Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основных элементов, определяющих живучесть корабля, являются подшипники скольжения валопроводов. Изначально подшипники скольжения имели циркуляционную систему смазки, в которой масло подводилось под давлением от напорной магистрали. Системы циркуляционной смазки, в которые входят масляные насосы, масляные системы с маслоохладителями, громоздки, сложны в обслуживании и пожароопасны.
В настоящее время АО «ПО «Севмаш» изготавливает автономные подшипники с индивидуальной системой смазки, при которой масло подается к трущимся поверхностям за счет внутренней циркуляции без применения насоса, фильтров, трубопроводов.
Существующие автономные подшипники применяются только до окружных скоростей на шейках валов не более 15 м/с, что создает большие ограничения их использования. В целях снижения массогабаритных характеристик судового оборудования целесообразно увеличить окружные скорости на шейках валов до 30 м/с.
Таким образом, тему настоящей диссертационной работы, направленной на создание автономных подшипников скольжения с большей окружной скоростью следует считать актуальной.
Целями диссертационной работы являются теоретическое обоснование создания и обеспечение высоких характеристик надежности работы высоконагру-женных высокоскоростных автономных подшипников скольжения валопроводов, судовых турбин, турбогенераторов.
Достижение указанных целей обеспечивается решением следующих научных задач:
-
Систематизация перспективных направлений развития конструкций и основных технических показателей высокооборотных подшипников скольжения СЭУ. Разработка перспективных конструкций высоконагруженных высокоскоростных подшипников различного назначения.
-
Разработка теоретических основ создания гидродинамических смазочных слоев автономных опорных и упорных подшипников скольжения СЭУ с новыми свойствами.
-
Обоснование выбора математических моделей и разработка методик гидродинамических и тепловых расчетов высоконагруженных высокоскоростных автономных опорных и упорных подшипников скольжения.
-
Теоретическое обоснование построенных расчетных моделей, выполнение расчетно-экспериментальных исследований параметров предложенных автономных подшипников скольжения с новыми свойствами.
-
Создание специализированных стендов, разработка программы и выполнение исследований созданных образцов высокоскоростных автономных опорных и упорных подшипников скольжения.
-
Разработка рекомендаций по созданию серийных образцов высокоскоростных подшипников скольжения СЭУ.
Научная новизна заключается в разработке комплекса методик гидродинамических и тепловых расчетов подшипников нового типа, базирующихся на
физических и математических моделях, адекватно и с необходимой достоверностью для стадии проектирования моделирующих параметры элементов подшипниковых узлов энергетической установки судна и позволяющих прогнозировать эксплуатационные характеристики.
В работе получен ряд новых научных результатов.
Научная новизна исследования:
-
Открыты закономерности образования смазочных слоев в подшипниках скольжения при высоких окружных скоростях.
-
Исследована эффективная система внутренней циркуляции смазки, при которой 2/3 расхода масла не сливаются в картер, а непрерывно циркулирует в смазочном слое.
-
Разработана и испытана схема маслоснабжения подшипника с подсосом смазки для подпитки смазочного слоя.
-
Исследованы процессы охлаждения в конструкциях высокоскоростных автономных подшипников скольжения.
-
Доказано снижение потерь трения в высокоскоростных подшипниках и, следовательно, повышение КПД энергетических установок.
-
В ходе работы впервые проведены ресурсные испытания автономных подшипников скольжения при частоте вращения вала 6000 об/мин. и окружных скоростях до 30 м/с. при различных нагрузках, подтвердившие правильность разработанных методик расчета системы циркуляции и охлаждения в подшипниках скольжения СЭУ.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость результатов диссертационной работы заключается в создании расчетных методик для определения параметров судовых высокооборотных подшипников скольжения и разработке рекомендаций по улучшению технико-экономических и эксплуатационных характеристик элементов подшипниковых узлов.
Практическая значимость работы заключается в использовании ее результатов при создании высокоскоростных автономных подшипников жидкостного трения.
Методы исследования. Методологической основой диссертационного исследования явилась совокупность общенаучных и специальных методов научного познания. Применены статистические, теоретико-эмпирические методы, а также методы математического и физического моделирования.
Положения, выносимые на защиту.
-
Результаты анализа и систематизация перспективных направлений развития конструкций и основных технических показателей судовых опорных и упорных подшипников скольжения СЭУ.
-
Результаты теоретических исследований по созданию новых конструкций автономных опорных и упорных подшипников скольжения с новыми закономерностями организации процессов маслоснабжения и внутренней циркуляции смазки в слое, обеспечивающих быстроходность и высокую несущую способность.
-
Новые конструкции высокоскоростных автономных опорных и упорных подшипников скольжения, методики и программные продукты для выполнения
их гидродинамических и тепловых расчетов.
-
Результаты расчетно-экспериментальных исследований по обоснованию выбора математических моделей для описания процессов в предложенных опорных и упорных подшипниках скольжения.
-
Результаты испытаний опытных образцов высоконагруженных высокоскоростных автономных подшипников скольжения.
-
Рекомендации по созданию нового типоразмерного ряда высоконагру-женных высокоскоростных автономных опорных и упорных подшипников скольжения на базе предложенных конструкций.
Достоверность и обоснованность защищаемых научных положений,
выводов и рекомендаций обеспечена корректным использованием апробированных опытом методов системного анализа, математического моделирования, общепризнанными положениями теории рабочего процесса в подшипнике, а также применением аттестованных приборов и оборудования в ходе экспериментальных исследований рассматриваемых объектов. Достоверность полученных результатов и выводов хорошо согласуется с данными экспериментальных исследований. При математическом моделировании процессов в подшипнике использованы фундаментальные положения гидродинамической теории смазки.
Апробация результатов исследований. Основные теоретические положения и результаты диссертации докладывались на научной конференции «Взгляд в будущее» в АО «ЦКБ МТ «Рубин» в 2012 году, молодежной научно-технической конференции (г. Миасс) в 2012 году, на молодежной научно-технической конференции «Инновации молодых-2015» в СПМБМ «Малахит» в 2015 году. Работа, посвященная созданию подшипников скольжения, была представлена на Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2015 г. В 2017 году автор был признан победителем VII Национальной научно-технической конференции, проводимой Союзом машиностроителей России, в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Основным результатом работы является создание автономных подшипников с охлаждением и циркуляцией смазки внутри слоя с окружной скоростью на шейке вала до 30 м/с, не требующих создания систем циркуляционной смазки в энергетических установках.
Имеются акты использования результатов в деятельности АО «ПО «Сев-маш» и распоряжения об использовании патентов на изобретения.
Личный вклад соискателя. Автором выполнено обоснование актуальности работы, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы. Автор диссертации самостоятельно решил все поставленные задачи: разработал методику формирования технического облика создаваемых судовых подшипников, разработал методики улучшения эксплуатационных показателей подшипников.
Публикации. Результаты диссертационных исследований освещены в 18 научных трудах, в том числе в 7 статьях в изданиях по перечню ВАК Минобрнау-ки России. По результатам работы в составе группы разработчиков получены 2 патента на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы и приложений. Материал изложен на 141 стр., содержит 43 рисунка, 9 таблиц, 5 приложений. Список литературы включает в себя 91 источник, в том числе – 11 на иностранных языках.