Підвищення експлуатаційної надійності суднових відцентрових насосів

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МОРСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Спеціальність 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту

УДК 621.431.74.002

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНОЇ НАДІЙНОСТІ СУДНОВИХ ВІДЦЕНТРОВИХ НАСОСІВ

Кошманов Микола

Олександрович

Одеса - 2010

Дисертація є рукопис.

Робота виконана на кафедрі «Судноремонт» Одеського національного морського університету Міністерства освіти і науки України (м. Одеса).

Науковий керівник:

доктор технічних наук Сторожев Валентин Павлович, професор кафедри «Судноремонт» Одеського національного морського університету Міністерства освіти і науки України (м. Одеса).

Офіційні опоненти доктор технічних наук Івановський Валерій Георгієвич, Завідувач кафедри «Суднові енергетичні установки і технічна експлуатація» Одеського національного морського університету Міністерства освіти і науки України (м. Одеса).

кандидат технічних наук, професор Колегаєв Михайло Олександрович декан судномеханічного факультету Одеської національної морської академії Міністерства освіти і науки України (м. Одеса)

Захист дисертації відбудеться «10» червня 2010 р. в 1200 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.060.01 в Одеському національному морському університеті за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Мечникова, 34.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Одеського національного морського університету за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Мечникова, 34.

Автореферат розіслано «06»__травня____ 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 41.060.01 к.т.н., доцент Лукаш Е. П.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Україна в недалекому минулому була економічно розвиненою республікою і мала великий морський флот, з розвиненою суднобудівельною промисловістю і ремонтною базою, яка забезпечувалася високим потенціалом фахівців виробництва, науково-технічними працівниками і екіпажами суден. Проте в даний час в Україні залишилася морально і фізично зношена на 80 % техніка з низькою гарантованою експлуатаційною довговічністю і недостатнім фінансуванням. І це не дивлячись на те, що існує програма розвитку України як морської держави.

Аналіз показує, що на енергетичну систему судна доводиться близько 70 % відмов, на допоміжні механізми близько 22 % і на решту об'єктів порядка 8 %. При цьому практично всі типи суден мають велику кількість відцентрових насосів різного призначення. Так на танкерах дедвейтом 100 тис. тонн загальна кількість різних насосів досягає близько 250, з них до 60 %, тобто порядка 150 -- це відцентрові насоси. Від справної їх роботи протягом прийнятих нормативів багато в чому залежить функціональна безпека суден.

Тим часом, відцентрові насоси не мають належної експлуатаційної довговічністі. Крім того, довговічність їх деталей сильно різниться навіть для одного типу насосів. Прийняті технології і матеріали для виготовлення деталей відцентрових насосів вибираються в даний час по-старинці і без врахування можливостей сучасних наукових досягнень і передових технологій, які негативно впливають на експлуатаційну довговічність цих виробів і в цілому на довговічність транспортної техніки та її безпеку і екологічність.

Тому проведення досліджень, направлених на підвищення терміну служби як окремих деталей відцентрових насосів, так і цих допоміжних механізмів суднової техніки в цілому є актуальною проблемою, чому і присвячена дана дисертація.

Актуальність вибраної теми дисертаційної роботи і необхідність її виконання набувають ще більшої гостроти і науково-прикладного значення у зв'язку із застарілим морським флотом України і необхідністю економного витрачання засобів, які забезпечують при ремонті і відновленні деталей отримання найбільш високих експлуатаційних показників.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає вимогам України «Про комплексну програму утвердження України як транзитної держави у 2002-2010 роках», а також ухвали Кабінету Міністрів України «Про затвердження Програми створення та функціонування національної мережі міжнародних транспортних коридорів в Україні». Дані наукові дослідження виконувалися в рамках робіт, що проводяться на кафедрі «Судноремонт» Одеського національного морського університету по темі «Підвищення ефективності судноремонту шляхом розробки технологічних методів теоретичних основ виробництва і організації принципів управління» (№ держреєїстрації УДК 621.432.74.004.5).

Мета і задачі дослідження. Мета дослідження -- підвищення експлуатаційної довговічності суднових відцентрових насосів.

Для досягнення мети були поставлені задачі:

Ш зібрати і узагальнити дані про розвиток дефектів і відмов суднових відцентрових насосів;

Ш визначити вплив перекачуваних середовищ на утворення дефектів деталей суднових відцентрових насосів;

Ш розробити технології зміцнення деталей суднових відцентрових насосів з проведенням експериментальних досліджень;

Ш визначити можливість використання нових технологій стосовно ремонтного виробництва з прогнозуванням підвищеної довговічності суднових відцентрових насосів;

Ш визначити можливості застосування нових технологій в суднових умовах.

Об'єкт досліджень -- процеси дефектоутворення деталей і їх вплив на експлуатаційну довговічність суднових відцентрових насосів.

Предмет досліджень -- деталі суднових відцентрових насосів.

Методи досліджень -- отримання і математична обробка даних експлуатації суднових відцентрових насосів в заводських і експлуатаційних умовах, експериментальні дослідження в лабораторії з розробкою нових технологій, математичне прогнозування ефективності технологій при експлуатації.

Наукова новизна

вперше

Ш поставлена і вирішена проблема підвищення експлуатаційної довговічності суднових відцентрових насосів, що охоплює в комплексі всі основні деталі.

Ш - встановлено вплив перекачуваних насосами середовищ на розвиток дефектів і відмов по складовим конструкціям деталей, що дозволило розробити індивідуальні технології підвищення їх експлуатаційної довговічності.

вдосконалено

Ш методи підвищення довговічності деталей відцентрових насосів, прийнятні для умов ремонтного виробництва;

Ш метод фрикційного зміцнення валів насосів;

Ш нове мастило для підвищення довговічності підшипників кочення;

Ш композиційний матеріал для виготовлення ущільнень валів, що володіє високою довговічністю;

Ш метод хімічного нікелювання для підвищення експлуатаційної довговічності складних поверхонь корпусів і робочих коліс суднових відцентрових насосів

отримали подальший розвиток

Ш методи оцінки ефективності зміцнення деталей стосовно експлуатаційної довговічності.

Практичне значення отриманих результатів.

1. З урахуванням можливостей судноремонту розроблені нові технології, які дозволяють збільшувати довговічність основних деталей суднових відцентрових насосів від 2-х до 5 разів.

2. Розроблена конструкція ущільнення валів з нового комбінованого матеріалу, виготовлення якої легко здійснено в судноремонті.

3. Розроблені рекомендації, направлені на підвищення експлуатаційної довговічності відцентрових насосів, які пропонуються застосовувати при проектуванні, ремонті і експлуатації суднових відцентрових насосів. Отримані акти про впровадження.

4. Результати досліджень використовуються в учбовому процесі кафедри «Судноремонт» Одеського національного морського університету.

Особистий внесок здобувача. Спільно з науковим керівником проведено вибір напрямку досліджень і теми дисертації. Самостійно виконані збір і обробка даних експлуатації, проведення експериментів і їх обробка, написання дисертації. По окремих напрямах роботи користувався консультаціями і радами наукових авторитетів, що виразилося в співавторстві в статтях.

Достовірність результатів досліджень. Робота виконувалася на основі вивчення великої кількості експериментальних даних в лабораторних і виробничих умовах, а також в період експлуатації відцентрових насосів з математичною обробкою даних, включаючи планування експериментів.

Використані нормальні засоби вимірювань із заданою точністю, результатів, що дозволили провести порівняльну оцінку, по імовірнісних критеріях, отриманих при обробці великого масиву експериментальних даних.

Апробація результатів досліджень. Основні роботи, представлені в дисертації, докладалися і отримали позитивну оцінку на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Одеського національного морського університету за період 2004-2007 рр., на ХІІ міжнародній науково-технічній конференції 15-22 вересня 2005 р., Донецьк, Україна, на Міжнародній науково-практичній конференції «Сучасні інформаційні і інноваційні технології на транспорті», 25-27 травня 2009 р., Херсон, Україна; на ІІІ Міжнародній науковій конференції «Сучасні досягнення в науці і освіті», 16-23 вересня 2009 р., Тель-Авів, Ізраїль.

Публікації. Основні результати наукових досліджень опубліковані в 15 наукових працях, зокрема 12 в спеціалізованих наукових працях, які входять в перелік ВАК України, 3 в матеріалах і тезах міжнародних науково-технічних конференцій. Без співавторів опубліковано 4 статті.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається з введення, 6 розділів з виводами по кожному розділу, загальних виводів по дисертації, списку використаних літературних джерел, додатків. Основний текст займає 168 стор., список використаних джерел включає 72 найменування на 6 стор., ілюстрацій 47, таблиць 22.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ «Літературний огляд. Мета і завдання досліджень» присвячений літературному огляду з метою визначення стану проблеми довговічності суднових відцентрових насосів і на цій основі вибрати тему дисертації з визначенням головних завдань досліджень.

Встановлено, що довговічності насосів присвячений ряд робіт. Проте комплексні дослідження по всіх деталях, включаючи робочі колеса і корпуси, по єдиній методиці встановлення дефектів і аналізу причин їх освіти не здійснювалися. Тому викладені дані носять розрізнений характер, як і технологічні засоби ремонту, що призначаються.

В результаті аналізу наявних матеріалів встановлена актуальність напряму досліджень, позначена наукова проблема, вибрана тема дисертації і сформульовані завдання, що підлягають виконанню. Цей блок питань викладено по рекомендації ВАК України у введенні.

У другому розділі «Експлуатаційна надійність відцентрових насосів» розглянуто питання про вибір і конкретизацію об'єктів досліджень. Показана різноманітність суднових відцентрових насосів за призначенням і конструкціям.

В процесі експлуатації суднових відцентрових насосів на робочих поверхнях деталей виникають дефекти і пошкодження. Вони мають різну природу походження і виявляються у вигляді зносу, трещиноутворювання, корозії, ерозії, фретинг-корозії, а у ряді випадків поломок.

Отримані дані по відсотковому співвідношенню експлуатаційних пошкоджень деталей суднових відцентрових насосів, встановлений їх вплив на формування відмов.

Визначені характерні дефекти основних деталей суднових відцентрових насосів і їх роль у визначенні надійності при експлуатації.

На основі отриманих даних по дефектоутворенню і застосуванню сучасних технологій відновлення деталей суднових відцентрових насосів можливе прогнозування їх довговічності.

Серед всіх видів дефектів переважає знос, для валів до 85 %, для робочих коліс до 77 %, для підшипників до 43 %, для ущільнень до 62 %. Для корпусу насоса переважаючою є кавітація до 58 %.

Визначені питома вага і час дії дефектів на відмови деталей суднових відцентрових насосів. Вони носять випадковий характер і імовірнісне явище. Це дає можливість при статистичній обробці інформації про відмови визначити вірогідність безвідмовної роботи, щільність вірогідності, інтенсивність відмов.

Як джерело інформації про відмови деталей суднових відцентрових насосів нами використана експлуатаційна і ремонтна документація, при цьому враховувалися такі характеристики як матеріали, характер дефекту, час і причини їх виникнення, середній час безвідмовної роботи, число відмов, час простою із-за відмов в експлуатації, трудомісткість ремонту і відновлення. Визначені фактичні показники безвідмовності суднових відцентрових насосів.

Область застосування даних досліджень можлива при ремонті відцентрових насосів на судноремонтних заводах і технічному обслуговуванні на суднах силами екіпажа.

Третій розділ «Методика проведення досліджень» присвячений питанням методики проведення досліджень. Він складається з двох підрозділів. Спочатку розглянутий загальний підхід до вибору зміцнюючих технологій і методів випробувань. Певну складність представляла не кількість деталей з необхідністю підвищення їх довговічності з урахуванням можливостей судноремонту, наскільки різноманітність технологій, які слід було застосувати і використовувати для кожного виду деталей відцентрових насосів, валів, підшипників, ущільнень, корпусів і робочих коліс.

Для підвищення експлуатаційної довговічності суднових відцентрових насосів необхідно розробити і використовувати різні технології зміцнення робочих поверхонь і створити або застосувати відомі випробувальні лабораторні засоби. Враховуючи економічні сучасні можливості підприємств, доцільно проводити випробування на зразках з метою отримання експериментальних даних ефективності даних технологій. Особливу трудність призначення технологій зміцнення робочих поверхонь реальних насосів представляють складні, об'ємні форми корпусів і робочих коліс, що до того ж виготовляються для різних типів насосів з різних металевих сплавів.

Для вибраних методів і технологій ремонту застосована математична обробка даних по всіх деталях насосів з урахуванням ефективності складових. Крім того розраховані погрішності засобів вимірювань і випробувань, а також достовірність отриманих результатів.

У четвертому розділі «Розробка методів, що підвищують термін служби основних деталей суднових відцентрових насосів» розглянуті розроблені методи для підвищення терміну служби основних деталей суднових відцентрових насосів за винятком корпусів і робочих коліс. Заздалегідь виконаний узагальнений аналіз дефектів і пошкоджень деталей відцентрових насосів для вибраних типів. В результаті встановлено, що для підвищення терміну служби валів доцільно використовувати високошвидкісне фрикційне зміцнення з утворенням білих шарів. Оскільки ця технологія для валів відцентрових насосів в практиці судноремонту не застосовувалася, то ця обставина привела до необхідності проведення досліджень з визначенням перспектив її рекомендацій. Для здійснення експериментів було створено пристосування до токарного верстата, яке складалося з фрикційного диска (70 м/с) із сталі У8 і приводу до нього із закріпленням на супорті токарного верстата. Вибір високовуглецевої сталі для диска був продиктований відомим ефектом дифузії вуглецю з матеріалу диска і із зовнішнього середовища в матеріал деталі, що сприяло при високих швидкостях тертя утворенню якісніших білих шарів.

На рис. 1 показано розподіл мікротвердості (крива 1) і відносної зносостійкості (крива 2) по глибині зміцненого шару.

Машинний час обробки зразків із сталі О9Г2 або сталі 40Х13 складав порядка 40 секунд. При цьому відносний знос, як це видно по кривій 2, зменшився до чотирьох разів в порівнянні із загартованою сталлю. Крім того, таке фрикційне зміцнення понизило різницю електродних потенціалів між сталевим валом і бронзовим робочим колесом до 0,013 В, що дало зниження корозії валу на 25-30 відсотків. Відзначимо, що до зміцнення загартована сталь О9Г2 мала після шліфування електродний потенціал - 0,49 В. Цю важливу обставину слід враховувати при ремонті або виготовленні валів відцентрових насосів, на які напресовуються робочі колеса з бронзи.

Зміцнення на білий шар привело до збільшення граничного навантаження, сприйманої дослідженої пари, що видно по рис. 2 для різних середовищ.

Криві: 1 - без зміцнення, морська вода;

2 - зміцнення на білий шар, морська вода;

3 - без зміцнення, нафтопродукт; 4 - зміцнення, нафтопродукт

Наступним об'єктом досліджень були вибрані підшипники кочення суднових відцентрових насосів. Аналіз показав, що частка пошкоджень підшипників кочення складає більше 20 % від всіх інших відмов. Це приводить до необхідності виводу з експлуатації насосів і проведення робіт по заміні підшипників на нові. Оскільки підшипники використовують стандартні, то для підвищення їх довговічності ухвалено рішення розробити ефективніший змащувальний матеріал, або використовувані імпортні фірмові ALANI-2, або вітчизняні Солідол З і мастило (1-13). Були проведені дослідження за визначенням зносостійкості і здатності навантаження матеріалів, з яких виготовляють підшипники кочення, включаючи сепаратори. При цьому враховувалися нами дані по статистичній обробці відмов підшипників кочення в суднових відцентрових насосах, по яких частка на сепараторах складала 47 %, а на пошкодження кульок і опорних кілець доводилося 53 %, включаючи їх знос і піттинг від втоми.

Узагальнені дані експериментів по впливу добавок до базових масел на відносний знос пар кочення представлений на рис. 3, де номери позицій відповідають випробовуваному маслу. Вплив масел на відносний показник настання втомного руйнування кульок показаний на рис. 4.

Ці лабораторні результати дозволили провести випробування безпосередньо на шести відцентрових насосах із застосуванням морської води.

Підсумовуючи приведені дані по випробуваннях можна зробити висновки.

Не змінюючи конструктивні і всі інші характеристики підшипників кочення відцентрових насосів, можна добитися істотного підвищення їх зносостійкості втомної міцності за рахунок поліпшення властивостей вживаних базових мастил.

Використання порошків міді у вигляді добавки до солідолу С або мастилу (1-13) ефективніше за умови виникнення виборчого перенесення, що стимулює наявність в мастилі гліцерину.

Мастило, що містить окислювальну добавку у вигляді порошку перманганату калія з невеликим відсотком дифениламида дає збільшення втомної міцності підшипників кочення в два рази в порівнянні з патентованим мастилом ALANI-2. Ця присадка, раніше запропонована, не перевірялася на підшипниках тертя кочення. Тому отримані результати, які приведені в цій роботі, володіють новизною.

Далі виконувалося поставлене завдання підвищення довговічності ущільнень валів суднових відцентрових насосів

Аналіз причин скорочення часу експлуатації суднових відцентрових насосів свідчить про істотну роль ущільнень, частка яких по зносу складає порядка 60 % у відмовах, що доводяться в сукупності на поверхні валів, підшипників, робочих коліс і корпусів. Проте, якщо прийняти всі пошкодження ущільнень за 100 %, то їх зносу припадає на частку 62 %, поломок - 27 %, тріщин і інш. - 11 %. Для різних конструкцій ущільнень насосів це співвідношення може декілька мінятися, але частка зносу все одно залишається найвищою. У всіх випадках вихід з ладу ущільнень викликає необхідність зупинки насосів з подальшою розробкою деталей, заміною їх на нові або проведення відновних робіт. Було також показано, що застосування добавок до консистентних масел можна значно збільшити довговічність підшипників кочення. При вирішенні проблеми підвищення терміну служби ущільнень було зроблено припущення про можливе використання розглянутих раніше добавок для вирішення поставленої мети

1 -ALANI-2 без добавок - еталон порівняння; 2 - Солідол С без добавок;

3 - Мастило (1-13) без добавок; 4 - Солідол С+си, 5 %;

5 - Солідол С + МоS2, 5 %; 6 - Солідол С + графит, 3 %;

7 - (1-13)+ Сu, 5 %; 8 - (1-13) + MoS2, 5 %; 9 - (1-13) +графит, 3 %;

10 - Солідол С + KMпO4, 4% + дифеніламін, 0,2 %;

11 - (1-3) + KMпO4, 4 % + дифеніламін, 0,2 %;

12 - (1-13) +KMпO4, 4 % + гліцерин, 2 % + Cu, 5 %;

13 - (1-13) + KMпO4, 4 %+ гліцерин, 2 %;

14 - Солідол С + Cu, 5 % + гліцерин, 2 %;

15 - (1-13)+ Cu, 5 % + гліцерин, 2 %

1 -ALANI-2 прийнятий за одиницю; 2 - Солідол С; 3 - мастило (1-13);

4 - Солідол С+Си, 5 %; 5 - Солідол С + графит, 3 %;

6 - (1-13)+ Сu, 5% + гліцерин, 2 %;

7 - (1-3) + KMпO4, 4 % + дифеніламін, 0,2 %;

У зв'язку з цим, була поставлені експерименти для доказу позитивного впливу досліджених добавок до мастил на довговічність ущільнень валів відцентрових насосів.

Зазвичай ущільнення 3 виконують у вигляді набивання або кілець, знос яких викликає не тільки витоки прокачуваного середовища, але погіршення поверхні валу, особливо якщо середовищем є морська вода.

Перш за все, було вирішено відмовитися від набивних ущільнень і застосувати рухомі матеріали стосовно умов роботи суднових відцентрових насосів.

За основу узято тверде мастило, яке описане в роботах [65, 66], складається з епоксидної смоли з різними добавками. Проте як робоче середовище ми використовували в дослідах масло і морську воду.

Встановлено вплив різних композицій на знос сталей і визначено, що добавка перманганату калію до епоксидної смоли ЕД-6 дає найнижчий знос в порівнянні з дисульфідом молібдену і, тим більше, мідь, мул графіту, що ілюструється на рис. 5.

Контртіло: 1 - Сталь 40Х; 2 - Графит + ЕД-6; 3 - Мідь; 4 - ЕД-6 + МоS2 ;

5 - ЕД-6 + KMnO4

Експериментально здійснювалися вимірювання зносу не тільки сталевих валів-кілець, але і самих композиційних зразків. На рис. 6 крива 2 показує знос композиційних зразків залежно від відсоткового вмісту перманганату калію в епоксидній смолі.

Видно, що їх знос майже в чотири рази менше зносу сталевих кілець. Тут слід відмітити, що такий комбінований матеріал намічається використовувати для кілець ущільнювачів, притиск яких до поверхні сталевого валу буде значно менший на декілька порядків вживаного нами тиску (600 Н). Тому і знос зразків буде менший. Досліди показали, що знос комбінованого матеріалу при роботі його як обжимаюча вставка стає на декілька порядків менше і визначається на аналітичних вагах типу АДВ-200 за умови якісної промивки в спирті і обсушуванням зразків.

Криві: 1 - знос сталі 40Х; 2 - знос композиції; 3 - сила тертя

Отримані результати дають можливість застосувати композицію для створення кілець ущільнювачів для відцентрових насосів, тим паче, що самі брикети зношувалися на порядок менше сталевих зразків. Проте для більшої ефективності роботи таких ущільнень їх слід було зробити такими, що деформуються з щільним притиском до поверхні валу. Їх виконали розрізними з клиновим замком, як показано на рис. 7.

1 - ущільнення - кільце; 2 - косий розріз; 3 - внутрішні канавки;

4, 5 - розтискні пружини, дія в напрям стрілок

При цьому було встановлено, що литі суцільні кільця з ЕД-6 і перманганату калію після розрізання деформувалися. Зменшення їх діаметру після розрізання дозволяло здійснювати притиск таких кілець до поверхні валу. Проте деформація кілець залежала від ряду чинників, таких як відсотковий вміст перманганату калію в смолі, умов набивання, дисперсності, порошка і інш. Все це формувало різну за замовленням напругу, яка збільшувала або зменшувала величину напруги .

Отримані результати дозволяють зробити висновки.

Слабким місцем при роботі відцентрових насосів є кільця ущільнювачів або набивання. Із-за підвищеного зносу ущільнення необхідно міняти, що вабить необхідність зняття і ремонту насосів.

Проведені дослідження, результати яких дозволяють рекомендувати комбінований матеріал для виготовлення кілець ущільнювачів, володіють зносостійкістю при роботі у воді або маслі, і забезпечують високу зносостійкість сталевої шийки валу.

Розроблена конструкція ущільнень, що складається з набору таких кілець, дозволяє забезпечувати постійне прилягання їх до шийки валу, легкий монтаж і високу зносостійкість сполучень при роботі насосів в маслі або в морській воді.

По розділу були зроблені висновки.

На основі експериментальних досліджень розроблені методи, що дозволяють підвищити термін служби основних деталей суднових відцентрових насосів, використання яких може виявитися можливим стосовно умов судноремонту. Приведені результати досліджень опубліковані в статтях [69-72], поміщених в періодичних виданнях ВАК України, які враховуються при захисті дисертацій.

Показано, що застосування фрикційно-зміцнюючої обробки сталевими дисками при режимах, що викликають утворення суцільних білих шарів, здатне збільшити зносостійкість сталевих валів відцентрових насосів в 3-5 разів, зробити їх стійкими до корозійних дій із забезпеченням малих витрат машинного часу порядку 30-40- секунд.

Встановлена можливість підвищення довговічності підшипників кочення шляхом заміни зазвичай вживаних консистентних мастил на мастило солідол С або 1-13, але із застосуванням розроблених добавок різних типів, що забезпечує підвищення зносостійкості і втомної довговічності стандартних підшипників від 50 % до декількох разів.

Показано, що із-за зносу ущільнень валів робочих коліс виникає необхідність припинення експлуатації відцентрових насосів, заміни деталей на нові, включаючи підшипники. Експериментально визначений склад комбінованого матеріалу і конструкція ущільнення з нього, що дозволяє порядку десяти разів збільшити не тільки довговічність ущільнення, але у багато разів понизити знос шийок валів, навіть в корозійній активній морській воді.

У п'ятому розділі «Підвищення довговічності матеріалів робочих коліс і корпусів суднових відцентрових насосів» викладене рішення задачі підвищення довговічності матеріалів робочих коліс і корпусів суднових відцентрових насосів.

Були проаналізовані основні види дефектів і місця їх розташування на робочих колесах і корпусу відцентрових насосів і виділено вісім основних зон. Особливу складність для аналізу представляли зони для внутрішніх поверхонь.

Видно, що для робочих коліс частка зносу складає 77 %, а для корпусів - 18 %. Але ця сепарація умовна, оскільки до видів зносу відносять кавітацію, як особливий вид пошкодження робочих поверхонь, а також корозію.

Ці діаграми відповідають статистичним даним для насосів, що працюють при перекачуванні прісної води. Для інших середовищ, таких як морська вода або нафтопродукти, принципове розташування зон залишається без змін. Проте відсотковий розподіл дефектів декілька міняється

Розробка технологій підвищення терміну служби робочих коліс і корпусів відцентрових насосів є актуальним завданням, вирішення якого посилюється складністю робочих поверхонь цих відповідальних деталей і практично відсутністю простих технологій для виконання в умовах ремонтних виробництв.

Враховуючи цю обставину і особливо складність форм об'ємних поверхонь нами був зроблений вибір технології зміцнення на користь хімічного нанесення покриттів з нікелю. У дисертації приведені необхідні відомості по реактивах і режимах низькотемпературного нікелювання (75-90о С) із швидкістю осадження покриття 18-20 мкм/год. з подальшою термічною обробкою деталей при 200о С протягом 1-2 годин. При додаванні декількох відсотків фосфору твердість покриття складала порядка 7·103 МПа, а після додаткової термічної обробки доходила до 1,6·104 МПа.

Були розроблені і пристосування для нанесення і випробувань покриттів на зразках з бронзи, алюмінієвого сплаву і чавуну, вживаних для виготовлення литвом робочих коліс і корпусів суднових відцентрових насосів. дефект судновий відцентровий насос

В результаті досліджень встановлено, що на поверхнях робочих коліс і корпусів суднових відцентрових насосів розвиваються різноманітні дефекти, що знижують довговічність цих насосів. Із-за складних форм поверхонь вибір і застосування технологій підвищення терміну їх служби, включаючи технологію ремонту, сильно ускладнено. Тому необхідний пошук і розробка прийнятих технологій для вирішення проблем.

Зроблено припущення, що застосування хімічного нікелювання може відповідати необхідним вимогам як зміцнююча технологія для підвищення терміну служби робочих коліс і корпусів насосів.

Проведені експерименти за визначенням впливу хімічного нікелювання на зносостійкість зразків з бронзи, алюмінієвого сплав і чавуну. Показано, що при певних режимах хімічного нікелювання досягається підвищення зносостійкості робочих поверхонь в п'ять-вісім разів в порівнянні з базовими матеріалами насосів з врахуванням їх експлуатації в різних середовищах.

Шостий розділ «Оцінка можливостей використання розроблених технологій і засобів для підвищення експлуатаційної надійності суднових відцентрових насосів» присвячений узагальненню отриманих експериментальних даних і прогнозуванню результатів лабораторних випробувань на зразках і насосах в зборі стосовно реальних умов експлуатації.

За основу були взяті експериментальні дані, отримані з використанням розроблених технологій, приведені в попередніх розділах. Уявлення про них дає табл. 1.

Таблиця 1 Експериментальні технології підвищення довговічності деталей суднових відцентрових насосів, вживані для використання в умовах судноремонту

Деталі насосів	Вживані технології	Підвищення довговічності деталей (рази)
Вали	Фрикційно-зміцнююча обробка поверхонь методом високошвидкісного тертя, що викликає утворення білих шарів	3 - 5
Підшипники	Вибір ефективних змащувальних матеріалів із застосуванням різних присадок	1,5 - 3
Ущільнення	Вибір складу комбінованого матеріалу і удосконалення конструкцій ущільнень	до 10
Робочі колеса	Зміцнюючі технології із застосуванням хімічного нікелювання	5 - 8
Корпуса	Зміцнюючі технології із застосуванням хімічного нікелювання	5 - 8

На додаток проведені натурні випробування з математичною обробкою. Узагальнену оцінку результатів досліджень дає табл. 2, де в знаменнику поміщена прогнозована довговічність, а в чисельнику початкова до застосування технологій ремонту або відновлення деталей відцентрових насосів.

Таблиця 2 Значення коефіцієнта довговічності для відцентрового насоса

Призначення насосів	Деталі відцентрового насоса
	Корпус	Робоче колесо	Вал	Підшипники	Ущільнення	Середнє значення
Пожежні, баластні Середовище Морська вода	Середній час безвідмовної роботи	1,37
	Коефіцієнт довговічності
	1,27	1,30	1,35	1,45	1,49
Вантажні Середовище Нафто-продукти	Середній час безвідмовної роботи	1,49
	Коефіцієнт довговічності
	1,30	1,34	1,54	1,63	1,65
Охолод-жування ДГ і форсунок двигуна Середовище Прісна вода	Середній час безвідмовної роботи	1,58
	Коефіцієнт довговічності
	1,35	1,51	1,62	1,65	1,72

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу літературних джерел і виробничого досвіду визначена проблема, яка полягає в необхідності комплексного вивчення особливостей і причин втрати довговічності суднових відцентрових насосів з метою розробки науково-виробничих методів підвищення терміну їх служби і урахуванням особливостей ремонтного виробництва.

2. Залежно від призначення і умов експлуатації визначені характерні дефекти основних деталей відцентрових насосів і їх вплив на довговічність.

3. Встановлено частковий розподіл причин утворення дефектів деталей насосів, що привело до виводу про необхідність різного підходу при розробці технологій і засобів підвищення їх довговічності.

4. Для підвищення довговічності зносостійкості валів відцентрових насосів вперше пропонується ефективна технологія фрикційного зміцнення, що дозволяє в умовах ремонтного виробництва у декілька разів підвищити їх зносостійкість і корозійну стійкість.

5. Розроблений і запропонований змащувальний матеріал, що дозволяє до трьох разів збільшити термін експлуатації підшипників кочення суднових відцентрових насосів.

6. На основі наукових досліджень отриманий новий змащувальний матеріал для виготовлення в умовах ремонтного виробництва ущільнень валів з підвищеною до трьох і більше разів довговічністю при експлуатації в різних середовищах і розроблена конструкція таких ущільнень.

7. Запропонована і випробувана ефективна технологія, що підвищує до п'яти разів довговічність складних поверхонь корпусів і робочих коліс. Показані переваги хімічного нікелювання для використання не тільки в умовах стаціонарних ремонтних майстерень, але і безпосередньо на суднах.

8. На основі розроблених технологій і засобів виконана інтегральна оцінка їх впливу на загальну довговічність відцентрових насосів з визначенням вірогідності безвідмовної роботи, щільності і інтенсивності відмов. Зроблені практичні рекомендації для ремонтних служб і експлуатаційників.

9. Для проведення досліджень застосовані і вдосконалені експериментальні лабораторні методи і показана доцільність їх використання.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

статті в спеціальних видавництвах, які входять в перелік, затверджений ВАК України

1. Кошманов Н. А. Устройство для фрикционного упрочнения поверхностных слоев деталей машин / Н. А. Кошманов. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. - 2004. - № 1. - С.117-122.

2. Кошманов Н. А. Некоторые возможности повышения надежности валов центробежных насосов / Н. А. Кошманов. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. - 2004. - № 3. - С. 76-79.

3. Кошманов Н. А. Повышение контактной усталости стали фрикционно-упрочняющим методом / Н. А. Кошманов. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. - 2004. - № 4. - С. 128-131.

4. Кошманов Н. А. К вопросу испытаний лопастных судовых насосов / Н. А. Кошманов. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. - 2006. - № 4. - С. 79-90.

5. Кошманов Н. А. Влияние дефектов на долговечность судовых центробежных насосов / Н. А. Кошманов, В. П. Сторожев. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. - 2006. - № 2. - С. 77-85.

Особистий внесок: збір і аналіз матеріалів по дефектоутворенню деталей насосів.

6. Кошманов Н. А. Повышение эксплуатационной надежности судовых лопастных насосов путем использования фрикционной упрочняющей обработки / Н. А. Кошманов, В. П. Сторожев. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. - 2007. - № 3. - С. 46-55.

Особистий внесок: аналіз технологій зміцнення робочих поверхонь валів насосів.

7. Кошманов Н. А. Эксплуатационная надежность рабочих колес судовых центробежных насосов / В. П. Сторожев, Н. А. Кошманов. // Вісник Східноукраїнського університету, науковий журнал - 2007. - № 9 (115). - С.192-195.

Особистий внесок: збір і аналіз даних по від казам робочих коліс насосів.

8. Кошманов Н. А. Применение упрочняющей обработки для повышения износостойкости валов центробежных насосов / Евдокимов В. Д., . Сторожев В.П, Кошманов Н.А. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. - 2008. - № 1. - С. 13-24.

Особистий внесок: визначення матеріалів, розмірів зразків і середовища для триботехнических випробувань.

9. Кошманов Н. А. Анализ показателей безотказности судовых центробежных насосов / В. П. Сторожев, Н. А. Кошманов. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. - 2009. - № 2. - С. 158-163.

Особистий внесок: проведення досліджень, обробка даних.

10. Кошманов Н. А. Использование возможностей судоремонта для повышения долговечности подшипников судовых центробежных насосов / Сторожев В. П., Евдокимов В. Д., Кошманов Н. А. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. - 2009. - № 3. - С.18-27.

Особистий внесок: аналіз і характеристика підшипників насосів і можливості умов їх ремонту.

11. Кошманов Н. А. Повышение эксплуатационной надежности уплотнений валов судовых центробежных насосов / Евдокимов В. Д., Сторожев В. П., Кошманов Н. А. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. . - № 1. - 2010. - С.17-24.

Особистий внесок: характеристика і аналіз матеріалів ущільнень валів.

12. Кошманов Н. А. Повышение долговечности материалов рабочих колес и корпусов судовых центробежных насосов / Евдокимов В. Д., Сторожев В. П., Кошманов Н. А. - Одесса: Проблеми техніки: Науково-виробничий журнал. ДиолПринт. . - № 2. - 2010. - С.37-48.

Особистий внесок: постановка експериментів, обробка даних.

Додаткові публікації, матеріали конференцій:

13. Кошманов Н. А. Роль дефектообразования в формировании отказов деталей центробежных насосов / Н. А. Кошманов, В. П. Сторожев. [Сборник трудов ХII международной научно-технической конференции. Т. 2]. - Донецк, 2005. - С.122-125.

Особистий внесок: характеристика основних дефектів деталей відцентрових насосів.

14. Кошманов Н. А. Повышение долговечности центробежных насосов / Н. А. Кошманов, В. П. Сторожев. [Сборник трудов научно-технической конференции]. - Славское, 2005. - С. 312-314.

Особистий внесок: збір і аналіз матеріалів по дефектах відцентрових насосів.

15. Кошманов Н. А. Обеспечение надежности судовых механизмов [Международная научно-практическая конференция «Современные информационные и инновационные технологии на транспорте»] / Сторожев В. П., Груздев В. В., Кошманов Н. А. - Херсон, 2009. - Т. 4. - С. 121-124.

Особистий внесок: підбір матеріалів, участь в написанні статті.

16. Кошманов Н. А. Анализ работы судовых центробежных насосов” / В. П. Сторожев, Н. А. Кошманов [Сборник трудов ІІІ Международной научной конференции “Современные достижения в науке и образовании”. - 16-23 вересня 2009 р.]. - Тель-Авив (Израиль), 2009. - С. 29-31.

Особистий внесок: аналіз часу безвідмовної роботи валів відцентрових насосів в лабораторних умовах і під час експлуатації.

АНОТАЦІЯ

Кошманов М. О. Підвищення експлуатаційної надійності суднових відцентрових насосів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Одеський національний морський університет. - Одеса, 2010.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню проблеми підвищення довговічності суднових відцентрових насосів. У ній показана актуальність питань, що піднімаються, і підкреслюється, що довговічність цих насосів багато в чому визначає експлуатаційну надійність і ефективність роботи суден різного призначення, включаючи танкери, газовози, і судна протипожежної безпеки. Встановлено, що в суднових відцентрових насосах є невелика кількість деталей, яка втрачає працездатність з різних причин. Зокрема, це вали, ущільнення, підшипники кочення і такі складні об'ємні деталі як корпуси і робочі колеса.

На основі аналізу розвитку дефектів в цих деталях науково обгрунтовано підхід для комплексного вирішення питань по підвищенню експлуатаційної надійності всіх деталей суднових відцентрових насосів з розробкою оригінальних технологій, які можна і доцільно використовувати в ремонтному виробництві. Так, для підвищення зносостійкості і корозійної стійкості валів пропонується метод фрикційного високошвидкісного їх зміцнення з утворенням білих шарів протягом короткого машинного часу порядка 40-50 секунд.

Підвищення довговічності ущільнень може бути ефективно виконано шляхом застосування композиційного матеріалу на основі пластмаси типу ЕД-6 з використанням нових активних добавок. Показано, що такі ущільнення володіють до 5 разів підвищеною зносостійкістю в порівнянні з відомими. Дається приклад конструкції, яка легко може бути здійснена в умовах ремонтного виробництва.

Розглянуті перспективні напрями, що підвищують зносостійкість і втомну міцність підшипників кочення, які є купувальними деталями, неналежними поліпшенню або заміні деталей. Показано, що застосування розробленого змащувального матеріалу дає простій і ефективний спосіб управління довговічністю цих підшипників.

Особливою складністю була розробка на науковій основі технології підвищення довговічності корпусів і робочих коліс відцентрових насосів із-за їх об'ємної складності робочих поверхонь. Для цієї мети вперше пропонується і експериментально обґрунтовується застосування методу хімічного нікелювання. Застосування цього методу не залежить від складності робочих поверхонь, що доведене для таких матеріалів як бронза, алюмінієві сплави, чавуни стосовно різних робочих середовищ: морська і прісна вода, нафтопродукти, включаючи дизельне паливо. Отриманий ефект підвищення довговічності від 5 і більше разів.

В результаті проведених досліджень зроблено узагальнений аналіз ефективності розроблених технологій. Приведені дані як статистичного характеру, отримані на реальних насосах, так і результати лабораторних досліджень з відповідною математичною обробкою.

У роботі приводяться рекомендації практичного плану.

Ключові слова: довговічність, суднові відцентрові насоси, підвищення експлуатаційної надійності, підвищення зносостійкості, метод хімічного нікелювання, ефективність.

Кошманов Н. А. Повышение эксплуатационной надежности судовых центробежных насосов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - Эксплуатация и ремонт транспортных средств - Одесский национальный морской университет, Одесса, 2010.

Диссертационная работа посвящена решению проблемы повышения долговечности судовых центробежных насосов. В ней показана актуальность поднимаемых вопросов и подчеркивается, что долговечность этих насосов во многом определяет эксплуатационную надежность и эффективность работы судов разного назначения, включая танкеры, газовозы, и суда противопожарной безопасности. Установлено, что в судовых центробежных насосах имеется небольшое количество деталей, которое теряет работоспособность по различным причинам. В частности, это валы, уплотнения, подшипники качения и такие сложные объемные детали как корпуса и рабочие колеса.

На основе анализа развития дефектов в этих деталях научно обоснован подход для комплексного решения вопросов по повышению эксплуатационной надежности всех деталей судовых центробежных насосов с разработкой оригинальных технологий, которые можно и целесообразно использовать в ремонтном производстве. Так, для повышения износостойкости и коррозионной стойкости валов предлагается метод фрикционного высокоскоростного их упрочнения с образованием белых слоев в течение короткого машинного времени порядка 40-50 секунд.

Повышение долговечности уплотнений может быть эффективно выполнен путем применения композиционного материала на основе пластмассы типа ЭД-6 с использованием новых активных добавок. Показано, что такие уплотнения обладают до 5 раз повышенной износостойкостью по сравнению с известными. Дается пример конструкции, которая легко может быть осуществлена в условиях ремонтного производства.

Рассмотрены перспективные направления, повышающие износостойкость и усталостную прочность подшипников качения, которые являются покупными деталями, неподлежащими улучшению или замене деталей. Показано, что применение разработанного смазочного материала дает простой и эффективный способ управления долговечностью этих подшипников.

Особую сложность представляла собой разработка на научной основе технологии повышения долговечности корпусов и рабочих колес центробежных насосов из-за их объемной сложности рабочих поверхностей. Для этой цели впервые предлагается и экспериментально обосновывается применение метода химического никелирования. Применение этого метода не зависит от сложности рабочих поверхностей, что доказано для таких материалов как бронза, алюминиевые сплавы, чугуны применительно к различным рабочим средам: морская и пресная вода, нефтепродукты, включая дизельное топливо. Полученный эффект повышения долговечности от 5 и более раз.

В результате проведенных исследований сделан обобщенный анализ эффективности разработанных технологий. Приведены данные как статистического характера, полученные на реальных насосах, так и результаты лабораторных исследований с соответствующей математической обработкой.

В работе приводятся рекомендации практического плана.

Ключевые слова: долговечность, судовые центробежные насосы, повышение эксплуатационной надежности, повышения износостойкости, метод химического никелирования, эффективность.

Koshmanov N.A. Raising the operating reliability of ship centrifugal pumps. - Manuscript.

Dissertation for postgraduate degree competition of candidate of engineering sciences majored in speciality 05.22.20 - Operating and repair of means of transportation. The Odessa National Marine University. - Odessa, 2010.

The dissertation thesis is dedicated to solve the problem of increasing longevity of ship centrifugal pumps. Actuality of raised questions is shown herein and it is also emphasized that longevity of the above said pumps greatly determines operating reliability and performance efficiency of various types of ships, including tanker ships, gas carriers and fire-prevention safety ships. It is ascertained that there is a small number of parts in ship centrifugal pumps which lose their capacity for different reasons. They are shafts, sealants, roll bearings and such compound bulky parts as casings and driving wheels, in particular.

The scientifically grounded approach to solve problems in complex for increasing operating reliability of all parts of ship centrifugal pumps as well as original technologies elaboration which could be used in repair production are being given here based on the analysis of development of defects. Thus, to increase shaft wear resistance and corrosive stableness it is proposed using the friction high speed method of their hardening with white layer (carbide) formations within short mechanical processing of about 40-50 seconds.

Increasing of longevity of sealants can be effectively executed by application of composition materials based on ED-6 plastics type when used with new active additions. It is proved that such sealants are 5 times stronger in durability of wear resistance in comparison with existing samples. The construction pattern can be easily designed at the very repairing yard.

The perspective trends to apply the developed lubrications are being considered here for increasing wear resistance as well as fatigue strength of roll bearings.

The experimentally based method of electroless nickel plating is proposed for the very first time to elaborate new technology for increasing longevity of both casings and driving wheels of centrifugal pumps.

This method is applied to all working surfaces for any environment. The raising of longevity of the pumps operating under discussion result in 5 time increasing.

The statistical data as well as laboratory researching results are shown herewith.

Certain recommendations are given here for practical use.

Key words: longevity, ship centrifugal pumps, increasing of operating reliability, fatigue strength increasing, electroless nickel plating method, efficiency.

Размещено на Allbest.ru

...