Дипломный проект №24 | ЭСЭУ | Тема: «Износы и дефекты клапанов среднеоборотных двигателей»

WEARS AND DEFECTS OF MEDIUM SPEED DIESEL ENGINE PARTS. MEASURES FOR INCREASING THE RELIABILITY OF THESE PARTS

Instructor: V.D. Tkachuk.
It contains: pages 113, pictures 27, tables5, sources17.

In this Diploma Paper the problem of the Medium Speed Diesel Engine parts wear and defects has been investigated. The 7L23/30 diesel-generator, made by « HYUNDAI- MAN B&W » company, has been chosen for this research. This is a vertical, four-stroke cycle, single action, trunk-piston diesel engine, equipped by turbocharging system and air cooler. Rated power output is 909 kW and speed is 720 rpm.
The basic problem under consideration in this diploma project is the analysis of reasons of the valve control mechanism wear and in particular the wear and defects of inlet and exhaust valves.

1. Введение………………………………………………………………………7
2. Краткое описание дизеля HYUNDAI-MAN B&W 7L23/3……………...…8
3. Расчёт судового дизеля 7L23/30…………………………………………..20
3.1 Анализ рабочего цикла дизеля7L23/30………………………………...20
3.2 Расчёт тепловой напряжённости цилиндра……………………….......28
4. Техническое обслуживание дизелей – повышение эффективности
их эксплуатации и предотвращение отказов…………………………………32
4.1 Системы технического обслуживания ………………….……………..32
4.2 Основы диагностирования технического состояния…………………38
5. Анализ работы и дефекты впускных и выпускных клапанов СОД……..41
5.1 Общее назначение и конструкцияклапанов и их элементов
применяемых в СОД………………………………………………………...41
5.2 Анализ повреждений…………………………………………...………..47
5.3 Основные признаки состояния, определяющие
необходимость и возможность восстановления…………………………...52
5.4 Влияние содержание ванадия и натрия в топливе
на ресурс выпускных клапанов……………………………………………..54
5.5 Меры и рекомендации для увеличения ресурса
впускных и выпускных клапанов…………………………………………..57
6. Восстановление изношенных деталей судовых дизелей…………..…....59

6.1 Некоторые методики и результаты научных исследований
Фирмы Diesel Marine International (DMI) ……………………………….........59
7. Технология восстановления деталей
на фирме (DMI)………………………………………………………………....73
7.1 Приемка и контроль технического состояния деталей………….......73
7.2 Составные поршни среднеоборотных дизелей………………………..74
7.3 Крышки цилиндров ………………………………………….…………76
7.4 Цилиндровые втулки ………………………...………………………....82
7.5 Выпускные клапана ………………………………………....................83
8. Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения технологии плазменного напыления клапанов двигателя 7L23/30…………………...…..93
9. Загрязнение воздушной среды вследствие работы
дизеля, метод снижения данных воздействий……………..…………………98
10. Обязанности экипажа по борьбе за живучесть судна …………….…...103
11. Заключение………………………………………………………………..110
12. Список использованных источников ……………………………...........112

Восстановление изношенных деталей с целью их повторного использования в качестве запасных частей судовых технических средств является одним из основных путей совершенствования технической эксплуатации Флота на базе общегосударственной стратегии ускоренного внедрения малоотходных и ресурсосберегающих технологий. Проблема обеспечения судовых механизмов восстановленными запасными частями должна решаться на строго научной основе. Целенаправленное научно обоснованное решение этой проблемы позволит поднять показатели надежности и эффективности эксплуатации судовых машин и механизмов за счет замены их деталей на более долговечные, упорядочения и снижения расхода запасных частей, экономии материальных, трудовых и денежных ресурсов в cфepe ремонтного производства и технического обслуживания флота.
В последнее время ведущее место в мире по восстановлению изношенных деталей судовых дизелей и организации обеспечения судовладельцев восстановленными запасными частями заняла международная компания Diesel MarineInternational (DMI) Ltd. с главными управлением в г. НортШилдс (Великобритания). Анализ и обобщение опыта работы Фирмы DMI и ее Филиалов в развитых капиталистических странах являются актуальными. Настоящая статья подготовлена в основном по материалам фирмы DMI содержит некоторые результаты собственных исследований авторов и рекомендации по совершенствованию системы восстановления изношенных деталей судов отечественного флота.

Проведенный анализ зарубежного опыта восстановления изношенных деталей судовых дизелей указывает на возрастающую актуальность этой проблемы во многих странах, эксплуатирующих флот, а также на высокий уровень практической реализации в развитых странах идеи многократного восстановления и использования восстановленных деталей на судах. Дальнейшее целенаправленное динамичное развитие за рубежом научно-исследовательских работ, организационных и технологических разработок направлено на повышение надежности и эффективности эксплуатации судовых технических средств.
Восстановление изношенных деталей рассматривается как новый вид производства, обеспечивающий получение необходимой продукции - запасных частей повышенного качества при пониженных затратах. Главной задачей и концепцией этого вида производства является наиболее полное удовлетворение растущих потребностей судовладельцев в запасных частях и предоставлении услуг, связанных с их эффективным использованием, обменом, доставкой, складированием, хранением и т. д. Восстановление изношенных деталей как новый вид производства запасных частей базируется на трех главных составных частях, обеспечивающих его прогрессивное развитие на уровне дизелестроительных предприятий, или даже опережая его: ускоренное внедрение новых технологических процессов и оборудования для обработки деталей; интенсивное использование новейших методов и средств контроля технического состояния деталей, качества выполнения технологических процессов изготовления и восстановления, испытаний изношенных деталей и конечной продукции; широкое применение
и развитие новых форм маркетинга, как оптимальной системы управления производством и сбытом готовой продукции,направленной на удовлетворение запросов потребителей.
Успех производства по восстановлению изношенных деталей поддерживается научно-исследовательскими лабораториями, работающими в областях базовых дисциплин: металлургии, трибологии, технологии поверхностного упрочнения металлов, технической диагностики, надежности и эксплуатации технических систем. Тесный контакт с ведущими дизелестроительными фирмами, с одной стороны, и судоходными компаниями с другой, обеспечивает безошибочную реакцию и успех производства в условиях постоянно меняющейся коньюктуры мирового рынка запасных частей дизелей, изменения характеристик их эксплуатации и постройки. Освобождая дизелестроителей от необходимости изготовления запасных частей широкой номенклатуры, что часто является для них невыгодным предприятиям, а судовладельцев от «забот» по обеспечению запчастями своих судов (необходимая деталь может быть срочно доставлена на любое судно в любом порту мира в обмен на изношенную без дополнительной платы).

Товарищ председатель государственной аттестационной комиссии, курсант Пупкин на защиту дипломного проекта прибыл.
Уважаемые председатель и члены государственной аттестационной комиссии, вашему вниманию представлен Дипломный проект на тему: «Износы и дефекты деталей СОД. Мероприятия по повышению их надежности».
В дипломном проекте представлен анализ конструкции деталей СОД, а так же рассмотрены дефекты этих деталей и методы их восстановления. В качестве прототипа был выбран семи цилиндровый дизель HYUNDAI - MAN B&W 7L23/30 вертикальный, четырехтактный, простого действия, тронковый с газотурбонагнетателем и воздухоохладителем. Поперечный разрез которого представлен на ПЕРВОМ ЧЕРТЕЖЕ со следующими ТТХ:
- диаметр цилиндра 225 мм
- ход поршня 300 мм
- частота оборотов 720 об\мин
- номинальная(эффективная) мощность 909 кВт
Анализ дефектов я проводил на примере деталей механизма газораспределения, а конкретно впускных и выпускных клапанов. Крышка цилиндра в сборе с клапаном представлена на ЧЕРТЕЖЕ 2.
В СОД уплотнительной поверхности клапанной тарелки приходится входить в соприкосновение с клапанным седлом до 70 раз в секунду. Возникающие при этом динамические усилия, а также силы клапанных пружин и давление воспламенения представляют собой весьма серьезное испытание для этих деталей. Температура выпускных клапанов достигает 600 °С. Именно по этим причинам клапана является одним из наиболее нагруженных и наименее надежных узлов современных дизелей. На ЧЕРТЕЖЕ 3 вы видите шпиндель выпускного клапана.
К основным дефектам данных элементов относятся:
• Потеря прочностных свойств клапана (при превышении температур сверх 650 °С)
• Образование термоусталостных трещин
• Деформация тарелки
• Поломки тарелок
• Образование низкотемпературной коррозии(в основном подвергаются впус¬кные клапаны, имеющие более низкую температуру и поэтому на них, особенно в зоне штоков, конденсируют¬ся пары воды и серной кислоты, образующейся при сгорании сернисто¬го топлива)
Одной из немаловажных проблем, рассмотренных мной в ДП, является образование высокотемпературной коррозии и влияние содержание ванадия и натрия в топливе на ресурс выпускных клапанов. Особую остроту эта проблема приобрела в последние годы в связи с дальнейшей форсировкой рабочего процесса, сопровож¬даемой ростом температур цикла. Известную роль здесь играет ухудшение качества морских топлив. В них, особенно в тяжелых остаточных топливах, содержание ванадия, представляющего вместе с натрием наибольшую угрозу для клапанов, может достигать 300 — 350 ррm (час¬тей на миллион).
Уместно отметить, что возникающие при сгорании тяжелых топлив окислы ванадия, натрия и серы, будучи чрезвычайно агрессивными, вызывают высокотемпературную межкристаллитную коррозию металла тарелок выпускных клапанов. На ПЛАКАТЕ 1 вы видите зависимость смеси V и Na в топливе от температуры плавления их соединений. В смеси с сульфатом Na они образуют ванадаты и их температуры плавления 530—670° С, при этом наинизшего критического значения (530°) температура плавления достигает когда Na и V находятся в топливе в пропорции — 65% Na2SO4 и 35% V205. Значит при температуре клапана ниже 530С окислы находятся в твердом состоянии и значительная их часть будет улетать вместе с выхлопными газами, не принося вреда клапану. Когда же температура клапана начинает превышать температуру плавления окислов (поднима¬ется выше 530° С) то, оказываясь вблизи клапана, они начинают буквально прилипать к нему. Стекая на рабочую фаску, окислы вызывают ее интенсив¬ную коррозию и последующее прогорание.
В разделе судоремонта были рассмотрены методы восстановления работоспособного состояния компанией Diesel Marine International. НА ПЛАКАТЕ 2 вы видите таблицу с результатами серийных испытаний основных методов восстановления клапанов и преимущества метода плазменной наплавки как наиболее эффективного. На ПЛАКАТЕ 3 изображен непосредственно процесс плазменной наплавки.
В последнее время внедряется новый способ DURA-шпиндель. Полностью роботизированный процесс. Принцип в нанесении инконеля т дальнейшей прокатки валиком до 10 тонн. Такие клапана имеют ресурс 32тыс часов. Но к сожалению пока испробован на МОД серии МСС.
В разделе охраны окружающей среды представлены методы снижения загрязнения воздушной среды вследствие неполного сгорания топлива.
По экономической части расчеты, выполненные с учетом принятых допущений позволяют сделать вывод, что затраты на восстановление выбранным методом составляют 46 % от стоимости нового клапана, следовательно предложенный метод позволяют экономить до 4 тысяч рублей с каждой детали. И если учесть что в СОД на выпускные клапаны приходится до 12% общего числа отказов по двигателю, то применение предложенного метода выгодно для судоходной компании.
Доклад окончен спасибо за внимание.