Глушков С.С.

ПОДХОДЫ К БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКЕ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ВО ВРЕМЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Сибирский университет потребительской кооперации

Настоящая работа посвящена изучению деформаций и напряжений в валопроводах судовых энергетических установок. В тезисах произведен краткий обзор подходов, применяемых в диагностике динамических систем.

Ключевые слова: деформация, напряжения, диагностика.

This work studies the strains and stresses in the shafting of ship power plants. The theses produced an overview of approaches used in the diagnosis of dynamic systems.

Keywords: deformation, stress, diagnosis.

Конструкции современных судов развиваются в направлении быстроходности и увеличения мощности СЭУ, что при одновременном стремлении к снижению металлоемкости приводит к высокой динамической нагруженности, а также к возрастанию роли колебательных движений элементов машин и конструкций всего судна. Глубина проникновения в сущность динамических явлений, происходящих в процессе функционирования машин, во многом обеспечивает обоснованные конструктивные решения, требуемые эксплуатационные характеристики, надежность и долговечность всего валопровода, включая коленчатый вал ДВС, все промежуточные валы и вал приемника энергии (гребной вал).

Над решением этой задачи работают конструкторы, исследователи, производственники и эксплуатационники. Для сокращения сроков создания доводки новых образцов СЭУ, требуется решение многих вопросов, которые решаются путем замены длительных испытаний – ускоренными, а дорогостоящих испытаний всего валопровода – испытаниями отдельных узлов по ускоренным методикам. Поэтому в настоящее время нельзя провести четкую грань между опытно-конструкторскими и исследовательскими работами.

В реальных условиях использования высокие эксплуатационные значения энергетических и экономических показателей, надежности и ресурса СЭУ могут быть достигнуты только в тех случаях, когда имеется объективная информация о величинах параметров, качестве функционирования и техническом состоянии всех составляющих агрегатов и узлов судового валопровода. Стремление наиболее полно реализовать показатели, заложенные в СЭУ при проектировании, требуют более совершенных методов и средств контроля в реальных эксплуатационных условиях в связи с воздействием множества внешних факторов.

В настоящее время для исследования динамических явлений и дальнейшей практической реализации результатов исследований широко используются методы моделирования, идентификации, диагностики. При этом для изучения динамических характеристик СЭУ, наряду и совместно с аналитическими, необходимо применять и экспериментальные методы исследования.

Характерной особенностью СЭУ является то, что в ее состав входит ДВС – машина циклического действия, у которой рабочий процесс, осуществляемый в цилиндрах, так же как и кинематика кривошинно-шатунного механизма, преобразующего возвратно-поступательное движение поршня во вращательное коленчатого вала, являются мощным источником динамических возмущений в силовых потоках передачи механической энергии упругими звеньями этой сложной динамической системы. Существование периодических по времени и углу поворота коленчатого вала газовых и инерционных возмущающих сил и моментов определяет практически для всех судовых энергетических установок с ДВС наличие нескольких резонансных зон во всем эксплуатационном диапазоне частот вращения коленчатого вала [1].

По мере отклонения параметров эксплуатационного режима от соответствующих расчетных значений такие показатели СЭУ как экономичность, тепловая и динамическая нагруженность и другие сместятся относительно расчетных оптимальных уровней, следовательно, технические показатели, например коэффициент полезного действия, будут ниже возможных, заложенных в конструкции СЭУ. Для судовой энергетической установки в условиях реальной эксплуатации наиболее характерен широкий диапазон изменения скоростного и нагрузочного режимов, и в связи с динамическими явлениями в системе ДВС – гребной винт установленная мощность не может быть реализована полностью.

Причинами утраты ресурсных показателей СЭУ служат необратимые физические процессы, происходящие на поверхности и в объеме материала деталей, вследствие длительности воздействия циклических напряжений. Такой процесс идет без видимых признаков изменения свойств материала и приводит деталь к конечному предельному состоянию, которое характеризуется или поломкой, или появлением трещин недопустимых размеров. Следовательно, необходимо знать, возможна ли дальнейшая эксплуатация силовой установки, а если возможна, то сколько времени.

Упомянутые процессы, усталость материала, а также процесс изнашивания являются как детерминированными, так и случайными с сопровождением множества различных факторов. Поэтому к числу основных задач следует отнести выявление природы, характера, уровня, частотного состава, взаимосвязи вибрационных сигналов, а также выявление нелинейных свойств, основных резонансов, демпфирования, собственных форм колебаний и других характеристик колебательного процесса судовой энергетической установки при известном и неизвестном входном воздействии [2]. По этой причине расчетная оценка ожидаемого ресурса может быть выполнена корректно лишь с привлечением математического моделирования перечисленных ранее динамических характеристик с совершенствованием контроля над протеканием изменений параметров СЭУ, наиболее перспективным из которого является безразборная диагностика.

Разработка и внедрение систем технического диагностирования с математическим моделированием расчетных систем позволяет определить положение высоконагруженных, то есть слабых мест, в которых при дальнейшей наработке возникнут усталостные трещины, сравнить долговечность деталей СЭУ и определить их усталостные характеристики, а также прогнозировать остаточный ресурс.

Литература:

1. Глушков, С.С. Расчет амплитуд свободных колебаний дискретных многомассовых систем./ Л.М. Коврижных, С.С. Глушков// Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока.-2008.-№2.-С.162-164.
2. Глушков, С.С. Прогнозирование остаточного ресурса коленчатых валов/ С.П. Глушков, С.В. Штельмах, С.С. Глушков// «Судостроение», 2008 - №6.