CC BY
144
УДК 621.436-2 А. А. Кардаков,
соискатель, СПГУВК
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОРЕГИСТРАТОРОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
APPLICATION OF THERMOREGISTERS FOR CONTROL THERMAL CONDITION OF SHIP ENGINES
В статье рассматривается возможность применения терморегистрирующих устройств семейства iButton Data Loggers (производитель Dallas Semiconductor, USA) для контроля теплового состояния судовых дизелей.
This article concerns the opportunity of application of thermoregistrating devices from iButton Data Loggers (produser Dallas Semiconductor, USA) for the control of the thermal condition of ship engines.
Ключевые слова: тепловое состояние, тепловая напряженность, терморегистратор iBDL.
Key words: thermal condition, thermal strain, thermoregistrator iBDL.
ИЛИТЕЛЬНАЯ безаварийная эксплуатация судовых дизелей с высокой тепловой напряженностью может быть обеспечена путем применения новых методов и средств контроля теплового состояния деталей их остова.
Для исследования динамики изменения теплового состояния остова судового дизеля в процессе запуска, прогрева и при изменении режимов работы необходимо провести одновременные замеры температуры в целом ряде характерных точек остова.
Как правило, в условиях эксплуатации тепловой контроль двигателей осуществляется косвенными методами по температуре рабочих сред (отработавших газов, надувочного воздуха, охлаждающей жидкости и масла), что дает только качественную и осредненную картину теплонапряженного состояния ДВС. Причем система автоматического регулирования поддерживает значения температур охлаждающей жидкости и масла примерно постоянными, что резко снижает информативность косвенного метода [1].
Одним из традиционных способов контроля теплового состояния остова дизелей является термометрирование с применением контактных термометров и термопар [2].
Контроль теплового состояния дизеля с применением контактных термометров требует постоянного присутствия оператора, не
дает возможности одновременно фиксировать значения температур в выбранных контрольных точках. По этой причине этот способ тер-мометрирования в условиях эксплуатации непригоден для контроля динамики изменения теплового состояния дизелей.
Для исследования динамики изменения теплового состояния остова дизелей в судовых условиях предлагается применение термометров с контактными датчиками, оснащенными терморегистрирующими устройствами семейства iButton Data Loggers (далее — iBDL) (рис. 1).
Рис. 1. Терморегистраторы iBDL
Терморегистраторы iBDL, серийно выпускаемые американской компанией “Dallas Semiconductor”, являются полностью автономными устройствами, имеющими в составе своей конструкции собственный источник
Выпуск 3
Выпуск 3
энергии, микропроцессорное устройство управления, большой объем энергонезависимой памяти для хранения накопленных данных, узел часов реального времени.
Применение iBDL исключает необходимость прокладки проводных каналов связи, дает возможность устанавливать датчики и считывать информацию в труднодоступных местах остова дизелей и другого судового оборудования.
Температурный мониторинг тепловой напряженности судовых дизелей с помощью терморегистраторов iBDL позволяет производить тщательный контроль работы дизеля и его конструктивных элементов от пуска до полной остановки, без присутствия человека.
Высокая точность измерения температуры и способность фиксировать ее значения через определенные, заранее заданные промежутки времени, особенно актуальна при исследовании тепловых полей при различных режимах работы дизеля, в том числе при сложных условиях плавания судна.
Регистраторы iBDL не имеют никаких собственных средств индикации и управления, поэтому все функции по их обслуживанию могут исполняться только специализированными средствами поддержки с помощью аппаратно-программного комплекса iButton Data Logger Revisor (iBDLR).
Перед началом работы регистратор iBDL запускается на отработку рабочей сессии с предварительно заданными значениями установочных параметров, которые определяют особенности алгоритма регистрации. После окончания процедуры накопления результатов измерений необходимо считать из памяти логгера накопленную им информацию с целью ее архивирования, визуализации или анализа.
Комплекс iBDLR организуется на базе персонального компьютера пользователя и реализует полномасштабную поддержку регистраторов iBDL на всех этапах их эксплуатации. Количество обслуживаемых регистраторов неограниченно.
Комплекс iBDLR позволяет:
— задавать желаемые значения установочных параметров для организации процесса регистрации;
— считывать из памяти регистратора ¡ВБЬ собранную и сохраненную им информацию и выполнять коррекцию и компенсацию погрешностей;
— визуализировать полученные данные в форме таблиц и графиков;
— выполнять вывод графиков на принтер;
— восстанавливать индивидуальные значения наиболее важных параметров конфигурации регистратора ¡ВБЬ после критического сбоя питания;
— задавать пароли для защиты ресурсов регистратора;
— считывать, редактировать и сохранять сопроводительную информацию регистратора;
— сохранять собранную информацию в виде текстового, двоичного или зашифрованного файла для дальнейшего хранения, транспортировки и анализа;
— производить ревизию состояния узлов регистраторов ¡ВБЬ;
— переводить регистраторы в режим консервации.
В настоящее время семейство регистраторов ¡ВБЬ состоит из пяти устройств различного назначения:
Б81922Ь-Р5 — термограф для регистрации температур в диапазоне от -40 до 85 °С;
Б81922Т-Р5 — термограф для регистрации температур в диапазоне от 0 до 125 °С;
Б81922Б-Р5 — термограф для регистрации температур в диапазоне от 15 до 140 °С;
Б81923-Р5 — термогигрограф для регистрации температур в диапазоне от -20 до 85 °С и относительной влажности в диапазоне от 0 до 100 %;
Б824228 — микросхема, предназначенная для организации на ее базе завершенных высокоэффективных регистраторов для мониторинга любых физических величин [3].
Оценка эффективности применения регистраторов ¡ВБЬ для исследования динамики изменения теплового состояния остова судового дизеля проведена при стендовых испытаниях четырехтактного дизеля с вих-
рекамерным смесеобразованием 4Ч8,5/11 по обследованию его теплового режима при работе по нагрузочной и винтовой характеристикам.
В данных исследованиях были выбраны терморегистраторы Б81922Т-Б5, основные технические характеристики которых приведены в табл. 1.
Таблица 1
Основные технические характеристики терморегистратора Б81922Т-Е5
Нормируемый параметр Минимум Максимум
Диапазон регистрируемых температур 0 °С С ° 5 2
Разрешение регистрируемой температуры при 1-байтном сохранении результатов 8 разрядов или 256 градаций (точек)
Разрешение регистрируемой температуры при 2-байтном сохранении результатов 11 разрядов или 2048 градаций (точек)
Минимальная градация регистрации температуры (чувствительность) при 1- или 2-байтном сохранении результатов 0,5 или 0,0625 °С
Погрешность регистрации температуры при 8-разрядном преобразовании в диапазоне 20-75 °С ±1 °С
Погрешность регистрации температуры при 11-разрядном преобразовании: — в диапазоне 20-75 °С; — 0-20 °С; — 75-125 °С ±±± ,,, 0 7 5 °°° ПОП
Длительность единичного температурного отсчета при 1- или 2-байтном сохранении результатов 75 или 600 мс
Предел допускаемой абсолютной погрешности измерения текущего времени при температуре (25±5) °С ±2 мин/мес.
Емкость счетчика общего количества измерений, выполненных регистратором с момента его активирования 16 777 215 отсчетов
Минимальная градация при задании задержки старта цикла регистрации 1 мин
Количество записей в сегменте буфера последовательных отсчетов, сохраняемых при 1- или 2-байтном сохранении результатов 8192 или 4096
Минимальная градация при задании пределов по каналу регистрации температуры 0,5 °С
Эксплуатационный ресурс при температуре ±20 °С 2 дня 8-9 лет
Масса 3,3 г
Перед установкой в выбранных конт- тановки датчиков приведены в табл. 2.
рольных точках остова дизеля регистраторы Начало измерения температуры соот-
¡ВБЬ были пронумерованы, номер контроль- ветствовало времени запуска дизеля, регистра-
ной точки соответствует номеру датчика (рис. ция значений температуры проводилась один
2). Нумерация контрольных точек и место ус- раз в минуту каждым датчиком одновременно.
Выпуск 3
Выпуск 3
Таблица 2
Нумерация контрольных точек и место установки датчиков Б81922Т-Е5
№ контрольной точки Месторасположения термографов
1 Корпус форсунки 1-го цилиндра
2 Корпус форсунки 2-го цилиндра
3 Корпус форсунки 3-го цилиндра
4 Корпус форсунки 4-го цилиндра
5 Клапанная крышка головки блока на торце со стороны 4-го цилиндра
7 Клапанная крышка головки блока между 3-м и 4-м цилиндрами
0 Клапанная крышка головки блока между 1-м и 2-м цилиндрами
10 Клапанная крышка головки блока на торце со стороны 1-го цилиндра
6 Головка блока со стороны 4-го цилиндра
8 Головка блока между 3-м и 4-м цилиндрами
11 Головка блока между 1-м и 2-м цилиндрами
12 Головка блока со стороны 1-го цилиндра
Рис. 2. Дизель 4Ч8,5/11. Установка датчиков Б81922Т-Р5
Результаты измерений приведены в графическом виде на рис. 3, 4.
При рассмотрении графиков можно сделать следующие выводы о работе дизеля:
— наблюдается различный тепловой
режим работы каждой форсунки: температура форсунки 4-го цилиндра существенно ниже остальных и достигает более 20 °С по сравнению с форсунками 1-го и 2-го цилиндров и до 18 ° С по сравнению с форсункой 3-го цилиндра (рис. 3);
ш
ТЭ
ш
X
ш
о
5
о
ш
_а>
о
о
Рис. 3. Динамика теплового состояния форсунок дизеля 4Ч8,5/11
Рис. 4. Динамика теплового состояния клапанных крышек и головки блока дизеля 4Ч8,5/11
Выпуск 3
— динамика изменения температуры по поверхности клапанных крышек и головки блока цилиндров вдоль дизеля имеет одинаковый характер (рис. 4);
— градиент температуры по высоте остова дизеля достигает 6,2 °С на 1 см (рис. 4).
Таким образом, применение терморегистраторов ¡ВБЬ для исследования теплового со-
стояния судового дизеля дает возможность проследить динамику изменения температуры поверхности его остова, что позволит оценить его теплонапряженное состояние, прогнозировать вероятность образования трещин в крышках, втулках, блоке цилиндров, анкерных связях и шпильках, выявить нарушения в работе во всем диапазоне эксплуатационных режимов.
Список литературы
1. Пахомов Ю. А. Основы научных исследований и испытаний тепловых двигателей. — М.: ТрансЛит, 2009.
2. Безюков О. К., Кардаков А. А. Средства для контроля теплового состояния деталей остова судовых дизелей // Журнал университета водных коммуникаций. — 2009. — Вып. 2. — С. 83-90.
3. Лаборатория альтернативных энергосистем и электронного обеспечения / Управление по нераспространению ядерных материалов и технологий РНЦ «Курчатовский институт» [Электрон. дан.]. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.elin.ru/
