Лекции по курсу: «Техническая диагностика сэу»

Вид материала

Лекции

Содержание На рис. 1 приведен один из возможных вариантов Тема 1.2. Применение средств технической диагностики для судовых дизелей Техническое состояние объекта – Техническая диагностика Контроль технического состояния Техническое диагностирование – Контроль технического состояния Техническое диагностирование Результатом диагностирования Тема 1.4. Виды результатов диагнос­тирования Правильное функционирование Тема 1.5. Основные определения, связанные со средствами и системами технической диагностики (по ГОСТ 20911-89) Технический диагноз (результат контроля) Тестовое техническое диагностирование Приспособленность объекта к диагностированию (контролепригодность) Алгоритм технического диагностирования (контроля технического состояния) Диагностическое обеспечение Диагностическая модель Тема 1.6. Системы и средства технического диагностирования Система технического диагностирования (контроля технического состояния) ... Полное содержание

Подобный материал:

• Оглавление к лекции, 174.31kb.
• 9-я Международная выставка и конференция «неразрушающий контроль и техническая диагностика, 112.56kb.
• Лекции по курсу «Теория ценных бумаг», 347.23kb.
• Аннотация дисциплины, 33.44kb.
• Лекции тема №6, 17.29kb.
• Пути кластеризации экономики с целью повышения конкурентоспособности Запорожской области, 1906.4kb.
• Конспект лекций по курсу: «Техническая эксплуатация силовых агрегатов и трансмиссий», 860.12kb.
• Научно-техническая конференция в рамках 8 Международной специализированной выставки, 45.35kb.
• Тесты По теме лекции, 269.39kb.
• А. Е. Александрович московский инженерно-физический институт (государственный университет), 24kb.

ЛЕКЦИИ по курсу:

«Техническая диагностика СЭУ», для специальности
180403 «Эксплуатация судовых дизельных энергетических установок»


РАЗДЕЛ 1. ПОНЯТИЕ О ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ СЭУ


Тема 1.1. Предпосылки применения технической диагностики


С научно-техническим прогрессом неразрывно связаны как рост сложности и разнообразия технических объектов, так и повышение требований к эффективности их функционирования. Эти требова­ния удовлетворяются в той или иной мере на всех этапах существо­вания объекта диагностирования (ОД) (проектирование, производ­ство, использование по назначению). Одним из определяющих пока­зателей эффективности работы ОД считается его надежность. Это свойство обеспечивается на этапах проектирования и производства и поддерживается в период его эксплуатации. Наряду с усовершен­ствованием структурных схем отдельных устройств и систем в целом, применением высоконадежных элементов и струк­турного резервирования, снижением нагрузки и стабилиза­цией условий эксплуатации ОД мощным средством поддер­жания необходимого уровня надежности является научная органи­зация процесса эксплуатации ОД. В ней особая роль принадлежит диагностированию, по результатам которого определяет­ся действительное техническое состояние ОД и характер его измене­ния с течением времени.

В самом общем случае процесс технического диагностирования технического объекта предусматривает решение задач:

1) опреде­ления его действительного технического состояния;

2) поиска дефектов;

3) прогнозирования изме­нения технического состояния.


В частных случаях в процессе диагностирования могут решаться отдельные из этих задач или их сочетания, поскольку каждая из них относительно самостоя­тельна.

На рис. 1 приведен один из возможных вариантов схемы, иллюстрирующей место задачи поиска дефектов в теории технического диагностирования и место последней в решении об­щей проблемы обеспечения надежности технических объектов.

Несмотря на наличие большого числа теоретических работ, эф­фективность методов технического диагностирования в повышении качества эксплуатации изделий еще остается крайне низкой, особен­но при поиске дефектов. Известно, что ежегодные затраты на ремонт машин и оборудования в России и странах СНГ достигают очень больших значений, до 30% всех эксплуатируемых машин находится в неработоспособном состоянии в связи с их ремонтом, а число рабочих; занятых ремонтными работами, в 3—10 раз превы­шает число рабочих, занятых производством новых изделий.

Эффективность восстановления технического состояния тем выше, чем меньше время вос­становления при удовлетворении заданным показателям его качест­ва. Опыт эксплуатации сложных технических систем показывает, что при отсутствии специальных средств диагностирования основную долю времени восстановления составляет время, затрачиваемое на поиск дефекта(ов). Эта доля часто составляет 70—80% от общего вре­мени восстановления.



Рисунок 1 – Схема, обуславливающая появление ТД и ее задачи


Задача поиска дефектов или некоторые вопросы, связанные с ней, возникают на всех этапах жизненного цикла ОД, а именно:

• разработка и изготовление ОД с элементами приспособленно­сти к решению задачи поиска дефектов;
  
• сборка и обкатка (испытания) ОД в целях оценки их качества и
  в том числе надежности;
  
• приемочные испытания ОД;
  
• техническое обслуживание, определение объема планируемых
  профилактических операций по фактическому техническому состоянию;
  
• предремонтное диагностирование с целью поиска дефектов;
  
• приемочные испытания и контроль отремонтированных объ­ектов;
  
• своевременное переключение на резерв, т.е. оперативное управ­ление техническим состоянием.
  

Эволюционность информационных технологий их новый этап развития, начавшийся в конце XX века, позволяет осуществить раз­работку и исследование целого ряда автоматизированных методов поиска дефектов из заданного их множества в объектах диагности­рования непрерывного типа с разработкой алгоритмического и про­граммного обеспечения на основе динамических моделей ОД.

Диагностика состояния того или иного объекта служит целям контроля, управления, включая регулировочные и наладочные про­цедуры. В широком плане эти вопросы позволяет решать прогнози­рование, которое в данном контексте выступает составной частью диагностики.


Тема 1.2. Применение средств технической диагностики для судовых дизелей


Использование средств технической диагностики (СТД) дизелей направлено на увеличение ресурсных характеристик дизелей и продление межремонтного периода их эксплуатации, вплоть до перехода от системы плановых обслуживаний и ремонта к системе обслуживания по фактическому техническому состоянию.

Технико-экономическая эффективность СТД дизелей обуславливается:

- снижением затрат на техническое обслуживание благодаря уменьшению числа разборок и вскрытий дизелей при переходе от планово-технических норм обслуживания и ремонта к обслуживанию и ремонту их по фактическому состоянию;

- снижением затрат на ремонт за счет выявления потенциальных отказов на ранней стадии их возникновения;

- сокращением расхода топлива путем своевременного обнаружения разрегулировки топливной аппаратуры;

- и т.д.

Анализ эксплуатационных качеств элементов судовых энергетических установок судов показывает, что наибольшие эксплуатационные потери связаны с отказами дизель-редукторных агрегатов и дизелей. При этом 70-90 % всех отказов приходится на главные дизели и 3-18% - на вспомогательные дизели. Отказы главных редукторов и разобщительных муфт составляют до 5 % полного числа отказов элементов СЭУ.

Наиболее частые отказы дизелей связаны с:

1. системой топливоподачи (форсунки и ТНВД);
   
2. клапанами газораспределения;
   
3. рамовыми и мотылевыми подшипниками;
   
4. нарушением уплотнений цилиндровой втулки с блоком и крышкой цилиндра;
   
5. кавитационно-коррозионными разрушениями и трещинами опорных буртов втулок.
   

Тема 1.3. Основные определения технической диагностики
(по ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика Термины и определения)


Объект технического диагностирования (контроля технического состояния или ОД) – изделие и (или) его составные части, подлежащие (подвергаемые) диагностированию (контролю).

В качестве ОД понима­ются судовые технические средства и конструкции, состояние которых подлежит определению. В понятие судовые технические средства включаются главные и вспомогательные двигатели, вспомога­тельные механизмы, части главных и вспомогательных систем, общесудовых системы и устройства, их части и т.д.

Техническое состояние объекта – состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект.

Техническая диагностика – Область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов.

Контроль функционирования – контроль выполнения объектом части-всех свойственных ему функций.

Контроль технического состояния – проверка соответствия значений параметра объекта требованиям технической документации и определение на этой основе одного из заданных видов технического состояния в данный момент времени.

Техническое диагностирование – определение технического состояния объекта.

Задачами технического диагностирования являются:

• контроль технического состояния;
  
• поиск места и определение причин отказа (неисправности);
  
• прогнозирование технического состояния.
  

Термин «Техническое диагностирование» применяют в наименованиях и определениях понятий, когда решаемые основной задачей является поиск места и определение причин отказа (неисправности).

Термин « Контроль технического состояния» применяется, когда основной задачей технического диагностирования является определение вида технического состояния.

Техническое диагностирование ОД представляет собой процесс определения его технического состояния, включающего в себя со­вокупность свойств ОД, подверженных изменению при производст­ве или эксплуатации и характеризуемых в определенный момент времени признаками (параметрами), установленными технической документацией на ОД.

Результатом диагностирования является заключение о техниче­ском состоянии объекта с указанием при необходимости места, вида и причин дефекта. Характерными примерами результатов диагнос­тирования являются исправность или неисправность, работоспособ­ность или неработоспособность, правильное или неправильное функционирование отдельных элементов, каскадов или всего ОД в целом.


Тема 1.4. Виды результатов диагнос­тирования


Исправность – состояние объекта, при котором он соответст­вует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. Если хотя бы одно из требований нормативно-тех­нической документации на объект не выполняется — объект неисп­равен. Диагностирование при контроле исправности объекта — есть проверка исправности объекта.

Работоспособность — состояние объекта, при котором он спо­собен выполнять заданные функции, сохраняя значения основных параметров в пределах установленных нормативно-технической до­кументации. Понятие «работоспособность» уже, чем понятие «ис­правность». Работоспособный объект может быть неисправным, однако его повреждения при этом не настолько существенны, что­бы препятствовать нормальному его функционированию. Напри­мер, резервированный объект может быть работоспособным, не­смотря на наличие неисправности в резервных компонентах или связях. Диагностирование при контроле работоспособности объек­та — есть проверка работоспособности.

К основным заданным функциям, характеризующим работоспособность, дизелей, относятся: мощ­ность, ресурс и расход топлива.

Судовое техническое средство может быть неисправным, но работоспособным. Например, дизель может развивать мощность и обеспе­чивать ресурс при плохой приемисто­сти или повышенном уровне шума и дымности. С другой стороны, отдельные пара­метры, характеризующие работоспо­собность, могут иметь отклонения в пределах, определяющих, что судовое техническое средство неисправно, но частично работоспо­собно (например, дизель развивает только частичную мощность).


Правильное функционирование — состояние объекта, при кото­ром он способен выполнять в текущий момент времени предписан­ные ему алгоритмы функционирования со значениями параметров, соответствующими установленным требованиям. В правильно фун­кционирующем объекте могут быть неисправности, которые не по­зволят ему правильно работать в других режимах. Так, неисправ­ность в регуляторе частоты вращения дизеля не изменит правильность функцио­нирования дизеля на номинальном режиме, но вызовет его неис­правность на частичном режиме. Диа­гностирование при контроле правильного функционирования объ­екта — есть проверка функционирования.

Примеры неправильного функционирова­ния дизелей – необеспечение задан­ных динамических характеристик: приемистости, пусковых и реверсивных качеств.

Неисправность, неработоспособность и неправильное функцио­нирование вызваны появлением каких-либо дефектов в техниче­ском объекте. Диагностирование, целью которого является опреде­ление места и при необходимости причины и вида дефекта объек­та — есть поиск дефекта.

Поиск дефекта осуществляется при помощи тех или иных средств технического диагностирования путем различного рода эк­спериментов над объектом диагностирования.

Некоторый минимальный (не подлежащий расчленению в дан­ных конкретных условиях) эксперимент над объектом диагностиро­вания, характеризующийся определенным рабочим (пассивный эксперимент) или тестовым (активный эксперимент) воздействием, поступающим или подаваемым на объект, а также составом признаков (параметров), образующих ответ объекта на соответствующее воздействие, представляет собой элементарную проверку. Конкретные значения признаков (параметров), получае­мые при диагностировании, являются результатами элементарных проверок или значениями ответов объекта.

Совокупность элементарных проверок, последовательность
(или последовательности) их реализации и правила анализа полученных результатов реализуемых элементарных проверок представляют собой ал­горитм диагностирования.

Таблица 1 – Характеристика ТС

Категория (класс) ТС				Вид повре- ждения	Характери-зующий параметр	Вид ТС
Номер класса	по РД 31.20.50-87	по Регистру	по ИСО 2372			по исправ-ности	по работоспо-собности	по функци-онирова-нию
I	Хорошее	Годное	Хорошее	---	Номина-льное	Исправное	Работоспо-собное	правильное
II	Удовлетво-рительное	Годное	Приемлемое	Несу- щест-венное	От ном. до предельно-допусти-мого	Исправное	Работоспо-собное	правильное
III	Неудовле- творитель-ное	Ограни-ченно годное	Допусти-мое (ограни-ченно)	Суще- ствен-ное	От предельно-допусти-мого до предельно-возможного	Неисправ-ное	Частичная утрата работоспо-собности	Ограни-ченное функции-онирова-ние
IV	Аварийное	Негодное	Недопус-тимое	Отказ	От предельно-возможного до аварийного	Неисправ-ное	Неработо-способное	Неправи-льное

Тема 1.5. Основные определения, связанные со средствами и системами технической диагностики (по ГОСТ 20911-89)


Контролепригодность (диагностируемость) – приспособленность объ­екта диагностирования к измерению диагностических признаков (парамет­ров) средствами диагностирования.

Технический диагноз (результат контроля) – Результат диагностирования.

В зависимости от типа воздействий на ОД различают:

Рабочее техническое диагностирование – Диагностирование, при котором на объект подаются рабочие воздействия (в процессе обычного функционирования).

Тестовое техническое диагностирование – диагностирование, при котором на объект подаются тестовые (специальные) воздействия.

Экспресс-диагностирование – диагностирование по ограниченному числу параметров за заранее установленное время.

Приспособленность объекта к диагностированию (контролепригодность) – свойство ОД, характеризующее его пригодность к проведению диагностирования (контроля) заданными средствами диагностирования (контроля).

Алгоритм технического диагностирования (контроля технического состояния) – совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования (контроля).

Диагностическое обеспечение – комплекс взаимоувязанных правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для осуществления диагностирования на всех этапах жизненного цикла объекта.

Диагностическая модель – формализованное описание ОД, необходимое для решения задач диагностирования.

Диагностический (контролируемый) параметр – параметр ОД, используемый при его диагностировании (контроле).


Тема 1.6. Системы и средства технического диагностирования

(контроля технического состояния, по ГОСТ 20911-89)


Средство технического диагностирования (контроля технического состояния) – аппаратура и программы, с помощью которых осуществляется диагностирование (контроль).

Система технического диагностирования (контроля технического состояния) – совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным в технической документации.

Автоматизированная система технического диагностирования (контроля технического состояния) – система диагностирования (контроля), обеспечивающая проведение диагностирования (контроля) с применением средств автоматизации и участием человека.

Автоматическая система технического диагностирования (контроля технического состояния) – система диагностирования (контроля), обеспечивающая проведение диагностирования (контроля) без участия человека.

Встроенное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) – средство диагностирования (контроля), являющееся составной частью ОД.

Внешнее средство технического диагностирования (контроля технического состояния) – средство диагностирования (контроля), выполненное конструктивно отдельно от ОД.

Специализированное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) – средство, предназначенное для диагностирования (контроля) одного ОД или группы однотипных ОД.

Универсальное средство технического диагностирования (контроля технического состояния) – средство, предназначенное для диагностирования (контроля) ОД различных типов.


Тема 1.7. Показатели и характеристики технического диагностирования (контроля технического состояния, по ГОСТ 20911-89)


Продолжительность технического диагностирования (контроля технического состояния) – интервал времени, необходимый для проведения диагностирования (контроля) ОД.

Достоверность технического диагностирования (контроля технического состояния) – степень объективного соответствия результатов диагностирования (контроля) действительному техническому достоянию объекта.

Полнота технического диагностирования (контроля технического состояния) – характеристика, определяющая возможность выявления отказов (неисправностей) в ОД при выбранном методе его диагностирования (контроля).

Глубина поиска места отказа (неисправности) – характеристика, задаваемая указанием составной части ОД с точностью, до которой определяется место отказа (неисправности).

Условная вероятность необнаруженного отказа (неисправности) при диагностировании (контроле) – вероятность того, что неисправный (неработоспособный) ОД в результате диагностирования (контроля) признается исправным (работоспособным).

Условная вероятность ложного отказа (неисправности) при диагностировании (контроле) – вероятность того, что исправный (работоспособный) ОД в результате диагностирования (контроля) признается неисправным (неработоспособным).

Условная вероятность необнаруженного отказа (неисправности) в данном элементе (группе) – вероятность того, что при наличии отказа (неисправности) в результате диагностирования принимается решение об отсутствии отказа (неисправности) в данном элементе (группе).

Условная вероятность ложного отказа (неисправности) в данном элементе (группе) – вероятность того, что при отсутствии отказа (неисправности) в результате диагностирование принимается решение о наличии отказа (неисправности) в данном, элементе (группе).


Тема 1.8. Основные задачи диагностирования ТС ОД


Диагностирование ОД как процесс определе­ния его ТС включает решение трех задач:

1. изучение ОД и его рабочего процесса (либо его узлов, элементов, подпроцессов и т.д.);
   
2. построение алгоритмов диагностирования;
   
3. разработка средств диагностирования.
   

Задача изучения, например, судового дизеля как ОД связана с исследованием функционирования ис­правного состояния дизеля, выделением основных его элементов и связей между ними, анализом возможных их ТС, определением параметров, характеризующих ТС дизеля и (или) его элементов, пределов, характера измене­ния и технической возможности их контроля, оценкой степени детализации возможных мест, видов, причин и частоты появления дефектов (глубины диагностирования), сбором данных о затратах, связанных с осуществлением элементарных проверок.

Для решения перечисленных задач обязательно требуются эксперименталь­ные исследования и анализ процедур диагностирования конкрет­ных судовых дизелей на практике. Указанный фактор является наиболее уязвимым в области диагностирования. Несмотря на то, что ответ на часть вопросов можно найти в специальной техниче­ской литературе, все равно для проверки алгоритма диагностирования требуется проведение натурного эксперимента (активного и (или) пассивного).

Стремление к теоретическому обобщению процесса диагности­рования дизеля при ограниченной информации о его ТС предопределяет широкое использование фор­мального описания, т.е. математического моделирования.

Модель физического или технического объекта, процесса или системы – это упрощенное их представление в форме отличной от формы их реального существования, сохраняющее с некоторой точностью те их свойства, характеристики и параметры, которые интересуют исследователя.

Математическая модель – модель ОД, использующая для моделирования математический аппарат, в том числе и логический.

Наиболее распространенные способы математического описа­ния, используемые при разработке и исследовании дизелей (дифференциальные и разностные уравнения, структурные схемы), оказываются недостаточными для диагностирования, по­скольку в явной форме не отражают процесс появления дефектов и их влияния на ТС дизелей. Необходимы такие математические модели, которые наилучшим образом учиты­вали бы все стороны явлений, характерных для рабочего процесса дизеля. При этом в первую очередь требуются модели диагностирования отдельных элементов дизеля,
без которых глубина диагностирования будет явно недостаточ­ной – процесса впуска воздушного заряда, процесса его сжатия, процесса впрыска топлива и его горения, процессов выпуска отработавших газов и продувки, рабочего процесса плунжерной пары, движения топлива по трубопроводу высокого давления, форсунки, динамики движения вращающихся и поступательно движущихся масс дизеля (коленвал, шатун, поршень, палец), рабочего процесса агрегатов наддува
и т.д.

Такую задачу обеспечивают в достаточно полном объеме имитационные модели, которые не только обеспечивают точность повторения реакции ОД на входные воздействия, но и практически полностью (с учетом заданной точности) повторяют его внутреннюю структуру.

Представление ма­тематической модели дизеля и его отдельных элементов диагностирования в сочетании с его экспериментальными исследованиями является наиболее ответственным этапом в процессе диагностирования дизеля.

Задача построения алгоритмов диагностирования ОД свя­зана с разработкой методов определения и оптимизации алгорит­мов поиска в них дефектов с учетом показателей надежности его элементов, временных, материальных и других затрат на реализа­цию алгоритмов.

Проблемы, возникающие при математическом описании ОД и разработке на его основе алгоритмов диагностирования, тесно взаимосвязаны, поскольку модель должна обеспечивать достаточно простое получение необходимой информации о эталонном (идеальном) рабочем процессе дизеля и его элементов.

Многообразие функций, которые должны выполнять устройст­ва диагностирования (измерение контрольных сигналов, анализ их допустимых уровней, вынесение решений о техническом состоянии объекта, выдача информации о результатах диагностирования и т.п.), в совокупности с широким классом совместно работающих ОД технической системы создают большие трудности при разработке и технической реализации средств диа­гностирования. Указанная проблема усугубляется и тем, что конст­руктивные решения, принятые для систем управления техническими системами, как правило, мало учитывают потребности их диагнос­тирования, часто затрудняя доступ к наиболее информативным сигналам управления.

В этих условиях остро стоит вопрос о степени унификации, ап­паратном или программном способе реализации средств диагно­стирования, а также путях их сочленения с ОД.


РАЗДЕЛ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ И СРЕДСТВ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ