Файл: Детали из стеклопластика в судовом машиностроении..pdf

гательное оборудование, а также существенно препятствует повыше­ нию уровня механизации производства и связанному с этим росту производительности труда.

Преодоление отмеченных трудностей возможно в двух направле­ ниях:

1) более широкого применения унификации, возможности кото­ рой при переводе винтов на пластмассовое исполнение значительно

в винтах, в особенности для крупнотоннажных судов. Так, например, по данным Е. Н. Демина, стойкость стальных пресс-форм при прес­ совании изделий из волокнистых пресс-материалов составляет не менее 25 тыс. отпрессовок.

Следовательно, применительно к производству судовых гребных винтов из пластмасс имеется потенциальный резерв для снижения затрат на оснастку благодаря возможности применения на ее изго­ товление менее прочных, но более дешевых и нетрудоемких мате­ риалов, например сплавов на основе меди, алюминия, цинка и др.

Принципиальная конструктивная схема такой пресс-формы по­ казана на рис. 98. Благодаря применению армобетона (цемент, армированный отходами металлообработки) трудоемкость и себе­

182

стоимость изготовления пресс-форм удалось уменьшить в 3—4 раза, а календарные сроки изготовления сократить с 8— 12 до 4—6 мес.

Стойкость армоцементных пресс-форм существенно ниже, чем металлических, и ориентировочно может быть оценена в 30—50 отпрессовок. Вследствие этого их применение целесообразно и эко­ номически выгодно для производства крупногабаритных гребных винтов со съемными пластмассовыми лопастями при серийности до 15—20 единиц.

Применение различных материалов для изготовления прессформ, от легированных сталей до армоцементных композиций, с учетом условий производства и конкретных требований к выпускае-

Рис. 99. Зависимость удельной себестоимости производства от массы винта (/Vf) для металлических и пластмассовых гребных винтов.

} — латунь; 2 — нержавеющая сталь; 3 — бронза; 4 — стеклопла­ стик; 5 , 6 — углеродистая сталь.

мой продукции позволяет в значительной степени успешно преододевать отрицательное влияние фактора малосерийности на экономику.

Существенное влияние на экономику производства деталей из стеклопластиков оказывает также относительно высокая в настоя­ щее время стоимость исходных материалов.

Но, оценивая роль этого фактора, следует иметь в виду, что вследствие малого срока промышленного использования стекло­ пластиков в технологии их производства и переработки имеются значительные потенциальные резервы для совершенствования и систематического снижения производственных затрат.

На примере стеклопластика СТЭР можно показать, что стоимость этого материала за десятилетие (1956— 1966 гг.) в СССР снизилась примерно на 40%, а стоимость готовой продукции — на 30%. С уче­ том изложенного можно ожидать, что к 1975 г. стоимость полуфаб­ риката СТЭР составит 45—50% по отношению к уровню цен 1956 г.

В табл. 34 приводится ориентировочный расчет трудоемкости и себестоимости производства гребных винтов диаметром от 0,3 до 3,0 м на условную серию в 50 единиц.

183

По расчетным данным на рис. 99 построена кривая удельной себестоимости производства пластмассовых винтов. Для сопоставле­ ния на этом же графике приведены статистически обработанные данные по себестоимости производства металлических гребных винтов.

Зависимость себестоимости от объема производства для металли­ ческих и пластмассовых винтов показана на рис. 100. При серий­ ности менее 30 единиц себестоимость производства винтов резко возрастает, что объясняется влиянием индивидуальных затрат. Для серийности более 30 единиц удельная величина индивидуальных затрат становится незначительной и кривая себестоимости стано­ вится практически горизонтальной.

Из выполненных расчетов видно, что себестоимость производства гребных винтов из стеклопластиков СТЭР при серийности более 30 единиц в настоящее время ниже себестоимости производства винтов из нержавеющих сталей и латуней соответственно на 30—40 и 10—15% и превышает себестоимость винтов из углеродистых сталей на 20—30%.

складываются из затрат на восстановление в период очередных докований судна или межнавигационных ремонтов. Для сравни­ тельной оценки этих затрат рассмотрим виды и характер поврежде­ ний, встречающихся при эксплуатации металлических и пластмас­ совых винтов.

184

У металлических гребных винтов наиболее характерными пов­ реждениями являются [54] обрастание морскими организмами и водорослями и вызываемое ими разрушение металла (питтинг); эрозионные разрушения на рабочих поверхностях лопастей и на ступице, наиболее часто встречающиеся у кавитирующих винтов и винтов из углеродистых сталей и латуни; разрушение кромок лопастей вследствие ударов о мелкие плавающие предметы, при касании грунта, плавании в ледовых условиях и др.; изменение геометрии лопастей при сильных ударах о крупные плавающие предметы и скалистый грунт, а также вследствие естественного старения (снятия внутренних напряжений) материала.

Рис. 100. Зависимость себестоимости от объема производства

Для устранения перечисленных дефектов выполняются следу­ ющие ремонтно-восстановительные работы: очистка от грязи и на­ ростов; разделка эрозионных каверн и наплавка металла с после­ дующей механической обработкой наплавленных мест; правка погнутых лопастей, наплавка и зачистка кромок; шлифование и полировка рабочих поверхностей.

По данным эксплуатации, гребные винты из бронзы уже через 2—3 года эксплуатации нуждаются в серьезном ремонте для устра­ нения очаговой коррозии, а винты из углеродистых сталей, согласно действующим нормам, меняются через 2 года без ремонта.

Ориентировочно себестоимость восстановительного ремонта ме­ таллических винтов (из нержавеющей стали и латуни), отнесенную к общему сроку эксплуатации, можно оценить в 10—15% от его заводской себестоимости производства.

Характер и размеры повреждений гребных винтов с лопастями из стеклопластиков принципиально отличны от описанного выше [2]. На основании более чем пятилетнего опыта эксплуатации пред­

185

ставляется возможным установить следующие виды повреждений пластмассовых гребных винтов.

1.Обрастание морскими организмами и водорослями также имеет место, но продукты жизнедеятельности их не оказывают раз­ рушающего влияния на материал. Наросты на стеклопластике дер­ жатся непрочно и удаляются значительно легче, чем с металлов. Состояние поверхностей у стеклопластика после двухлетнего пре­ бывания в морской воде близко к первоначальному.

2.Электрохимическая коррозия стеклопластика при длительном

пребывании в морской воде незначительна и заметного влияния на прочность лопастей не оказывает.*

3. Разрушение кромок лопастей вследствие ударов имеет только характер выкрашивания, загибы же принципиально невозможны вследствие отсутствия у стеклопластиков свойства пластичности.

4. Изменение геометрии лопастей вследствие ударов также не­ возможно, а необратимые деформации, обусловленные старением материала, по наблюдениям в течение 5 лет, не обнаруживаются.

Существенным недостатком винтов из стеклопластиков является их недостаточная ремонтоспособность. Поврежденные кромки и перо лопасти вссстановлению практически не поддаются вследствие того, что единственно применимый в этом случае способ ремонта — склеи­ вание — не обеспечивает необходимой прочности. Если повреждение не выходит за пределы допусков, ремонт поврежденных пластмассо­ вых винтов сводится к очистке рабочих поверхностей, восстановле­ нию защитного покрытия на металлических деталях, зачистке и

в размере, превосходящем допустимые значения, необходимо про­ изводить в период очередного докования замену поврежденных лопастей запасными.

С учетом использования запасного комплекта лопастей стоимость ежегодного восстановительного ремонта пластмассовых винтов ориен­ тировочно может быть оценена в 10—15% от его заводской себе­ стоимости.

В табл. 35 дан сравнительный расчет экономики эксплуатации пластмассовых и металлических винтов на рыболовных судах типа СРТ водоизмещением 430 т (диаметр винта 1,5 м). На этих судах по проекту устанавливаются винты из углеродистой стали. В 1966 г. на двух судах этого типа, принадлежащих управлению «Мурмансельдь», были установлены пластмассовые винты. Периодические осмотры через каждый год эксплуатации показали, что винты эро­ зионных разрушений на рабочих поверхностях не имели, за исклю­ чением мелких повреждений кромок.

Для сопоставления в табл. 35 приведены расчетные данные по себестоимости производства и эксплуатационным затратам в случае изготовления этих винтов из нержавеющей стали и латуни (практи-

* Кавитационная эрозия стеклопластика здесь не учитывается, так как рас­ сматриваются только результаты эксплуатации некавитирующих винтов.

186

чески названные материалы для этой цели не применялись, поэтому расчет выполнен по среднестатистическим данным производства близких по размерам к рассматриваемому винтов). Среднестати­ стическая продолжительность службы металлических винтов при­ нята по известным литературным данным [9, 12], а для пластмас­ совых винтов ориентировочно установлена в результате обобщения эксплуатационного опыта. При этом был принят во внимание также практический опыт японских судостроителей.

Из приведенного расчета следует, что по экономической эффек­ тивности производства и эксплуатации гребные винты из нержа­ веющих сталей, латуни и стеклопластика находятся примерно на одном уровне, а винты из углеродистых сталей им значительно уступают.

§ 19

Технико-экономическая эффективность эксплуатации судов с пластмассовыми винтами

Движитель оказывает большое влияние на показатели эксплуа­ тации судна. Это определяется тем, что от движителя существенно зависят важнейшие характеристики судов: надежность и долговеч­ ность, экономичность и скорость, дальность плавания и др.

Поэтому основным критерием, по которому оценивается возмож­ ность и целесообразность применения на судах новых типов движи-

187

гелей и новых материалов для их изготовления, была и остается эксплуатационная проверка.

За период 1962— 1967 гг. выполнен обширный комплекс ходовых и эксплуатационных испытаний пластмассовых гребных винтов, в результате чего получен практический опыт, позволяющий до­ статочно определенно судить об их преимуществах и недостатках.

Всего испытаниям было подвергнуто более 25 типов винтов на судах различных классов и водоизмещения. С целью получения

от 5 до 35 узлов по скорости и от 2 до 5000 т по водоизмещению судов. Испытаниями охвачены практически все водные бассейны СССР.

Рассмотрим основные результаты этих испытаний в сопоставле­ нии с опытом эксплуатации металлических гребных винтов.

Э к о н о м и к а э к с п л у а т а ц и и с у д о в . От эффек­ тивности работы движителя прямо зависят такие показатели, как расход топлива, потребляемая мощность и скорость движения, которые являются основными для оценки экономики эксплуатации.

В табл. 36 приведены некоторые данные сравнительных ходовых испытаний пластмассовых и металлических гребных винтов на катерах и рыбопромысловых судах. В процессе испытаний произво­ дились замеры максимально достигнутой скорости, расхода топлива и эффективной мощности двигателя при номинальном числе оборотов.

Результаты этих испытаний показывают, что при скоростях до 15 узлов пластмассовые винты по экономическим характеристикам практически равноценны металлическим, а обнаруженные расхож­ дения не выходят за пределы точности применявшейся измеритель­ ной аппаратуры.

При скоростях более 15 узлов применение пластмассовых винтов приводит к некоторому ухудшению характеристик судна: максималь­ ная скорость снижается примерно на 1—2%, что соответствует падению к. п. д. движителя на 3—6%. Последнее может быть объяс­ нено конструктивными изменениями пластмассовых винтов и возра­ станием их влияния на к. п. д. при увеличении скорости дви­ жения.

К таким конструктивным изменениям следует отнести утолще­ ние кромок лопастей с целью повышения их ударостойкости, увели­ чение толщины корневых сечений лопастей на 10—20% для обеспе­ чения равнопрочное™ с металлическими, увеличение диаметра ступицы с 16—22 до 20—25%, вызванное необходимостью размеще­ ния и надежного закрепления съемных лопастей, и некоторые дру­ гие. Перечисленные изменения и явились суммарной причиной отме­ ченного снижения к. п. д. пластмассовых винтов на скоростных судах.

Несколько отличаются от изложенного результаты испытаний пластмассовых винтов на т/х «Ракета», где при скорости 30—36 узлов получено снижение расхода топлива на милю примерно на 1,5—2%. Это, наиболее вероятно, является следствием того, что испытания винтов проводились на различных судах.

18 8