CC BY-NC
68
ДРУГИЕ ВОПРОСЫ МОРСКОЙ ТЕХНИКИ
ШЬ 10.24937/2542-2324-2019-3-389-157-164 УДК 656.612.001.4
Ю.Н, Мясников
ФГУП «Крыловский государственный научный центр», Санкт-Петербург, Россия
ПРОГРЕССИВНЫЕ ИСПЫТАНИЯ КОРАБЛЕЙ ФЛОТА
Объект И цель научной работы. Анализ и исследование приемо-сдаточных испытаний кораблей флота. Материалы и методы. В качестве исходных материалов используются применяемые методики приемосдаточных испытаний судов и кораблей флота.
Основные результаты. Показан основной недостаток современной методики приемо-сдаточных испытаний судов и кораблей, который состоит в том, что процедура испытаний не учитывает техническое состояние оборудования корабля, поскольку измеряются только функциональные характеристики пропульсивного комплекса. Следовательно, значима вероятность принятия корабля, находящегося в зоне, близкой к неисправному состоянию. Подтверждение тому - аварии и отказы оборудования нового и прошедшего ремонт корабля. Предлагаемое совершенствование методики приемо-сдаточных испытаний на основе внедрения диагностической аппаратуры и приборов, построенных на новых физических принципах, позволяет получить технически исправный корабль и, главное, составить эталонный портрет технического состояния оборудования. Использование этого портрета в процессе эксплуатации не только станет основой прогрессивных испытаний кораблей флота, но и поможет реализовать программу перевода кораблей и судов на эксплуатацию по фактическому техническому состоянию.
Заключение. Теоретическая ценность статьи - совершенствование парадигмы приемо-сдаточных испытаний кораблей и судов на базе внедрения современных информационных технологий, позволяющих реализовать программу прогрессивных испытаний и получить практически значимую обратную связь «эксплуатация - строительство - наука».
Ключевые слова: приемо-сдаточные испытания, ходовые испытания, обеспечение безопасности, эталонный портрет технического состояния.
Автор заявляет об отсутствии возможных конфликтов интересов.
MISCELLANEOUS
DOI: 10.24937/2542-2324-2019-3-389-157-164 UDC 656.612.001.4
Yu. Myasnikov
Krylov State Research Centre, St. Petersburg, Russia
PROGRESSIVE TESTS OF SHIPS
Object and purpose Of research. Analysis and investigation of ship delivery-acceptance tests. Materials and methods. Current procedures of delivery-acceptance tests for ships and vessels.
Main results. This paper outlines the main drawback of delivery-acceptance test procedure for ships: this procedure does not take into account technical condition of ship equipment and only measures functional parameters of her propulsion system. Accordingly, a ship in poor technical condition may well pass acceptance tests satisfactorily. Lamentable proofs of this fact are
Для цитирования: Мясников Ю.Н. Прогрессивные испытания кораблей флота. Труда Крыловского государственного научного центра. 2019; 3(389): 157-164.
For citations: Myasnikov Yu. Progressive tests of ships. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2019; 3(389): 157-164 (in Russian).
frequent faulties and failures of ships newly built or just after repair. This study suggests an improvement of delivery-acceptance tests based on application of new diagnostic equipment and tools that make sure that the ship is in good order indeed and, most importantly, give a reference model for technical condition of equipment. Practical application of this reference model will not only become the basis of progressive ship testing but will also be helpful in transition to operation of ships and vessel based on their actual technical condition.
Conclusion. This paper improves theoretical principles of delivery-acceptance tests of ships and vessels based on new information technologies that enable implementation of progressive test program and yield a tangible and meaningful feedback between ship operators, yards and scientists.
Keywords: delivery-acceptance tests, sea trials, safety, reference model of technical condition. Author declares lack of the possible conflicts of interests.
Знание технического состояния судового оборудования и систем жизнеобеспечения - основа их оптимальной работы и решение проблем энергоэффективности и безопасности мореплавания. Добавим к этим словам основополагающую идею академика А.Н. Крылова о развитии теории корабля: «...вопросы теории корабля ставились практикою, обыкновенно какой-нибудь крупною катастрофою с кораблем, на котором не были соблюдены принципы теории; но и теория должна руководствоваться указаниями практики, согласовывать свои допущения с действительностью, проверять свои выводы опытом и наблюдениями, доставляемыми практикой, работая и развиваясь с нею в полном единении. В этом единении лежит залог правильного развития как теории, так и практики, и залог совершенствования корабля, что особенно важно теперь, когда идет столь деятельное создание мощного Военно-Морского Флота для нашего Союза ССР» [1].
Полвека назад в мире терпели катастрофу с летальным исходом 300-350 судов в год. Современная статистика [2] показывает, что ежегодно погибает около 250 судов общим тоннажем 1000 000 т, унося тысячи человеческих жизней. Возникает закономерный вопрос: в чем причина столь малых успехов в области обеспечения безопасности мореплавания?
Причин много [3], но главной представляется постепенная утрата в судостроении обратной системообразующей связи «эксплуатация - производство - наука». До 70-х - начала 80-х гг. эту связь обеспечивали заказчик (ВМФ) и проектант корабля в рамках статистической концепции надежности путем сбора и обработки информации об отказах оборудования. Но мелкосерийность судового оборудования, резкое сокращение нового строительства и, как следствие, снижение количества кораблей на боевой службе в Мировом океане практически свели на нет некогда организованную у заказчика службу по изучению опыта эксплуатации флота.
В этой связи есть все основания обратиться к истории развития российского флота. Известно, что заключительным аккордом приема построенного корабля являются его ходовые испытания, или, как говорили, приемо-сдаточные испытания. Первая методика таких испытаний была разработана и внедрена А.Н. Крыловым. Она включала положения, не утратившие своего значения до настоящего времени. Согласно этой методике, на мерной миле определялись мощность главных механизмов и расход топлива в процессе специальных теплотехнических испытаний на двух-трех ходовых режимах. В результате этих испытаний получали данные о максимальной скорости корабля при полной мощности главных машин. Начиная с режима малого хода прогрессивно увеличивали частоту вращения винтов до максимальной -в результате скоростные испытания стали называть прогрессивными. На мореходных испытаниях «постоянная» приемная комиссия следила за поведением корабля на волнении, за бортовой и килевой качкой, рысканием, заливаемостью, герметичностью корпуса. Важно отметить, что сотрудники Опытового бассейна всегда участвовали в ходовых испытаниях кораблей и сверяли свои работы с практическими результатами.
Изменилось ли что-нибудь в практике приемосдаточных испытаний кораблей? Автор имеет достаточно оснований1 для того, чтобы утверждать: методика А.Н. Крылова не претерпела принципиальных изменений. Однако основной ее недостаток состоит в том, что процедура испытаний не учитывает техническое состояние оборудования корабля, т.к. измеряются только функциональные характеристики пропульсивного комплекса. Характер и область изменения этих характеристик (параметр Дт(0 на Рис- 1) таковы, что они начинают изменяться, когда техническое состояние механизмов
1 Практический опыт участия в ходовых испытаниях кораблей в качестве руководителя контрольно-измерительной партии - 12 лет.
и аппаратов (параметр £(?)) приближается к своему допустимому значению [4].
Следовательно, велика вероятность того (и отказы оборудования после ходовых испытаний тому подтверждение), что принимаются элементы про-пульсивного комплекса, находящиеся в зоне, близкой к неисправному состоянию. Как следствие, сданный и принятый флотом корабль не отвечает проектным показателям надежности и виброакустическим характеристикам.
Совершенствование методики приемо-сдаточных испытаний кораблей на основе внедрения диагностических приборов, построенных на новых физических принципах [4], позволяет получить технически исправный корабль и составить эталонный портрет технического состояния оборудования, использование которого в процессе эксплуатации дает возможность реализовать программу прогрессивных испытаний корабля. Суть этой программы состоит в том, что начиная с ходовых испытаний головного корабля при наличии его эталонного портрета периодически, в соответствии с действующей системой технического обслуживания корабля, проводятся контрольные испытания (раньше они назывались теплотехническими испытаниями). Их целью является определение уровня деградаци-онных процессов и выявление проблем, требующих научного и проектного решения.
В настоящее время рынок располагает представительным рядом диагностических приборов отечественного (таблица) и иностранного [5] производства. использующих физические методы диагностики и позволяющих прямо или косвенно определить в ходе диагностического обследования уровень износа и повреждения энергомеханического оборудования.
Большинство отечественных диагностических приборов внесены в перечень инвентарного снабжения судов всех типов, классов и назначений, строящихся для России (РД 31.00.14-97 «Суда морского флота. Нормы снабжения инвентарным имуществом и инструментом»).
Учитывая, что процесс износа и накопление повреждений занимает длительное время, логичным представляется объединение их в составе мобильного диагностического комплекса (МДК) [6] с соответствующим программным обеспечением, который станет, с одной стороны, информационно-измерительным ядром приемо-сдаточной комиссии, а с другой - основой для реализации прогрессивных испытаний головных кораблей, т.е. экспериментальным источником обратной связи в жизнен-
Рис. 1. Алфавит технического состояния механизма: Sj(t) - механический параметр (количественная характеристика износа); Дт(0 - теплотехнический параметр; Ф(Q - параметр физического поля, сопутствующего работе механизма
Fig. 1. Fundamental parameters oftechnical condition: S,(f) - mechanical parameter (qualitative characteristic of wear); Дт(£) - thermal parameter; Ф(£) - physical signature parameter corresponding to the opération of mechanism
ном цикле корабля «эксплуатация - производство -проектирование - наука».
В практически значимом аспекте МДК составит материальную основу Лаборатории прогрессивных испытаний кораблей флота (ЛГТИК), основными задачами которой являются:
■ ходовые (приемо-сдаточные) испытания кораблей флота;
■ прогрессивные испытания головного корабля данной серии;
■ определение остаточного ресурса корабельных технических средств и оформление «паспорта надежности» оборудования и систем корабля. Для реализации этих задач ЛПИК станет составной частью стационарного информационно-диагностического центра (ИДЦ) [3], организованного по мотивам системной реализации программы диагностического обеспечения плавучей атомной теплоэлектростанции (рис. 2) [3, 7].
ИДЦ. располагая информацией о техническом состоянии (остаточном ресурсе) кораблей флота, способен в реальном масштабе времени ответить на вопросы, определяющие принятие решений на уровне командования флота, в первую очередь, в результате паспортных (ходовых) испытаний кораблей новой постройки, а также судов, прошедших модернизацию. Он покажет, насколько
Диагностические приборы отечественного производства Russian diagnostic tools
№ Наименование прибора Функциональная характеристика Тех. условия Разработчик Патент, авторское свидетельство
1 Лаборатория анализа масла и топлива портативная (ПЛАМ) Позволяет оперативно в судовых условиях опреде.инь следующие показатели моторных, турбинных и гидравлических масел: ■ содержание воды в масле (0-3 % и выше); • общее щелочное число; • вязкость масла (в % от свежего масла); • загрязненность масла; • диспергирующая способность; • окисление (по эталонам цветной фотографии). Приборы ПЛАМ (№ 1, 2, 3) защищены патентами РФ ТУ4215-001-04607153-96 ЗАО «ЦНИИМФ» Патенты № 2034264 РФ, № 2004906 РФ, а.с. 142899, СССР
2 Индикатор железа в масле Предназначен для оперативного определения железа в масле механизмов, где содержание ферромагнитных продуктов износа влияет на исправную работу оборудования (цилиндропоршневая группа, зубчатые передачи редукторов и т.п.) ТУ4215-005-04607153-01 ЗАО «ЦНИИМФ»
3 Универсальные центрирующие устройства УЦУ-1 иУЦУ-2 Устройства предназначены для проведения центровки механизмов, соединенных с помощью муфты. Конструкция устройства предусматривает использование двух способов центрирования ТУ3946-002-04697153-96, ТУ3946-006-04607153-04 ЗАО «ЦНИИМФ» Патент № 2279036 РФ
4 Пневмо- индикатор ПИ-2М Предназначен для определения плотности в камерах сгорания дизелей, а также для контроля геометрических углов подачи топлива топливным насосом высокого давления ТУ4213-008-04607153-03 ЗАО «ЦНИИМФ» A.c. № 1462136 РФ
5 Измерительно-логический комплекс СКАН Комплекс включает: • СКАН-спектроанализатор; ■ СКАН-вибродоктор; • СКАН-дизель. Особенностью комплекса, отличающей его от зарубежных аналогов, является отсутствие отметчика угла поворота коленчатого вала, что упрощает его применение ЗАО «ЦНИИМФ»
6 Прибор для контроля состояния подшипников качения «КОНТЕСТ- 77 ДМ» Определяет наличие и состояние смазки, дефекты на беговой дорожке и телах качения подшипника, неправильную установку подшипника ЗАО «ЦНИИМФ» Зарегистрирован в государственном Реестре средств Измерений № 19941-00
Table continuation Russian diagnostic tools
№ Наименование прибора Функциональная характеристика Тех. условия Разработчик Патент, авторское свидетельство
7 Виброанализатор «КОНТЕСТ 795М» Малогабаритный универсальный сборщик диагностической информации для широкого класса механизмов. Позволяет измерять параметры вибрации, проводить балансировку механизмов, определять состояние подшипников качения и скольжения, измерять частоту вращения механизма ЗАО «ЦНИИМФ» Зарегистрирован в государственном Реестре средств измерений № 19939-00
8 Ультразвуковой толщиномер УТ-93П Контроль толщин трубопроводов, стенок емкостей и т.п. ЗАО «ЦНИИМФ»
9 Универсальный аппаратно- программный комплекс «Дизель- Адмирал» Позволяет с высокой точностью измерять давление в цилиндрах дизеля и рассчитывать индикаторную мощность, измеряет угол поворота коленчатого вала и частоту вращения, давление наддува и давление впрыска топлива. Состав аппаратуры и программное обеспечение определяются заказчиком НПК «Гарант», СПб
10 Торсиометр Измерение крутящего момента и упора на вращающихся гребных валах судов Государственный университет морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова Патент на изобретение № 2326355 РФ
предъявленный к сдаче корабль (судно) удовлетворяет техническим требованиям, предусмотренным договором между заказчиком и заводом-строителем. И это главное. Не менее важным является наличие эталонного портрета технических средств, позволяющего реализовать программу прогрессивных испытаний и выявить проблемы, требующие научного и проектного решения. Последний важнейший момент - обратная (системообразующая) связь между наукой, производством и эксплуатацией.
Но есть и другая, практически значимая компонента в пользу реализации диагностической программы в процессе ходовых испытаний. Результаты эти имеют далеко идущие последствия и формируют аналитический аппарат совершенствования методического инструментария технико-
экономического анализа и оптимизации судостроительных программ, учитывающих текущие производственные возможности, сервисное обслуживание, риски внепланового обслуживания и ремонта, интенсивность эксплуатации флота, а также, безусловно, финансовые возможности заказчика [8]. Современного судовладельца интересует не только стоимость и соответствие заказанного корабля (судна) заданным количественным показателям, но и то. как поддерживать его работоспособность с наименьшими затратами в течение всего периода эксплуатации [9].
Важно обратить внимание на то, что расширенное внедрение в практику приемо-сдаточных испытаний кораблей и судов, диагностических приборов и аппаратуры, построенных на новых физических принципах, изменит отношение разработчиков
Центр управления кризисными ситуациями
Центр подготовки персонала
XZ
Комплексная система управления техническими средствами ПАТЭС
САЗ САУ СЦК ПАК ТД (алгоритм «Поиск»)
) 1
Модуль сбора и первичной обработки сигналов датчиков теплотехнических параметров
Датчики теплотехнических и электрических параметров
Система
МОНИТО' ринга защитных барьеров безопасности
ппу
ПТУ
=[]С=
ТГ ЭС
Общесудовые системы
АДГ АБ
*
I
Комплект мобильных диагностических приборов
ИВК (алгоритм «Диагноз»)
Центр управления обслуживанием и ремонтом оборудования ПАТЭС по ФТС
Рис, 2. Структурная схема
диагностического обеспечения плавучей
атомной теплоэлектростанции:
САЗ - система аварийной защиты;
САУ - система автоматического управления;
СЦК - система централизованного контроля;
ПАК ТД - программно-аппаратный комплекс
технического диагностирования;
ППУ - паропроизводящая установка;
ПТУ - паротурбинная установка;
ТГ - турбогенератор; ЭС - электростанция;
АДГ - аварийный дизель-генератор;
АБ - аккумуляторная батарея;
ИВК - информационно-вычислительный
комплекс;
ФТС - фактическое техническое состояние
Fig. 2, Layout of diagnostic support for floating NPP:
CA3 - emergency safety system;
САУ - automatic control system;
СЦК - centralized control system;
ПАК ТД - software & hardware package for technical
diagnostics; ППУ - steam generator;
ПТУ - steam turbine; ТГ - turbogenset;
ЭС - power plant; АДГ - emergency diesel genset;
АБ - battery; ИВК - information & computation
system; ФТС - actual technical condition
и изготовителей судового оборудования к проведению стендовых испытаний с учетом отработки методов и адаптации средств диагностики к поставляемому оборудованию.
Заключение
Conclusion
Каждый корабль (судно), прежде чем войти в состав флота, проходит три стадии государственной проверки: экспертиза технического (рабочего) проекта, наблюдение за процессом проектирования, строительства и приемо-сдаточные (ходовые) испытания. Так происходит, с небольшим перерывом, с 1909 г.: тогда после русско-японской войны Морское министерство искало пути совершенствования организации приемки кораблей и учредило Постоянную комиссию для испытания судов военного флота. В Советское время эта комиссия утратила статус
«постоянной», что не лучшим образом отразилось на качестве сдаваемых кораблей, явно проявившемся в постсоветский период. Развернутая в 60-е гг. программа обеспечения надежности судовых технических средств на основе статистической концепции не дала желаемых результатов по двум основным причинам. Во-первых, проектные расчеты надежности базируются на вероятностной модели эксплуатации корабля, в основе которой лежит интенсивность отказов предшествующего типового оборудования и принятый закон их распределения. Во-вторых, применение теории вероятностей корректно для больших и однородных выборок, а судовое оборудование не только мелкосерийно, но и во многих случаях уникально, с широким спектром режимов эксплуатации. К этому следует прибавить отсутствие строгой системы сбора статистической информации по отказам судового оборудования, которую не удалось создать даже в СССР, что поставило под сомне-
ние возможность практического применения вероятностного аппарата оценки надежности судовых технических средств в процессе их прямого использования при эксплуатации судна.
Появление атомной энергетики на кораблях и судах вызвало активное развитие автоматизированных систем управления и централизованного контроля и, как следствие, сокращение машинной команды с потерей органолептической составляющей определения технического состояния судового оборудования в процессе его эксплуатации. Последнее стимулировало разработку и развитие программ создания аппаратных средств и приборов диагностики, построенных на новых физических принципах (рис. 1, таблица).
Сегодня на рынке представлена широкая номенклатура диагностических приборов и систем: например только в области вибродиагностики выпускаются десятки различных приборов и первичных преобразователей [9]. В этой связи возникла проблема синтеза такой компоновки диагностического обеспечения технических средств, которая с требуемой полнотой решала бы задачи идентификации остаточного ресурса оборудования с выдачей паспорта его надежности [6]. Решение этой проблемы предполагает возрождение ЛПИК в Крыловском государственном научном центре. Задачи, которые должна решать ЛПИК, - это проведение комплекса теоретических и экспериментальных исследований [9], направленных на анализ конструктивных особенностей и специфических условий эксплуатации оборудования, анализ условий нагружения и характерных эксплуатационных повреждений ответственных узлов и деталей, выбор методов диагностики и приборов, способных функционировать в судовых условиях, а также их экспериментальная проверка, формирование информационно-вычислительного ядра в рамках мобильного диагностического комплекса [6]. Последнее - не только практически значимый инструментарий приемо-сдаточной комиссии, но и реализация идеи академика А.Н. Крылова о развитии теории корабля на базе практических знаний о его поведении в эксплуатации (прогрессивные испытания головного корабля серии) [10].
Библиографический список
1. КрыловА.Н. Мои воспоминания. СПб.: Политехника, 2014.
2. Костылев И.И., Мясников Ю.Н., Петухов В.А. Безопасность мореплавания и проблемы подготовки морских инженеров. Научно-технический сборник РМРС. 2014. № 37. С. 94-96.
3. Мясников Ю.H. Междисциплинарные инновационные технологии в судостроении // Труды Крыловского государственного научного центра. 2019. Вып. 1(387). С. 184-196.
4. Мясников Ю.Н., Иванченко A.A., НикитинАМ. Информационные технологии в пропульсивном комплексе морского судна. СПб.: ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова, 2013.
5. ХартХ. Введение в измерительную технику. М.: Мир, 1999.
6. Мясников Ю.H. Диагностический модуль корабельной энергетической установки // Судостроение. 2016. № 1. С. 24-29.
7. Мясников Ю.Н., Хорошев В.Г. Совершенствование системы централизованного контроля энергетической установки плавучей атомной теплоэлектростанции // Судостроение. 2016. № 4. С. 18-24.
8. КовтунН.Л. Технико-экономический анализ жизненного цикла перспективного флота // Труды Крыловского государственного научного центра. 2018. № 3(385). С. 77-84.
9. РавинА.А. Диагностика судового энергетического оборудования. LAP Lambert Academic Publishing RU, 2018.
10. Сорокин А.И., Краснов В.H. Корабли проходят испытания. JL: Судостроение, 1982.
References
1. A. Krylov. My memories. St. Petersburg, Polytekhnika, 2014 (in Russian).
2. I. Kostylev, Yu. Myasnikov, V. Petukhov. Navigation safety and marine engineers training // RS Research Bulletin. 2014. No. 37. P. 94-96 (in Russian).
3. Yu. Myasnikov. Interdisciplinary innovative technologies in shipbuilding // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2019. Issue 1(387). P. 184-196 (in Russian).
4. Yu. Myasnikov, A. Ivanchenko, A. Nikitin. Information technologies in sea-going ship propulsion system. St. Petersburg: Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, 2013 (in Russian).
5. H. Hart. Einführung in die Meßtechnik. Moscow: Mir, 1999 (Russian translation).
6. Yu. Myasnikov. Diagnostic module of marine power plant // Sudostroyeniye (Shipbuilding). 2016. No. 1. P. 24-29 (in Russian).
1. Yu. Myasnikov, V. Khoroshev. Refinement of centralized control system for power plant of floating NPP // Sudostroyeniye (Shipbuilding). 2016. No. 4. P. 18-24 (in Russian).
8. N. Kovtun. Technical & economic lifecycle analysis of future fleet // Transactions of the Krylov State Research Centre. 2018. Issue 3(385). P. 77-84 (in Russian).
9. A. Ravin. Diagnostics of marine power equipment. LAP Lambert Academic Publishing RU, 2018 (in Russian).
10. A. Sorokin, V. Krasnov. Ships passing their tests. Leningrad: Sudostroyeniye, 1982 (in Russian).
Сведения об авторе
Мясников Юрий Николаевич, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник ФГУП «Крыловский госу-
дарственный научный центр». Адрес: 196158, Россия, Санкт-Петербург, Московское шоссе, 44. Тел.: 8 (812) 748-64-08. E-mail: [email protected].
About the author
Yuri N. Myasnikov, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Principal Research Scientist, Krylov State Research Centre. Address: 44, Moskovskoe sh., St. Petersburg, Russia, post code 196158. Tel.: 8 (812) 748-64-08. E-mail: [email protected].
Поступила / Received: 21.05.19 Принята в печать / Accepted: 24.07.19 © Мясников Ю.Н., 2019
