Pokudin_-_Tekhnologia_sudoremonta_-_2007

30

повреждения длиной всего 0,5 d, а на выходе протяженность участков (1,5-2)d,

где d —диаметр трубопровода.

Рис.1.17. Слабые участки трубопроводов

Проектанты обычно увеличивают толщины стенок труб с запасом на коррозию, скорость износа от которой для стальных труб составляет 0,1-0,2 мм/год. Скорость ЭИ достигает 1-1,5 мм/год и это может привести к сквозным износам-свищам уже за 1 год.

Поэтому так важно знать способы защиты от ЭИ. Предпринимают следующие меры:

a) Слабые участки делают короткими для удобства замены.

B) Эти узлы можно изготавливать из труб с повышенной толщиной, а изнутри покрывать защитными слоями, такими, как, например, клей «Спрут», что повышает ресурс до замены.

c)Радиус погиба трубы делают не менее R > 2,5 d.

d)Ограничивают скорости потоков с учетом материала трубы. Так для стальных неоцинкованных труб допустимая скорость потока воды на уровне 1 м/с, для латуни и красной меди 1,2-1,5 м/с, для сплавов типа МНЖ на уровне 2,5 м/с. Оцинковка стали позволяет защитить трубы от коррозионной эрозии.

Пример 2 - Эрозия лопаток паровых турбин.

32

(точечная) эрозия (рис. 1.18).

При неправильной организации потоков воды возможны и более масштабные разрушения. Так из-за ошибки в конструировании верхний утолщенный поясок цилиндровой втулки двигателя ДКРН перекрывал наполовину отливное отверстие в блоке, в результате чего сильно пострадал цилиндровый блок в этом месте Из-за наличия зазора между разделительной перемычкой крышки и трубной доской водяного холодильника перемычка разрушилась (рис. 1.19).

1.8. Кавитация Кавитация (К) является разновидностью ЭИ и происходит в условиях

быстрой смены давления в жидкости, когда при разряжении она вскипает и пузырьки пара захлопываются при повышении давления. Если пузырьки находятся на поверхности металла, то сила удара жидкости может оказывать разрушающее действие на большинство металлов. Довольно часто повреждения от К обнаруживают на лопастях гребных винтов на стороне всасывания. В судовых технических средствах с этим явлением встречаются реже, но с весьма солидными повреждениями.

Пример 1 —К в насосах.

Она происходит при определенных условиях в рабочих полостях, где после всасывания давление в жидкости быстро нарастает. Вскипание жидкости облегчается при повышенном разряжении из-за неполностью открытого приемного клапана, засорении фильтров, загрязнении приемного участка, наличия на нем мест подсоса воздуха. Отрицательную роль играет также повышенная температура жидкости. (Так из-за опасения повреждения изношенных трубопроводов высоким давлением пожарный насос использовали для бытовых нужд с прикрытым наполовину приемным клапаном. После 10 мес. эксплуатации вынуждены были заменить рабочее колесо).

Мерами защиты насосов от кавитации являются:

33

-Использовать насосы только при полностью открытых приемных клапанах и чистых фильтрах;

-своевременно устранять неплотности приемной части трубопровода;

-не допускать перекачивание жидкости с температурами выше оговоренных паспортом.

Пример 2 —К в полостях охлаждения двигателей.

По мере износа деталей ЦПГ и увеличения зазора между юбкой поршня и цилиндровой втулкой сила ударов от перекладки поршня приводит к ощутимым колебаниям величины зазора между втулкой и блоком в нижнем поясе уплотнения полости охлаждения. При увеличении зазора происходит вскипание воды, а при его уменьшении рост давления. В результате сильного повреждения пояса уплотнения в блоке резиновые кольца сами повреждаются и перестают создавать уплотнение. На двигателях Зульцер RND90 после 12 лет эксплуатации глубина каверн повреждения достигала 12 мм, замену резиновых колец производили после 1000 ч работы. Блок пришлось восстанавливать.

Для предупреждения К необходимо уменьшать зазоры между поршнем и втулкой путем их замены. В приведенном выше случае зазор восстанавливали заменой бронзовых поясков на поршнях.

Пример 3 - К в подшипниковых узлах.

Она может иметь место на вкладышах в зонах подвода масла в подшипники двигателя, а также в промежуточных подшипниках валопровода при работе ВР1П на сниженных нагрузках, когда возможны значительные поперечные колебания вала.

Мерами предупреждения являются деаэрация масла и поддержание его температуры в заданных пределах.

1.9. Повреждение под действием высоких температур

Высокими температурами в технике считаются такие, под действием которых возникают отрицательные последствия. Наиболее ощутимо это проявляется в системах смазки, охлаждения, в узлах трения, где повышение

34

температуры даже на несколько градусов выше определенного порога может ускорить процессы образования отложений, нарушить теплообмен, ухудшить

условия трения и т.п.

Для конструкционных материалов действие высоких температур оценивается так же по тем последствиям, которые они вызывают. В судовых технических средствах наиболее часто встречаются следующие виды

последствий.

Перегрев металла. Перегрев металла имеет место, когда рабочая температура деталей или элементов конструкции длительное время превышает температуру рекристаллизации данного металла, в результате чего происходит рост зерен металла и его структура претерпевает заметные изменения в сторону укрупнения зернистости. Эго очень существенно влияет на изменение прочностных свойств металла: происходит снижение предела прочности и

текучести, пластических свойств, ударной вязкости, повышается хрупкость.

Особенно опасен перегрев для трубок паровых котлов, деталей ЦПГ и

выбирает материалы, у которых температура рекристаллизации выше рабочей температуры. Для исключения случайных забросов устанавливается уровень допустимых температур, которые ниже температуры рекристаллизации на 50-100°С.

35

Уровни допустимых температур для некоторых конструкционных материалов представлены в таблице 1.2.

Эксплуатационные меры предусматривают обеспечение качественного процесса горения, исключающее контакт с факелами форсунок, поддержание чистоты поверхностей теплообмена.

Ползучесть металла. Это явление возникает также при температурах выше уровня рекристаллизации, но при напряжениях, достигающих пределов текучести при данной температуре. В таких условиях пластическая деформация постоянно развивается во времени, что приводит в итоге к разрушению, так как в уменьшающемся сечении стержня или в стенке трубки напряжения будут расти, пока не достигнут предела прочности.

Наиболее часто ползучесть встречается в элементах паровых котлов. У водотрубных котлов она приводит к появлению «вздутия» трубки при местных отложениях, к провисанию труб (рис. 1.21) и выходу их из ряда при обширных отложениях. Эти явления оцениваются по увеличению диаметра или стрелке прогиба/.

В огнетрубных котлах из-за отложений шлама ползучесть может проявиться в проседании жаровой камеры (рис. 1.22). В этом случае происходит нарушение арочной формы, в которой стенки обычно работают только на сжатие, и часть стенок начинает испытывать растяжение. В итоге проседание

36

будет быстро прогрессировать. Оценивается проседание по уменьшению вертикального размера Н.

- 0 ~ - - 0 ^ - 0 3

Термическая усталость. Это явление возникает обычно в толстых теплопередающих стенках цилиндровых крышек, головок поршней и т.п. Проявляется оно в растрескивании металла на горячей поверхности с развитием сквозной генеральной трещины (рис.1.23). Такой вид разрушения связан с чередованием сжимающих и растягивающих температурных напряжений. Механизм появления и смены напряжений можно пояснить на таком примере. Если положить две металлические пластины друг на друга и одну из них нагревать, то деформация удлинения нагретой пластины не встречает сопротивления и не порождает никаких напряжений. Если же проделать

ту же операцию на предварительно скрепленных пластинах, то напряжения возникнут в каждой из них. Холодная пластина будет сдерживать удлинение горячей, т.е. сжимать ее, а горячая будет растягивать холодную. В итоге

37

горячая пластина будет испытывать напряжение сжатия, а холодная - растяжения.

Рассмотренная модель отражает события, происходящие в толстой теплопередающей стенке, где одна поверхность сильно нагревается, а другая охлаждается жидкостями. Однако будет ли это приводить к термической усталости или нет, зависит от уровня напряжений и количества теплосмен.

Характер изменения напряжений можно рассмотреть на диаграмме рис.1.24. По мере роста температуры напряжения на горячей поверхности увеличиваются пропорционально по линии о-с. Если рабочая температура достигает уровня tj,

то напряжения в точке <в> остаются ниже ат, имеют упругий характер и после остановки двигателя и снижения

температуры они полностью снимаются. При таком характере циклов напряжений растяжения не возникает и нет условий для образования трещин термоусталости.

Если рабочая температура стенки достигает уровня Ь, то рост упругих напряжений возможен только до точки «с» (уровня предела текучести), а далее будут иметь уже пластический характер и изменяются по линии c-d. На этом участке происходит явление «подсадки» металла - его пластическое деформирование как при ковке или прокатке, в результате чего образуется наклеп с укорачиванием нагретых слоев и снижением их пластичности. При остывании изменение напряжений идет по линии d-e и достигают нулевых значений еше при на неполном остывании в точке t3. Дальнейшее охлаждение приводит к образованию напряжений растяжения остаточного характера аост.

В итоге получается усталостный цикл со знакопеременными напряжениями от

о> ДО <Jocm.

Некоторая парадоксальность повреждения заключается в том, что образование трещин и их развитие происходит не во время работы двигателя, когда действуют асж, а при его остывании и появлении (Траст-

Мерами предупреждения термоусталости являются:

-обеспечение качественного горения топлива без контакта факела с металлом;

-поддержание чистоты поверхностей теплообмена;

-своевременное удаление образующихся микротрещин с зашлифовкой поверхностей;

-уменьшение толщины теплопередающей стенки (при модернизации конструкции).

Температурные деформации. В практике эксплуатации судовых технических средств (СТС) приходится сталкиваться с температурными деформациями их элементов. Несмотря на то, что обычно они носят упругий, возвратный характер, ограничения и препятствия в их реализации вызывает усилия в сотни и даже тысячи кгс. Предупреждаются эти усилия обеспечением свободы деформаций, что контролируется при изготовлении, сборке, проведении ТО и ремонтов. Виды контроля станут понятны из следующих

39

перемещений. В процессе эксплуатации необходимо следить за чистотой и смазкой скользящих опор;

B) свобода удлинения валов при нагревах обеспечивается достаточностью осевых зазоров в подшипниках. Так у валов насосов, якорей электродвигателей, генераторов одна опора фиксируется, а вторая делается тоже скользящей с соответствующим осевым зазором, наличие которого проверяется при монтаже.

Для коленчатых валов помимо осевых зазоров в рамовых подшипниках предусматриваются еще осевые зазоры в шатунных и головных подшипниках, что гарантирует отсутствие навала поршня на цилиндровую втулку, вызывающего «опрокидывание» ЦПГ.

Необходимость обеспечения свободы температурных деформаций видно из такого примера. При замене подшипника генератора гофрированную пружинящую прокладку по ошибке заменили набором плоских прокладок такой же толщины. Через несколько минут после начала работы дизель-генератора были оборваны все 4 болта М8, крепления крышки подшипника. Расчет показал, что разрывное усилие составляло около 4 тс;

c)неравномерные поля температур различных СТС неизбежно приводят к их деформации, которые приходится учитывать при производстве различных контрольных измерений. Так раскепы коленчатых валов меняются в зависимости от теплового состояния двигателя, а для исключения влияния нагрева корпуса судна солнечными лучами, центровку валопровода проверяют ночью или в пасмурную погоду. Ротор паровой турбины перед пуском имеет неравномерный нагрев верхней и нижней частей, что приводит к его выгибу вверх. Чтобы избежать появления центробежной силы и вибрации, пуску турбины обязательно предшествует проворачивание ротора для выравнивания температур;

d)если по каким-либо причинам происходит подплавление рамовых подшипников, то велика вероятность возникновения остаточного изгиба