Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных проблем современного дизелестроения является последовательное улучшение удельных энергетических массогабаритных, экономических характеристик, которая наиболее полно решается путем форсирования рабочих процессов. В этих условиях судовые энергетические установки становятся более чувствительны к уровню, характеру эксплуатационных нагрузок и качеству технического обслуживания.
Для судовых ДВС в условиях реальной эксплуатации наиболее характерен широкий диапазон изменения скоростного и нагрузочного режимов, и в связи с этим возникают динамические явления в системе ДВС–гребной винт, которые отрицательно сказываются на техническом состоянии всей энергетической установки.
По мере отклонения параметров СЭУ на эксплуатационных режимах соответствующие расчетные значения динамических характеристик отдельных агрегатов и узлов, а в целом и всей силовой установки, также имеются отклонения относительно расчетных оптимальных уровней колебаний.
Следовательно, экономические, эксплуатационные и технические показатели будут ниже возможных, заложенных в конструкции СЭУ, и по мере наработки эти показатели все больше расходятся.
Работа силовой установки нередко прерывается из-за неожиданных поломок. Анализ технического состояния СЭУ показывает, что из-за поломок постоянно не работает до 20% механизмов. Крайне неприятным обстоятельством является невозможность предсказать поломки.
Большее число непредвиденных дефектов приходится на детали механизмов, которые недоступны для непосредственного контроля. К таким деталям относятся: коленчатый вал, ЦПГ, подшипники и шестерни. Разборка машины с целью контроля состояния отдельных ее узлов сопряжена с большими трудностями и часто бывает неоправданной, приводящей впоследствии к ускорению износа деталей, так как нарушает приработку сопряжений. Цена, которую платим, за неумение определять состояние узлов и деталей машин без их разборки, громадна.
Например, на ремонт СЭУ тратится до 20-25% бюджета организаций и предприятий, а на запасные части расходуется столько же металла, сколько уходит на изготовление новых. Существенно возможно было бы намного сократить эти затраты, если создать приборы, позволяющие точно определить момент, когда те или иные узлы энергетических установок потребуют восстановления своей работоспособности.
Отсутствие системного подхода к анализу физических процессов, вызывающих ухудшение технического состояния машин и механизмов, определяет актуальность разработки новых путей оценки их показателей в условиях эксплуатации и критериев согласования с потребителем.
Практический опыт, накопленный в различных отраслях промышленности и транспорта, свидетельствует о том, что наиболее перспективным направлением совершенствования контроля над протеканием изменений параметров судовой энергетической установки является безразборная диагностика. Разработка и внедрение систем технического диагностирования позволяет повысить надежность СЭУ, сократить трудоемкость ремонтов, существенно улучшить эксплуатационную экономичность и производительность агрегатов, а также прогнозировать остаточный ресурс.
Цель работы. Повышение надежности валовых линий судовых энергетических установок на основе создания средств диагностирования по параметрам крутильных колебаний.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
-
Анализ существующих средств диагностирования крутильных колебаний и на основе этого, формирование физических предпосылок для создания новых технических средств диагностирования, для повышения эффективности их использования в реальных условиях.
-
Исследование динамических характеристик валовых линий СЭУ, возникающих при эксплуатации.
-
Оценка работоспособности вычислительно-измерительного комплекса путем сопоставления результатов расчета с экспериментально полученными данными.
-
Разработка критериев оценки технического состояния валовых линий СЭУ во время эксплуатации.
Методика исследования. При решении поставленных задач использовались как теоретические, так и экспериментальные методы исследований. Расчеты собственных частот валовых линий и амплитуд крутильных колебаний выполнялись математическим моделированием с помощью ПК.
Получение динамических характеристик эксплуатируемых СЭУ осуществлялось безразборным методом с помощью автоматизированного измерительно-вычислительного комплекса.
Сравнительные испытания судовых валопроводных линий с различным техническим состоянием проводились как на лабораторном стенде, так и на различных судах.
Полученные в ходе экспериментального исследования данные обрабатывались на компьютере с применением теории планирования экспериментов. Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена практической реализацией методов и технических средств.
Научная новизна работы, заключается в получении новых экспериментальных результатов и в их теоретическом описании:
-
Разработана методика определения динамических характеристик, основанная на частотном методе, для исследования изменений технического состояния валовых линий СЭУ при усталостной наработке.
-
Проведено математическое обоснование использования частотного метода оценки динамических показателей системы: СДВС – валопровод – грибной винт.
-
Применен автоматизированный измерительно-вычислительный комплекс БАГС-4 для безразборного диагностирования технического состояния валовых линий СЭУ в процессе эксплуатации.
-
Определены критерии оценки технического состояния валовых линий СЭУ во время эксплуатации.
-
Проведена апробация предложенного способа вибродиагностики на силовых установках речных теплоходов.
Практическая ценность работы заключается в том, что представленный способ диагностики технического состояния судовых валовых линий позволяет оперативно и, главное, без дополнительных повреждений конструкций, выявить возникшие в них напряженно-деформационные состояния и оценить остаточную работоспособность деталей.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные положения работы представлялись и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях: межвузовской научной конференции «Философия науки и техники» (г. Новосибирск, 2008г.); I-ой международной научно-практической конференции «Инновации, качество и сервис в технике и технологиях» (г. Курск, 2009г.); IV всероссийской конференции – семинаре «Научно-техническое творчество: проблемы и перспективы» (г. Сызрань, 2009г.); международной конференции «Инноватика – 2009» (г. Махачкала, 2009г.) и научно-технических конференциях в Новосибирской государственной академии водного транспорта в 2007-2009 гг.
Личный вклад автора. Основные научные результаты и положения, изложенные в диссертации, постановка задач, методология их решения и экспериментальное исследование динамических процессов проведены автором самостоятельно.
На защиту выносятся следующие положения:
Результаты теоретических и экспериментальных исследований динамических характеристик валовых линий СЭУ.
Определение технического состояния судовых валопроводов с учетом усталостной наработки.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на нескольких конференциях: на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и инженерно-технических работников речного транспорта и других отраслей (г. Новосибирск, 2007), на межвузовской научной конференции «Философия науки и техники» (г. Новосибирск, 2008), на международной конференции «Инноватика-2009» (г. Махачкала, 2009), на первой международной научно–практической конференции «Инновации, качество и сервис в технике и технологиях» (г. Курск, 2009), на четвертой Всероссийской конференции–семинаре «Научно техническое творчество: проблемы и перспективы» (г. Сызрань, 2009).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в десяти печатных работах, в том числе в четырех статьях периодического издания по перечню ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 151 страницах, состоит из введения, четырех глав и основных выводов по диссертации и содержит 37 рисунков, 7 таблиц. Список литературы включает 89 источника.
