автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Повышение надежности систем охлаждения дизелей в процессе эксплуатации судов

•Г и

/ у

и

одесское высшее ¡пежзрное морское училище и?леш1 ленинского кймсоиола

на правах рукописи

Вечь Юрий Валентинович

повышение надежности систем охяадщзш дизелей в процессе

ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВ

05.08,05. - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные).

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Одесса - 1391

.(У /, * уд

Работа выполнена ка кафедре "Судовые паровые котлы и ядерные, установки" Одесского высшего инженерного морского училища имени Ленинского комсомола.

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Сурин С.М»

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Сень Л.И., кандидат технических наук, доцент Павленко Б.А.

•Ведущая организация: Экспедиционный Отряд аварийно-спасательных подъешо-транспортных. работ Черноморского морского пароходства, (г, Одесса). • ,

Защита состоится "¿10 " и -ы? 1991'года

в часов на заседании специализагровалного совета

К 101. 01. 01 в Одесском высшем инженерном морском училище имени Ленинского комсомола.(270029, г.Одесса, ул. Дидрихсока, ^ С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОВШУ.

Автореферат разослан " • 1991 года.

Ученый секретарь специализированного совета, . .' к.т.н., доцент Ж у ИЗ.ШШТ0Я0В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ!!

Актуальность теш исследования. -В настоящее время интенсивное разрушение втулок и блоков цилиндров дизелей со стороны охлаждающей воды является важной технической'проблемой как в нашей страна, так и за рубежом. По оценкам научно-технической комиссии под руководством академика Ишлинского А .¡0. ущерб от разрушения деталей судовых дизелей, выраженный в расходах на их ремонт, превышает 400. млн. рублей в год. Около 30% этой суммы приходится на ремонт деталей, подверкенлых кавитационно-коррозионному разрушения (ККР) со оторопи охлаздающей воды.-

Опыт эксплуатации средне- и высокооборотных дизелей ( СОД и ВОД) показал» что разрушения охлаздаемых водой деталей дизелей наблюдаются через 3-5 тыс. чаоов, а через 12 - 15 тыс. часов работы дизелей их откчзы проявляются в виде глубоких изъязвлений металла или трещин под посадочными буртами втулок цилиндров. Применение высококачественных масел для. смазки "зеркалу" циливдра позволяет достичь ресурса втулки со стороны газов до. 70 тыс. чао.

Дальнейшее развитие двигателестроения предусматривает рост уровня форсирования дизелей путем непрерывного увеличения степени наддува, среднего эффективного давления, частоты вращения, при этом уменьшаются габариты дизелей и их металлоемкость. Это псзы-_ шает вероятность и интенсивность ККР металла охлаидаемых водой деталей дизелей; Поатоцу задача предотвращения разрушений "оверх-ностей охлаждения дизелей является актуальной и ей уделяется значительное внимание на морском флоте. . •• Для увеличения срока службы втулок и блоков цилиндров дизелей «.о стороны вода применяют химические присадки. Водообработка присадками ке всегда дает вуинкй эффект ко только для дизелей

разлого типа, но и для однотипных дизелеЧ, работающих л разных , условиях. Присадки эффективны лишь в узком диапазоне концентрации, при малых концентрациях наблюдаются увеличение ККР. Органи-' ческие присадки вызывают отлодсешя и приводят к нарушении тепло-

г ' .

передачи и термоусталостнда трещинам металла. Присадки вредны для здоровья обслуживающего персонала, загрязняют окружающую среду. Поэтому задача разработки надежных, универсальных, безо-.. пасных технологий снижения ККР,металла является актуальной.

Петь работы. Снижение ККР металла втулок и блоков цилиндров дизелей со стороны оаладдаотеВ воды за "чет ее глубокого обескислороживания путем модернизации системы охлаждения дизеля без применения химических реапнтов.

Методы исследования. Решение задачи диссертационной работы проводили путем экспериментальных и теоретических исследований. .При разработке физической модели массоперенооа кислорода в системе охлаждения дизеля использовали положения теории тещго-и массообмена, теории химической кинетики,

- •

При лабораторных и рейсовых тощгохишческих испытаниях систем охладцения дизелей использовали общепринятые методы исследования процессов тепло- и массообмена, а также известные методы анализов: аналитические, колориметрические.

Экспериментальные исследования вели в соответствии с .общепринятой, теорией инженерного эксперимента. Полученные.опытные . данные обрабатывали графоаналитическим методом и Методами математической статистики .на ЭВМ. *

'■ • Ооновнне научные результаты. выяоскшэ на затжту.

Исследования, представленные в работе, базируются на под-' гвсрдденном полсжснпп о том, что интенсивность ККР металла по- ■

верхпости охтаздекия дизеля качественно обобщается скоростью расходования кислорода, растворенного в охлаждающей воде.

В результате теоретических и экспериментальных ксследова-. кий получены следующие научные результаты:

'} впервые разработана модель массопереноса кислорода в система охлаждения дизеля, основанная на обобщении всего сложного комплекса явлений, составляющих ККР металла поверхности охлаждения дизеля, коэффициентами кассоперадачи кислорода;

2) получены новые критерии подобия, имеющие следующий ■ физический ошол: К ®л - относительный расход кислорода из • &даос:1<зри в воду расширительной цистерны (РЦ) ; М =}я -относительный расход кислорода на ККР металла поверхности охлаждения дизеля; Р ~ относительная окорость загрязнения охлатэдащвй дизель воды киолорс. ;ом;

3) впервые проведены теплохим..ческиэ испытания систем охлаждения дизолой на судах, в процессе реализации которых ко ффт-циенты массопередачл кислорода определяли по.новым методикам в стационарных и нестационарных умениях;

Л) получена новая экспериментальная зависимость для расчета интенсивности массопереноса кислорода из атмосферы в поток, воды в РЦ, учитывающая конструктивные и режимные характеристики системы охлаждения;

получена новая экспериментальная зависимость для расчета интенсивности массоиереноса кислорода на ККР металла поверхности охяадтсикя дизеля, учитывающая конструктивные и вибрационные характеристики дизеля;

б) впервые установлено, что при относительной скорости загрязнения охлаядащей воды аислородом Р< 0,2 ресурс втулок ш-лйадров СОД и ВОД со сторогч воды превшает их ресурс со сторо-

.ны камеры сгорания.

Птктическая ценность.

1. Впервые разработана методика расчета концентрации кислорода в охлаздащей воде дкзоля, учитывающая конструктивные и режимные характеристики системы охлаждения и дизеля. Методику мож-

. по использовать при проектировании систем охлаждения усовершенствованной конструкции.

2. Разработана новая методика расчета ресурса втулок цилиндров дизеля со стороны воды, учитывающая конструктивные и режимные характеристики системы охлаждения и дизеля. Методика, в отличие от известных, позволяет обслуживающему персоналу количественно оценить эффективность мэр, применяемых для продления ресурса втулок цилиндров со стороны охлахдаицеС воды.

3. Разработаны и проверены на практике новые технические решения по модернизации систем охлавдения эксплуатируемых судов, позволяющие продлить ресурс поверхностей охлаждения дизелей без

' применения химических реагентов.

4. Подтвержденный экономический эффект от внедрения разработок по защите систем охлаждения дизелей от ККР в 1990 году составил 18,1 тыс. рублей.

Атгообатая -работы. Основные научные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах:•

1. На научных и научно-методических конференциях профос-сгрско-преподавательского состава ОЪШУ, г.Одесса, 1ЭВЗ, 1930 гг.

2. На научно-методическом семинаре профессорско-преподавательского состава МВИМУ, гМурманск, 1991 г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в двух печатных статьях и одном изобретен: и.

Структура и объем вьботы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной лииратуры и приложения. Объем основного текста 121 страница, в том числе 35 рисунков, 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ■ •

В первой главе рассмотрев виды и причины разрушения металла поверхностей охлаждения дизелей. Характер разрушений у каждого типа дпзелеЯ имеет свои особенности. В СОД и ВОД эти разрушения проявляются в виде глуб.ких раковин на втулках и блоках цилиндров в плоскости качания шатуни. В МОД разрушения поверхностей охлаждения проявляются в виде раковин на'верхних и нижних доса^ дочных и центрирутасих поясах втулок и блоков цилиндров. •

Анализ литературных данных по теме исследования показал,.-что основной причиной разрушения охлаждаемых водой поверхностей дизелей является кавитация воды в полости охлаздеппя, вызываемая высокочастотной вибрацией втулок и блоков цилиндров дизелей.'Ка-вптацяонные воздействия воды на поверхность металла сникают его термодинамическую устойчивость, повышают температуру локальных* учас-хов поверхности, разрушают защитную ок'исщпо пленку, увеличивают энергию конов в растворе и атомов .в кристаллической решетке, а непосредственное разрушение металла, вызывается электрохимической коррозией.

Рассмотрены основные факторы; влияющие па интенсивность ККР металла полости оглашения дизеля. К ним относятся; темпе- . ратура, скорость под я в система охлаждения, ее вязкосгь, плот-

. ность,. поверхностное натяжение, концентрация в ней газов, солей, механических примесей, вибрационные и конструктивные характеристики дизелей, состав и состояние поверхности охлаждения. Анализ этих факторов показал, что наиболее опасным с точки зрения ККР металла является растворенный в воде кислород. Он является зародышем кавитации в воде, а также активизирует коррозионный процесс._ При слабой кавитации ККР металла идет с кислородной деполяризацией и прямо пропорционально кисхлородосодерганию охлгшгаю-щей воды (Иванченко H.H., Окунь Н.М., Краснокон H.A.) . Пр:< сильной кавитации наряду с кислородной имеет место водородная деполяризация, кроме этого под действием акустических волн кислород связывается в перекись водорода и окисляет металл (Флянн Х.Г., Маргулио Г.'.А J. Таким образом, во всех случаях скорость расходования кислорода из охлаядащей воды качественно соответствует интенсивности ККР металла поверхности охлаздения дизеля.

Анализ методов предупреадения ККР металла показал, что эти .методы не "могут обеспечить существенного увеличения ресурса, втулок и блоков цилиндров дизелей со стороны воды. Химические присадки теряют свои защитные свойства при малых концентрациях в во-• де, при ухудшении качества воды. Универсальным представляется метод -профессора Полипанова И.О., основанный на применении в системах охлаждения дизелей обе -кислорояешой в электроноионообменных фильтрах и обессиленной в ионообменных, фильтрах воды. Однако, применение этого метода сдерживается из-за усложнения систем ох-• лагс.эния, необходимости периодической регенерации фильтров.

' Поэтому целью работы ставили снижение ККР металла втулок и блоков цилиндров' дизелей со стороны охлаждающей воды за о нот оэ глубокого обескислороживания rc/тем модернизации систеда охлаздения дг.зеля без применения хкмическкх реагентов.

*

Для достижения этой цели представляется необходимым:

1) разработать модель-аналог кавитацяонно-коррозионкого процесса в системе охлаждения дизеля для лнаыш'че^¡соЛ оценки . влияния конструктивных п режимных параметров системы охлаждения и дизеля на интенсивность КС? металла полооти охлазденич;

2) разработать методик:/' теплохимических испытаний систем охлаздения, позволяющую выявить и оценить величины кислородных потоков в система}

3) получить закономерности массопервноса кислорода из-атмосферы в воду система охлаждения и из воды на ККР металла полости охлаждения дезеля;

4) разработать и проверить на практике технические решения, направленк"э на глубокое обескислороживание охлаздащей дизель -воды без применения химических реагентов; .

разработать методику расчета ресурса втулок цилиндров . дизеля со стороны охлаждающей воды, позволяющую количественно оценить эффективность мер, применяемых для увеличения ресурса.

I

Зо второй глава приведены физическая и математическая модели массопероноса кислорода в системе охлаждения дизеля, предоставляющиеся интегральным аналогом кавитационпо-коррозионного процесса в системе охлаждения. При разработке моделей яспользот. вали подход к ККР с позиция кассопередачи. Это позволило увязать интенсивность ККР металла полости охлаждения с конструктивными и. режимными 'параметрами системы охлахдения и дизеля.

Физическую модель базировали на пвздположоняи о том, что . скорость расходования кислорода из охладдашдай „из ель воды качественно соответствует интенсивности.ККР металла полости охлаэде-ния. При разработке математической модели приняли допущения;'

1) коэффициент массопередачи кислорода в полости охлаждения дизеля ^ автоматически учитывает все факторы сложного механизма ККР металла;

2) контур охлаждения дизеля и РЦ являются аппаратами идеального смешения;

3) температура и физические свойстрч воды в системе охла-ядения дизеля со временем не изменяются;

4) коэффициенты массопередачи кислорода ¡Рр и ^ постоянны во времени.

Математическую модель строили на массовом балансе кислорода в РЦ и в полости охлаждения дизеля и записали в виде следующей системы дифференциальных уравнений:

- и)

иг - ■>

¿с„ - % - а, -> с ,г )

Здесь (1)" учитывает насыщение охлавдавщей воды кислородом в РЦ, а (2) - срабатывание кислорода на ККР металла дизеля.

Для удобства решения и анализа уравнения (1) , (2) привели к безразмерному виду. Для этого использовали следующие безразмерные комплексы, полученные в соответствии о теорией анализа размерностей: К - относительный расход кислорода в РЦ

из атмосферы; М /£>? - относительный расход кислорода на

ККР металла полости охлаждения дизеля; N = - число обме-

нов воды в Ы; А - отношение объемов воды в РЦ и в кон-

туре охлаждения дизеля; СР , С„ , Сй - относительные концентрации кислорода соответственно в РЦ, в контуре дизеля, насыщения; ЛС - разность относительных концентраций в РЦ и в контуре дизеля. С учетом полученных безразмерных комплексов математическую мо-

дель записали о следующем влдэ:

>

Уравнения (3) ,¡4) интегрировали после разделения переменных о учетом начальных условий:

- при N = О Св = 1 и Сря 1.

В результате совместного решения (3) ,(4) получили следующее уравнение динамики кислородссодержания воды в системе охлаждения:

= их а-у) + мч(к* 1-х) * КС! с»= км + к а. -/) * м (>

где обозначили X = ехр (- К-М) и У = 9хр (- М-А-м) ■ . •

Решение системы (1) ,{2) при 0 (в случав работы дизеля без отбора вода в РЦ) позволило получить следующий закон изменения концентрации кислорода в воде при его убыли на ККР:.

С = ехр {-$ ¿кТ/У*) = ехр (- М-А-Ч) - (6) '

Дчя стационарного режима работы системы охлзддения (когда • концентрация кислорода в воде стабилизируется^ уравнение (5) записали при N -=»• оо :

сл =-к-св/(к-м + к + м; . (?;.

В рагморных величинах уравнение (7) приобретает следующий вид:

»я

(8).

' «я ^ +

Таюш образом, аналитическое решение математической модели позволило связать величину кислородосодеряакяя воды, определяющую интенсивность ККР металла полости охлаждения дизеля, с конс-труктнвннш и режимными параметрами системы охлаздеюп и дизеля.

Для количественной оценки интенсивности КНР металла следует знать величины коэффициентов массопередачи ^ и ^ , данных по которым в литературе н'т. Математическое моделирование позволило разработать три новые методики экспериментального определения коэффициентов массопередачи: на динамическом,, на стационарном и на комбинированных режимах работы системы охлаждения.

Для определения коэффициентов массопередачи кислорода на динамическом режиме разработан алгоритм и программа расчета на ЭВМ. Для реализации этой методики достаточно экспериментально определить динамику кислородосодерж-ния вод-, например, после окончания цикла пополнения системы добавочной водой.

' Для экспериментального определения величин и А. на

г *

стационарном режиме необходимо изморить концентрацию кислорода в воде на двух стационарных режимах ся и с'к при двух значениях площадей свободной поверхности во„ы в РЦ и $'р . Тогда величину можно определить из выражения:

а „

^ а

Величина ¡^ определяется по выражению, получонному из (8) :

■ л = _С|", К яу (1 п)

3Р ■ са брГв, + £ й.) .

Для определения величин }р к ^ на комб!шированных режимах необходимо измерить динамику кислородосодеркания воды при работе дизеля без отбора воды в РЦ, тогда величину можно

т 1 я

определить из выражения, полученного из (6) и

а' в и ' (И)

В рлн чина ^ определяется из формулы стационарного режима (10). Разработанные новые методики позволяют экспериментально

определить численные значения величин р и ^ п систолах охлаждения любых конструктивных, особенностей, на лобом рст.1К'.е работи.

В третьей главе приведены результаты топлох^личеекпх испытаний систем охла-едения дизолеи, выполненные на лабораторной установке и на системах охлаждения пяти судогшх дизеле*!, установленных на т/х "Анатолии Кел(.-зняков","Лев Толстой", "Осетия".'Состав лабораторной установки и схема измерений на ней приведены на рис. 1. В эмх опыта": концентрацию кислорода в потоках воды измеряли методом Викклера с погрешностью 0,04 мг/л; расходы воды пп— ыеряюг объемным методом с погрешностью 0,01 ы3/ч; температур» потоков воды измеряли штатными и лабораторными термометрами сопротивления с погрешностью 1 градус. Концентрацию железа в воде лп-керяли '¡отокалориметрическим методом на приборе 'ЮКН - 57.

Анализ источников загрязнения охлаждающей води кислородом показал, что основная его доля (82 - 99/') вносится в систему охлаждения через свободную поверхность воды в РЦ. Доля кислорода, вносимого в систему с добавочной водой, несоизмеримо меньше.

Энергию актива^л* реакции связывания кислорода в процессе ■ККР металла полости охлаждения дизеля определили по выражению:

Е = 1п & (12)

Т -Т % ■

Численные значения энергии активации свидетельствуют, что реакция связывания кислорода при ККР металла идет в кинетической области, когда массоперенос не зависит от скорости движения потока воды, а определяется скоростью химической реакции.

Опыты на лабораторной установке вели по плану полного тре;'~ факторного двухуровневого эксперимента. В качестве управляющих Факторов приняти расход воды через РД ¡Ор , площадь свободно?! поверхности воды в РЦ , высоту свободного падения г.отокг во-

Рис. 1 . Состав лаЗоратьраоЙ установки и схема измерений на ней: 1 - дизель Ви 230.4?; 2 - аошюобыен-ний аппарат; 3 - теркерегудятор; 4 - РЦ,

ды в РЦ Нс. В качестве функции отклика приняли величину киолоро-досодержшгая води на стационарном родимо са . Обработку опытпих данных вели по общепринятой методиг.е. Значимость коэффициентов уравнения рецессии оценивали по критерию Стьюдента. Адекватпсить уравнения проверяли по критерию йншора для уровня значимости Р-= 0,1. Уравнение рогрессни имеет следуздиГ вид:

св = 9,42 ► 0,36 »р + 6,375 Нс - 0,39. (13)

Из (13) видно, что степень загрязнения охлзздающей води кислородом зависит от каддого из управляющих '¡.акторов. Для ее уменьшения следует снж.тать значения всех указанных 'факторов»

В опытах на лабораторной установке определяли численные величины скорости расходования кислорода на ККР и скорости разрушения металла полости охлаждения дизеля. Сопоставление этих скоростей показало, что их соотношение близкое к 2,6 кг/кг соответствует стехиометрическому коэффициенту для окисных пленок смешанной валентности.

На лабораторной установке не било возможности изменять вибрационные характеристики дизеля, играющих вадную роль в ККР металла. Поэтому провели тегогахимлческие испытания систем охлаждения нескольшк: судовых дизелей о разными уровнями вибрации.

Обобщение экспериментальных данных по массопергчосу кислорода в РЦ вели в виде_ зависимости диффузионного критерия Нуссель-та гчУир е1,/|>, от числа Рейиольдса Ре =о'(1) при разных высотах Нс. Математическую обработку результатов эксперимента вели па ЭВМ методом наименьших квадратов. Получена зависимость:

0,022 Ре0'8" ехр (3,8 Н0 / Нр). Ц4)

Результаты исследований кассопереноса кислорода в РЦ ипед-

отавлсшн на рис. 2. Высокая степень влияния гасла Re объясняется гидродинамическими особенностями движения воды в РЦ. Дажо при погружении струи, води под уровень РЦ в цистерне визуально наблвда-ли вихревие потоки. Поэтому, несмотря на малые величины чис&л Re, (рассчитанные на поперечное сечение всей РЦ), фактическое состояние пограничного слоя является турбулентным. Влияние высоты свободного падения потока воды в РЦ на интенсивность загрязнения охяатдавдой води кислородом существенно. Погружение струи воды, отвод.',"-* юй от дизеля, под уровень РЦ сникает коэффициент массопо-редячи кислорода на порядок. Порученные данные4 сравнипгиш с апа-логичншл! исследованиями, проведенными Куравлевым A.A. в теплых ящиках котельных установок (зависимость показана на рис. 2 пун-'' ктнтлюР линией ) . Породой численных величин £ в обоих случаях близок. Мепьппп"; угол наклона зависимости для теплых ящиков объясняется больней лашнаризацией потока воды при ее перетекании в , каскрднпх отсеках теплого ящика.

Обобщение опытных данных по массопэреносу кислорода на ККР

металла полостей охлаждения дизелей цели в виде зависимости

в

.фуэпошюго критерия Нуссолъта Ыч-0- JB ка/0г от вибрационного числа Гейкольдса Ке к А/квАг и числа Правдтля Pr. Результата опытов представлены на рис. 3, Матеыашчосг«ую обработку воли на ЭВМ методом наименьших квадратов, получили зависимость:

NMJ - 1,95 Row0'51 Pr °»33 . ' (15)

Увеличение интенсивности кассопэреноса кислорода на ККР металла дизеля при увеличении уровня его вибрации объясняется тем, что с увеличением вибрации усиливаются кавитациошшо воздействия воды на поверхность охлаждения дизеля. При этом потенциал металла смещается в отрицательную область, снижается тормодцна-.

Ни,

МО

ВО

чо

о "__ц- -- —------ 0 0

Л

20

гоо

400

800 л?.

Рис. 3. Обобщение экспериментов по массопереносу кислорода в полости охлаждения дизеля.

е.ч

5,2

0,8

4¥

0,2

0,1

....... I -----

А

пт ________~ 0

—— ---- к 0 *

• 1 »

1—

Рис. 2. Обобщение экспериментов по массопереносу кислорода в РЦ

мичоская устойчивость металла, повышается температура локальных

л

участков ого поверхности, резко увеличивается скорость коррозионного процесса па этих участках. Полученные данные сравнивали с результлтыл! исследования мзссопереноса кислорода лод влиянием акустических волн из вгтш к образцу, вибрирующему на магнкто-стрихщюнном вибраторе в докавитационпом ре?лше (Иванченко H.H., Очтиь U.M., Красног.он п.А. , запистмость показана пунктирной лк-iüioi;). Результаты сопоставления (рис. 3) говорят о качественном ооотпотствии яаштамоотеЕ. Отличие величин N-i* на порядок объясняется тем, '¡то при пероходо от докавигационного режима к режиму развито!; кавитации К1СР металла резко увеличиваются.

Полученные закономерности массолероноса кислорода в оисто-мо охлпвдеппя дизеля позволили разработать методику расчета ресурса втулок цилиндра дизеля со стороны охлаждающей воды.

В чегтюртоп главе показало практическое приложо;.и результатов исследований. Предложена новая методика расчета ресурса втулок цилиндров диполя со еторсиш воды, при разработке методики приняли следую'цие допущения: • .

1) основная доля в ККР металла втулок принадлежа электро- ' химичосг.г.г^у иохапизьу растворония моталка, инициированному коха-пячоекжи воздействиями кавитирующоК воды;

2) площадь кавитацпонных воздействий дизеля составляет 2,5/о всей поверхности охлаедония; .

3) продольное время работы втулки цилиндра до заданы интерпретируется ¿сак ддьгелькость расходования кислорода из охлакдаю-щоу. воды, пошедшего на связывание моталла, вызванного- ао продольна'] навигационный илиос; .

d) растет ресурса кгцется -для втулок, ¡¡iroTCP/f'-nwi из'чугун

Расчет предлагается вости в следующей последовательности: 1. Расчет вибрационных харшстеристик дизеля по методике Иванченко H.H.:

- расчет коэффициента длины аксиальной волны ff- а / ß к величины « h % / <2 аг;

- определение по диаграмме (рис. Л) частотных коэффициентов втулки К0 , К< , К г ;

- расчет величины частоты свободных колебаний втулки:

1 а Л/ к, к, I к,/ ;

- расчет амплитуды колебаний втулки:

. Ре а f , -/¿0 ffo +O.Q6T-H,)

А = Г а г /г * '

2. Расчет вибрационного числа Рейнольдса Kew= ,

3. Определение критерия Nu" но рис. 3 или по формуле (15);

4.' Расчет коэффициента ызссоперодачи $ = Nu* [>г/ hK ;

5. Расчет безразмерного комплекса М = ^ SK /ар

6. Расчет скорости воды в РД \Г= £>р/е>нР)

7. Расчет критерия Рейнольдса Rö.= i7 ci,■

8. Определение критерия Ми' по рис. 2 или по (формуле (14);

9. Расчет коэффициента массопередачи f = Of / d s;

10. Расчет безразмерного комплекса К =■ /;

11. Расчет концентрации насыщения кислорода в РЦ os по формуле Генри;

• 12. Оцредоление коэффициента предельных разрушений js по толщине стенки втулки по диаграмме Иванченко H.H.;

13. Расчет ресурса втулки цилиндра со стороны воды:

Ф sooo$ +«* "У

т—tvf^ . u6>

2Ü

Рис. 4. Ддагра-'л/а для олред&зекия частотш-: коэфф>.цз:етов.

Разработанная методика позволяет рассчитать ресурс втулок цилиндров'дизелей со стороны воды вновь строящихся дизелей, а ташке, з отличие от известных, количественно оценить эффективность мер, принимаемых для продления ресурса. Выражение для определения ресурса показывает следующие возмсшшв пути его увеличения без применения химических препарагов: герметизация свободной поверхности РЦ, снижение расхода воды через РЦ, подогрев воды в РЦ. Указанные меры реализованы в технических предложениях по модернизации, систем охлаждения дизелей, признанных изобретением.

Расчет ресурса втулок цилиндров СОД и ВОД позволил установить, что продельное значение относительной скорости загрязнения охлаждающей воды кислородом, при котором ресурс втулок со стороны воды превышает их ресурс со стороны газов, равно 0,2.

Подтвержденный экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы на судах Экспедиционного Отряда ЛСПТР ЧГШ в 1990 году составил 18,1 тыс. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ'И ВЫЗОЛУ

1. Наиболее опасным с точки зрения ККР металла полости охлаждения дизеля является растворенный в воде кислород. Он является зародышем кавитации в воде и активизирует электрохимическую коррозию. Установлено,'что скорость расходования,кислорода из воды качественно соответствует интенсивности ККР металла.

2* Разработаны физическая и математическая модели массопе-реноса кислорода при ККР металла дизеля, основанные на обобщении всего сложного комплекса явлений, составляющих ККР металла полости охладдения дизеля, коэффициентами массопэредачи кислорода.

3. Получвт новые критерии подобия, нмоицие следующий физический омысл: К ~ff - относительный расход кислорода из атмосферы в воду РЦ; M >'\/ ty - относительный расход кислорода на ККР металла полости охлаждения дизеля; Р - относитель-.ная скорость загрязнения о.хлаадаадей воды кислородом.

4. Впервые проводоиы тешюхкмические испытания систем охлаждения дизолей, в процессе которых коэффициенты массопередачи • киолорода определяли экспериментально по новым методикам.

5. Анализ источников загрязнения воды кислородом показал, что основная его доля поступает в систому охлаждения через свободную поверхность в РЦ, Доля кислорода, поступающего в систему ох*, лаждеггия дизеля о добавочной водой, несоизмеримо меньше. .

6. Обобщение результатов экспериментов на системах, охлааде-пия пяти судовых дизелей позволило .получить закономерность скорости шссолереноса кислорода на ККР металла полости охлаждения дизеля от его конструктивных я вибрационных характеристик.

7. Обобщите натурных, и лабораторного экспериментов позволило получить закономерность-скорости массопореноса кислорода из атмосферы в воду РЦ от конструктивных и режимных параметров РЦ.

8. 11а основании установленных теоретическим путем основных принципов снижения загрязнения воды кислородом разработаны технические предложения пс модернизации систем охлаждения дизелей, признанные изобретением.

9. Разраоотана методика.расчета ресурса.втулок цилиндров^ дизелей со стороны воды, которая в отличио от.известных,-позволяет оценить эффективность мер, пр1шеняем:х для повышения ресурса.'

10. Установлено, что ресурс втулок цилиндров дизолей со стороны воды сопоставим с их ресурсом со стороны газов при значении относительной скорости загрязнения зоды кислородом Р - 0,2. • .'*

2Я

11. Проведено внедрение разработанных технических предложений 1фи модернизации систем охлаждения главных двигателей на судах Экспедиционного Отряда" АСПТР Ч!.Ш. Подтвержденный экономический эффект от внедрения в 1990 году составил 18,1 тыс. руб.

Основное содержание работы изложено в следующих опубликованных работах:

1. Вечь Ю.В., Сурин С.М. Методы повышения надежности систем охлаждения дизелей. - В кн.: Морской транспорт, сер. Техническая эксплуатация (флота, вып. 11(679) ,1.1.: В/О "Мортехинформ-реклама", 1988, 21 с.

2. Вечь Ю.В., Сурин С.М. Результаты исследования кавита-ционно-коррозионного процесса в системах охлаждения дизелей. -Судостроение, 1991,-Я 2, с. 25 - 27.

3. Вечь В,В., Сурин С.М. Расширительная цистерна системы охлаждения дизеля. Положительное решение ВНИИГПЭ по заявке на изобретение 4697535/06/073342 от 30.10.'90.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

у. -'коэффициент массопоредачи,/м/с/; о - концентрация кислорода, /мг/л/; Й - расход води,/м3/ч/; V - объем воды,/м3/; $ -площадь поверхности,/м^/;^ - время,/с/; т - температура воды,/К/; Е - энергия активации,/кДй!/моль/; И - газовая постоянная,АД?:/ моль'град/; н - высота,/м/;К - толщина,/м/; I - длина между опорными поясами втулки,/м/; а - средний радиус втулки,/м/;Д - отношение радиуса кривошипа к длине, шатуна; Р0 - среднее эф|вктиЕ • ное давление,/МЛа/;£> - коэффициент диффузии ,/м2/с/;^ - кинею-тичеокая вязвость,/м^/о/;а - частота вращения,/о-1/.