zxc ® 24-Сен-2012 21:43
Повреждения и поломки дизелей / Примеры и анализ причин
Год выпуска: 2005
Автор: Возницкий И.В.
Издательство: Санкт-Петербург
Серия: Библиотека судового механика
Формат: PDF
Качество: Отсканированные страницы
Количество страниц: 113
Описание:
ПРИРОДА УСТАЛОСТНЫХ РАЗРУШЕНИЙ.
Большинство аварийных повреждений двигателей вызывается потерей прочности деталей или узлов и их поломкой. При этом в ряде случаев видимых причин поломки не обнаруживается, а действовавшие в поврежденной детали напряжения обычно значительно ниже напряжений, при которых в данном металле происходит разрушение или появляется остаточная деформация. В подобных случаях обычно утверждают, что поломка вызвана «усталостью металла».
Объясняется это часто бытующим неправильным представлением о природе «усталого металла». Одни полагают, что металл длительное время находившийся в напряженном состоянии, будто бы изменяет свои свойства. Другие считают, что под действием большого числа переменных нагрузок во всей массе металла изменяются свойства. Он становится слабым и хрупким. Оба представления неверны. Только в результате нахождения металла под нагрузкой свойства его не меняются, сколько бы времени это не продолжалось, если нагрузка не превышает предела упругости материала (не вызывает остаточной деформации).
Усталость металла объясняется образованием в наиболее «слабом» месте микроскопической трещины, которая под действием знакопеременной нагрузки растет и достигает видимых простым глазом размеров. В вершине трещины резко повышаются напряжения. Это вызывает ее дальнейшее распространение и прогрессирующий рост напряжений. В конечном итоге, когда напряжения превысят прочности металла, деталь быстро разрушается. Появлению усталостной трещины предшествует накопление сдвигов в структуре металла, вызванных действием циклической нагрузки. В дальнейшем развитие и распространение линий сдвига в детали приостанавливаются, за исключением одного наиболее слабого места, где действующие напряжения достигают определенного значения. Здесь линии сдвига непрерывно множатся, растут и наконец сливаются в трещину. Вся энергия внешней силы устремляется в это место, вследствие чего остальная масса металла остается в неизменном состоянии. Чтобы в наиболее слабом месте детали образовалась трещина, действующие в нем напряжения должны достигнуть или превысить предел усталости металла. Под пределом усталости подразумевается то максимальное напряжение, при котором образец не разрушается под воздействием очень большого числа циклов нагружения (10 — 20 милионов). Следовательно, если напряжения, возникающие в образце металла при циклической нагрузке, не превышают предела усталости, то этот образец может выдержать бесконечно большое число циклов нагружения. Это в полной мере оправдывается для лабораторного образца. В действительности детали машин редко служат в таких идеальных условиях.
Обычно в деталях имеются понизители циклической прочности, значительно снижающие их предел усталости. К таким понизителям относятся различные концентраторы напряжения и, в первую очередь, всевозможные резкие изменения формы. Известно, что в местах перелома поверхности (на дне входящих углов галтелей, по краям отверстий), местные напряжения в несколько раз превышают средние расчетные напряжения. Не менее опасны разного рода случайные повреждения поверхностей детали, возникшие при ее изготовлении или при сборке (риски, царапины, надрезы). Причинами могут быть также наличие флокенов, неметаллических включений в стали, микротрещины, образовавшиеся при термической обработке, коррозионные повреждения при эксплуатации и.т.д.
Поэтому при среднем напряжении, не превышающем предела усталости, в месте расположения понизителя прочности напряжение может оказаться весьма большим и с течением времени под влиянием циклической нагрузки деталь разрушится.
В условиях эксплуатации усталостные поломки деталей двигателей чаще всего происходят при изменении условий работы, когда возникающие дополнительные напряжения в сумме с номинальными превышают предел усталости материала детали. Такими дополнительными напряжениями могут быть напряжения крутильных резонансных колебаний (работа двигателя в зоне критических оборотов), напряжения изгиба коленчатого вала при неравномерном износе или неправильной укладке вала на рамовых подшипниках, де-I формация корпуса судна и фунда-
ментной рамы, напряжения изгиба в стержне шатуна при заклинивании головного соединения и пр.
Практика показывает, что во всех случаях усталостное разрушение деталей двигателей вызывается действием одного из перечисленных выше факторов. При определении причины поломки большую помощь может оказать изучение структуры поверхности излома, обращая внимание на следующие признаки:
• характер излома;
• глубина развития усталостной трещины;
• степень и характер наклепа поверхности излома;
• число очагов, в которых началось развитие трещины;
• характер линии фронта.
Место возникновения усталостной трещины (см. рис. 1.7) обычно удается определить легко и безошибочно, около него видны расходящиеся в различных направлениях линии. Для этой стадии усталостного излома (зона I) характерно наличие волнообразных полос, представляющих собой ряд границ ее последовательного

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................стр.5 1.
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ
1.1 Условия работы, нагрузки ..................................................стр.6
1.2 Виды повреждений...............................................................стр.8
1.3 ПРИРОДА УСТАЛОСТНЫХ РАЗРУШЕНИЙ...............стр.10
1.4 Примеры поломок...............................................................стр. 14
2. ШАТУНЫ
2.1 Условия работы, нагрузки ................................................стр.22
2.2 Примеры повреждений и поломок.................................стр.22
2.3 Шатунные болты.................................................................стр.26
3. ПОДШИПНИКИ
3.1 Условия работы, нагрузки................................................стр.35
3.2 Износ и повреждения........................................................стр.44
3.3 Примеры повреждений.....................................................стр.50
4. ПОРШНИ
4.1 Условия работы...................................................................стр.54
4.2 Механические нагрузки....................................................стр.55
4.3 Тепловые нагрузки.............................................................стр.56
4.4. Тепловые напряжения в стенках поршней..................стр.58
5. ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА
5.1 Условия работы...................................................................стр.63
5.2. Конструкция.......................................................................стр.65
5.3 Смазка цилиндров, поршней и колец.............................стр.69
5.4 Нарушения в работе колец...............................................стр.73
6. РАБОЧИЕ ЦИЛИНДРЫ
6.1. Условия работы..................................................................стр.79
6.2. Механические нагрузки...................................................стр.79
6.3. Тепловые нагрузки............................................................стр.80
3
6.4 Износ и повреждения........................................................стр.83
6.5. Контроль за состоянием...................................................стр.86
7. ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ
7.1 Условия работы, нагрузки, повреждения......................стр.92
7.2 Влияние содержание ванадия и натрия в топливе
на ресурс выхлопных клапанов.............................................стр.94
8. ЗУБЧАТЫЕ ЗАЦЕПЛЕНИЯ
8.1 Повреждения.....................................................................стр.100
9. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ КАК СРЕДСТВО ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ОТКАЗОВ ДИЗЕЛЕЙ И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
9.1 Системы технического обслуживания........................стр. 106
9.2 Основы диагностирования
технического состояния........................................................стр. 110
9.3 Система технического обслуживания «по состоянию»
2-х и 4-х тактных двигателей «Вяртсиля».......................... стр.112
ПРИЛОЖЕНИЕ 1......................................................................стр. 116

КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ

1.1 Условия работы, нагрузки
Коленчатый вал передает крутящий момент потребителю энергии и воспринимает нагрузки, создаваемые силами давления газов и инерции поступательно движущихся и вращающихся масс.
Одновременно с деформацией возникают соответствующие им напряжения.
Крутящий момент, передаваемый от соседних цилиндров Мв скручивает левую рамовую и мотылевую шейки рассматриваемого цилиндра. Правая рамовая шейка скручивается суммарным моментом М ", представляющим собой сумму подходящего момента Мв и момента, создаваемого касательной силой рассматриваемого цилиндра. Изгибающие напряжения в валу возникают также при нарушении оси вала вследствие его неправильной укладки на рамовых подшипниках или просадке подшипников при их большом износе.
Схематическое изображение возникающих в шейках вала нагрузок от рассматриваемых сил и моментов приведено на рис.
Помимо рассмотренных сил на коленчатый вал действуют неуравновешенные силы инерции поступательно движущихся и вращающихся масс и их моменты.
Особое место в нагружении вала и его поломках вызывают крутильные и осевые колебания вала, создаваемые переменным крутящим моментом.
Наиболее опасную величину напряжения кручения приобретают при резонансе вынужденных и собственных колебаний вала (работа двигателя в зоне критических оборотов).
Опасными местами, где чаще всего действуют концентраторы напряжения, являются галтели перехода шеек к щекам (см. рис. 1.2), испытывающие попеременные напряжения сжатия и расширения.
Концентраторами напряжений могут быть также глубокие царапины и надрезы на шейках вала, а также дефекты материала, наличие в нем посторонних включений, нарушения технологии ковки и термической обработки.
Учитывая циклический характер всех рассмотренных сил и моментов, поломки вала обычно носят усталостный характер.
В последнем случае поверхности выглядят так, как это происходит при задирах из-за недостатка масла, чрезмерно высоких нагрузок и перегрева.
Появление в масле абразивных частиц обусловливается прорывом из цлиндров газов, несущих в себе сажу и отколовшиеся частицы нагара (более мелкие частицы вдавливаются в мягкий поверхностный слой подшипника и благодаря этому не приводят к заметному повреждению шеек). Большая часть механических примесей должна задерживаться в сепараторе и фильтре, но при неудовлетворительной работе сепаратора и фильтра этого не происходит. Следует помнить, что при загрязнении фильтра открывается байпасный клапан и в двигатель поступает нефильтрованое масло, несущее в себе крупные частицы. Аналогичные явления наблюдаются при прорыве фильтрующих элементов.
Адгезионный износ возникает при недостаточном поступлении масла в подшипники, чаще всего возникающем при загрязнении масляных каналов. Причинами также могут быть падение давления масла и существенное снижение несущей способности масляного клина из-за разжижения масла топливом или образования водомасляной эмульсии, а также увеличение масляного зазора при большом износе или подплавке подшипника.
Отмеченные явления приводят к контактному изнашиванию «металл по металлу», при котором сначала происходит заполиро-вывание поверхностного слоя, сопровождающееся ростом температур в зоне трения, затем размягчение антифрикционных сплавов, их утонение вследствие выдавливания, их оплавление и наволакивание на шейки вала.
Фреттинг-коррозия выражается в выкрашивании частиц металла в зоне контакта под действием усталостных разрушений, вызываемых вибрациями и микроперемещениями контактирующих поверхностей. Одновременно с фреттингом возникает коррозия.
Фреттинг происходит при достаточно малых скоростях скольжения, когда элементы длительное время находятся в контакте, что затрудняет унос продуктов износа из зоны контакта и, тем самым, способствует абразивному изнашиванию. Рост амплитуд микроперемещений сопровождается повышением интенсивности разрушения контактирующих поверхностей.
Процесс фреттинг-коррозии можно условно разделить на следующие три этапа.
Первый этап характеризуется пластическими деформациями и упрочнением верхнего слоя в зоне контакта. Под действием колебательных нагрузок и микроперемегцений в этом слое возникают усталостные напряжения. На глубине под поверхностью образуются зоны разрыхленного материала, затем происходит диспергирование верхнего слоя с образованием продуктов изнашивания.
Второй этап характеризуется дальнейшим и более активным процессом усталостного разрушения, сопровождаемого окислением продуктов изнашивания и образованием мелких каверн, в которых они концентрируются и, окисляясь, увеличиваются в объеме. Это приводит к росту внутреннего давления, под действием которого в поверхностном слое образуются микротрещины.
Третий этап завершает усталостные разрушения корродированных поверхностей. Отдельные каверны соединяются между собой и образуют в зонах контакта относительно обширные поврежденные площади, на которых отмечаются следы микросварки, точечного питтинга и коррозии.
Эти явления были типичны для узлов сопряжения фланца втулки с блоком (старые модели 2-х тактных двигателей B&W, MAN), в ряде случаев происходил обрыв втулок цилиндров. В современных 4-х тактных двигателях питтинг происходит при ослаблении посадки тонкостенных вкладышей рамовых подшипников.

voznickiy_i_v_povrezhdeniya_i_polomki_dizeley_primery_i_anal.pdf

Скачать [5 KB]

Спасибо

Похожие релизы

Повреждения подшипников качения и их причины - SKF [1994, PDF]
Анализ отказов и повреждений судовых технических средств - В. Н. Калугин, И. В. Логишев [2009, PDF]
Сборник всех книг автора - Возницкий И.В. [1971 - 2008]
Двигатели модельного ряда MAN B&W МС 50-98 (Конструкция, эксплуатация и…
Предотвращение аварий судовых двигателей внутреннего сгорания - Возницкий И. В., Иванов Л. А.…
Судовые двигатели внутреннего сгорания (СДВС) / ТОМ I - Возницкий И.В. [2007, PDF]
Руководство по подшипникам скольжения - Miba Gleitlager Handbuch [1985, DOC]
Современные малооборотные двухтактные двигатели - Возницкий И. В. [2007, PDF/DjVu/DОС]
Повреждения и поломки дизелей. Примеры и анализ причин - И.Возницкий [2006, PDF]
Wärtsilä СОД модельного ряда L20-L/V32 / Конструкция, эксплуатация и ТО - Возницкий И. В. [2008,…
  • Ответить

Текущее время: Сегодня 16:57

Часовой пояс: GMT + 3