Разработка и исследование комплексной присадки к системам охлаждения судовых ДВС тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Астраух, Ольга Васильевна

• Астраух, Ольга Васильевна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Астраух, Ольга Васильевна

Введение.

1. Современное состояние вопроса по предотвращению коррозионно-эрозионного изнашивания охлаждаемых поверхностей ДВС как фактора, снижающего эксплуатационную надежность цилиндровых втулок.

1.1 Коррозионно-эрозионный износ внутренних поверхностей систем охлаждения.

1.2 Механизм коррозионно-эрозионного разрушения охлаждаемых поверхностей ДВС.

1.3 Анализ способов снижения коррозионно-эрозионных разрушений поверхностей охлаждения

1.3.1 Конструктивные способы уменьшения коррозионно-эрозионных процессов в дизелях.

1.3.2 Технологические мероприятия по повышению коррозионно-эрозионной стойкости поверхностей втулок цилиндров судовых дизелей.

1.3.3 Эксплуатационные способы снижения интенсивности коррозионно-эрозионных разрушений поверхностей втулок цилиндров судовых дизелей.

1.4 Формирование цели и задач разработки новой присадки.

2. Разработка и исследование комплексной присадки к системам охлаждения судовых ДВС.

2.1. Выбор компонентов присадки и качественный анализ их влияния на защитные свойства.

2.2. Разработка методики контроля концентрации присадки в охлаждающей среде дизеля.

2.3. Фотоэлектроколориметрический метод определения никеля в охлаждающей жидкости.

2.4. Разработка визуального метода определения концентрации присадки.

3. Исследование поверхностных свойств водных растворов присадок к охлаждающим средам дизелей.

3.1. Теоретическое обоснование метода исследования поверхностных свойств присадок.

3.2. Экспериментальные исследования поверхностных свойств водных растворов присадок.

3.3. Экспериментальное исследование электрокапиллярных свойств водных растворов присадок.

4. Проведение сравнительных испытаний антиэрозионных свойств присадки ПВТУна стендовой установке.

4.1. Разработка методики проведения эксперимента и создание стендовой установки

4.2. Проведение экспериментальных исследований.

4.3. Определение скоростей изнашивания охлаждаемых поверхностей в зависимости от концентрации исследуемых присадок.;.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование комплексной присадки к системам охлаждения судовых ДВС»

Длительный опыт эксплуатации судовых и транспортных дизелей различных марок выявил высокую повреждаемость внутренних поверхностей систем охлаждения. Причиной этого явления является их коррозионно-эрозионное разрушение, значительно снижающее ресурс охлаждаемых деталей. В частности для цилиндровых втулок наработка до отказа по этой причине снижается в 3-4 раза, что приводит к дополнительным затратам на ремонтные работы и запасные части.

При создании дизелей облегченной конструкции и форсировании их по среднему эффективному давлению и частоте вращения, коррозионно-эрозионные разрушения цилиндровых втулок и блоков стали характерным дефектом двигателей этого типа. Причина такого разрушения кроется в кавитационных процессах, вызываемых в дизелях высокочастотными колебаниями цилиндровых втулок.

На некоторых типах дизелей выявлены разрушения, вызванные эффектом совокупного воздействия процессов кавитации и электрохимической коррозии, что, в конечном итоге, усугубляет общее разрушение наружных поверхностей втулок.

Таким образом, проблема повышения надежности втулок и блоков цилиндров судовых ДВС является актуальной для многих типов эксплуатируемых двигателей. Среди способов повышения коррозионно-эрозионной стойкости охлаждаемых поверхностей ДВС можно выделить три основных направления: конструктивные улучшения деталей цилиндро-поршневой группы, технологическая обработка материала цилиндровой втулки и использование различных эксплуатационных мероприятий по снижению интенсивности коррозионно-эрозионных разрушений поверхностей охлаждения. Конструктивные и технологические мероприятия проводятся на стадии проектирования и изготовления двигателя, в то время как внедрение эксплуатационных мероприятий возможно на работающем двигателе.

Наиболее эффективными способами защиты охлаждаемых поверхностей дизелей от коррозионно-эрозионных повреждений являются конструктивные и особенно технологические мероприятия. Однако, в настоящее время эти мероприятия, как правило, известны, и во многом исчерпали себя. Кроме того, они являются достаточно трудоемкими и дорогостоящими. В связи с этим, при изыскании путей продления ресурса втулок и блоков цилиндров значительное внимание должно уделяться эксплуатационным способам снижения их коррозионно-эрозионного разрушения, как более простым и относительно дешевым.

Опыт показывает, что, учитывая современное состояние экономики, в ближайшее десятилетие актуальной задачей становится разработка простых и относительно дешевых способов защиты от коррозионно-эрозионных разрушений. В частности, весьма перспективной явилась бы разработка качественно новой присадки в системы охлаждения ДВС и для использования в теплообменных аппаратах, которая, обладая высокими пртивокоррозионными свойствами, защищала бы металл от кавитационной эрозии, то есть осуществляла бы комплексную защиту теплообменных поверхностей систем охлаждения судовых дизелей.

Целью диссертационной работы является разработка комплексной присадки к охлаждающим средам ДВС. В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе проанализированы существующие способы предотвращения коррозионно-эрозионного изнашивания охлаждаемых поверхностей судовых ДВС; разработан качественный и количественный состав новой присадки, а также методика контроля ее концентрации в охлаждающей жидкости; теоретически и экспериментально исследован механизм защитного действия присадки на основе ее поверхностных свойств; проведено экспериментальное исследование антиэрозионных свойств разработанной присадки.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Астраух, Ольга Васильевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Проведено теоретическое исследование различных эксплуатационных способов снижения интенсивности коррозионно-эрозионных разрушений поверхностей втулок цилиндров судовых дизелей. Выявлено, что наиболее широко используемым способом борьбы с эрозией является введение специальных присадок к охлаждающей воде.

2. Создана качественно новая присадка к воде теплоэнергетических установок (ПВТУ-2002), обладающая высокой адсорбционной способностью и позволяющая создать на защищаемой поверхности высокопрочное антиэрозионное покрытие путем безтокового никелирования.

3. На основании экспериментальных данных выбран оптимальный количественный состав присадки.

4. Разработана методика контроля за концентрацией присадки ПВТУ-2002 в охлаждающей жидкости.

5. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование физико-химического механизма действия присадки ПВТУ-2002, подтверждающее ее высокую адсорбционную способность по отношению к металлическим поверхностям.

6. Для проведения исследований антиэрозионных свойств присадки был создан лабораторный стенд, оборудованный магнитострикционным вибратором, с помощью которого с наибольшим приближением к реальным условиям имитировались процессы кавитационных разрушений в гидросистеме при изменении различных параметров с минимальной затратой времени.

7. Разработаны математические модели зависимости величин коррозионно-эрозионных разрушений образцов от концентрации присадки при различных значениях температуры и расхода охлаждающей жидкости.

8. Выявлено, что в интервале концентраций от 2 до 4% от общей массы охлаждающей жидкости, присадка ПВТУ-2002 обладает стабильными противокоррозионными свойствами и защищает металл от кавитационной эрозии, то есть осуществляет комплексную защиту теплообменных поверхностей систем охлаждения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Астраух, Ольга Васильевна, 2007 год

1. Абачараев М.М. Исследование влияния химико-термической обработки на кавитационную стойкость втулок цилиндров судовых вспомогательных дизелей 48,5/11 и 49,5/11. - Дис. Кан. Техн. Наук. - Л., 1970. - 183 с.

2. Абачараев М.М. Кавитация и защита металлов от кавитационных разрушений. Махачкала: Дагкнигоиздат, 1990.- 176 с.

3. Агранат В.А. и др. Ультразвук в гидрометаллургии. М.: Металлургия, 1969.-304 с.

4. Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Прикладная статистика и основы эконометрики. Учебник для вузов.- М.: ЮНИТИ, 1998. 1022 с.

5. Аметистов Е.В. Монодисперсные системы и технологии. М.: МЭИ, 2002. -390 с.

6. А.С. 1361387 (СССР) Способ защиты изделия от кавитационной эрозии / Андреев А.В., Базаров В.Г., Гагарин А.Г. и др. Заявление опубликованное вБ.И. 1987, №47.

7. А.С. 10115096 (СССР) Двигатель внутреннего сгорания / Косолап Г.Я., Ермолов Е.А., Веретенников И.К. Заявление опубликованное в Б.И. 1983, №3.

8. А.С. 1080304 (СССР). Легирующее покрытие для литейных форм и изложниц. / Коротушенко Г.Вг, Пимошенко А.П., Сиротин А.К., Ващенко И.П., Выгон В.Г., Мурзин В.Т. ДСП.

9. Борщевский Ю.Т., Мирошниченко А.Ф., Погодаев Л.И. Повышение кавитационной стойкости двигателей внутреннего сгорания. Киев.: Вища школа, 1980. - с. 158 -160.

10. Ю.Бочманов Д.В. Защита цилиндровых втулок и блоков со стороны, омываемой водой, вспомогательных двигателей внутреннего сгорания на промысловых судах. Вильнюс.: Изд-во МИНТИС, 1965. - 63 с.

11. П.Брегман Дж. Ингибиторы коррозии. М.: Изд-во иностр. лит., 1966. - 310 с.

12. Ваншейдт В.А. Конструирование и расчеты прочности судовых дизелей.-Л.: Машиностроение, 1983. 639 с.

13. З.Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн. Кн. 2 Физико-химические методы анализа : Учеб. Для студ. Вузов, обучающихся по химико-технол. Спец.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2002. 384 с.

14. Высоцкий А.А., Зобачев Ю.Е. Защита металлов от кавитационного разрушения антикоррозионными присадками. Энергомашиностроение, 1965, №4,- с.47.

15. Гаврилов B.C., Камкин С.В., Шмелев В.П. Техническая эксплуатация судовых дизельных установок. М.: Транспорт,! 985. - 288 с.

16. Гинзбург А.З., Ванштейн И.А. Распределение долговечности деталей дизелей при кавитационно-коррозионных разрушениях. Сб. Гипрыбфлота. Проектирование и техническая эксплуатация судовых энергетических установок. Л.: Транспорт, 1975. - с. 301-307.

17. ГОСТ 30480-97 Обеспечение износостойкости изделий. Методы испытаний на износостойкость. Общие требования. М.: Издательство стандартов. 1998. - 12 с.

18. Дмитриева JI.H. Влияние некоторых условий электролиза на наводораживание стали при электроосаждении никеля. Коррозия и защита металлов. Выпуск 4. Сборник научных трудов. Калининград : Изд-во Калининград. Ун-та, 1978. - с. 108-113.

19. Евтушенко А.В. Об увеличении моторесурса судовых ДВС. Морской сборник, 1955. - №2.- с. 18-21.

20. Ермаков В.Ф. Экономичность работы судовых дизелей. М.: 1982. - 160 с.

21. Иванченко Н.Н. Влияние конструкции дизеля и условий его работы на кавитационную эрозию втулок и блоков цилиндров. М.: Энергомашиностроение, 1965, №12. - с. 9-11.

22. Иванченко Н.Н., Скуридин А.А., Никитин М.Д. Кавитационные разрушения в дизелях. JL: Машиностроение, 1970. - 280 с.

23. Исаков А .Я. О начальных стадиях вихревой гидродинамической кавитации. М.: Транспорт, 1987. - 45 с.

24. Исследование и разработка методов защиты втулок цилиндров судовых дизелей от кавитационно-эрозионного разрушения.Технический отчет ЛИВТ. 1979. - с. 44-46.

25. Исследование и разработка методов повышения коррозионно-эрозионной стойкости цилиндровых втулок и блоков двигателей 6Д50М: Технический отчет ЦПКТБ ГУ «Севрыба». №052-38-006. Мурманск, 1976. - с. 35 - 39.

26. Исследование условий возникновения электрохимической коррозии в системах охлаждения дизелей в условиях эксплуатации.: Технический отчет ЛИЭИ. № 36-551-77. Л, 1977. - 105 с.

27. Каспарова О.В. Межкристалитная коррозия никелевых сплавов (обзор). Защита металлов. Том 36. Выпуск № 6 М.: Наука, 2000. - с. 575-583.

28. Кеше Г. Коррозия металлов. Физико-химические принципы и актуальные проблемы. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1984. - 400 с.

29. Коррозия. Справ. Изд. Под ред. Л.Л. Шрайера Пер. с англ. М.: Металлургия, 1981.-632 с.

30. Красильников В.А., Зарембо Л.К. Введение в нелинейную акустику. М.: Наука, 1966.-519 с.

31. Кузмак А.Е., Агасян П.К., Кожеуров А.В. Методы оценки антикоррозионной эффективности покрытий на сталях. Защита металлов. Том 25. Выпуск № 2- М.: Наука, 1989. с. 179-190.

32. Левковский Ю.Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1978.-224 с.

33. Лихошеретов Д.М. Червяков Ю.С. Повышение кавитационно-эрозионной стойкости деталей двигателя. МИТОМ. 1986. - №1.- с. 19-21.

34. Маркосьян Г.Н., Пчельников А.П., Лосев В.В. Коррозионное поведение наводороженного никеля и гидрида никеля в растворе серной кислоты. Защита металлов. Том 33. Выпуск № 5. М.: Наука, 1997. - с. 503-505.

35. Матаушек И. Ультразвуковая техника. М.: Металлиздат, 1962. - 511 с.

36. Математическая статистика: Учебник / Иванова В.М., Калинина В.Н., Нешумова Л.А. и др. М.: Высшая школа, 1981. - 288 с.

37. Милушкин А.С., Белоглазов С.М. Ингибиторы наводораживания и электрокристаллизации при меднении и никелировании. Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1986. с. 36-37.

38. Мисилев М.А., Тузов Л.В. Борьба с кавитационными разрушениями гильз цилиндров в быстроходных дизелях. М.: НИИИИНФОРМТЯЖМАШ , 1969, №6. - с.22.

39. Новый справочник химика и технолога: Аналитическая химия. СПб.: Мир и семья. - 2003. - 982 с.

40. Основы аналитической химии.: В 2 кн.: / под ред. Ю.А. Золотова. 2-е изд. Кн. 2: Методы химического анализа. - М.: Высшая школа, 1999.- 351 с.

41. Основы современного электрохимического анализа. М.: Мир; БиНОМ, 2003.-592 с.49.0тто М. Современные методы аналитической химии. М.: Техносфера, 2003.-412 с.

42. Перник А.Д. Проблемы кавитации. Л. 1966. - 260 с.

43. Пимошенко А.П. Биметаллические сталь чугунные втулки дизелей. Инженерные проблемы трения, смазки, изнашивания: Сб. науч. тр. Вып. 48 - Калининград.: БГАРФ, 2001. - с. 34-37.

44. Пимошенко А.П. Защита судовых дизелей от кавитационных разрушений. Л.: Судостроение, 1983. - 120 с.

45. Пимошенко А.П. Предотвращение кавитационных разрушений дизелей. Сб. Анализ характерных аварийных случаев с судами флота рыбной промышленности и рекомендации по их предупреждению . Вып. 27, 1973. -с. 43-45.

46. Пимошенко А.П., Кошелев И.В. Кавитационные разрушения в малооборотных дизелях. Мурманск, 1974. - с.54.

47. Пимошенко А.П., Полипанов И.С. Результаты испытаний ионитового и электроноионообменного фильтра в системе охлаждения двигателя «Зульцер». Речное хозяйство, 1971, №11. с. 36 - 38.

48. Пирсол И. Кавитация. Пер. с англ. Ю.Ф. Журавлева. М.: «Мир», 1975. -94 с.

49. Погодаев Л.И. Износостойкость материалов и деталей машин при гидрообразивном и кавитационном изнашивании. Автореферат докторской диссертации М.: 1979. - 46 с.

50. Погодаев Л.И., Безюков В.О., Третьяков Д.В. Защита цилиндровых втулок ДВС от кавитационно-эрозионных разрушений, http:// www.tribo.ru / new / referat / 8/04 .html.

51. Погодаев Л.И., Кузьмин В.И., Дудко П.П. Повышение надежности трибосопряжений. СПб.: Академия транспорта Российской Федерации, 2001.-304 с.

52. Погодаев Л.И., Пимошенко А.П., Капустин В.В. Эрозия в системе охлаждения дизелей. Калининград.: Академия транспорта РФ, 1993. -325 с.

53. Полипанов И.С .Защита систем охлаждения дизеля от кавитационного разрушения. Л.: Машиностроение, 1978. - 150 с.

54. Рождественский В.В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. 248 с.

55. Розенфельд И.Д. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1970. -448 с.

56. Скалли Дж. Основы учения о коррозии и защите металлов. Пер с англ. М.: Мир, 1978.-224 с.

57. Скуридин А.А. Метод расчета кавитационных разрушений гильз рабочих цилиндров дизелей. В кн: Вопросы износостойкости и надежности судовых дизелей /сборник статей/. JI. .'Транспорт, 1973. с. 99-105.

58. Скуридин А.А. Развитие теории и создание методов расчета кавитационных разрушений полостей охлаждения дизелей. Автореферат докторской диссертации ЛПИ им. М.И. Калинина.- Л. 1980 г.

59. Стативкин Т.П., Янчеленко В.Я., Головкин П.Г. Защита от кавитационной эрозии и коррозии металлов системы охлаждения дизеля. -Л.: Двигателестроение, 1980, №8.-с.

60. Стечишин М.С. Анализ и исследование кавитационно-эрозионного изнашивания металлов в коррозионно-активных средах. Проблемы трибологии, 1997, №1. - с. 87-93.

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

62. Тимербулатов М.Г. Влияние коррозионного фактора на кавитационную стойкость металла. В кн.: Коррозия , защита от нее металлоконструкций гидротехнических сооружений. 1973. вып. 72.- с.31-37.

63. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1984. - 368 с.

64. Фролов Ю.Т. Курс коллоидной химии. (Поверхностные явления и дисперсные системы): учебник для вузов. М.: Химия, 1982. - 400 с.

65. Харитонов Ю.А. Аналитическая химия. Кн. 2: Количественный анализ. Физико-химические методы анализа. М.: Высшая школа, 2001. - 559 с.

66. Шишкин А.П., Щебланов Б.Г. Установка для ускоренных испытаний цилиндровых втулок дизелей с высокотемпературным охлаждением / Экспресс информация ЦНИИТЭИтяжмаш, серия ДВС, - №4, вып. 2, -1985.-с. 5-7.

67. Эксплуатационные испытания препарата ТЛИК в качестве присадки к охлаждающей воде ДВС : Технический отчет АО СевМИС № ГР 012-97009. В.В.Власов, Мурманск, 1992. 31 с.

68. Ярославцев А.Б. Основы физической химии. М.: Научный мир, 2000.230 с.

69. Jmmisch Н., Loebell R. Erfahrungenmit Nural- Perimatic-Regel Kolben in Diselmotoren fur Vehffzing von Kavitationsschoden an Zylinderlaufbuchsen, MTZ, 1983,34, №2, p. 45-48.

70. Ross Т.К. Aspin A.F. Tecnical Note. The Water- side Corrosion of Diesel Engines «Corrosion Sciene». 1973, v. 13, №1.- p. 53-61.

71. Wheeler W.H. Identation of metals by cavitation. Trans. ASME, Series D, 82, №1,1960.-p. 184-194.