Введение к работе
Актуальность исследования. В решениях ХХУП съезда КПСС предусматривается дальнейшее развитие речного транспорта. В двенадцатой пятилетке перед речным транспор -том поставлена задача увеличить объем перевозок грузов на 9-11%, особенно на реках Сибири, Дальнего Востока и на малых реках, развивать перевозки грузов в большегрузных составах, продлить период гарантированной навигации на магистральных реках. Кроме этого предусмотрена необходимость существенной интенсификации исполь -зования речных судов.
Одной из основных проблем продления навигации на реках является повышение надежности валопроводов при эксплуатации судов в ледовых условиях.
Такие факторы, как ограниченные' габариты судового хода, мелководье, извилистость фарватера, наличие шлюзов, высокие скорости течения, недостаточность или даже отсутствие навигационных знаков, отсутствие оборудованных причалов,накладывают определенные требования к проектированию судов речного флота и к выбору его энергетической установки.
Ходкость и маневренные качества судов на чистой воде и в ледовых условиях обеспечиваются при безусловной надежности энергетических установок и, в частности, систем двигатель-валопровод-движитель (ДВД).
Надежность систем ДВД при воздействии на нее динамических нагрузок от крутильных колебаний подробно исследована для морских судов.
В отличие от морских речные суда имеют ряд конструктивных и эксплуатационных особенностей и прежде всего:
линии валопроводов значительно корочэ; шире набор элементов
валопровода (зубчатые и высокоэластичные муфты, реверс-редуктора, дополнительный отбор мощности от главных двигателей и т.п.) ;
значительный объем маневренных операций;
длительная работа СЭУ на долевых режимах с пониженной частотой вращения ;
турбинный режим вращения валопроводов на многовальных судах;
эксплуатация СЭУ на мелководьи ;
специфика работы б ледовых условиях (небольшие осадки, бортовое расположение движителей и т.п.).
Учитывая эти особенности, неправомерно полностью распространить на речные суда результаты исследований валопроводов морских судов.
В связи с этим возникает необходимость проведения исследований системы ДВД, направленных на обеспечение эксплуатационной надежности и долговечности судов речного флота. Создание работоспособных элементов валопровода возможно только на базе исследований их поведения в условиях эксплуатации при действии динамических нагрузок переменного крутящего момента на чистой воде и в ледовых условиях, При этом, основное внимание уделено таким вопросам, кото -рые ранее достаточно подробно не рассматривались, а именно: влия -ние вращения валопроводов в турбинном режиме на работоспособность высоко эластичных муфт и исследования нагрузок, свойственных валопроводам речных ледоколов и судов ледового плавания.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состоит в повышении надежности и долговечности элементов валопроводов.
Для выполнения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
исследование крутильных колебаний валопроводов, вращающихся в турбинном режиме, и влияние этого режима на работоспособность высокоэластичных муфт; .методика расчетной оценки долговечности высоко-
эластичных муфт по результатам их терыометрирования и торсиогра-фирования валопроводов ; исследование нагрева муфт под действием динамических нагрузок от крутильных колебаний с учетом отвода тепла через валопровод; исследование нагрузок, свойственных валопро -водам речных судов ледового плавания и разработка рекомендации по требуемому усилению валопроводов речных судов при длительной эксплуатации их в ледовых условиях.
Методика исследования и достоверность результатов базируются и обеспечены
использованием обобщенной исходной информацией по существующим способам оценки крутильных колебанкй валопроводрв, допускаемых напряжений и моментов для валов и упругих муфт валопроводов, методов их расчета ;
аналитическими решениями, подтвержденными экспериментальными данными, полученными на судах ;
апробированными методиками при постановке экспериментов ;
проведением экспериментальных исследований с использованием бесконтактной тензометрической аппаратуры фирмы Филипс о оценкой корректности полученных результатов методами математической статистики.
Научная новизна исследования. В процессе исследований получены и выносятся на защиту следующие основные положения и результаты:
установлено, что вращение валопровода в турбинном режиме оказывает существенное влияние на работоспособность и срок службы высокоэластичных муфт. Развит существующий метод расчета крутильных колебаний валопровода применительно к турбинному режиму ;
разработан метод расчетной оценки долговечности высокоэластичных муфт в многовальных установках при расположении основного резонанса одноузловой (валопроводной) формы колебаний, нагружающего эластичную муфту, в зоне пусковых частот вращения двигателя ;
- б-
предложен метод расчетного определения температуры нагрева резинокордных оболочек высокоэластичных муфт типа МЭНШ;
получена математическая модель статистического описания амплитуд переменных крутящих моментов, действующих в валопроводах речных ледоколов и судов ледового плавания;
определены эквивалентные моменты, соответствующие нагрузкам в элементах системы ДВД, возникающим при взаимодействии гребного винта со льдом.
Практическая ценность работа состоит в обеспечении эксплуатационной надежности элементов системы двига-тель-валопровод-движитедь. В частности, определена периодичность и последовательность контрольных осмотров высокоэластичных муфт, позволяющая производить замену резиновых элементов в зависимости от характера их деформаций.
Выполнена расчетная оценка долговечности высокоэластичных муфт, позволяющая в процессе приемо-сдаточных исшланий головного теплохода на стадии торсиографирования валопроводов и термометрирования муфт прогнозировать их срок службы. Это позволяет своевременно приобретать новые резинокордные элементы муфт, исключить тем самым практику получения в ЗИП резинокордных элементов с момента постройки теплохода, так как при длительном хранении (8-Ю дет) их крутильные и прочностные характеристики существенно ухудшаются , а срок службы или долговечность снижаются.
Предлагаемые основные положения расчета крутильных колебаний валопровода при его вращении в турбинном режиме используются на стадии разработки технического проекта судна для оценки предварительной запретной зоны частот вращения главного двигателя.
Использование метода расчетного определения температуры нагрева резинокордных оболочек высокоэластичных муфт типа ИЭШ позволяет на стадии проектирования валопроводов оценить допустимость применения данных муфт.
Предложенная математическая модель статистического описания а** плитуд переменных крутящих моментов позволяет осуществлять оценку усталостной прочности промежуточных и гребных валов речных ледоколов и судов ледового плавания на стадии их проектирования.
Разработаны рекомендации по определению диаметров промежуточных и гребных валов, обеспечивающие усталостную прочность при длительной эксплуатации в ледовых условиях.
Реализация результатов работы. Результаты исследований высокоэластичных муфт с оценкой их долговечности нашли практическое применение в пароходствах ВОРП, МРП, СЗРП, КРП, Енисейском речном пароходство и др., эксплуатирующих пассажирские теплоходы проектов 92-016, Ку-040А, Ку-040, Ку-056, 301, 302 и грузовые теплоходы проекта 0225. На основании исследования турбинного режима судовладельцами установлены ограничения работы энергетической установки (введение запретных зон частот вращения главных двигателей, допустимое время вращения в этих зонах) на пассажирских судах тех же проектов.
Результаты натурных испытаний и теоретических исследований работы судов в ледовых условиях использованы Ленинградским институтом водного транспорта при разработке руководящего документа: "Инструкция. Требования к расчету и проектированию открытых гребных винтов и валопроводов судов ледового плавания", РД 212.0147-87, и ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова при выполнении работы выпуска 16574: "Исследование динамики движительно-двигательных комплексов и разработка методик расчета прочности комплексов валопровод-двигатель для ледоколов и судов ледового плавания", 1988.
Предложенные методы торисографирования валопроводов и термо-метрирования высокоэластичных муфт включены в ГОСТ 26046-83: "Общие требования к испытаниям на крутильные колебания". Метод расчета крутильных колебаний валопроводе применительно к турбинному режиму, метод расчетного определения температуры нагрева резинокорд-
ных оболочек высокоэластичных цуфт и математическая модель статистического описания амплитуд переменных крутящих моментов используются в НПО "Судостроение" Минречфлота при проектировании валопро-
водов.
Экономический эффект от внедрения результатов работы, подтвержденный актами внедрения, составил 126,9 тыс.руб.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на секции "Продление навигации" ХХУП научно-технической конференции ГИИВТа (г.Горький, 1984), на научно-производственном симпозиуме А/0 Вяртсиля по опыту эксплуатации речных ледоколов с осадкой 2,5 ы .(г.Москва, 1984), на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения надежности судовых валопроводов" (г.Ленинград, 1988).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 17 печатных работ и получено одно авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем ра б.о ты. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 167 на именований и б приложений. Основная часть работы содержит /36 страниц' машинописного текста, 37 таблиц и 15 рисунков.
