Краткий конспект лекций по дисциплине «Организация технического обслуживания и диагностирование судовых технических средств». Калугин В.Н

 

ОНМА

Кафедра «Техническая эксплуатация флота»

Калугин В.Н.

Краткий конспект лекций по дисциплине

«Организация технического обслуживания и диагностирование судовых технических средств»

Одесса

 

Подсистема ТО, как составляющая морского менеджмента

-наличие единой цели, -управляемость, -взаимосвязь компонентов,

Формирование бюджета судна

     

Функциональная подсистема ТЭС

Подсистема ТИ Цель ТИ – обеспечение требуемых объёмов и качества транспортной работы,… Объекты ТИ – судовые технические средства (СТС), судовые корпусные конструкции (СКК).

Требования, предъявляемые МКУБ относительно процедур, обеспечивающих безопасное ТО и Р судовых технических средств и судовых конструкций и обеспечение их работоспособности.

МКУБ или International Safety Management (ISM) Code, означает

Международный Кодекс по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращения загрязнения, с возможными поправками принимаемыми Ассамблеей ИМО, которые имплементируется ИМО и представляет собой стандарт по внедрению системы управления безопасной эксплуатации судов и предотвращения загрязнения.

Требования по внедрению и применению Международного кодекса по управлению безопасной эксплуатации судов и предотвращения загрязнения (МКУБ или ISM Code) на морских транспортных судах и в судоходных компаниях установлены Главой IX Конвенции по охране человеческой жизни на море – СОЛАС-74/78.

Кодекс предназначен для обеспечения безопасности на море, предотвращения травматизма и жертв, избегания ущерба окружающей среде и имуществу.

Цели Кодекса - обеспечение безопасности на море, предотвращение несчастных случаев или гибели людей и избежание ущерба окружающей среде, в частности морской среде, и имуществу.

Требования Кодекса МКУБ применяются ко всем судам.

Компания должна обеспечить, чтобы каждое судно было укомплектовано квалифицированными, дипломированными и годными в медицинском отношении моряками в соответствии с международными и национальными требованиями.

В целях надлежащего выполнения членами экипажей судов своих обязанностей по обеспечению безопасности и защиты окружающей среды, Компания должна:

- Установить процедуры, обеспечивающие должное ознакомление нового персонала и лиц, получивших новые назначения, связанные с безопасностью и защитой окружающей среды, с возложенными на них обязанностями.

Должны быть определены и оформлены в виде документов и предоставлены экипажу до выхода в рейс основные инструкции, которые необходимо соблюдать.

- Обеспечить, чтобы весь персонал, участвующий в СУБ Компании, правильно понимал соответствующие нормы, правила, Кодексы и руководства.

- Установить и поддерживать процедуры для определения подготовки персонала, необходимой для СУБ и обеспечить такой подготовкой весь персонал, участвующий в СУБ.

- Установить процедуры, обеспечивающие получение судовым персоналом соответствующей информации по СУБ на рабочем языке или языках, которые он понимает.

- Обеспечить, чтобы судовой персонал был способен эффективно общаться при выполнении им своих обязанностей, относящихся к СУБ.

 

Компания должна установить процедуры, разработать планы и инструкции, включая соответствующие контрольные листы (Check-Lists), по ключевым судовым операциям, в отношении безопасности персонала, судна и защиты окружающей среды.

Задачи, связанные с проведением ключевых операций на судах, должны быть определены и поручены квалифицированному персоналу.

 

Компания должна отразить в СУБ:

- потенциально возможные аварийные ситуации на судне, и установить процедуры по реагированию при их возникновении;

- программы обучения экипажа и учебных тревог по действиям в аварийных ситуациях;

- такую береговую организационную структуру, ресурсы и процедуры связи, чтобы Компания могла в любое время реагировать на опасности, несчастные случаи и аварийные ситуации, связанные с её судами.

 

В соответствии с требованиями МКУБ, Компания должна установить и поддерживать процедуры, обеспечивающие техническое обслуживание и ремонт судовых технических средств и судовых конструкций в соответствии с нормами и правилами, а также дополнительными требованиями, которые могут быть установлены Компанией.

При выполнении этих требований Компания должна обеспечить:

- проведение технических осмотров, текущего технического обслуживания и ремонта СТС и СК в период эксплуатации через соответствующие промежутки времени;

- передачу сообщений о любом несоответствии с указанием возможной причины;

- разработку и выполнение соответствующего корректирующего действия;

- наличие отчетных документов по техническому обслуживанию и ремонту СТС и СК.

 

В соответствии с требованиями МКУБ, Компания должна установить такие процедуры в своей СУБ, которые позволяют определить оборудование и технические системы, внезапный отказ в работе которых может создавать опасные ситуации.

СУБ должна предусматривать специальные меры, направленные на обеспечение работоспособности этого оборудования или систем. Специальные меры должны включать проведение, через соответствующие промежутки времени, технических осмотров, текущего технического обслуживания и ремонта указанного оборудования и систем, а также регулярные проверки резервных устройств и оборудования или технических систем, которые не используются постоянно.

Физический и моральный износ судов и их СТС

Физический износ - изменение свойств или состояния материала под влиянием различных внешних и внутренних факторов, в результате чего СТС перестают… Эти процессы происходят как в процессе функционирования СТС и СКК… Моральный износ – вызван появлением совершенных судов и СТС и СКК, имеющих лучшие технико-эксплуатационные…

Основная цель и задачи технического диагностирования.

Для решения задач технического использования (ТИ), технического обслуживания (ТО) и ремонта (Р) необходима информация о функциональ­ном и техническом состоянии (ТС) судовых технических средств (СТС).

Основная цель технического диагностирования (ТД) - эффективная организация проверки состояния СТС. ТД позволяет осуществлять ТО и Р по фактическому техни­ческому состоянию. При этом в среднем на 50% снижаются затраты, связанные с необоснованным вскрытием СТС и повышается достовер­ность предремонтной дефектации. Анализ системы ТО по регламенту основанному на плане-графике (ПГ) ТО показывает, что в 60% случаев отсутствует необходимость проведения ТО (объект разбирается преждевременно), в 15% требовалось досрочные проведения ТО (отказ наступил), и только в 25% случаев отражалось реальное состояние СТС. Использование методов и средств ТД имеет значение не только в экономии материальных ресурсов, но и в устранении неисправностей ведущих к отказам СТС. Параллельно решаются вопросы, заключающиеся в улучшении комфортности работы обслуживающего персонала. Диагностика - отрасль знаний, включающая в себе теорию и методы организации процесса диагноза.

ТД охватывает три типа задач по определению ТС объекта:

1.Задачи диагноза, т.е. определение фактического ТС в котором СТС находится в настоящий момент времени;

2.Предсказание ТС, в котором СТС окажется в будущем, что является задачей технического прогнозирования, которое решает задачи, связанные с организацией и проведением ТО и определением его ресурса;

3.Определением ТС, в котором СТС находился в прошлом и представляет задачу технического генезиса. Необходимость последнего возникает при расследовании аварий и отказов.

Таким образом, ТД представляет основу технического прогнозирования и генетики.

Н

Hпр

 

Hпр

h₁

Нуст

 

t₁ t_ост t_p t

Рис.2 Определение остаточного ресурса

h_пр = | Н_пр – Н_уст | ; h = f (t) = v · t ; t_ост = t_p - t₁ ;

v = h₁ : t₁ ; t_ост = (hпр - h₁) : v ; t_p = hпр : v.

Организационные и технические принципы ТД.

Различают организационные и технические принципы ТД.

Организационные определяются схемами и стратегией. Возможны 4-е основные схемы.

1.Средства диагностирования переносные и обслуживают объекты поочередно (индикаторы эндоскопы, виброизмерительная аппаратура и др.);

2.Средства диагностирования стационарны, а объекты перемещаются к этим средствам (стенд для прессовки форсунок, балансировочные станки, стенды для оценки остаточного ресурса подшипников качения и др.);

3.Связь между объектом и средством диагностирования осуществляется самостоятельно по каналам связи (термопары; указатели частоты вращения, связанные с тахогенераторами; преобразователи величин – например давления, а также все другие средства диагностирования);

4.Средства диагностирования постоянно находятся на объекте (например, , “Autronica”, "Noorcontrol" системы “DEPAS” и др. для измерений и вычислений показателей рабочего процесса в цилиндрах дизеля P_i , P_с , Р_z , N_i , с построением развёрнутых индикаторных диаграмм). Выбор схем определяется техническими возможностями и экономической целесообразностью.

Стратегия диагностирования определяется полнотой и периодичностью проверок, а так же глубиной поиска неисправности. Возможна сплошная и выборочная проверка однотипных СТС. Проверки проводятся на фиксированных режимах диагностирования. Обычно это эксплу­атационные или специально назначаемые режимы работы СТС. Периодичность определяется харак­теристиками объектов и является основной проблемой диагностирования.

Глубина поиска неисправности зависит от цели. Как правило, поиск неисправности ведется до уровня заменяемых деталей, узлов и блоков.

Технические принципы Д заключается:

-в способах воздействия на СТС, для получения информации о его ТС;

-каналах распространения воздействий на СТС и его реакции на воздействия;

-методах оценки ТС;

-способах принятия решении о классификации категорий ТС объекта;

-способах поиска неисправности.

 

Тестовая и функциональные схемы диагностирования.

Совокупность (взаимосвязь) объектов и средств диагностирования, а при необходимости и исполнители, образуют систему диагностирования.    

Критериальные способы диагностирования, их структура.

На качество протекания рабочих процессов оказывают влияние структурные параметры (СП- Х). При их ухудшении рабочие процессы будут   протекать с отклонениями, которые отражаются параметрами рабочих процессов

Параметрические способы диагностирования, их структура.

X - структурные параметры, определяющие ТС; РП - рабочие процессы, на которые оказывают влияние структурные параметры; ПРП- параметры рабочих процессов, характеризующий теплофизические и химические свойства рабочих средств и процессов; …

Эталонные характеристики в ТД.

  Рис. Классификация неисправностей дизеля с помощью индикаторных

Характеристики диагностических параметров.

1.Стоимость. 2.Информативность, - с увеличением которой облегчается определение уровня ТС…  

Алгоритмы диагностирования.

Получение диагностических моделей представляет наиболее сложную проблему в создании диагностического комплекса и заключается в установлении… Модели функционирования и, соответствующие им, алгоритмы диагностирования СТС…  

TDC

 

Признаки нарушения процесса сгорания топлива и возможные причины, вызывающие эти нарушения

 

Эталонная кривая процесса сгорания топлива в сравнении с текущей кривой	Рассогласование текущих значений параметров с эталонными	Возможные причины нарушения процесса сгорания топлива
Рi	tвг	nдв	Pz	Pc	Pexp	Ps	aPmax	Ne
	­	­	--	--	--	­	­	--	¯

1.Подтекание форсунки

 

Увеличивается Pexp и температура выпускных газов.

 

 

Признаки нарушения процесса сгорания топлива и возможные причины, вызывающие эти нарушения

 

Эталонная кривая процесса сгорания топлива в сравнении с текущей кривой	Рассогласование текущих значений параметров с эталонными	Возможные причины нарушения процесса сгорания топлива
Рi	tвг	nдв	Pz	Pc	Pexp	Ps	aPmax	Ne
	¯	­	--	¯	--	­	­	--	¯

1.Поздняя подача топлива.

2.Плохое качество

топлива (высокое CCAI)

3. Плохой распыл

топлива

 

Смещается за ВМТ начало видимого сгорания Pс'.

Уменьшается Pz, увеличивается Pexp и температура выпускных газов.

Изменяется форма, уменьшается амплитуда и смещается вправо вибродиаграмма форсунки.

a – передний фронт первого виброимпульса соответствует подъему иглы форсунки

b – передний фронт второго виброимпульса соответствует посадке иглы форсунки

* возможна фиксация открытия выпускного клапана на некоторых моделях МОД

 

 

 

Признаки нарушения процесса сгорания топлива и возможные причины, вызывающие эти нарушения

 

Эталонная кривая процесса сгорания топлива в сравнении с текущей кривой	Рассогласование текущих значений параметров с эталонными	Возможные причины нарушения процесса сгорания топлива
Рi	tвг	nдв	Pz	Pc	Pexp	Ps	aPmax	Ne
	¯	­	--	¯	--	­	­	¯	¯

1.Неплотность

всасывающего клапана ТНВД.

2.Низкое

давление

создаваемое

ТНВД.

Смещается за ВМТ начало видимого сгорания Pс'.

Уменьшается Pz, увеличивается Pexp и температура выпускных газов.

Изменяется форма, уменьшается амплитуда и смещается вправо

вибродиаграмма форсунки.

 

 

 

 

Признаки нарушения процесса сгорания топлива и возможные причины, вызывающие эти нарушения

 

Эталонная кривая процесса сгорания топлива в сравнении с текущей кривой	Рассогласование текущих значений параметров с эталонными	Возможные причины нарушения процесса сгорания топлива
Рi	tвг	nдв	Pz	Pc	Pexp	Ps	aPmax	Ne
	¯	¯	--	­	--	¯	¯	­	¯

Ранняя подача

топлива

 

Момент начало видимого сгорания топлива Pc смещается на линию сжатия. Характерный перегиб индикаторной диаграммы в момент начала сгорания может вообще не проявляться.

Увеличивается Pz.

Уменьшается Pexp и температура выпускных газов.

Увеличивается «жесткость» рабочего процесса – скорость повышения давления на первой фазе сгорания. Увеличивается механическая напряженность двигателя и ударные нагрузки на подшипники.

Вибродиаграмма форсунки смещается влево.

Общая характеристика вибрационного контроля для оценки технического состояния судовых объектов, параметры вибрации их взаимосвязь.

Вибрация возникают при появлении неуравновешенных сил и их моментов в движущихся деталях и узлах СТС и гидромеханических процессах.

 

Типичные появления вибрации:

1)периодические процессы, интенсивность которых возрастает при наличии дисбалансов, неполадок, повреждений;

2)вибрационные импульсы от ударов, зазорах, люфтах, кинематических парах;

3)случайные колебания из-за явлений кавитации и турбулентности. Случайные колебания накладываются на периодические импульсные сигналы, образуя общий вибрационный фон.

Изменяющийся уровень вибрации (чаще всего растущий) служит основным симптомом развивающейся неисправности или указанием имеющихся повреждений.

Вибрационный анализ является средством быстрого и точного определения зарождающейся, развивающейся неисправности или возникшего отказа.

При измерениях и анализе энергетических характеристик вибрации можно определить общий уровень вибрации, а спектральный анализ вибрации позволяет выявить источник колебаний.

Существуют следующие параметры вибрации:

 

1) частота колебаний (вибрации):

 

f = 1/ T , 1/с или Hz,

где Т - период колебаний.

 

2)вибрационное перемещение: S [мм] или [мк]

 

Энергетические характеристики:

 

3)скорость вибрации:

V=2π·f·S мм/с или м/с.

Характеризует затраченную на вибрацию механическую мощность:

 

4) ускорение вибрации:

W=4π²·f²·S = V·S м/с² или g (9,8 м/с² )

Характеризует силу, развиваемую вибрационным процессом.

 

 

 

Взаимосвязь между указанными параметрами прослеживается при вращении точки Р на радиусе R, с постоянной угловой скоростью ω.

 

 

Р

ω

A

 

 

В любой момент времени горизонтальная составляющая Х будет равна:

 

X = R · cos α = R · cos (ω t);

 

V = ω R · sin (ω t) = ω X;

 

W = - ω² R cos (ω t) = ω² X.

 

В свою очередь, угловая скорость ω относится к периоду Т как:

 

ω=2π/Т=2π·f

V=2π·f·S

W=4π²·f²·S

 

Судовые механические средства практически никогда не вибрируют в форме простого гармонического колебания, им характерны сложные коле­бания узлов и деталей в условиях наложения на них колебаний вибрационно активных СТС.

 

Частотный (спектральный) анализ вибрационных характеристик его основная цель при идентификации источников колебаний.

Энергетические характеристики позволяют определить ТС объекта по величине вибрации, а частотный (спектральный) позволяет установить (уточнить) место и характер неисправности:

 

 

 

 

Различные детали и узлы вибрируют на одной или нескольких дискретных частотах, взаимодействие этих колебаний приводит к сложной волновой картине в

месте измерения вибрации. Суммарный вибрационный сигнал содержит также частотные составляющие, которые вызываются различными источниками вибрации или могут явиться следствием механического резонанса других деталей или узлов. Поэтому, кроме частоты, эквивалентной основному источнику вибрации f_ос (t), суммарный спектр содержит другие, так называе­мые, фоновые составляющие f_ф (t).

Суммарное вибрационное поле можно представить в виде суммы отдельных слагаемых, отдельных источников:

_i=n

X_∑ (t) = ∑ x_i (t),

¹

_m

X_∑ (t) = ∑ (x_ос (t) + x_ф (t) ).

¹

В свою очередь, каждое из слагаемых f_i (t) является периодической функцией, которую можно представить рядом Фурье:

_i=n

x_i (t) = ∑ S_i cos (i x f₁ x t - φ_j) ,

¹

где:

φ_j – фазовый угол,

i- порядок гармоники,

f₁ - основная частота колебаний,

S_i - амплитуда колебаний.

 

Суммарный спектр вибрационного поля СТС представляется в виде зависимостей амплитуд S; V; или W от частоты f и отражают действительное вибрационное поле. С целью идентификации источника колебаний из него выделяются составляющие дискретные частоты, которые генерируются основными источниками,

F_∑ (f) = F_ос (f) + F_ф (f).

Частоты колебаний, генерируемые источ­никами периодических вибрационных процессов протекают на частотах их вращения и определяются:

f = i · n

где n - частота вращения, с^-1 ;

i =1,2,3… - числа натурального ряда, определяющие порядок гармонических составляющих.

Так, например, если частота вращения приводного электродвигателя насоса составляет 1200 мин^-1, то основная частота колебаний электродвигателя и насоса составляет:

f_1ЭД=1200:60 =20Hz;

 

если частота вращения газотурбокомпрессора (ГТК) составляет 9000 мин^-1,

то основная частота его колебаний составит:

f_1ГТК=9000:60 =150Hz.

Обычно пик колебаний наблюдается на первой или второй гармонической составляющей.

Используя частотную селекцию сигналов можно определить величину вибрации, которая генерируется СТС и локализовать его узел или деталь.

Наибольший уровень вибрации судовых конструкций и СТС создаёт гребной винт (ГВ). Лопасти ГВ подвергаются периодическим воздействиям от неравномерного поля скоростей и гидродинамических сил. Периодически действующие гидродинамические силы передаются через гребной вал, подшипники валопровода на корпус судна и через фундаментные опоры на СТС.

Гидродинамические силы имеют составляющие по всем трём осям пространственной системы координат X, Y, Z.

Неуравновешенность ГВ, вызванная его повреждениями или неточностями изготовления проявляются на частотах: f _гв1 = i · n_гв в поперечной плоскости.

Осевая сила Рхявляется причиной продольных колебаний валопровода, а момент Мх– его крутильных колебаний.

Сила Рyи момент Мz– вызывают вибрацию корпуса судна в вертикальной плоскости. Сила Рzи момент Мyвызывают вибрацию корпуса судна в поперечной плоскости. Гармонические составляющие упора и крутящего момента в осевом направлении (Рх, Мх) проявляются на частотах: f _гв2 = i · z_гв · n_гв, причём наибольшие величины вибрации проявляются на первой и второй гармонических составляющих (i =1,2).

Гармонические составляющие сил и моментов в поперечной плоскости

(Ру, Рz , Му, Мz) проявляются на частотах f _гв3 = (i · z_гв + 1)· n_гв .

ГВ с чётным числом лопастей создают бóльшие амплитуды колебаний упора и крутящего момента в осевом направлении и малые в поперечной плоскости. При нечётном числе лопастей – более высокие значения имеют амплитуды колебаний вызванные изгибающим моментом и поперечной силы.

Вибрация характеризуется пространственным вектором с тремя координатами - X, Y, Z.Вибрацию необходимо измерять по всем основным составляющим, которые, в результате, отображают сложную волновую картину колебательного процесса. В связи с этим выбор местоположения и направление оси установки вибропреобразователей представляют одну из основных задач анализа вибрационных характеристик объекта и их интерпретации, так как, если сигнал не содержит информации относительно исследуемого узла, то никакой, даже самый сложный анализ не позволит определить его техни- ческое состояние.

 

 

Подшипники являются наилучшим местом для измерения вибрации. Именно в этих местах прикладываются основные динамические усилия и нагрузки, поэтому они являются «критическими компонентами» СТС. Вибропреобразователь лучше всего устанавливать на корпусе подшипника. Если это невозможно, то измерения вибрации должны производиться в месте, максимально близко расположенным к подшипнику, с наименьшим импедансом между подшипником и местом установки вибропреобразователя. Основная информация о вибрационном состоянии узла м.б получена при совпадении оси

датчика с основным направлении действия вибрационных возмущений. Для всестороннего анализа измерения целесообразно производить по трём ортогональным осям.

Определение частот основных возмущающих сил в узлах ДВС

Источник, причина колебаний, частотная составляющая	Выражение для определения частоты	Условные обозначения
Вращение коленчатого вала	f0	f0 - базовая частота
Вращение распределительного вала	kf0	k - коэффициент, учиты­вающий тактность двигате­ля; для двухтактных ра­вен 1, для четырехтактных равен 0,5
Вспышки в цилиндре	kf0
Возмущения от колебания давле­ния в цилиндре при сгорании топли­ва		с - скорость звука в га­зе при сгорании; D - диаметр цилиндра двигателя
Неуравновешенность вращающих­ся деталей, сил инерции первого по­рядка и их момента	vf0	v - порядок гармониче­ской составляющей
Неуравновешенность вращающихся деталей второго порядка	2vf0
Неуравновешенность деталей распределительного вала	0,5vf0

 

 

 

Перекладка поршней в цилиндро­вых втулках	vnf0z	n - число перекладок, определяемое по диаграмме нормальных сил; z - число цилиндров
Трение в подшипниках	v f0zт	zт - число трущихся пар
Удары клапанов	kvf0zкл	zкл - число разновременно работающих клапанов одного цилиндра
Неравномерность вращения деталей навешенных механизмов	i f0	i - передаточное число привода механизма
Кинематические погрешности пересопряжения зубьев:
шестерен редукторов	i f0zш	zш - число зубьев ше­стерни
колес »	i f0zк	zк - число зубьев колеса
Неравномерность потока жидкости, газа в насосах, воздуходувках	i f0zн	zн - число лопаток (зубьев, винтов) рабочего, колеса насоса (воздуходувки)

 

Вибропреобразователи их преимущества и недостатки.

В качестве преобразователей используются: 1)пьезокерамика, представляющая собой пластины, колеблющиеся в нап­равлении… 2)индуктивные, представляющие собой дифференциальную катушку с продольным или поперечным расположением якоря.

Нормативные величины вибрации.

Таблица Нормативные величины вибрации судовых технических средств Значения скорости вибрации, V мм/с Характеристика вибрации …