Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЁЖНОСТИ ДЕЙДВУДНЫХ УСТРОЙСТВ СУДОВ РТМ ТИПОВ "ТРОПИК" И "АТЛАНТИК" 9
1.1. Анализ условий эксплуатации и долговечности от дельных узлов дейдвудных устройств 9
1.1.1. Требования к материалам и конструкциям подшипников гребных валов с неметаллическими вкладышами 9
1.1.2. Наиболее характерные виды повреждений облицовок гребных валов 12
1.1.3. Кавитационное разрушение 16
1.2. Исследование надёжности дейдвудных устройств судов FTM типов "Тропик" и "Атлантик" при работе их на резино-металлических и капролоновых подшипниках - 22
1.3. Определение точечных оценок показателей надёжности капролоновых дейдвудных подшипников судов РТМ типов "Тропик" и "Атлантик" 37
1.3.1. Выбор данных для расчета 37
1.3.2. Оценка параметров закона распределения Вейбулла 39
1.3.3. Определение доверительных границ для параметров закона распределения Вейбулла 1.3.4. Определение точечных оценок показателей надёжности 43
1.3.5. Выводы 45
1.4. Основные выводы и постановка задачи исследования.. 48
ГЛАВА 2. НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ КАПРОЛОНОВОГО ДЕЙДВУДНОГО ПОД
ШИПНИКА, СНИЖАЮЩЕГО ЭРОЗИОННЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ БРОНЗОВЫХ ОБЛИ
ЦОВОК ГРЕБНЫХ ВАЛОВ 50
2.1. Влияние физико-механических свойств и структуры неметаллических материалов на конструкции вкладышей подшипников 50
2.2. Влияние гидродинамических и технологических факто
ров на повышение долговечности пары трения скольжения:
капролояовый подшипник-бронзовая облицовка 51
2.2.1. Гидродинамические факторы 51
2.2.2. Технологические факторы 63
2.3. Расчет удельных нагрузок на капролоновые подшипники новой конструкции дейдвудных устройств судов РТМ типа "Атлантик" и BMFT проекта 394 76
2.4. Устройство для измерения просадки гребного вала... 82
2.4.1. Описание устройства для измерения просадки гребного вала; элементы новизны в нем 82
2.4.2. Ожидаемый экономический эффект от внедрения устройства на судах флота рыбной промышленности 90
ГЛАВА 3. ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ОБЛИЦОВОК ГРЕБНЫХ ВАЛОВ,
ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ БРОНЗЫ И РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ГИДРОЭРО
ЗИИ, КОРРОЗИИ, ИЗНОСА МЕТОДОМ ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ 92
3.1. Материалы, применяемые для изготовления облицовок гребных валов 93
3.2. Техника и методы получения диффузионных титановых . покрытий на бронзах 98
3.2.1. Материалы для диффузионного насыщения; техника и методы экспериментальных исследований получения диффузионных титановых покрытий 98
3.2.2. Методы, применявшиеся при оценке свойств диффузионных покрытий на бронзах 103
3.2.3. Способ получения композитного материала из медных сплавов и реакционная смесь для его осуществления; исследование влияния состава реакционной смеси на процесс диффузионного насыщения бронз 104
3.2.4. Влияние температуры процесса- титанирования на характеристики диффузионного слоя 106
3.2.5. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований 109
3.2.6. Исследование структуры и фазового состава диффузионных слоев при титанировании бронзы марки Бр0ЮЦ2... НО
3.3. Исследование влияния диффузионного насыщения на свойства бронз 116
3.3.1. Исследование механических свойств титанированной бронзы марки Бр0ЮЦ2 116
3.3.2. Определение антифрикционных свойств капродоновых образцов по бронзе марки БрОЮЦ2 (.гитанированной и яети-танированной) 118
3.3.3. Испытание на износ титанированной и нетитаниро-ванной бронзы 119
3.3.4. Исследование сопротивляемости разрушению от гидроэрозии и коррозии 125
3.3.4.1.Сопротивляемость гидроэрозии 125
3.3.4.2.Сопротивляемость коррозии 131
3.4. Диффузионное насыщение титаном облицовок, изготов ленных из бронзы 131
3.4.1. Диффузионное насыщение титаном бронзовых облицовок гребных валов 134
3.4.2. Технология ремонта облицовки гребного вала в районе сальника 140
- Анализ условий эксплуатации и долговечности от дельных узлов дейдвудных устройств
- Влияние физико-механических свойств и структуры неметаллических материалов на конструкции вкладышей подшипников
- Материалы, применяемые для изготовления облицовок гребных валов
Введение к работе
26 съезд партии поставил перед рыбной промышленностью одной из главных задач необходимость лучшего использования рыбопромыслового флота за счет технического перевооружения судов и сокращения сроков ремонта и обработки судов в портах. Основной прирост производства должен идти по пути повышения производительности труда[4],
За последнее десятилетие на судах с дейдвудами на водяной смазке всё шире находят применение капролоновые подшипники. На ряде предприятий (в г.г. Улан-Удэ, Находке, Мурманске, Одессе) организованы и действуют участки капролонового литья, что позволило частично удовлетворять потребность в капролоне судостроительной и судоремонтной программы транспортного,рыбопромыслового и вспомогательного флотов. Ведутся дальнейшие научно-исследовательские работы по улучшению свойств капролона путем его наполнения и создания новых полиамидов блочной полимеризации, по совершенствованию технологического процесса, созданию более совершенного технологического оборудования, средств и методов контроля для участков капролонового литья с объемом производства до 450 т/год и более. Если в 1975 г. объем применения капролона в судостроении и судоремонте составил около 160 т, то к 1990 г. в связи с расширением номенклатуры и объемов производства изделий судового назначения из капролона потребности в нем значительно возрастут и составят 1,5-2,0 тыс.тонн в год.
На 1982 год дейдвудные подшипники из капролона установлены, примерно, на 5000 судах с диаметрами гребных валов от 30 до 750 мм (свыше 500 мм только на судах ММФ). Поэтому обеспечение высокой эксплуатационной надёжности капролоновых подшипников приобретает первостепенное значение ^72,7^1.
,- 7 -
Опыт эксплуатации дейдвудов с капролоновыми подшипниками на различных типах судов подтверждает их высокую надёжность и экономическую эффективность по сравнению с другими используемыми для этих целей материалами.
На ряде судов Северного.Дальневосточного и Западного бассейнов наработка капролоновых подшипников достигла 30-45 тыс.ч, а в отдельных случаях составляет 50 тыс.ч и более.
В настоящее время практически на всех серийно строящихся промысловых судах с диаметрами гребных валов до 450 мм устанавливаются капродоновые дейдвудные подшипники по 0СТ5.4183-76 "Подшипники гребных и дейдвудных валов капродоновые. Общие технические условия".
Однако на некоторых бассейнах в развое время применение кап-ролона в дейдвудных устройствах отмечалось обратившими на себя внимание выходами его из строя по разным причинам: из-за увеличения зазоров в подшипниках выше предельно-допустимых, ввиду повышенных эрозионно-коррозионных повреждений облицовок гребных валов, из-за нарушений центровки валопровода и т.д.(например, повышенная аварийность дейдвудных устройств за период 1977-81 г.г. на судах РТМ типов "Тропик" и "Атлантик" по Западному бассейну).
В результате исследований обширной информации, собранной по материалам инспекций Регистра СССР,механико-судовых служб флотов, судоремонтных предприятий было установлено, что одной из причин повышенных изяосов капролоновых дейдвудных подшипников являются эрозионные повреждения облицовок гребных валов. Очень часто подобные дефекты облицовок встречаются на гребных валах судов РТМ типов "Тропик", "Атлантик" и БМРТ проекта 394. Причем для дейдвудных устройств с капролоновыми дейдвудннми подшипниками, работающими в паре с бронзовыми облицовками марки
БрОЮЦ2, до настоящего времени не предпринималось эффективных мер по борьбе с этими явлениями, порой приводящими к выходу из строя всего гребного устройства. Это особенно опасно для судна, находящегося в открытом море при значительном волнении или обледенении, что может привести к серьезным последствиям, т.к. судно становится неуправляемым. В лучшем случае оно выводится на длительный период из эксплуатации для проведения значительных ремонтных работ, а это в свою очередь вызывает дополнительные расходы, связанные с оплатой буксира, потерей эксплуатационного времени и прибыли, а также убытки от простоя.
Учитывая по данным М.О.Гипрорыбфлота только суточные эксплуатационные расходы судовладельцев, связанные с содержанием судна в ремонте и оплатой стоимости стоянки его в доке, при средней продолжительности аварийного ремонта судна в 15 дней, затраты на ремонт БМИ типа "Пушкин" составляют не менее 32 тыс.руб.; а РТМ типа "Атлантик" или "Тропик" - не менее 19 тыс.руб. Убытки от простоя судов составляют соответствеяяо от 30 до 20 тыс.рублей.Поэтому повышение надёжности дейдвудного устройства (в данном конкретном случае за счет снижения эрозионных повреждений на облицовках гребных валов и уменьшения в результате этого износа капроло-новых дейдвудных подшипников) является необходимым условием более эффективного использования судов.
4Mb J7 *"*
Анализ условий эксплуатации и долговечности от дельных узлов дейдвудных устройств
В подшипниках гребных валов применяются вкладыши из бакаута, резино-мегалляческих сегментов, текстолита, древесноелоистого пластика, капролона. Эти материалы различны по способам получения и свойствам, ввиду чего требования к ним гак же, как и к конструкциям подшипников из этих материалов, не могут быть общими. Здесь не приводятся ссылки на технические требования, согласно которым поставляются указанные материалы, а даны лишь те требования,которые связаны непосредственно с конструкциями и с изготовлением подшип Дейдвудные подшипники с набором из бакаута
Бакаут - плотная, твердая древесина гваякового дерева с диагональным (косым) переплетением волокон, трудно поддающихся расщеплению. Бакаут обычно хранят в сыром месте. Дейдвудные подшипники набирают бакаутом по схеме "бочка" или "ласточкин хвост". Схема "ласточкин хвост" прочнее набора "бочка", но при одном и том же диаметре вала и одинаковой суммарной нагрузке на подшипники активная площадь трения у схемы "ласточкин хвост" будет меньше, а значит там и выше будет удельная нагрузка на подшипник.
Бакаут обладает низким коэффициентом трения (0,009), он устойчив к обычному неабразивному износу, не загнивает. Единственный его недостаток - ограничение допускаемой удельной нагрузки до 0,25-0,3 МПа.
Дейдвудные подшипники с набором из резино-металлических сегментов
Подшипники данного типа представляют из себя либо сплошную металлическую вгулку, вулканизированную резиной (для гребных валов малых диаметров), либо набор из резино-металлических сегментов.
Желательная работа подшипников из резино-металлических сегментов цри окружных скоростях порядка 20 м/с. При небольшой частоте вращения (менее 10 м/с, а у большинства рыбопромысловых судов окружные скорости не превышают 5 м/с) износ резины повышается из-за разрыва водяной пленки как смазывающего вещества. Большое значение для резины имеет также чистота обработки облицовки гребного вала- 0,8 и давление прокачиваемой воды (не менее 0,35 МПа).
Недостатками подшипников с резино-металлическими сегментами являются: повышенная температура дейдвудного устройства в работе и,главное, низкое качество самой резины. На это указывает отслоение резины от металлических планок, трещины по торцам резины,вспучивание и подъем резины, прилипание облицовки гребного вала к сегментам.
В существующих конструкциях с валами большого диаметра в связи с наличием перегрузки, при которой резина в работе настолько нагревается, что теряет необходимые механические свойства, от применения резины приходится отказаться, хотя коэффициент трения мокрой резины весьма низкий: 0,004-0,007. Допустимое удельное давление до 0,35 МПа.
Дейдвудные подшипники с набором из текстолита
Трудности получения бакаута размеров, необходимых для набора дейдвудных подшипников крупнотоннажных судов, вынуждают применять заменители, по своим качествам подходящие для этой цели. В этом случае распространен как заменитель бакаута текстолит марки ПТК-С, получаемый горячим прессованием полотнищ хлопчатобумажной ткани, пропитанной фенолформальдегидной смолой,содержание которой в пластике составляет 50$.
Допускаемая окружная скорость гребного вала в текстолитовом подшипнике - до 10 м/с, при этом рабочая температура не должна превышать 40С.
class2 НОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ КАПРОЛОНОВОГО ДЕЙДВУДНОГО ПОД
ШИПНИКА, СНИЖАЮЩЕГО ЭРОЗИОННЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ БРОНЗОВЫХ ОБЛИ
ЦОВОК ГРЕБНЫХ ВАЛОВ class2
Влияние физико-механических свойств и структуры неметаллических материалов на конструкции вкладышей подшипников
Подшипники с вкладышами из неметаллических материалов применяют почти с самого начала постройки судов с винтовыми движителями как опоры гребных и дейдвудных валов. Вкладыши изготовляются из древесины гваякового дерева (бакаута). Структура древесины бакаута и ее свойства определили конструкции вкладышей.
В качестве заменителей бакаута используют синтетические материалы, обладающие различными физико-механическими и антифрикционными свойствами, от которых зависит конструкция вкладышей.
Такие материалы, как древесноелоистый пластик и текстолит, являются анизотропными, т.е. их физико-механические свойства неодинаковы в различных направлениях. Износоустойчивость вкладышей из текстолита не имеет прямой зависимости от характеристик прочности, с которыми связана несущая способность подшипника. Износоустойчивость при истирании его торцовых поверхностей несколько больше, но вкладыши в основном изготовляются таким образом,чтобы они располагались к поверхности истирания не торцами волокон ткани, а плоскостью прессования в целях увеличения несущей способности подшипника. Конструкции подшипников из прессованной древесины определяются не только структурой и свойствами этого материала, но и особенностями технологии его изготовления.
Синтетические материалы (полиамиды,фторопласты,полиформальдегид,резина и др.) имеют изотропную структуру, которая не оказываег влияния на конструкции подшипников Поэтому при конструировании антифрикционных деталей из таких материалов учитывают не структуру, а только их физико-механические, физико-химические, технологические и эксплуатационные свойства. Наиболее рациональной поверхностью резиновых подшипников является не цилиндрическая, как в подшипниках из бакаута или из ДСП, а плоская. За счет установки в металлическую втулку резино-металлических сегментов внутренняя поверхность принимает вид многогранника.
Подшипники из синтетических материалов типа полиамидов,пен-тона и фторопластов, как правило, изготовляются путем механической обработки или доводки заготовок,получаемых различными способами. Поэтому их структура и технология существенно не влияют на конструкцию подшипников,однако физико-гмеханические свойства этих материалов необходимо учитывать при конструировании вкладышей подшипников 50,36,64,67/ 6tf, 6 ?j
class3 ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ОБЛИЦОВОК ГРЕБНЫХ ВАЛОВ,
ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ БРОНЗЫ И РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ ГИДРОЭРО
ЗИИ, КОРРОЗИИ, ИЗНОСА МЕТОДОМ ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ class3
Материалы, применяемые для изготовления облицовок гребных валов
Согласно Правилам Регистра СССР гребные валы должны быть надежно защищены от соприкосновения с морской водой. Это достигается путем напрессовки облицовки по всей длине вала или только в районах дейдвудннх подшипников с защитой межоблицовочной части вала покрытием на основе эпоксидных смол.
Облицовки обычно изготовляются из бронзы БрОЮЦ2 (по ОСТ 5.5908-75), обладающей высокой коррозионной стойкостью при работе в морской воде в паре с неметаллическими дейдвудными подшипниками. В табл.3.I. приведен химический состав бронз для облицовок гребных валов отечественного и зарубежного производства (в %). В табл.3.2. даны механические свойства этих бронз. Принятые в таблицах условные обозначения: I) характеристик материалов: ( -временное сопротивление при растяжении; 2 - условный предел текучести; соотносительное удлинение; НВ - твердость по Бринеллю; 2) способов отливки бронз: 3- в землю; К- в кокиль; Д- под давлением; Ц- центробежный.
Высокооловянные бронзы иностранного производства по химическому составу близки к отечественной бронзе БрОЮЦ2. Как показала практика, отечественная бронза является наиболее подходящим материалом для облицовок гребных валов.
В последние годы,начиная с 1975 года, капролоновые подшипники стали устанавливать на судах РТМ типов "Тропик" и "Атлантик" (постройки ГДР) с облицовками из материала Qz - CuShlO В процессе эксплуатации на облицовках из бронзы этой марки отмечались повышенные зрозионно-коррозионные износы в сравнении с облицовками из отечественной бронзы марки БрОЮЦ2, что в свою очередь приводило к увеличению зазора в дейдвудных подшипниках в результате более интенсивного истирания подшипников облицовкой, пораженной язвенной эрозией.
Лабораторией предприятия ц/я В-2330 были проведены специальные сравнительные испытания бронз марок БрОЮЦ2 и Gz - Си Sn 10. Результаты металлографического анализа и ускоренных сравнительных испытаний на коррозионную стойкость образцов, изготовленных из бронзы QrZ-CuSniO (образцы I) и отечественной бронзы БрОТОЦ2 (образцы 2)i подтверждают склонность немецкой бронзы к локальному разрушению. Так, при равных показателях на твердость и химический состав,в образцах I на нетравленных шлифах присутствуют кристаллы окиси олова (Sn 02)9 отсутствующие в образцах 2.В микроструктуре образцов I обнаружено большое содержание эвтектоида (kj/ Л?$)t по границам зерен которого происходит коррозиовное разрушение материала. Ускоренные испытания на коррозионную стойкость производились в среде состава: NaCC -5%, Н202( 0% раствор)- 1%, HzO -94$. Продолжительность испытаний - 264 ч. После окончания испытаний образцы были протравлены в 10% растворе Ц2 5 в течении 3 мин. и осмотрены.
