Оценка долговечности металлических материалов и судового оборудования при кавитационном изнашивании методом профилометрии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат наук Горбаченко Евгений Олегович

• Горбаченко Евгений Олегович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Горбаченко Евгений Олегович

Введение

Глава 1 Аналитический обзор исследований по проблеме кавитационного изнашивания

1.1 Закономерности кавитационного изнашивания

1.2 Кавитационное изнашивание деталей судового оборудования

1.2.1 Кавитационное изнашивание гребных винтов

1.2.2 Кавитационное изнашивание втулок цилиндров судовых дизелей

1.3 Прогнозирование кавитационного износа

1.3.1 Критерии кавитационной износостойкости. Методики определения кавитационной износостойкости конструкционных материалов

1.3.2 Методики прогнозирования кавитационного износа деталей

судового оборудования

1.4 Выводы по главе

1.5 Цель и задачи исследования

Глава 2 Методы исследования и методики испытаний металлических материалов

2.1 Обоснование метода исследования

2.2 Сплавы для испытаний на кавитационное изнашивание: структура и химический состав

2.3 Методика испытаний на кавитационное изнашивание и соответствующее лабораторное оборудование

2.4 Измерение профиля поверхности сплавов при изнашивании

2.5 Измерения микротвёрдости

2.6 Выводы по главе

Глава 3 Закономерности изменения профиля поверхности сплавов, применяемых для изготовления деталей судового оборудования, при кавитационном воздействии

3.1 Изменения профиля поверхности сталей для гребных винтов при кавитационном воздействии

3.2 Изменения профиля поверхности алюминиевых бронз, применяемых

для изготовления гребных винтов при кавитационном воздействии

3.3 Изменения профиля поверхности сплавов, применяемых для изготовления судовых дизелей, при кавитационном воздействии

Глава 4 Влияние коррозионной активности жидкости на изменение профиля поверхности металлических материалов

4.1 Изменение шероховатости сплавов при испытании на кавитационное изнашивание в морской воде

4.2 Анализ причин пластифицирования металлической поверхности при испытании на кавитационную износостойкость в морской воде

4.3 Выводы по главе

Глава 5 Методика определения долговечности металлических материалов и деталей судового оборудования при кавитационном изнашивании

5.1 Экспресс-оценка долговечности металлических материалов при кавитационном изнашивании на лабораторной установке

5.2 Оценка продолжительности инкубационного периода при кавитационном изнашивании гребных винтов

5.2.1 Измерения неровностей поверхности в очаге кавитационного изнашивания

5.2.2 Методика оценки продолжительности инкубационного периода при кавитационном изнашивании гребных винтов

5.3 Выводы по главе

Заключение

Список литературы

Приложение А Акты о внедрении результатов диссертации

Приложение Б Технологическая инструкция № НКФЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка долговечности металлических материалов и судового оборудования при кавитационном изнашивании методом профилометрии»

Введение

Эксплуатация конструкций и оборудования в потоке жидкости зачастую сопровождается кавитацией. Явление кавитации заключается в образовании разрывов сплошности — парогазовых пузырей — в тех участках жидкости, где происходит значительное понижение давления. При повышении внешнего давления или при перемещении пузыря в область повышенного давления происходит его мгновенное схлопывание с образованием кумулятивных струй. Разрушение кави-тационных полостей происходит за время около 0,001 с, а скорость кумулятивных струй при этом может достигать нескольких сот метров в секунду [41]. Кавитаци-онное изнашивание — разрушение поверхности в потоке жидкости при воздействии струй и ударных волн, образующихся при схлопывании кавитационных каверн — распространённое явление на омываемых водой поверхностях втулок и блоков цилиндров высокооборотных дизелей [57, 76, 87], лопастях гидротурбин [62], лопастях и направляющих насадках гребных винтов [23, 74], крыльчатках насосов для перекачки теплоносителей в ядерных реакторах [103] и т. п.

Кавитационное изнашивание имеет сравнительно сложную, кинетику, ха-растеризующуюся наличием начального скрытого периода, получившего название инкубационного1. Инкубационный период кавитационного изнашивания - это отрезок времени (после начала кавитационного воздействия), в течение которого потери массы с поверхности тела, подверженного кавитационному воздействию, практически отсутствуют. В течение инкубационного периода происходит наклёп поверхностных слоёв металла [69, 110], и после исчерпания металлом запаса пластичности, начинается образование трещин с последующим отделением частиц износа.

На водном транспорте кавитационное изнашивание является одной из самых распространённых причин ремонта судовых движителей [23, 69, 74]. Напри-

1 В некоторых источниках инкубационный период называют по-другому, например, в работах [57, 74] используют термин «аккумуляционный период». Однако другие названия не получили распространения.

мер, гребные винты судов на подводных крыльях подлежат ремонту практически после каждой навигации для устранения наплавкой образующихся в корне лопастей очагов кавитационного износа. Очаги износа представляют собой локальные язвы глубиной до 10 мм с губчатой рваной поверхностью. Корневые сечения лопастей являются наиболее нагруженными при работе гребного винта, поэтому такие очаги при обнаружении устраняют в обязательном порядке, так как они являются сильными концентраторами напряжений и могут быть причиной обрыва лопасти при работе винта и, как следствие, потери судном хода [72].

На морских водоизмещающих судах кавитационному изнашиванию подвержены концевые сечения лопастей движителей примерно каждого четвёртого судна [74]. На прочность лопасти очаги кавитационного износа в концевых её районах почти не влияют, но от качества поверхности этих районов лопастей зависит КПД гребного винта, снижение которого даже на несколько процентов ведёт к существенному перерасходу топлива [72]. Поэтому очаги кавитационного износа при их обнаружении во время очередного докования судна в подавляющем большинстве случаев устраняются с помощью реализации различных технологических решений.

В судовых дизелях кавитационному изнашиванию подвержены втулки и блоки цилиндров. Кавитационный износ имеет локальный характер и представляет собой язвины относительно небольшого диаметра, но значительной глубины, что, в случае распространения язвины насквозь, приводит к нарушению герметичности системы охлаждения дизеля. В свою очередь, это может привести к аварийной ситуации, вследствие чего, судно потеряет ход. Стоит отметить, что при обнаружении кавитационных повреждений на втулках во время дефектации, как правило, производят их замену [71].

Традиционно, для определения кавитационной износостойкости металлических материалов их испытывают на лабораторной установке — чаще всего, на ультразвуковых магнитострикционных вибраторах (МСВ) [69, 89, 90, 110] — в течение определённого отрезка времени; в результате находят потери массы об-

разцов, а потом определяют относительную износостойкость следующим образом:

= АМэ

8отн АМ,'

где АЫэ — потери массы материала, выбранного за эталон; ДМ — потери массы исследуемого материала.

Тем не менее, в сложившейся практике ремонта оборудования, о которой было сказано выше, детали при первом обнаружении признаков кавитационных повреждений, в подавляющем большинстве случаев сразу ремонтируют или выбраковывают. А поэтому наибольший практический интерес при оценке кавита-ционной износостойкости деталей судового оборудования и материалов, из которых они изготовлены, представляет продолжительность инкубационного периода. То есть во многих случаях целесообразно определять относительную износостойкость не по потерям массы, а по продолжительности инкубационного периода:

Р _ (А!инк ) I

отн = (А! ) '

V ивк/э

где (Д?инк)э — продолжительность инкубационного периода сплава, выбранного за эталон; (Д^инк) — продолжительность инкубационного периода исследуемого материала.

Такой подход тем более обоснован, что процессы, происходящие в течение инкубационного периода, определяют кинетику последующего изнашивания, и по соотношению продолжительностей инкубационных периодов сплавов одной группы можно оценить соотношение их износов и скоростей изнашивания [58, 72, 74].

Тем не менее, оценка инкубационного периода требует очень трудоёмких испытаний, в течение которых необходимо производить периодическое прекращение кавитационного воздействия и оценку износа, например, взвешиванием образца. По результатам таких взвешиваний строится график потерь массы в зависимости от продолжительности кавитационного воздействия, по этому графику и определяют продолжительность инкубационного периода. Обычно процесс ис-

пытаний одного образца занимает от нескольких до двадцати - тридцати часов в зависимости от износостойкости сплава и режима испытаний, а при испытании особо стойких материалов время испытаний может достигать нескольких сот часов [72].

Таким образом, актуальной задачей на сегодняшний день является разработка методики, позволяющей оперативно определять продолжительность инкубационного периода кавитационного изнашивания, как при испытании материалов на лабораторных установках, так и деталей натурного оборудования в эксплуатации. Известные же до настоящего времени методики [2, 24, 25, 37, 74] нацелены на прогнозирование кавитационных повреждений, выражаемых глубиной очага износа или потерями массы (объёма) материала, т. е. тех результатов, которые появляются на стадии изнашивания далеко за пределами инкубационного периода (после его окончания). Методика, позволяющая надежно прогнозировать продолжительность инкубационного периода кавитационного изнашивания, сможет существенно сократить время испытаний металлических материалов, а также сможет помочь в определении межремонтных периодов деталей судового оборудования, работающих в условиях кавитационного изнашивания.

Цель исследования — разработка методики экспресс-оценки продолжительности инкубационного периода кавитационного изнашивания металлических материалов и деталей судового оборудования (на примере гребных винтов).

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Выбрать метод исследования.

2. Отработать методику испытаний на кавитационное изнашивание.

3. Исследовать закономерности изменения профиля поверхности при кави-тационном изнашивании металлических материалов в лабораторных условиях и деталей натурного судового оборудования, работающих в условиях кавитацион-ного изнашивания (на примере гребных винтов).

4. Исследовать влияние коррозии на изменение профиля поверхности металлических материалов при кавитационном изнашивании.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1) обосновании применения метода измерения профиля поверхности при кавитационном изнашивании для оценки продолжительности инкубационного периода;

2) полученных закономерностях изменения профиля поверхности при кави-тационном воздействии;

3) выявленных особенностях испытаний на ультразвуковых магнитострик-ционных вибраторах в морской воде;

4) закономерностях изменения профиля поверхности по площади очага ка-витационного изнашивания на лопастях ГВ.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные закономерности расширяют существующие представления о кинетике кавитационного изнашивания. Разработанная методика экспресс-оценки инкубационного периода кавита-ционного изнашивания, основанная на измерении профиля изнашиваемой поверхности, позволяет существенно сократить время лабораторных испытаний и определить ожидаемую продолжительность межремонтных периодов гребных винтов.

Методология и методы исследования. Основные результаты работы получены испытаниями материалов на ультразвуковом магнитострикционном вибраторе с использованием методов гравиметрии, профилометрии и микротвёрдости. Обработку экспериментальных данных проводили с использованием традиционных методов математической статистики.

На защиту выносятся:

• закономерности изменения высотного параметра шероховатости поверхности металлов при кавитационном воздействии;

• положение о соответствии высотного параметра шероховатости значению пластической деформации поверхностных слоев при кавитационном изнашивании в пределах инкубационного периода;

• закономерности изменения шероховатости по площади очага кавитационного износа на лопастях гребных винтов;

• методика экспресс-оценки продолжительности инкубационного периода кави-тационного изнашивания металлических материалов при испытании на лабораторной установке и лопастей гребных винтов в эксплуатации.

Степень достоверности обусловлена применением традиционных апробированных методов испытаний на кавитационный износ и средств измерений профиля и износа поверхности, а также корректным применением методов статистической обработки результатов эксперимента.

Результаты диссертационной работы докладывались на VII, VIII, IX и X межвузовских научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» (ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова); 63-й международной научной конференции Астраханского государственного технического университета в 2019 г. На ежегодной всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Научно-техническое развитие судостроения» («Крыловский государственный научный центр») доклад занял второе место. По результатам исследований, выполненных в рамках работы над диссертацией, соискатель был удостоен стипендии фонда Регистра Британского Ллойда, а также прошел в очный этап конкурса академии транспорта «Форум умной молодежи транспорта» (ФУМТ-2019).

Результаты работы реализованы:

• в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров в рамках направления «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры» в ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»;

• на ЗАО «Канонерский судоремонтный завод» при разработке и внедрении технологической инструкции по проведению измерений очагов кавитацион-ных повреждений на гребных винтах и прогнозированию продолжительности инкубационного периода их кавитационного изнашивания.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОБЛЕМЕ

КАВИТАЦИОННОГО ИЗНАШИВАНИЯ

1.1 Закономерности кавитационного изнашивания

Эксплуатация судовых конструкций и оборудования в потоке жидкости нередко сопровождается кавитацией — образованием парогазовых каверн (пузырей) в точках потока, где давление опускается ниже давления насыщенных паров. При изменении условий обтекания давление в потоке может резко увеличиться, что приведёт к схлопыванию кавитационной каверны: паровая полость «мгновенно» заполняется жидкостью, при этом в зависимости от характера схлопывания каверны, оно может сопровождаться образованием или ударных волн, или высокоскоростных струй и, как следствие, кавитационным изнашиванием — разрушением поверхности при схлопывании вблизи неё кавитационных каверн. Кавитаци-онное изнашивание — распространённое явление на водном транспорте. Лопасти гребных винтов (ГВ) [23], обечайки их направляющих насадок [18,74], втулки и блоки цилиндров высокооборотных судовых дизелей [37, 54, 57, 87] — типичные элементы составляющих судовой энергетической установки, подвергающиеся ка-витационному воздействию.

На лопастях ГВ кавитационные повреждения носят локальный характер и имеют вид очагов с губчатой текстурой (рисунок 1.1). В зависимости от того, в каких районах лопасти возникают кавитационные повреждения, они могут привести или к снижению прочности лопастей и, как следствие, к аварийной ситуации и потере судном хода, или к снижению КПД гребного винта. Поэтому борьбе с ка-витационным изнашиванием гребных винтов уделяют серьёзное внимание [26].

В высокооборотных дизелях кавитационный износ часто возникает на водо-охлаждаемых поверхностях блоков и втулок цилиндров (рисунок 1.2) вследствие высокочастотной вибрации втулки при ударах поршня об её стенку в момент перекладки поршня [37, 54, 69, 86, 114, 115]. Поэтому очаги кавитационного износа

появляются на поверхности, перпендикулярной плоскости качания шатуна [37, 54, 86].

Рисунок 1.1 — Внешний вид очага кавитационного износа на лопасти бронзового гребного

винта теплохода «Сула» [26]

Рисунок 1.2 — Кавитационный износ стальной втулки цилиндра (а) и блока цилиндров из

силумина (б) дизеля 7Д6-150АФ-101 [77]

На зависимостях кавитационного износа от продолжительности кавитаци-онного воздействия (рисунок 1.3) можно выделить три участка: 1 - инкубационный период ¿инк - период, при котором потери массы образцов малы, либо вовсе отсутствуют; 2 - период максимальной скорости изнашивания, когда скорость изнашивания достигает максимального значения и 3 - период затухающей скорости изнашивания.

h ,10

max

мм 8 6

а

AM, мг

б

4 2 0

6 4 2 0

0

5000

10000

15000

0

2

6

20000

25000 t, ч

10

12

t, ч

Рисунок 1.3 — Зависимости максимальной глубины очагов кавитационного износа от продолжительности эксплуатации ГВ контейнеровозов типа «Надежа Обухова» (а) по данным

[74] и потерь массы образца из бронзы БрА9Ж4Н4Л при испытаниях в искусственной морской воде на ультразвуковом МСВ при амплитуде колебаний торца концентратора равной

25 мкм (б)

Наличие инкубационного периода, т. е. начального отрезка времени, когда потери массы с поверхности тела, подверженного кавитационному воздействию, практически отсутствуют — отличительная особенность кавитационного изнашивания металлов. По истечении инкубационного периода скорость изнашивания быстро возрастает, достигает максимума, а затем, в зависимости от условий кави-тационного воздействия, или снижается до какого-то постоянного значения [107], или продолжает уменьшаться, не достигая стабильного значения [74]. В течение инкубационного периода происходит пластическое деформирование поверхност-

ного слоя материала до исчерпания материалом запаса пластичности, после чего начинается отделение частиц с металлической поверхности [57, 74]. Процессы, происходящие в течение инкубационного периода, определяют кинетику последующего изнашивания: максимально достижимая скорость изнашивания, а также износ конкретного материала после различной термообработки или сплавов одной группы, испытанных в одинаковых условиях, однозначно зависят от продолжительности инкубационного периода [57, 74]. То есть продолжительность инкубационного периода является наиболее ёмкой характеристикой поведения металла при кавитационном воздействии, а поэтому очень важно при сравнительных испытаниях уметь надёжно её определять [73].

Методика оценки инкубационного периода должна удовлетворять двум условиям: а) однозначности получаемого результата и б) соответствия моменту смены ведущих механизмов изнашивания. В практике исследования кавитацион-ного изнашивания окончание инкубационного периода чаще всего определяют двумя способами: 1) по моменту достижения износа определённой величины [91]; 2) по точке пересечения прямой, полученной экстраполяцией прямолинейного участка максимальной скорости изнашивания на кинетической кривой изнашивания, с осью абсцисс [5, 57, 74, 104] (см. прямую 4 на рисунке 1.3). Первый способ применяется редко, так как он не только не привязан к особенностям кинетики кавитационного изнашивания, но и даёт неоднозначную оценку, ведь в зависимости от того, какую величину износа - а это часто определяется возможностью средств измерения - принять соответствующей окончанию инкубационного периода, продолжительность последнего может изменяться в несколько раз. Кроме этого, существенная ошибка может быть вызвана влиянием сопутствующих явлений иной природы, чем кавитационное изнашивание. К таким явлениям, прежде всего, относится электрохимическая коррозия - в этом случае потери массы образцов из углеродистых и низколегированных сталей могут регистрироваться с первых минут испытания [73].

Второй способ лишён неоднозначности - экстраполировать прямолинейный участок на кривой износ-время, соответствующий максимальной скорости изна-

шивания, можно только единственным образом (см. касательную 4, рисунок 1.3) — но оценка получается условной, так как точка окончания инкубационного периода, получаемого таким образом, не отражает смену механизмов или кинетики изнашивания, а её положение во многом зависит от формы кривой износ - время, а также, как и в первом способе, от электрохимической коррозии и др. факторов. Помимо того, для реализации этого способа необходимо располагать всей кривой износ - время, но при известной зависимости износа от времени определение инкубационного периода становится уже бессмысленным [73].

1.2 Кавитационное изнашивание деталей судового оборудования 1.2.1 Кавитационное изнашивание гребных винтов

Кавитационные повреждения винтов встречаются как на тихоходных транспортных судах большого водоизмещения, так и на быстроходных судах, в частности на судах на подводных крыльях (СПК). Опыт эксплуатации показывает, что на бронзовых ГВ СПК очаги кавитационного износа возникают после каждой навигации, а на морских транспортных судах кавитационному изнашиванию подвержены движители каждого четвёртого судна [27, 74].

Основная причина кавитационного изнашивания судовых движителей — нестационарный характер кавитации лопастей, что вызвано неравномерностью потока жидкости в диске винта. Однако причина неравномерности на водоизме-щающих судах и на СПК разная [23, 27].

На водоизмещающих судах во время движения судна за его кормой возникает поток жидкости в направлении движения судна — попутный поток. Вектор скорости попутного потока можно разделить на три составляющие: радиальную, тангенциальную и аксиальную (осевую). Скорость Уа осевого попутного потока достигает максимального значения Уат&х в диаметральной плоскости судна, и резко уменьшается до минимального значения ¥атт к бортам. На рисунке 1.4а показано изменение коэффициента ух аксиального попутного потока в диске гребного винта одновинтового водоизмещающего судна [10, 27].

Как видно из рисунка 1.4, концевые сечения лопастей работают в потоке наибольшей неравномерности. Самая высокая вероятность возникновения кавитации соответствует положению лопасти в верхнем вертикальном положении: в этом положении скорость аксиального попутного потока достигает наибольшего значения Кашах, а поэтому и угол атаки принимает максимальное значение атах. Если кавитация возникает, то кавитационная каверна появляется взрывным образом при прохождении лопастью верхнего вертикального положения и мгновенно схлопывается (полностью или частично) при удалении лопасти от зоны с максимальной скоростью осевого попутного потока в положение с минимальным значением ашт угла атаки. Поэтому лопасти гребных винтов водоизмещающих судов в основном имеют кавитационные повреждения концевых сечений лопастей. Как правило, корневая и периферийная эрозия в таком случае встречается очень редко. В работе [39] показано, что увеличение шероховатости поверхности лопастей приводит к существенному увеличению коэффициенту момента и уменьшению коэффициента упора гребного винта, при этом наибольшее влияние на гидродинамические характеристики гребного винта оказывает увеличение шероховатости концевых районов лопастей, расположенных на относительных радиусах г = 0,75... 1,0 [27].

а

б

Ф.=0.2

(X тах

V-V

" ' а г

cor

Верхнее вертикальное положение

cor

90° от верхнего вертикального положения

Рисунок 1.4 — Поле коэффициента осевой составляющей попутного потока в диске гребного винта водоизмещающего судна (а) и колебание угла атаки потока, набегающего на концевые сечения лопасти, в зависимости от положения лопасти (б)

В отличие от водоизмещающих судов гребные винты СПК работают в косом потоке вследствие наклона линии валопровода к плоскости конструктивной ватерлинии под углом 10-15°. По этой причине скорость потока, набегающего на винт, и равная скорости г) судна, раскладывается на две составляющие: осевую г)ос параллельную оси гребного вала, и тангенциальную г)х, расположенную в плоскости вращения гребного винта (рисунок 1.5) [27].

Угол атаки а,

Рисунок 1.5 — Распределение скоростей в диске гребного винта судна на подводных крыльях

Появление тангенциальной составляющей обуславливает колебания угла атаки потока, набегающего на лопасти в течение одного оборота винта. На рисунке 1.5 видно, что тангенциальная составляющая складывается с линейной скоростью вращения лопасти <аг лопастей. Вектор скорости мг поворачивается на 360° за оборот лопасти, в отличие от тангенциальной составляющей, имеющей постоянное направление, не зависящее от положения лопасти. В положении I вектор тангенциальной составляющей направлен противоположно вектору й>т, а в положении II наоборот они имеют одно направление. Как следует из ри-

сунка 1.5, наибольшее колебание угла атаки имеет место для корневых сечений лопастей. Поэтому на гребных винтах СПК кавитационным повреждениям подвергаются корневые участки лопастей [74] (рисунок 1.6). В этих районах кави-тационный износ, не оказывая значительного влияния на гидродинамические характеристики гребного винта, существенно снижает прочность лопастей [27].

а б

ГВ: теплохода «Профессор Логачёв» (а) и СПК «Метеор» (б)

Таким образом, если на гребных винтах водоизмещающих судов основная причина нестационарного характера кавитации — неравномерность осевого попутного потока в диске винта, то на гребных винтах СПК — появление тангенциальной составляющей потока в диске винта.

Решать проблему кавитационного изнашивания ГВ конструктивными мероприятиями в большинстве случаев не представляется возможным. На взгляд автора, основной путь её решения — материаловедческий, в рамках которого требуется не только создание кавитационностойких материалов, но и достоверная оценка (прогнозирование) кавитационной износостойкости как самих материалов при испытании их на лабораторных установках, так и лопастей ГВ, изготовленных из этих материалов, в условиях эксплуатации. Традиционно кавитационную износостойкость оценивают или по потерям массы (в случае испытания материалов в лабораторных условиях на установках, воспроизводящих кавитационное воздействие), или по глубине и площади очагов износа (в случае обследования натурных

ГВ). Однако такой подход не позволяет получить оценку кавитационной износостойкости однозначную с практической точки зрения, так как на практике изношенные при кавитации районы лопастей подвергаются ремонту сразу при их обнаружении, не дожидаясь, когда глубина очага достигнет определённых значений, принимая во внимание продолжительность времени до следующей постановки судна в док. Поэтому большую практическую ценность имеет определение продолжительности начального (инкубационного) периода кавитационного изнашивания, т. е. периода, когда потери массы материала практически отсутствуют. Продолжительность инкубационного периода, с научной точки зрения, является наиболее ёмкой характеристикой кавитационной износостойкости металлических материалов, определяющей кинетику последующих потерь массы, а с практической — служит основой для оценки межремонтных периодов ГВ, а поэтому оценке и прогнозированию инкубационного периода следует уделять основное внимание. Вместе с тем традиционная методика определения инкубационного периода требует построения кинетической кривой изнашивания — зависимости износа от времени кавитационного воздействия — а затем экстраполяции касательной к участку максимальной скорости изнашивания до пересечения с осью времени: точка пересечения покажет значение условной продолжительности инкубационного периода [5, 6]. Но такая методика, во-первых, требует знания информации в большинстве случаев недоступной, когда речь идёт о натурных ГВ, а при испытании материалов ГВ в лаборатории — больших затрат времени, а во-вторых, значение инкубационного периода, получаемого таким образом, является условным, так как момент окончания этого периода, определяемый по точке пересечения, не отражает смену механизмов или кинетики изнашивания, а положение этой точки во многом зависит от формы кривой износ - время, а также, от влияния других факторов, например электрохимической коррозии и др. [73].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Горбаченко Евгений Олегович, 2019 год

Список литературы

1. Пат. 2597936 Российская Федерация, МПК G01N3/56 (2006.01). Способ определения продолжительности инкубационного периода кавитационного изнашивания металлов / Цветков Ю. Н., Горбаченко Е. О.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова». — № 2015127354; заявл. 07.07.15; опубл. 20.09.16, Бюл. № 26. — 10 с.

2. А. с. SU 1089487 А. Способ определения кавитационной стойкости металлических материалов / А. Я. Гринберг, Л. К. Гордиенко, В. Э. Волин // Бюллетень. — 1984. — №16.

3. А. с. SU 1101719 А. Способ определения максимального значения скорости кавитационной эрозии металлических материалов / А. Я. Гринберг, Л. К. Гордиенко, В. Э. Волин // Бюллетень. — 1984. — №25.

4. ASTM D1141-98. Standard Practice for the Preparation of Substitute Ocean Water. — West Conshohocken, PA: ASTM International, 1999. — 3 p.

5. ASTM G32-10. Standard test method for cavitation erosion using vibratory device. — West Conshohocken, PA: ASTM International, 2010. — 20 p.

6. ASTM G73-10 Standard test method for liquid impingement erosion using rotating apparatus. — West Conshohocken, PA: ASTM International, 2010. — 19 p.

7. Абачараев, М. М. Выбор параметра кавитационной стойкости сплошных металлических материалов и покрытий/ М. М. Абачараев // В сб. Защитные покрытия на металлах. — Киев: Наукова думка, 1983. — вып.17. — С.70-74.

8. Абрамов, О. В. Ультразвуковая обработка материалов / О. В. Абрамов, И. Г. Хорбенко, И. Г. Швегла. — М.: Машиностроение, 1984. — 280 с.

9. Аганин, А. А. Схлопывание кавитационного пузырька в жидкости вблизи твердой стенки / А. А. Аганин, М. А. Ильгамов, Л. А. Косолапова, В. Г. Малахов. — Вестник Башкирского университета. — 2013. — Т.18. — №1. — C. 15-21.

10. Артюшков, Л. С. Судовые движители: Учебник / Л. С. Артюшков, А. Ш. Ачкинадзе, А. А. Русецкий; науч. ред. А. А. Русецкий. — Л.: Судостроение, 1988.

— 296 с.

11. Безюков, О. К. Комплексная оптимизация параметров охлаждения судовых энергетических установок / О. К. Безюков, В. А. Жуков / Журнал университета водных коммуникаций. — 2012. —№ 1. — С. 51-61.

12. Безюков, О. К. Повышение ресурса систем охлаждения судовых энергетических установок / О. К. Безюков, В. А. Жуков // труды V Международного симпозиума по транспортной триботехнике «Транстрибо-2013».

— СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2013. — С. 106-109.

13. Белый, В. И. Исследование кавитационно-эрозионного изнашивания металлов в химически-активных средах / В. И. Белый, А. И. Некоз // Проблемы трения и изнашивания. — Киев: Тэхника, 1981. — вып.19. — С.76-79.

14. Белый, В. И. Применение потенциостатического метода при эрозионном изнашивании металлов / В. И. Белый, А. И. Некоз // Проблемы трения и изнашивания. — Киев: Тэхника, 1977. — вып.11. — С.44-45.

15. Богачёв, Н. И. Повышение кавитационно-эрозионной стойкости деталей машин/ Н. И. Богачёв, Р. И. Минц. — М.: Машиностроение. — 1964. — 144 с.

16. Богорад, И. Я. Коррозия и защита морских судов / И. Я. Богорад, Е. В. Искра, В. А. Климова, Ю. Л. Кузьмин. — Л: Судостроение, 1973. — 392 с.

17. Борщевский, Ю. Т. Повышение эффективности землесосных снарядов / Ю. Т. Борщевский, И. М. Федоткин, Л. И. Погодаев. — Киев: Будiвельник, 1974.

— 247 с.

18. Быстрицкий, В. В. Эрозионный износ направляющих насадок / В. В. Быстрицкий // Труды ЛИВТ. — 1972. — вып.135. — С. 26-39.

19. Васаускас, С. С. О диаграмме твёрдости / С. С. Васаускас // Труды метрологических институтов СССР. — 1967. — вып. 91 (151). — С. 33-38.

20. Волин, В. Э. Влияние электрохимической коррозии на скорость кавитационной эрозии материалов / В. Э. Волин, А. Я. Гринберг // Тр. ВНИИ-Гидромаш, М.: Энергия. — 1975. — вып.46. — С.44-53.

21. Волин, В. Э. Новая методика определения и оценки сравнительной кавитационно-эрозионной прочности металлов с помощью магнитострикционной лабораторной установки / В. Э. Волин, Б. И. Герасимов, А. Я. Гринберг // Тр. координационных совещаний по гидротехнике. — 1974. — вып.98. — С. 65-67.

22. Габайдулин, Д. Ю. Возможности восстановления лопастей гидротурбин, поврежденных кавитацией / Д. Ю. Габайдулин, М. В. Гречнева // Вестник ИрГТУ.

— 2012. — №12. — С. 40-43.

23. Георгиевская, Е. П. Кавитационная эрозия гребных винтов и методы борьбы с ней / Е. П. Георгиевская. — Л.: Судостроение, 1978. — 206 с.

24. Георгиевская, Е. П. О влиянии масштаба на процесс кавитационной эрозии / Е. П. Георгиевская, М. А. Мавлюдов, И. В. Салазкин // В сб. статей по гидродинамике транспортных судов. — Л.: 1981. — С.119-130.

25. Георгиевская, Е. П. Прогнозирование эрозионных разрушений гребных винтов / Е. П. Георгиевская, М. А. Мавлюдов // Судостроение. — 1981. — №3. — С.13-15.

26. Горбаченко, Е. О. Использование метода измерения профиля поверхности при испытании металлических материалов на кавитационное изнашивание / Е. О. Горбаченко // Материалы VII межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» 18 мая 2016 года.

— СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2016. — С. 93-97

27. Горбаченко, Е.О. Кавитационный износ гребных винтов и технологические методы борьбы с ним / Е.О. Горбаченко / Материалы VIII межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» 17 мая 2017 года. — СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2017.

— С. 120-125

28. Горбаченко, Е. О. Кинетика изменения профиля поверхности алюминиевых бронз при кавитационном изнашивании / Е. О. Горбаченко, Ю. Н. Цветков // Трение и износ. — 2018. — Т. 39. — № 3. — С. 277-282.

29. Горбаченко, Е. О. Кинетика упрочнения металлических материалов при кавитационном изнашивании / Е. О. Горбаченко, Ю. Н. Цветков, Ю. К. Лопарев // Вестник Государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2019. — Т. 11. — Вып. 4. — С. 696-704.

30. Горбаченко, Е. О. Прогнозирование инкубационного периода кавитационного изнашивания лопастей гребных винтов с использованием метода измерения профиля поверхности / Е. О. Горбаченко, Ю. Н. Цветков / Вестник волжской государственной академии водного транспорта. — 2017. —№ 52. — С. 87-95.

31. Горбаченко, Е. О. Структура очагов кавитационных повреждений гребных винтов / Е.О. Горбаченко / Материалы IX межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» 23 мая 2018 года.

— СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2018. — С. 242-245

32. Гутман, Э. М. Механохимия металлов и защита от коррозии / Э. М. Гутман. — М.: Металлургия, 1981. — 271 с.

33. Дель, Г. Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твёрдости / Г. Д. Дель. — М.: Машиностроение, 1971. — 199 с.

34. Дорошенко, П. А. Технология производства судовых энергетических установок: учебник / П. А. Дорошенко, А. Г. Рохлин, В. П. Булатов и др. — Л.: Судостроение, 1988. — 440 с.

35. Дьяченко, П. Е. Метод определения глубины наклёпанного слоя без разрезания изделия / П. Е. Дьяченко // Вестник машиностроения. — 1951. — №4.

— С. 41-44.

36. Иванова, В. С. Усталостное разрушение металлов / В. С. Иванова. — М.: Металлургиздат, 1963. — 258 с.

37. Иванченко, Н. Н. Кавитационные разрушения в дизелях / Н. Н Иванченко, А. А. Скуридин, М. Д. Никитин; ред. Н. Н. Иванченко. — Ленинград: Машиностроение, 1970. — 152 с.

38. Карасюк, Ю. А. О соотношении коррозионного и эрозионного факторов в кавитационном разрушении металлов / Ю. А. Карасюк, В. И. Кочеров и др. // Физико-химическая механика материалов. — 1976. — №5. — С.86-91.

39. Кацман Ф. М. Эксплуатация пропульсивного комплекса морского судна / Ф. М. Кацман. — М.: Транспорт, 1987. — 223 с.

40. Кацман, Ф. М. Конструирование винто-рулевых комплексов морских судов / Ф. М. Кацман, Г. М. Кудреватый. — Л.: Судостроение, 1974. — 376 с.

41. Козырев, С. П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации/ С. П. Козырев. — М.: Машиностроение, 1971. — 240 с.

42. Колмогоров, В. Л. Напряжения, деформации, разрушение / В. Л. Колмогоров. — М.: Металлургиздат, 1970. — 196 с.

43. Кондрат, З. Прогнозирование и повышение долговечности деталей оборудования, подверженных кавитационно-эрозионному изнашиванию в технологических средах свеклосахарного производства: автореф. канд. дисс. /З. Кондрат. — Киев. — 1987. — 19 с.

44. Кулёмин, А. В. Повышение усталостной прочности деталей путём ультразвуковой поверхностной обработки / А. В. Кулёмин, А. В. Кононов, И. А. Стебельков // Проблемы прочности. — 1981. — №1. — С. 70-74.

45. Мак Лин, Д. Механические свойства металлов / Д. Мак Лин. — М.: Металлургия, 1965. — 431 с.

46. Маргулис, М. А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция / В. А. Маргулис. — М.: Химия, 1986. — 288 с.

47. Марков, А. И. Применение ультразвука при алмазном выглаживании деталей / А. И. Марков, М. А. Озерова, И. Д. Устинов // Вестник машиностроения. — 1973. — №9. — С. 57-61.

48. Мышкин, Н. К. Трение, смазка, износ. Физические основы и технические приложения трибологии / Н. К. Мышкин, М. И. Петроковец. — М.: Физматлит, 2007. — 368 с.

49. Некоз, А. И. Определение износостойкости материалов при кавитационно-эрозионном изнашивании / А. И. Некоз, М. С. Стечишин, Н. А.

Сологуб, В. И. Белый. // Проблемы трения и изнашивания. — 1983. — вып.24. — С. 97-103.

50. Пахомова, Н. В. Износ втулки цилиндра и её кавитационная стойкость / Н. В. Пахомова, А. В. Воробьёв // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2014. — № 4. — С. 86-93.

51. Перельман Р. Г. Эрозионная прочность деталей двигателей и энергоустановок летательных аппаратов / Р. Г. Перельманю — М.: Машиностроение. — 1980. — 245 с.

52. Перник, А. Д. Проблемы кавитации / А. Д. Перник. — Ленинград: Судостроение, 1980. — 224 с.

53. Петров, А. И. Исследование сравнительной стойкости и кавитационной эрозии образцов материалов и покрытий проточной части гидромашин / А. И. Петров, М. М. Скобелев, А. Г. Ханычев // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». — 2015. — № 2. — С. 128-137.

54. Пимошенко, А. П. Защита судовых дизелей от кавитационных разрушений/ А. П. Пимошенко. — Л.: Судостроение, 1983. — 120 с.

55. Пинегин, С. В. Контактная прочность и сопротивление качению / С. В. Пинегин. — М.: Машиностроение, 1969. — 243 с.

56. Плессет, М. С. Импульсный метод получения кавитационной эрозии / М. С. Плессет // Тр. американского общества инженеров-механиков, серия Д, Техническая механика. — 1963. — Т.85. — №3. — С.42-47.

57. Погодаев, Л. И. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования / Л. И. Погодаев, П. А. Шевченко. — Л.: Судостроение, 1984. — 264 с.

58. Погодаев, Л. И. Структурно-энергетические модели надёжности материалов и деталей машин: структурно-энергетические модели, критерии надежности, гребные винты, дизели, насосы, модифицированные смазки, опоры скольжения и качения, режущие инструменты / Л. И. Погодаев, В. Н. Кузьмин. — СПб.: Издательство А.Т.Р.Ф., 2006. — 607 с.

59. Погодаев, Л. И. Теория и практика прогнозирования износостойкости и долговечности материалов и деталей машин / Л. И. Погодаев, Н. Ф. Голубев. — СПб.: СПГУВК, 1997. — 415 с.

60. Погодаев, Л. И. Эрозия в системах охлаждения дизелей / Л. И. Погодаев, А. П. Пимошенко, В. В. Капустин. — Калининград, 1993. — 325 с.

61. Прис, К. М. Кавитационная эрозия/ К. М. Прис // В кн.: Эрозия под ред. К. М. Прис — М.: Мир, 1982. — С.269-330.

62. Пылаев, Н. И. Кавитация в гидротурбинах / Н. И. Пылаев, Ю. У. Эдель.

— Л.: Машиностроение, 1974. — 256 с.

63. Смирнов-Аляев, Г. А. Механические основы пластической обработки металлов / Г. А. Смирнов-Аляев. — Л.: Машиностроение, 1968. — 272 с.

64. Соколов, Н. Н. Гребные виты из алюминиевой бронзы / Н. Н. Соколов, С. П. Лазаренко, В. И. Журавлёв. — Л.: Судостроение, 1971. — 288 с.

65. Тимербулатов, М. Г. Усовершенствование методики и определение кавитационной стойкости металлов применительно к гидротурбинам / М. Г. Тимбербулатов // Заводская лаборатория. — 1968. — №12. — С.1508-1511.

66. Тирувенгадам, А. Обобщённая теория кавитационных разрушений / А. Тирувенгадам // Тр. Американского общества инженеров-механиков. — Серия Д.

— Техническая механика. — 1963 — Т.85. — №3. — С. 48-61.

67. Тичлер. Устойчивость 14 марок хромистых сталей против кавитационной эрозии / Тичлер, Ван-ден-Эльсен, де Ги // Тр. Американского общества инженеров-механиков, серия F. Проблемы трения и смазки. — 1970. — №2. — С.46.

68. Третьяков, Д. В. Моделирование долговечности цилиндровых втулок двигателей внутреннего сгорания при вибрационной кавитации / Д. В. Третьяков, А. Г. Валишин, О. О. Матвеевский // Проблемы машиностроения и надёжности машин. — 2008. — №2. — С. 50-60.

69. Фомин, В. В. Гидроэрозия металлов/ В. В. Фомин. — М.: Машиностроение, 1977. — 287 с.

70. Цветков, Ю. Н. Методика оценки глубины проникновения пластической деформации при кавитационном воздействии в условиях ультразвуковой кавитации / Ю.Н. Цветков, Е.О. Горбаченко, Т.В. Иванова // 63-я Международная научная конференция Астраханского государственного технического университета, посвященная 25-летию Астраханского государственного технического университета, Астрахань, 22-26 апреля 2019 г. [Электронный ресурс]: материалы / Астрахан. гос. техн. ун-т. — Астрахань: Изд-во АГТУ, 2019. Режим доступа: http: //astu. org/Content/Page/5833.

71. Цветков, Ю. Н. Использование метода измерения профиля поверхности в ускоренных испытаниях судостроительных сплавов на кавитационную износостойкость / Ю. Н. Цветков, Е. О. Горбаченко / Сборник тезисов докладов национальной ежегодной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова. — СПб: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2016. — С. 63-64

72. Цветков, Ю. Н. Испытание сталей на кавитационное изнашивание с применением метода измерения профиля поверхности / Ю. Н. Цветков, Е. О. Горбаченко // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2017. — Т. 83. — № 7. — С. 54-58.

73. Цветков, Ю. Н. Исследование кавитационного изнашивания сталей методом измерения профиля поверхности/ Ю. Н. Цветков, Е. О. Горбаченко // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. — 2015. — № 11. — С. 62-65.

74. Цветков, Ю. Н. Кавитационное изнашивание металлов и оборудования/ Ю. Н. Цветков. — СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. — 155 с.

75. Цветков, Ю. Н. Особенности изменения профиля поверхности алюминиевых бронз при кавитационном изнашивании в морской воде / Ю. Н. Цветков, Е. О. Горбаченко / Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2018. — Т. 10. — №5. — C. 1004-1014.

76. Цветков, Ю. Н. Применение метода измерения шероховатости при испытании материалов втулок цилиндров судовых дизелей на кавитационное

изнашивание / Ю. Н. Цветков, Е. О. Горбаченко // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2016.

— Вып. 4 (38). — С. 131-137.

77. Цветков, Ю. Н. Прогнозирование кавитационной износостойкости хромовых электролитических покрытий по профилю изношенной поверхности / Ю. Н. Цветков, Е. О. Горбаченко, В. А. Голицын // Вестник машиностроения. — 2019. — №4. — С. 79-86.

78. Эльпинер, И. Е. О механизме химического действия ультразвуковых волн (обзор) / И. Е. Эльпинер // Акустический журнал. — 1959. — Т. V. — № 2.

— С. 133-145.

79. Яблоник, Р. М. Экспериментальное исследование эрозионной стойкости лопаточных материалов / Р.М. Яблоник, В.В. Поддубенко // Энергомашиностроение. — 1975. — №11. — С.29-31.

80. Amann, T. Analysis of mechanical and chemical mechanisms on cavitation erosion-corrosion of steels in salt water using electrochemical methods / T. Amann, M. Waidele, A. Kailer // Tribology International. — 2018. — Vol.124. — P. 238-246.

81. Bowden E. P., Brunton J. H. // Proceedings of Royal Society, London. — A282. — 1964. — V. 331. — P. 549-565.

82. Cavanaugh, G. M. Formulae and Methods VI. Woods Hole / G. M. Cavanaugh. — MA, The Marine Biological, 1975. — 84 p.

83. Eisenberg, P. On the mechanism of cavitation damage and methods of protection / P. Eisenberg, H. S. Preiser, A. Thiruvengadam. — Transactions SNAME.

— 1965. — Vol. 73. — P. 241-286.

84. Feller, H. G. Cavitation erosion of metals and alloys / H. G. Feller, Y. Kharrasi // Wear. — 1984. — V.93. — №3. — P.249-260.

85. Fontanesi, S. Numerical investigation of the cavitation damage in the wet cylinder liner of a high performance motorbike engine / S. Fontanesi, M. Giacopini, G. Cicalese, S. Sissa, S. Fantoni // Engineering Failure Analysis. — 2014. — Vol. 44. — P. 408-423.

86. Gravalos, I. Cavitation erosion of wet-sleeve liners: Case study / I. Gravolos, D. Kateris, C. Dimitriadis // KOKA 2006, XXXVII. International conference of Czech and Slovak Universities' Departments and Institutions Dealing with the Research of Combustion Engines, 19-20 September 2006, Prague, Czech Republic. — P. 22.

87. Gravalos, I. Cavitation erosion of wet-sleeve liners: Case study/ I. Gravalos, D. Kateris, P. Xyradakis, Th. Gialamas// Journal of Middle European Construction and Design of Cars (MECCA). — 2006. — Vol. IV. — No. 3. — P. 10-16.

88. Hammitt, F. G. Cavitation erosion: The state of the art and predicting capability/ F. G. Hammitt // Applied Mechanics Reviews. — June 1979. — V.32. — №6. — P.665-675.

89. Haosheng, C. Damages on steel surface at the incubation stage of the vibration cavitation erosion in water / C. Haosheng, L. Jiang, C. Darong, W. Jiadao // Wear. — 2008. — Vol. 265. — P. 692-698.

90. Hattori, S. Formation and progression of cavitation erosion surface for long exposure / S. Hatori, T. Ogisoa, Y. Minamib, I. Yamad // Wear. — 2008. — Vol. 265. — P. 1619-1625.

91. Iwai, Y. A study of cavitation bubble collapse pressures and erosion. Part 2: estimation of erosion from distribution of bubble collapse pressures / Y. Iwai, T. Okada, S. Tanaka // Wear. — 1989. — V. 133. — №2. — P. 233-243.

92. Kato, H. A consideration on scaling laws of cavitation erosion/ H. Kato // Inter-national Shipbuilding Progress. — September. — 1975 — V.22. — №253. — P.291-304.

93. Kim, D. Effects of cylinder head temperature and coolant velocity on the erosion behavior of water jacket in a diesel engine / D. Kim, J. Hwang, S. Han, C. Bae // Wear. — 2015. — Vol. 342-343. — P. 117-128.

94. Kwok, C. T. Developments in laser-based surface engineering processes: with particular reference to protection against cavitation erosion / C. T. Kwok, H. C. Man, F. T. Cheng, K. H. Lo // Surface and Coatings Technology. — 2016. — № 291. — P. 189204.

95. Leith, W. C. Some corrosion effects in accelerated cavitation damage/ W. C. Leith, A. Lloyd Thompson // Journal of Basic Engineering. — 1960. — V.82. — №3.

— P.795-807.

96. Momeni, S. Composite cavitation resistant PVD coatings based on NiTi thin films / S. Momeni, W. Tillmann, M. Pohl // Materials and Design. — 2016. — No. 110.

— P. 830-838.

97. Okada, T. A study of cavitation bubble collapse pressures and erosion. Part 1: A method for measurement of collapse pressures / T. Okada, Y. Iwai, K. Awazu // Wear. — 1989. — V.133. — №2. — P.219-233.

98. Qiao, Y. Cavitation erosion properties of a nickel-free high-nitrogen Fe-Cr-Mn-N stainless steel / Y. Qiao, X. Cai, Y. Chen, J. Cui, Y. Tang, H. Li, Z. Jiang // Materials and technology. — 2017. — Vol. 51. — №. 6. — P. 933-938.

99. Rao, V. P. Estimation of cavitation erosion with incubation periods and materials properties / V. P. Rao, C. S. Martin, B. C. S Rao, N. C. L. Rao // Journal of Testing and Evaluation. — 1981. — V.9. — №3. — P.189-197.

100. Richman, R. H. Cavitation erosion of two Ni-Ti alloys / R.H. Richman, A. S. Rao, D. E. Hodgson // Wear. — 1992. — V.157. — P.401-407.

101. Richman, R. H. Correlation of cavitation erosion behavior with mechanical properties of metals / R. H. Richman, W. P. McNaughton // Wear. — 1990. — V.140.

— №1. — P.63-82.

102. Sakai, I. On a new representative equation for cavitation damage resistance of materials / I. Sakai, A. Shima // Science Reports of Research of Institute of Tohoku University. — 1987. — B54. — P.43-49.

103. Sreedhar, B. K. Cavitation damage: Theory and measurements — A review / B. K. Sreedhar, S. K. Albert, A. B. Pandit // Wear. — 2017. — V. 372-373. — P. 177-196.

104. Steller, J. Towards quantitative assessment of material resistance to cavitation erosion / J. Steller, A. Krella, J. Koronowicz, W. Janicki // Wear. — 2005. — V. 258. — P. 604-613.

105. Terauchi, Y. Correlation of cavitation damage tests with residual stress measurements / Y. Terauchi, H. Matuura, M. Kitamura // Bulletin of the JSME. — 1973. — Vol. 16. — No. 102. — Pp. 1829-1838.

106. Thiruvengadam, A. Mechanical properties of metals and their cavitation damage resistance / A. Thiruvengadam, S. Waring // Journal of Ship Research. — 1966.

— V.10. — №1. — P.1-9.

107. Thiruvengadam, A. On testing materials for cavitation damage resistance/ A. Thiruvengadam, H. S. Preiser // Journal of Ship Research. —1964. — V.8. — P. 39-56.

108. Thomas, G. P. Drop impingement erosion of metals / G. P. Thomas, J. H. Branton // Proceedings of Royal Society, London. — Seria A. — 1970. — V. 314. — P.549-565.

109. Varga, J. J. Cavitation erosion and mechanical properties of materials / J. J. Varga // Proceedings of 7-th Conference on Fluid Machinery. — 1983, Budapest. — V.2. — P.911-916.

110. Vyas, B. Cavitation erosion of face-centered cubic metals / B. Vyas, C. M. Preece // Metallurgical Transactions A. — 1977. — V.8A. — P. 915-923.

111. Vyas, B. Stress produced in a solid by cavitation / B. Vyas, C. M. Preece // Journal of Applied Physics. — 1976. — V.47. — No 12. — P. 5133-5138.

112. Waring, S. On the role of corrosion in cavitation damage / S. Waring, H. S. Preiser, A. Thiruvengadam // Journal of Ship Research. — 1965. — V.9. — P.200-208.

113. Wood, R. J. K. Use of profilometric measurement in cavitation erosion and corrosion studies / R. J. K. Wood // Proceedings of the Instiution of Mechanical Engineers: Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. — 1990. — Vol. 204.

— P. 63-65.

114. Zhou, Yu-Kang. Cavitation erosion of cast iron diesel engine liners / Yu-Kang Zhou, Jiu-Gen He, F. G. Hammit // Wear. — 1982. — V. 76. — №3. — P. 329335.

115. Zhou, Yu-Kang. Cavitation erosion of diesel engine wet cylinder liners / Yu-Kang Zhou, Jiu-Gen He, F. G. Hammit // Wear. — 1982. — V. 76. — №3. — P. 321328.

Приложение А Акты о внедрении результатов диссертации

/Г--"'

\ I

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота

имени адмирала С.О. Макарова» (ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»)

Двинская ул., д. 5/7, г. Санкт-Петербург, 198035 Тел.: [phone]. Факс: [phone]. E-mail: [e-mail] http://www.gumrf.ru ОГРН 1037811048989 ИНН 7805029012

Ч - ■ ■■

' I Г v. ьа

я'У 2019 г.

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы аспиранта Горбаченко Евгения Олеговича в учебном процессе ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова

Акт составлен о том, что результаты, полученные аспирантом Е. О. Горбаченко при изучении кавитационного изнашивания металлических материалов и лопастей гребных винтов, используются согласно учебным планам в преподавании следующих дисциплин:

• «Трение и износ в машинах» и «Технология судоремонта» при подготовке бакалавров по направлению 26.03.02 — Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры,

• «Специальные вопросы трибологии на водном транспорте» при подготовке магистров по направлению 26.04.02 — Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры.

Директор института

водного транспорта ■ Ю. Е. Ежов

¿к

Закрытое Акционерное Общество

КАНОНЕРСКИМ СУДОРЕМОНТНЫЙ ЗАВОД

198184, г. Санкт-Петербург, Канонерский остров, 41

Тел. [phone]; факс: [phone] ИНН 7805377436. КПП 780501001, ОГРН 1057811973339 E-mail: [e-mail]

АКТ

О внедрении результатов научно-исследовательской работы Е. О. Горбаченко

Составлен в том, что на ЗАО «Канонерский судоремонтный завод» была внедрена технологическая инструкция, устанавливающая технические требования на измерения очагов кавитационных повреждений на лопастях гребных винтов (ГВ) и описывающая процесс прогнозирования продолжительности инкубационного периода кавитационного изнашивания ГВ методом профилометрии.

Технологическая инструкция составлена на основании научно-исследовательской работы Горбаченко Е. О. Методика, описанная в инструкции, позволяет осуществить прогноз продолжительности инкубационного периода кавитационного изнашивания определенного гребного винта в заданном сечении с точностью ±30 % при доверительной вероятности около 80 %.

Инструкция позволяет производить анализ кавитационных повреждений гребных винтов в межремонтные периоды и давать оценку существующим кавитационным повреждениям, а также оценить рост очага кавитационных повреждений за межремонтный период эксплуатации судна.

Вышеизложенное служит основанием для возможности применения инструкции при дефектации и ремонте металлических гребных винтов.

Главный технолог ЗАО «КСЗ»

Приложение Б Технологическая инструкция № НКФЕ 971-169-2019

Д

ЗАО «Канонерский Судоремонтный Завод»

— 20

Технологическая инструкция № Н^фЕ 441-16$-

ИЗМЕРЕНИЕ ОЧАГОВ КАВИТАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ НА ГРЕБНЫХ ВИНТАХ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ИНКУБАЦИОННОГО ПЕРИОДА КАВИТАЦИОННОГО ИЗНАШИВАНИЯ

Инструкция может быть использована для измерения существующих очагов кавитацион-ного изнашивания после начала отделения частиц износа с поверхности, а также для расчета межремонтных периодов гребных винтов

Главный технолог

Ведущий технолог докового цеха

__/Горбаченко Е.О./

0%. Ю

Санкт-Петербург 2019

1. ВВЕДЕНИЕ.

1.1. Настоящая инструкция устанавливает технические требования на измерения очагов кавитационных повреждений на лопастях гребных винтов (ГВ) и описывает процесс прогнозирования продолжительности инкубационного периода кавитационного изнашивания ГВ методом профилометрии.

1.2.Инструкция распространяется на гребные винты, подверженные кави-тационному износу и имеющие, хотя бы один выраженный очаг кавитационных повреждений после начала отделения частиц износа.

1.3.3а основу взято свойство зависимости изменения профиля поверхности от продолжительности кавитационного воздействия. Зависимость имеет вид ломаной линии.

1.4.Инструкция разработана на основе научно-исследовательской работы

Горбаченко Е.О. «Прогнозирование долговечности металлических материалов и судового оборудования при кавитационном изнашивании методом профилометрии».

2. ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ПРОФИЛЯ ПОВЕРХНОСТИ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ОЧАГА КАВИТАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ НА ЛОПАСТИ ГРЕБНОГО ВИНТА С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЛУБИНОМЕРА И НАПРАВЛЯЮЩИХ.

2.1.Перед проведением измерений поверхность очага должна быть замыта и зачищена без использования механического инструмента (с использованием чистящих средств и ветоши).

2.2.Для проведения измерений требуется подготовить следующий инструмент и материалы:

а) глубиномер с индикаторной головкой;

б) наконечник для глубиномера индикаторного с углом конуса не более 60° изготовленный из металла или капролона;

в) направляющие — гладкие металлические прутки — длиной не менее половины длины измеряемого очага кавитационных повреждений, диаметром не более 5 мм, отклонение от цилиндричности не более 0,03 мм. Гибкость направляющих должна позволять им «повторять» номинальный профиль поверхности;

г) пластилин скульптурный или его аналог;

д) гибкая измерительная линейка с ценой деления 1 мм.

2.3.Установить вдоль очага направляющие с использованием пластилина таким образом, чтобы зазор между лопастью и направляющей отсутствовал (Щуп 0,05 мм не должен проходить на длине направляющей, превышающей 10 % длины очага).

Примечание: при проведении измерений следить за тем, чтобы не возникал зазор между направляющими и поверхностью лопасти.

2.4.Измерения неровностей в районе очага износа проводить при пошаговом перемещении глубиномера по направляющим вдоль линии 0х (рисунок 1), при этом на каждом г-м шаге осуществлять перемещение глубиномера перпендикулярно линии Ох с измерением глубины профиля в 15-20 точках. По положению стрелки индикаторной головки фиксировать условную глубину очага, т. е. значение глубины без учёта поправки на нуль.

2.5. Для каждой /-й точки (шага) на оси Ох вычислить среднее значение условной глубины:

К), = ;-2>„ (1)

п к=1

где п — число измерений глубины профиля на /-м шаге, равное 15-20, при движении измерительной головки перпендикулярно оси Ох; /г,* — условная глубина очага в к-й точке на г-м шаге.

з

Индикатор

часового

типа

Щуп

А

Зона отделившегося Зона наклёпа

Рисунок 1 — Схема очага кавитационного износа и проведения измерений на поверхности

лопасти с помощью глубиномера

2.6.Среднее арифметическое отклонение профиля на /-м шаге при измерениях рассчитать следующим образом:

п к=1

ср/

(2)

2.7. Построить график зависимости среднего арифметического отклонения профиля Яа(Ь) от расстояния до центра очага, как показано на рисунке 2. На графике рисунка 2 по оси ординат отложены значения (ЯД, вычисленные по формуле (2), а по оси абсцисс — значения расстояний от центра очага на /-м шаге, которые определяются по формуле:

Ц = Ах- /,

где Дх — значение шага,

/ — номер шага, принимающий значения 0, 1, 2, 3, 4 и т. д.

3. ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ ПРОФИЛЯ

ПОВЕРХНОСТИ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ОЧАГА КАВИТАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ НА ЛОПАСТИ ГРЕБНОГО ВИНТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОФИЛОГРАФА.

3.1.Очаги кавитационных повреждений с шероховатостью поверхности, не превышающей пределов измерения имеющегося профилографа, могут быть измерены с использованием этого профилографа.

3.2.Перед проведением измерений поверхность очага должна быть замыта и зачищена без использования механического инструмента (с использованием чистящих средств и ветоши).

3.3.Для проведения измерений требуется подготовить следующий инструмент и материалы:

а) профилограф с кронштейном;

б) гибкая измерительная линейка с ценой деления 1 мм.

3.4.Измерения неровностей в районе очага износа проводить при пошаговом перемещении профилографа вдоль линии Одг, при этом на каждом /-м шаге осуществлять измерение перпендикулярно линии Ох.

3.5.Полученные значения Яа зафиксировать и занести в журнал.

3.6.Построить график зависимости среднего арифметического отклонения профиля Яа от расстояния Ь до центра очага (пример графика на рисунке 2).

4. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.

4.1.На графике найти и отметить критическую точку, соответствующую границе между зоной наклёпа В и зоной отделения материала С: этой точке соответствует перелом и (или) разрыв зависимости (см. рисунок 2, точка 1).

4.2.По критической точке на графике Яа{Ь) определяют значение среднего арифметического отклонения профиля, соответствующего окончанию

ММ

инкубационного периода (Яа)тк для рассматриваемого ГВ. Для случая, представленного на рисунке 2, (Яа)шк ~ 0,8 мм.

1,6 п

Ь, мм

Рисунок 2 - Пример графика зависимости среднего арифметического отклонения высоты неровностей профиля очага кавитационного износа на лопасти ГВ от расстояния до условного центра очага: обозначения А, В и С соответствуют одноимённым зонам

очага на рисунке 1

5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ИНКУБАЦИОННОГО ПЕРИОДА КАВИТАЦИОННОГО ИЗНАШИВАНИЯ НА УЧАСТКЕ, ИМЕЮЩЕМ КАВИТАЦИОННЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ В ПРЕДЕЛАХ ИНКУБАЦИОННОГО ПЕРИОДА.

5.1.Для того чтобы воспользоваться методикой, необходимо в качестве исходных данных располагать:

а. значением (/?а)ИНк для рассматриваемого ГВ, полученного по результатам измерений во время очередного докования судна.

б. значением среднего арифметического отклонения профиля исходной поверхности Яа0 лопастей ГВ. Для получения этого значения достаточно измерить профиль поверхности вне очага износа.

в. значением среднего арифметического отклонения профиля поверхности Яа\ после продолжительности t\ кавитационного воздействия, причём ¿1 < ?инк.

5.2.При отсутствии информации, касающейся значения (Яа)тк для рассматриваемого ГВ, в качестве этого значения можно взять значение (^а)инк для другого ГВ (ГВ-прототипа), изготовленного из такого же сплава, при условии, что рассматриваемый ГВ и ГВ-прототип имеют примерно одинаковые значения произведений пгоч, где п — частота вращения ГВ (об/мин); гоч — радиус лопастных сечений, на которых располагается очаг износа (м).

5.3.Процедура прогнозирования продолжительности инкубационного периода, сводится к следующему (рисунок 3):

5.4.Построить прямоугольную систему координат с осями / и Яа , отметить на оси ординат значение (Ла)ит< и провести через него горизонтальную линию

Рисунок 3 — Схема прогнозирования продолжительности инкубационного периода

5.5.Нанести на координатную плоскость две точки: с координатами (0, Ra0) и с координатами (t\, Ra\);

5.6.Провести через две нанесённые точки линию 2 до пересечения с линией /;

5.7.Опустить из точки пересечения линий 1 и 2 перпендикуляр к оси абсцисс. Значение, отсекаемое перпендикуляром на оси абсцисс, покажет ожидаемую продолжительность инкубационного периода Гинк.

5.8.Точность прогнозирования продолжительности íHHK составляет ±30 °/о при доверительной вероятности около 80 %.

6. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ.

6.1.При проведении работ должны быть соблюдены правила техники безопасности, действующие на предприятии.

6.2.Работы по измерению должны производиться при хорошем освещении.

6.3.К измерениям допускается только поверенный глубиномер или про-филограф.

6.4.Не допускается проведение работ по измерениям на подвешенном гребном винте, или лопасти.