Файл: Смирнов, О. Р. Надежность судовых энергетических установок.pdf

Значительно хуже рассмотренные характеристики надежности у двигателей марок K9Z 70/120АЗ, K7Z 70/120С и др. Число их отказов за 1000 ч работы находится в среднем в пределах от 6,6 до 8, а среднее время между отказами составляет примерно 200 и 130 ч. Наиболее низкие показатели надежности имеют дизели марки 909S (почти через каждые 50 ч работы происходит отказ).

Следует отметить также большой разброс в характеристиках на­ дежности отдельных двигателей одного и того же типа. Например, ряд дизелей Бурмейстер и Вайн по уровню надежности не уступает двигателям типа Зульцер. Неодинаковая надежность различных двигателей одного типа объясняется главным образом различным качеством изготовления двигателей и монтажа двигателей на судне и различными условиями освоения в эксплуатации.

По данным [1021, общее число отказов главного дизеля за годич­ ный период эксплуатации составляет —40. По элементам двигателя эти отказы распределены следующим образом:

Как видно, наибольшее число отказов приходится на топливную аппаратуру, включая форсунки и насосы, и топливную систему.

Анализ приведенных данных показывает, что современные мало­ оборотные дизели имеют большие резервы повышения надежности, что позволяет обоснованно выдвинуть ряд требований к повышению их надежности за счет повышения качества изготовления, улучшения конструкции отдельных узлов, повышения качества монтажа на судне и улучшения технического обслуживания в эксплуатации.

43

Валопровод и дейдвудное устройство» В связи с ростом мощностей энергетических установок и увеличением диаметра гребного и других валов проблема обеспечения надежности валопроводов и дейдвудных устройств крупнотоннажных судов морского флота является в на­ стоящее время одной из наиболее сложных в судостроении. Эта про­ блема сложна также потому, что с точки зрения надежности вало­ провод и дейдвудное устройство составляют систему, в которой все элементы соединены последовательно без резервирования и отказ одного из элементов означает отказ системы.

Данные большого числа статистических исследований [13] сви­ детельствуют о том, что с увеличением диаметра валов возрастает число их отказов, вызванных поломками и повреждениями главным образом гребных валов и дейдвудных устройств. Как показывают результаты эксплуатации, в системе валопровод—дейдвудное уст­ ройство наибольшее число отказов приходится на гребные валы и вкладыши дейдвудных подшипников. В табл. 4 приведёны резуль­ таты обследования аварий гребных валов на 6 тыс. судах, проведен­ ного Бюро «Веритас» (отказам подвержены в основном валы крупнотоннажных судов).

Как видно из табл. 4, в течение одного года имеют отказы более 25% гребных валов диаметром 400 мм и более. Процент отказов ва­ лов меньших размеров в несколько раз ниже. При этом следует ука­ зать, что отказы гребных валов относятся к наиболее тяжелым (третья группа класса I) и в большинстве случаев влекут за собой необходи­ мость остановки судна в море.

Ресурс гребных валов до предельного состояния (включая повре­ ждения и износовые отказы) на значительном числе судов весьма низок. В табл. 5 приведены результаты обследования надежности гребных валов одновальных морских судов, проведенного в США. Как видно, более 38%' всех обследованных гребных валов (2262 вала) имеют весьма низкий срок службы — не более трех лет, и лишь только около 13% валов работают без замены от 9 до 12 лет.

На рис. 7 показаны графики вероятности безотказной работы Р (t) системы гребной вал—дейдвудные подшипники на больших рыболов­ ных морозильных траулерах (БМРТ) и на китобойных судах [13].

44

Начало кривых при вероятности, меньшей единицы [Р (t) — 0,95ч- 0,97], объясняется возможностью отказов сразу же после сборки си­ стемы перед началом швартовных или ходовых испытаний нового

т. е. через 4—6 лет эксплуатации, вероятность безотказной работы

—снижение прочности гребных валов в местах концентрации местных напряжений и появление усталостных трещин в результате действия переменных гидродинамических усилий, передающихся от гребного винта на валопровод. Эти усилия значительно возрастают

сувеличением полноты обводов крупнотоннажных судов;

—интенсивную электрохимическую коррозию незащищенных гребных валов (без облицовки) и возникновение в некоторых случаях так называемой фреттинг-коррозии; она заключается в появлении язвин и трещин на валу под облицовкой в результате незначитель­ ного перемещения контактируемых поверхностей под влиянием зна­ копеременного изгиба и кручения и проникновения под облицовку морской воды; это значительно снижает усталостную прочность и приводит к разрушению вала; на рис. 8, а показаны места, где наи­ более часто на гребных валах возникают трещины;

—дополнительно возникающие напряжения в валах в резуль­ тате изменения условий работы опор (повреждения или интенсивный износ дейдвудных подшипников, упругая деформация корпуса судна

45

и т. п.), неудовлетворительную уравновешенность двигателей и дви­ жителей, крутильные колебания и вибрацию валопровода;

— дополнительные напряжения, возникающие в случае неточ­ ностей при монтаже валопровода, и скрытые дефекты материала от­ дельных элементов и ошибок при их изготовлении.

Вопросы повышения надежности валопроводов и дейдвудных устройств являются в настоящее время предметом исследования на­ учно-исследовательских и проектных организаций во всех странах с развитым судостроением.

Рис. 8. Места появления трещин на гребных валах (а); уплотнение ступицы гребного винта и облицовки гребного вала (б); дейдвудное устройство с ме­ таллическими подшипниками скольжения с масляной смазкой (в).

Ниже указаны направления этих работ.

1.Совершенствование конструкции элементов валопровода и,

вчастности, кормовой кромки конуса гребного вала при переходе его

вцилиндрическую часть. Как показано на рис. 8, б, конус гребного вала 1 заканчивается галтелью большого радиуса, в которую встав­ ляется резиновое кольцо 4, уплотняющее торец бронзовой обли­ цовки 5. После насадки на конус гребного винта 2 резиновое кольцо

фиксируется стопорным кольцом 3. Вследствие перехода конуса в цилиндрическую часть через галтель большого радиуса значительно снижается концентрация напряжений и повышается усталостная прочность при изгибе и кручении. Опыт эксплуатации валов подоб­ ной конструкции показал их высокую надежность [13]. На рис. 8, в показана другая конструкция плавного перехода конуса 1 гребного вала в его цилиндрическую часть 7 меньшего диаметра (разработана фирмой «ЭССо Петролеум»). При такой конструкции снижается также концентрация местных напряжений в районе перехода конуса в ци­ линдр и повышается надежность,

46

В некоторых валопроводах применяют бесшпоночное закрепление винта на конусе гребного вала. Отсутствие шпоночной канавки сни­ жает концентрацию напряжений и повышает надежность.

2. Совершенствование конструкции дейдвудного устройства за счет применения материалов для вкладышей подшипников, обладаю­ щих высокой износостойкостью [91 ] при работе с водяной смазкой.

К таким материалам относятся: капрон с графитом (5—10% по весу), полиамид-68 с графитом, различные модификации древесных пла­ стиков и др. В последние годы все большее применение на крупнотоннажных судах находят металлические дейдвудные подшипники скольжения с вкладышами из белого металла, работающие с мас­ ляной смазкой. Дейдвудное устройство с подшипниками: кормовым 5

Рис. 9. Резиновые уплотнения дейдвудного устройства с подшипниками

смасляной смазкой.

иносовым 6 схематически показано на рис. 8, в. Подшипники уста­ новлены в ребристой втулке 3, которая закреплена в корпусе 4 дей­ двудного устройства. Во избежание вытекания масла и попадания в полость подшипников воды с кормовой и носовой оконечности кор­

пуса дейдвуда установлены уплотнительные устройства 2.

Более подробно конструкция таких уплотнений показана на рис. 9 [91]. На гребном валу 1 закреплены втулки 2 и 8, которые вращаются с валом. По втулке 2 работают резиновые манжеты 3 кормового уплотнения, а по втулке 8 — манжеты 7 носового уплот­ нения дейдвудного устройства. Для лучшего прилегания к втулкам манжеты стянуты браслетными пружинами 5. Корпус 4 дейдвудной трубы, в которой расположены подшипники, заполнен маслом. Осо­ бенностью этой конструкции уплотнения (типа «Симплекс») является последовательная установка со стороны кормы и носа нескольких уплотнительных манжет, что повышает надежность уплотнения за счет меньшей вероятности пропуска забортной воды и утечки наружу масла. Кроме того, внутри дейдвудной трубы закреплен комплект запасных манжет 6, что позволяет при необходимости заменить из­ ношенные манжеты без выема гребного вала. В случае износа втулок 2 и 8 манжеты могут быть смещены вдоль оси вала и закреплены в но­ вом положении. В таких уплотнениях на транспортных судах, ввиду относительно малых окружных скоростей гребного вала( и *£: 2,5 м/с)

47

и сравнительно небольшого его погружения (Я 10 м), можно применять фасонные манжеты из резины, стойкой в масле и морской воде. Чтобы забортная вода не проникала в полость дейдвудной трубы, давление масла в последней должно быть несколько выше наружного давления воды.

В некоторых конструкциях для улучшения условий работы греб­ ного вала отказываются от схемы трех опор; в этом случае в дейдвудном устройстве располагают один подшипник, а второй выносят в нос в виде обычного опорного подшипника скольжения 8 (см. рис. 8, в). Это объясняется тем, что по мере износа дейдвудных под­ шипников нагрузка перемещается на наиболее нагруженный кормо­ вой подшипник.

3. Применение гребных винтов с увеличенным числом лопастей (5—6-лопастные), что увеличивает частоту колебаний и снижает вероятность резонанса; при этом также уменьшается величина ам­ плитуды переменных усилий, передаваемых гребным винтом на вал. В результате наблюдается снижение суммарных напряжений в греб­ ных валах и повышение их надежности.

4.Совершенствование обводов кормовой оконечноти судна, что снижает неравномерность поля скоростей попутного потока; в ре­ зультате этого уменьшается величина переменных гидродинамиче­ ских сил, действующих на вал, и повышается его усталостная проч­ ность.

5.Применение различных усовершенствований конструкции и материалов облицовок для уменьшения электрохимической, в том числе и фреттинг-коррозии гребных валов. В некоторых конструкциях вместо посадки на гребные валы обычно применяемых бронзовых облицовок производят наплавку нержавеющей стали, оловянистой бронзы, монель-металла и др. Наплавка на вал нержавеющей стали повышает его износостойкость, исключает электрохимическую кор­ розию, возникающую между различными материалами, и позволяет уменьшить диаметр вала,' так как толщина наплавки в несколько раз меньше толщины облицовки.

Учитывая повышение надежности валопроводов и дейдвудных устройств в результате осуществления указанных и некоторых дру­ гих работ, а также опыт эксплуатации ряда судов морского флота, можно выдвинуть требование о четырехлетием межремонтном пе­ риоде для этих узлов и о сроке службы гребных валов, равном 20— 25 лет. При этом календарный срок службы гребных и других ва­ лов валопровода новых проектов некоторых типов судов (исключая суда ледового плавания) можно принимать равным сроку службы самого судна. Для судов с ледовыми усилениями категории УЛ Пра­ вилами Регистра СССР предусмотрена поставка запасного гребного вала с концевой гайкой.

Движители,- Наиболее часто отказы гребных винтов происходят в результате коррозионно-эрозионных поражений. Коррозия харак­ теризуется язвинами, которые по мере развития могут достигать зна­ чительной глубины (6—12 мм); сливаясь между собой, отдельные яз­ вины образуют сплошное пораженное поле на лопасти. Эрозионные

48