Оценка технического состояния силовых металлоконструкций стартовых комплексов космодрома Плесецк Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 621-192(035) doi: 10.18698/0536-1044-2019-8-45-50

Оценка технического состояния силовых металлоконструкций стартовых комплексов космодрома Плесецк

Л.В. Эртман, М.Ю. Ерофеев

Научно-исследовательский институт космических систем им. А.А. Максимова — филиал АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»

Evaluation of the Technical Condition of Power Structures of Launch Complexes at the Cosmodrome Plesetsk

L.V. Ertman, M.Y. Erofeev

Space Systems Reseach and Development Institute named after A.A. Maksimov — Branch of AO Khrunichev State Research and Production Space Center

Рассмотрены вопросы обследования и оценки технического состояния силовых металлоконструкций систем и агрегатов стартовых комплексов космодрома Плесецк. Проведен анализ особенностей эксплуатации металлоконструкций на стартовых комплексах этого космодрома и основных типов дефектов, возникающих в металлоконструкциях. Описаны методы и средства неразрушающего контроля, применяемые при обследовании металлоконструкций и их соединений, позволяющие выявлять дефекты на ранних стадиях развития. Это дает возможность своевременно спланировать и принять меры по их устранению и снизить риск внезапного отказа систем и агрегатов. Приведены практические примеры результатов обследования с использованием методов и средств неразрушающего контроля металлоконструкций систем и агрегатов стартовых комплексов 17П32 и 14П25.

Ключевые слова: неразрушающий контроль, обследование металлоконструкций, стартовый комплекс, эксплуатация металлоконструкций

The article deals with the issues of inspection and evaluation of the technical condition of power metal structures of systems and units of the launch complexes at the cosmodrome Plesetsk. An analysis of specific features of operation of metal structures at the cosmodrome's launch complexes and the main types of defects occuring in these structures is carried out. The methods and means of non-destructive testing used in the inspection of the metal structures and assemblies are described. These methods can help to identify defects at the early stages of development, plan and take timely measures to eliminate the defects and reduce the risk of sudden failures of the systems and units. The article provides practical examples of the survey results using the methods and means of non-destructive testing of metal structures of systems and units of the launch complexes 17P32 and 14P25.

Keywords: non-destructive testing, maintenance of metal structures

Металлоконструкции, являющиеся одним из основных элементов систем и агрегатов (СИА) стартовых комплексов (СК) космодрома Плесецк,

inspection of metal structures, launch complex,

представляют собой конструкции (балки, фермы, колонны и др.), связанные сварными, болтовыми и заклепочными соединениями. Техническое со-

стояние силовых металлоконструкций определяет работоспособность агрегатов 11Т11, СМ575, 8У0216М, 8У0215, 11У219 СК 17П32, а также 11У211Р, 11У28Р, КС-65ПР СК 14П25.

Цель работы — анализ снижения рисков внезапных отказов металлоконструкций СИА СК космодрома Плесецк, эксплуатируемых за пределами гарантийных сроков, путем выявления дефектов на ранних стадиях развития с применением методов и средств неразрушаю-щего контроля (НК).

Специалисты Научно-исследовательского института космических систем им. А.А. Максимова с 2009 г. при проведении полугодового и годового технических обслуживаний, ревизий, ремонтно-восстановительных работ, при продлении ресурса и срока службы, устранении неисправностей, а также при подготовке и выполнении штатных работ обследуют и оценивают техническое состояние СИА стартовых и технических комплексов, а также заправочной станции космодрома Плесецк с применением методов и средств НК [1].

Материалы и методы. Основными особенностями эксплуатации металлоконструкций на СК космодрома Плесецк являются:

• длительный срок эксплуатации (для некоторых СИА превышающий 50 лет);

• воздействие различных факторов внешней среды (температуры, влажности, ветровых нагрузок), газодинамической струи при штатной работе, статических и динамических (знакопеременных) нагрузок;

• важная роль в технологическом процессе функционирования СК;

• большие материальные и временные затраты на восстановление при отказе.

В процессе изготовления, монтажа и эксплуатации металлоконструкций могут возникать различные дефекты, влияющие на работоспособность и срок службы СИА.

К основным видам дефектов металлоконструкций относятся:

• трещины (усталостные, термические, коррозионные и др.);

• коррозия (равномерная, неравномерная, избирательная, пятнами, питтинговая, язвенная, сквозная, нитевидная, межкристаллитная, подповерхностная, ножевая, коррозионное растрескивание, коррозионная хрупкость);

• деформации;

• нарушение целостности лакокрасочного покрытия;

• изменение механических свойств (охруп-чивание);

• дефекты сварных швов, болтовых и заклепочных соединений;

• утонения.

Для своевременного выявления дефектов металлоконструкций проводят обследования, используя следующие методы НК:

• визуальный — органолептический контроль, осуществляемый органами зрения;

• измерительный — контроль, осуществляемый с помощью средств измерений [2];

• ультразвуковой — основанный на регистрации параметров упругих волн, возбуждаемых и (или) возникающих в контролируемом объекте;

• твердометрия металла — метод, позволяющий определить твердость поверхностного слоя металла;

• магнитопорошковый — базирующийся на притяжении частиц магнитного порошка силами неоднородных магнитных полей, возникающих над дефектами на поверхности намагниченных деталей, изготовленных из ферромагнитных материалов; метод предназначен для обнаружения дефектов в виде поверхностных и подповерхностных нарушений сплошности [3];

• капиллярный — основанный на использовании эффекта капиллярного проникновения жидкости, смачивающей материал контролируемого изделия, в полости дефектов и регистрации образующихся индикаторных рисунков.

Для обеспечения указанных методов НК применяют следующие средства НК:

- видеоэндоскоп VE 100;

- лазерные дальномеры Leica DISTO D5, Leica DISTO D3;

- ультразвуковые дефектоскопы А1220 Анкер, А1212 Мастер Профи;

- монтажное зеркало 1PK-390G;

- измеритель влажности воздуха Testo 625;

- измеритель напряженности магнитного поля ИМП-6;

- индикатор глубины коррозии типа ИГК;

- комплект для визуального и измерительного контроля типа ВИК, в состав которого входят карманный фонарик, маркер по металлу, измерительную рулетку длиной 5 м, металлическую измерительную линейку L-300, штангенциркуль ШЦ 1-150-0,05 с глубиномером, угольник поверочный 160x100, универсальные шаблоны сварщика УШС-3 и УШС-2 (шаблон катетов швов), измерительная лупа ЛИ3-10х, наборы щупов № 2 и 3, радиусный шаблон № 2

Сектор III Сектор IV

Рис. 1. Схема расположения дефектов газоотражателя агрегата 11У28Р.0801:

1 — газоотражатель агрегата 11У28Р.0801; 2 — подрезы сварного шва (протяженностью 75 мм); 3,10,14, 18 — трещины сварного шва (протяженностью до 25 мм); 4 — вмятина (размером 18,5x20x1,2 мм); 5 — забоины (5x20x4 мм); 6,13,17,24 — зоны максимального газодинамического воздействия (локальногоуноса (стекания)

металла щитов газоотражателя с образованием бугристой поверхности на площади ~600x560 мм в зонах максимального теплового воздействия и скоростного напора газовых струй блока ускорителей); 7 — забоины (20x4x0,7 мм); 8 — вмятина (30x30x4 мм); 9 — вмятина (10x15x2 мм); 11 — забоина (32x3,2x0,4 мм); 12 — забоина (20x1,5x3 мм); 15 — вмятина (40x15x1 мм); 16 — забоина (41x7,6x3 мм); 19 — забоина (30x10x3 мм); 20 — забоина (10x3x1,5 мм); 21 — забоина (32x3,4x0,8 мм); 22 — вмятина (20x19x1 мм); 23 — забоины (до 20x4x2 мм);

25 — забоина (42x3,2x1 мм)

(8...25 мм), радиусный шаблон № 1 (1...6 мм), - люксметр Testo 540;

лупы ЛПП 1-7х и ЛПП 1-2,5х); - набор для магнитопорошкового контроля

- комплект стандартных образцов для ка- YM5 Kit;

либровки ультразвуковых дефектоскопов КОУ- - набор для цветной дефектоскопии Helling

2-СО-2 и КОУ-3-СО-3; (очиститель, проявитель, пенетрант емкостью

- контрольный образец для магнитопорош- 500 мл каждый);

ковой дефектоскопии (сталь 20); - набор для цветной дефектоскопии Magnaflux;

Повернуто

участки, прорезанные шпоночными или шлицевыми канавками, а также имеющие нарезанную резьбу;

- узлы прикрепления раскосов, стоек, диагоналей, связей косынок к поясам;

• с внешними косвенными признаками наличия трещин (с потеками ржавчины, шелушением краски и т. п.);

• расположения сварных швов (особенно ремонтных и местам повторной заварки трещин в сварных швах или по основному металлу);

• подвергшимся повреждениям или ударам;

• с повышенной коррозией и износом [4].

Рис. 2. Схема расположения дефектов на площадке № 2 колонны левой агрегата 11Т11Б:

1 — сквозное коррозионное повреждение 110x10 мм трубы 0802-11 на сгибе снизу; 2 — площадка № 2;

3 — сквозная трещина 20x1 мм сварного шва крепления подкоса 0802-7; 4 — труба 0802-11; 5 — подкос 0802-7

- набор контрольных образцов для цветной дефектоскопии второго класса чувствительности;

- портативный измеритель шероховатости TR 100;

- стандартные образцы предприятия (СОП): плоские, с одной зарубкой 8, 10 и 12 мм; СОП в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов ПБ 03-585-03; СОП согласно руководящему документу РД РОСЭК 001-96;

- твердомеры МЕТ-УДА, NOVOTEST Т-УД2;

- термоанемометр Testo 405 v1;

- ультразвуковые толщиномеры УТ 301, А1208, А1209;

- электромагнитно-акустический толщиномер А1270;

- эндоскоп Testo 319.

При обследовании металлоконструкций особое внимание уделяют состоянию силовых элементов и элементов, работающих в наиболее напряженных условиях, а именно местам:

• наиболее вероятного возникновения усталостных трещин (концентраторам местных напряжений), к которым относятся:

- участки резкого изменения поперечного сечения;

- окончания накладок, ребер (проушин);

- отверстия с необработанными кромками, прожженные, заваренные;

- пересечения сварных швов и их окончания, Рж 3 Схсма расположения дефекта на нижней начало и окончание прерывистых швов; площадке агрегата 11Т11Б:

- перепады в толщинах стыкуемых элемен- i — трещина сварного шва длиной 15 мм; тов; 2 — кронштейн; 3 — нижняя площадка

Результаты обследования металлоконструкций. Примеры дефектов металлоконструкций, выявленных специалистами Научно-исследовательского института космических систем им. А.А. Максимова при обследовании СИА, приведены на рис. 1-3 [5, 6]. Согласно результатам измерения, толщина в точках 6, 13, 17 и 24 (см. рис. 1) составила соответственно 10,4; 12,1; 11,4 и 9,2 мм при номинальной толщине щита 5ном = 16 мм; а утонения — 6,7 мм (42 %)

Вывод

Обследования металлоконструкций СИА СК космодрома Плесецк позволяют:

Литература

• выявить дефекты (повреждения, неисправности), образовавшиеся в процессе эксплуатации;

• оценить техническое состояние металлоконструкций СИА;

• классифицировать дефекты в соответствии с ГОСТ 15467-79 [7] по их влиянию на использование агрегата по назначению, его долговечность и безопасную эксплуатацию;

• уточнить причины дефекта и условия его возникновения и развития, оценить влияющие факторы;

• своевременно спланировать и принять меры по устранению дефекта.

[1] Типовая программа обследования и оценки технического состояния СИА СК 17П32 с

использованием методов и средств НК. Юбилейный, НИИ КС, 2016. 68 с.

[2] РД 03-606-03. Инструкция по визуальному и измерительному контролю. Москва, Гос-

технадзор, 2004. 101 с.

[3] Шелихов Г.С., Глазков Ю.А. Магнито порошковый контроль. Москва, ИД «Спектр»,

2011. 183 с.

[4] Типовая методика проведения визуального и измерительного контроля и оценки тех-

нического состояния элементов систем и агрегатов войсковой части 13991. Юбилейный, НИИ КС, 2016. 69 с.

[5] Технический отчет-заключение № 293/17/990/14П25 о техническом состоянии СИА

СК 14П25 по результатам обследования методами и средствами НК при проведении годового технического обслуживания. Юбилейный, НИИ КС, 2017. 175 с.

[6] Технический отчет-заключение № 279/17/990/17П32-С4 о техническом состоянии СИА

СК 17П32-С4 по результатам обследования методами и средствами НК при проведении полугодового технического обслуживания. Юбилейный, НИИ КС, 2017. 157 с.

[7] ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины

и определения. Москва, Стандартинформ, 1979.

References

[1] Tipovaya programma obsledovaniya i otsenki tekhnicheskogo sostoyaniya SIA SK 17P32 s

ispol'zovaniyem metodov i sredstv NK [A typical program of examination and evaluation of the technical condition of SIA SK 17P32 using the methods and means of NK]. Yubileynyy, NII KS publ., 2016. 68 p.

[2] RD 03-606-03 Instruktsiya po vizual'nomu i izmeritel'nomu kontrolyu [RD 03-606-03 Instruc-

tions for visual and measurement control]. Moscow, Gostkhnadzor publ., 2004. 101 p.

[3] Shelikhov G.S., Glazkov Yu.A. Magnitoporoshkovyy kontrol' [Magnetic particle control].

Moscow, ID «Spektr» publ., 2011. 183 p.

[4] Tipovaya metodika provedeniya vizual'nogo i izmeritel'nogo kontrolya i otsenki tekhnich-

eskogo sostoyaniya elementov sistem i agregatov voyskovoy chasti 13991 [Typical methods of carrying out visual and measuring control and assessment of the technical condition of the elements of systems and components of military unit 13991]. Yubileynyy, NII KS publ., 2016. 69 p.

[5] Tekhnicheskiy otchet-zaklyucheniye no. 293/17/990/14P25 o tekhnicheskom sostoyanii SIA SK

14P25 po rezul'tatam obsledovaniya metodami i sredstvami NK pri provedenii godovogo

tekhnicheskogo obsluzhivaniya [Technical report-conclusion no. 293/17/990 / 14P25 on the technical condition of the SIA SK 14P25 according to the results of the survey using the methods and means of the NC during the annual maintenance]. Yubileynyy, NII KS publ., 2017. 175 p.

[6] Tekhnicheskiy otchet-zaklyucheniye no. 279/17/990/17P32-S4 o tekhnicheskom sostoyanii SIA

SK 17P32-S4 po rezul'tatam obsledovaniya metodami i sredstvami NK pri provedenii polu-godovogo tekhnicheskogo obsluzhivaniya [Technical report-conclusion no. 279/17/990/17P32-C4 on the technical condition of the SIA SK 17P32-C4 according to the results of a survey using the methods and means of ND when conducting semi-annual maintenance]. Yubileynyy, NII KS publ., 2017. 157 p.

[7] State Standard 15467-79. Product-quality control. Basic concepts. Terms and definitions.

Moscow, Standartinform publ., 1979.

Информация об авторах

ЭРТМАН Леонид Викторович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, начальник научно-технического центра. Научно-исследовательский институт космических систем им. А.А. Максимова — филиал АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева» (141091, Королёв, Московская область, Российская Федерация, мкрн. Юбилейный, ул. М.К. Тихонравова, д. 27, e-mail: [email protected]).

ЕРОФЕЕВ Михаил Юрьевич — аспирант, главный научный сотрудник. Научно-исследовательский институт космических систем им. А.А. Максимова — филиал АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева» (141091, Королёв, Московская область, Российская Федерация, мкрн. Юбилейный, ул. М.К. Тихонравова, д. 27, e-mail: [email protected]).

Статья поступила в редакцию 28.03.2019 Information about the authors

ERTMAN Leonid Viktorovich — Candidate of Science (Eng.), Senior Researcher, Head of Research and Development Center. Space Systems Reseach and Development Institute named after A.A. Maksimov — Branch of AO Khrunichev State Research and Production Space Center (141091, Korolev, Moscow region, Russian Federation, Yubileiniy District, Tikhonravov St., Bldg. 27, e-mail: [email protected]).

EROFEEV Mikhail Yurievich — Postgraduate, Lead Researcher. Space Systems Reseach and Development Institute named after A.A. Maksimov — Branch of AO Khrunichev State Research and Production Space Center (141091, Korolev, Moscow region, Russian Federation, Yubileiniy District, Tikhonravov St., Bldg. 27, e-mail: [email protected]).

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Эртман Л.В., Ерофеев М.Ю. Оценка технического состояния силовых металлоконструкций стартовых комплексов космодрома Плесецк. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2019, № 8, с. 45-50, doi: 10.18698/0536-1044-2019-8-45-50

Please cite this article in English as: Ertman L.V., Erofeev M.Y. Evaluation of the Technical Condition of Power Structures of Launch Complexes at the Cosmodrome Plesetsk. Proceedings of Higher Educational Institutions. Machine Building, 2019, no. 8, pp. 45-50, doi: 10.18698/0536-1044-2019-8-45-50