CC BY
38
Б01: 10.24143/2073-1574-2017-3-30-35 УДК [629.562 : 621.83.061.1]: 658.58
К. О. Сергеев, А. А. Панкратов
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ БЕЗРАЗБОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РЕДУКТОРОВ СУДОВ ПРОЕКТА 503 ТИПА «АЛЬПИНИСТ»
Рассматриваются результаты безразборной диагностики главных (типа «Киев») и раздаточных редукторов судов проекта 503 типа «Альпинист». Приведена принципиальная схема дизель-редукторного агрегата, раскрываются особенности его конструкции. Выявлены и проанализированы наиболее часто встречающиеся дефекты. Сделан вывод о надежности главного и раздаточного редукторов судов этого типа, об эффективности методик, применяемых для диагностики, и возможных путях их дальнейшего совершенствования.
Ключевые слова: редуктор, дизель-редукторный агрегат, диагностика, вибрация, продукты износа, статистические нормы, надежность, рыбопромысловый флот.
Введение
В условиях старения судов рыбопромыслового флота одним из способов повышения эффективности эксплуатации судового оборудования становится применение методов безразборной диагностики. С одной стороны, применение безразборной диагностики позволяет сократить затраты на ремонт, не производя замену заведомо исправных деталей и узлов, а с другой - существенно снижает вероятность внезапных отказов оборудования во время эксплуатации в море. Технология эксплуатации «по состоянию» предусматривает оптимизацию ремонтно-технического обслуживания оборудования и управления процессом его работы на основе данных о реальном техническом состоянии и характеристиках каждой конкретной единицы оборудования, а также данных об их изменении во времени. При переходе на ремонт «по состоянию» экономятся сменно-запасные части и материалы для планово-предупредительных работ, повышается безопасность мореплавания.
Сейнер-траулеры рефрижераторные (СТР) типа «Альпинист» проект 503 (рис. 1) строились с 1971 по 1994 г. и до сих пор используются на Северном бассейне [1]. Суда этого типа проектировались не только как рыболовные траулеры, но и как суда, предназначенные для геологоразведочных работ.
Рис. 1. Сейнер-траулер рефрижераторный типа «Альпинист»
Состав судовых энергетических установок
В состав энергетической установки входят:
- дизель-редукторный агрегат (ДРА) общей мощностью 970 кВт (в качестве приводного двигателя служит дизель типа 8NVD48A-2U с частотой вращения 428 об/мин);
- три дизель-генератора ДГРА150/750 мощностью 165 кВт каждый;
- автоматизированный котлоагрегат КВА 0,63/5;
- вспомогательные механизмы и системы, обслуживающие энергетическую установку.
Дизель-редукторный агрегат обеспечивает отбор мощности на валогенераторы, позволяющие снизить нагрузку на вспомогательный дизель-генератор (ВДГ), кроме того, он способен обеспечить передачу мощности с раздаточного редуктора на главный и далее на винт регулируемого шага ВРШ. Для этого в схему ДРА введен асинхронный мотор типа ДПМ-102-4 (170 кВт), питаемый от ВДГ.
Судно имеет винт регулируемого шага, что обеспечивает:
- возможность полного использования мощности главного двигателя ГД на всех эксплуатационных режимах;
- возможность изменения скорости судна во всем диапазоне ее значений при неизменной частоте вращения коленчатого вала ГД;
- возможность оптимизации работы пропульсивного комплекса по расходу топлива и предотвращения перегрузки ГД путем использования программного управления изменения шага винта [2].
Главный редуктор ДРА (типа «Киев») передает мощность на винт регулируемого шага (с понижением частоты вращения) и на раздаточный редуктор, к которому подключены генератор переменного тока и два генератора постоянного тока, используемые для обеспечения работы тралового комплекса. Главный редуктор соединяется с валовой линией шинно-пневматической муфтой, а с раздаточным редуктором - электромагнитной муфтой, генераторы постоянного тока и асинхронный мотор - зубчатыми муфтами (с механическим ручным включением при остановленном раздаточном редукторе). Валогенератор переменного тока типа МСК-113-4375 КВА может обеспечивать питанием судовые потребители в ходовом режиме и в режиме тралового лова. Кинематическая схема приведена на рис. 2 [2].
Рис. 2. Кинематическая схема ДРА СТР типа «Альпинист»: 1 - ГД; 2 - упругая муфта; 3 - главный редуктор; 4 - упорный подшипник; 5 - шинно-пневматическая разобщительная муфта; 6 - механизм изменения шага; 7 - ВРШ; 8 - генератор переменного тока; 9 - кулачковая упругая муфта; 10 - валогенератор постоянного тока; 11 - зубчатая разобщительная муфта; 12 - раздаточный редуктор; 13 - асинхронный мотор; 14 - электромагнитная разобщительная муфта; 15 - сдвоенный насос смазочного масла главного редуктора; 16 - ступень отбора мощности на раздаточный редуктор
Методы диагностики
Для контроля технического состояния редукторов использовалась комбинация виброакустических методов определения технического состояния зубчатого зацепления и подшипников (качения и скольжения) и метод диагностики по продуктам износа в масле. Как показала практика, эти методы взаимно дополняют друг друга. Для контроля технического состояния зубчатого зацепления использовался третьоктавный спектр виброускорения в сравнении со статистически обоснованной нормой в полосе частот от 25 Гц до 5 кГц, а для контроля состояния подшипников - огибающая высокочастотной компоненты сигнала вибрации. Состояние подшипников определялось по наличию и величине характерных «подшипниковых» частот. Статистически обоснованные нормы вибрации редукторов разработаны на основании замеров вибрации, результаты которых подтверждались контрольными разборками и дефектацией деталей. При разработке учитывались рекомендации по нормированию шума и вибрации машин в промышленности МКШС - 71. Более подробно применяемые методики освещены в [3].
Результаты диагностики
С 1995 по 2014 г. работы по диагностике были проведены сотрудниками кафедры судовых энергетических установок Мурманского государственного технического университета совместно с фирмой «ДиаМАНТ» на 34 главных и 28 раздаточных редукторах судов проекта 503. Работы, как правило, проводились во время ремонта перед очередным освидетельствованием РМРС или по заявке экипажей, при появлении субъективных жалоб на работу редуктора. Результаты диагностики редукторов представлены на рис. 3 и 4.
В общей сложности различные неисправности были обнаружены на 15-ти главных редукторах и 9-ти раздаточных редукторах.
Наиболее часто встречающейся неисправностью главных редукторов оказалась неисправность, связанная со ступенью редуктора, предназначенного для передачи крутящего момента на раздаточный редуктор (см. рис. 1, позиция 16). Ступень состоит из 2-х валов с шестернями, первый из которых (ближний к центральной части редуктора) уложен на подшипники скольжения, а выходной вал - на подшипники качения.
Рис. 3. Результаты диагностики главных редукторов: 1 - превышение нормы статистической на основной части редуктора; 2 - редуктор без дефектов; 3 - дефект подшипника на ступени отбора мощности; 4 - превышение статистической нормы на ступени отбора мощности; 5 - смазочное масло не соответствовало норме
%
67,9
70 60 50 40 30 20 10 п
1
1
II
17,9
J □ Й Й
0 1111 1234
Рис. 4. Результаты диагностики раздаточных редукторов: 1 - редукторы без дефектов; 2 - дефекты подшипников качения; 3 - превышение статистической нормы; 4 - смазочное масло не соответствовало норме
Фиксировалась неисправность как превышение уровня вибрации над статистической нормой. Такое превышение зафиксировано в 7-ми случаях. В 3-х случаях проявлялся дефект подшипника качения выходного вала. Дефект идентифицировался по анализу спектра огибающей высокочастотной компоненты сигнала вибрации. В 4-х случаях наблюдались дефекты зацепления или дефекты навешенных насосов, вибрация которых передавалась на корпус редуктора. В этом случае превышение над нормой фиксировалось в полосах 315 Гц, 800 Гц, 4 кГц, что соответствовало зубцовым частотам редуктора или насосов.
Превышение над статистической нормой на основном корпусе редуктора было зафиксировано всего однажды, когда на ступень передачи крутящего момента был установлен новый вал-шестерня, выполненный с нарушением технологии изготовления шестерен. В этом случае на основном корпусе редуктора (подшипниковый узел, ближайший к двигателю) фиксировались частоты, характерные для зубцовых частот замененных шестерен, а на подшипниковых узлах нового вала определялось существенное превышение нормы на частоте вращения.
На раздаточных редукторах превышение над статистической нормой было обнаружено на 2-х редукторах (в полосе частот 600 Гц и 5 кГц), на 5-ти выявлены дефекты подшипников качения.
Общим дефектом главного и раздаточного редукторов следует признать наличие чрезвычайно загрязненного и не соответствующего нормативам смазочного масла. В масле обнаруживалось значительное содержание абразивных частиц, грунтовки, крупной металлической стружки непонятного происхождения, воды. Причем содержание продуктов износа не соответствовало техническому состоянию редуктора, определенного по результатам вибродиагностики. В большинстве случаев такие результаты фиксировались, когда отбор масла проводился членами экипажа судна. Следует отметить, что содержание продуктов износа в масле слабо коррелировалось с результатами вибродиагностики. При обнаружении превышения статистической нормы по уровню вибрации или явных дефектов подшипников количество продуктов износа в масле, как правило, не превышало соответствующую норму.
Следует отметить, что у части редукторов, имеющих превышение над статистической нормой по уровню вибрации, после детальной ревизии не обнаружено существенных дефектов зацепления, которые могли бы привести к необходимости ремонта.
У части подшипников раздаточных редукторов и выходного вала ступени передачи мощности главного редуктора были обнаружены зарождающиеся дефекты. Развитие дефектов отслеживалось при эксплуатации путем замеров при ежегодных освидетельствованиях. В приведенной статистике отказов они не учитывались.
Выводы
На основе результатов проведенного анализа диагностики главных и раздаточных редукторов судов проекта 503 можно говорить об их высокой надежности.
В ходе мониторинга главных редукторов типа «Киев» установлено, что наименее надежной частью агрегата является ступень передачи мощности на раздаточный редуктор, в которой зафиксировано максимальное число дефектов, что, видимо, объясняется высокими частотами вращения зубчатых колес и недостаточной долговечностью подшипников качения выходного вала.
Основным дефектом раздаточных редукторов следует считать износ подшипников качения быстроходных валов редуктора.
При всех зафиксированных случаях превышения уровней вибрации над статистической нормой проводилось обследование деталей с разборкой редуктора для принятия решения о допуске к дальнейшей эксплуатации.
Результаты проведенных работ подтвердили правильность оценки технического состояния редукторов с использованием одновременно нескольких различных методов: сравнения со статистической нормой по вибрации, использования узкополосного анализа огибающей высокочастотной компоненты вибрации и анализа масла на содержание продуктов износа. Следует отметить, что последний метод нередко давал противоречивые результаты и, по-видимому, для таких работ не имеет необходимой чувствительности.
Статистические нормы вибрации и нормы по продуктам износа в масле для использования в диагностике редукторов нуждаются в постоянной корректировке для учета изменений диагностических параметров с ростом наработки редуктора.
1. Флот рыбной промышленности: справ. типовых судов. М.: Транспорт, 1990. 38 с.
2. Анцевич А. В. Дизель-редукторные агрегаты рыбопромысловых судов. Мурманск: Мурм. книж. изд-во, 1983. 157 с.
3. Прыгунов А. И., Панкратов А. А. Применение методов технической диагностики для оценки технического состояния главных редукторов рыбопромысловых судов // Проблемы активации научно-технической деятельности в эксклавном регионе России: тез. докл. Второй обл. науч.-практ. конф., по-свящ. 50-летию Калининград. обл. (Калининград, 4 июня 1996г.). Калининград: БГАРФ, 1996. С. 26.
Сергеев Константин Олегович - Россия, 183010, Мурманск; Мурманский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры судовых энергетических установок; [email protected].
Панкратов Андрей Адольфович - Россия, 183010, Мурманск; Мурманский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры технической механики и инженерной графики; [email protected].
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
Статья поступила в редакцию 16.03.2017
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
K. O. Sergeev, A. A. Pankratov
APPLICATION OF DIAGNOSTICS IN PLACE TO ANALYZE TECHNICAL STATE OF REDUCTORS ON BOARD SHIPS OF PROJECT 503 TYPE "ALPINIST"
Abstract. The article presents the results of diagnostics in place without dismantling main ("Kiev" type) reductors and transfer reductors on board ships of project 503 "Alpinist" type. There has been given a schematic diagram of a geared diesel unit and specific features of its design, as well as common defects. The authors have come to the conclusion about reliability of the main and transfer reductors of this type ships and of the effective methods used for diagnosis, and possible ways of their further improvement.
Key words: reductor, geared diesel unit, diagnostics, vibration, wear products, statistical standards, reliability, fishing fleet.
REFERENCES
1. Flot rybnoi promyshlennosti: spravochnik tipovykh sudov [The fleet of Fishing industry]. Moscow, Transport Publ., 1990. 38 p.
2. Antsevich A. V. Dizel'-reduktornye agregaty rybopromyslovykh sudov [The geared diesel units of fishing vessels]. Murmansk, Murmanskoe knizhnoe izd-vo, 1983. 157 p.
3. Prygunov A. I., Pankratov A. A. Primenenie metodov tekhnicheskoi diagnostiki dlia otsenki tekh-nicheskogo sostoianiia glavnykh reduktorov rybopromyslovykh sudov [Using methods of technical diagnostics for assessment of technical state of main reductors of fishing ships]. Problemy aktivatsii nauchno-tekhnicheskoi deiatel'nosti v eksklavnom regione Rossii: tezisy dokladov Vtoroi oblastnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, posviashchennoi 50-letiiu Kaliningradskoi oblasti (Kaliningrad, 4 iiunia 1996g.). Kaliningrad, Izd-vo BGARF, 1996. P. 26.
The article submitted to the editors 16.03.2017
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Sergeev Konstantin Olegovich - Russia, 183010, Murmansk; Murmansk State Technicai University; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Marine Power Plants; [email protected].
Pankratov Andrei Adol'fovich - Russia, 183010, Murmansk; Murmansk State Technical University; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Technical Mechanics and Engineering Graphics; [email protected].
