CC BY
92
Литература
1. Маковецкая-Абрамова О.В., Хлопова А.В., Мако-вецкий В.А. Исследование напряженных состояний и износа в кривошипе двигателя М 62 методом фотоупругости // Технико-технологические проблемы сервиса. - 2013. -№1(23). -с. 19-22
2. Маковецкий В.А., Жиргалов В.Ф., Кошелев ИМ., Молчанов Ю.Н. Напряжение в цапфе коленчатого вала мотоциклетного двигателя//Сб. научных
трудов "Вопросы прочности и динамики конструкций"/Челябинск. -1971. -№92. -с.45-48.
3. Лепеш Г.В. Динамика и прочность осесимметрических и вращающихся изделий: монография. -
СПб.: Изд-во СПбГУСЭ. - 2010 .-с. 7-20.
4. Тараторин Б.И. Моделирование напряжений в конструкциях ядерных реакторов / М.: Атомиздат, -1973 ’
5. Островский Ю.И. Голография/ М.: изд-во Наука,
1970.-136 с. ’
УДК 539.319 : 629.5 ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И РЕМОНТ КОРПУСОВ МОРСКИХ СУДОВ
Н.Л. Великанов1, С.И. Корягин2
Балтийский Федеральный университет имени Иммануила Канта (БФУ им. И.Канта),
236041, г. Калининград, ул. А.Невского, 14
Рассмотрены проблемы оценки технического состояния и ремонта корпуса стальных судов со сверхнормативными сроками эксплуатации, занимающихся ловом, транспортировкой рыбы и морепродук-
Ключевые слова: техническое состояние, ремонт, морские суда, износ, повреждение, остаточные напряжения
ESTIMATION OF THE TECHNICAL CONDITION AND REPAIR OF HULLS OF SEA-GOING SHIPS
N.L. Velikanov, S.I. Korjagin
Immanuel Kant Baltic Federal University (IKBFU), 236041, Kaliningrad, street A.Nevskogo, 14 Problems of an estimation of a technical condition and repair of hull of steel courts with service life of the operation above permitted standard, engaged in fishing, transportation of fish and seafood are considered.
Keywords: technical condition, repair, sea-going ships, tear and wear, damage, locked-up stresses
В качестве возможных причин, вызывавших повышенные износы и повреждения корпуса судна, могут быть следующие: ошибки проектирования; внутренние дефекты материала и нестабильное качество механических свойств и состава стали; технологические ошибки и низкое качество изготовления конструкции; электрохимическая коррозия при стоянке в порту; непредусмотренные случаи режимов эксплуатации и загрузки судна; отсутствие или плохая защита от коррозии; аварии (столкновения, посадка на мель, навалы) [1-7].
Объем и конструктивные решения по ремонту элементов корпуса судна зависят от
его возраста, технического состояния корпуса, оснащенности ремонтной организации, а также намерений судовладельца в отношении продолжительности последующей эксплуатации судна.
Метод ремонта в каждом конкретном случае определяется владельцем судна и подлежит предварительному согласованию с Регистром.
Все работы, связанные с ремонтом корпуса, должны проводиться под техническим наблюдением Регистра [1,2].
Для восстановления прочности изношенных корпусных конструкций наиболее часто применяют ремонт методом замены [6,7].
1 Великанов Николай Леонидович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии транспортных процессов и сервиса, БФУ им. II.Канта, тел.: 8 (4012) 33-82-84, e-mail: monolitS&vandex.ru:
2Корягин Сергей Иванович- доктор технических наук, профессор, директор института транспорта и технического сервиса, БФУ им. II.Канта, тел.: 8 (4012) 33-82-84, e-mail: SKorvasin&kantiana. ru.
Размеры элементов связей назначаются на основе расчетного возраста судна Т0 (годы), определяемого по формуле:
Т0 = 2ТЗЫ-Т+ТП, (1)
где: Тзш - возраст судна в момент замены связи, годы; Т - возраст судна в конце заданного срока эксплуатации, но не более 2 Т зм, годы; Т„ -обоснованный достоверным прогнозом возможный срок эксплуатации связи без ее замены после возраста судна Т зм, годы. Прогноз выполняется на основе действующих нормативных документов [1,2,6]. Допускается использование согласованных с Российским морским регистром судоходства методик, учитывающих применяемые способы уменьшения скорости коррозии металлов (лакокрасочные покрытия, покрытия из стеклопластика, ингибиторы). Если выполнение достоверного прогноза не возможно, величина Ти принимается равной нулю.
Толщина заменяемых листов, поясков и стенок балок рамного набора «Ям, момент сопротивления сечения заменяемых балок обыкновенного набора Ж..,, должны приниматься равными таковым для судна возраста Т0.
При этим, если замена связи в возрасти судна от Т0 до Тзш не производилась, то толщины Л',,, момент сопротивления Жзш обеспечивают безремонтную эксплуатацию связей на весь заданный срок продления службы судна (рис. 1). Если замена связи в возрасте судна от Т0 до 7'зм производилась, то на заданный срок продления службы судна необходимо запланировать технические мероприятия, учитывая характер износа связи в возрасте судна от Т0 до Тзш(рис. 2).
Допускается вместо Т0 принимать, в качестве расчетного ближайший до Т0 возраст судна, при котором производилась замена связи или ее дефектация.
Рисунок 1 - Условная схема изменения размеров связей без замены связи
Рисунок 2 - Условная схема изменения размеров связей с заменой связи
Пример назначения размеров связей на основе расчетного возраста судна.
На судне возраста Тзм = 24 (годы) необходимо произвести замену настила главной палубы, имеющего среднюю остаточную толщину .V,,,, = 4,3 мм.
Предполагается дальнейшая эксплуатация судна до возраста Т = 30 (годы). Обоснованный достоверным прогнозом возможный срок эксплуатации связи без ее замены после возраста судна Тзш отсутствует. Тогда в формуле (1) /'„=0. ” ” ”
По формуле (1) определяем расчетный возраст судна То:
То = 2ТЗЫ - Т + Тп = 2 • 24 - 30 + 0 =18
(годы).
Данные о толщине листов в возрасте судна 18 лет отсутствуют.
На четырнадцатом году эксплуатации судна при его дефектации замерами была установлена средняя остаточная толщина настила главной палубы, равная Л' = 5,0 мм. В возрасте судна 16 лет настил главной палубы был отремонтирован методом замены с установкой листов толщиной 8,0 мм.
В качестве расчетного возраста принимаем возраст ближайшего до Т0 ремонта, то есть 16 лет. В интервале от 16 до 24 лет замена листов главной палубы не производилась (аналогично рис. 1).
Тогда, с целью продления срока эксплуатации настила главной палубы до 30 лет, необходимо при замене в возрасте судна Т,„ = 24 года установить толщину настила ^ = 8,0 мм.
Рассмотрим вопросы назначения размеров элементов изношенных настилов и листов обшивки при отсутствии износа набора, для конструкций, не участвующих в общем про-
дольном изгибе судна. Нормативные документы Российского морского регистра судоходства и соответствующие отраслевые методики допускают уменьшение момента сопротивления сечения балки набора на 30%
[Жг] =0,7ШС, где: [Ж] - допускаемый момент сопротивления сечения, требуемый Правилами Российского морского регистра судоходства; 1¥с - строительный момент сопротивления.
Профиль состоит из стенки I, полки 2, присоединенного пояска 3. Присоединенный поясок представляет собой часть настила палубы или обшивки, ширина которого равна шпации набора. При незначительном износе стенки I и полки 2 необходимо найти минимально допустимое значение толщины присоединенного пояска ^1, при котором будет выполнено условие (2). После нахождения данного значения находится минимальная толщина настила или обшивки для соответствующего района по Правилам Российского морского регистра судоходства Выбирается величина 8т, равная максимальному из значений и Л'|.
Величина 8зм заменяется на величину:
‘-'ЗМ 1 иим?
но не менее 3 мм, где £пм - толщина изношенной связи на момент времени Тзш.
Для повышения технической эффективности ремонта применяют метод создания предварительных напряжений в районе ремонта методом замены, после снятия которых обеспечивается максимальная техническая эффективность ремонта [6,7].
Основными факторами, определяющими техническую эффективность ремонта, являются напряжения от общего изгиба судна, существующие в корпусе до заварки ремонтного отверстия и реактивные сварочные напряжения.
К числу ремонтных отверстий относятся прямоугольные вырезы, размеры которых не превышают 0,25 основных размерений корпуса.
При больших размерах вырезов реактивные сварочные напряжения малы и поэтому следует стремиться к уменьшению предварительных напряжений от деформаций ремонтируемых конструкций корпуса в районе ремонта.
При определении оптимальных предварительных напряжений должны быть известны: 2А - размер длинной стороны прямоугольного ремонтного выреза, м; 2В - размер корот-
кой стороны прямоугольного ремонтного выреза, м; А - поперечная усадка сварного шва, определяемая по соответствующим методикам, либо принимаемая равной значению средней усадки Лф=0,1 см; С = А/В - соотношение сторон ремонтного выреза. (2)
Если при приложении изгибающего момента к корпусу судна в районе ремонта возникает двухосное напряженное состояние, то должен быть вычислен коэффициент распора |3 = Рг! Р\, где: р\ - напряжения, действующие в направлении, перпендикулярном диаметральной плоскости; р2 - параллельно диаметральной плоскости.
При определении оптимальных предварительных напряжений для вырезов, расположенных вдоль диаметральной плоскости судна, необходимо пользоваться графиками, изображенными на рис. 3. Эти графики представляют собой зависимости оптимальных предварительных напряжений от соотношения сторон прямоугольного выреза с единичной малой стороной, расположенного вдоль диаметральной плоскости, при поперечной усадке сварного шва, равной ее среднему значению Дф=0,1 см.
Графики представлены для четырех значений коэффициента распора: |3, = 0; 0,1;
0,2; 0,3.
Л.
МПа
N \
\
\
2 N V, \
V \ \
5 ч N
\ V ч N ч
4 \ N \ N V N
Ч
0 1І 2 3І 41 51 с
Рисунок 3 - Зависимости оптимальных предварительных напряжений от соотношения сторон прямоугольного выреза (малая сторона расположена вдоль диаметральной плоскости) (1 -(3, = 0; 2 -
р/ = 0,1; 3 - р/ = 0,2; 4 - р/ =0,3).
Если числовое значение |3 совпадает с одним из значений |3,, то с соответствующего
графика снимается ордината, соответствующая вычисленному значению С. Значение этой ординаты обозначено через о.
Если вычисленное значение |3 не совпадает ни с одним из |3, ,то для определения а снимаются ординаты и с двух а2 соседних графиков, соответствующим значениям |3„ равным /?1 и/?2, таких, что к\<к к-:
Ордината а определяется по формуле линейной интерполяции:
(Р-РОСстг-а!)
+ ах.
(3)
Оптимальные предварительные напряжения определяются через ординату а по формуле:
АВ0 -------1
Лер В
(4)
Если поперечная усадка А принята равной средней усадке А^ , то оптимальные предварительные напряжения могут быть определены по формуле:
Р“- (5)
При определении оптимальных напряжений для вырезов, расположенных перпендикулярно диаметральной плоскости судна, необходимо пользоваться графиками, изображенными на рис. 4. Эти графики представляют собой зависимости оптимальных предварительных напряжений от соотношения сторон прямоугольного выреза с единичной малой стороной, расположенной перпендикулярно диаметральной плоскости, при поперечной усадке еврного шва, равной ее среднему значению А^ = 0,1 см. Графики представлены для четырех значений коэффициента: |3, = 0; 0,1; 0,2; 0,3.
Ри
МПа
100
2 $
\
5 \
4 \
50
Рисунок 4 - Зависимости оптимальных предварительных напряжений от соотношения сторон прямоугольного выреза (малая сторона расположена перпендикулярно диаметральной плоскости) (1 - Р,-= 0; 2 - |й =0,1; 3 — =0,2; 4-01=0,3).
Последовательность заварки отверстия следующая: сначала привариваются одна длинная сторона прямоугольного выреза, затем другая, после этого последовательно привариваются короткие стороны. Сварка производится обратноступенчатым способом.
Пример расчета оптимальных предварительных напряжений при ремонте методом замены.
При ремонте верхней палубы плавбазы необходимо заменить прямоугольный участок палубного перекрытия длиной 6 м и шириной 3 м. Ремонтное отверстие расположено параллельно диаметральной плоскости, а коэффициент распора бортов равен 0,05.
Последовательность расчета следующая.
Обозначаем заданные величины: А = 3
маем А = Аср = 0,1 см.
По графику рис. 3 определяем: Р1 = 0; |32 = 0,1, и , соответственно; о1 = 20,5; о 2 = 11,2.
По формуле (3) получаем: о=((0,05-ОК! 1,2-20,5))/(0,1-0)+20,5=15,8.
Далее по формуле (5) находим р =15,8 1/1,5 = 10,5 МПа.
Таким образом, вырезку и заварку ремонтного отверстия в рассмотренном случае необходимо проводить, прикладывая в районе ремонта растягивающие напряжения, величиной р = 10,5 МПа.
В качестве экспресс методов могут применяться: ремонт корпусных конструкций с применением армированных полимерных покрытий, с образованием трехслойных покрытий.
Применение армированного полимерного покрытия для восстановления местной прочности перекрытия и отдельных пластин допускается при обеспечении общей прочности корпуса.
Толщина покрытия, при которой обеспечено восстановление прочРгв^ти перекрытий, определяется по формуле:
пр
0>ЗМ ^им) С ’ спр
(6)
где: Ем - модуль упругости материала листа; Е„р - модуль упругости покрытия с учетом армирования и связующего.
Ремонт с применением трехслойных конструкций возможен, если величина среднего
с
4
5
3
износа перекрытий не превышает величину среднего допустимого износа по действующим нормативным документам. Ремонту подлежат настилы палуб, платформ, крышки рубок; переборки, выгородки; стенки надстроек и рубок; комингсы дымовых труб с целью восстановления местной прочности.
Восстановление прочности конструкций, не имеющих сквозных трещин, осуществляется путем установки подкреплений или методом замены.
Вмятины и гофры в деформированной обшивке подкрепляются ребрами жесткости (с причерченными по форме деформированной поверхности промежуточным элементом, к которому привариваются ребра) .
Деформированные стенки рамных балок подкрепляются с помощью бракет или ребер жесткости, установленных в районе максимума стрелки прогиба как перпендикулярно длинной стороне бухтины, так и вдоль нее.
При отклонении набора от первоначальной плоскости допускается подкрепление с помощью струн (полос, привариваемых поверх свободных поясков балок набора, перпендикулярно набору, или, при разновысоком наборе, совместно струн и ребер).
Конструкции, имеющие гофрировку подкрепляются приваренными ребрами жесткости вдоль балок набора или путем увеличения толщины набора.
Выбор способа предотвращения дальнейшего развития сквозной трещины, обнаруженной в плоском элементе конструкции корпуса судна производится на основе расчета [6].
Способы предотвращения развития трещины подразделяются на конструкционные и технологические. К конструкционным относятся: полное высверливание трещин, система разгружающих отверстий в кончике трещины, накладные листы. К технологическим - наплавка сварного шва, приварка ребер жесткости.
Трещины подразделяются по длине: короткие - до 30 мм, средние - от 30 мм до 100 мм, длинные - более 100 мм; по расположению: выходящие за кромку листа или контур отверстия и изолированные.
Основными способами являются конструкционные. Технологические способы - до-
полнительные.
Выбор расчетной схемы должен производиться в зависимости от длины трещины и ее расположения. При выборе способа руководствоваться следующей последовательностью: полное высверливание; засверловка одним отверстием; засверловка системой трех отверстий; засверловка с установкой накладных листов; комбинация конструкционных и технологических способов.
Каждому конструкционному способу соответствует только одна расчетная схема, представляющая из себя область плоской части элемента конструкции с трещиной.
Толщина ребер жесткости должна быть не менее толщины элемента с трещиной, а высота не менее десяти толщин.
Допускается установка цементных ящиков.
Литература
1. Руководство по техническому наблюдению за судами в эксплуатации. - НД №2-030101-009,-Санкт-Петербург, -2014.
2. Руководство по техническому наблюдению за ремонтом морских судов. - НД №2-030101-021,-Санкт-Петербург, -2005.
3. Великанов Н.Л. Оценка прочности плоских элементов конструкций при заварке трещин. // Морской инженерный сервис, - М., Транспорт, -1991. № 2. -С. 73 -78.
4. Великанов Н.Л., Корягин С.И. Расчет параметров накладных листов металлоконструкций.// Вестник машиностроения, 2-012. - №12. - С. 13 -15.
6. Великанов Н.Л., Корягин С.И. Восстановление прочности изношенных и поврежденных конструкций корпуса судна: методические указания. - Калининград: Изд-во БФУ им. И Канта. 2013.-25 с.
7. Архангородскии А. Г., Розендент Б. Я., Семенов Л. Н. Прочность и ремонт корпусов промысловых судов.-Л.: Судостроение, 1982.-272 с.
