Дипломный проект №17 | ЭСЭУ | «Причины возникновения отказов и повреждений поршней мод и способы их востановления.»

"THE REASONS OF FAILURES REFUSALS AND DAMAGES OF THE LOW SPEED ENGINE PISTONS AND WAYS OF THEIR RESTORATION»

Instructor: A. P. Bondarev, assistant professor
The Diploma Paper contains: pages 106, pictures 31, tables 5, literature sources 22.

It is shown that the considerable part of the replaced piston heads in the ship slow speed engines does not fully use it’s nominal resource due to typical damages resulting in the increase of financial expenses for buying new pistons heads.
In order to minimize the expenses a new technology of restoring the piston head recesses by means of hot treatment metals method under pressure have been worked out.
As a result the calculation of the economic effect of prolonging a term of worn-out piston head operation on by means of its restoration is 20% per each piston head when comprased with buying a new one.

ВВЕДЕНИЕ 8
1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СУДНА
И СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ 10
1.1 Главный двигатель 10
1.2 Вспомогательные двигатели 11
1.3 Котельная установка 13
1.4 Гребной винт 15
1.5 Спасательное оборудование 15
2 РАСЧЕТ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА,
ГАЗООБМЕНА И НАДДУВА ГД 6S50MC 16
2.1 Расчет рабочего цикла 16
2.2 Расчет газообмена и наддува 26
3 ПОРШЕНЬ И ШТОК ПОРШНЯ 40
4 АНАЛИЗ ОТКАЗОВ И ПОВРЕЖДЕНИЙ ПОРШНЕЙ
СУДОВЫХ МОД 42
5 ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПОРШНЕЙ И ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
СУДОВЫХ МОД И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ 58
6 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ
РАБОТАСПОСОБНОСТИ ГОЛОВКИ ПОРШНЯ 63
6.1 Сущность нового метода 63
6.1.1 Сопротивления усталости 63
6.1.2 Износостойкость 66
6.1.3 Сопротивление схватыванию металла 68
6.1.4 Сопротивление контактной усталости 70
6.2 Применяемые технологии для восстановления головок поршней 75
6.3 Объективные недостатки существующих методов восстановления 81
7. РЕМОНТ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМА ПОРШНЕВОГО ДВИЖЕНИЯ 84
8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННОЙ ГОЛОВКИ ПОРШНЯ 87
9 ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
РАБОТ ПО ОБРАБОТКЕ ГОЛОВКИ ПОРШНЕЙ 91
10 ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ
СРЕДЫ ПРИ ВЕНТИЛЯЦИИ РАБОЧЕГО ПОМЕЩЕНИЯ
ПО НАПЛАВКЕ ГОЛОВКИ ПОРШНЯ 96
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 103
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 105
ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Исследование российских зарубежных ученых показали, что ежегодная стоимость запасных частей составляет сотни миллионов рублей. Использование тяжелых сортов топлива, старение флота и другие причины способствуют увеличению потребности в запасных частях. В результате наблюдается тенденция ежегодного возрастания общего дефицита запасных частей.

Очевидно, что в этих условиях восстановление изношенных деталей является актуальной и важной задачей. Оно позволяет экономить материалы высвобождать мощности, трудовые и валютные ресурсы за счет повторного использования деталей по прямому назначению. Кроме этого, применение дешевых и в некоторых случаях, более долговечных восстановленных деталей, дает прямое сокращение затрат на ремонт и техническое обслуживание судовых механизмов. Одно из наиболее ответственных частей дизеля является цилиндропоршневая группа (ЦПГ). Условия работы ЦПГ судовых дизелей определяется совместным влиянием множества факторов, к основным из которых относятся воздухоснабжение, нагрузка, условия смазки, охлаждение, качество монтажа и технологических операций при изготовлении и ремонте и т.п.. Отказ, потеря работоспособности деталей ЦПГ, влечет за собой значительные материальные затраты на их восстановление. Статистика показывает, что при удовлетворительном уровне технической эксплуатации до 25% трудозатрат при обслуживании дизеля приходится на детали ЦПГ. С ухудшением качества эксплуатации доля их резко возрастает.

Из всех неисправностей детали ЦПГ отказы поршней являются наиболее опасным, поскольку часто приводят к тяжелым авариям всего двигателя.

В лучшем случае возникает необходимость переборки, ремонта и замены деталей.

Поршни судовых дизелей работают в жестких условиях. Их днище являются частью камеры сгорания и подвергаются воздействию высоких температур и давление со стороны газов. Компрессионные кольца, расположенные в канавках в головке поршня, скользят по поверхности цилиндровой втулки и одновременно по нижним поверхностям кольцевых каналов. При этом на них, особенно на первое кольцо действуют давление и температура газа, прорывающихся из камеры сгорания. Кроме того на поршень действуют силы инерции, а в его днище возникают высокие температурные напряжения, связанные с неравномерностью нагрева головки и неизбежными перепадами температур между наружной и огневой поверхностью и внутренними поверхностями, охлаждаемый водой или маслом. В связи с этим основными неисправностями и повреждениями поршневой группы являются; выгорание и растрескивание металла днища поршня; повреждение или износ компрессионных колец и их канавок; отложение нагара и кокса в поршневых канавках и на поверхностях головки поршня; износы и задиры тронка и.т.д..

Анализ причин отказов и поломок поршней малооборотных дизелей различных фирм указывает на преобладающее влияние на показатели надежности тепловой и механической напряженности уровень которой определяется режимом нагружения, качеством регулирования рабочего процесса, а также эффективностью работы системы смазки и охлаждения. Совершенствование методов технической эксплуатации и ремонта позволяет значительно снизить эксплуатационные затраты, повысить эксплуатационную надежность поршней и дизельной установки в целом.

В процессе разработки дипломного проекта были решены следующие задачи:
1. Были даны общие сведения судне и общая компоновка судовой энергетической установки с описанием основных судовых систем и узлов.
2. Был произведен тепловой расчет дизеля, который включил в себя анализ и расчет рабочего цикла, в котором были определены его технико-экономические показатели и установлено что они соответствуют нашему двигателю на заданном режиме. А также был произведен расчет газообмена и наддува, в котором была произведена оценка условий протекания газообмена в цилиндре дизеля, и установлено что энергия газов достаточна для организации наддува.
3. Произведен анализ повреждений, головок поршней МОД, приводящих к их замене.
4. Анализ отказов и повреждений поршней судовых МОД показал, что в процессе эксплуатации поршни испытывают высокие термические и механические напряжения, приводящие к изнашиванию рабочих поверхностей. Основными видами отказов являются износы канавок 57%, поломки и выпадение колец 23%, а также выгорание днища поршня 15%. Отказы по другим причинам более редки.
5. Проведён анализ методов устранения неисправностей.
6. Анализ методов устранения неисправностей показал, что существует много способов восстановления изношенных поверхностей самым распространенным способом, на судоремонтных предприятиях, является наплавка изношенных поверхностей различными способами. Определены недостатки существующих методов показывающие, что при любом виде сварки и наплавки существуют дефекты сварных швов, приводящие к увеличению износа восстановленных поверхностей.
7. Разработана технология восстановления работоспособности ГП.
8. В связи с тем, что износ кепов и канавок ГП является самой распространённой причиной отказов ГП, разработан перспективный способ повышения надёжности их работы методом накатки и раскатки горячим пластическим деформированием наплавленного слоя.
9. Определен экономический эффект от восстановления изношенной ГП, который составил 34,085 тыс. руб. на каждую восстановленную ГП.
10. Разработан ряд мероприятий по обеспечению безопасности при выполнении работ по восстановлению ГП.
11. При организации участка разработано предотвращение загрязнения воздушной среды при вентиляции рабочего помещения по наплавке головки поршня.