Повышение качества судовых валопроводов и совершенствование технологии их изготовления
Примерно половина морского коммерческого флота состоит из судов, оборудованных водяной смазкой подшипников гребных валов. Соответственно гребные валы имеют бронзовые облицовки, которые выполняют две функции: создания оптимального трибосопряжения в дейдвудных подшипниках и защиты вала от контакта с морской водой. Кроме того, гребной вал, как правило, имеет защитное покрытие на участках… Читать ещё >
Содержание
- Глава I. Анализ существующих технологических методов обеспечения качества судового валопровода
- 1. 1. Анализ существующей конструкции валопровода, способов сборки и защиты деталей
- 1. 2. Анализ особенностей технологических процессов изготовления облицовок и сборки валопроводов
- 1. 3. Анализ использования клеевых соединений в судовом машиностроении
- 1. 4. Анализ требований к клеевым соединениям при использовании валопроводов
- 1. 5. Выводы. Цель и задачи исследования
- Глава II. Аналитическое исследование клеевых соединений валопровода
- 2. 1. Анализ напряжений в деталях валопровода облицовка — гребной вал"
- 2. 2. Анализ напряженного состояния разделительного слоя при осевом сдвиге, кручении, изгибе
- 2. 3. Температурные деформации в разделительном слое
- 2. 4. Исследование влияния погрешностей формы гребного вала и его облицовки на минимальную толщину разделительного слоя
- 2. 5. Напряжения в защитных покрытиях
- 2. 6. Выводы
- Глава III. Экспериментальные исследования соединения «гребной вал облицовка» с полимерным разделительным слоем
- 3. 1. Планирование экспериментальных исследований
- 3. 2. Исследование прочности соединения «гребной вал-облицовка» с разделительным слоем
- 3. 3. Исследование электрического сопротивления разделительного слоя
- 3. 4. Специфические эксперименты
- 3. 5. Проверка податливости соединений с полимерным разделительным слоем
- 3. 6. Исследование сплошности разделительного слоя
- 3. 7. Выводы
- Глава IV. Разработка технологических процессов изготовления валопроводов с полимерным разделительным слоем и защитным покрытием
- 4. 1. Расчет конструктивных параметров соединения
- 4. 2. Технология сборки соединений с полимерным разделительным слоем на основе полиуретана
- 4. 3. Технология нанесения полимерных защитных покрытий
- 4. 4. Выводы
- Глава V. Практическое использование результатов исследований
- 5. 1. Внедрение в нормативно-техническую документацию
- 5. 2. Внедрение в проектирование
- 5. 3. Внедрение в производство
- 5. 4. Эксплуатационная проверка соединений с разделительным слоем и защитным покрытием
- 5. 5. Оценка экономической эффективности
- 5. 6. Выводы
Повышение качества судовых валопроводов и совершенствование технологии их изготовления (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Российский флот состоит из всех известных типов судов и кораблей, таких как сухогрузные, наливные, пассажирские, рыбопромысловые морские и речные суда, ледоколы, научно-исследовательские и вспомогательные суда, надводные и подводные боевые корабли и прочие плавсредства. По данным Российского Морского Регистра Судоходства [45] одним из наименее надежных компонентов судна является движительный комплекс (ДК), в первую очередь валопровод. Наиболее нагруженным и подверженным повреждениям, связанным с коррозией и фретинг-коррозией, считается гребной вал [8, 9].
Примерно половина морского коммерческого флота состоит из судов, оборудованных водяной смазкой подшипников гребных валов. Соответственно гребные валы имеют бронзовые облицовки, которые выполняют две функции: создания оптимального трибосопряжения в дейдвудных подшипниках и защиты вала от контакта с морской водой. Кроме того, гребной вал, как правило, имеет защитное покрытие на участках, расположенных вне дейдвудных подшипников. Эти участки защищают лакокрасочными средствами, композициями на основе эластомеров и эпоксидных компаундов, армированных стекловолокном. Весь речной и военно-морской флот также ориентирован на охлаждение и смазку водой подшипников гребных валов.
Опыт эксплуатации флота с водяной смазкой дейдвудных подшипников [8, 9, 14, 15, 23, 45] свидетельствует о том, что сопряжения «вал — бронзовая облицовка» подвержены действию коррозии и фретинг-коррозии, а защитные покрытия не обладают достаточной надежностью, разрушаясь преимущественно в районах соединения с бронзовыми облицовками. Коррозионные повреждения интенсифицируются при наличии прямого электрического контакта между деталями, имеющими различный электрический потенциал. Таким образом, можно утверждать, что традиционное прессовое соединение стального вала с бронзовой облицовкой является потенциальным источником повреждений гребного вала, который активно проявляется при контактах с морской водой.
Гребной вал расположен в недоступном и необслуживаемом пространстве. Его надежная работа не может быть обеспечена за счет постоянного наблюдения и технического обслуживания. Регулярные профилактические ремонтные работы также невозможны по технико-экономическим соображениям. Так, для выполнения полноценного осмотра и ремонта необходима постановка судна в док, демонтаж гребного винта и гребного вала, простой судна в течении длительного времени. При этом судовладелец несет издержки, исчисляемые тысячами долларов в сутки (доковый тариф, ремонтные работы, запасные детали) и десятками тысяч долларов в сутки (потеря провозоспособности) за счет упущенной прибыли. Одним из путей сокращения названных издержек является повышение надежности валопровода и его технического ресурса.
Решение этой задачи приводит к необходимости всестороннего анализа существующих конструкций валопровода, способов сборки и защиты деталей, анализа технологических процессов изготовления облицовок и сборки валопроводов, а также использования клеевых соединений в разделительном слое между валом и облицовкой. Таким образом, объектом исследования настоящей диссертационной работы является конструкция соединения «гребной вал — облицовка» с разделительным слоем и технология его изготовления.
Указанное выше требует всестороннего исследования и анализа теоретических методов оценки прочности соединений «гребной валоблицовка» с разделительным слоем, обеспечивающих надежную работу валопровода.
Таким образом, целью диссертационных исследований является повышение надежности валопровода за счет совершенствования конструкции соединения «гребной вал — облицовка» и технологии его монтажа.
В диссертационной работе выполнены теоретические исследования конструкций соединений «гребной вал — облицовка», определены диапазоны варьируемых конструктивно-технологических параметров, проанализированы свойства клеевых соединений на основе эпоксидной смолы и полиуретана, определены параметры прочности соединений, подлежащие экспериментальному исследованию.
Спроектированы конструкции и созданы серии опытных образцов соединений, отличающиеся конструктивно-технологическими параметрами и материалом разделительного слоя.
В процессе создания серии образцов отработана технология сборки соединения, предложенная впоследствии для промышленного использования.
Выполнены всесторонние экспериментальные исследования прочности, электрического сопротивления и дополнительных качественных параметров разделительного слоя. На основе исследований определены оптимальные конструктивно-технологические параметры соединения «гребной вал — разделительный слой — облицовка», обеспечивающие надежную работу валопровода. Отработан технологический процесс изготовления и осуществлено опытное внедрение промышленной технологии формирования разделительного слоя между телом судового гребного вала и антифрикционной облицовкой (в ООО «ЛОМО-Инфраспек»).
Результаты диссертационных исследований и разработок использованы в проекте «идеального» движительного комплекса «Экодейдвуд» (в АОЗТ «Производственное предприятие «Сигма»).
Новые научные результаты работы заключаются в том, что впервые установлены закономерности распределения напряжений и деформаций в полимерном разделительном слое соединения типа «вал-облицовка», а также в зоне сопряжения трёх элементов: вал, облицовка, защитное покрытие, позволяющие обоснованно использовать современные полимерные материалы для достижения целей работы.
Практическая ценность работы состоит в том, что впервые разработана промышленная технология крепления бронзовых облицовок на гребных валах с применением современных полимерных материалов, обеспечивающая заданную прочность и надежную защиту гребных и валов от коррозии.
Данные, полученные в настоящей работе, свидетельствуют о надежности валопроводов, созданных с использованием предложенной конструкции соединения «гребной вал — облицовка» с полиуретановым разделительным слоем.
5.6 Выводы.
1. Результаты исследований и разработок внедрены в научно-исследовательский проект «ЭКОДЕЙДВУД». Гребной вал с облицовками, установленными с помощью разделительного слоя на основе полиуретана, использован в проекте в качестве одного из элементов «идеального» судового движительного комплекса.
2. Научные результаты внедрены в производство при изготовлении натурной модели «идеального» движительного комплекса «ЭКОДЕЙДВУД».
3. Экономический эффект от внедрения исследований и разработок, изложенных в диссертации, в судостроение и судоремонт Российской Федерации оценивается суммой, эквивалентной не менее 2млн. долларов США в год.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:
1. Обоснована целесообразность и возможность применения гребных валов с разделительным слоем между телом вала и облицовкой, физико-механические и технологические свойства которого соответствуют определенным требованиям, сформулированным на основе теоретических и экспериментальных исследований. Применение такого технического решения позволяет достичь сформулированную цель, т. е. повысить надежность валопровода за счет уменьшения пиков концентрации напряжений, эффективной гидроизоляции вала и равномерного нагружения дейдвудных подшипников.
2. Аналитическими исследованиями установлено, что разделительный слой на основе эпоксидной смолы не соответствует полному набору требований, предъявляемых к подобному элементу гребного вала. Показано, что из-за большого абсолютного значения модуля упругости композиций на основе эпоксидной смолы, в разделительном слое могут возникать напряжения, превышающие предел выносливости. Причиной возникновения этих напряжений может стать наложение негативных воздействий, вызванных погрешностями изготовления и сборки гребного вала, а также условиями его эксплуатации.
3. Аналитически показано влияние масштабного фактора на прочность разделительного слоя между валом и облицовкой. Нагрузки от веса гребного винта и гребного вала, воспринимаемые разделительным слоем, возрастают прямо пропорционально диаметру гребного вала.
4. Доказано, что использование тонкой пленки клея (1=0,1мм) в качестве разделительного слоя малоэффективно. Наличие технологических погрешностей не обеспечивает надежной изоляции гребного вала и облицовки. Предложена методика аналитической оценки суммарной технологической погрешности изготовления и сборки. Доказано, что толщина разделительного слоя должна быть больше, чем сумма технологических погрешностей.
5. Установлено, что температурные деформации и напряжения в разделительном слое при естественном нагреве или охлаждении гребного вала, а также при установившемся режиме тепловыделения в процессе трения облицовки вала о дейдвудный подшипник невелики и поэтому учитывать их при оценке надежности разделительного слоя нет необходимости.
6. Сформулированы преимущества технического решения, в котором используется современный эластомер для одновременного выполнения функций защитного покрытия и разделительного слоя. Показано, что такое техническое решение может обеспечить снижение напряжений в разделительном слое от эксплуатационных нагрузок, а также обеспечить надежность защитных покрытий во всем диапазоне размеров гребных валов и эксплуатационных нагрузок.
7. Экспериментально установлено, что разделительный слой на основе эпоксидного клея или полиуретана способен обеспечить эффективное электрическое разъединение гребного вала и облицовки. Для этого необходимо, чтобы толщина разделительного слоя была достаточной для компенсации погрешностей изготовления и сборки соединения. Показано, что толщина слоя должна находиться в диапазоне 1−3 мм. При такой толщине разделительного слоя абсолютные значения электрического сопротивления составляют десятки кОм и десятки МОм соответственно для эпоксидной смолы и полиуретана.
8. Установлено, что повышение температуры до 100 °C в зоне дейдвудного подшипника возможно в процессе нормальной эксплуатации, однако это не окажет влияния на работу соединения «гребной валоблицовка» при толщине разделительного слоя 1=1−3 мм.
9. Доказано, что по всем основным параметрам (прочность при низкой и повышенной температурах, электрическое сопротивление, масштабный фактор, податливость, работоспособность при предельных нагрузках, сплошность) разделительный слой на основе полиуретана превосходит разделительный слой на основе эпоксидной смолы.
10. По результатам аналитических и экспериментальных исследований сформулированы методы расчета основных параметров соединительного устройства «гребной вал — облицовка» с разделительным слоем на основе полиуретана холодного отверждения для использования при проектировании.
11. Разработаны типовые технологические процессы сборки гребных валов с облицовками и разделительным слоем и нанесения защитного покрытия на основе полиуретана холодного отверждения для использования в судостроении и судоремонте.
12. Сформулированы требования к технологической оснастке, к подготовке поверхностей и к окружающей среде, которые должны быть соблюдены в условиях механического цеха судостроительного, судоремонтного или специализированного предприятия.
13. Осуществлено опытное внедрение результатов диссертационной работы в научно-исследовательский проект «ЭКОДЕЙДВУД», выполненный в АОЗТ «Производственное предприятие «СИГМА». Технологические процессы формирования разделительного слоя проверены в производственных условиях ООО «ЛОМО-Инфраспек».
14. Ожидаемый экономический эффект в сфере эксплуатации флота от полной реализации рекомендаций, изложенных в диссертации, оценивается суммой не менее 2,0 млн. долларов США в год.
Список литературы
- Александров М.В. Об опыте сборки бронзовых облицовок с гребными и дейдвудными валами. «Вестник технологии судостроения», № 9, 2001. С. 3638.
- Александров М.В. Влияние погрешностей формы деталей сопряжения «вал-втулка» на минимальную толщину разделительного слоя. Сб. трудов НТО им. акад. А. Н. Крылова. 2001. Вып. 31, часть 4.
- Александров М.В. Некоторые особенности технологического процесса сборки облицовок с гребными валами с использованием клея. Сборник рефератов Д.Р. ВИМИ, выпуск 3, 2001.
- Александров М.В. К вопросу о применении клея для соединения деталей судового машиностроения. Сборник рефератов ДР ВИМИ, выпуск 4, 2001.
- Александров М.В. Прочность соединений «вал-втулка» с разделительным слоем на основе полиуретана холодного отверждения. Сборник рефератов ДР ВИМИ, выпуск 1, 2002.
- Александров М.В., Лысенков П. М. Напряженное состояние разделительного слоя между гребным валом и его облицовкой. «Судостроение», № 6, 2001, стр. 57−58.
- Александров М.В. Повышение качества судовых валопроводов и совершенствование технологии их изготовления. Сборник докладов на II Российской научно-практической конференции судостроителей, 2010, стр.78−79, СПб.
- Бабанин В.Ф., Лысенков П. М., Орехов A.B., Постовалов Г. И. Совершенствование технологичности судового валопровода. «Технология судостроения», № 5, 1986.
- Балацкий Л.Т., Филимонов Г. И. Повреждения гребных валов. Изд. «Транспорт», М., 1970.
- Балацкий Л.Т., Филимонов Г. Н. Фреттинг в судовых деталях. Изд. «Судостроение», 1973.
- Беляев Г. С. Технология выполнения клеевого соединения типа гребной винт вал. Труды ЦНИИТС, 1967, № 73.
- Беляев Г. С. Теоретическое и экспериментальное исследование существующих и новых способов крепления гребных винтов на судовых валах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., Ленинград, 1967.
- Валы судовых валопроводов. Общие технические условия. ОСТ5.4097−74.
- Валы судовых валопроводов. Типовые технологические процессы изготовления. ОСТ5.9648−76.
- Вейнгартен А.М. и др. Результаты обследования состояния гребных валов на судах. «Технология судостроения», 1966, № 2.
- Виноградов С. С, Гавриш П. И. Износ и надежность винторулевого комплекса судов. Изд. «Транспорт», 1970.
- Гречищев Е.С. Прочность соединений с гарантированным натягом в условиях кругового изгиба. «Вестник машиностроения», 1962, № 4.
- Державец Ю.А., Сивчиков СБ., Турков А. И. Применение полиуретанов в судостроении. Труды Первого Международного симпозиума по транспортной триботехнике «Транстрибо-2001″. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001.
- Драхман 3., Аракелов Ф. Расчет надежности посадок облицовок из пластических бронз на гребные валы». «Морской флот», 1967. № 9.
- Елизаветин М.А., Сатель Э. А. Технологические способы повышения долговечности машин. Изд. «Машиностроение», М., 1969.
- Желтов В.П. Исследование несущей способности соединительных элементов судовых валопроводов сборной конструкции. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., Ленинград, 1970.
- Лысенков П.М., Постовалов Г. И., Рубин М. Б. Технологичность судовых валопроводов. Издание ЦНИИ «Румб», 1982.
- Лысенков П.М. Эффективность использования разработок, направленных на экономию материальных и трудовых ресурсов. Сб. «Вопросысудостроения». Серия «Судоверфь». № 5, 1985
- Лысенков П.М. Технологические проблемы производства судовых валов. Тезисы докладов на всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы повышения надежности судовых валопроводов». Л. Изд-во «Судостроение», 1988.
- Лысенков П.М. Влияние масштабного фактора на контактные давления в опорах гребных валов. «Судостроение», № 12, 1990.
- Лысенков П.М. Тенденции развития технологии судовых движительных комплексов. Технология судостроения, 1991, № 7.
- Лысенков П.М. Судовой движительный комплекс как сложная трибосистема. «Трение, износ, смазка». № 2, 1999. Электронный ресурс wvyw.tribo.ru.
- Николаев В.А. Конструирование и расчет судовых валопроводов. Судпромгиз, 1956.
- Перри Г. А. Склеивание армированных пластиков. Перевод с англ. Судпромгиз, Л., 1962.
- Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. Справочник по сопротивлению материалов. Киев, «Наукова думка», 1975.
- Подъяпольский B.C. Исследование способов соединений гребных винтов и муфт с судовыми валами при соблюдении условий электрической защиты кораблей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н., Ленинград, 1964.
- Покрытия защитные из стеклопластика гребных и дейдвудных валов. Типовой технологический процесс. ОСТ5.9558−74.
- Российский Речной Регистр. Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания. «Марин инжиниринг сервис», М., 1995.
- Рубин М.Б., Бахарева В. Е. Подшипники в судовой технике. Справочник. Л., «Судостроение», 1987.
- Сажин A.M. Расчет напряжений в клеевых соединениях металлических пластин при сдвиге. «Вестник машиностроения», 1964, № 11.
- Сергеев В.Е., Подъяпольский B.C. Насадка облицовок на гребные валы с помощью эпоксидно-полиамидного клея. «Технология судостроения», 1970, № 5.
- Сергеев В.Е. Вопросы прочности клеевых соединений облицовок с судовыми валами. Труды ЦНИИТС, 1972, вып. 125.
- Сергеев В.Е. Способ сплошной гидроизоляции гребных валов. Сборник «Судоремонт флота рыбной промышленности», № 24, 1974.
- Сергеев В.Е., Подъяпольский B.C., Нестеров В. Г. Гидропрессовые и клеевые соединения в механомонтажном производстве. «Технология судостроения», 1974, № 4.
- Сергеев В.Е., Марков А. П., Раздрогин Ю. В. Применение полимерных материалов при сборке и монтаже судового механического оборудования. Сб. Рипорт, 1976, № 25.
- Старосельский A.A. К расчету облицовок гребных валов. Научн. техн. сб. «Судостроение и судоремонт», вып. 1, ОИИМФ, 1967.
- Фрейдин A.C. Прочность и долговечность клеевых соединений. М., «Химия», 1971.
- Харченко В.Г., Суворов A.C. Анализ-обобщение данных повреждений валопроводов морских судов по результатам освидетельствований за период с 1 ноября 1982 г. по 31 октября 1987 г. Регистр СССР. Научн.-техн. сб., 1991, вып. 17.
- Шавырин В.Н., Андреев Н. Х., Чукович A.A. Клее-механические соединения в технике. Изд. «Машиностроение», М, 1968.
- Шнуров З.Е. Вопросы прочности клеевых соединений. Сб. статей «Клеи ичтехнология склеивания», Оборонгиз, 1960.
- Ясовский СР., Фрейдин А. С. Усталостная прочность клеевых соединений металлов на эпоксидных клеях холодного отверждения. «Вестник машиностроения», 1968, № 7.
- Valckernes G A Schroefassen en Schrofaskokers ship en Werf, vol 27, N 3, 1960.
- Vedeler В On Stresses and Failures in Propeller Shafts of Single Screw Vessels. «European Shipbuilding», vol II, N2,1962.
- ГОСТ ИСО P 5725−1-2002. Государственный стандарт Российской Федерации. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений.
- Герман Г. В. Методология управления технологией монтажа судового электрооборудования. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н., СПб., 2002 г.
- Российский Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки морских судов, СПб, 2007 г. го
- Утверждаю Директор по научной работе ООО «ЛОМО-Инфраспек"1.1. Актвнедрения технологии формиро. айтельного слоя.технических наук /1 Лысенков П.М.21 мая 2010 г.
- Заместитель директора по производству АОЗТ «Производственное предприятие «СИГМА"1. Актвнедрения в проектирование и производство технологических рекомендаций, изложенных в кандидатской диссертации М. В. Александрова.1. З.И. Валов2010 г.
- Помощник директора АО «СИГМАи1. Е.П. Белоусова