CC BY
198
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ГРЕБНЫХ ВАЛОВ
Чура М.Н., к.т .н., старший преподаватель кафедры «Механика», Государственный Морской Университет им. адм. Ф.Ф. Ушакова Файвисович А.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Механика», Государственный Морской Университет им. адм. Ф.Ф. Ушакова
В работе представлена попытка обобщения статистических данных повреждений гребных валов морских судов. Приведена статистика повреждений валов по данным различных классификационных обществ, представлены ранее не публиковавшиеся данные повреждений гребных валов судов типа «Волгонефть». Сделаны выводы об основных причинах повреждений валов, местах развития этих повреждений, типов судов в большей мере подверженной данной проблеме из-за конструктивных особенностей.
Ключевые слова: гребной вал; статистика повреждений; усталостные трещины
OPERATIONAL DAMAGE PROPELLER SHAFTS
Chura M., Ph.D., senior lecturer Mechanics chair, National Maritime University after adm. F Ushakov Faivisovich A., Doctor of Techniques, Professor, Head of Mechanics chair, National Maritime University after adm. F Ushakov,
This paper presents an attempt to generalize statistics damaged propeller shafts of ships. The statistics of damage shafts according to various classification societies, obtained from various literature sources, are previously unpublished data on the damage to the propeller shafts of ships such as «Volgoneft». The conclusions of the main causes of damage to trees, these areas of damage, types of vessels are more prone to this problem because of the design features.
Keywords: propeller shaft; statistics of damage; fatigue cracks
Введение
Вопросы безопасности человеческой жизни и окружающей среды с 70-х годов прошлого столетия находятся в центре внимания мирового морского сообщества. Принятие международных конвенций МАРПОЛ-73/78 и СОЛАС-74 опередило по времени появление многих национальных государственных законодательных актов в области безопасности. Так, в СССР практическое внимание вопросам безопасности стало уделяться лишь после катастрофы на Чернобыльской АЭС (1986 г.).
Обобщение статистических данных о повреждениях гребных валов является довольно сложной задачей, т.к. сведения различных источников относятся к разным периодам времени, типам судов, кроме того, большинство из этих данных не отличаются полнотой, так, зачастую не указаны причины и места образования трещин. Данная работа является попыткой авторов проанализировать статистические данные повреждения гребных валов морских судов с целью определения основных причин повреждения валов и мест развития этих повреждений.
Статистика повреждений гребных валов
В рамках формализованной оценки безопасности [1, 2] могут быть рассмотрены основные виды и подвиды опасностей (аварий), возникающие при эксплуатации судна, приведенные на рис. 1 [3].
Сопоставление статистики возникновения различных видов аварий показывает, что аварийные случаи типа «потеря хода и управляемости» составляют более 50%. Аварии данного вида связаны в основном с отказами элементов пропульсивного комплекса судна. Статистика подвидов за 2005 - 2008 гг. приведена на рисунке 2 [3]. Видно, что 18% аварий пропульсивного комплекса судна связаны с отказами валопроводов, что составляет порядка 9% от общего количества аварий судна. Статистические данные за период 1979 - 2004 гг. приведены на рисунке 3 [4].
Первые статистические данные по вопросу повреждения греб-
ных валов были опубликованы зарубежными классификационными обществами еще в 30-х годах. Так в 1935 году по данным Ллойда [5] из 46 478 гребных валов было забраковано из-за глубоких трещин 1483 вала, а 204 вала сломались, т.е. замене подлежало 3,63% от осмотренных валов. Основной причиной выбраковки валов явилась усталостная коррозия.
В отечественной практике есть множество примеров обнаружения усталостных трещин в гребных валах [6], так на танкере типа «Прага» после 28 месяцев эксплуатации была обнаружена сквозная трещина. На танкере «Пекин» трещина была обнаружена после двухлетней эксплуатации. Необходимо отметить, что при этом наблюдалось поражение поверхности вала сильной коррозией, глубина коррозионных язв доходила до 7 мм.
Статистический анализ данных по архивам ФГУ «Российский морской регистр судоходства» (РМРС), проведенный Е.С. Райнбер-гом и Д.Е. Искрицким [7], показал, что наибольшее число разрушений гребных валов наблюдались в районе большого диаметра конуса (рис. 4). При этом необходимо отметить, что характерные повреждения гребных валов не рассматривались в зависимости от конструктивных особенностей судна и самого гребного вала.
Согласно данным результатов осмотра гребных валов на 47 танкерах типа «Казбек» [8]: 66% осмотренных валов имели трещины в районе носового конца кормовой облицовки, 13% - у кормового конца носовой облицовки, при этом только в одном случае была зафиксирована трещина на конусе гребного вала.
Наиболее полные статистические данные о повреждениях гребных валов по Дальневосточному бассейну приведены в работах В.Т. Луценко [9]. Статистические данные составлены на основе анализа 5149 актов освидетельствования 726 судов 42 проектов и 793 сметных калькуляций и дефектовочных актов. В целом по бассейну трещины в ГВ и облицовках по числу докований были выявлены: до 1971 г. - 8%; 1971 - 1984 гг. - 15%; 1985 - 1987 гг. - 22%; 1987 - 1991 гг. - 15%.
Рис. 1 Статистические данные возникновения различных видов аварий
12%
□ Отказ главного двигателя В Отказ редуктора
□ Отказ валопровода I Отказ гребного винта
Ш Отказ рулевого устройства Рис. 2 Статистические данные возникновения аварий, связанных с пропульсивным комплексом судна
у кромок облицовок
в р-не шпоночного паза
в р-не большого диаметра конуса
не указано
% от общих повреждений Рис. 4 Места повреждений гребных валов по данным Регистра
Таблица 1. Статистические данные повреждений валов для различных диаметров валов
Диаметр вала, мм Кол-во судов Число докований Трещины в теле вала Трещины в облицовках Замены валов
до 400 449 3113 63 79 39
400 - 500 88 730 19 13 20
500 - 600 75 590 15 20 10
свыше 600 44 262 3 6 1
Исследования показали [10]: при наличии трещин непосредственно в валах - 67,5% валов было заменено, а 32,5% - отремонтировано; из-за трещин в облицовках - 34,5% валов заменили и 65,5% отремонтировали.
Анализируя эти данные, можно составить графики изменения удельных величин обнаружения трещин в валах и облицовках, и замен валов для валов разных диаметров (рис. 5).
По диаграммам (рис. 5) видно, что основное количество повреждений приходится на валы диаметром 400 - 600 мм. Однако с дальнейшим увеличением диаметра вала, повреждаемость падает. Кроме того, следует отметить [11, 12], что за последние годы (2004 - 2008 гг.) резко участились случаи поломок ГВ на судах типа «Волго-Дон» и «Волгонефть». Так за это время, по данным ФГУ «Российский речной регистр» (РРР), имело место 73 случая повреждений ГВ, что составляет 15% от общего количества повреждений судов и их элементов всех судов поднадзорных РРР.
Аналогичные проблемы отмечает и РМРС, так из 100 судов ОАО «Беломорско-Онежского пароходства», за период 1999 - 2001 гг.
произошли поломки гребных валов, связанные с их полной заменой, на шести судах типа «Волго-Дон» (пр. 507 и 1565) и типа «Волжский» (пр. 05074), причем некоторые из них сопровождались потерей винта.
Это связано с высокой степенью изношенности судов смешанного (река-море) плавания, превышением часов наработки гребных валов, нарушением технологии ремонта и некачественной дефектацией, усталостными и коррозионно-усталостными процессами, изменениями условий плавания судов. По данным Средне-Волжского филиала РРР [13] за 2000 - 2005 гг. на судах типа «Волгонефть» (пр. 550, 558, 1577, 550А) ОАО «Волготан-кер» (всего 61 судно) было зафиксировано 52 случая повреждений гребных валов. Основными причинами повреждения явились усталостный износ (рис. 6), дефекты ремонта и изготовления, повреждения от удара о подводное препятствие.
Наработка гребных валов до обнаружения повреждений составила от 8500 до 83000 часов, при этом средняя наработка по двадцати валам составила 33400 часов.
s 0,04 1 0,035
Н Q)
а 5 0-03 о. §
v «0,025 Ї о 0,02
я PI
л
>•
§0,015 о 0,01 0,005 0
' ."..rvv. ч ■ч
n. , - • ог.-Гу, S' і \ * ч чд ч V
. ‘о
—О — Трещины в валах - -А- ■ Трещины в облнцов —□— Замены валов т 1 tQY
1 1
до 400 400 - 500 500 - 600
Диаметр вала, мм
более 600
Рис. 5 Удельная величина обнаружения трещин в валах и облицовках и замен валов на одно докование по Дальневосточному бассейну
2000 г. 2001 г. 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. Год эксплуатации Рис. 6 Повреждения судов типа «Волгонефть» ОАО «Волготанкер»
Рис. 7 Характерные места повреждений гребных валов
Выводы
Анализ литературных источников [5-13] показал следующее.
1) трещины в гребных валах по месту расположения можно свести к следующим основным типам (рис. 7): 1 - непосредственно в теле вала; 2 - в шпоночном пазе или возле него с уходом в тело, в том числе у отверстий для крепления шпонки; 3 - в месте перехода вала из конуса в цилиндр кормовой оконечности; 4 - непосредственно в облицовках; 5 - у кромок облицовок (у носовых и кормовых концов облицовок); 6 - в сварных швах и околошовных зонах облицовок.
2) Образование трещин в районе шпоночного паза и отверстий для крепления шпонки в шпоночном пазу вполне характерно для гребных валов и обусловлено тем, что паз и отверстия являются концентраторами напряжений в теле гребного вала.
3) Наличие трещин в районе большого диаметра конуса посадки винта на вал обусловлено наибольшими нагрузками на этом участке вала. Большой диаметр конуса гребного вала по сути является местом заделки консольной части гребного вала в корпусе судна, посредством дейдвудной опоры.
4) Основной причиной возникновения трещин у кромок облицовок является электрохимическая коррозия, возникающая из-за возникновения гальванической пары (в случае изготовления облицовок из цветных металлов), вследствие чего по окружности вала возле торцов облицовок образуются крупные коррозионные язвы (глубиной 10 - 12 мм.), что приводит к снижению предела усталости за счет концентрации напряжений.
5) Трещины в сварных швах и околошовных зонах облицовок являются следствием изменения механических свойств материала, наличия высоких остаточных напряжений и существенной неоднородностью напряженно-деформированного состояния материала из-за термического воздействия в процессе сварки. А трещины непосредственно в теле вала или облицовки могут быть следствием некачественной механической обработки или наличия металлургических дефектов материала.
6) Усталостные и коррозионно-усталостные процессы являются основными причинами возникновения повреждений в гребных валах.
Литература:
1. Решетов Н.А., Захаров А.А. Формализованная оценка безопасности (ФОБ) и ее влияние на судоходную индустрию // Научно-технический сборник РМРС - 2004. - № 27. с. 7 - 13.
2. Медведев В.В. Совершенствование проектирования судовых энергетических установок и их элементов на основе прогноза и оценки рисков // Материалы доклада в Доме ученых им. М.Горького на секции Энергетики. - 25.11.2008.
3. Емельянов М.Д. Система компьютерного мониторинга технического состояния морских судов с оценкой рисков // Научно-технический сборник РМРС - 2008. - № 31. с. 23 - 43.
4. Шурпяк В.К., Сергеев А.А. Анализ аварийности на судах с классом регистра // Научно-технический сборник РМРС - 2005. - № 28. с. 33 - 46.
5. Dorey S.F. Marine Mashinery Defects - Their Causes and Prevention. Transaction 1. Mar. E., vol. 47, № 12, 1935.
6. Виноградов С.С., Гавриш П.И. Износ и надежность вин-то - рулевого комплекса судов. Изд-во «Транспорт». 1970, с.232.
7. Искрицкий Д.Е., Рейнберг Е.С. Пути изменения требований Регистра СССР к расчету судовых валов на прочность. «Судостроение», №11, 1962.
8. Вейнгаартен А.М. и др. Результаты обследования состояния гребных валов на судах // Технология судостроения - 1966. № 2.
9. Луценко, В. Т. Конструктивно-технологическое обеспечение надежности элементов подводной части морских судов. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. 126 с.
10. Повреждения гребных валов. Балацкий Л.Т., Филимонов Г.Л. Изд-во «Транспорт». 1970, с.144.
11. О повреждениях гребных валов. Письмо главного управления Российского речного регистра № 08-05-3436 от 06.11.2008.
12. О поломках гребных валов судов пр.пр. 507, 1565, 05074М. Справка главного управления Российского морского регистра судоходства 002-21/спр. - 11017 от 27.04.2002.
13. О повреждениях гребных валов. Письмо Средне-Волжского филиала Российского речного регистра № СВФ-23.01-1062 от 29.09.2010.
