Содержание к диссертации
стр.
Состояние вопроса и задачи исследования 8
Расчет долговечности гребных валов с трещинами в зависимости
от их расположения и характера 55
3.1 Долговечность гребных валов с трещинами в зависимости от
их начального размера 55
стр.
Расчет долговечности гребных валов с трещинами, перпендикулярными к оси вала в районе шпоночного паза 81
Расчет долговечности гребных валов с трещинами, наклонными к оси вала в районе шпоночного паза 86
Оценка долговечности гребных валов при наличии в них одновременно несколько трещин 88
Выводы 90
Пути продления долговечности гребных валов с трещинами .... 92
Расчет долговечности гребных валов с трещинами при эксплуатации ДВС на долевых режимах 92
Экспериментальная проверка методики прогнозирования долговечности на образцах-моделях судового вала 106
Выводы 109
Рекомендации по использованию результатов исследования 111
стр.
Приложение А. Построение диаграммы усталостного разрушения и определение постоянных величин пи с для моделей судовых валов. ... 128
Приложение Б.1. Исходные характеристики судов для расчета долговечности гребных валов с трещинами 130
Приложение Б.2. Результаты расчета эквивалентных напряжений ... 132 Приложение Б.З. Расчет долговечности гребного вала с трещинами танкера дедвейтом 1000 т вьетнамской постройки 135
Введение к работе
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.
