин //Математическое моделирование. М.: 2008, Т. 20. 160-172 с.
8. Белянин, П.Н. Центробежная очистка рабочих жидкостей авиацион¬ных гидросистем / П.Н. Белянин. - М.: Машиностроение, 1976. - 328 с.
9. Биргер, И.А. Техническая диагностика / И.А. Биргер. - М.: Машино-строение, 1978. -240 с.
10. Блинов, Э.К. Техническое обслуживание и ремонт судов по состоянию: Справочник / Э.К. Блинов, Г.Ш Розенберг. - СПб: Судостроение, 1992. - 192 с.