Підвищення ефективності роботи упорних і опорних підшипників ковзання суднових валопроводів

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КОРАБЛЕБУДУВАННЯ ІМЕНІ АДМІРАЛА МАКАРОВА

УДК [629.12-8:621.438]:[621.896:669.018.6]

Підвищення ефективності роботи упорних і опорних підшипників ковзання суднових валопроводів

Спеціальність 05.08.05 - Суднові енергетичні установки

Автореферат

Дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Ломаковська Тетяна Юріївна

Миколаїв 2007

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться 02.07.2007р. у 10_годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 38.060.01 при Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова за адресою: 54025, м. Миколаїв, пр. Героїв Сталінграду, 9

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова за адресою: 54025, м. Миколаїв, пр. Героїв Сталінграду, 9

Автореферат розісланий 01.06.2007р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор Б.Г. Тимошевський

підшипник судновий валопроводів

АННОТАЦИЯ

Ломаковская Т.Ю. Повышение эффективности работы упорных и опорных подшипников скольжения судових валопроводов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.08.05 - судовые энергетические установки, Национальный Университет Кораблестроения, МО Украины, г. Николаев, 2007г.

Валопровод является основным элементов СЭУ обеспечивающим передачу энергии ДВС к винту. В процессе эксплуатации поверхности подшипниковых узлов валопровода неизбежно подвергаются износу. Главной целью исследования является повышение эффективности работы упорных и опорных подшипников скольжения судовых валопроводов. В диссертации предлагается новое конструктивное решение - использование наклонно-эквидистантных поверхностей (НЭП) в подшипниках скольжения. На внутренней поверхности вкладыша предлагается выполнить (НЭП). Для исследования влияния отдельных параметров на работу узла с использованием (НЭП) создана математическая модель. На основании математической модели определены конструктивные параметры смазочного слоя подшипника скольжения, позволяющие реализовать жидкостный режим трения. Построены графики зависимости максимального давления смазочного слоя от конструктивных параметров для каждого эксплутационного параметра - минимальной толщины смазочного слоя. Исследуя графики зависимости максимального давления от различных параметров, определился комплект оптимальных конструктивных параметров смазочного слоя для каждого эксплуатационного параметра. Исследуя комплект оптимальных параметров, был построен график зависимости давления от абсциссы. Эпюра давления по площадке контакта представляет собой фигуру, напоминающую пирамиду, объем которой равновелик нагрузочной способности поверхности контакта. Таким образом, нагрузочная способность определится, как объем тела с известными параллельными сечениями. Представление распределения давления в виде пирамиды дало возможность найти касательные напряжения на площадке, а также коэффициент трения аналитическим путем. В диссертации представлено практическое получение жидкостного трения на примере узла валоповоротного устройства, по декларационному патенту, выполненного в металле. Эксперимент проводился тепловым методом. Наличие жидкостного трения подтверждалось:

- отсутствием металлического контакта, т.е. существованием сопротивления электрическому току и емкости между зубьями, это проверялось с помощью приборов;

незначительным возрастанием температуры в масляной ванне при 2-х часовой работе редуктора без охлаждения.

Диссертация посвящена разработке теории расчета НЭП в подшипниковых узлах судового валопровода. Определены конструктивные решения НЭП, выбраны оптимальные эксплутационные и конструктивные параметры НЭП с учетом технологии изготовления узла. Экспериментальные исследования подтвердили адекватность опытных данных результатам расчетов разработанной математической модели и достоверность полученных результатов.

Ключевые слова: упорные и опорные подшипники скольжения судовых валопроводов, наклонно-эквидистантные поверхности, математическая модель подшипника скольжения; выбор оптимальных эксплутационных и конструктивных параметров НЭП.

АНОТАЦІЯ

Ломаковська Т.Ю. Підвищення ефективності упорних і опорних підшипників ковзання суднових валопроводів. - Рукопис.

Дисертація на одерження учбового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.05 - суднові енергетичні установки, Національний Університет Кораблебудування, Міністерство освіти і науки України, м. Миколаїв, 2007р. Дисертація присвячена розробці теорії розрахунку нахилено-еквідистантних поверхонь (НЕП) у підшипникових вузлах пропульсивного комплексу. У роботі розроблено математичну модель, яка містить розрахункову схему, методику розрахунку робочих параметрів НЕП. Визначені конструктивні рішення НЕП, вибрані оптимальні експлуатаційні та конструктивні параметри НЕП з урахуванням технології виготовлення вузла. Експериментальні дослідження підтвердили адекватність розробленої моделі та достовірність одержаних результатів.

Ключові слова нахилено-еквідистантні поверхні; математична модель; вибір оптимальних, експлуатаційних та конструктивних параметрів НЕП.

SUMMARY

Lomakovskaya T.Y. The uprising of a efectiveness of axial bearing and carrier bearing of marine shafting. - Manuscript.

A dissertation on gaining the degree of Candidate of Technical Sciences, Special 05.08.05 - Marine Power Plants, the National university of shipbuilding, Ministry of Education and science in Ukraine, Mykolayiv, 2007

The dissertation is devoted to elaborating the calculation theory for obliquity equidistant surfaces in friction nodes of marine machines. The mathematical model containing the calculation scheme and calculation methods for operating parameters of obliquity equidistant surfaces have been worked out. The design characteristies of obliquity equidistant surfaces have been determined the optimization of technology - based design and service node parameters has been worked out. The experiments have proved the adequacy of the model and verified the results obtained.

Key words: obliquity equidistant surface, mathematic model, exploitation and designer parameters.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Валопровід є основним елементом СЭУ, що забезпечує передачу енергії ДВЗ до гвинта. Працездатний стан цього елементу визначає живучість судна, безпеку мореплавання і збереження вантажу. Реалізація функціонального призначення валопроводу дозволяє здійснювати рух судна із заданою швидкістю і виконати необхідні зміни траєкторії руху судна. Від ефективності роботи валопроводу залежить екологічність роботи пропульсивного комплексу і величина енергетичних втрат в ньому. Технічний стан валопроводу зумовлює експлуатаційні витрати на обслуговування судна, тривалість і обсяг ремонтних робіт при докуванні судна, визначає тривалість виведення судна з експлуатації . Тому розробка більш досконалих і надійних елементів суднових валопроводів є актуальною проблемою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до тематичного плану Міністерства освіти і науки України № 15/20-148 від 08.02.2001 р., рішення УДМТУ № 15 від 22.11.2000р., секція машинобудування за темою “Вдосконалення теорії проектування конструкцій, трибологічних вузлів і їх елементів при експлуатації в екстремальних умовах”, розділ “Вдосконалення теорії змащування трибологічних вузлів з модифікованими поверхнями контакту” за номером державної реєстрації 0102U001017 (2001-2003 р.р.). На всіх етапах досліджень дисертантка виконувала теоретичні та експериментальні дослідження трибологічних суднових вузлів.

Метою дослідження є підвищення ефективності роботи упорних і опорних підшипників ковзання суднових валопроводів . Для досягнення поставленої в роботі мети були вирішені наступні задачі:

1. Розробка конструктивних елементів підшипника ковзання суднового валопроводу з нахилено-еквідистантними поверхнями (НЕП) .

2. Розробка математичної моделі підшипника ковзання з НЕП для суднових валопроводів.

3. Дослідження впливу режимів роботи і конструктивних розмірів на несучу здатність підшипника і енергетичні втрати в ньому .

4. Створення дослідного зразка вузла валоповоротного пристрою з НЕП. Виконання експериментальних досліджень несучої здатності підшипників з НЕП. Перевірка адекватності розробленої математичної моделі зіставленням з експериментальними даними.

5. Визначення енергетичних втрат у вузлах з НЕП.

6. Розробка документації для проектування раціональних конструктивних підшипників ковзання з НЕП для суднових валопроводів, елементів СЭУ, номінірування режимів їх роботи і організація їх експлуатації.

Об'єктом дослідження в роботі є процеси, що проходять у валопроводі при передачі потужностей від головного двигуна до рушія.

Предмет дослідження є процеси взаємодії суднових валів з упорними і опорними підшипниками ковзання.

Методи дослідження. Для досягнення основної мети дисертаційної роботи використані наступні методи:

математичного моделювання з використанням засобів обчислювальної техніки;

методи непрямих вимірювань параметрів, що характеризують процеси взаємодії елементів з НЕП в реальному масштабі часу;

методи математичної статистики для обробки результатів вимірювань.

Наукове положення, яке виноситься на захист:

Ефективність СЕУ може бути підвищена шляхом застосування у підшипниках ковзання НЕП.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1. Вперше розроблено математичну модель НЕП підшипникових вузлів тертя суднового валопроводу; запропоноване рішення дозволяє забезпечити стійкість гідродинамічного режиму тертя і підвищити несучу здатність навантаження і механічний ККД вузла.

2. Встановлено, що максимальний тиск змащувального шару залежить від поєднання конструктивних параметрів при відповідної товщині змащування.

3. Теоретично показано і експериментально підтверджено, що механічний ККД вузлів тертя з НЕП залишається на високому рівні при зміні навантаження в межах від 50% до 100% від номінального.

4. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень визначені інтервали оптимальних конструктивних і експлуатаційних параметрів, що забезпечують перехід вузла на рідинне тертя:

- кут нахилу поверхонь, що труться б= 1' - 3';

- коефіцієнт k, що дорівнює відношенню довжини еквідистантної поверхні до довжини нахиленої поверхні, складає 0,3;

- довжина похилої поверхні L2 = 17 - 24 мм.

5. За попередніми оцінками підвищення ефективності підшипників судового валопроводу за рахунок застосування НЕП, характеризується:

- збільшенням механічного ККД пропульсивної установки на 2-4 %;

- зниженням витрати палива на 2 - 4 % ;

- зменшенням витрат масла до 30%;

- зменшенням зносу контактних поверхонь, що забезпечує збільшення моторесурсу вузла майже в 2 рази та збільшення терміну служби масла; крім того термін служби масла зростає у зв'язку із зменшенням температури в зоні контакту вдвічі (в'язкість масла не змінюється, в масло не обов'язково додавати антифрикційні добавки).

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці методики вибору конструкційних параметрів підшипникового вузла з НЕП; в створенні вузла валоповоротного пристрою з механічним ККД близько 0,98, розробленого на основі математичної моделі НЕП вузлів тертя, та експериментального стенду щодо його випробувань. Використання НЕП дозволяє забезпечити рідинний режим тертя у вузлах СЕУ, істотно підвищити несучу здатність, механічний ККД, надійність і довговічність роботи вузлів.

Основні результати роботи були перевірені на експериментальному стенді при випробуваннях вузла валоповоротного пристрою. Виконані і упроваджені результати розрахунків в навчальний процес, що підтверджене відповідними актами.

Наведені приклади з використовування НЕП в підшипниках ковзання, а також в крейцкопфах суднових ДВЗ, в яких показано наявність необхідної кількості зон підтримки рухомих деталей і характер розподілу тиску для забезпечення рідинного тертя та центрування деталі в цьому вузлі.

Особистий внесок здобувача. Роботи [1, 3?9] виконані без співавторів. Наведені в опублікованих роботах математична модель; нові технічні рішення, які захищені декларативним патентом на винахід; результати розрахунку схем; методика вибору експлутаційних і конструктивних параметрів; аналіз отриманих результатів і можливості застосування в практиці розроблені і виконані особисто здобувачем. Загальна постановка задачі досліджень, проведених в роботі, належить науковому керівнику. Особистий внесок здобувача також підтверджують самостійні публікації і доповіді на міжнародних наукових конференціях.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися і обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях "Машинобудування і техносфера на рубежі XXI століття" (м. Севастополь, 2001 р., 2002 р., 2003 р., 2004 р.); на міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів, молодих вчених і молодих фахівців "Сучасні проблеми суднової енергетики" (м. Миколаїв, 2003 р.), а також на конференціях професорсько-викладацького складу УДМТУ-НУК (2000, 2002, 2003 і 2004 рр.).

Публікації. По темі дисертаційної роботи опубліковано 8 друкованих праць, зокрема 5 статей у наукових спеціалізованих виданнях (без співавторів 4), отримано 1 деклараційний патент на винахід.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний об'єм дисертації 148 сторінок, зокрема основного тексту 127 сторінок, малюнків 35, таблиць 10, додатків на 20 сторінках, бібліографія містить 109 найменувань. У додатку приведені документи, які підтверджують результати теоретичних досліджень, результати розрахунків, необхідні для розрахунків таблиці і діаграми, довідки про впровадження.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

підшипник судновий валопровід

У вступі представлена актуальність теми дисертації, сформульовані мета і завдання досліджень, вибрані об'єкт і предмет досліджень, визначена методика теоретичних і експериментальних робіт, показана наукова новизна і практичне впровадження результатів роботи.

Перший розділ. Валопровід призначений для передачі гребному гвинту крутного моменту, який передається головним двигуном, а також для сприйняття осьової сили, що створюється гвинтом при його обертанні і передачі її через головний упорний підшипник корпусу судна. До складу типового валопроводу входять гребний вал, іноді вал дейдвуда, проміжні вали, упорний вал, валоповоротний пристрій, підшипники гребного, дейдвудного, проміжного, упорного валів. Підшипники ковзання працюють у тяжких умовах. Вони сприймають нерівномірне консольне навантаження гребного гвинта і приєднаної до нього маси води, динамічні навантаження від ударів гвинта або валу при випадковому зіткненні їх з ґрунтом і додаткові вібраційні зусилля, можливі в експлуатації. Надійність і довговічність роботи пропульсивної установки залежить від надійністі і довговічністі роботи підшипникових вузлів валопроводу. Радикальним методом зменшення зносу є перехід вузлів на рідинне тертя. Існування рідинного тертя можливе при виникненні гідродинамічної підйомної сили, здатної відірвати одну поверхню від іншої. У розділі розглядаються існуючі конструктивні схеми розташування поверхонь, що труться. У існуючих вузлах використовуються дві схеми розташування поверхонь: еквідистантне - коли кожна точка однієї поверхні розташована від найближчої точки другої поверхні на однакових відстанях (у вузлах підшипників ковзання, крейцкопфів-направляючих, поршней-втулок); нахилена - коли поверхня однієї деталі нахилена щодо поверхні іншої поверхні (упорні підшипники ковзання). Автором розроблена нова конструктивна схема відносного розташування поверхонь, що представляє поєднання нахиленої і еквідистантної поверхні у напрямі руху масла. Нахилено-еквідистантні поверхні (НЕП) раніше не використовувалися, але вони утворювалися в процесі експлуатації при приробленні поверхонь деталей. У НЕП розрахункова гідродинамічна підйомна сила виникає і у нахиленій, і в еквідистантній поверхні, що не спостерігалося в схемах з еквідистантними поверхнями. Застосування НЕП дозволяє вузлу працювати надійно відразу після монтажу без експлуатаційного прироблення, яке може бути від декількох годин до декількох місяців. Проведений аналіз досліджень працездатності вузлів елементів СЕУ при загальноприйнятих в гідродинамічній теорії допущеннях. Розглядалися теорії змащування таких відомих авторів, як Рейнольдса, Петрова, Кингсбері, Зоммерфельда, Жуковського, Чаплигина і ін. Величезний внесок до гідродинамічної теорії внесли учені в XX столітті: А.Н. Грубін, А.М. Ертель, А.Н. Петрусевич, М.В. Коровчинський, Н.В. Крагельський, В.И. Дяків, Д.С. Коднір, О.П. Попов, Ф.П. Снеговський, М.Я. Хлопенко і багато інших. Вузли з НЕП технологією можна використовувати і в головному двигуні і в судновому валопроводі (рамові підшипники, мотилеві підшипники, підшипники крейцкопфу, паралелі крейцкопфу, опорні підшипники валопроводу, підшипники пристрою дейдвуду). В результаті робота цих вузлів переводиться на рідинний режим змащування, що веде до різкого зниження тертя, підвищення механічного ККД, пониження температури в зоні контакту, збільшенню моторесурсу. Отже, збільшується ефективність роботи валопроводу, а значить і ефективність судна в цілому. Збільшується термін служби судна. На підставі матеріалів, викладених в літературному огляді поставлені завдання дослідження.

Другий розділ присвячений методології і методикам дослідження підшипникових вузлів суднових пропульсивных комплексів з НЕП технологією. Проведені теоретичні і експериментальні дослідження нахилено-еквідистантного змащувального шару. Теоретичні дослідження виконані інтегруванням узагальненого рівняння Рейнольдса для одновимірного перебігу рідини в серединній площині. Рішення проводилося для двох поверхонь еквідистантної і нахиленої окремо, з використанням початкових і кінцевих умов, а потім стикувалося по величині тиску і градієнту тиску dp/dx. Постійні інтегрування визначалися за початковими умовами: тиск на початку ділянки рівний нулю і тиск в кінці ділянки рівний нулю. В результаті отримана математична модель тиску нахилено-еквідистантного змащувального шару. Визначений максимальний тиск на нахиленій ділянці. Використовуючи формулу максимального тиску, визначилися залежності pmax від різних експлутаційних і конструктивних параметрів. Вплив зміни в'язкості від тиску згідно із законом Баруса враховувався з використанням визначеного інтегрування по частинах у межах того змінного, яке вибране за дійсне. Представлення розподілу тиску у вигляді піраміди, з ламаними по осі x і по осі у дає можливість знайти дотичну напругу на майданчику контакту, а також коефіцієнт тертя аналітичним шляхом.

У дисертації представлено практичне отримання рідинного тертя на прикладі валоповоротного пристрою, по деклараційному патенту, виконаному в металі. Експериментальний стенд (рис. 1) складається з черв'ячного редуктора з нестандартною черв'ячною передачею.

Черв'ячний вал ізольований діелектричними втулками. Передбачений примусовий нагрів масла ТЕНом з регулюванням напруги. Методика проведення експерименту полягала в зіставленні кількості теплоти, що виділяється в зоні зачеплення при необхідному навантаженні за певний інтервал часу (режим 1) з кількістю теплоти, що виділяється ТЕНом, при роботі передачі на холостому ході за аналогічний відрізок часу (режим 2). Температура масла в часі в режимі 2 підтримувалася такою же, як в режимі 1 за рахунок точного регулювання напруги на ТЕН.

Третій розділ присвячений теоретичному дослідженню роботи нахиленно-еквідистантного змащувального шару. Для цього розроблена математична модель НЕП, розрахункова схема якої показана на рис.2.

На схемі зображена рухома із швидкістю U в напрямі протилежному осі x, плоска поверхня 3. Над нею, паралельно їй, на відстані h1 розміщена еквідистантне поверхня AABB, до неї примикає по лінії BB нахилена до поверхні 3 під кутом до поверхні BBCC. Розітнемо конструкцію серединною площиною hOX. Процеси, що відбуваються в змащувальному шарі в серединній площині НЕП, для квазіодновимірної течії вирішуються за допомогою рівняння Рейнольдса, яке для даного випадку приймає вигляд

(1)

де p - тиск в змащувальному шарі;

- динамічна в'язкість масла.

Тиск в змащувальному шарі по рівнянню (1) при загальноприйнятих допущеннях в гідродинаміці знаходиться окремо для еквідистантної поверхні 1 і нахиленої поверхні 2. Прирівнюючи отриманий тиск в точці стиковки B, після інтегрування і визначення постійних інтегрування, враховуючи вимогу плавного переходу кривою тиску в точці B, після проведення необхідних перетворень, отримаємо:

(2)

тут

,

де .

Підставивши у формулу (2) h=h0, (де h0 ордината в точці максимального тиску), отримаємо максимальний тиск в контакті.

. (3)

На підставі отриманого рівняння вибираються конструктивні і експлуатаційні параметри НЕП вузла тертя СЕУ. Як експлуатаційний параметр прийнято параметр h1 - мінімальна товщина змащувального шару. Як конструктивні параметри прийняті: k, , L2. Де k=L1/L2, - кут нахилу поверхонь 2 і 3, L2, L2 - довжина похилої поверхні.

Вплив параметрів на максимальний тиск в змащувальному шарі, представлено на рис.3, рис.4.

З результатів графіка рис.3 найбільше значення pmax одержано при k = 0,3. На рис.4 приведена залежність максимального тиску pmax від кута при різній товщині змащувального шару h1. Максимальний тиск залежить від величини конструктивного параметру і від товщини змащувального шару і знаходиться у вузькому діапазоні зміни , аналогічний максимальний тиск pmax залежить від комбінованого параметра L2, оптимальні значення якого знаходитимуться також у вузькому діапазоні змін і при виході параметра з цього діапазону тиск падає.

У роботі досліджена і проаналізована широка область зміни поточного тиску в змащувальному шарі залежно від абсциси x при різних, конструктивних параметрах. Результат дослідження приведений на рис.5. Крива апроксимується ламаною лінією. Похибка апроксимації достатня для технічних розрахунків.

На рис.6 показана эпюра тиску в серединній площині (ламана A1pmaxC1). Тиск в еквідистантних напрямах падає по лінійному закону до країв площадки до 0.

Епюра тиску на площадці контакту DMNEpmax, з урахуванням рис.2, нагадує піраміду, бічна поверхня якої є поєднанням криволінійних поверхонь, а об'єм її буде рівний інтегралу, тобто, рівновеликий здатності навантаження контактної поверхні DMNE при відповідних розмірах, швидкостях і в'язкості при атмосферному тиску.

(4)

де W - здатність навантаження.

Апроксимація за допомогою ламаної дає можливість врахувати вплив зміни в'язкості від тиску по формулі Баруса за допомогою постійного коефіцієнта S p'max=S·pmax

,

де S - постійна величина, оскільки =const для даного h1, 0 - п'єзокоефіцієнт в'язкості масла. Отже, здатність навантаження з урахуванням формули Баруса при у = 1 буде рівна

Представлення розподілу тиску у вигляді піраміди DMNEpmax з ламаними по осі x і по осі у дає можливість знайти дотичну напругу на площадці DMNE, а також силу тертя на площадці і коефіцієнт тертя. (див. рис.6).

Сила тертя по осі x Fx на половині м площадки DMNE рівна:

.

Сила тертя по осі у Fy на половині площадки DMNE рівна:

.

Сила тертя площадки DMNE рівна:

.

Коефіцієнт тертя:

У четвертому розділі приведені результати експериментальних досліджень вузла з НЕП технологією. Експериментальні дослідження виконувалися на стенді для випробування валоповоротного пристрою. (см.рис.1).

По методиці проведення експерименту, втрати потужності в черв'ячній парі при випробуванні 1 рівні потужності виділеної ТЕНом в масляній ванні редуктора при випробуванні 2. ККД черв'ячної передачі визначався по формулі:

де P1 - потужність, що підводиться, до черв'ячної передачі в режимі 1; P2 - потужність, що виділяється ТЕНом в масляній ванні в режимі 2.

В результаті проведеного експерименту був визначений ККД валоповоротного пристрою з використанням НЕП, рівний з = 0,98, при номінальному режимі, що дозволило припустити наявність рідинного тертя.

Наявність рідинного тертя підтверджувалася:

- відсутністю металевого контакту, тобто існуванням опору електричному струму і місткості між зубами черв'яка і колеса, що періодично перевірялося за допомогою мультиметра ДТ9208А;

- незначним зростанням температури в масляній ванні (до 12?С) при безперервній роботі протягом двох годин без охолоджування редуктора.

Для виключення випадкових помилок, проводилися багатократні дублювання вимірювань на кожному режимі, статистична обробка даних, оцінка анормальності окремих результатів спостережень, вибраковування грубих помилок.

Приведена послідовність розрахунку і порівняльна оцінка ККД нестандартної черв'ячної передачі валоповоротного пристрою щодо стандартної з такими ж геометричними розмірами. Розрахований ККД нестандартної черв'ячної передачі, який склав з=0,98. Адекватність розробленої математичної моделі розрахунковим даним підтвердилася при зіставленні результатів розрахунків з експериментальними даними, де визначилася відповідність процесів, що відбуваються в запропонованій моделі реальним процесам, які відбуваються між НЕП.

У п'ятому розділі вказані можливості використання НЕП технологій в різних вузлах пропульсивного комплексу таких як підшипники ковзання, поршні ДВЗ, крейцкопфи і ін. Конструктивна схема і эпюра тиску змащувального шару у підшипників ковзання показана на рис.7.

При використанні НЕП технологій в пропульсивном комплексі можлива заміна вузлів на модифіковані. Це підшипники пристрою дейдвуда, опорні підшипники валопроводу, рамові, мотилеві, головні підшипники. При заміні цих вузлів на модифіковані, вони переходять на рідинний режим змащування. За попередніми оцінками підвищення ефективності підшипників судового валопроводу за рахунок застосування НЕП, характеризується:

- збільшенням механічного ККД пропульсивної установки на 2-4 %;

- зниженням витрати палива на 2 - 4 % ;

- зменшенням витрати масла до 30%;

- зменшенням зносу контактних поверхонь, що забезпечує збільшення моторесурсу вузла майже в 2 рази та збільшення терміну служби масла; крім того термін служби масла зростає у зв'язку із зменшенням температури в зоні контакту вдвічі (в'язкість масла не змінюється, в масло не обов'язково додавати антифрикційні добавки);

- зменшення зносу поверхонь, що труться.

Провідні фірми світу активно займаються проблемою зменшення зносу поверхонь, що труться. У двигунах виробника Хюндай, Манн Бурмейстер і Вайн при частковому використанні модифікованих поверхонь знос вкладиша головного підшипника двигуна S70MC (випуск 2004р.) на 10000 годин склав 0,01 мм. Зменшення зносу збільшують моторесурс вузла, отже всього СЕУ.

Підвищення ефективності СЕУ при використанні НЕП показано в таблиці 1.

Підвищення ефективності СЕУ шляхом використання модифікованих поверхонь контакту

Таблиця 1

Параметр	До застосування НЕП	Після застосування НЕП
1. Питома витрата палива для двигуна, г/(кВт·год)	171	164
2. Витрата циркуляційного масла (М10Г2ЦС, М10В2С) г/(кВт·год)	1,4	1,35
3. Термін служби циркуляційного масла	заміна зі встановленими нормами	термін служби зростає в 2 рази; заміна масла після періодичного контролю
4. Знос вкладишів підшипників ковзання	до заміни 0,09 ммза 30000 годин	0,01 мм за 10000 годин
5. Механічний ККД вузла	0,95	0,98

Основні висновки і рекомендації:

Наукове положення, що виноситься на захист, полягає в тому, що упорние і опорные підшипники ковзання суднових валопроводів можуть бути переведені на рідинне змащування, тобто ефективність суднової енергетичної установки можна підвищити раціональною профілізацією поверхонь вузлів тертя, застосуванням в них НЕП, що практично виключають металевий контакт.

Наукове завдання, рішенню якого присвячена дисертаційна робота, полягає в розробці укрупненої, наближеної математичної моделі для вивчення, аналізу вузлів тертя з використанням НЕП.

1. Вперше запропонований нахилено-еквідистантний змащувальний зазор, який дозволяє перевести вузли СЕУ в рідинний режим змащування, створена математична модель, яка містить розрахункову схему, елементи теорії розрахунку НЕП, методику розрахунку і вибору робочих параметрів НЕП; проведена оптимізація експлуатаційних і конструктивних параметрів НЕП. На базі математичної моделі спроектований і виготовлений дослідний зразок НЕП на прикладі валоповоротного пристрою, захищеного патентом на винахід.

2. На підставі теоретичних досліджень зроблено припущення про виключення металевого контакту у валоповоротному пристрої з використанням НЕП, а розрахований при цьому його ККД, завдяки наявності лише рідинного тертя, склав близько 0,98.

3. Експериментальні дослідження на дослідному зразку валоповоротного пристрою, захищеного патентом, засвідчили рідинне тертя, яке підтверджувалося відсутністю металевого контакту, тобто існуванням електричного опору і місткості між зубами черв'яка і черв'ячного колеса, а також неістотним для такої передачі зростанням температури в зоні контакту, яка за дві години роботи піднялася від 14,5?С до 25,5?С.

4. За експериментальними даними непрямим методом визначений ККД валоповоротного пристрою, який в межах довірчого інтервалу відповідає теоретичному, що підтвердило адекватність математичної моделі експериментальним даним.

5. Встановлено, що енергетичні втрати в підшипникових вузлах з НЕП мало залежать від навантаження при зміні її в межах 50...100 % від номінальної.

6. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень визначені інтервали конструктивних і експлуатаційних параметрів, що дозволяють реалізувати рідинний режим тертя:

- кут нахилу поверхонь, що труться, (б) складає від 1 хвилини до 3 хвилин;

- коефіцієнт k, що дорівнює відношенню довжини еквідистантної поверхні до довжини нахиленої поверхні, складає 0,3;

- довжина похилої поверхні L2 = 17 - 24 мм.

7. Встановлено що використання підшипників ковзання з НЕП, дозволяє:

- збільшити механічний ККД пропульсивної установки на 2-4 %;

- зменшити витрати палива СЕУ на 2 - 4 % ;

- збільшити термін служби масла у вузлах валопроводу в 2 рази;

- збільшити довговічність підшипникових вузлів валопроводу у 2 рази.

8. Понижений рівень шумності роботи підшипникових вузлів.

9. Понижений рівень вібрації.

10. Понижено екологічне навантаження на навколишнє середовище.

ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ломаковская Т.Ю. Улучшение условий смазки поверхностей с применением нестандартных форм контакта // Зб. науковіх праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 2002. - №3 (381). - с 129-136.

2. Кипреев Ю.Н., Ломаковская Т.Ю. Несущая способность смазочного слоя в контактах плоских поверхностей // Международный сборник научных трудов . Прогресивные технологии и системы машиностроения. Донецк: ДГТУ, 2002 выпуск 20. - с 184-194.

3. Ломаковская Т.Ю. О касательных напряжениях в наклонно эквидистантном смазочном слое // Проблеми трибології (Problems of tribology). - Хмельницкий: ТУП, 2003. -№2. - с 163-167.

4. Ломаковская Т.Ю. Теоретические основы расчета наклонно-эквидистантного смазочного слоя. // Зб. наукових праць НУК. - Миколаїв: НУК. - 2004. - №5(398). - с.27-91.

5. Деклараційний патент 33207А Україна, МП6 7 F16H1/16 Червячна передача Ломаковської / Т.Ю. Ломаковська (Україна). - №2000052745; Заявлено 15.05.2000; Опубл. 15.06.2001; Бюл.№5.

6. Ломаковская Т.Ю. К вопросу эффективности червячных передач // Сб. трудов VIII международной научно-технической конференции. Донецк: ДонНТУ, 2001. Т.1. - с 273-274.

7. Ломаковская Т.Ю. Теория расчета наклонно-эквидистантного смазочного слоя// Сб. трудов X международной научно-технической конференции. Машиностроение и техносфера XXI века. - Донецк: ДонНТУ, 2003. Т.2. - с.170-180.

8. Ломаковская Т.Ю. О вопросах технологии изготовления нестандартной червячной передачи. // Машиностроение и техносфера на ребеже XXI века: Сборник трудов международной научно-технической конференции в г. Севастополе 13-18 сентября 2004г. В 4-х томах. - Донецк: ДонГТУ, 2004. т.2 - с.166-169.

9. Ломаковская Т.Ю. К вопросу о применении наклонно-эквидистанных поверхностей в узлах трения элементов СЭУ // Зб. наук. праць НУК. - Миколаїв: НУК, 2006. - № 2.(407) с 104-108.

Размещено на Allbest.ru

...