Tài liệu CHƯƠNG 5 - KHUYẾT TẬT CỦA HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY. NGUYÊN NHÂN VÀ PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM doc

Dể bảo vệ ăn mòn điện hóa, trên thân tàu, chân vịt, người ta thường gắn Zn bảo vệ chống ăn mòn • Ăn mòn hóa học là tạo gỉ sắt, tạo bọt, tạo xốp tơi kim loại, tạo lớp, làm gãy đứt khi ma

CHƯƠNG 5

KHUYẾT TẬT CỦA HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY NGUYÊN NHÂN VÀ

PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM

BÀI 5.1 PHÂN LOẠI VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY KHUYẾT TẬT CỦA HỆ

ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

5.1 PHÂN LOẠI VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY KHUYẾT TẬT

CỦA HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

Các dạng hư hỏng

• Hư hỏng trong vật liệu và chi tiết máy có thể xuất hiện khi chế tạo cũng như trong quá trình khai thác

• Khi nấu chảy kim loại cũng như khi đúc sẽ tạo ra các khuyết tật như tạo ô xít, tạp chất xỉ, rỗ co ngót, rỗ, bọt, tro xốp và các vết nứt Trong quá trình gia công có thể xuất hiện các vết nứt, rạn, phân lớp, vết gấp, tạo ba via, điểm trắng,

• Khi chế tạo thường kèm theo việc gia công nhiệt

có thể xảy ra việc khử các bon trên bề mặt kim loại sẽ làm giảm độ cứng, sự quá nhiệt, sự quá nung, giòn, làm thay đổi kết cấu kim loại, tạo vết nứt khi tôi.

sự hỏng hóc của nó Sau đây là phân loại các dạng khuyết tật và nguyên nhân gây khuyết tật

ở chi tiết máy

• Kết quả

- Kết quả sau một thời gian hoạt động kích thước của chi tiết

sẽ thay đổi tăng khe hở lắp ghép

- Mài mòn làm giảm tính bền, thay đổi hình dạng (tạo elip, côn, hình tang trống, làm tăng khe hở dầu, tạo vết lỗ rỗ trên

bề mặt ma sát do kết quả của ma sát, Hư hỏng bề mặt ma sát (tạo vết xước,vết lõm…)

1- Hư hỏng do mài mòn

• Cách khắc phục

Để nâng cao tính chống mài mòn của chi tiết máy người ta đã tạo ra các điều kiện sau:

– Lựa chọn độ nhám và độ chính xác gia công bề mặt tiếp xúc của bộ đôi ma sát ở đây cần phải tính đến tính kinh tế khi nâng cao độ chính xác và độ nhẵn gia công Như vậy ở đây trong một vài trường hợp sẽ làm tăng giá thành của chi tiết.

– Các chi tiết của bộ đôi ma sát cần phải có độ cứng cao, một trong 2 chi tiết cần phải có độ cứng lớp bề mặt cao hơn Thực tế cho thấy rằng khi tăng độ cứng của một trong các chi tiết sẽ làm giảm độ mài mòn của chúng.

– Dầu bôi trơn cần phải đảm bảo tính chất bôi trơn tốt cho các cơ cấu.ở những cơ cấu chịu tải nặng phải sử dụng dầu bôi trơn

2- Ăn mòn

• Ăn mòn điện hóa bao gồm ăn mòn liên tục (ăn mòn đều,

ăn mòn không đều) ăn mòn cục bộ (vết đốm, rỗ, ) trong môi trường dung dịch điện ly Dể bảo vệ ăn mòn điện hóa, trên thân tàu, chân vịt, người ta thường gắn

Zn bảo vệ chống ăn mòn

• Ăn mòn hóa học là tạo gỉ sắt, tạo bọt, tạo xốp (tơi) kim loại, tạo lớp, làm gãy đứt khi ma sát, các vết nứt theo góc lượn hoặc mép biên, khử các bon (khuyếch tán các nguyên tử các bon chảy với tốc độ lớn hơn so với sự ô

xi hóa bề mặt), tính giòn hydrô hóa sẽ tạo các vết nứt và thay đổi cấu trúc kim loại Ăn mòn bề mặt dưới tác dụng của môi trường có mặt của độ ẩm, các chất gây ăn mòn như lưu huỳnh, axit Ống xả thường bị ăn mòn lưu huỳnh, axit

3- Xâm thực, Sói mòn

• Định nghĩa

Hiện tượng xâm thực là hiện tượng bắn phá chi tiết máy, gây rối loạn dòng chảy trong máy thủy lực đối với bất ký loại dòng chảy nào Hiện tượng này dựa trên nguyên lý bay hơi của chất lỏng trong điều kiện nhất định.

• Bản chất

- Cụ thể là khi ở điều kiện nhiệt độ công tác nào đó, trong dòng chảy và ở tại vị trí mà áp suất cục bộ giảm thấp hơn giá trị áp suất hơi bão hòa (ứng với chất lỏng đó) thì bản thân chất lỏng tại vùng đó bay hơi, tạo thành các bọt khí

- Các bọt khí này có thể tích đáng kể và chuyển động cùng dòng chảy Khi chúng chuyển động sang tới vùng khác, nếu áp suất cục bộ lại cao hơn áp suất hơi bão hòa thì buộc chúng phải ngưng về thể lỏng thành các giọt có thể tích nhỏ hơn nhiều so với các bọt khí ban đầu

3- Xâm thực, Sói mòn

• Hư hỏng do xâm thực gây ra

- Kết qua ̉của hiện tượng xâm thực là chúng có sức phá rất lớn đối với các chi tiết của máy thủy lực Đồng thời còn gây rối loạn dòng chảy, làm giảm hiệu suất máy thủy lực Mặt khác gây tiếng ồn lớn, hệ thống máy móc làm việc rung nhiều, thậm chí có trường hợp một số chi tiết của máy thủy lực bị rỗ mòn, bị phá hủy…

- Chúng ta thường gặp ở cánh bơm ly tâm, một số vị trí trên cánh chân vịt tàu, một số vị trí đặc biệt trong đường ống dẫn

3- Xâm thực, Sói mòn

• Cách khắc phục

Để hạn chế cho máy thủy lực ít bị ảnh hưởng bởi xâm thực, cần chú ý các điều kiện sau:

– Chọn chất lỏng có tính bay hơi kém

– Duy trì áp suất công tác càng cao càng tốt

– Tránh khai thác máy thủy lực ở nhiệt độ cao

– Hạn chế tốc độ dòng chảy xuống mức thấp

– Tránh thay đổi đường dòng đột ngột gây các điểm sụt áp cục bộ

– Làm trơn nhẵn các bề mặt chi tiết máy tiếp xúc dòng chảy

– Tránh xâm nhập của không khí

4- Biến dạng dư của các chi tiết và kết cấu

• Hiện tượng tạo gợn sóng, vết lõm (biến dạng tôn vỏ của thân tàu) la do ứng suất cơ và ứng suất nhiệt

• Hiện tượng ép lún, võng, lồi của các phần tử kết cấu khi làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao (buồng đốt nồi hơi, tua bin ) do các tồn tại trong khai thác, dẫn nhiệt kém, tác dụng nhiệt, ứng suất cơ và ứng suất nhiệt

• Sự cong vênh các chi tiết dạng trục (trục chân vịt, trục khuỷu, trục rô to tua bin, ) là do ứng suất cơ, ứng suất nhiệt, sự lắp ghép không đúng, tác dụng nhiệt

• Sự uốn xoắn các chi tiết dạng trục do ứng suất cơ, điều kiện khai thác nặng nề

5- Khuyết tật hàn

• Khuyết tật xảy ra do quá trình chuẩn bị và lắp ghép các chi tiết hàn:

– Chọn góc nghiêng khi tạo rãnh V, X không đúng,

– Góc nghiêng ở các mối nối không đúng hoặc

– Không cố định theo đường tuyến

• Điều này làm cho mối hàn bị sai lệch về hình dạng, kích thước, tạo khuyết tật bên trong mối hàn, làm thay đổi thành phần, cấu trúc của mối hàn Các khuyết tật này thường xảy ra do những thiếu sót khi chế tạo và sửa chữa

6- Khuyết tật do gia công nhiệt và nhiệt hóa học

• Quá nhiệt: không tuân thủ chế độ gia công nhiệt Chi tiết bị quá nhiệt có độ cứng cao, giòn, dễ vỡ khi gặp tải trọng va đập lờn

• Thay đổi tính chất cơ học (làm thay đổi độ cứng, làm giảm độ va đập, ) khi tăng hoặc giảm tốc độ làm mát, giảm nhiệt độ nung nóng, thời gian duy trì nhiệt không đúng, mất lớp các bon bề mặt

• Tróc lớp tôi: Sử dụng chất thấm các bon tác dụng mạnh,

và nhiệt độ nung nóng tăng cao

• Giòn ram (giảm độ dai va đập) do tốc độ làm mát không cao khi ram

7- Phá hủy mối liên kết do tác dụng nhiệt khi khai thác

• Quá nhiệt: do đốt nóng lâu ở nhiệt độ cao (thép 1000 ÷ 13000C) các hạt kim loại nở ra mạnh làm giảm tính chất cơ học.

• Cháy: do tác dụng nhiệt trong quá trình khai thác

• Thay đổi cấu trúc tính chất cơ học kim loại: Do tác dụng nhiệt khi khai thác

8- Hư hỏng các lớp chống mài mòn

• Rạn nứt và tróc lớp chống ma sát (chịu mài mòn) do sự bám dính của ba bít với ổ đỡ kém, độ cứng của ổ đỡ không đảm bảo, sự tiếp xúc không hoàn toàn của ổ đỡ với bệ đỡ, tác động va đập của tải khi khe hở dầu tăng, chủng loại của ba bít không phù hợp với điều kiện làm việc.

• Vết xước, xây xát trên lớp chống ma sát do có các tạp chất rắn lẫn trong dầu đưa vào bề mặt ma sát

9- Phá hủy các chi tiết và các thiết bị

• Sứt mẻ chi tiết, gãy nứt tôn vỏ, tạo lỗ thủng

– Do kết cấu, chế tạo và sửa chữa có những thiếu sót,

– Không tuân thủ qui tắc khai thác kỹ thuật,

– Hiện tượng mỏi kim loại, ăn mòn, tác dụng nhiệt điều kiện khai thác nặng nề

– Do va đập trong quá trình vận hành, khai thác

10-Khuyết tật có liên quan tới việc bảo quản và vận chuyển

- Ăn mòn, han rỉ: do tác dụng của môi trường ăn mòn, các lớp bảo vệ không đảm bảo chống ăn mòn.

- Hư hỏng bề mặt (lõm, xây xát, vết xước, hư hỏng lớp phủ bảo vệ, dập mép, )

- Nứt: do ứng suất dư (nhiệt và cơ).

5.2 ĐỒ THỊ MÀI MÒN

Ma sát

• Người ta phân ma sát thành 3 dạng: Ma sát trượt, ma sát lăn và ma sát lăn

có sự trượt.

– 1- Ma sát trượt: Phát sinh trong các kiểu khớp động, bản lề như trục - ổ

đỡ, xéc măng - sơ mi xilanh, Véc tơ tốc độ của ma sát trượt theo thời gian liên tục là không thay đổi và gọi là ma sát trượt không thuận nghịch (không đảo chiều).

– 2- Ma sát lăn: Ví dụ: Đặc trưng nhất của ma sát lăn là ma sát trong ổ bi, con lăn và trong ổ đỡ.

– 3- Ma sát lăn có trượt: Được thể hiện trong ăn khớp bánh răng.

• Ngoài ra người ta còn phân chia ma sát thành ma sát ướt và ma sát khô.

– Ma sát ướt: là khi bề mặt làm việc được phân chia bởi 1 lớp dầu khoáng lỏng, dầu bôi trơn, nước, glixerin C3H5 (OH)3 hoặc các chất khác.

– Ma sát khô: Bề mặt ma sát không được phân chia bởi lớp bôi trơn.

Đồ thị mài mòn

• Mài mòn phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu, chất lượng bề mặt ma sát, độ lớn của khe hở cũng như các yếu tố của chế độ công tác: nhiệt độ, tốc độ và áp suất

• Khi nghiên cứu sự làm việc của các cặp ma sát khác nhau, đã cho phép xác lập đặc tính mài mòn của chi tiết theo thời gian Người ta đã phân đặc tính thành 3 giai đoạn (hình 1-25)

• Đồ thị mài mòn của chi tiết theo thời gian

• Trên đồ thị giai đoạn thứ nhất (I, đoạn AB, thời gian ) được đặc trưng bởi tốc độ mài mòn nhanh Thời gian xuất hiện mài mòn của chi tiết trong giai đoạn này gọi là giai đoạn chạy rà

• Chúng ta hiểu rằng đặc điểm trên các bề mặt ma sát của các vật liệu khi gia công sẽ không được hoàn chỉnh, hoặc xuất hiện biến dạng là những tác dụng phụ tăng cường sự mài mòn Do vậy khi chạy rà với mục đích tăng bề mặt tiếp xúc thực tế của chi tiết phải giảm áp suất, nhiệt độ, tạo điều kiện bôi trơn tốt

• Độ mài mòn chi tiết tăng lên trong giai đoạn chạy rà là

do lực ép của các lớp bề mặt khi gia công thô

• Tiếp theo của đồ thị độ mài mòn được giảm, được thể hiện ở giai đoạn thứ hai (II) làm việc của bộ đôi ma sát

là giai đoạn mài mòn bình thường (đoạn BC thời gian

τmax-).Sự tăng mài mòn bề mặt của các chi tiết lắp ghép làm tăng khe hở giữa chúng

• Khi độ mài mòn tăng, khe hở giữa các chi tiết lắp ghép lớn, điều kiện bôi trơn kém cộng với sự tác dụng của tải động lực học sẽ đưa tới giai đoạn thứ ba (III) làm việc của bộ đôi ma sát gọi là giai đoạn mài mòn tăng tốc (đoạn CĐ) ở giai đoạn này cần thiết phải tiến hành sửa chữa bộ đôi ma sát và các cơ cấu

• Giai đoạn mài mòn bình thường được tạo ra giữa 2 lần sửa chữa các chi tiết lắp ghép Do vậy chu kỳ sửa chữa cần phải có kế hoạch làm việc cụ thể

• Trên đồ thị trục tung biểu thị độ mài mòn, giá trị thời gian τ max có thể xác định như sau:

• Độ mài mòn giới hạn cho phép cho ở trong lý lịch phụ thuộc vào kích thước, số vòng quay của từng loại cơ cấu, máy móc khác nhau.

Đồ thị mài mòn

• Giá trị tgα có thể xác định bằng thực nghiệm Ví dụ ở nhà máy động cơ được thử 500 giờ Nếu τ0 là số giờ hoạt động sau khi chạy rà và S0 là độ mòn tương ứng trong thời gian đó, thì độ mài mòn trong thời gian τ0 được đặc trưng bằng độ tăng khe hở

• Thay thế tgα vào biều thức (1) ta xác định được τmax là

CÁC PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM KHUYẾT TẬT

TRONG SỬA CHỮA TÀU THủY

• Quá trình dò tìm khuyết tật là tập hợp các phương pháp kiểm tra trạng thái vật liệu hoặc chi tiết Mục đích dò tìm khuyết tật để giải quyết các vấn đề sau:

• Phát hiện nghiên cứu quá trình phá hoại bề mặt chi tiết

do ma sát, ăn mòn, rỉ, Để phát hiện các khuyết tật trên người ta thường dùng phương pháp quan sát, quá trình mài mòn do ma sát được xác định bằng phương pháp nhân tạo hoặc phương pháp đồng vị phóng xạ

• Phát hiện các sai lệch về kích thước và hình dáng các chi tiết so với bản vẽ, lý lịch của chi tiết được xác định bằng phương pháp đo lường kỹ thuật

CÁC PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM KHUYẾT TẬT TRONG SỬA CHỮA TÀU THủY

• Phát hiện sự phá hủy, tính chất liên tục của vật liệu các chi tiết (rạn nứt, hàn không thấu, rỗ, xốp), các tạp chất lẫn trong kim loại chi tiết và sự phá hủy kết cấu kim loại

Để phát hiện các khuyết tật trên người ta sử dụng phương pháp từ tính, siêu âm, thẩm thấu, cũng như phương pháp ánh sáng Để nghiên cứu kết cấu của kim loại người ta sử dụng phương pháp phân tích vi kết cấu

và một loạt phương pháp thí nghiệm đặc biệt khác

• Để kiểm tra độ kín khít của các mối liên kết người ta tiến hành thử khí hoặc thử thủy lực

• Quá trình dò tìm khuyết tật nhằm đánh giá chi tiết còn được sử dụng tiếp, hay cần phải sửa chữa, xác định phương pháp sửa chữa, dụng cụ cần thiết cho sửa chữa,

CÁC PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM KHUYẾT TẬT TRONG SỬA CHỮA TÀU THủY

1 Phương pháp quan sát, đo đạc

• Việc dò tìm khuyết tật được thực hiện bằng mắt thường, kính phóng đại 6 ÷10 lần, thước đo prophin (do biên dạng), máy đo biên dạng, các dụng cụ kiểm tra các bề mặt của các lỗ sâu,

• Kiểm tra bằng mắt thường là phương pháp đơn giản nhất, nhưng kết quả của nó là chủ quan, phụ thuộc vào tính chất bề mặt được đo, độ chiếu sáng, phương pháp soi sáng chi tiết, người đo

• Các bề mặt phía trong của đường ống, các lỗ sâu và của các chi tiết tương ứng được xem xét bằng các dụng

cụ có độ chiếu sáng tốt và phải xác định được toạ độ các khuyết tật

CÁC PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM KHUYẾT TẬT TRONG SỬA CHỮA TÀU THủY

2 Phương pháp nhân tạo:

• Phương pháp này thường được sử dụng để nghiên cứu độ mòn chi tiết của nhà máy chế tạo

• Bản chất của phương pháp này là: trên bề mặt của chi tiết được khắc vết có dạng hình học nhất định, thì sau một thời gian làm việc xác định của chi tiết, theo sự biến đổi các kích thước của vết khắc, người ta có thể tính toán được đại lượng mòn của chi tiết tại điểm này.

• Các kích thước vết khắc cần phải nhỏ để không ảnh hưởng đến sự làm việc của bề mặt chi tiết.

CÁC PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM KHUYẾT TẬT TRONG SỬA CHỮA TÀU THủY

3 Đo độ mòn nhờ chất đồng vị phóng xạ

• Khi sử dụng chất đồng vị phóng xạ có thể nghiên cứu độ mòn của các cơ cấu đang hoạt động và tốc độ mòn của chúng, thu nhận được các số liệu về tính chất chạy rà và số lượng kim loại do dầu nhờn mang ra từ các bề mặt ma sát.

• Bản chất của phương pháp này là đưa vào vật liệu hoặc chi tiết chất phóng xạ bằng cách bức xạ toàn bộ chi tiết, tạo lớp vật liệu phóng xạ bằng cách kết tủa dòng điện hoặc đưa chất đồng vị phóng

xạ lên chi tiết ở dạng chi tiết ghép thêm, gọi là "chi tiết xác nhận“

• Trên hình 1-27 trình bày các dạng đưa chất phóng xạ 2 vào chi tiết

1, chất phóng xạ được phủ lớp vật liệu không hoạt tính 3 Chiều dày lớp 3 bằng đại lượng mòn giới hạn cho phép.

3 Đo độ mòn nhờ chất đồng vị phóng xạ

• Sau khi lớp 3 bị mòn, trong hệ thống dầu nhờn của cơ cấu bắt đầu

có các sản phẩm mòn của lớp 2, các sản phẩm này chính là tín hiệu về độ mòn giới hạn cho phép, tín hiệu này do bộ đếm và xác định trong một đơn vị thời gian.