CC BY
152
УДК 629.5.02
ПОВРЕЖДЕНИЯ И РЕМОНТ КОНСТРУКЦИЙ СУДОВ СМЕШАННОГО ПЛАВАНИЯ
А.Г. Чесноков, канд. техн. наук, доцент
Приведен анализ усталостных повреждений конструкций судов типа «Омский» и даны рекомендации по их устранению.
Рис. 9, библиогр. 4.
Ряд судов типа «Омский» (проект 1743) были переведены из класса «М» Речного Регистра Судоходства в класс ПСП Морского Регистра Судоходства. Для того чтобы общая прочность этих судов соответствовала требованиям Правил Морского Регистра [1], их корпус был подкреплен накладными полосами по днищу, палубе и продольному непрерывному комингсу. С целью обеспечения необходимой местной прочности носовой район корпуса был усилен бортовыми стрингерами и поперечными днищевыми ребрами жесткости.
После осуществления модернизационных работ на судах этого типа в первый же год эксплуатации были отмечены повреждения отдельных конструкций, являющиеся следствием воздействия на корпус волновых нагрузок. К ним относятся усталостные трещины в продольных непрерывных комингсах грузовых люков, обшивке второго борта и рамных шпангоутах.
В настоящей статье приводится анализ указанных повреждений и даны рекомендации по их предотвращению.
Трещины усталости были обнаружены у концов сбегов продольных непрерывных комингсов, вне пределов средней части судна (134 шп.), по сварному шву, соединяющему вертикальный лист с настилом верхней палубы корпуса (рис. 1), и в поясках комингсов, в районах углов прямоугольных вырезов (рис. 2) и концов направляющих люковых закрытий (рис. 3) трюма № 3 и частично трюмов № 2 и № 4 (средняя часть судна). Данные дефекты обусловлены общим изгибом корпуса судна.
Причиной повреждений концов сбегов комингсов является высокая концентрация напряжений, обусловленная жесткими точками, образованными за счет притупления. Для устранения отмеченных повреждений необходимо трещины разделать и заварить по обычной технологии, а под палубным настилом, на расстоянии 20мм от конца сбега (как этого требует руководящий документ [2]), установить поперечную связь (рис. 4). В действительности же поперечная связь установлена на расстоянии ~ 300мм. В результате чего, при отсутствии надлежащего подкрепления, под действием сосредоточенной силы, возникаемой у концов комингсов (при общем изгибе продольный комингс совместно с корпусом работает как прерывистая связь), произошел отрыв стенки от палубы корпуса.
Кроме того, на основании того же документа [2], притупления концов сбегов комингсов следует убрать в соответствии с рис. 5, так как комингсы выполнены из низколегированной стали.
Причина повреждений поясков комингсов у прямоугольных вырезов - это концентрация напряжений, вызванная недостаточным скруглением углов этих вырезов и жесткими точками, образованными в этих же местах в результате резкого обрыва направляющих люковых закрытий, представляющих собой стальные бруски шириной 40мм и высотой 90мм, которые приварены к пояску этого комингса (рис. 2).
Следует отметить, что в районе 67 шп., трещины, появившиеся в углах вырезов, распространившись, разрушили пояски комингсов обоих бортов. Затем они перешли на продольные стенки, разрушили их и подкрепляющие эти стенки продольные ребра жесткости и вышли на настил верхней палубы. Общая длина трещины в одном комингсе составила ~ 1,6м (рис. 2).
При внеплановом ремонте предотвратить распространение трещин пытались с помощью накладных дублирующих планок. Однако такой способ конструктивного торможения трещин в продольном комингсе не дал положительных результатов. Подкрепления разрушились в период ближайшего же шторма.
Руководствуясь нормативным документом [2], данные повреждения можно устранить путем исключения части верхнего пояска комингса с концентраторами напряжений из общего изгиба, сделав этот поясок разрезным (рис. 6). Однако при этом момент сопротивления поперечного сечения корпуса для комингса уменьшится на 11%. Не смотря на то, что общая прочность изношенного корпуса будет соответствовать требованиям «Инструкции по оценке технического состояния корпусов морских судов» [3], такой подход нельзя признать рациональным. Целесообразнее будет изменить конструкцию узла, а именно: прямоугольный вырез привести к гантелеобразному виду за счет скругления концов выреза по радиусу (рис. 7а) (таким образом, будет снижена концентрация напряжений у выреза), а в направляющих люковых крышек, заканчивающихся у этих вырезов, с целью исключения жестких точек, выполнить прорези в соответствии с рис. 7б.
В случае выполнения указанных рекомендаций, имеющиеся в
Рис. 1. Повреждения у концов продольных непрерывных комингсов.
1 - вертикальный лист; 2 - сбег; 3 - поясок; 4 - настил верхней палубы; 5 - трещина длиной 50мм; 6 - рамный бимс; 7 - карлингс; 8 - бимс;
9 - жесткая точка.
Рис. 2. Повреждения продольных комингсов в районах вырезов.
1 - поясок; 2 - вырез; 3 - трещина; 4 - продольная стенка комингса; 5 - направляющая роликов люковых крышек; 6 - ребро жесткости; 7 - верхняя палуба; 8 - карлингс; 9 - жесткая точка.
комингсах трещины можно будет разделать и заварить по обычной технологии.
Следует отметить, что направляющие роликов люковых крышек прерываются не только у вырезов. В некоторых районах комингса в них выполнены расширительные соединения, где и образовались жесткие точки в местах пересечения их с пояском (рис. 3). Трещины, появившиеся непосредственно у жестких точек, развивались перпендикулярно направляющим, в обе стороны от них. Одна трещина дошла до края пояска, вторая, дойдя до стенки комингса, стала распространяться по ней почти вертикально и в некоторых местах достигла длины ~ 150мм.
Для исключения жестких точек в рассмотренных районах необходимо участки направляющих приварить между собой стыковым швом с разделкой, а имеющиеся трещины заварить по обычной технологии.
При осмотре корпусных конструкций усталостные трещины
были также обнаружены и в узлах соединения рамного шпангоута, рамного бимса, наклонного листа и листа внутреннего борта практически на каждом шпангоуте левого и правого бортов во всех четырех грузовых трюмах (рис. 8 а, б). Причина их образования - высокая напряженность, создаваемая номинальными напряжениями от перекоса шпангоутной рамки при скручивании корпуса судна и концентрацией напряжений, обусловленной недостаточно плавным переходом соединения рамного шпангоута и рамного бимса.
При ремонте предотвратить появление повреждений в указанных районах пытались с помощью дублирующих планок, устанавливаемых на сварные швы соединения верхнего наклонного листа с листом внутреннего борта (места трещин). Такие мероприятия к желаемому результату не привели. Трещины вновь возникли в этих узлах, но уже по сварному шву, соединяющему планку с наклонным листом или внутренним бортом (рис. 8 в).
В руководящем документе [4] приводятся конструктивные ва-
Рис. 3. Повреждения комингсов у концов направляющих люковых закрытий.
1 - поясок комингса; 2 - направляющая роликов люковых крышек; 3 - трещина; 4 - вертикальный лист продольного комингса;
5 - жесткая точка.
Рис. 4. Конструктивное оформление концов сбегов комингсов.
1 - сбег продольного непрерывного комингса; 2 - верхняя палуба; 3 - связь поперечная; 4 - карлингс.
Рис. 5. Удаление притупления концов сбегов комингсов.
1 - сбег продольного комингса;
2 - верхняя палуба.
а
Рис. 6. Комингс с разрезным пояском.
1 - вертикальный лист; 2 - разрезной поясок; 3 - стойка комингса.
б)
Вид Л
Рис. 7. Модернизация пояска комингса. 1 - поясок; 2 - гантелеобразный вырез; 3 - направляющая роликов люковых закрытий; 4 - прорезь.
рианты оформления данных узлов пересечения листовых элементов, применяемых при постройке судов. В условиях же ремонта выполнение этих рекомендаций потребует значительных материальных затрат. Поэтому для исключения появления повреждений предлагается этот узел модернизировать, а именно: в плоскости
шпангоутов установить скругленную кницу (рис. 9), обеспечив тем самым плавность перехода соединения рамного бимса и рамного шпангоута. Существующие трещины в этих районах можно будет разделать и заварить по обычной технологии.
Рис. 8. Повреждения в районе рамного шпангоута.
1 - настил палубы; 2 - комингс; 3 - обшивка борта; 4 - рамный шпангоут; 5 - обшивка внутреннего борта; 6 - наклонный лист; 7 - трещина длиной 100мм; 8 - трещина длиной 300мм; 9 - дублирующая планка.
ВЫВОДЫ
1. Рассмотренные усталостные повреждения явились результатом конструктивных ошибок, допущенных при проектировании судов этого типа. Поэтому при переклассификации речных судов в морские следует делать анализ их конструкций на соответствие Правилам Морского Регистра [1] и существующим нормативным документам.
2. Предложенные рекомендации по устранению повреждений могут быть использованы при ремонте корпусов судов данного типа.
Литература:
1. Правила классификации и постройки морских судов. В 2 т./ Регистр Морского Судоходства. - С.-Пб.: Транспорт, 1999.
2. РД 5.1046-87. Комингсы грузовых люков: Правила проектирования. Конструкции. Методические указания. - М.: Издательство стандартов, 1987.
3. Инструкция по определению технического состояния, обновлению и ремонту корпусов морских судов. - С.-Пб.: Российский Морской Регистр Судоходства, 1998. - 71 с.
4. РД 5.1037-72. Набор судовой в районах резкого изменения сечений, изломов оси и узловых соединений. Вырезы в наборе: Нормы и правила проектирования. - М.: Издательство стандартов, 1972.
