Разработка и обоснование методики прогнозирования долговечности судовых валов с трещинами при ремонте тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.04, кандидат технических наук Доан Ван Тинь

• Доан Ван Тинь
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Доан Ван Тинь

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1 Назначение, условия работы, особенности конструкции и технологические характеристики судовых валов.

1.2 Природа и механизм возникновения трещин при циклическом нагружении.

1.3. Развитие трещин с позиций механики разрушения.

1.4 Повреждения судовых валов при эксплуатации и их ремонт.

1.5 Цель и задачи исследования.

2. Теоретические основы исследования развития трещин в судовых валах.

2.1 Виды трещин, возникающих в судовых валах и оценка их характеристик.

2.2 Эксплуатационные факторы, влияющие на процесс развития трещин в валах.

2.2.1 Напряжения в гребных валах.

2.2.2 Крутильные колебания.

2.2.3 Влияние температуры и коррозионной среды.

2.3 Коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещин

2.4 Методика прогнозирования долговечности вала с трещинами

2.5 Выводы.

3. Расчет долговечности гребных валов с трещинами в зависимости от их расположения и характера.

3.1 Долговечность гребных валов с трещинами в зависимости от их начального размера.

3.2 Расчет долговечности гребных валов с трещинами, перпендикулярными к оси вала в районе большого основания конуса.

3.3 Расчет долговечности гребных валов с трещинами, наклонными к оси вала в районе большого основания конуса.

3.4 Расчет долговечности гребных валов с трещинами, перпендикулярными к оси вала под концами кормовой облицовки.

3.5 Расчет долговечности гребных валов с трещинами, наклонными к оси вала под концами кормовой облицовки.

3.6 Расчет долговечности гребных валов с трещинами, перпендикулярными к оси вала в районе шпоночного паза.

3.7 Расчет долговечности гребных валов с трещинами, наклонными к оси вала в районе шпоночного паза.

3.8 Оценка долговечности гребных валов при наличии в них одновременно несколько трещин.

3.9 Выводы.

4. Пути продления долговечности гребных валов с трещинами

4.1 Расчет долговечности гребных валов с трещинами при эксплуатации ДВС на долевых режимах.

4.2 Расчет долговечности гребных валов с трещинами в зависимости от диаметра вала.

4.3 Экспериментальная проверка методики прогнозирования долговечности на образцах-моделях судового вала.

4.4 Выводы.

5. Рекомендации по использованию результатов исследования.

6. Определение экономического эффекта при эксплуатации гребного вала с трещинами.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование методики прогнозирования долговечности судовых валов с трещинами при ремонте»

Судовые валы являются ответственными элементами судовых энергетических установок, к которым предъявляются высокие требования по надежности и долговечности. В процессе эксплуатации валы приобретают дефекты в виде усталостных трещин, которые являются сильными концентраторами напряжений и приводят к усталостному разрушению.

В процессе освидетельствования Российским морским регистром судоходства или при ремонте в случае обнаружения трещин любых размеров гребные валы бракуются. Судно выводится из эксплуатации и длительное время находится в вынужденном простое из-за отсутствия нового гребного вала. Продолжительность такого простоя по опытным данным составляет 6-8 неделей и более.

В литературе имеются сведения о длительной эксплуатации деталей ответственного назначения, имеющих трещины в зависимости от параметров трещин, материала и условий нагружения, а также условий возникновения трещин. Эти сведения для судовых валов и практика их эксплуатации с трещинами отсутствуют.

Прогнозирование долговечности судовых валов с трещинами позволило бы определить остаточный ресурс, тем самым продлить его эксплуатационный период, выполнить подготовку к ремонту, сократить вынужденные простои судна и уменьшить затраты на ремонт и сроки его выполнения.

Поэтому изучение проблемы прогнозирования долговечности судовых валов с трещинами является актуальной.

В мировой практике эксплуатации крупнотоннажных судов систематически наблюдаются повреждения и поломки гребных валов. Причины повреждений весьма разнообразны. Наиболее опасными повреждениями в валах являются усталостные трещины. Усталостная трещина зарождается в поверхностных слоях и затем развивается в глубь вала, образуя острый надрез.

Такие трещины являются сильными концентраторами напряжений, которые под действием циклических нагрузок приводят к разрушению валов.

Изучение повреждений гребных валов и анализ приведенных данных показали, что наиболее повреждаемые участки вала следующие: участок шпоночного паза; участок в районе большого основания конуса и участки вала под торцами облицовок.

В процессе освидетельствования Морским регистром судоходства или дефектации гребных валов при обнаружении трещин они могут располагаться по окружности, то есть перпендикулярно оси вала, наклонно к оси вала, а также встречаются х-образные трещины.

Целью диссертационной работы является продление долговечности судовых валов с трещинами в эксплуатации. Для достижения поставленной цели необходимо обнаружить трещины, возникающие в судовых валах; определить их расположение и начальные размеры; рассмотреть и оценить факторы, влияющие на процесс развития трещин и на основе теории механики разрушения разработать методику прогнозирования долговечности судовых валов с трещинами.

Работа состоит из введения, шести глав, заключения и приложений.

В первой главе приведен анализ конструкции судовых валов; произведено изучение природы, механизма возникновения трещин и развития трещин с позиций механики разрушения; изучены повреждения гребных валов; сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены виды усталостных трещин, их расположение и начальные размеры в гребных валах; исследовано влияние факторов на процесс развития трещин в гребных валах; разработана методика определения коэффициента интенсивности напряжений; определены постоянные величины С и У1, входящие в выражении Пэриса по результатам экспериментального исследования; разработана методика прогнозирования долговечности гребных валов с трещинами.

В третьей главе выполнены расчеты долговечности гребных валов с трещинами для разных судов в зависимости от различного вида, места расположения и начальных размеров трещин; приведена оценка долговечности гребных валов при наличии в них одновременно несколько трещин.

В четвертой главе выполнены расчеты долговечности гребных валов с трещинами при эксплуатации ДВС на долевых режимах; выполнены расчеты долговечности гребных валов с трещинами в зависимости от диаметра вала; разработана экспериментальная проверка методики прогнозирования долговечности на образцах-моделях судового вала.

В пятой главе разработаны рекомендации по использованию результатов исследования. Одним из путей продления долговечности гребных валов с трещинами является эксплуатация ДВС на долевых режимах. Такая эксплуатация валов с трещинами позволяет повысить остаточную долговечность от 2 до 12 раз по сравнению с номинальной в зависимости от выбранного режима эксплуатации.

В шестой главе приведено определение экономического эффекта при эксплуатации гребного вала с трещинами на примере гребного вала танкера дедвейтом 3500 т вьетнамской постройки диаметром 290 мм и длиной 7850 мм. В результате применения методики расчета остаточной долговечности гребного вала с трещинами сокращается время на подготовку судна к ремонту с 6 недель до 1 недели, увеличивается эксплуатационное время судна и судовладелец получает прибыль в размере 191 300 USD или 5 930 310 рублей.

Результаты диссертационной работы положены в основу практических рекомендаций для прогнозирования долговечности судовых валов с трещинами.

Заключение диссертации по теме «Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства», Доан Ван Тинь

7. Результаты исследования позволяют продлить долговечность гребных валов с трещинами в эксплуатации, уменьшить вынужденные простои судна, снизить затраты на ремонт и сроки его выполнения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Доан Ван Тинь, 2009 год

1. Алексеев В.Г. Некоторые закономерности роста трещин при циклических нагрузах / В.Г. Алексеев // Выбор и обоснование методов и норм контроля качества сварных соединений. Л.: ДАНТП, 1976. — с.36 - 43.

2. Балацкий JI. Т. Анализ повреждений гребных валов на крупнотоннажных нефтеналивных судах типа «Прага» / JI.T. Балацкий и др. // Морской флот, 1970, №2.

3. Балацкий JI. Т. О развитии трещин в процессе усталости пр фретинге / Балацкий J1. Т., Филимонов Г.Н. // Судостроение, 1968, №11.

4. Балацкий Л. Т. Повреждения гребных валов / Л. Т. Балацкий, Г. И Филимонов. -М.: Транспорт, 1970. 141 с.

5. Балацкий Л. Т. Ремонт гребных валов / Л. Т. Балацкий. Одесса: Маяк, 1970.-58 с.

6. Балацкий Л. Т. Усталость валов в соединениях / Л. Т. Балацкий. Киев: Техшка, 1972.- 180 с.

7. Балтер М. А. Упрочнение деталей машин / М. А. Балтер. М.: Машиностроение, 1978. - 184 с.

8. Бернштейн М. Л. Механические свойства металлов / М. Л. Бернштейн, В. А. Займовский. М.: Металлургия, 1979. - 495 с.

9. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций / В.В. Болотин. М.: Машиностроение, 1984 - 312 с.Ю.Броек Д. Основы механики разрушения / Д. Броек. — М.: Высш. шк., 1980.-367 с.

10. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов / В. Вей- < булл. М.: Машиностроение, 1964. — 275 с.

11. Гаврилов B.C. Техническая эксплуатация судовых дизельных установок / B.C. Гаврилов и др. М.: Транспорт, 1975. - 296 с.

12. Гордеева Т.А. Анализ изломов при оценке надежности материалов / Т.А. Гордеева, И.П. Жегина. М.: Машиностроение, 1978. - 200 с.

13. ГОСТ 25.502-79. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. Введ. 1981-01-01. — М.: Изд-во стандартов, 1979.-32 с.

14. ГОСТ 25.504-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости. — Введ. 1983 07 - 01. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 55 с.

15. ГОСТ 27609-88. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Основные положения и требования к проведению и нормативно — техническому обеспечению. — Введ. 1989 01- 01. - М.: Изд-во стандартов, 1988. — 13 с.

16. ГОСТ 8536-79. Заготовки судовых валов и баллеров рулей. Технические условия. — Введ. 1981 01- 01. -М.: Изд-во стандартов, 1979. -31с.

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

18. Золоторевский В. С. Механические свойства металлов / В. С. Золото-ревский. 2-е изд. - М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

19. Иванова В. С. Природа усталости металлов / В. С. Иванова, В. Ф. Терентьев. М.: Металлургия, 1975. - 455 с.

20. Искрицкий Д. Е. Усталость металлов в конструкциях / Д. Е. Искриц-кий. М.: Физматгиз, 1960. - 87 с.

21. Когаев В. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: справочник / В. П. Когаев, Н. А. Махутов, А. П. Гусен-ков. М.: Машиностроение, 1985. - 223 с.

22. Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени / В. П. Когаев. — М.: Машиностроение, 1977. 232 с.

23. Комаров В.В., Курылев А.С. Валопроводы рыбопромысловых судов. 4.1: Конструкция, эксплуатация и общие вопросы проектирования. -Астрахань.: издательство АГТУ, 1997, 166 с.

24. Кохан Н. М. Ремонт валопроводов морских судов : б-чка судомеханика / Н. М. Кохан, В. И. Друт. М.: Транспорт, 1980. - 240 с.

25. Кужахметов Т.А. Разработка и обоснование технологии восстановле- ■ ния работоспособности судовых валов с трещинами при ремонте. Дис.канд.техн.наук.-Астрахань, 2009.-135с.

26. Кудрявцев И. В. Усталость крупных деталей машин / И. В. Кудрявцев и др. М.: Машиностроение, 1981. - 237 с.

27. Кудрявцев И. В. Экспериментальные исследования конструкционной прочности машиностроительных материалов и деталей машин / И. В. Кудрявцев, Н.М. Савина. М.: Машиностроение, 1967. - 228 с.

28. Лахтин Ю. М. Материаловедение / Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. -М.: Машиностроение, 1990. 525 с.

29. Людвик П. Основы технологической механики / П. Людвик // Расчеты на прочность.-М.: Машиностроение. 1971.-Вып. 15.-С. 132-166.

30. Лебедев О.Н. Двигатели внутреннего сгорания речных судов / О.Н. Лебедев и др. М.: Транспорт, 1990. - 328 с.

31. Масол В.А. Сопротивление усталости крупных валов из углеродистой стали в связи с технологией обработки / В.А. Масол, М.Я. Белкин, В.Н. Тарасова//Проблемы прочности, 1971, №5.-с 101-106.

32. Маталин A.A. Технологические методы повышения долговечности деталей машин / A.A. Маталин.- Киев: Техшка, 1971. 142 с.

33. Морозов Н.Ф. Математические вопросы теории трещин / Н.Ф. Морозов. М.: Наука, 1984. - 256 с.35,Олейник Н. В. Выносливость деталей машин / Н. В. Олейник. Киев: Техника, 1979. - 199с.

34. Олейник Н. В. Несущая способность элементов конструкций при циклическом нагружении / Н. В. Олейник. Киев: Наук, думка, 1983. -238с.

35. ОСТ 5.4097-85. Валы судовых валопроводов. Общие технически условия. Введ. 1987- 01- 01. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 106 с.

36. ОСТ 5.9049-78. Валы гребные судовых валопроводов. Типовой технологический процесс упрочнения. Введ. 1980- 01- 01. - М.: Изд-во стандартов, 1978. - 12 с.

37. ОСТ 5.9648-76. Валы судовых валопроводов. Типовые технологические процессы изготовления. Введ. 1978 - 01-01.-М.: Изд-во стандартов, 1976. - 122 с.

38. ОСТ 5.9670-77. Соединения конические судовых валопроводов. Сборка и разборка. М.: Изд-во стандартов, 1977. - 49 с.

39. Партон В.З. Механика упругопластических разрушения / В.З. Партон, Е.В. Морозов. М.: Наука, 1985. - 504 с.