автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Моделирование кавитационных процессов в полостях охлаждения судовых ДВС

На правах рукописи

КОЧЕТКОВ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ КАВИТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОЛОСТЯХ ОХЛАЖДЕНИЯ СУДОВЫХ ДВС.

Специальность 05.08.05 - судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Астрахань - 2005

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Астраханский государственный технический университет» (ФГОУ ВПО АГТУ) на кафедре «Судовые энергетические установки»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: кандидат технических

наук, доцент А.С. Курылёв

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических

наук, профессор М.М. Абачараев

кандидат технических наук АЛ. Шишкин

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Федеральное государственное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Балтийская государственная морская академия рыбопромыслового флота» (г. Калининград)

Защита состоится « 20 » 0/?р5ЛЛ 2005 г. в ¡2. часов на заседании диссертационного совета К 307.001.02 в Астраханском государственном техническом университете по адресу: 414025 г. Астрахань, ул. Татищева 16, ¿_учеб. корпус, ауд. ЧиТ.ЗОЯ

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке АГТУ.

Автореферат разослан 2005 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

Общая характеристика работы Актуальность темы

Развитие морских перевозок генеральных грузов и нефтепродуктов на Волго-Каспийской части транспортного коридора Север-Юг привело к широкому использованию судов смешанного плавания река-море. Более, чем 10-летняя активная круглогодичная эксплуатация судов и их судовых энергетических установок, особенно главных двигателей, в переменных режимах по нагрузкам, условиям работы охлаждающих полостей и качеству охлаждающей воды проявило возрастающее количество выбраковки охлаждаемых деталей судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС) по параметрам кавитационных разрушений.

В силу сложившихся экономических условий контроль процессов эксплуатации СДВС на судах, осуществляющих морские перевозки, а также судах флота рыбной промышленности Каспийского бассейна, носит весьма формальный характер. Режимы эксплуатации не всегда соответствуют паспортным параметрам СДВС, качество и состав используемой охлаждающей воды во внутреннем контуре полости охлаждения не соответствуют эксплуатационным требованиям. В полостях охлаждения многих СДВС присутствуют значительные отложения механических примесей, накипи, продуктов коррозии, что свидетельствует об использовании забортной необработанной воды.

Эти обстоятельства изучены на более 20 главных СДВС транспортных судов смешанного плавания и рыбопромыслового флота Каспийского бассейна и показали, что в наибольшей степени кавитационно-коррозионному разрушению подвержены водоомываемые поверхности цилиндровых втулок. Так, например, интенсивность разрушений чугунных цилиндровых втулок СДВС типа N¥0-48 значительна и они проявляются уже через 3-5 тыс. часов наработки с последующим непрерывным нарастанием до предельного состояния к 12 -15 тыс. час. наработки. По износу зеркала цилиндровой втулки из серого чугуна СЧ25 предельное время работы на таких СДВС до 30 тыс. час., а по кавитационно-коррозионному разрушению охлаждаемой поверхности в 1,5-2 раза меньше. В тоже время такими СДВС оснащено более 80% судов Волго-Каспийского бассейна и отсутствие системы

прогнозирования кавитационных процессов и контроля качества эксплуатации охлаждаемых полостей влечет экономические потери и становится одной из проблем безопасности плавания судов.

Возможность численного и экспериментального моделирования кавитационно-коррозионных процессов в полостях охлаждения позволяет решить проблемы эксплуатации СДВС с учетом существующих условий, что является в настоящее время актуальным.

Цели исследования: разработка системы моделирования кавитационно-коррозионных процессов в полостях охлаждения, научно обоснованного прогноза предельного времени работы цилиндровых втулок СДВС по параметрам кавитационных разрушений с учетом существующих условий эксплуатации. Задачи исследования. Для реализации поставленной цели определены задачи исследования:

анализ существующих кавитационно-коррозионных разрушений цилиндровых втулок и условий эксплуатации охлаждающих полостей СДВС;

анализ и выбор методики расчёта кавитационно-коррозионного разрушения с учетом параметров и состава охлаждающей воды;

разработать программное обеспечение численного моделирования кавитационного разрушения чугунных и стальных цилиндровых втулок по предельному времени износа в течение жизненного цикла и на текущий период эксплуатации;

провести численное моделирование кавитационного разрушения цилиндровых втулок наиболее распространённых СДВС флота Каспийского бассейна, с учётом параметров и состава охлаждающей воды;

- разработать испытательный стенд и методику экспериментального исследования кавитационных процессов при имитационных параметрах вибрации образцов и охлаждающей воды при воздействии магнитострикционного преобразователя;

- провести планирование полного факторного эксперимента с оценкой влияния на кавитационные разрушения образцов температуры охлаждающей жидкости и давления в полости охлаждения;

провести визуальные наблюдения и цифровую съемку кавитационных процессов и разрушения стенки образцов в модельной установке на разных режимах испытаний образцов металлов;

выполнить контроль микротвердости стенки образцов металлов на разных режимах их испытаний;

разработать систему прогнозирования предельного времени работы цилиндровых втулок по параметрам кавитационно-коррозионного разрушения их водоомываемой поверхности. Методы исследования

Методологической базой моделирования кавитационных процессов приняты методы и методики учёных и исследователей: Н.Н. Иванченко, А.А. Скуридина, М.М. Абачараева, М.С. Стечишина, А.П. Пимошенко, В.А. Акуличева, Л.И. Погодаева, В.П. Родионова, Б.Г. Щебланова, АЛ. Шишкина, Ю.А. Гривина, Г.И. Кувшинова, П.П. Прохоренко, Н.Н. Кондратьева, В.В. Яковлева и др.

Для организации и качественной достоверности экспериментальных исследований использован метод планирования эксперимента. Получено уравнение регрессии, на основе которого определено влияние температуры и давления в полостях охлаждения цилиндров СДВС на кавитационные процессы.

Моделирование кавитационных разрушений проводилось на экспериментальном стенде с использованием

магнитострикционных методов создания вибрации образцов для имитации кавитационных разрушений в соответствии с требованиями ГОСТ 30480-97 «Обеспечение износостойкости изделий. Методы испытаний на износостойкость. Общие требования».

При наблюдении процессов зарождения кавитационных каверн и последующего разрушения твёрдой стенки на разных режимах испытаний металлических образцов использованы методы цифровой фото-и видеосъёмки. Научная новизна

разработана универсальная методика численного моделирования кавитационно-коррозионного разрушения и

определения предельного времени работы цилиндровых втулок СДВС с учетом условий их эксплуатации;

впервые выполнены модельные испытания образцов из серого чугуна СЧ25, стали СтЗ, алюминиевого сплава АЛ9 на новом экспериментальном стенде, имитирующем реальные кавитационные процессы в полостях охлаждения;

экспериментальным путем получены данные об изменениях механических свойств поверхности образцов материалов по параметру микротвёрдости при разных режимах кавитационно-коррозионных разрушений поверхности;

разработан новый алгоритм и компьютерная программа численного моделирования кавитационно-коррозионных разрушений цилиндровых втулок СДВС в течение всего жизненного цикла и на текущий период эксплуатации;

проведено численное моделирование кавитационно-коррозионного разрушения цилиндровых втулок СДВС типа N¥0-48 разных модификаций. Практическая ценность работы

Разработана компьютерная программа, которая

обеспечивает накопление данных о параметрах детали, условиях эксплуатации и параметрах в полости охлаждения, осуществляет расчет предельного времени возможной работы цилиндровых втулок по кавитационному износу. Программа является частью информационной системы о техническом состоянии СДВС на основе СЛЬБ-технологии. Информационное сопровождение обеспечит судовладельцев, инспекции Регистра Судоходства России и судоремонтные предприятия возможностью безразборной оценки технического состояния цилиндровых втулок СДВС в любой момент времени их эксплуатации.

На основе численного моделирования получены практические данные влияния режима, условий эксплуатации и состава воды на предельное время работы по кавитационно-коррозионному износу поверхности цилиндровых втулок СДВС типа N¥0-48 разных модификаций. Личный вклад автора

Основные теоретические и экспериментальные результаты получены в период с 2000 по 2005 г. лично автором. Экспериментальные исследования механических свойств поверхностей образцов металлов проводились в лаборатории по

изучению взносов и испытаниям материалов ОАО АЦКБ при консультировании директором лаборатории к.т.н., доцентом Н.Н. Кондратьевым. Автор выражает ему свою благодарность. Реализация результатов исследования

Результаты работы приняты к внедрению в Балтийской государственной морской академии рыбопромыслового флота (г.Калининград) в учебном процессе и научной работе студентов и аспирантов.

Данные исследований используются в учебном процессе АГТУ при подготовке морских инженеров и в научной работе студентов и аспирантов.

Результаты исследований переданы в ОАО «Каспрыбхолодфлот», ЗАО СРЗ им. В.И.Ленина г. Астрахани для использования в работах по оценке технического состояния СДВС и прогнозирования объемов ремонта двигателей судов Каспийского бассейна. Апробация работы

Основные научные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Судовые энергетические установки» АГТУ; заседаниях Учёного совета института Морских технологий, энергетики и транспорта АГТУ; ежегодных научно-технических конференциях АГТУ (г.Астрахань 2000-2004г.); научно-технической конференции «Луканинские чтения. Проблемы развития автотранспортного комплекса» (МАДИ(ГТУ), 2003г.); пятой международной конференции и выставке по морским интеллектуальным технологиям «Моринтех-2003» (СПб. 2003); "Юбилейной XV Международной Интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения" (Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН, 2003); научно-технической конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» (АГТУ, 2004); 'XVI Международной Интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения" (Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН, 2004). Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из ведения, 5 глав и заключения, изложена на 122 страницах основного текста; содержит 49 рисунков, 17 таблиц, перечень использованных источников из 102 наименований, 5 приложений.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, определены цель и задачи диссертационной работы, методы решения задач, раскрываются научная новизна, практическая значимость, область реализации результатов исследований.

В первой главе диссертации проведен анализ современного состояния эксплуатации СДВС судов Каспийского бассейна и кавитационно-коррозионных разрушений в полостях охлаждения двигателей. Кавитационные разрушения цилиндровых втулок СДВС типа МУС-48, как показали наблюдения в период их ремонта на ЗАО судоремонтный завод им. В.И. Ленина г. Астрахани, интенсивны и втулки достаточно часто выбраковываются по глубине кавитационных кратеров.

Используются цилиндровые втулки из серого чугуна СЧ25 с пластинчатым графитом с толщиной стенки 18 и 30 мм. На различных типах судов используются - 6 и 8 цилиндровые дизели NVD 48А, NVD 48A-U, NVD 48A-2U. Конструктивно цилиндровые втулки МУС 48A-2U отличаются от втулок МУС 48А, МУС 48А-и конфигурацией верхнего бурта и способом обжатия бурта при закреплении втулки в блоке. Применяются цилиндровые втулки с водоразделительными поясами и без них, а также применяют цилиндровые втулки с 2-мя, 3-мя и 4-мя нижними посадочными поясами.

Проведено обследование 25, СДВС, 104 чугунных цилиндровых втулок, 102 стальных цилиндровых втулок, 17 моноблоков из алюминиевого сплава.

Установлено, что наиболее опасные разрушения появляются на верхней части водоомываемой поверхности и под посадочным буртом втулки в плоскости качания шатуна со стороны удара поршня при перекладке его из ВМТ в НМТ (Рис. 1а, Рис. 2а). Разрушения представляют собой раковины диаметром от 1 до 3 мм при глубине проникновения от 1 до 18 мм переходящие в

Рис. 1 - Кавитационные разрушения втулки N¥0 48 A-U а) наружной поверхности, о) под посадочным буртом

Рис. 2 - Кавитационные разрушения втулки N¥048 А-2и а) наружной поверхности, о) под посадочным буртом

Рис. 3 -Моноблок дизеля 12ЧН18/20 с кавитационными разрушениями.

обширные области кавитационно-коррозионных разрушений шириной до 350 мм и высотой до 180 мм. При минимальном времени работы 2233 час. глубина максимальных разрушений

втулок составляла на наружной поверхности 8 мм., а под буртом 9 мм. Максимальное время работы втулки 19383 час, при глубине разрушений на наружной поверхности до 15 мм., а под буртом до 16 мм. Под посадочным буртом (Рис.16, Рис. 26) образуется опасный пояс разрушений с концентратором трещин.

Получены данные кавитационных разрушений стальных втулок и алюминиевых моноблоков дизелей 12ЧН18/20, работающих на привод генераторов аварийных дизельных электростанций. На поверхности моноблоков из алюминиевого сплава и на стальных цилиндровых втулках обнаружены кавитационно-коррозионные разрушения (Рис.3) при наработке дизелей начиная со 100 часов.

На основе результатов обследования СДВС приняты к модельным испытаниям на кавитационно-коррозионные разрушения образцы из серого чугуна СЧ25, стали СтЗ, алюминиевого сплава АЛ9, поставлены цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена выбору методики расчёта и разработке системы численного моделирования кавитационных разрушений втулок цилиндров СДВС.

К анализу приняты методики расчета кавитационных процессов, позволяющих оценить интенсивность и последствия кавитационных разрушений металлических поверхностей в омываемой полости. К таким методикам следует отнести: методику ЦНИДИ по определению предельного времени работы цилиндровых втулок СДВС, расчетный метод МААскарова по определению потери массы деталей при кавитационном разрушении, методику Ю.Т.Борщевского, А.Ф.Мирошниченко, Л.И. Погодаева по расчету кавитационно-эрозионных разрушений, метод Стечишина М.С. по оценке износостойкости материала, использующего в своей основе методику Л.И. Погодаева.

Методики основаны на учете виброактивности детали, механических свойств поверхностей, энергетического

воздействия кумулятивных микропотоков. В меньшей степени учитываются состав охлаждающей жидкости и параметры в полости охлаждения. В тоже время, именно эти факторы являются в эксплуатационных условиях Каспийского бассейна наиболее значимыми при комплексном кавитационно-

коррозионном разрушении цилиндровых втулок большого количества СДВС.

Наиболее применимой по учету взаимовлияния факторов вибрации цилиндровой втулки, газового состава и наличия демпфирующих присадок к охлаждающей жидкости, параметров давления и температуры в полости охлаждения СДВС является методика расчета предельного времени работы втулок ЦНИДИ. Однако методика разработана для стальных втулок и при предварительных расчетах параметров кавитационных разрушений чугунных втулок СДВС типа N¥0-48 результаты оказались значительно, в 1,5 - 2,5 раза, больше реальных наработок по предельному сроку службы втулок. Ряд коэффициентов и величин, входящих в расчетные формулы требует существенного уточнения и определения. Для создания системы численного моделирования процессов кавитационно-коррозионных разрушений выбрана наиболее интегрированная методика ЦНИДИ, позволяющая более качественно учесть взаимовлияние группы параметров процесса и полости охлаждения цилиндровой втулки введением корреляционных коэффициентов.

В основу разработки численного моделирования приняты основные уравнения выбранной методики для определения предельного времени эксплуатации цилиндровых втулок по кавитационно-коррозионным разрушениям. Основным фактором является вибрация цилиндровой втулки, параметры которой определяются последующим формулам:

- частота свободных колебаний втулки цилиндра,

(!)

2ла \р(1 - о2)

амплитуда колебаний втулки цилиндра,

А = 5,4

Ь'Ре*7.^* 2 Ш ТОТ

эш

(2)

ш я 2аШ р1 1

ускорение колебательного движения цилиндровой втулки,

Wp = 2(ОрВ

= А(2я {„)'

'ев / > (3)

- ускорения колебательного движения цилиндровой втулки в безразмерном виде,

р

ё

где: а - средний радиус цилиндровой втулки, м.; ст - коэффициент Пуассона; р - плотность материала втулки, кг/м3; Е - модуль Юнга, Па; Д - величина учитывающая частотные коэффициенты, § - ускорение силы тяжести, м/с2; сосв - угловая скорость, 1/с; Ь -толщина цилиндровой втулки, м.

Для определения потери веса втулок при кавитационном разрушении принимается эмпирическая зависимость, характеризующая интенсивность разрушения от ускорения колебаний и времени работы, при экспериментальных испытаниях дизелей, а также образцов, испытанных на магнитострикционных вибраторах К.Л.Клингом и Ф.Г. Хэммитом:

В работах Н. Н. Иванченко, А. А. Скуридина, М. Н.Ликитина в окончательном виде абсолютное разрушение втулок цилиндров представлено в следующем виде:

Из выражения (6), получили зависимость для определения времени наступления предельно допустимых разрушений:

где: С„ - наружный диаметр цилиндровой втулки, м.; 1 -длина цилиндровой втулки, м.; £ - безразмерный коэффициент, характеризующий предельно допустимые разрушения как функцию толщины стенки цилиндровой втулки; В - безразмерный коэффициент, учитывающий фактическую температуру охлаждающей жидкости; Бс - безразмерная величина ускорения колебаний цилиндровой втулки; Бо - единица площади предельно допустимых разрушений; 1о - время работы цилиндровой втулки, принятое за нулевой порог, при котором начинаются процессы кавитационных разрушений.

(\ V'45 го 6 10 1

(6)

10

(7)

Формулу (7) следует дополнить в соответствии с реальными условиями эксплуатации СДВС коэффициентами, учитывающими величину давления в полости охлаждения дизеля кр, наличие присадок в охлаждающей жидкости к^,, газовый состав охлаждающей жидкости кг. Численные значения коэффициентов целесообразно определять по результатам экспериментальных исследований. Для чугунных втулок при определении времени предельно допустимых разрушений

♦ >¥ун

"рэд следует учесть площадь кавитационного воздействия, что требует корректировки коэффициента, учитывающего величину площади кавитационных разрушений.

На основе обследования 104 цилиндровых втулок СВДС типа N¥0-48 установлено, что площадь опасных кавитационных разрушений с глубиной от 12 до18 мм составляет в среднем 0,0039 м2 при площади охлаждаемой поверхности втулки 1,12 м2. Из отношения площадей определяем, что коэффициент, учитывающий площадь кавитационных разрушений равен 0,0035, откуда:

8х=0,0035л0н1, м2

где: Ц, - диаметр охлаждаемой поверхности цилиндровой втулки, м.; 1 - длина охлаждаемой поверхности цилиндровой втулки, м.

Поэтому время наступления предельно допустимых разрушений стальных и чугунных цилиндровых втулок соответственно определяется следующими уравнениями:

(8)

(9)

Произведён расчёт предельного времени работы цилиндровых втулок в зависимости от температурного режима их работы. Результаты расчёта представлены в виде графиков (Рис.4) и показывают, что в рабочем диапазоне температур от 60 до 80 °С в полости охлаждения интенсивность кавитационно-коррозионных процессов наиболее высокая, а предельное время работы цилиндровых втулок существенно снижается и не превышает 10-20 тыс. часов.

I, тыс. ч.

40

20

30

10

_8М\Ю48-Аи,

п=375 об/мин, И=30 см

_8NVD4a.AU,

п=375 об/мин, №8 см

0

Т»С

50 55 60 65 70 75 80 85 90

Рис. 4 - Расчётная зависимость времени предельно допустимых кавитационных разрушений цилиндровых втулок от температуры охлаждающей жидкости, р=0,15МПа

Где: п - частота вращения двигателя, И - толщина цилиндровой втулки.

В третьей главе приведены схема и описание экспериментальной установки, методика экспериментального исследования и планирование эксперимента.

Кавитационно-коррозионное разрушение образцов металла проводилось на экспериментальной установке для исследования кавитационных и коррозионных свойств материалов (рис. 5).

Установка представляет замкнутый контур с кавитационной камерой - 15, циркуляция охлаждающей воды в котором осуществляется центробежным насосом марки ЭЦН-463Б - 13, номинальной производительностью 1,4 м/ч с приводом от электродвигателя постоянного тока, напряжением 27 В. В состав контура входит: магнитострикционный преобразователь колебаний образца - 1, кран для регулирования давления воды в контуре подачей сжатого воздуха - 2, манометр контроля давления в контуре - 3, расширительный бачок - 4, электронагреватель охлаждающей воды - 5, осциллограф - 6, высокочастотный генератор - 7, вариатор - 8 и трансформатор -9, выпрямитель - 10, мультиметр - 11, автотрансформатор - 12. В районе кавитационной камеры установлена опора -14 для микроскопа, фото-и видеокамер.

Скорость циркуляции жидкости от 0,5 до 1,5 м/с в контуре установки регулируется изменением частоты вращения насоса в диапазоне.

Рис. 5 - Экспериментальная установка

Кавитационная камера имеет профильный щелевой канал, ширина которого регулируется сменной пластиной. Размеры щелевого канала устанавливаются в точном соответствии с размерами кольцевого канала полости охлаждения цилиндровой втулки соответствующего типа СДВС с учетом конструктивного исполнения втулки.

Испытуемый образец (Рис.6) устанавливается в верхней части кавитационной камеры вместе с волноводом магнитострикционного преобразователя ультразвуковых колебаний. Образец крепится к волноводу резьбовым соединением и фиксируется контргайкой. Процесс кавитационного разрушения образца в циркулирующей воде осуществляется с помощью ультразвуковых колебаний волновода

магнитострикционного преобразователя, частота которого устанавливается от 19 до 22,5 кГц.

Рис. 6 - Образец с контргайкой

Кавитационная камера выполнена из антикоррозионного материала, с обеих сторон имеет застеклённые окна для визуального наблюдения за кавитационными процессами и фотовидеосъемки.

Нагрев жидкости в диапазоне рабочих температур от 30 до 90 °С осуществляется электронагревателем мощностью 2 кВт, встроенным в контур. Регулирование и поддержание заданной температуры осуществляется изменением напряжения тока вариатором. Температура жидкости измеряется хромель-копелевыми термопарами, установленными на трубопроводе замкнутого контура.

Через расширительный бак установка заполняется водой необходимого состава, а также через него подаётся сжатый воздух для создания регулируемого и измеряемого статического давления в контуре. Экспериментальная установка настроена на моделирование кавитационных процессов в полостях охлаждения при эксплуатационных режимах СДВС.

Исследуемые образцы преимущественно изготавливались из металла цилиндровой втулки на токарном станке. Кавитируемая поверхность имеет диаметр 15 мм, толщину 2 мм. Для закрепления на волноводе вибратора образец имеет резьбовую часть длиной 16 мм с резьбой М8 (Рис. б).

Шероховатость кавитируемой поверхности образцов равна Для исключения коррозионного износа поверхностей

образца не подвергающихся испытанию, их покрывают водостойкой краской в два слоя.

В качестве материалов образцов в экспериментах использовались серый чугун СЧ25 ГОСТ 1412, алюминиевый сплав АЛ9 ГОСТ 2685, сталь Ст3 ГОСТ 380.

Методика проведения эксперимента предусматривает организацию навигационного процесса при параметрах вибрации образцов и характеристиках потока охлаждающей воды в кавитационной камере, имитирующей полость зарубашечного пространства, соответствующих эксплуатационным режимам СДВС. Критерием оценки кавитационно-коррозионного разрушения образца металла является унос массы образца в период воздействия кавитации. Время кавитационного и коррозионного воздействия на каждый образец на одном режиме установлено до 3 и 720 час. соответственно, исходя из объема выноса материала. Давление в замкнутом контуре изменялось от 0,05 до 0,3 МПа, а температура от 30 до 90 °С. Постоянно осуществлялся визуальный контроль кавитационного и коррозионного процессов, изменения площади разрушения с использованием микроскопа и документированием с помощью цифровых фото- и видеокамер. Унос массы образца определялся взвешиванием его на аналитических весах до и после испытаний в граммах, с точностью до четвёртого знака после запятой. Измерялась поверхностная микротвердость образцов.

Выполнено планирование эксперимента, которое направлено на организацию полного факторного эксперимента типа 22 при кавитационном разрушении образцов, построено факторное пространство уноса материала в функции температуры и давления жидкости (Рис. 7), а также его проекция на плоскость (Рис. 8). Определено, что качественные результаты могут быть достигнуты при 4-х режимах, в каждом из которых должно быть проведено не менее трех испытаний.

В качестве модели кавитационного разрушения чугунных образцов получены полиномы при уровне значимости 0,01: у=2,93+0,78х1-1,83х2 для интервала1 емператур 30 - 50 оС; у"=2,53—1,18х1"—1,43х2" для интервала температур 50 - 90 оС.

Их коэффициенты являются частными производными выходной переменной - потерь массы образцов по соответствующей переменной исследуемого фактора.

Р,М1Ш

Рис. 7- Факторное пространство

уноса материала в функции

Рис. 8 - Проекция факторного пространства на плоскость

температуры и давления жидкости

Коэффициенты характеризуют влияние фактора на выходную величину. По значениям коэффициентов определена высокая значимость давления, при росте которого снижается кавитационная активность среды, коэффициент при х2 имеет отрицательный знак. Влияние температуры среды нарастает в интервале 30 - 50 °С, а интервале 50 - 90 °С снижается.

В интервале температур 30 - 50 °С доминирующим фактором является давление в полости охлаждения. А в интервале 50 - 90 °С факторы температуры и давления практически имеют одинаковую значимость.

В четвёртой главе представлены результаты обработки экспериментальных исследований.

На основе теории и критериев подобия при моделировании процессов, происходящих в реальном двигателе и на экспериментальной установке, в качестве определяющего параметра рассматривается эквивалентный диаметр ёэка= 4Рк/Рь где - сечение канала, - периметр в рассматриваемом сечении. В нашем случае подобие процессов кавитации в полости охлаждения экспериментальной установки и СДВС, обеспечивается равенством физических параметров охлаждающей воды, механических свойств исследуемых образцов металлов и сечения канала и зарубашечного пространства.

В результате исследований влияния коррозии на кавитационную стойкость металлов СЧ25, СтЗ и АЛ9 были получены следующие результаты. В работе установлено, что в эксперименте на кавитационно-коррозионное разрушение при

нахождении образцов в течение 24 часов в экспериментальной воде на их поверхности, вокруг кавитационных каверн и над ними образуются рыхлые продукты коррозии кремового (Рис. 9), зелёного (Рис. 10) или светло-бежевого (Рис. 11) цвета. При включении магнитострикционного вибратора, они удаляются с поверхности образца в результате кавитационных процессов (рис.12).

Коррозия увеличивает потерю массы чугунных и стальных образцов при кавитационных разрушениях в 5 и 8 раз соответственно. Алюминиевые образцы несколько увеличивают массу, при длительном нахождении в воде через поверхность кавитационного разрушения образца происходят процессы газового насыщения.

Сравнение результатов измерений микротвёрдости образцов металлов до испытаний и после показало, что характер изменения микротвёрдости разных металлов различны (рис.13 а,б,в). На рис. 13 вертикальная ось - микротвёрдость, кг/мм2, горизонтальная ось - режимы испытаний: 1 - образец без испытаний, 2 -кавитационное разрушение образца, 3 - кавитационно-коррозионное разрушение образца.

Значительное снижение микротвердости при кавитационно-коррозионном разрушении выявлено на чугунных и стальных образцах, что объясняет существенный рост разрушений поверхности от времени эксплуатации. Отдельно следует рассматривать образцы из алюминиевого сплава, поверхность которых достаточно быстро окисляется и создает оксидную прочную пленку поверхности.

Рис. 9 - Кавитационно-коррозионные разрушения чугунного образца

а) 55 минут кавитационных и 288 часов коррозионных разрушений

б) 288 часов коррозионных и 60 минут кавитационных разрушений

Рис. 10 - Кавитационно-коррозионные разрушения стального образца

а) 55 минут навигационных и 288 часов коррозионных разрушений

б) 288 часов коррозионных и 60 минут навигационных разрушений

Рис. 11 - Кавитационно-коррозионные разрушения образца из алюминиевого сплава

а) 55 минут кавитационных и 288 часов коррозионных разрушений

б) 288 часов коррозионных и 60 минут кавитационных разрушений

Рис. 12 - Кавитационные процессы в навигационной камере экспериментальной установки

а) до включения магнитострикционного вибратора

б) после включения магнитострикционного вибратора

Рис. 13 - Влияние кавигационнс-корразионных разрушений на микротвёрдость образцов: а) СЧ25, б) Ст3, в) АЛ9.

В пятой главе разработана и реализована компьютерная программа для численного моделирования кавитационно-коррозионных разрушений цилиндровых втулок на основе предложенной универсальной методики с учетом экспериментальных данных и определенных на их основе корреляционных коэффициентов. Программный продукт разработан в СУБД Microsoft Access и обеспечивает накопление, хранение и выдачу параметров технического состояния цилиндровых втулок СДВС в течение их эксплуатационного цикла. Программа включает входные и выходные формы, расчёт параметров кавитации и прогноз предельного времени работы цилиндровых втулок СДВС при их кавитационно-коррозионных разрушениях и формирует необходимый отчёт.

Программа расчёта параметров кавитации и прогноза предельного времени работы цилиндровых втулок СДВС при их кавитационно-коррозионных разрушениях создана на языке программирования Turbo C++ 3.0. Она позволяет определить предельное время работы цилиндровой втулки по параметрам кавитационно-коррозионных разрушений и потери массы на каждом из десяти промежуточных временных точек работы втулки. Программный продукт обеспечивает информационное сопровождение цилиндровой втулки в течение всего эксплуатационного цикла, является самостоятельным завершённым элементом CALS-технологии.

Результаты численного моделирования кавитационно-коррозионного разрушения цилиндровых втулок СДВС типа NVD-48 различных модификаций представлены в виде графиков на рис. 14 и рис. 15.

50 55 60 65 70 75 80 85 90

Рис. 14- Расчётная зависимость времени предельно допустимых кавитационных разрушений цилиндровых втулок от температуры охлаждающей жидкости, р=0,15МПа. Где: п - частота вращения двигателя, Ъ - толщина цилиндровой втулки.

50 55 60 65 70 75 80 85 90

Рис. 15 - Расчетная зависимость времени предельно допустимых кавитационных разрушений цилиндровых втулок от параметров охлаждающей жидкости. Где: п - частота вращения двигателя, Ъ - толщина цилиндровой втулки.

Результаты численного моделирования коррелируют с результатами, полученными в эксперименте.

Основные выводы по работе

1. Анализ современного состояния кавитационно-коррозионных разрушений в полостях охлаждения СДВС 104 чугунных и 102 стальных цилиндровых втулок, 17 моноблоков из

алюминиевого сплава при эксплуатации СДВС судов Каспийского бассейна показал:

- контроль процессов эксплуатации СДВС на судах, осуществляющих морские перевозки, а также судах флота рыбной промышленности Каспийского бассейна, не обеспечивает требуемую эффективность, а режимы эксплуатации не всегда соответствуют паспортным параметрам СДВС, качество и состав используемой охлаждающей воды во внутреннем контуре полости охлаждения не соответствует эксплуатационным требованиям;

- в полостях охлаждения многих СДВС присутствуют значительные отложения механических примесей, накипи, продуктов коррозии, что свидетельствует об использовании забортной необработанной воды, это создаёт условия высокой интенсивности и обширных областей кавитационно-коррозионных разрушений шириной до 350 мм и высотой до 180 мм с глубиной кратеров от 12 до 18 мм.

2. Разработана универсальная методика численного моделирования кавитационно-коррозионного разрушения и определения предельного времени работы цилиндровых втулок СДВС с учетом условий их эксплуатации на основе оценки взаимовлияния факторов вибрации цилиндровой втулки, газового состава, параметров давления и температуры в полости охлаждения СДВС. Определены закономерности изменения коэффициентов влияния параметров в полости охлаждения на кавитационные разрушения. В интервале температур от 50 до 90°С значение коэффициентов влияния соответственно составляют:

- коэффициент, учитывающий влияние давления в полости охлаждения кр=0,86-3,5;

- коэффициент учитывающий влияние присадки кпр=0,7-2,5;

- коэффициент учитывающий влияние газового состава охлаждающей воды кг=0,68-3,56.

3. Выполнены модельные испытания 42 образцов металлов из серого чугуна СЧ25, стали Ст3, алюминиевого сплава АЛ9 на новом экспериментальном стенде, имитирующем реальные кавитационные процессы в полостях охлаждения. Подобие процессов кавитации в полости охлаждения экспериментальной установки и СДВС, обеспечивается равенством физических

параметров охлаждающей воды, механических свойств исследуемых образцов и сечения канала в зарубашечном пространстве.

4. Получены экспериментальные данные об изменениях механических свойств поверхности образцов материалов по величине микротвёрдости при разных режимах кавитационно-коррозионных разрушений поверхности. Микротвёрдость кавитируемой поверхности образцов существенно - снижается у серого чугуна и стали в среднем в 2 раза.

5. Разработан алгоритм и компьютерная программа численного моделирования кавитационно-коррозионных разрушений цилиндровых втулок СДВС на весь жизненный цикл и текущий период эксплуатации, проведено численное моделирование кавитационно-коррозионного разрушения цилиндровых втулок СДВС типа N¥0-48 разных модификаций. Получены практические данные влияния режима, условий эксплуатации и состава воды на предельное время работы по кавитационно-коррозионному разрушению цилиндровых втулок. В рабочем диапазоне температур в полости охлаждения от 60 до 80 °С предельное время работы цилиндровых втулок существенно снижается до 10-20 тыс. ч. по параметрам кавитационно-коррозионного разрушения.

6. Цифровая визуализация позволила выявить ряд периодов кавитационных процессов. Первый период - аккумуляции кавитации, составляющий 20-40 мин. в зависимости от материала, когда происходит вынос рыхлых слоев поверхностной коррозии и нарастание интенсивности кавитационного воздействия на поверхности. Второй период - интенсивное разрушение поверхности с уносом материала и потерей массы образца в течение 2 часов испытаний.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Кочетков Е.А., Курылёв А. С. Кавитационные разрушения наружных поверхностей цилиндровых втулок судовых двигателей внутреннего сгорания. Вестник АГТУ. Морская техника и технологии. Сборник научных трудов. Астрахань. АГТУ 2000. -с.81-84.

2. Кочетков Е.А. Анализ методов расчёта кавитационных разрушений втулок цилиндров СДВС. Тезисы докладов научно-технической конференции «Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса». - М.: МАДИ(ГТУ),2003.-186 с.

3. Кочетков Е.А. Компьютерная программа "Расчет параметров кавитации при кавитационных разрушениях втулок цилиндров СДВС". Юбилейная XV Международная Интернет-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения". Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН. 2003. www.imash.ru.

4. Кочетков Е.А., Курылёв А.С. Граничные параметры исследований кавитационных разрушений образцов на экспериментальной установке. Вестник АГТУ. Морская техника и технологии. Сборник научных трудов. Астрахань. АГТУ 2004. -с.82-86.

5. Кочетков Е.А., Курылёв А.С. Кавитационно-коррозионные разрушения чугунных цилиндровых втулок СДВС. Тезисы докладов научной конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» - Астрахань.: АГТУ. 2004.-с. 109-110.

6. Кочетков Е.А. Кавитационно-коррозионное изнашивание цилиндровых втулок и блоков цилиндров судовых двигателей внутреннего сгорания. XVI Международная Интернет-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения". Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН. 2004. www.imash.ru.

05.0 7- OS, О Я

Тип. АГТУ зак.174 тир. 100 17.03.05 . „

?? MAP 2005

14 08

Введение.

1. Современное представление о кавитационных процессах в полостях охлаждения судовых ДВС. Ю

1.1. Теоретические и физические основы кавитационных процессов.

1.2. Кавитационно-коррозионные разрушения в полостях охлаждения СДВС.

1.3. Моделирование кавитационных процессов в полостях охлаждения.

2. Методики расчёта и численное моделирование кавитационных разрушений цилиндровых втулок СДВС.

2.1. Анализ и выбор методики расчета кавитационных процессов.

2.1.1. Расчет предельных кавитационных разрушений цилиндровых втулок по методике ЦНИДИ.

2.1.2. Расчетный метод определения потерь массы при кавитационном разрушении Аскарова М.А.

2.1.3. Расчетный метод кавитационно-эрозионного разрушения кумулятивными микропотоками.

2.1.4. Метод расчета кавитационно-эрозионного разрушения металлов в коррозионно-активных средах.

2.2. Численное моделирование кавитационно-коррозионных процессов в полостях охлаждения.

2.2.1. Расчёт частоты свободных колебаний цилиндровых втулок.

2.2.2. Определение амплитуды колебаний втулок.

2.2.3. Определение ускорения колебаний втулки.

2.2.4. Определение потери веса втулок при кавитационном разрушении.

2.2.5. Определение предельно допустимого времени работы втулок до замены по причине навигационных разрушений.

3. Экспериментальные исследования.

3.1. Экспериментальная установка. 3.2. Условия проведения экспериментальных исследований.

3.3. Методика проведения экспериментов.

3.4. Планирование эксперимента.

3.5. Влияние температуры и давления в полости охлаждения на разрушение образцов.

4. Результаты экспериментальных исследований и анализ данных.

4.1 Определение потери массы образцами.

4.2. Определение микротвёрдости поверхности образцов.

4.3. Определение твёрдости поверхности образцов.

5. Разработка и реализация компьютерной программы.

Актуальность темы. Развитие морских перевозок генеральных грузов и нефтепродуктов на Волго-Каспийской части транспортного коридора Север-Юг привело к широкому использованию судов смешанного плавания река-море. Более, чем 10-летняя активная круглогодичная эксплуатация судов и их судовых энергетических установок, особенно главных двигателей, в переменных режимах по нагрузкам, условиям работы охлаждающих полостей и качеству охлаждающей воды проявило возрастающее количество выбраковки охлаждаемых деталей судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС) по параметрам кавитационных разрушений.

В силу сложившихся экономических условий контроль процессов эксплуатации СДВС на судах, осуществляющих морские перевозки, а также судах флота рыбной промышленности Каспийского бассейна, носит весьма формальный характер. Режимы эксплуатации не всегда соответствуют паспортным параметрам СДВС, качество и состав используемой охлаждающей воды во внутреннем контуре полости охлаждения не соответствуют эксплуатационным требованиям. В полостях охлаждения многих СДВС присутствуют значительные отложения механических примесей, накипи, продуктов коррозии, что свидетельствует об использовании забортной необработанной воды.

Эти обстоятельства изучены на более 20 главных СДВС транспортных судов смешанного плавания и рыбопромыслового флота Каспийского бассейна и показали, что в наибольшей степени кавитационно-коррозионному разрушению подвержены водоомываемые поверхности цилиндровых втулок. Так, например, интенсивность разрушений чугунных цилиндровых втулок СДВС типа N"N/0-48 значительна и они проявляются уже через 3-5 тыс. часов наработки с последующим непрерывным нарастанием до предельного состояния к 12-15 тыс. час. наработки. По износу зеркала цилиндровой втулки из серого чугуна СЧ25 предельное время работы на таких СДВС до 30 тыс. час., а по кавитационно-коррозионному разрушению охлаждаемой поверхности в 1,5-2 раза меньше. В тоже время такими СДВС оснащено более 80% судов Волго-Каспийского бассейна и отсутствие системы прогнозирования кавитационных процессов и контроля качества эксплуатации охлаждаемых полостей влечет экономические потери и становится одной из проблем безопасности плавания судов.

Возможность численного и экспериментального моделирования кавитационно-коррозионных процессов в полостях охлаждения позволяет решить проблемы эксплуатации СДВС с учетом существующих условий, что является в настоящее время актуальным.

Цели исследования: разработка системы моделирования кавитационно-коррозионных процессов в полостях охлаждения, научно обоснованного прогноза предельного времени работы цилиндровых втулок СДВС по параметрам кавитационных разрушений с учетом существующих условий эксплуатации.

Задачи исследования. Для реализации поставленной цели определены задачи исследования: анализ существующих кавитационно-коррозионных разрушений цилиндровых втулок и условий эксплуатации охлаждающих полостей СДВС; анализ и выбор методики расчёта кавитационно-коррозионного разрушения с учетом параметров и состава охлаждающей воды; разработать программное обеспечение численного моделирования кавитационного разрушения чугунных и стальных цилиндровых втулок по предельному времени износа в течение жизненного цикла и на текущий период эксплуатации; провести численное моделирование кавитационного разрушения цилиндровых втулок наиболее распространённых СДВС флота Каспийского бассейна, с учётом параметров и состава охлаждающей воды; разработать испытательный стенд и методику экспериментального исследования кавитационных процессов при имитационных параметрах вибрации образцов и охлаждающей воды при воздействии магнитострикционного преобразователя; провести планирование полного факторного эксперимента с оценкой влияния на навигационные разрушения образцов температуры охлаждающей жидкости и давления в полости охлаждения; провести визуальные наблюдения и цифровую съемку кавитационных процессов и разрушения стенки образцов в модельной установке на разных режимах испытаний образцов металлов; выполнить контроль микротвердости стенки образцов металлов на разных режимах их испытаний; разработать систему прогнозирования предельного времени работы цилиндровых втулок по параметрам кавитационно-коррозионного разрушения их водоомываемой поверхности.

Методы исследования. Методологической базой моделирования кавитационных процессов приняты методы и методики учёных и исследователей: H.H. Иванченко, A.A. Скуридина, М.М. Абачараева, М.С. Стечишина, А.П. Пимошенко, В.А. Акуличева, Л.И. Погодаева, В.П. Родионова, Б.Г. Щебланова, А.П. Шишкина, Ю.А. Гривина, Г.И. Кувшинова, П.П. Прохоренко, H.H. Кондратьева, В.В. Яковлева и др.

Для организации и качественной достоверности экспериментальных исследований использован метод планирования эксперимента. Получено уравнение регрессии, на основе которого определено влияние температуры и давления в полостях охлаждения цилиндров СДВС на навигационные процессы.

Моделирование навигационных разрушений проводилось на экспериментальном стенде с использованием магнитострикционных методов создания вибрации образцов для имитации кавитационных разрушений в соответствии с требованиями ГОСТ 30480-97 «Обеспечение износостойкости изделий. Методы испытаний на износостойкость. Общие требования».

При наблюдении процессов зарождения кавитационных каверн и последующего разрушения твёрдой стенки на разных режимах испытаний металлических образцов использованы методы цифровой фото- и видеосъёмки.

Научная новизна, разработана универсальная методика численного моделирования кавитационно-коррозионного разрушения и определения предельного времени работы цилиндровых втулок СДВС с учетом условий их эксплуатации; впервые выполнены модельные испытания образцов из серого чугуна СЧ25, стали СтЗ, алюминиевого сплава АЛ9 на новом экспериментальном стенде, имитирующем реальные кавитационные процессы в полостях охлаждения; экспериментальным путем получены данные об изменениях механических свойств поверхности образцов материалов по параметру микротвёрдости при разных режимах кавитационно-коррозионных разрушений поверхности; разработан новый алгоритм и компьютерная программа численного моделирования кавитационно-коррозионных разрушений цилиндровых втулок СДВС в течение всего жизненного цикла и на текущий период эксплуатации; проведено численное моделирование кавитационно-коррозионного разрушения цилиндровых втулок СДВС типа 1\ГУГ)-48 разных модификаций.

Практическая ценность работы. Разработана компьютерная программа, которая обеспечивает накопление данных о параметрах детали, условиях эксплуатации и параметрах в полости охлаждения, осуществляет расчет предельного времени возможной работы цилиндровых втулок по навигационному износу. Программа является частью информационной системы о техническом состоянии СДВС на основе CALS-технологии. Информационное сопровождение обеспечит судовладельцев, инспекции Регистра Судоходства России и судоремонтные предприятия возможностью безразборной оценки технического состояния цилиндровых втулок СДВС в любой момент времени их эксплуатации.

На основе численного моделирования получены практические данные влияния режима, условий эксплуатации и состава воды на предельное время работы по кавитационно-коррозионному износу поверхности цилиндровых втулок СДВС типа NVD-48 разных модификаций.

Личный вклад автора. Основные теоретические и экспериментальные результаты получены в период с 2000 по 2005 г. лично автором. Экспериментальные исследования механических свойств поверхностей образцов металлов проводились в лаборатории по изучению износов и испытаниям материалов ОАО АЦКБ при консультировании директором лаборатории к.т.н., доцентом H.H. Кондратьевым. Автор выражает ему свою благодарность.

Реализация результатов исследования. Результаты работы приняты к внедрению в Балтийской государственной морской академии рыбопромыслового флота (г.Калининград) в учебном процессе и научной работе студентов и аспирантов.

Данные исследований используются в учебном процессе АГТУ при подготовке морских инженеров и в научной работе студентов и аспирантов.

Результаты исследований переданы в ОАО «Каспрыбхолодфлот», ЗАО СРЗ им. В.И.Ленина г. Астрахани для использования в работах по оценке технического состояния СДВС и прогнозирования объемов ремонта двигателей судов Каспийского бассейна.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Судовые энергетические установки» АГТУ; заседаниях Учёного совета института Морских технологий, энергетики и транспорта АГТУ; ежегодных научно-технических конференциях АГТУ (г.Астрахань 2000-2004г.); научно-технической конференции «Луканинские чтения. Проблемы развития автотранспортного комплекса» (МАДИ(ГТУ), 2003г.); пятой международной конференции и выставке по морским интеллектуальным технологиям «Моринтех-2003» (СПб. 2003); "Юбилейной XV Международной Интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения" (Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН, 2003); научно-технической конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» (АГТУ, 2004); "XVI Международной Интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения" (Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН, 2004).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 научных работ.

Структура и объём диссертационной работы. Диссертация состоит из ведения, 5 глав и заключения, изложена на 122 страницах основного текста; содержит 49 рисунков, 17 таблиц, перечень использованных источников из 102 наименований, 5 приложений.

Заключение Основные выводы по работе

1. Анализ современного состояния кавитационно-коррозионных разрушений в полостях охлаждения СДВС 104 чугунных и 102 стальных цилиндровых втулок, 17 моноблоков из алюминиевого сплава при эксплуатации СДВС судов Каспийского бассейна показал:

- контроль процессов эксплуатации СДВС на судах, осуществляющих морские перевозки, а также судах флота рыбной промышленности Каспийского бассейна, не обеспечивает требуемую эффективность, а режимы эксплуатации не всегда соответствуют паспортным параметрам СДВС, качество и состав используемой охлаждающей воды во внутреннем контуре полости охлаждения не соответствует эксплуатационным требованиям;

- в полостях охлаждения многих СДВС присутствуют значительные отложения механических примесей, накипи, продуктов коррозии, что свидетельствует об использовании забортной необработанной воды, это создаёт условия высокой интенсивности и обширных областей кавитационно-коррозионных разрушений шириной до 350 мм и высотой до 180 мм с глубиной кратеров от 12 до 18 мм.

2. Разработана универсальная методика численного моделирования кавитационно-коррозионного разрушения и определения предельного времени работы цилиндровых втулок СДВС с учетом условий их эксплуатации на основе оценки взаимовлияния факторов вибрации цилиндровой втулки, газового состава, параметров давления и температуры в полости охлаждения СДВС. Определены закономерности изменения коэффициентов влияния параметров в полости охлаждения на кавитационные разрушения. В интервале температур от 50 до 90°С значение коэффициентов влияния соответственно составляют: коэффициент, учитывающий влияние давления в полости охлаждения кр=0,86-3,5; коэффициент учитывающий влияние присадки 1^=0,7-2,5; коэффициент учитывающий влияние газового состава охлаждающей воды кг=0,68-3,56.

3. Выполнены модельные испытания 42 образцов металлов из серого чугуна СЧ25, стали СтЗ, алюминиевого сплава АЛ9 на новом экспериментальном стенде, имитирующем реальные кавитационные процессы в полостях охлаждения. Подобие процессов кавитации в полости охлаждения экспериментальной установки и СДВС, обеспечивается равенством физических параметров охлаждающей воды, механических свойств исследуемых образцов и сечения канала в зарубашечном пространстве.

4. Получены экспериментальные данные об изменениях механических свойств поверхности образцов материалов по величине микротвёрдости при разных режимах кавитационно-коррозионных разрушений поверхности. Микротвёрдость кавитируемой поверхности образцов существенно снижается у серого чугуна и стали в среднем в 2 раза.

5. Разработан алгоритм и компьютерная программа численного моделирования кавитационно-коррозионных разрушений цилиндровых втулок СДВС на весь жизненный цикл и текущий период эксплуатации, проведено численное моделирование кавитационно-коррозионного разрушения цилиндровых втулок СДВС типа 1\РЛ>48 разных модификаций. Получены практические данные влияния режима, условий эксплуатации и состава воды на предельное время работы по кавитационно-коррозионному разрушению цилиндровых втулок. В рабочем диапазоне температур в полости охлаждения от 60 до 80 °С предельное время работы цилиндровых втулок существенно снижается до 10-20 тыс. ч. по параметрам кавитационно-коррозионного разрушения.

6. Цифровая визуализация позволила выявить ряд периодов кавитационных процессов. Первый период - аккумуляции кавитации, составляющий 20-40 мин. в зависимости от материала, когда происходит вынос рыхлых слоев поверхностной коррозии и нарастание интенсивности навигационного воздействия на поверхности. Второй период - интенсивное разрушение поверхности с уносом материала и потерей массы образца в течение 2 часов испытаний.

1. Митчел Т.М. Хеммит Ф. Г. Несимметричное схлопывание кавитационного пузырька. — Труды американского о-ва инж.- мех. сер. Д Теоретические основы инженерных расчётов, 1973, №1, с. 98.

2. Ноде Ф. Эллис А.Т, О механизме кавитационных разрушений не полусферическими пузырьками, смыкающимися при контакте с твёрдой пограничной поверхностью. - Труды амер. о-ва инж. мех. сер. Д. Техническая механика, 1961, № 4, с. 204.

3. Branton J.N. Jn the Ргос. Int. Conf. Ram. Eros., 3 rd. A.A Fyall(ed) Royal Aircraft Establisment, Faruborough, United Kingdom, 1970, p. 280.

4. Hichling R. Some physical effects of cavity collapse in liguids. J. jf Basis Eng. 1966, №1.

5. Konfeld M., Suvorov L. - J. Appl. Phys. 1944, 15, 495.

6. Воинов O.B., Воинов В.В. О схеме захлопывания кавитащюнного пузырька около стенки и образования кумулятивной струйки. — ДАН СССР, 1976, т.227№1.

7. Воинов О.В. Расчёт параметров стойкости струи, образующейся при захлопывании пузыря. Журнал прикладной механики и технической физики, 1979, № 3, с. 94-99.

8. Дрейден Г.В., Островский Ю. И., Этинберг М. И. Экспериментальное исследование кавитационных пузырьков между собой и преградой. -Письма в журнал технической физики, т. 5, вып. 11, с. 669 — 674.

9. Дрейден Г.В., Островский Ю. И., Этинберг М. И. Э Экспериментальное исследование кавитационных пузырьков между собой и преградой. -Журнал технической физики, 1981, т. 51, вып. 11, с. 2337 - 2344.

10. Plesset M.S., Champahn R. В. Collapse of an initially spherical vaper caviti in the neighborhood of a solid boundary. - Jomal of Fluid Mechanic. 1971. v. 47. pt. 2, p.283-290.

11. Клинг к.л. Хэммит Ф.Г. Исследование с помощью киносъёмки захлопывания кавитационных пузырьков, индуцированных искровым разрядом. - Труды амер. о-ва инж.-мех, сер, Д. Теоретические основы инженерных расчётов, 1972, №4 с. 130.

12. Гривин Ю. А., Зубрилов П., Ларин В, А. Динамическое воздействие кавитационной полости на твёрдую стенку. - Тр./ Ленинградск. ин-т водн. тр-та, 1983, вып. 1976, с. 114-117.

13. Gook S.S. Ргос. R. Soc, London, Ser. А. 119, p. 481-488 (1928).

14. Ackeret J. Hydromechanische Probleme der Schifsantricksm, Neissner, Hamburg, 1932.

15. Иванов A.H. Гидродинамика развитых каврггационных течений. — Л.: Судостроение, 1980, с.27.

16. Козырев СП. Гидроабразивный износ металлов при кавитации. Машиностроение, М., 1964.

17. Иванченко Н. Н., Скуридин А. А., Никитин М. Н. Кавитационные разрушения в дизелях. —Л. Машиностроение, 1970, 280 с.

18. Пимошенко А. П. Защита судовых дизелей от кавитационных разрушений. - Л.: Транспорт, 1983,- 120 с, ил. - (Качество и надёжность).

19. Кочергин СМ. и Вяселева Г.Я. Электроосаждение металлов в ультразвуковом поле. М. Высшая школа 1964, 326с.

20. Перник А. Д. Проблемы кавитации. - Л. 1966, 260с.

21. Зарембо Л. И., Красильников В. А., Введение в нелинейную акустику. - М. Наука 1966, 260 с.

22. Сиротюк М.Г. Упругость и прочность стабильных газовых пузырьков в воде. - Акустический журнал, 1970, т. 16, №4 с.567-569.

23. Акуличев В. А. Гидратация ионов и кавитационная прочность воды. - акустический журнал, 1956, т.2, №2, с. 113-117.

24. Акуличев В. А., Сиротюк М. Г. Зародыши кавитации и кавитационная прочность жидкости. — Труды/ Аккустический институт, 1967, вып.З, с.80-99.

25. Spengler G. Vom Wessen und Nutzen des Ultraschalles. - "Radio iind Femzehen" 1956, Nr.5.

26. Бебчук A.C., Макаров Л.О., Розенберг Л.Д. О механизме кавитационного разрушения поверхностных плёнок в звуковом поле. — Акустический журнал. 1956, T.2, №2, с. 113-117.

27. Скуридин А.А. Метод расчёта кавитационных разрушений гильз рабочих цилиндров дизелей. В кн: Вопросы износостойкости и надёжности судовых дизелей /сборник статей/. Л.: Транспорт, 1973. Стр. 99-105.

28. Стечишин М.С. Анализ и исследование кавитационно-эрозионного изнашивания металлов в коррозионно-активных средах. - 1997 "Проблемы трибологии", №1. Стр. 87-93.

29. Технология производства судовых энергетических установок / П.А.Дорошенко, А.Г.Рохлин, В.П.Булатов и др.-Л.: Судострое1ше,1988. -440 с.

30. Двигатели внутреннего сгорания. М. 1995.- Ч.2.319 с.

31. Кондратьев Н.Н. Отказы и дефекты судовых дизелей. — М.: Транспорт 1985.-152 с.

32. Пирсол И. Кавитация/Пер.с англ.Ю.Ф.Журавлева; Под ред.,с предисл.и доп.Л.А.Эпштейна.-М. :Мир, 1975.-94С.

33. Рождественский В.В. Кавитация: Учеб.пособие для вузов по спец. "Гидроаэродинамика".-Л.: Судостроение, 1977.-247с.

34. Кавитация на гидросооружениях.-М.: Энергия, 1977.-199с.

35. Абачараев М.М. Кавитация и защита металлов от кавитационных разрушений. Махачкала: Дагкнигоиздат.1990 . -176 с.

36. Кулагин В.А. Суперкавитация в энергетике и гидротехнике. Моногр. КГТУ (Краснояр. гос. техн. ун-т.), 2000. - 107с.

37. Очеретяный А. К вопросу инициализации кавитации в струе жидкости: Автореферат диссертации на соискание учёной степени канд. Физ. -мат. наук. М., 1997.-24 с.

38. Яковлев В.В. Условия возникновения и развития кавитационных повреждений в деталях дизелей и методы их устранения. Диссертация на соискание учёной степени к.т.н. Барнаул, 1997. -198 с.

39. Гривин Ю.А. Основы научного прогнозирования эрозионного воздействия кавитации на твёрдую поверхность. Диссертация на соискание учёной степени д.т.н. СПб., 1997. -343 с.

40. Шишкин А.П., Щебланов Б.Г. Установка для ускоренных испытаний цилиндровых втулок дизелей с высокотемпературным охлаждением/ «Экспресс информация ЦНИИТЭИтяжмаш», - серия ДВС, - №4, вып.2, -1985.-с. 5-7. В

41. Воскресенский Н.Н. Коррозя и эрозия судовых гребных винтов. - Л.: Судпромгиз. - 1949. с. 67

42. Соколов, К. Методика расчета кавитационного ресурса втулок судовых дизелей: Автореф. дне. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 05.08.05 / Ин-т водного транспорта. 1993 . 43. http://www/kmgosvet.ru/articles/12/1001250/1001250al.htm.

43. Исаков А.Я. О начальных стадиях вихревой гидродинамической кавитации М.: Транспорт 1987.- с. 45

44. Кнепп Р., Дейли Дж., Хеммит Ф., Кавитация. Перевод с английского под ред. Полежаева В.И. - М.: Мир. -1974. - 687 с.

45. Гарвей Е.Г. - журнал экспериментальной физшси. 1948, том 18.

46. Кутруфф Г. - Акустика. - 1962. - №12.

47. Носкевич Я. Исследования в Чехословакии электрических явлений при кавитации и электрических средств защиты от кавитационной эрозии. — Теплоэнергетика. — 1959. - №7.

48. Маргулис М.А. Сонолюминесценция и ультразвуковые химические реакции. Аккуст. Жзфнал. 1965, вып. 15, т.2

49. Родионов В. П. Моделирование кавитационно-эрозионных процессов, возбуждаемых струйными гидродинамическими излучателями: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.02.04 /Кубанский гос. технол. ун-т. 2001

50. Родионов В. П. Моделирование кавитационно-эрозионных процессов, 'ф возбуждаемых струйными гидродинамическими излучателями: Дис. ... д-ратехн. наук: 05.02.04. 2001.

51. Родионов В. П. Гидродинамика струйного истечения и явление кавитации в жидкости: Учеб. пособие / В. П. Родионов; М-во образования Рос. Федерации. Куб. гос. технол. ун-т 2000 .

52. Хитерхеев К. Кавитационные тепломассообменные аппараты / К. Хитерхеев, Н.С. Хитерхеев ; М-во образования Рос. Федерации. Вост.-Сиб. гос. технол. ун-т 1999 .

53. Цапенко Ю.Т. Диссертация на соискание уч. степени к.т.н. Л. 1967.

54. Покровский Г. П. Гидродинамические механизмы. - М.: Знание. - 1972. - 47с.

55. Полоцкий И. Г. Теоретические и экспериментальные основы физического действия кавитации. Дисс. д.х.н. — Челябинск, — 1942 г.

56. Эльпинер И. Е. Ультразвук: физико-химическое и биологическое действие. - М. 1968. - с. 23

57. Бреслер СЕ. О механизме окислительного действия ультразвука - ЖФХ. -1940. Т. 14.-Выпуск 3.

58. Немечек Роль электрохимической коррозрга в кавитационной эрозии - электронная обработка металлов. — 1967. - №12, - с. 14

59. Энштейн Л.А. Об отрицательных давлениях и кавитации в быстротекущих полостях. - Техническая физика. - 1946 Т. 16. — В. 6

60. Ковальчук Л.И. Исследование совместного влияния некоторых факторов на интенсивность кавитационных разрушений цилиндровых втулок дизелей.

61. Фадеев И.П. Эрозия влажнонапорных турбин. - М-Л. Энергия, 1974. 208 с.

62. Иванченко Н.Н. Методы устранения разрушеьшя омываемых водой поверхностей втулок рабочих цилиндров судовых двигателей. - труды ЦНИДИ. - 1952. - №20. №23.

63. Лихошеретов Д.М., Червяков Ю.С. Повышение кавитационно-эрозионной стойкости деталей двигателя. МИТОМ, - 1968. - №1. 19-21.

64. Плесст М.С, Дивайн Р.Ф. Зависимость кавитационных разрушений от времени, - ТОЛИМ, «Теоретические основы инженерных расчётов» Сер. Д. ,-1966.-88-№4,-с. 1-17.

65. Эдель Ю.У. Современные направления защиты гидротурбины от кавитационной эрозии. Гидротехнич, стр-во. 1974. №4 - с 29-32.

66. Шарпантье Бронза Рубеля и её применение для гребных винтов. - вастник общества технологов. — 1912 г. с. 18

67. Константинов В.А. Вопросы физической природы кавитации и эрозии - Известия АН СССР, ОТН, - 1947. - №6.

68. Рудашевский Г.Э., Скоробогатов В.И. Гидроэлектрическая гипотеза кавитационной эрозии. -М.: Машиностроение. - 1951. с.48

69. Фомин В.В. Гидроэрозия металлов при кавитации. — М.: Машиностроение, 1976.-290 с.

70. Аскаров М.А, Исследование относительной кавитационной стойкости некоторых металлов и сплавов.- Акустический журнал, 1976, т. XXII, вып.З, с. 326-331.

71. Борщевский Ю, Т., Мирошниченко А.Ф., Погодаев Л.П. Повышение кавитационной стойкости двигателей внутреннего сгорания. Под. Ред. Борщевского Ю. Т. -Киев: Высшая школа, 1980, 207 с.

72. Погодаев Л.И,, Пимошенко А,П., Капустин В.В, Эрозия в системах охлаждения дизелей, - Калининград: Академия транспорта Российской Федерации, 1993. - 325 с.

73. Кувшинов Г.И., Прохоренко П.П. Аккустическая кавитация у твёрдых поверхностей / Под ред. Кердинского. — Мн.: Навука I тэхшка, 1990. -112 с.

74. ГОСТ 27674-88 Трение, изнашивание и смазка. - М.: Издательство стандартов. 1988.-21 с.

75. ГОСТ 30480-97 Обеспечение износостойкости изделий. Методы испытаний на износостойкость. Общие требования. - М.: Издательство стандартов. 1998. - 12с.

76. Тимербулатов М.Г, Влияние коррозионного фактора на кавитационную стойкость металла. В кн.: Коррозия, защита от не металлоконструкций гидротехнических сооружений. 1973. -вып. 72.

77. Хрущов М.М., Беркович Е.С. Приборы ПМТ-2 и ПМТ-3 для испытаний на микротвёрдость. - М.: Изд-во Академии наук СССР. 1950. — 63с. 89. http://mascot-m.narod.ni/metod-BrmeI.htm.

78. Адлер Ю.П., Макарова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Изд-во «Наука». 1976.-255 с.

79. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования эксперименов. — М.: Машиностроение; София: Техника, 1980.-304 с.

80. Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Том 1. СПб. АО «Иван Фёдоров». 2001. 464с.

81. Морской Регистр Судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Том 2. СПб. АО «Иван Фёдоров». 2001. 442с.

82. Die Strabe im Labor// MTZ: Motortechn. Z. - 1999. - 60, №2. с 91

83. Hong Fusheng// Qichle jishu = Automob. Tehnol. - 1996. № 10

84. Modeme Werkzeuge Simulationstechniken// MTZ: Motortechn. Z. - 1999. №2. с 88-89