Підвищення ефективності експлуатації суднових середньообертових дизелів мінімізацією фреттінг-корозії на зовнішній стороні вкладишів підшипників колінчатого вала. Удосконалення ресурсу роботи шатунів і тонкостінних вкладишів підшипників ковзання.
Аннотация к работе
Основна частина флоту обладнана двигунами дизельного типу в якості головної енергетичної установки, що забезпечує рух судну. Особливістю роботи суднового двигуна є виникнення знакозмінних навантажень, які у свою чергу викликають збільшення зносу поверхонь вкладишів підшипників і постель шатунів. Підшипники кривошипно-шатунного механізму (КШМ) є одним з основних вузлів ДВЗ, від умов протікання процесів дисипації енергії в яких в значній мірі залежать потужність, економічність і надійність двигуна. Недостатній рівень експлуатаційної надійності підшипників з тонкостінними вкладишами викликає додаткові витрати на усунення наслідків відмов, збільшує трудомісткість технічного обслуговування й тривалість ремонту, знижує ефективність роботи судна в цілому. Напрямок дослідження, отримані наукові й практичні результати відповідають програмам і планам науково-технічних робіт, спрямованих на розвиток народного господарства України - цільової комплексної програми розвитку транспортного комплексу України “Транспорт”, пріоритетному напрямку науково-дослідних програм Міністерства освіти і науки України “Енергоресурси й енергозбереження”.У результаті частина енергії йде на нагрівання деталей підшипника, а частина на утворення продуктів зношування не тільки на робочій, але й на зовнішній поверхні тонкостінного вкладиша підшипника. Мотилевий підшипник чотиритактного дизеля навантажується знакозмінним ударним навантаженням від сил тиску газів і інерції, що є головним фактором порушення процесів фреттінг-корозії на зовнішній поверхні вкладиша підшипника КШМ. Відзначено, що більшість фірм-виготовлювачів вкладишів займаються розробкою й удосконаленням робочої поверхні вкладиша, залишаючи без уваги зношування, у процесі експлуатації, його зовнішньої сторони, що піддана фреттінг-корозії. Вибір рішення, що дозволяє зменшити фреттінг-корозію на зовнішній стороні вкладиша в підшипниках КШМ, повинен здійснюватися залежно від геометричних розмірів вкладиша, режимів роботи двигуна й від ефективності роботи системи змазування СДВЗ. Розглядаючи тільки сталий стан змушених коливань у системі шатун - вкладиш підшипника при дії сили, що обурює з боку вкладиша й не акцентувати увагу на вільні коливання, було отримане вираження для амплітудно-частотної характеристики коливань у ННФК: , (3) де , - власна частота тангенціальних коливань ННФК, еа - амплітуда відносного взаємного переміщення елементів контакту вкладиша, - статичний коефіцієнт запасу сили тертя, f1 - коефіцієнт тертя між зовнішньою поверхнею вкладиша й постіллю шатуна, f - коефіцієнт тертя на робочій поверхні вкладиша.На режимах пуску суднового дизеля й при частоті обертання, близької до номінального, відбувається зношування не тільки робочих, але й зовнішніх поверхонь тонкостінних вкладишів у підшипниках ковзання. Розроблено методику дослідження процесу дисипації енергії в деталях КШМ, яка показала, що інтенсивність процесу фреттінг-корозії зовнішньої поверхні вкладиша пропорційна енергії резонансного поглинання в коливальному процесі вкладиша щодо шатуна. Амплітуда коливань вкладиша залежить як від режиму роботи дизеля, так і від часу експлуатації. Реологічна модель номінального-нерухомого фрикційного контакту тонкостінного вкладиша циліндричної форми із шатуном у середньообертових дизелях дозволяє отримати емпіричну залежність значення коефіцієнта тертя від параметра пластичності матеріалу вкладиша, що забезпечує такий режим роботи підшипника ковзання, при якому виключаються переміщення вкладиша.
План
Основний зміст роботи
Вывод
Вирішення задачі підвищення надійності підшипників з тонкостінними вкладишами можливо шляхом зниження інтенсивності зношення зовнішньої поверхні вкладишів.
За період експлуатації суднового двигуна (близько 150 тисяч годин) майже 10 разів змінюються металомісткі й дорогі деталі кривошипно-шатунної групи. Через низьку надійність цих підшипників знижується ефективність експлуатації судна.
На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень зроблені наступні висновки: 1. На режимах пуску суднового дизеля й при частоті обертання, близької до номінального, відбувається зношування не тільки робочих, але й зовнішніх поверхонь тонкостінних вкладишів у підшипниках ковзання. Розроблено методику дослідження процесу дисипації енергії в деталях КШМ, яка показала, що інтенсивність процесу фреттінг-корозії зовнішньої поверхні вкладиша пропорційна енергії резонансного поглинання в коливальному процесі вкладиша щодо шатуна.
2. Рух вкладиша щодо шатуна носить резонансний характер, типовий для нелінійних коливальних систем з мякою характеристикою сили, що відновлює. Амплітуда коливань вкладиша залежить як від режиму роботи дизеля, так і від часу експлуатації.
3. Реологічна модель номінального-нерухомого фрикційного контакту тонкостінного вкладиша циліндричної форми із шатуном у середньообертових дизелях дозволяє отримати емпіричну залежність значення коефіцієнта тертя від параметра пластичності матеріалу вкладиша, що забезпечує такий режим роботи підшипника ковзання, при якому виключаються переміщення вкладиша.
4. На підставі експериментальних досліджень встановлено, що: - у пристінних шарах масел нафтового походження товщиною до 20 мкм виникає орієнтаційно впорядкований шар;
- зниження орієнтаційної впорядкованості в пристінних шарах залежить від типу металу, яким легований антифрикційний шар вкладиша;
- ступінь орієнтаційної впорядкованості падає при наявності механічних домішок і води навіть у дозволених концентраціях;
- орієнтаційну впорядкованість можна відновити шляхом обробки масла в активаторі рідкокристалічних властивостей масел;
- відома діаграма Герсі-Штрибека може бути доповнена областю, у якій процес фреттінг-корозії мінімальний;
- застосування активатора, мікрорельєфу, нанесення оптимальних гальванічних покриттів може розширити область роботи вкладиша, що виключає процеси фреттіінг-корозії.
Вірогідність отриманих результатів забезпечується застосуванням сучасних методів вимірювань напруг і деформацій у фрикційному контакті, що моделює підшипник з тонкостінними вкладишами. Абсолютна погрішність вимірювань не виходить за 5%.
5. Результати досліджень дозволили розробити рекомендації, по зниженню інтенсивності зношування робочої й зовнішньої поверхонь тонкостінних вкладишів підшипників КШМ для двигунів, що знаходяться в експлуатації: нанесенням штучного мікрорельєфу на зовнішню поверхню тонкостінних вкладишів;
застосуванням спеціальних матеріалів для гальванічних покриттів;
включенням активатора рідкокристалічних властивостей масла в схему циркуляційної масляної системи дизеля.
Використання матеріалів дисертації в експлуатації суднових дизелів приводить до збільшення часу роботи двигуна між чищеннями фільтрів і до зміни масла в 1,5 рази. Відновлюється впорядкованість молекул рідкокристалічних шарів масляної плівки, що охороняє робочі поверхні вкладишів від руйнування. Наробіток тонкостінних вкладишів у дизелях зростає на 20 - 30 %.
Основні положення дисертації опубліковані в наукових спеціалізованих виданнях
3. Волков А.В. Исследование влияния искусственного микрорельефа на процесс фреттинг-коррозии тонкостенных вкладышей подшипников скольжения ДВЗ // Судовые энергетические установки: науч. -техн. сб. - 2004. - № 11. - Одесса: ОНМА. - С. 52-55.
4. Ханмамедов С.А., Волков А.В. Факторы, влияющие на явление фреттинг-коррозии вкладышей подшипников скольжения // Материалы международной научно-технической конференции 20-21 ноября 2003. - Николаев: УДМТУ, 2003. - С. 63-64.