CC BY
79
СУДОСТРОЕНИЕ, СУДОРЕМОНТ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФЛОТА
УДК 629.5.023.2:629.5.011(470)
П. А. Бимбереков
КОРРЕКТИРОВКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ТОЛЩИН ОБШИВКИ И НАСТИЛОВ СОГЛАСНО ПРОЕКТУ ПРАВИЛ РОССИЙСКОГО РЕЧНОГО РЕГИСТРА
Процесс измерений остаточных толщин в ходе дефектации с целью освидетельствования корпусных конструкций - трудоемкая процедура, минимизация которой позволит снизить эксплуатационные издержки. Цель исследования - проанализировать точность работы методики проекта Правил Российского Речного Регистра 2014 г. и дать предложения по её совершенствованию. Для достижения поставленной цели использованы ранее полученные выражения для определения числа измерений на элементе связи корпуса судна и выражения запаса и износа толщин в зависимости от срока эксплуатации судна, полученные на основе нормативных значений Российского Речного Регистра. Показана достаточная обоснованность рассматриваемой методики. Предлагаются дополнительные её положения, минимизирующие процедуру измерений и, следовательно, снижающие её трудоемкость.
Ключевые слова: остаточные толщины, износ толщин, скорость изнашивания, срок эксплуатации.
Введение
Процесс измерений в ходе дефектации остаточных толщин листов обшивки и настила корпусных конструкций судов - трудоёмкая процедура. В проекте Правил Российского Речного Регистра (РРР) 2014 г. предложена новая методика по сравнению с Правилами РРР 2008 г., призванная минимизировать эксплуатационные издержки. Согласно п. 4.2.1 Правил освидетельствования судов в эксплуатации (ПОСЭ) проекта Правил РРР, с целью определения остаточной толщины листа выполняются три измерения по длине листа: на концах и посередине вне зоны линейного и канавочного износов (рис. 1, а).
1/2
1/8
4- -►
5 6
1 1 к 2 3
~Ь/2 г
J ~ Ь/4 1 1 4 г 7
1 ~ 1/4 4-►
б
Рис. 1. Схемы измерения остаточных толщин листа: а - для трех точек; б - для трех точек с уточнением толщин листа
I
I
1
2
3
а
При обработке результатов измерений учитываются следующие моменты. 1. Если разность между наибольшим и наименьшим значениями 1Х не превышает значений, представленных в табл. 1, а сами измеренные значения не менее нормативных, то остаточная толщина листа определяется по этим трём значениям.
Таблица 1
Ограничительные характеристики измерений
Строительная толщина листа, мм Менее 8 От 8 до 12 От 12 до 16 Более 16
Допустимая разница в результатах измерений в пределах листа 1х 0,5 1,0 2,0 3,0
Стандартное отклонение о 0,27 0,54 1,08 1,62
Оценка отстояния минимального от среднего арифметического значения 0,315 0,63 1,26 1,89
2. Если разность между наибольшим и наименьшим значениями измеренных толщин не превышает значений, указанных в табл. 1, а измеренная остаточная толщина в какой-либо точке меньше нормативного значения, то проводятся дополнительные четыре измерения в окрестности данной точки на площади примерно 1/3 листа, значение в которой определяется как среднее арифметическое по результатам измерений на этой площади.
3. Если разность между наибольшим и наименьшим значениями измеренных толщин превышает указанную в табл. 1 разность, то в окрестностях каждой точки на площади примерно 1/3 листа производятся четыре дополнительных измерения, значение в данной точке определяется как среднее арифметическое по результатам измерений на этой площади.
Цель и методы исследования
Необходимо проанализировать точность работы методики проекта Правил РРР по определению значений остаточных толщин листов корпуса судна и дать предложения по её совершенствованию.
Для определения потребного числа измерений остаточных толщин на участке элемента пУ, будем использовать выражение по [1]:
где
С1 = -8а3 + 36аЬ - 108с, (2)
С2 =- 5а + 45а Ь -162а2Ь2 + 243Ь3 + 108а3с - 486аЬс + 729с2, (3)
а = 1 - к52о2е-2, Р ; Ь = - 2^к52а28-2, Р ; с = - ¡2к52о2е-2, Р, (4)
где о - стандартное отклонение среднего значения остаточных толщин.
Исходя из [1, с. 193-194] определяем следующее выражение в зависимости от коэффициента СХ = 7/12 [1, с. 199], разницы между наибольшим и наименьшим значениями измеренных толщин 1Х и числа измерений п:
ъ=4сХ1х14П-\, (5)
где е(Р) - доверительная граница случайной погрешности измерения, при которой будет обеспечена достаточная для освидетельствования точность результата, определяемая формулой
8(Р) = К-1 [Л? -Д^з +Д2 - К0(Р)], (6)
где Л? - запас толщин на износ связей; Д?из - износ связи в зависимости от скорости изнашивания С и срока эксплуатации судна (или связи) Т , определяемый выражением
Д^з = СТ, (7)
где К - коэффициент, для которого при доверительных вероятностях Р = 0,95 и Р = 0,99 может быть взято значение К = 0,8; Д2 - допустимая доверительная граница нормативного значения для данной конструкции при освидетельствовании по [2] и исходя из допускаемой погрешности ультразвукового толщиномера [3, с. 115] может быть равным 0,15 мм; 0(Р) - доверительная граница неисключенной систематической погрешности, в нашем случае равна погрешности прибора 0; к5 , 2,1 - коэффициенты, зависящие от доверительной вероятности (используемой в технике доверительной вероятности Р = 0,95 имеем к5 = 1,96 и 2,1 = 1,55).
При расчетах по (1) приходится иметь дело с комплексными числами. Для такого расчета удобно использовать программу MathCAD.
В [4] получены следующие выражения для минимального запаса толщин и максимальной скорости изнашивания связей:
А/ = к6 (8)
6 71 + [(/ - £8)/
С = кю {1 - ехр[-(/ - кп)/ 2]} (9)
Значения коэффициентов к6...кц сведены в табл. 2.
Таблица 2
Значения коэффициентов для классов РРР
Класс РРР k7 k8 kw
«М-СП» 1,5 3,5 4,5 5,0 0,18 3,5
«М» 1,0 3,5 6,0 3,0 0,125 3,0
«О» 1,0 3,5 5,0 3,0 0,125 2,0
«Р» 0,5 4,0 4,0 3,0 0,125 1,2
Результаты исследования
Результаты расчёта по формулам (1)-(9) приведены на рис. (1, а-5, а) и для запаса толщин по выражению (8) - на рис. (1, б-5, б), где также нанесены значения оценок отстояний минимального от среднего арифметического значения (см. табл. 1). Отметим, что оценка отстояния минимального от среднего арифметического значения получена с учётом того, что в связи с наиболее часто встречающимся преобладанием в распределении скоростей изнашивания меньших значений, распределение значений толщин будет предпочтительно асимметричным в сторону больших значений.
Примем с ошибкой в безопасную сторону, что значения измерений в разных точках связи (участках) принадлежат одному участку (рис. 1, б-4, б). По данным рисункам определим периоды эксплуатации судна, при которых планируется выход одной из точек ниже нормативного значения, а также рассмотрим потребное число измерений на этот момент по рис. 1, а-5, а. Отметим, что на границах диапазонов толщин расчёты были произведены для двух вариантов стандартного отклонения (см. табл. 1) и у большего из них в обозначении кривой значений был добавлен знак «+». Показано, что потребное число измерений на момент снижения значения точки ниже нормативного и, соответственно, увеличения измерений вокруг неё до пяти, лежит для всех толщин связей разных классов судов и в пределах между тремя и четырьмя. Это означает, что некоторая потребность в расчётном увеличении числа измерений (с числовым значением менее единицы) при первичном измерении листа в трёх точка по методике проекта Правил РРР может иметь место. Однако по достижении расчётной потребности в четырёх измерениях методика предусматривает увеличение числа измерений на четыре, т. е. в общем до семи измерений, что обеспечивает достаточную точность в первых двух подпунктах процедуры методики с учётом получения в одной точке значения остаточной толщины ниже нормативного.
16 тЧ n 12 -I-10 ■8 •6 -i 2 0
Т, лет
30
T, лет
б
Рис. 2. Зависимость числа измерений остаточных толщин и запаса толщин от срока эксплуатации судна класса «М-СП»: а - для числа измерений; б - для запаса толщин
16 т n 12 10 +
в _ u
~0_ tnp = 6 " t пр = 8 — -tnp = 8 + —'■>- tnp = 10 — -С =12 -■'-tnp = 14 ■ • tnp 16 -Л - tnp = 16 J
1 1 1
f 1 Г
+ 1 If !! /
л ZI
++Л /
10
15
20
30
T, лет
30
T, лет
б
Рис. 3. Зависимость числа измерений остаточных толщин и запаса толщин от срока эксплуатации судна класса «М»: а - для числа измерений; б - для запаса толщин
16 n 12 ю
. ■ tnp - 88
i
i 1 /
i I f
-О- Z = 14 + 1 I * 11 f
/А
■ ° tnp = 1 б " tnp = 1б l ¿г*
Etzin
4
At
3 2,5 2
1,5 1
0,5
t np - б np = 8 np = 14 ч, = 16
tt
PNJ
N k-— s
1,89 Ч
б 63 ^ f*—
,.0,315 — i v
20 ... 30
T, лет
го
Т, лет
б
Рис. 4. Зависимость числа измерений остаточных толщин и запаса толщин от срока эксплуатации судна класса «О»: а - для числа измерений; б - для запаса толщин
а
а
а
Т, лет
4 ■
мм
3 2,5 2 1,5 1
0,5 О
1 —5 _. ._ ¿пр = 6 ¿п> 8 __Гпр = 10
, ¿пр = 12 _0^пр 14
N,89
п, \
X 1,26 0,6 / 3
¡V 1
——^ 1- ^ 0,315
О 5 10 15 20
б
Т, лет
30
а
Рис. 5. Зависимость числа измерений остаточных толщин и запаса толщин от срока эксплуатации судна класса «Р»: а - для числа измерений; б - для запаса толщин
Следует отметить, что для оценки достаточной точности процедуры методики требуется её анализ при стандартных отклонениях, зависящих от срока эксплуатации.
Возможности совершенствования методики проекта Правил РРР исходя из потребностей в освидетельствовании связей на допустимость к дальнейшей эксплуатации
Исходя из вышеуказанного, можно сделать следующие посылки:
- скорость изнашивания может быть существенно меньше, чем рекомендуют Правила РРР;
- износ листовых конструкций, работающих в одинаковых условиях на одном судне, имеет преимущественно сходные значения;
- необходимо минимизировать объёмы измерительных работ из-за трудоёмкости сопутствующих работ по подготовке места измерения.
Из первой посылки следует, что в случаях, когда прогнозируемое значение износа существенно ниже того, которое приближается к нормативному, следует или вообще отказаться от процесса измерения, или произвести единичные измерения отдельных, наиболее подверженных износу связей, или произвести единичные замеры всех связей.
Критерием существенного приближения к нормативному значению можно считать износ связи до величины, отличающейся от нормативного в наиболее жёстком варианте на 3 а или в более мягком - на 2а. За стандартное отклонение а при расчётной оценке можно принять значение по выражению на основе коэффициента вариации V, средней скорости изнашивания С и периода эксплуатации судна Т:
о = УСГ . (10)
При единичных измерениях отдельных листовых конструкций, которые в общем случае могут иметь разную толщину, можно проверить родственность утолщения таких связей. Скажем, производятся единичные измерения на листах борта судна в разных поясах, имеющих толщину 6, 8 и 10 мм. Объединить значения этих измерений как измерение остаточной толщины не представляется возможным, однако объединить эти измерения в группу «Износ обшивки борта» - возможно. Здесь можно воспользоваться скорректированными первыми двумя подпунктами проекта Правил РРР, а именно:
- если разность между наибольшим и наименьшим значениями износов рассматриваемых связей 1Х не превышает значений для наименее тонкой из связей, а сами измеренные значения не менее нормативных, то остаточная толщина листа определяется по среднему износу для этих связей;
- если разность между наибольшим и наименьшим значениями износов рассматриваемых связей 1Х не превышает значений для наименее тонкой из связей согласно табл. 1, а изме-
ренная остаточная толщина какой-либо связи меньше нормативного значения, то проводятся дополнительные измерения этой связи в соответствии со вторым подпунктом методики проекта Правил PPP, а значение прочих связей определяется из учёта среднего арифметического износа всех контролируемых родственных связей.
При отклонении от данных условий следует руководствоваться вышеприведёнными пунктами Проекта Правил РРР.
Представляются также возможными следующие варианты сокращения измерений.
1. Если разность между наибольшим и наименьшим значениями измеренных толщин превышает указанные в табл. 1 значения, то, руководствуясь [1], не требуется производить измерения более чем в трёх точках, если запас на износ будет существенным, обеспечивающим достоверность получаемого результата при освидетельствовании.
2. Если предыдущее положение не выполняется, то при измерениях в семи точках (см. рис. 1, б) запас на износ будет существенным.
Заключение
По нашему мнению, методика проекта Правил РРР, дополненная нашими предложениями, позволит заметно экономить на проведении процедуры измерения конструкций без потери достоверности результата и увеличения расчётных процедур.
Также необходимо сказать о потребности удобно определять в каждом рассмотренном случае, в формулировке предложенных вариантов, сокращения измерений позиции существенности запаса на износ. Мы предполагаем, что его можно будет увязать с реальным разбросом результатов измерений, что требует дополнительных оценок в дальнейшем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бимбереков П. А. Исследование повреждаемости, методики освидетельствования и дефектации корпусных конструкций судов внутреннего и смешанного плавания / П. А. Бимбереков. Новосибирск: Изд-во НГАВТ, 2007. 420 с.
2. Чистов В. Б. Научные основы технологии ремонта корпусов судов речного флота: автореф. дис. ... д-ра техн. наук / В. Б. Чистов. СПб: Изд-во СПбГУВК, 1994. 40 с.
3. Правила Российского Речного Регистра. Т. 1 // URL: http://fües.stroymf.ru/Data2/1/4293827/4293827304.htm.
4. Бимбереков П. А. Построение оценочных аппроксимационных зависимостей для запаса толщин и рекомендуемых скоростей изнашивания по нормативным данным Российского Речного Регистра / П. А. Бимбереков // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2014. № 3. С. 127-131.
Статья поступила в редакцию 05.01.2015, в окончательном варианте - 17.02.2015
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Бимбереков Павел Александрович - Россия, 630099, Новосибирск; Новосибирская государственная академия водного транспорта; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры «Теория и устройство корабля»; [email protected].
P. A. Bimberekov
ADJUSTMENT OF THE METHODS OF DETERMINATION OF THE RESIDUAL THICKNESS OF THE PLATING IN ACCORDANCE WITH THE PROJECT OF RUSSIAN RIVER REGISTRY
Abstract. The process of measurement of residual thicknesses during examination with the purpose to inspect the hull constructions is an intensive procedure, minimization of which will assist to reduce operational expenses. The purpose of the research is to analyze the accuracy of the
method efficiency, being a part of the Project of the Russian River Registry Rules in 2014 and to give suggestions on its improvement. To solve this issue, the paper considers the previously obtained expressions for determination of the number of measurements at the ship hull coupling element and expressions of reserve and wear of thicknesses depending on the term of ship operation, received on the base of the normative values of the Russian River Registry. The sufficient validity of the methods is demonstrated. Its additional regulations, minimizing the procedure of measurements and, therefore, lowering its laboriousness, are offered.
Key words: residual thicknesses, wear of thicknesses, wear rate, term of operation.
REFERENCES
1. Bimberekov P. A. Issledovanie povrezhdaemosti, metodiki osvidetel'stvovaniia i defektatsii korpusnykh konstruktsii sudov vnutrennego i smeshannogo plavaniia [Study of the wear, the methods of registration and examination of the inland and combined ship hull constructions]. Novosibirsk, Izd-vo NGAVT, 2007. 420 p.
2. Chistov V. B. Nauchnye osnovy tekhnologii remonta korpusov sudov rechnogo flota: avtoref. dis. d-ra tekhn. nauk [Scientific bases of the technology of the repair of the river fleet ship hulls. Abstract of dis. doc. tech. sci.]. Saint Petersburg, Izd-vo SPbGUVK, 1994. 40 p.
3. Pravila Rossiiskogo Rechnogo Registra. Vol. 1 [Rules of Russian River Registry. Vol. 1]. Available at: http://files.stroyinf.ru/Data2/174293827/4293827304.htm.
4. Bimberekov P. A. Postroenie otsenochnykh approksimatsionnykh zavisimostei dlia zapasa tolshchin i re-komenduemykh skorostei iznashivaniia po normativnym dannym Rossiiskogo Rechnogo Registra [Design of the assessing approximating dependences for the reserve of thicknesses and the recommended rates of wear in accordance with the regulated data of the Russian River Registry]. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka. 2014, no. 3, pp. 127-131.
The article submitted to the editors 05.01.2015, in the final version - 17.02.2015
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
Bimberekov Pavel Alexandrovich - Russia, 630099, Novosibirsk; Novosibirsk State Academy of Water Transport; Candidate of Technical Science, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department "Theory and Marine Technology"; [email protected].
