УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КАВИТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ
Аннотация
Статья посвящена описанию конструкции экспериментальной установки, обеспечивающей получение новых данных о кавитационно-эрозионных разрушениях в высокотемпературных системах охлаждения. На основании анализа отечественных и зарубежных источников научно-технической информации касающихся исследований кавитационных процессов установлены технические объекты, в которых имеют место кавитационные процессы, факторы, влияющие на интенсивность кавитационно-коррозионных разрушений, определены методы, которые используются для исследования кавитации. Предложена модернизированная конструкция лабораторной установки, основным элементом которой является высокочастотный магнитострикционный вибратор. Благодаря герметичной экспериментальной полости установка позволяет определять интенсивность кавитационно-эрозионных разрушений при высоких температурах жидкости и давлениях выше атмосферного, характерных для высокотемпературного охлаждения судовых дизелей. Использование установки позволит получить корректные сведения о ресурсе элементов систем высокотемпературного охлаждения судовых дизелей.
Литература
Рождественский В.В. Кавитация / В.В. Рождественский. – Л.: Судостроение, 1977. – 247 с.
Готман А.Ш. К 200-летию со дня рождения Вильяма Фруда // Фундаментальная и прикладная гидрофизика . – 2011.– Т. 4, № 1. – С. 88-96.
https://doi.org/10.7868/s2073667319020138
Knapp R.T. Recent investigations of the mechanics of cavitation and cavitation damage // IEEE ASME, 75 (8) (1955), pp. 1045-1054.
Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир. – 1974 .– 687 с.
Hammitt F.G. Observations on cavitation damage in a flowing system // Trans. ASME J. Basic Eng., 85 (1963), pp. 347-356
https://doi.org/10.1115/1.3656602
K. Endo, T. Okada, Y. Baba. Fundamental studies on cavitation erosion // Bull. JSME, 12 (52) (1969), pp. 729-737
https://doi.org/10.1299/jsme1958.12.729
Левковский Ю.Л. Структура кавитационных течений. Л.: Судостроение, 1978. –224 с.
Иванов А.Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений / А.Н. Иванов. – Л. : Судостроение, 1980. – 237 с.
Запорожец Е.П. Гидромеханическая кавитация / Е.П. Запорожец, Г.П. Зиберт, Е.Е. Запорожец. – М.: ИРЦ Газпром.– 2003. – 129 с.
Kato H. A consideration on scaling laws of cavitation erosion // Int. Shipbuild. Prog., 22 (253) (1975), pp. 305–327
Георгиевская Е.П. Кавитационная эрозия гребных винтов и методы борьбы с ней / Е.П. Георгиевская. –Л.: Судостроение, 1978. –206 с.
Погодаев Л.И. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования / Л. И. Погодаев, П.А. Шевченко. – Л.: Судостроение, 1984. –264 с
Иванченко Н.Н. Кавитационные разрушения в дизелях / Н. Н Иванченко, А.А. Скуридин, М.Д. Никитин; ред. Н.Н. Иванченко. – Л.: Машиностроение, 1970. –152 с.
Горбаченко Е.О. Прогнозирование инкубационного периода кавитационного изнашивания лопастей гребных винтов с использованием метода измерения профиля поверхности / Е.О. Горбаченко, Ю.Н. Цветков / Вестник волжской государственной академии водного транспорта. – 2017. – №52. – С. 87–95.
Pereira F., Salvatore F., Felice F. Measurement and modelling of propeller cavitation in uniform inflow // J. Fluids Eng., 126 (2004), pp. 671-679.
https://doi.org/10.1115/1.1778716
Яковлев А.Ю., Коваль А.А. Новые исследования кавитации гребных винтов. // Судостроение. 2010. – № 2 (789). – С. 12–14.
Onur Usta, Emin Korkut. Prediction of cavitation development and cavitation erosion on hydrofoils and propellers by Detached Eddy Simulation // Ocean Engineering. – Volume 1911 November 2019.– Article 106512
https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2019.106512
Feng Cheng, Weixi Ji, Chenhao Qian, Xu. Jie. Cavitation bubbles dynamics and cavitation erosion in water jet // Results Phys, 9 (2018). – pp. 1585–1593
https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.05.002
Batuhan Aktas, Onur Usta, Mehmet Atlar. Systematic investigation of coating application methods and soft paint types to detect cavitation erosion on marine propellers // Applied Ocean Research Volume 94 January 2020 Article 101868
https://doi.org/10.1016/j.apor.2019.101868
Маслов Н.А. Анализ неисправностей пластинчатых гидромашин путевой техники, вызванных чрезмерным давлением, аэрацией гидравлического масла и кавитацией. // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2016. – № 1 (36). – С. 5–15.
Степанов А.М. Щелевая кавитация в судовых осевых насосах / А.М. Степанов, А.Л. Федоров // Судостроение. – 2001. – № 3 (736). – С. 27–29.
Минеев А.В. Некоторые вопросы влияния кавитации при работе гидроприводов машиностроительной техники различного направления, изготовления и способов эксплуатации / А.В. Минеев, А.С. Каверзина, А.А. Тимко. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2015. – № 10. – С. 36–37.
Каверзина А.С. Проблемы кавитации в гидроприводе самоходных машин и способы ее снижения / А.С. Каверзина, А.В. Минеев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. – № 6. – С. 171–176.
Погодаев Л.И. Расчет долговечности цилиндровых втулок дизельных двигателей при вибрационной кавитации / Л.И. Погодаев, А.А. Кузьмин, Ю.К. Лопарев // В книге: Надежность судового оборудования. СПб., – 2015. – С. 44–56.
Валишин А.Г. Оценка ресурса цилиндровых втулок ДВС при вибрационной кавитации. // Двигателестроение. 2008. – № 1 (235). – С. 20–23.
Булдаков А.Г. Кавитация в насосах жидкостных ракетных двигателей / А.Г. Булдаков, Е.М. Краева // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2012. – Т. 1. № 8. – С. 47.
Maxwell Brunhart, Celia Soteriou, Christian Daveau, Manolis Gavaises, Mark Winterbourn. Cavitation erosion risk indicators for a thin gap within a diesel fuel pump // Wear. – Volumes 442–443, 15 February 2020. – Article 203024.
https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203024
Marco Cristofaro, Wilfried Edelbauer, Phoevos Koukouvinis, Manolis Gavaises. A numerical study on the effect of cavitation erosion in a diesel injector // Applied Mathematical Modelling. – Volume 78, February 2020.– Pages 200–216.
https://doi.org/10.1016/j.apm.2019.09.002
Абачараев И.М. Аналитический подход к расчету эксплуатационной стойкости материалов в условиях воздействия кавитации // В сб.: Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах. Сб. тр. международной конференции. Российская академия наук Дагестанский научный центр Институт физики; Дагестанский гос. ун-т. – 2005. – С. 208–211.
https://doi.org/10.22394/2079-1690-2019-1-2-247-254
Кукинова Г.В. Оценка интенсивности общего и местного гидроабразивного изнашивания с учетом кавитации // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. – 2007. – № 4-1 (52). – С. 164–167.
Тузов Л.В. Вибрация судовых ДВС / Л.В. Тузов, О.К. Безюков, О.В. Афанасьева. – СПБ.: Изд-во политехн. ун-та.– 2012.– 348 с.
Аюгин П.Н. Кавитация и ее влияние на эффективность работы системы охлаждения / П.Н. Аюгин, Н.П. Аюгин // В сб. Актуальные проблемы инженерно-технического обеспечения АПК. Материалы Международной научно-практической конференции. Курск: Изд-во Курской гос. сельскохоз. акад. им. проф. И.И. Иванова. – 2013. – С. 77–82.
W.H. Xian, D.G. Li, D.R. Chen. Investigation on ultrasonic cavitation erosion of TiMo and TiNb alloys in sulfuric acid solution // Ultrasonics Sonochemistry.– Volume 62, April 2020.– Article 104877
https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2019.104877
Haixia Liu, Jinhao Chen, Jie Sun, Can Kang. Influence of the concentration of NaHCO3 solution on cavitation erosion of copper alloy // Results in Physics. – Volume 13, June 2019.– Article 102145
https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.02.081
Q.N. Song, Y. Tong, N. Xu, S.Y. Sun, Y.X. Qiao. Synergistic effect between cavitation erosion and corrosion for various copper alloys in sulphide-containing 3.5% NaCl solutions // Wear.– Volumes 450–45115 June 2020. – Article 203258
https://doi.org/10.1016/j.wear.2020.203258
Enkang Hao, Xia Liu, Yulong An, Huidi Zhou, Fengyuan Yan. The coupling effect of immersion corrosion and cavitation erosion of NiCoCrAlYTa coatings in artificial seawater // Corrosion Science In press, corrected proof Available online 2 April 2020 Article 108635
https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108635
Xiang Ding, Yan Huang, Chengqing Yuan, Zhangxiong Ding. Deposition and cavitation erosion behavior of multimodal WC-10Co4Cr coatings sprayed by HVOF // Surface and Coatings Technology Volume 39225 June 2020 Article 125757
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125757
Marija M. Vuksanović, Nataša Z. Tomić, Maja Gajić-Kvaščev, Veljko R. Djokić, Radmila Jančić Heinemann. The influence of alumina crystal structures on the morphology and surface erosion of PMMA composite materials exposed to cavitation testing // Wear Volumes 436–43715 October 2019 Article 203033
https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203033
Непомнящий В.А. Влияние физических свойств жидкости на возникновение и развитие кавитации в гидросистемах // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. 2010. № 1 (16). С. 33–38.
Il-Cho Park, Seong-Jong Kim. Effect of pH of the sulfuric acid bath on cavitation erosion behavior in natural seawater of electroless nickel plating coating // Applied Surface Science.– Volume 48331.– July 2019.– Pages 194–204.
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.03.277
C.T. Kwok, F.T. Cheng, H.C. Man. Synergistic effect of cavitation erosion and corrosion of various engineering alloys in 3.5% NaCl solution // Mater Sci Eng, A, 290 (2000), pp. 145–154
https://doi.org/10.1016/s0921-5093(00)00899-6
Безюков О.К. Охлаждающие жидкости транспортных ДВС / О.К. Безюков, В.А. Жуков.– СПб.: СПГУВК, 2009. – 263 с.
Безюков О.К. Комплексная оптимизация параметров охлаждения судовых энергетических установок / О.К. Безюков, В.А. Жуков // Журнал университета водных коммуникаций. – 2012. – №1.– С. 51–61.
Markku Ylönen, Jean-Pierre Franc, Juha Miettinen, Pentti Saarenrinne, Marc Fivel. Shedding frequency in cavitation erosion evolution tracking // International Journal of Multiphase Flow.-Volume 118.– September 2019.– Pages 141–149.
https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.06.009
Tengfei Cai, Yan Pan, Fei Ma Effects of nozzle lip geometry on the cavitation erosion characteristics of self-excited cavitating waterjet // Experimental Thermal and Fluid Science Volume 1171.– September 2020.– Article 110137
https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2020.110137
Сосиков В.А. Особенности кавитации жидкостей вблизи температуры замерзания / В.А. Сосиков, А.В. Уткин // Деформация и разрушение материалов. 2008. № 3. С. 10–16.
Markus Hosbach, Romuald Skoda, Tobias Sander, Uwe Leuteritz, Michael Pfitzne. On the temperature influence on cavitation erosion in micro-channels // Experimental Thermal and Fluid Science In press, journal pre-proof Available online.– 11 April 2020.– Article 110140
https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2020.110140
Исследование влияния температуры жидкости на активность кавитации / В.В. Шаплыко, А.В. Красовский, А.В. Котухов, Н.В. Дежкунов // В сб.: Современные тенденции развития науки и производства. Западно-Сибирский научный центр, Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева, Международный научно-образовательный центр КузГТУ-Arena Multimedia. – 2014. – С. 145.
https://doi.org/10.1134/s0044460x18120090
Li Zhen, Han Jiesheng, Lu Jinjun, Zhou Jiansong, Chen Jianmin. Vibratory cavitation erosion behavior of AISI304 stainless steel in water at elevated temperatures // Wear, 321 (2014), pp. 33–37
https://doi.org/10.1016/j.wear.2014.09.012
Безюков О.К. Выбор параметров охлаждения судовых дизелей / О.К. Безюков, В.А. Жуков, А.А. Пуляев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. – 2018. – №2(48). – C. 379–389.
Tukker J., Kuiper G.. High-speed Video Observationsand Erosive Cavitation // 9th Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures, Germany, Lübeck, August 2004.
Jaekwon Jung, Seung-Jae Lee, Jae-Moon Han. Study on Correlation between Cavitation and Pressure Fluctuation Signal Using High-Speed Camera System // Proceedings of the 7th International Symposium on Cavitation CAV 2009, August 17-22 2009, Ann Arbor, Michigan, USA1CAV 2009 – Paper № 27.
Гусак А.Г. Исследование кавитации в свободновихревом насосе методом визуального наблюдения / А.Г. Гусак, А.И. Котенко, В.Ф. Герман // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2010. Т. 6. № 7 (48). С. 7-9.
Иваницкий Г.К. Численное моделирование динамики пузырькового кластера в процессах гидродинамической кавитации // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2011. № 2 (7). С. 52-58.
Гайнутдинова Д.Ф. Вычислительное моделирование области возникновения кавитации при вибрациях / Д.Ф. Гайнутдинова, В.Я. Модорский, А.В. Козлова // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. № 6. С. 127-129.
Бубнов М. Изучение процессов кавитации и изнашивания рабочих колес гидромашин посредством решений ANSYS / М. Бубнов, Л. Тищенко, А. Ковалев // САПР и графика. – 2014. – № 9 (215). – С. 56-58.
Sedlar M., Soukal J., Kratky T., Vyroubal M. Численное прогнозирование кавитации в энергетических насосах // Теплоэнергетика. – 2015. – № 6. – С. 23.
https://doi.org/10.1134/s0040363615060089
Schreiner F., Paepenmöller S., Skoda R. 3D flow simulations and pressure measurements for the evaluation of cavitation dynamics and flow aggressiveness in ultrasonic erosion devices with varying gap widths // Ultrasonics Sonochemistry In press, journal pre-proof Available online 31 March.– 2020.– Article 105091.
https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2020.105091
Цветков Ю.Н. Прогнозирование кавитационной износостойкости хромовых электролитических покрытий по профилю изношенной поверхности / Ю.Н. Цветков, Е.О. Горбаченко, В.А. Голицын // Вестник машиностроения. – 2019. – № 4. – С. 79–86.
Цветков Ю.Н. Испытание сталей на кавитационное изнашивание с применением метода измерения профиля поверхности / Ю.Н. Цветков, Е.О. Горбаченко // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2017. – Т. 83. – № 7. – С. 54–58.
Цветков Ю.Н. Применение метода измерения шероховатости при испытании материалов втулок цилиндров судовых дизелей на кавитационное изнашивание / Ю.Н. Цветков, Е.О. Горбаченко // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. – 2016. – Вып. 4 (38). – С. 131–137.
https://doi.org/10.21821/2309-5180-2016-8-4-131-137
Третьяков Д.В. Моделирование долговечности цилиндровых втулок двигателя внутреннего сгорания при вибрационной кавитации / Д.В. Третьяков, А.Г. Валишин, О.О. Матвеевский // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2008. – № 2. – С. 50–60.
https://doi.org/10.31857/s0235711920010137
Берестовицкий Э.Г. Вибрационный метод определения критериев кавитации / Э.Г. Берестовицкий, И.А. Сарафанов // Судостроение. – 2008. – № 4 (779). – С. 32–35.
Romero R., Teran L.A., Coronado J.J., Ladino J.A., Rodríguez S.A. Synergy between cavitation and solid particle erosion in an ultrasonic tribometer // Wear.– Volumes 428–429, 15 June 2019.– Pages 395-403
https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.04.007
Fengjun Chen, Jianhua Du, Shanzi Zhou. Cavitation erosion behaviour of incoloy alloy 865 in NaCl solution using ultrasonic vibration // Journal of Alloys and Compounds.– Volume 83, 15 August 2020.– Article 154783
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.154783
Churchill R.A. Low-heat rejection engine concept review / R. A. Churchill, J. E. Smith, N. N. Clarc, R. A. Turton // SAE Technical Paper Series. – 1989.– № 890153. – p. 25-36
https://doi.org/10.4271/880014
Franz W Koch. Cooling System Development and Optimization / Franz W Koch, Frank G. Haubner // SAE Technical Paper Series.– 2000.– 2000-01-283.– 15 pp.
https://doi.org/10.4271/2000-01-0283
Жуков В.А. Исследование теплогидравлической эффективности высокотемпературных систем охлаждения судовых дизелей / В.А. Жуков, В.Л. Ерофеев, А.А. Пуляев // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. – 2020. – №1(59). – C. 107–114.
Разработка стенда для экспериментальных исследований кавитационно акустических явлений / С.С. Хмелёв, В.Н. Хмелёв, Р.Н. Голых, Ю.М. Кузовников // Научно-технический вестник Поволжья, 2015, №3, с. 231–234.
ASTM G32-16, Standard Test Method for Cavitation Erosion Using Vibratory Apparatus, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016, www.astm.org).
Copyright (c) 2020 Научные проблемы водного транспорта
![Лицензия Creative Commons](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.