Analiza informacyjności diagnostycznej szybkozmiennej temperatury spalin wylotowych okrętowego silnika tłokowego – klasyfikacja jednoczynnikowa

• Autorzy: Puzdrowska Patrycja
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszym artykule zwrócono uwagę na problem niskiej podatności kontrolnej okrętowych silników średnio- i szybkoobrotowych w eksploatacji, co znacznie ogranicza możliwości diagnozowania parametrycznego ich przestrzeni roboczych oraz układu wtrysku paliwa. W celu rozwiązania tego problemu zaproponowano pomiar szybkozmiennej temperatury spalin wylotowych z silnika, której przebieg po odpowiedniej obróbce matematycznej oraz analizie statystycznej i merytorycznej może być cennym źródłem informacji diagnostycznej. Jako narzędzie statystyczne wybrano statystykę F rozkładu Fishera - Snedecora, pozwalającą ocenić, czy analizowany czynnik wejściowy (wymuszający), w tym wypadku parametr struktury konstrukcyjnej silnika wpływa na czynnik wyjściowy (wynikowy), jakim jest miara diagnostyczna wyznaczona na podstawie pomiaru szybkozmiennej temperatury spalin wylotowych i jaka jest siła tego oddziaływania. Badania laboratoryjne przeprowadzono na stanowisku jednocylindrowego silnika Farymann Diesel typu D10. Polegały one na wprowadzaniu faktycznych zmian w strukturze konstrukcyjnej rozpatrywanych układów funkcjonalnych silnika badawczego, odwzorowujących stany ich częściowej zdatności do realizacji funkcji celu działania. W zrealizowanym programie badań rozpatrywano trzy zmieniane parametry struktury: czynne pole przekroju przepływu kanału powietrza dolotowego, ciśnienie otwarcia wtryskiwacza oraz stopień kompresji, co miało odzwierciedlać znane i rozpoznawalne uszkodzenia silnika najczęściej występujące na obiektach rzeczywistych, tzn. pełnowymiarowych silnikach okrętowych. Na podstawie uzyskanych przebiegów szybkozmiennej temperatury spalin wylotowych zdefiniowano trzy miary diagnostyczne, których informacyjność poddano testom statystycznym: uśrednione w obrębie jednego cyklu pracy 4-suwowego silnika tłokowego: wartość międzyszczytową temperatury spalin, jednostkową entalpię spalin opuszczających cylinder oraz szybkość wzrostu oraz spadku wartości szybkozmiennej temperatury spalin. Największą wrażliwość diagnostyczną na wprowadzone zmiany czynnego pola przepływu powietrza dolotowego wykazała jednostkowa entalpia spalin. Obniżone ciśnienie otwarcia wtryskiwacza wpływało istotnie pod względem statystycznym na wartość międzyszczytowej temperatury spalin oraz szybkość wzrostu oraz spadku wartości szybkozmiennej temperatury spalin. Natomiast zmniejszona wartość stopnia kompresji skutkowała istotnym wpływem na wszystkie trzy wyznaczone miary diagnostyczne. W artykule przedstawiono reprezentatywne wyniki pierwszego etapu badań eliminacyjnych, a mianowicie analizę statystyczną jednoczynnikową zgodnie z realizowanym planem randomizowanym kompletnym. Planuje się prace nad drugim etapem badań eliminacyjnych obejmujących analizę dwuczynnikową, zgodnie z planem randomizowanym blokowym, gdzie dokonana zostanie ocena istotności wpływu zmienianych wartości parametrów struktury na analizowane miary diagnostyczne, w tle zmiennego obciążenia silnika.

Słowa kluczowe

PL

okrętowy silnik tłokowy; temperatura spalin; informacyjność diagnostyczna; statystyka F rozkładu Fishera-Snedecora

EN

marine piston engine; exhaust gas temperature; diagnostic informability; F statistic of the Fisher-Snedecor distribution

• Wydawca: Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology, Gdańsk University of Technology
• Czasopismo: Journal of Polish CIMEEAC
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 16, no 1
• Strony: 103--118
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Puzdrowska Patrycja

• Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa, Zakład Siłowni Okrętowych, 80-233 Gdańsk, ul. G. Narutowicza 11/12

Bibliografia

• [1] Brown C., Kee, R.J., Irwin, G.W. et al. (2008), Identification applied to dual sensor transient temperature measurement. UKACC Int Control Conference. Manchester.
• [2] Debnath, B.K., Sahoo, N., Saha, U. K. (2013), Thermodynamic analysis of variable compression ratio diesel engine running with palm oil methyl ester, Energy Conversion and Managment vol. 65. pages 147-154.
• [3] Hötger M., Mayr B., Puschmann H. (1992), Integrale Lichtleit-Meßtechnik: Ein neuer Weg zur Untersuchung des Verbrennungsprozesses in Dieselmotoren. MTZ.
• [4] Jaremkiewicz M. (2011), Odwrotne zagadnienia wymiany ciepła, występujące w pomiarach nieustalonej temperatury płynów. Rozprawa doktorska. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej. Kraków.
• [5] Jaremkiewicz M., Taler, J., (2016), Inverse determination of transient fluid temperature in pipelines. Journal of Power Technologies, 96(6). p. 385-389.
• [6] Korczewski Z., Puzdrowska P. (2015), Analytical method of determining dynamic properties of thermocouples used in measurements of quick – changing temperatures of exhaust gases in marine diesel engines. Poznań. Combustion Engines, nr 162 (3) (2015), s. 300-306.
• [7] Korczewski Z., Zacharewicz M. (2012), Alternative diagnostic method applied on marine diesel engines having limited monitoring susceptibility. Transactions of the Institute of Measurement and Control, 34 (8), p. 937-946.
• [8] Korczewski, Z. (2017), Diagnostyka eksploatacyjna okrętowych silników spalinowych – tłokowych i turbinowych. Wybrane zagadnienia. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej. Gdańsk.
• [9] Korzyński, M. (2017), Metodyka eksperymentu. Planowanie, realizacja i statystyczne opracowanie wyników eksperymentów technologicznych. Wydawnictwo WNT. Warszawa.
• [10] Kowalczyk M. (2000), Wybrane zagadnienia wymiany ciepła w silnikach wysokoprężnych - wymiana przez promieniowanie. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej.
• [11] Kudrewicz J. (1976), Analiza funkcjonalna dla automatyków i elektroników. PWN. Warszawa.
• [12] Marszałkowski K., Puzdrowska P. (2015), A laboratory stand for the analysis of dynamic properties of thermocouples. Gdańsk. Journal of Polish CIMEEAC – vol. 10, nr 1 (2015), s. 111 – 120.
• [13] Mazur M. (1970), Jakościowa teoria informacji. WNT. Warszawa
• [14] Mijas, Ł. , Reiter, E. , Kukiełka, K. (2013), Wykorzystanie systemu ANSYS Workbench do analizy statycznej korbowodów, Instytut Naukowo-Wydawniczy "SPATIUM". Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe, R. 14, nr 10 Str. 315--317, Radom.
• [15] Morey F., Seers P. (2010), Comparison of cycle-by-cycle variation of measured exhaust - gas temperature and in - cylinder pressure measurements. Applied Thermal Engineering, nr 30, str. 487 - 491.
• [16] Olczyk A. (2007), Koncepcja pomiaru szybkozmiennej temperatury gazu z uwzględnieniem dynamicznej składowej temperatury. Pomiary Automatyka Kontrola, 53 Bis/9, s. 576-579.
• [17] Pfriem H. (1936), Zur Messung veränderlicher Temperaturen von Gasen Und Flüssigkeiten, Gen. Ingen., vol. 7, no. 2, pp. 85–92.
• [18] Polanowski S. (2007), Studium metod analizy wykresów indykatorowych w aspekcie diagnostyki silników okrętowych. Zeszyty Naukowe AMW, Nr 69 A, Gdynia.
• [19] Polański Z. (1984), Planowanie doświadczeń w technice. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa.
• [20] Puzdrowska P. (2016), Determining the time constant using two methods and defining the thermocouple response to sine excitation of gas temperature. Gdańsk. Journal of Polish CIMEEAC – vol. 11, nr 1, s. 157 – 167.
• [21] Puzdrowska P. (2018 (2)), Signal filtering method of the fast-varying diesel exhaust gas temperature. Combustion Engines, nr. 175(4), s.48-52.
• [22] Puzdrowska, P. (2019), Statystyka F rozkładu Fishera-Snedecora jako narzędzie do oceny istotności wpływu mocy silnika o ZS na wybrane miary diagnostyczne. Journal of Polish CIMAC. -Vol. 14, nr. 1/18, s. 177-186.
• [23] Puzdrowska, P. (2020), Evaluation of the significance of the effect of the active cross-sectional area of the inlet air channel on the specific enthalpy of the exhaust gas of a diesel engine using statistics F of the Fisher-Snedecor distribution. Combustion Engines -Vol. 182, issue 3/2020, s.10-15.
• [24] Puzdrowska, P. (2021), Application of the F-statistic of the Fisher-Snedecor distribution to analyze the significance of the effect of changes in the compression ratio of a diesel engine on the value of the specific enthalpy of the exhaust gas flow. Combustion Engines, 186, 80-88.
• [25] Roberts S. J., Stone R. (2004), Instantaneous Exhaust Temperature Measurement Using Thermocouple Compensation Techniques. SAE Technical Papers.
• [26] Rutkowski S. (1976), Wykorzystanie dynamicznych pomiarów temperatur spalin wylotowych w diagnostyce okrętowych silników spalinowych, Kopia maszynopisu streszczenia artykułu z 1976 roku.
• [27] Shannon C. E. (1945), A mathematical theory of cryptography. A classified memorandum for Bell Telephone Labs. USA.
• [28] Tagawa M., Ohta Y. (1997), Two - Thermocouple Probe for Fluctuating Temperature Measurement in Combustion - Rational Estimation of Mean and Fluctuating Time Constants. Combustion and Flame, nr 109, str. 540-560.
• [29] Wisłocki K. (2004), Studium wykorzystania badań optycznych do analizy procesów wtrysku i spalania w silnikach o zapłonie samoczynnym, Rozprawa habilitacyjna, Rozprawy nr 387, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań.
• [30] Wiśniewski S. (2005), Termodynamika techniczna, Wydawnictwo Naukowo - Techniczne, Warszawa.
• [31] Witkowski K. (2011), Możliwość komputerowego wspomagania diagnozowania okrętowych silników tłokowych. Studia i materiały Polskiego Stowarzyszenia Zarządzania Wiedzą, nr 48, s.136-147.
• [32] Witkowski K. (2017), The Increase of Operational Safety of Ships by Improving Diagnostic Methods for Marine Diesel Engine, Transnav the International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, vol. 11, no 2.
• [33] Włodarski J. K. (1995), Okrętowe silniki spalinowe. Obciążenia eksploatacyjne, Wydawnictwo Wyższej Szkoły Morskiej w Gdyni, Gdynia.
• [34] Woś, P., Jaworski, A., Kuszewski, H., Lejda, K., Ustrzycki, A. (2016), Technical and operating problems yielded from setting up the optimum value of geometric compression ratio in piston engines, Combustion Engines, Vol. 164, 1/2016, s. 3-14.
• [35] Zacharewicz M. (2010), Metoda diagnozowania przestrzeni roboczych silnika okrętowego na podstawie parametrów gazodynamicznych w kanale zasilającym turbosprężarkę. Rozprawa doktorska. AMW, Gdynia.
• [36] International Association of Classification Societies (2016), Requirements Concerning Machinery Installations. M35: Alarms, remote indications and safeguards for main reciprocating I.C. engines installed in unattended machinery spaces.
• [37] International Association of Classification Societies (2016), Requirements Concerning Machinery Installations. M36: Alarms and safeguards for auxiliary reciprocating I.C. engines driving generators in unattended machinery spaces.
• [38] International Association of Classification Societies (2016), Requirements Concerning Machinery Installations. M73: Turbochargers.
• [39] Polski Rejestr Statków (2016), Przepisy. Publikacja nr 5/P. Wymagania dla turbosprężarek. Rozdział 2. Wymagana dokumentacja. Gdańsk.
• [40] Polski Rejestr Statków (2019), Przepisy. Publikacja nr 28/P. Próby silników spalinowych. Rozdział 1. Próba typu silników spalinowych. Rozdział 2. Próby zdawczo – odbiorcze silników spalinowych (szczególnie podrozdział 2.2.2). Gdańsk.