Введение к работе
Актуальность работы
Вопрос повышения надежности судовых энергетических установок находится на стыке трех отраслей: водного транспорта, судостроительной промышленности и судоремонтной промышленности. Отсюда, и вытекает сложность решения этой проблемы. Решить эту задачу представляется возможным путем более широкого применения классической науки к практике проектирования, строительства, диагностики и ремонта валопроводов.
При существующей практике довольно часто суда устанавливаются в док при хорошем состоянии гребного вала и, в таких случаях, дорогостоящие докования судов получаются преждевременными. Но бывают случаи, когда плановый срок докования еще не наступил, а износы гребных валов уже недопустимо превысили предельные нормы, в результате чего нередко возникает повышенная вибрация валопроводов, а затем происходят поломки гребных валов. Такая поломка выводит судно из эксплуатации на длительное время. Прогнозирование работоспособности гребных валов позволило бы определить работоспособность и оценить надежность эксплуатации судов, выполнить подготовку и уменьшить затраты на ремонт и сроки его выполнения.
Диагностика гребных валов, как при изготовлении, так и при ремонте наиболее опасных с точки зрения повреждаемости участков, позволяет своевременно предотвратить опасность их разрушения во время эксплуатации. При диагностике необходимо использовать современные аппаратно-приборное обеспечение и методы.
Анализ причин технических аварий многих ответственных объектов показывает, что значительного их числа, можно было бы избежать при наличии необходимых средств неразрушающего контроля и диагностики состояния материала, а также соответствующих методов математического моделирования процессов исчерпания ресурса материала объектов. Однако, если сравнить затраты на диагностику в США и России, то в США они как минимум в три раза выше в процентах от стоимости сооружений в атомной энергетике, аэрокосмической технике, воздушном, водном и железнодорожном транспорте, гражданском строительстве, и в других областях.
Таким образом, проблема оценки работоспособности элементов судовых валопроводов является актуальной.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационной работы является прогнозирование работоспособности гребных валов в эксплуатации, а так же своевременное выявление вероятности поломки элементов валопровода с использованием современных методов неразрушающего контроля.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
1. Определить механизм возникновения и развития трещин в гребных валах с позиций механики разрушения.
2. Выполнить анализ условий работы и особенностей повреждений гребных валов; определить наиболее повреждаемые участки.
3. Проанализировать применяемые методики дефектации гребных валов.
4. Разработать методику определения внутренних напряжений в гребных валах.
5. Разработать методику дефектации гребных валов акустическим методом неразрушающего контроля.
6. Выполнить экспериментальную проверку методики определения внутренних напряжений на образцах-моделях вала.
7. Разработать рекомендации по прогнозированию работоспособности гребных валов в процессе эксплуатации судов.
Объектом исследования являются судовые гребные валы.
Предметом исследования является методика прогнозирования работоспособности гребных валов с использованием акустической тензометрии.
Методы исследования, использованные в настоящей работе, включали разделы акустики, теоретической физики, математического анализа. Решение задач выполнено с применением ЭВМ. Экспериментальные исследования проведены на современном отечественном оборудовании, в лабораторных и судовых условиях.
Научная новизна
1. Доработан алгоритм определения напряженного состояния валов на базе акустических измерений.
2. Разработана методика определения внутренних напряжений в гребных валах с использованием акустического метода контроля.
3. Определено влияние термической обработки материалов гребных валов на акустические свойства материала.
4. Определены тепловые коэффициенты позволяющие проводить измерения скорости волны без погрешностей.
5. Доработан алгоритм и математическая модель механических напряжений в безнулевой тензометрии.
6. Разработан алгоритм и математическая модель прогнозирования работоспособности гребных валов.
Практическая ценность
1. Установлено, что для определения внутренних напряжений в материале гребных валов рационально использовать акустический метод неразрушающего контроля.
2. Разработана блок-схема определения напряженного состояния материалов гребных валов акустическим методом диагностирования.
3. Определены коэффициенты акустоупроугой связи при одноосных напряжениях для материалов гребных валов.
4. Усовершенствованы конструкции датчиков для определения внутренних напряжений и оперативного диагностирования различных участков гребных валов.
5. Разработана методика дефектации гребных валов.
6. Даны рекомендации по прогнозированию работоспособности гребных валов.
На защиту выносятся
методика определения внутренних напряжений в материалах гребного вала;
температурные поправки, учитывающие влияние температуры окружающей среды на скорость релеевской волны;
алгоритм прогнозирования работоспособности гребных валов.
Достоверность. Теоретические исследования оценки работоспособности гребных валов подтверждаются натурными испытаниями на судах ООО «Рыбинское речное пароходство» и ОАО «СК Волжское пароходство».
Личный вклад автора. Автором сформулированы цели и задачи исследований; уточнена методика определения внутренних напряжений в гребных валах, организация, планирование, проведение экспериментальных исследований, обработка и обобщение полученных результатов. Автор диссертации выражает благодарность за помощь, оказанную при проведении экспериментальных исследований в судовых условиях, и за консультации кандидату технических наук, доценту А.А. Хлыбову.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Эксплуатации судовых энергетических установок» ВГАВТ, научных конференциях ХIV–XV «Нижегородская сессия молодых ученых» (2009–2010 гг.), международном форуме «Великие реки» (2008–2009 гг.), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГАВТ (2007–2009 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 по списку ВАК.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 99 наименований и приложений. Работа изложена на 133 страницах основного текста, содержит 7 таблиц и 23 рисунка.
