Pokudin_-_Tekhnologia_sudoremonta_-_2007

привело к крупным авариям 2 судов, было легко устранимо назначением повышенных зазоров. В то же время появление трещин в опорных буртах цилиндровых втулок двигателей B&W невозможно было предотвратить, так как это потребовало бы перекомпоновки двигателя в делом.

2.Технологические (производственные) дефекты — связаны с отступлениями от проектных требований и обусловлены квалификацией исполнителей, несовершенством технического контроля. Так, например, износ зубьев шестерен привода распределительного вала на двигателях RD76 до 3 мм за год был обусловлен неправильной термообработкой и низкой твердостью поверхностей.

3.Повреждения от нормального физического износа — являются неизбежным результатом действия трения, коррозии, кавитации изменяющих размеры деталей, а также действия высоких температур и времени, изменяющих механические свойства материалов.

4.Повреждения вследствие нарушения правил технической эксплуатации

связаны с недостаточной квалификацией и низкой исполнительной дисциплиной. Возникают из-за неправильного использования, некачественного или несвоевременного технического обслуживания.

5.Повреждения при тяжелых условиях эксплуатации, когда объекты испытывают уровни воздействия, значительно превышающие нормативные. Возникают при плавании во льдах, тяжелых штормовых

условиях, перевозке химически активных грузов и т.п.

Выявлению вида и характера повреждения при ТО и ремонте уделяется самое серьезное внимание, поскольку каждому из них соответствуют определенные причины, знание которых позволяет определить возможные меры повышения ресурса, вероятности безотказной работы и тем самым снижения объемов потребного ремонта.

Остановимся более подробно на возможностях выявления видов повреждений и необходимых мерах повышения ресурса.

11

1.2. Повреждения от трения и износа

Эти повреждения возникают в многочисленных узлах трения силовых установок: подшипниках двигателей, механизмов и валопроводов, деталях ЦПГ, плунжерных парах, ползунах и т.п.

Повреждения от износа проявляются в виде изменения размеров, нарушения формы детали, ухудшения состояния поверхностей трения в тех случаях, когда они выходят за пределы установленных норм.

Изменения размеров ограничиваются ввиду снижения прочности деталей и увеличения зазоров между трущимися поверхностями. Так при износе цилиндровой втулки не только понижается прочность ее стенок, но и увеличивается зазор в сочленении с тронком поршня, что может привести к появлению стуков при перекладке поршня в момент прохождения мертвых точек. Во всех случаях повышение зазоров в подшипниках вызывает снижение давления в несущем слое масла, а в головных и шатунных подшипниках также может сопровождаться появлением стуков. Ресурс деталей узлов трения зависит от скорости изнашивания, характеризуемой величиной износа, отнесенного к 1000 ч работы. Для современных силовых установок скорость изнашивания составляет для шеек коленчатых валов 0,3-2 мкм, цилиндровых втулок 10-40 мкм, поршневых колец 50-200 мкм за 1000 ч. Конкретные значения скорости изнашивания различных узлов трения для данного типа двигателя приведены изготовителем в инструкциях по эксплуатации. Делается это для возможности контроля процессов изнашивания судовьми механиками и своевременного принятия необходимых мер.

Ощутимое повышение скорости изнашивания обычно происходит при нарушениях характера изнашивания, когда от чисто механического вида взаимодействия поверхностей наступают абразивный и коррозионно­ механический.

Абразивное изнашивание наступает при наличии в зоне трения частиц, твердость которых превышает твердость поверхностей деталей. В результате происходит интенсивное царапание и ускоренное изнашивание поверхностей.

12

Признаком абразивного износа является большое количество грубых рисок в направлении перемещения поверхностей. Для деталей ЦПГ абразивами являются твердые частицы продуктов сгорания (кокса), металлическая пыль от износа деталей. Снижается воздействие этих факторов своевременной моточисткой, обеспечением качественного сжигания топлива, наличием моющих присадок в

масле.

металлической пыли поступают вместе с маслом и вызывают грубые риски на вкладышах и шейках валов (рис.1.2). Мерами предупреждения являются

качественная фильтрация и сепарирование масла. Для восстановления

нормальной работы подшипниковых узлов в этих случаях помимо замены вкладышей необходимо устранение повышенной шероховатости шейки.

Более радикальным средством защиты от абразивного износа является повышение твердости поверхности наиболее изнашиваемого элемента пары трения. Так за счет нанесения пористого хрома на поршневые кольца в несколько раз удалось снизить скорость их изнашивания и увеличить сроки

проведения моточисток с извлечением поршней СОД.

Коррозионно-механическое изнашивание возникает при коррозионном

воздействии наповерхности трения, при котором образующиеся на

поверхностях продукты химических реакций легко разрушаются, а на обнаженных участках они вновь восстанавливаются. При таком характере воздействия скорость изнашивания повышается в несколько раз, а сами поверхности сильно выглаживаются из-за полирующего воздействия на них продуктов химических реакций (рис. 1,3).

Наиболее ярко коррозионно-механический износ проявился в деталях ЦПГ с началом использования высоковязких сортов топлива с повышенным содержанием серы, продукты сгорания которой приводят к образованию и конденсации серной кислоты. Поверхности цилиндровых втулок и поршневых колец приобретали низкую шероховатость, а скорость изнашивания возросла в 4-6 раз по сравнению с работой на дизельном топливе.

Нейтрализация агрессивного воздействия серы осуществляется введением в масла щелочной присадки КОН, количество

которой должно соответствовать содержанию серы.

Нарушение формы деталей происходит из-за неравномерного силового воздействия на поверхности трения, нарушения распределения смазки, наличия локальных зон изнашивания. Так у тронковых двигателей действие переменной нормальной силы в плоскости движения шатуна вызывает неравномерный износ цилиндровой втулки и юбки поршня в виде овальности, а изменение давления газов по мере опускания поршня приводит к появлению конусности втулки. Указанные факторы ухудшают условия работы поршневых колец.

Неравномерное силовое воздействие на шатунную шейку по мере поворота коленчатого вала приводит к ее овальности. Неравномерное распределение смазки, перекосы в КШМ приводят к образованию ее конусности.

Ввиду существенного влияния на характер контактирования сопряженных пар и эффективность смазки, величины овальности и конусности приходится регламентировать так же, как и износ.

Другим видом нарушения формы является образование «наработков» - уступов на поверхности между зонами с разной степенью износа. Для

14

цилиндровых втулок характерным является образование наработка в её верхней части, где останавливается верхнее поршневое кольцо. Ввиду того, что наработок и образующийся нагар могут препятствовать прохождению поршневых колец при извлечении поршня их приходится предварительно удалять.

Наработок может образоваться и в зоне расположения манжетного уплотнения в виде кольцевой выточки на валу. Непроницаемость уплотнения резко нарушается и не восстанавливается в полной мере даже после замены манжеты, ввиду недостаточности величины её натяга относительно вала.

Ухудшение состояния поверхности трения за пределами установленных норм также относится к повреждению, даже если изменения размеров и формы будут находиться в допустимых пределах. Различают следующие виды повреждений.

Повышение шероховатости поверхностей, влияющее на скорость изнашивания и температурные режимы работы узла. Наиболее характерно для подшипниковых узлов при загрязнениях или обводнении масла.

Состояние поверхности может ухудшиться при полном износе антифрикционных и износостойких слоев. Так происходит с вкладышами при износе слоя Pb-Sn и обнажении никеля или бронзы, а также при износах и сколах хрома на поршневых кольцах.

Натиры на поверхностях трения в виде светлых, выглаженных зон появляются на выступающих участках поверхности. Локальное повышение температуры поверхности в этой зоне может вызвать потемнение свинца в антифрикционном слое, что видно на рис. 1.4. Формируются они при непосредственном контакте взаимодействующих деталей в условиях затрудненной смазки и повышенного температурного фона. Натиры на поверхности с мягким антифрикционным слоем Pb-Sn триметаллических вкладышей, опасности не представляют и самоустраняются за счет быстрого износа или пластической деформации этой зоны.

15

приходится удалять шабрением, выравнивая тем самым поверхность трения. Аналогичным образом приходится поступать с натирами на поверхностях цилиндровых втулок и юбках поршней. На рис. 1.5 показана юбка поршня, на которой натир из-за несвоевременного устранения начинает переходить в следующую стадию повреждения —задир.

Задир поверхностей происходит вследствие значительного повышения локальных температур с пластификацией и диффузионным «схватыванием» металлов, последующими глубинными вырывами с образованием борозд. Вид поршня с задирами на поверхности показан на рис.1.6. Уровень температур в несколько сотен градусов может привести к большому увеличению диаметра поршня и его полную заклинку в цилиндровой втулке. Сопутствующие этому силы трения могут вызвать сгибание и разгибание шатуна и его разрыв.

16

1.3. Усталостное разрушение металлов

Оно возникает при переменных нагружениях с напряжениями ниже пределов прочности. Наиболее опасным видом нагружения являются циклы со сменой знака напряжения. Помимо переменного характера нагружения большое значение имеет количество циклов воздействия. Снижение уровня разрушающих напряжений в зависимости от числа циклов показано на рис. 1.7

При испытаниях в воде уровень разрушающих напряжений значительно снижается.

Уровень значений пределов выносливости связан с уровнем предела

- при переменном растяжении o_tp ~ 0,32 аи

- при переменном кручении г., ~ 0,22 аи

Главным условием отсутствия разрушения деталей, работающих без ограничения количества циклов враб < о./.

Усталостным разрушениям могут подвергаться такие важные детали, как коленчатые валы на шатунных шейках и щеках, валопроводы у фланцев и шпоночных пазов, шатунные, сшивные и фундаментные болты, элементы конструкций корпуса.

17

Любой вид усталостного разрушения имеет следующие особенности:

а) разрушение происходит в виде зарождения и развития трещины вплоть до полного разрыва (рис.1.8);

б) до появления трещины проходит довольно продолжительный период, который называют инкубационным (скрытым) периодом. После появления трещина довольно быстро прогрессирует и наступает разрыв. Время развития трещины называют периодом разрушения;

в) трещины возникают не в произвольном месте, а в зонах наиболее высоких значений напряжений растяжения,

как правило, эти зоны образуются в местах наличия концентраторов

Величина Ккн зависит от размеров и формы концентратора и находится в пределах от 1 до 3 и более.

Значения Кт = 3 получаются на концах трещин в зоне «подрезов» -

резких переходах в сечениях, на острых кромках вырезов и отверстий.

г) усталостное разрушение имеет вид хрупкого разрушения и

сопровождается пластическими деформациями. Поэтому оно всегда происходит внезапно без всяких предварительных признаков в изменении работы элемента;

Здесь выделяются 2 характерные зоны. Зона А — гладкая, матовая (фарфоровая) с возможными гранями перехода плоскостей. Это зона развития трещины с выглаживанием поверхностей от взаимных перемещений, вследствие того, что при переменных нагружениях трещина «дышит». Зона В —зона мгновенного, хрупкого разрушения имеет выраженный зернистый вид.

Место излома может иметь вид и более сложной картины при наличии нескольких концентраторов напряжений и одновременном действии разных нагрузок: изгиб и кручение, изгиб и растяжение и т.п. Варианты таких картинок можно найти в справочниках.

По соотношению площадей зон А и В можно судить об уровне нагружения. На рис.1.10 показан излом при высокой степени нагружения, когда разрушение происходит за короткий срок эксплуатации, и излом при малой нагрузке и длительном разрушении.

Ввиду того, что усталостные разрушения имеют внезапный характер и могут вызвать

значительные разрушения, к их предупреждению относятся с большой тщательностью, используя следующие основные меры.

При изготовлении деталей обеспечивается снижение уровня Ккн. Для этого применяют галтельные переходы в местах уступов диаметров, головки болта к его телу, зашлифовка выходов отверстий на поверхности шеек, полировка поверхностей до полного удаления следов шлифования, снятие

19

фасок на острых кромках, использование мелких резьб вместо крупных. Виды неправильного и правильного оформления переходов сечений показаны на рис.1.11. Дополнительно может применяться поверхностное упрочнение

Рис. 1.11. Примеры неправильного и правильного оформления галтельных переходов.

обкаткой роликами, закалкой, повышающие предел выносливости на 40%. Такой эффект объясняется тем, что созданные при обработке напряжения сжатия снижают уровень циклических напряжений растяжения, вызывающих образование трещин..

При сборке а монтаже тщательно следуют указаниям инструкций, избегая создания дополнительных напряжений от перекосов, расцентровок, деформаций, повышенных усилий затяга креплений и т.п.

Впроцессе эксплуатации и проведения ТО принимают следующие меры:

висключается работа объектов в зонах резонанса (при запусках, сменах режимов и остановках их проходят как можно быстрее);

• регулярно проверяется состояние креплений механизмов на фундаментах,

трубопроводов на стойках и подвесках;

•с установленной периодичностью производятся измерения параметров, косвенным образом характеризующих уровни циклических напряжений: раскепов КВ, расцентровки валопроводов, толщин наружной обшивки и связей корпуса;

•поверхности опасных зон защищают от попадания воды (окраска валов) и конденсата (обогрев двигателя на стоянке);

•потенциально опасные зоны с концентраторами напряжений осматривают при каждом случае проверок и ревизий узлов. Необходимо помнить, что