Восстановление коленчатых валов судовых среднеоборотных дизелей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2. Лившиц М.Л. Быстроходные дизели Д6. М., Машгиз, 1954, -264 с.

3. Шишкин В.А. Анализ неисправностей и предотвращение повреждений судовых дизелей. М., Транспорт, 1986, -193 с.

4. Морозов М.Я., Соколов Л.И. Анализ повреждений коленчатых валов судовых двигателей и методы их исправлений. М., Морской транспорт, 1962, -72 с.

5. Возницкий И.В., Иванов Л.А. Аварии судовых двигателей внутреннего сгорания. М., Морской транспорт, 1961, -242 с.

Токликишвили А.Г.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Коленчатые валы судовых среднеоборотных дизелей (СОД) одни из наиболее ответственных деталей двигателей и в процессе эксплуатации подвергаются действию многочисленных изменяющихся нагрузок, вибраций, колебаний, а также действию перегрузок, обусловленных резкими изменениями их частоты вращения при реверсировании, плавании в штормовых и ледовых условиях. Одной из основных причин отказа коленчатых валов является износ рамовых и мотылевых шеек [1].

Известно, что любой технологический процесс ремонта и восстановления детали предусматривает не только восстановление геометрических параметров, но и, главным образом, сдерживание тех разрушительных процессов, которые естественным образом протекают на поверхности детали. Поэтому, на сегодняшний день актуальна задача не только восстановления первоначальных размеров шеек вала, но и повышения их эксплуатационных свойств (твердости поверхности, износостойкости, долговечности).

Повышение долговечности коленчатых валов судовых СОД возможно при решении, как минимум двух материаловедческих задач: 1 - разработка современных износостойких и антифрикционных материалов; 2 - выбор оптимального сочетания материалов для конкретных условий работы трибосопряжений; и одной технологической - проектирование оптимальной технологии нанесения износостойкого покрытия на шейки вала.

В настоящее время методы восстановления коленчатых валов, позволяющие повысить их долговечность можно разделить на две группы: шлифование шеек вала на ремонтный размер с последующим упрочнением и нанесение износостойких покрытий. Основные наиболее часто применяемые методы восстановления и упрочнения коленчатых валов СОД приведены в табл. 1 [1, 2].

Таблица 1

_Методы восстановления коленчатых валов СОД_

Без нанесения покрытия С нанесением покрытия

шлифование шеек вала на ремонтный размер с последующим упрочнением методом: - ультразвуковой обработки; - алмазного выглаживания; - лазерной закалки; - лазерного поверхностного легирования; - азотирования; - натирания геоматериалами; - ультразвуковой обработки по слою геоматериалов. наплавка проволокой под слоем флюса с последующей термообработкой и ППД

плазменная наплавка композиционными материалами

плазменное напыление

плазменное напыление с одновременной ультразвуковой обработкой

плазменное напыление с последующим лазерным оплавлением покрытия

гальваническое хромирование

В настоящее время для повышения долговечности различных механизмов и оборудования находят минеральные материалы, содержащие ионы Яц Бе, №, А1 и др. в различной степени окисления. Наиболее широкое применение получил серпентинит, состоящий в основе из М§б[814Ою](ОН)8), но не являющийся самым эффективным по своим характеристикам [3]. Геоматериалы применяются для повышения износостойкости и нагрузочной способности, снижения коэффициента трения трибоузлов. В настоящее время для модифицирования поверхностей трения применяется свыше 80 различных геоматериалов. Геоматериалы и реметаллизанты способны формировать защитные металлокерамические и металлические пленки на поверхностях трения, которые позволяют снизить потери на трение, уменьшить расход масла и топлива у ДВС.

Одним из перспективным методов восстановления коленчатых валов СОД является плазменное напыление, позволяющее получить требуемые параметры поверхностного слоя. Для выбора оптимальных параметров нанесения плазменного покрытия, толщин покрытий, метода нанесения геоматериала, определения износостойкости различных композиций были проведены триботехнические испытания на универсальной машине модели УМТВК по схеме «ролик - колодка» в условиях граничного трения при постоянной скорости скольжения 0,628 м/с (рис. 1). В качестве неподвижного образца использовалась колодка, изготовленная из вкладыша подшипника СОД. Подача масла ТНК Яеуо1их [32 15\¥-40 осуществлялась непосредственно в зону контакта пары трения капельным путем (5-6 капель в минуту), нагрузку изменяли в соответствии с режимами, приведенными в табл. 2.

Таблица 2

Режимы испытаний

Нагрузка, рт, МПа 2,5 5,0 7,5 10,0 20,0

Время, ч 0,25 0,25 0,5 4 5

В процессе испытаний определяли момент и коэффициент трения, температуру в зоне контакта регистрировали с помощью хром-копелевой термопары. Величину износа определяли методом технических измерений с помощью микрометра с ценой деления 0,001 мм и взвешиванием на весах. Для каждого покрытия испытания повторяли 2-3 раза. Погрешности измерения износа составляли 1 мкм, коэффициента трения - 0,002.

Для определения оптимальной триботехнической композиции для модифицирования ролика из стали 45 (твердость после закалки 56 НЯС) и напыленного покрытия были выбраны следующие геоматериалы и органическое соединение:

1.Мёб(ОН)8[8ЦО|0],

2. [(Са, М8, Ре)2(ОН)2 А1(814О10)И Мёб(ОН)8[8ЦО,0]НН2О,

3. [(Са, Мб, Ре)2(ОН)2 А1(8цО10)]-{ М§6(ОН)8[8иО10]}-4Н2О + полисахарид.

Модифицирование поверхности ролика геоматериалами позволяет снизить коэффициент трения

на 15-20%, повысить износостойкость сопряжения в 2 раза, снизить температуру в зоне трения на 10%. В процессе модифицирования ролика происходит существенное уменьшение параметров шероховатости поверхности трения, изменение структуры поверхностного слоя, что приводит к снижению коэффициента трения, и как следствие - к уменьшению энергетического уровня контактного взаимодействия трущихся поверхностей. Все эти положительные изменения триботехнических характеристик сопряжения позволяют говорить о перспективности использования данной технологии для повышения долговечности коленчатых валов СОД.

Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности применения геоматериала в условиях трения, характерных для сопряжения коленчатый вал - вкладыш подшипника скольжения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хмелевская В.Б., Леонтьев Л.Б. Повышение надежности судового оборудования технологическими методами. В 3 т. Т. 3. Восстановление и упрочнение деталей. - Владивосток: Морской государственный университет; Дальнаука, 2005. - 356 с.

2. Хмелевская В. Б. Технологические процессы восстановления и упрочнения деталей механизмов / В. Б. Хмелевская, М. Б. Мяконьков, В. М. Петров. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. -192 с.

3. Лазарев, С. Ю. К вопросу о критериях выбора природных минеральных материалов и других веществ для покрытий разного назначения / С. Ю. Лазарев, С. Б. Токманев, В. Б. Хмелевская // Металлообработка. - 2006. - №3 (33). - С. 29-35.

Фершалов А.Ю

ВЛИЯНИЕ УГЛА АТАКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ БОЛЫИЕШАГОВЫХ РАБОЧИХ КОЛЕС

ОСЕВЫХ МАЛОРАСХОДНЫХ ТУРБИН

В транспортной энергетике очень часто для обеспечения требований мобильности и автономности, приходиться создавать турбоприводы с ограниченным расходом рабочего тела (РТ). Это снижает необходимую площадь проходных сечений проточной части. Использование в таких турбинах ступеней с полным подводом РТ требует применения недопустимо малых высот рабочих лопаток, что вынуждает изготавливать сопловые аппараты с частичным подводом рабочего тела к рабочему колесу (парциальность), что приводит к дополнительным потерям энергии на вентиляцию в зоне неактивной дуги и на краях дуги подвода РТ.

Один из путей решения проблемы, связанной с парциальностью - использование сверхзвуковых (высокоперепадных) малорасходных турбин (авторское свидетельство №857512, 1981 г, Кириллов И.И., СПбГТУ), имеющих в своем составе С А с малыми конструктивными углами выхода из сопел. Предлагаемый путь позволяет выполнять турбины с полным подводом РТ, что исключает потери связанные с парциальностью. Такие СА предполагают их использование совместно с рабочими колесами (РК), имеющими каналы с большим углом поворота, что приводит к повышению концевых потерь энергии. Это связано с увеличением кривизны канала и, как следствие, повышение градиента давления между выпуклой и вогнутой стенками канала. Вторичные течения потока РТ становятся более интенсивными, в результате вихревая зона с повышенными потерями энергии расширяется. Условием применения подобных конструкций является преобладания потерь, связанных с парциальностью, над потерями, обусловленными использованием рабочих колес с большим углом поворота потока.

Экспериментальные исследования рабочих колес с большим углом поворота в составе ступени проводились в СПбГТУ на базе лаборатории малорасходных турбин. Модельные рабочие колеса имели следующие параметры:

Таблица 1

_Характеристики модельных рабочих колес_

Геометрические параметры РК РК-1 РК-2 РК-3

Средний диаметр, мм 170 170 170

Высота лопатки, мм 11.7 11.7 11.7

Количество лопаток, шт. 26 26 26

Угол входа 8.13° 11.2° 14.1°

Угол выхода 8.44° 12.15° 15.35°

Шаг лопаток РК, мм 20.54 20.54 20.54

Хорда профиля, мм 18.2 18.2 18.2

Ширина венца, мм 18.2 18.2 18.2

Ширина канала: в среднем сечении, мм 2.240 3.341 4.186

на входе, мм 2.401 3.483 4.499

на выходе, мм 2.634 3.817 4.934

По имеющимся экспериментальным замерам была разработана методика определения коэффициента скорости РК, который определяет эффективность его работы. Разработана