книги из ГПНТБ / Детали из стеклопластика в судовом машиностроении

Для равновероятного распределения Я (т) -■ X = const и выра­ жение для надежности получает вид R'(x) = ехр (—Ят), откуда после логарифмирования имеем

Величина тR (т) может быть принята как среднеквадратический срок службы винта, гарантированный с надежностью R (т).

Для ориентировочных расчетов примем Ат = 5000 ч и, исполь­ зуя данные табл. 33 (N = 69, Ап = 7), получим значение интенсив­ ности отказов Я = 0,225-10“4 1/ч. Из (159) после подстановки Я имеем т0 95 = 2200 ч, т0 9 = 4700 ч, т0і5 = 30 600 ч. Следовательно,

с учетом накопленного эксплуатационного опыта представляется возможным с надежностью R (т) не ниже 0,9 гарантировать продол­ жительность безотказной работы пластмассовых винтов в течение не менее 4700 ч и с надежностью 0,5 не менее 30 000 ход. ч, что со­ ставляет не менее 6 лет непрерывной эксплуатации. Последнее может быть принято как средняя продолжительность эксплуатации пласт­ массовых гребных винтов.

Следует отметить, что достоверность использованной в расчете функции Я является недостаточной, так как объем и продолжи­ тельность проведенных к настоящему времени испытаний винтов в статистическом плане относительно невелики. Поэтому будет вполне обоснованным ожидать некоторого изменения ее по мере накопления практического опыта.

§ 18

Вопросы экономики производства и эксплуатации гребных винтов из стеклопластиков

Вопросы экономической эффективности играют важную роль при оценке возможности и целесообразности использования новых материалов в производстве изделий конструкционного назначения, поэтому в технической литературе по синтетическим материалам [35, 44, 57 ] экономические проблемы получили достаточно подроб­ ное освещение и в общей постановке безусловно решены в пользу пластмасс.

18 0

Последнее, однако, не исключает необходимости выполнения экономических обоснований в каждом прикладном исследовании вследствие того, что специфические особенности конкретных изделий оказывают существенное влияние на экономику их производства

иэксплуатации.

Вобласти судового машиностроения это имеет особо важное значение, так как такие специфические факторы, как малосерийность

ииндивидуальность производства, в этой отрасли встречаются наи­ более часто.

Последнее особенно характерно для судовых движителей, исполь­

При этом следует также отметить и то, что возможности увеличе­ ния серийности изделий путем применения унификации и стандарти­ зации конструктивных элементов в области судовых движителей используются далеко не полностью. Таксе положение является следствием того, что в настоящее время для каждого типа судна, за весьма редким исключением, проектируется и создается соб­ ственный движитель, отличающийся индивидуальными конструктив­ ными особенностями.

Экономическая эффективность новой техники, как правило, определяется на основе сопоставления стоимостных или натуральных показателей разрабатываемых конструкций с лучшими образцами действующих механизмов того же назначения.

Натуральные показатели, как например производительность труда, расход материалов, энергетические затраты и др., характе­ ризуют лишь отдельные частные свойства конструкции. В то же время стоимостные показатели и прежде всего себестоимость про­ изводства дают наиболее обобщенную оценку экономической эффек­ тивности [19].

При оценке эффекта внедрения новой техники необходимо учи­ тывать изменения не только в сфере производства, но и в сфере потребления, так как довольно часто последняя является более значимой.

Принимая это во внимание, рассмотрим более подробно вопросы экономической эффективности применения стеклопластиков в судо­

серийность судовых движителей и имеющее в настоящее время место некоторое отставание в области их унификации и стандартизации оказывают в значительной степени отрицательное влияние на эко­ номическую эффективность применения для их производства стекло­ пластиков, что характерно и для металлических гребных винтов.

Прежде всего это отражается на возрастании удельных затрат на специальную технологическую оснастку и нестандартное вспомо­

181

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

П р и м е ч а н и е , м. в. — металлический винт, п. в. — пластмассовый винт.