Результат интеллектуальной деятельности: Способ экспресс-диагностирования турбокомпрессора дизельного двигателя

Изобретение относится к испытаниям лопаточных машин, в частности турбокомпрессоров, используемых для наддува дизельных двигателей и может найти широкое применение при испытаниях, в том числе в процессе эксплуатации транспортного средства без применения специальных нагрузочных устройств и демонтажа турбокомпрессора с двигателя.

Известен способ испытания турбокомпрессора, реализованный в конструкции стенда, заключающийся в том, что на вход в турбину подают газ, на вход в компрессор, приводимый во вращение турбиной, подают окружающий воздух, измеряют параметры газа и воздуха и определяют показатели работы турбокомпрессора, причем, по меньшей мере, на части режимов прекращают подачу на вход в компрессор окружающего воздуха и вместо него подают сжатый воздух (патент РФ №2030726 МПК: G01M 15/00 «Способ испытания турбокомпрессора», опуб. 10.03.2003 г.).

Недостатками данного способа являются:

отсутствие возможности проводить испытания турбокомпрессора непосредственно на двигателе транспортного средства, при соблюдении условий диагностирования по ограниченным параметрам за ограниченное время;

необходимость проведения операций по демонтажу турбокомпрессора с двигателя для проведения технического диагностирования, в том числе при вероятности его работоспособного состояния.

Кроме того, из-за отсутствия критериев оценки технического состояния турбокомпрессора не обеспечивается достаточная степень достоверности результатов его диагностирования.

Известен способ испытания турбокомпрессора дизельного двигателя, заключающийся в том, что запускают двигатель, обеспечивают его прогрев на минимальных оборотах холостого хода, перемещают орган управления топливоподачей с заданным темпом, измеряют частоту вращения коленчатого вала и давление воздуха во впускном коллекторе двигателя, в момент достижения частоты вращения коленчатого вала величины, равной номинальному значению, производят отключение подачи топлива в двигатель, величину, характеризующую темп возрастания давления воздуха во впускном коллекторе в момент отключения подачи топлива, используют в качестве первого критерия оценки, измеряется промежуток времени от момента отключения подачи топлива до момента достижения величины давления воздуха во впускном коллекторе своего максимально возможного значения, указанный промежуток времени принимается в качестве второго критерия оценки, техническое состояние турбокомпрессора двигателя производят по совокупности двух определенных критериев (авторское свидетельство СССР №1741004 A1: G01M 15/00 «Способ определения технического состояния турбокомпрессора дизеля»).

Недостатками данного способа являются:

контроль параметров работы турбокомпрессора только по давлению наддувочного воздуха после компрессорной части, без учета его температуры, а также контроля температуры отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора, что не позволяет делать объективное заключение о правильности функционирования турбокомпрессора;

отсутствие параметров условий проведения испытаний;

проведение испытаний в условиях, не учитывающих фактическое техническое состояние двигателя, в частности состояние цилиндропоршневой группы, которое оказывает непосредственное влияние на параметры наддува;

проведение испытаний в условиях, не учитывающих фактическое состояние элементов системы очистки воздуха (воздушных фильтров), влияющих на параметры наддувочного воздуха;

прекращение подачи топлива в момент достижения частоты вращения коленчатого вала номинальных значений, что влечет за собой прекращение подачи масла к подшипниковому узлу турбокомпрессора, который продолжает свою работу до полной остановки ротора турбокомпрессора в условиях «масляного голодания», что влечет за собой возникновение теплонапряженности подшипникового узла, сопряженных с ним деталей, сокращение ресурса этого узла.

Предлагаемый новый способ:

позволяет учесть все особенности и недостатки вышеуказанных способов;

направлен на выполнение мероприятий экспресс-диагностирования турбокомпрессора - диагностирования по ограниченным параметрам за заранее установленное время;

повышает степень достоверности результатов диагностирования турбокомпрессора за счет введения дополнительных критериев оценки, определяемых в рамках выполнения экспресс-диагностирования турбокомпрессора непосредственно на двигателе транспортного средства.

Технический результат достигается тем, что на двигателе монтируют комплект измерительных приборов устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора, в котором введен массив эталонных данных, необходимых для формирования показателей оценочных критериев, отсоединяют фильтр очистки воздуха, производят пуск двигателя, обеспечивают его прогрев, измеряют давление наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Р_к1), дополнительно измеряют давление газов в картере двигателя (Р_кг1), температуру наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Т_к1), температуру отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора (Т_т1), затем перемещают орган управления топливоподачи в положение максимальной подачи с заданным темпом, начало перемещения органа топливоподачи является началом временного отсчета измерений (t₁). В момент, когда давление наддувочного воздуха достигает номинального значения (по паспортным данным для диагностируемого турбокомпрессора) (Р_к2), фиксируют давление газов в картере двигателя (Р_кг2), температуру наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора (Т_к2), температуру отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора (Т_т2), после этого орган управления топливоподачи возвращают в положение минимальных оборотов холостого хода, при этом момент достижения давления воздуха после компрессорной части турбокомпрессора номинального значения считается окончанием временного отсчета измерений (t₂), производят окончательный расчет оценочных критериев. Техническое состояние турбокомпрессора двигателя определяют по выполнению условий измеренных параметров к заданным критериям оценки: Р_кг1, Р_к1, Т_к1, Т_т1, ΔР_кг (ΔР_кг=Р_кг2-Р_кг1), ΔР_к (ΔР_к=Р_к2-Р_к1), ΔТ_к (ΔТ_к=Т_к2-Т_к1), ΔТ_т (ΔТ_т=Т_т2-Т_т1), Δt (Δt=t₂-t₁), ΔР_к/Δt.

На фиг. 1, поз. 1-4 - кривые, представлен график изменения: давления наддувочного воздуха после турбокомпрессора Р_к - кривая 1; температуры наддувочного воздуха после турбокомпрессора Т_к - кривая 2; температуры отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора Т_т - кривая 3; давления газов в картере двигателя Р_кг - кривая 4. На фиг. 2, поз. 1-9 - конструктивные элементы представлена функциональная схема устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора для реализации способа.

Комплект измерительных приборов устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора устанавливается на двигатель 1 с турбокомпрессором 2 и содержит: быстросъемный адаптивный блок 3 с комплектом датчиков измерения контролируемых параметров (датчик температуры воздуха 4 после компрессорной части, датчик давления воздуха 5 после компрессорной части); датчик температуры отработавших газов 6 на входе в турбинную часть турбокомпрессора; отдельный датчик давления газов 7 в картере двигателя; блок-модуль обработки и преобразования сигналов от измерительных датчиков 8; устройство вывода информации (электронный планшет, ноутбук) 9 с установленным прикладным программным обеспечением. Все датчики давления и температуры соединены с устройством вывода информации через блок-модуль обработки и преобразования сигналов.

Способ реализуется следующим образом.

В целях получения достоверных результатов измерений испытания проводятся в пункте (на станции) технического обслуживания при обеспечении параметров окружающей среды, соответствующих требованиям нормативной документации, определяющей условия использования контрольно-измерительных приборов и объекта диагностирования.

Производится демонтаж соединительного рукава (резинового манжета), размещенного после компрессорной части турбокомпрессора 2. На место соединительного рукава устанавливается быстросъемный адаптивный блок 3 с комплектом датчиков измерения контролируемых параметров 4 и 5. На входе в турбинную часть турбокомпрессора устанавливается датчик температуры 6. Вместо штатной крышки маслозаливной горловины устанавливается крышка с установленным датчиком давления газов в картере двигателя 7. В целях исключения сопротивления всасываемого воздуха турбокомпрессором в системе питания двигателя воздухом отсоединяют фильтр очистки воздуха.

На устройстве вывода информации 9 по средствам установленного прикладного программного обеспечения вводится массив данных, необходимых для формирования показателей оценочных критериев в момент времени t₁-t₂, в зависимости от модификации двигателя, на котором установлен турбокомпрессор (параметры температуры и давления окружающего воздуха, давление и температура воздуха после компрессорной части, температуры отработавших газов на входе в турбинную часть турбокомпрессора, давления газов в картере двигателя, а также допускаемые неличины их изменения при переходном режиме работы).

Блок-модуль обработки и преобразования сигналов от измерительных датчиков 8 подключается к устройству вывода информации 9, на котором запускается прикладное программное обеспечение, позволяющее визуально отображать величины измеряемых параметров наддува.

Осуществляется пуск двигателя, в результате чего турбокомпрессор 2 начинает нагнетать воздух в цилиндры двигателя 7. Производится прогрев двигателя 1 до рекомендованной температуры охлаждающей жидкости. После прогрева двигателя 7 измеряют давление газов в картере двигателя, давление и температуру наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора, температуру отработавших газов в турбинной части турбокомпрессора, затем перемещают орган управления топливоподачи в положение максимальной подачи с заданным темпом и фиксируют время t₁. В момент, когда давление наддувочного воздуха достигает номинального давления (по паспортным данным для диагностируемого турбокомпрессора), фиксируют давление газов в картере двигателя, температуру наддувочного воздуха после компрессорной части турбокомпрессора, температуру отработавших газов в турбинной части турбокомпрессора и время t₂, после этого орган управления топливоподачи возвращают в положение минимальных оборотах холостого хода. В период времени t₁-t₂ сигналы с датчиков 4, 5, 6 и 7 поступают на блок-модуль обработки и преобразования сигналов от измерительных датчиков 8. После чего информация поступает на устройство вывода информации 9, где с помощью установленного прикладного программного обеспечения информация обрабатывается и по средствам специального интерфейса визуально отображается на экране устройства вывода информации. Определяется значение ΔР_кг, ΔР_к, ΔТ_к, ΔТ_т, Δt, ΔР_к/Δt.

По измеренным и определенным параметрам Р_кг1, Р_к1, Т_к1, Т_т1, ΔР_кг, ΔР_к, ΔТ_к, ΔТ_т, Δt, проверяется выполнение следующих условий:

Р_кг1≤[Р_кг1]; Р_кг1≥[Р_к1]; Т_к1≤[Т_к1]; Т_т1≤[Т_т1]; ΔР_кг≤[ΔР_кг]; ΔР_к≥[ΔР_к]; ΔТ_к≤[ΔТ_к]; ΔТ_т≤[ΔТ_т]; ΔР_к/Δt>[ΔР_к/Δt], где [Р_кг1], [Р_к1], [Т_к1], [Т_т1], [ΔР_кг], [ΔР_к], [ΔТ_к], [ΔТ_т], [ΔР_к/Δt] - эталонные значения критериев оценки.

В случае выполнения перечисленных условий турбокомпрессор считается работоспособным. В случае невыполнения условий Р_кг1≤[Р_кг1] или ΔР_кг≤[ΔР_кг] делается заключение о возможном наличии неисправностей как в цилиндропоршневой группе, так и в турбинной части турбокомпрессора, что требует в первую очередь локального исследования состояния цилиндропоршневой группы. В случае невыполнения остальных из перечисленных условий делается заключение о наличии неисправности в турбокомпрессоре и необходимости его демонтажа и дальнейшего исследования на специализированных стендах.

Применение данного способа экспресс-диагностирования турбокомпрессора двигателя:

позволяет сделать заключение о техническом состоянии диагностируемого турбокомпрессора;

позволяет сделать заключение о возможности (невозможности) его дальнейшей безаварийной эксплуатации;

исключает проведение операций по ненужному демонтажу работоспособного турбокомпрессора;

предполагает экспресс-диагностирование как одного, так и нескольких турбокомпрессоров, одновременно устанавливаемых на двигателе, что обеспечивается оборудованием указанного устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора дополнительными комплектами измерительных датчиков;

дает возможность снизить число неплановых ремонтов до 10% и спрогнозировать вероятное время отказа турбокомпрессора дизельного двигателя.

Предлагаемый способ соответствует условиям патентоспособности изобретения, так как:

является техническим решением в области испытаний лопаточных машин, относящимся к процессу осуществления экспресс-диагностирования турбокомпрессора с помощью устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора двигателя;

является промышленно применимым на пунктах (станциях) технического обслуживания при проведении мероприятий технического обслуживания и ремонта транспортных средств;

обладает новизной, заключающейся в том, что при соблюдении условий проведения экспресс-диагностирования, посредством применения устройства экспресс-диагностирования турбокомпрессора, обеспечивается возможность одновременного диагностирования как одного, так и нескольких турбокомпрессоров установленных непосредственно на одном двигателе транспортного средства, при этом, благодаря возможностям современного вычислительного оборудования, обеспечивается возможность контроля большего количества оценочных критериев в рамках сохранения временного промежутка проводимых испытаний, а также формирования определенной базы результатов проведенных испытаний, с целью прогнозирования остаточного ресурса (времени очередного технического диагностирования).

Использованные источники информации:

1. Гражданский кодекс Российской Федерации, часть четвертая от 18 декабря 2006 года №230-ФЗ, глава 72 «Патентное право».

2. ГОСТ 20911-89 Техническая диагностика. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2009.

3. «СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРА». Патент на изобретение №2030726 от 10.03.2003 г. Федеральная служба по интеллектуальной собственности.

4. «СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТУРБОКОМПРЕССОРА ДИЗЕЛЯ». Авторское свидетельство №1741004 от 03.05.1989 г. Государственный комитет по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР.