Введение к работе
Актуальность работы. Известно, что преодоление трения в процессе работы оборудования, машин и механизмов поглощает до 30-40% всей вырабатываемой энергии, а потери в промышленности развитых стран вследствие трения и износа достигают 4-5% национального дохода. В этой связи, не являются исключением и подвижные сопряжения в судовой технике.
Эффективность работы судов зависит от надежности функционирования устройств, систем, энергетических установок. Наиболее важной и ответственной составляющей двигательно-движительного комплекса судна является валопровод. Проблема повышения эксплуатационной долговечности судовых валопроводов во многом определяется безотказной работой дейдвудных подшипников (ДІЇ), которые находятся особенно в тяжелых условиях эксплуатации, что вызывает повышенное изнашивание и снижение ресурса ДП.
Основными причинами, ограничивающими применение металлических ДП, являются: износ кормового подшипника, утечка нефтепродуктов в окружающую водную среду вследствие износа манжетных дейдвудных уплотнений (ДУ), что влечет за собой финансовые потери судоходных компаний из-за уплаты штрафов, значительного перерасхода смазочных материалов, а также ремонта ДУ каждые 3-4 года. Тем не менее, количество судов, снабженных металлическими ДП, составляет 35% (45 тысяч судов) мирового гражданского флота.
В настоящее время норма утечки масла из дейдвудной трубы установлена Регистром Ллойда и составляет 6 л/сут. Для мирового флота это дает объем загрязнения водной среды около 80 млн. литров в год при средней годовой наработке судна 6000-7000 ходовых часов. Причем загрязнение морской сферы водным транспортом будет расти соответственно возрастанию значения этого вида транспорта в мировой экономике. Согласно данным Национальной администрации по океанографии и атмосфере США, ожидается, что объем международной торговли возрастет к 2020 г. в 3 раза по сравнению с 1995 г. и 90% перевозок будет осуществляться водным транспортом. Тем временем, в морской политике европейских и других стран указывается полное исключение утечек нефтепродуктов с судов в водную среду к 2020 г.
В связи с этим, в работе рассматриваются актуальные вопросы разработки технологии повышения ресурса, надежности и безопасности металлических ДП и ДУ судовых валопроводов на основе применения магнитных смазочных материалов (МСМ).
Объект исследования - металлические ДП и манжетные ДУ валопроводов судов смешанного (река-море) плавания с судовой энергетической установкой мощностью 1300-2300 кВт.
Предмет исследования - трибологические процессы в металлических ДП и манжетных ДУ.
Цель работы - повышение износостойкости, ресурса и безопасности эксплуатации металлических ДП и манжетных ДУ за счет применения МСМ.
При этом решались следующие задачи:
-
Проанализировать и оценить эксплуатационные и конструктивные особенности металлических ДП, а также рассмотреть современные способы повышения надежности функционирования ДП и ДУ;
-
Разработать технологию получения магнитных противоизносных присадок и смазочных композиций на их основе, а также оценить трибологическую эффективность получаемых МСМ;
-
Разработать технологию применения МСМ в ДП судовых валопроводов и оценить ее эффективность;
-
Провести экспериментальные исследования изнашивания пары трения «вал - втулка» в среде МСМ;
5. Рассчитать ожидаемую экономическую эффективность от внедрения МСМ на судах
различного водоизмещения.
Методы исследования. В проведенных исследованиях применялись теоретический, экспериментальный и расчетно-аналитический методы. Методологической базой диссертационной работы являются исследования таких ученых, как Лубенко В.Н., Комаров В.В., Румб В.К., Гаращенко П.А., Рубин Б.М., Соков Е.В., Болотин В.В., Покудин В.Г., Дроздов Ю.Н., Крагельский И.В., Чичинадзе А.В., Розенцвейг Е.Е., Берковский Б.М.
Научная новизна:
-
Разработана технология получения магнитных противоизносных присадок и смазочных композиций на их основе;
-
Рассчитаны основные физико-химические характеристики магнитных противоизносных присадок;
-
Предложена инновационная технология повышения надежности и безопасности эксплуатации металлических ДІЇ с применением МСМ;
-
Разработана и запатентована конструкция экспериментальной установки для испытаний МСМ на трение и износ.
На защиту выносятся:
-
Результаты анализа и оценки эксплуатационных и конструктивных особенностей металлических ДІЇ, а также современных способов повышения надежности функционирования ДІЇ и ДУ;
-
Технология получения МСМ;
-
Методика расчета физико-химических параметров магнитных присадок;
-
Методика применения МСМ в ДП;
-
Конструкция запатентованной машины трения;
-
Результаты лабораторных и натурных испытаний МСМ на трибологическую эффективность.
Достоверность результатов основана на экспериментальных исследованиях, теоретическом обобщении большого количества исследований отечественных и зарубежных авторов. Использованы современные средства и контрольно-измерительные приборы для измерения триботехнических и физических параметров конструкционных и смазочных материалов: машина трения СМТ-1, электронный микроскоп Quanta 200 3D - SEM/FIB (DualBeam), анализатор размеров частиц HORIBA LB-550.
Расчетно-теоретические исследования и обработка экспериментальных данных проводились с использованием современных лицензионных программных продуктов «Statistica», «Mathcad 14», «Microsoft Office Excel 2007».
Практическая значимость работы:
-
Разработана и предложена к использованию технология применения МСМ в металлических ДІЇ;
-
Проведены экспериментальные исследования изнашивания пары трения «вал -втулка» в среде различных смазочных материалов и композиций на запатентованной машине трения, которые подтвердили высокие триботехнические характеристики магнитных смазочных композиций;
-
Выявлен смазочный состав, рекомендуемый к применению в целях наиболее безопасной и долговечной работы дейдвудных устройств;
-
Выполнены экономические расчеты ожидаемого экономического эффекта от внедрения МСМ на различных судах, результаты которых являются положительными.
Апробация работы. Основное содержание исследований по мере их выполнения докладывалось и обсуждалось: на заседаниях кафедры «Теоретическая и прикладная механика», на заседаниях кафедры «Технология металлов», на заседаниях Ученого совета Механико-технологического института ФГБОУ ВПО «АГТУ»; на ежегодных научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «АГТУ» (2008-2013 г.); VIII-X Московский
международный салон инноваций и инвестиций (г. Москва, 2008-2010 г.); XII Международный салон промышленной собственности «Архимед-2009» (г. Москва, 1-3 апреля 2009 г.); Конкурс инновационных проектов «Каспийский инновационный форум» (г. Астрахань, 8-10 февраля 2009 г.); Международная научная конференция «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2010» (г. Астрахань, 11-14 мая 2010 г.); Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные исследования университетов, интеграция в региональный инновационный комплекс» (г. Астрахань, 13-15 октября 2010 г.); VI Международный симпозиум по трибофатике (Республика Беларусь, г. Минск, 25 октября - 1 ноября 2010 г); V сессия Научного совета РАН по механике деформируемого твердого тела (г. Астрахань, 31 мая - 5 июня 2011 г.); XI Международная конференция «Трибология и надежность» (г. Санкт-Петербург, 27-29 октября 2011 г.); I Международная научно-практическая конференция «Теория и практика промышленного развития экономических систем» (г. Астрахань, ноябрь
-
г.); XII Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи (г. Москва, 26-29 июня 2012 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Исследования молодых ученых - вклад в инновационное развитие России» (г. Астрахань, 10-13 октября
-
г.); Межрегиональный конкурс «Лучший инновационный проект» (г. Астрахань, 2013 г.).
Публикации. Материалы диссертационного исследования опубликованы в 20 научных работах, в том числе 8 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 свидетельства Роспатента.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, 3 приложений. Общий объем работы составляет 173 страницы, 71 рисунок, 43 таблицы. Список использованных источников включает 131 наименование.
