Тарапата Всеволод Всеволодович. Удосконалювання експлуатації суднових дизелів регенерацією властивостей їх основних елементів

brief description

Тарапата Всеволод Всеволодович. Удосконалювання експлуатації суднових дизелів регенерацією властивостей їх основних елементів : Дис... д-ра наук: 05.08.05 2005

Тарапата В.В. Удосконалювання експлуатації суднових дизелів регенерацією властивостей їх основних елементів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.08.05 Суднові енергетичні установки. Одеська національна морська академія, Одеса, 2005.
Вперше розроблені принципи забезпечення заданої довговічності суднових ДВЗ шляхом регенерації властивостей робочих поверхонь його основних елементів у різних полях у період експлуатації і при ремонті. Отримано моделі переносу речовини на поверхню деталі під дією градієнтів діючих полів, визначені їх структура і встановлені кількісні співвідношення. Запропоновано варіаційний принцип аналізу існуючих і синтезу нових технологій підвищення довговічності. На прикладі плунжерних пар ПНВТ і голівок поршнів середньообертових суднових дизелів запропонований і реалізований новий підхід до усунення у нерівномірних полях специфічних експлуатаційних ушкоджень деталей.
Для забезпечення коректності при зіставленні технологій підвищення довговічності деталей СДВЗ запропоновано замість дискретних оцінок елементів режимів і властивостей робочих поверхонь, які одержуються у результаті їх застосування, використовувати інтегральні характеристики; визначені їх чисельні значення.
З урахуванням проведених іспитів регенерованих деталей і поверхонь запропонована концепція та рекомендації по використанню при ремонті дизелів регенерованих деталей із заданою довговічністю, що дозволяє зменшити витрати на придбання запасних частин і упровадити вже освоєні СРЗ України технології регенерації.

Незважаючи на значний обсяг виконаних до дійсного часу НДР і впровадження їх результатів, проблема удосконалювання технічної експлуатації і підвищення довговічності основних елементів суднових дизелів, як і раніше, залишається актуальною. Її причини лежать у відсутності єдиного, науково обґрунтованого підходу до розуміння довговічності як критерію, що формується при виготовленні деталі, її експлуатації, технічному обслуговуванні і ремонті, а також у технологічній відсталості морегосподарського комплексу України в цілому. Це утрудняє вибір стратегії збереження і регенерації властивостей відповідальних деталей СДВЗ. Таким чином, підвищення їх довговічності, як і раніше, уявляє собою важливу науково-прикладну проблему.
У проведених дослідженнях отримано наступні результати.

Уперше запропонована концепція розгляду процесів енергоперетворення в СДВЗ, деструкції їх основних елементів при експлуатації і регенерації під час ремонту з загальної платформи, яка заснована на уявленнях термодинаміки необоротних процесів і полягає в розгляді потоків, що виникають спонтанно або створюються цілеспрямовано. Показано структурну подібність зазначених процесів.
На цій основі запропоновано розглядати проблему забезпечення довговічності відновлюваних деталей суднових дизелів з позицій, заснованих на опису процесів їх пошкоджуваності в період експлуатації і компенсації ушкодженого шару при ремонті як результату взаємодії потоків речовини в різних полях; отримані відповідні рівняння. Розроблено моделі переносу речовини на поверхню деталі під дією градієнтів концентрації, температури, тиску й електричного поля при використанні ХТО. Їх використання можливе також для опису процесів енергоперетворення в СДВЗ.
Уперше запропонований і реалізований на прикладі плунжерних пар ПНВТ і голівок поршнів суднових дизелів новий підхід до усунення специфічних експлуатаційних ушкоджень, що характеризуються нерівномірними масовим зносом і розмірними змінами. Показано, що найбільш ефективно воно може бути проведено в нерівномірних полях шляхом раціонального вибору умов переносу речовини на поверхню, яка регенерується, і керування його потоками за допомогою розробленої системи градієнтів.
З урахуванням виявленої структурної подібності технологій підвищення довговічності при експлуатації і ремонті, для аналізу існуючих і синтезу нових використано варіаційний принцип, що полягає в представленні складових загального потоку маси наносимої речовини, сформованого в багатомірних полях, у виді готових "блоків", отриманих при розробці локальних математичних моделей масопереносу в одномірних полях.
Уперше, з метою забезпечення коректного зіставлення технологій підвищення довговічності деталей СДВЗ, запропоновано замість дискретних оцінок використовувати узагальнені параметри. Для цього елементи режимів і властивості робочих поверхонь деталей, одержувані в результаті їх застосування, розглядалися як випадкові величини, що дозволило робити обробку наявного великого інформаційного масиву методами математичної статистики й одержувати для нього відповідні крапкові та імовірні оцінки. Це дало можливість перейти до порівняння технологій ремонту за критеріями технічної й економічної доцільності з урахуванням особливостей роботи СДВЗ.
Основні наукові результати, які отримані при дослідженні викорис-тованих у технологіях підвищення довговічності деталей суднових дизелів багатомірних полів і що дозволили сформулювати приведені вище наукові положення, полягають у наступному.

Визначено структуру полів, запропоновано фізичне трактування і математичні вираження для визначення ряду феноменологічних коефіцієнтів у рівняннях переносу, що характеризують потоки наносимої на поверхню деталі речовини й відбивають елементи режиму ХТО, конструктивні особливості використовуваного устаткування, трибосполучень СДВЗ і умови їх експлуатації.
Отримано аналітичні вираження для розрахунку коефіцієнтів і потоків масопереносу в технологіях підвищення довговічності методами хіміко-термічної обробки, а також кількісні співвідношення між складовими загального потоку, що відносяться до кожного з використаних полів при цементації і насиченні кремнієм сталей.
Розроблено і досліджено процеси регенерації голівок поршнів суднових дизелів та плунжерних пар паливних насосів високого тиску низькотемпературною тепловою і хіміко-термічною обробкою, виявлені закономірності зміни лінійних розмірів і властивостей їх прецизійних поверхонь у залежності від технології регенерації.
Отримано основні рівняння регенерації, що забезпечують компенсацію нерівномірних зносів і мінімізацію деформацій основних деталей СДВЗ.
Визначено чисельні значення для узагальнених характеристик елементів режиму технологій підвищення довговічності деталей СДВЗ, одержуваних у результаті їх застосування властивостей робочих поверхонь та енергоємності технологій регенерації для деталей у цілому і питомої енергоємності для робочих поверхонь, що формуються; це дозволило здійснити коректне порівняння і вибір технологій підвищення довговічності для різних деталей дизеля.
Отримано дані по відносній зносостійкості робочих поверхонь регенерованих деталей в умовах прискорених іспитів і підконтрольної експлуатації, зроблена оцінка техніко-економічної ефективності технологій підвищення довговічності.

Практична цінність результатів, отриманих при проведенні дійсного дослідження, полягає в наступному.

На основі наукових результатів розроблені математичні моделі технологій підвищення довговічності і регенерації зношених поверхонь, а також програми для розрахунку процесів переносу при ХТО.
Запропоновано новий спосіб відновлення рухливих сполучень прецизійних деталей, отримано на нього авторське посвідчення.
Розроблено технологічні інструкції регенерації плунжерних пар ПНВТ і відновлення голівок поршнів суднових дизелів ДКРН 45/120. Зазначені ТІ погоджені з Регістром і впроваджені для відновлення спробних партій деталей на базі СРЗ "Україна".
Розроблено рекомендації для механіків суден щодо удосконалення технічної експлуатації суднових дизелів шляхом використання регенерованих деталей з визначеною довговічністю.

Проведений комплекс прискорених іспитів робочих поверхонь і натурних іспитів регенерованих плунжерних пар ПНВТ, а також достатня кореляція отриманих у дослідженні даних з результатами підконтрольної експлуатації голівок поршнів, відновлених по інших технологіях, підтверджує вірогідність і ефективність запропонованих автором нових підходів до збільшення довговічності. При 1-кратному відновленні вона зростає не менш чим на 30 % і забезпечує, в такий спосіб, підвищення ефективності експлуатації транспортних суден.
Виконані дослідження дозволили сформулювати новий перспективний, на думку автора, науковий напрямок "Удосконалювання технічного рівня і підвищення ефективності експлуатації суднових енергетичних установок регенерацією властивостей робочих поверхонь їх основних елементів під час експлуатації і ремонту". Проведення НДР по цій тематиці дасть можливість поширити пропоновані в роботі підходи до формування довговічності СТЗ не тільки на ряд інших відповідальних деталей суднових дизелів, але і на інші види суднового енергетичного устаткування.