CC BY
5
Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства
Научная статья УДК 629.5.083.5
DOI https://doi.org/10.24866/2227-6858/2023-1/58-64 Л.Б. Леонтьев, А.Л. Леонтьев, Р.И. Коростелин
ЛЕОНТЬЕВ ЛЕВ БОРИСОВИЧ - доктор технических наук, профессор, leontyev.l.b@yandex.ruH, http://orcid.org/0000-0002-8072-306X
КОРОСТЕЛИН РОМАН ИЛЬИЧ - студент, korostelin-ri@students.dvfu.ru Политехнический институт Дальневосточный федеральный университет
ЛЕОНТЬЕВ АНДРЕЙ ЛЬВОВИЧ - кандидат технических наук, министр энергетики и газоснабжения, gfi25leontev@mail.ru Правительство Приморского края Владивосток, Россия
Пути решения проблем, возникающих
при восстановлении деталей и изготовлении СЗЧ
для судового оборудования
Аннотация. В статье представлены проблемы морского транспортно-промышленного комплекса страны, которые накопились за последние 30 лет: старение судов, отсутствие современной технологической базы для восстановления изношенных деталей и изготовления сменно-запасных частей (СЗЧ) судового оборудования, а также ведомственных научных институтов для обеспечения технологического прорыва и решения возникающих задач. Проблемы усугубляются тем, что у судов и морской техники доля стоимости иностранных комплектующих в структуре стоимости судового оборудования составляет для гражданского сектора от 40 до 85%. Серьезной проблемой является нехватка кадров, вызванная отсутствием профессиональных компетенций в областях судоремонта, восстановления изношенных деталей и изготовления СЗЧ, существенно снижающая эффективность судоремонта. Правительством разработана программа строительства до 2035 г. более 2000 судов и морской техники, для ремонта и технической эксплуатации которых необходимо создать производство по изготовлению СЗЧ и восстановлению крупногабаритных дорогостоящих деталей. Решение этих проблем требует участия государства и целенаправленного финансирования программ модернизации материально-технической базы судоремонтных предприятий, создания инновационно-технологических центров, обеспечивающих разработку перспективных технологий восстановления и изготовления СЗЧ.
Ключевые слова: деталь, восстановление, упрочнение, изготовление, технология, износостойкость, покрытие
Для цитирования: Леонтьев Л.Б., Леонтьев А.Л., Коростелин Р.И. Пути решения проблем, возникающих при восстановлении деталей и изготовлении СЗЧ для судового оборудования // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2023. № 1(54). С. 58-64.
Введение
Развитие промышленной инфраструктуры Дальневосточного федерального округа (ДФО) носит ярко выраженную морскую направленность. Морской флот способен обеспечить обслуживание месторождений на шельфе и континенте, снабжение предприятий, вывоз продукции ДФО, Сибири и экспорт из центральных регионов России в страны Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР), импорт и транзит из стран АТР. Инновационные проекты рациональ-
© Леонтьев Л.Б., Леонтьев А.Л., Коростелин Р.И., 2023 Статья поступила: 27.01.2023; рецензирование: 22.02.2023.
ного использования и расширения добычи и переработки морепродуктов также весьма значимы для страны. Крупнейшие в России инвестиции связаны с освоением нефтяных и газовых месторождений на шельфе о-ва Сахалин и в Сибири. Предприятия региона имеют заказы на строительство и ремонт судов и кораблей, вывоз нефти и газа, сооружение буровых платформ, создание предприятий по переработке нефти и газа.
Общая численность морского транспортного флота, контролируемого российскими судовладельцами, по состоянию на начало 2021 г. составила 1446 судов суммарным дедвейтом около 23,1 млн т. Флот под флагом России насчитывает 1191 судно общим дедвейтом 8,7 млн т, из них сухогрузных - 786 суммарным дедвейтом 4,1 млн т, наливных - 346 общим дедвейтом 4,6 млн т [3].
Для успешного решения проблем морского транспортно-промышленного комплекса разработана «Стратегия развития судостроительной промышленности на период до 2035 года и дальнейшую перспективу», направленная на создание новой конкурентоспособной судостроительной промышленности на основе развития научно-технического и кадрового потенциала, оптимизации производственных мощностей, их модернизации и технического перевооружения для удовлетворения потребностей государства и иных заказчиков в современной продукции судостроения, кораблестроения и судоремонта [5].
В зависимости от типов кораблей, судов и образцов морской техники доля стоимости иностранных комплектующих в структуре стоимости судового комплектующего оборудования составляет для гражданского сектора 40-85%, а для военного кораблестроения 50-60%. Значительное количество гражданских судов строится по зарубежным проектам, судовладельцы и транспортные компании предпочитают импортное оборудование отечественному, что является одной из основных причин поставок судового комплектующего оборудования из иностранных государств. В связи с этим в отрасли сложилась значительная зависимость от зарубежных поставок оборудования и санкционной политики иностранных государств, что ставит под угрозу возможность строительства в России отдельных типов судов и морской техники. Санкции недружественных государств усложнили получение судового оборудования и СЗЧ для него, возникла необходимость в импортонезависимости путем разработки технологий, материалов, комплектующих деталей и оборудования. Основной причиной сложившейся ситуации является низкая конкурентоспособность широкого спектра отечественного судового оборудования, вызванная, в частности, низким качеством и высокой стоимостью комплектующих, отсутствием отечественного производства целого ряда образцов судового оборудования [5].
Стратегия развития судостроительной промышленности в России в целях удовлетворения потребности внутреннего рынка до 2035 г. предусматривает строительство около 250 морских транспортных судов и более 1500 транспортных судов класса «река-море», 1640 судов рыбопромыслового флота, более 250 судов и единиц морской техники вспомогательного и технического флотов, 90 научно-исследовательских судов, 24 ледокола, а также около 150 судов и морской техники для освоения шельфовых месторождений [5]. Для ремонта и технической эксплуатации строящихся судов необходимо создать производство по изготовлению СЗЧ и восстановлению крупногабаритных дорогостоящих деталей.
Цель статьи - разработать пути решения проблем, возникающих при восстановлении деталей и изготовлении СЗЧ для повышения надежности судового оборудования на современном этапе.
Проблемы и задачи, требующие решения
На протяжении последних лет одной из значительных проблем судового оборудования является его старение. Средний возраст морского транспортного флота, контролируемого Россией, составляет 15,9 лет, при этом средний возраст судов под флагом России - 20,3 лет, а судов под иностранными флагами - 13,2 лет и более [3]. Для судов практически отсутствуют сменно-запасные части (СЗЧ). Все это делает проблему восстановления изношенных деталей и изготовления СЗЧ экономически целесообразной и весьма актуальной.
Серьезной проблемой является технологическая отсталость судоремонтных предприятий (СРП). На СРП проблема заключается не в том, что оборудование выработало свой ресурс (благодаря ремонтам оно поддерживается в рабочем состоянии), а в том, что оборудование морально устарело. Из-за отсталой материально-технической базы российские судоремонтники существенно проигрывают мировым лидерам по трудоемкости и срокам выполнения работ как при ремонте судов, так и при восстановлении деталей и изготовлении СЗЧ [6, 7].
Одним из перспективных направлений в области повышения эффективности отечественных судоремонтных организаций является создание инновационно-технологических центров, занимающихся разработкой технологических процессов, восстановлением и производством СЗЧ, оснащенных современным исследовательским и производственным оборудованием для снижения издержек в структуре стоимости судоремонтных работ. Ввиду отсутствия отраслевых институтов, занимающихся разработкой перспективных технологических процессов (ТП) в области восстановления изношенных деталей и изготовления СЗЧ для судов и морской техники, необходимо при вузах организовать научно-исследовательские отделы, оснащенные современным исследовательским и технологическим оборудованием. Научно-исследовательские отделы совместно с СРП могли бы внедрять инновационные разработки в производство или создавать малые предприятия при вузах, где будет обеспечен должный уровень взаимодействия научно-исследовательских работников с промышленными организациями отрасли. Такое решение обеспечит высокую эффективность реализации оперативных и долгосрочных проектов в области развития науки и техники, управления результатами интеллектуальной деятельности и обеспечения защиты интеллектуальной собственности.
Кадровая проблема, вызванная отсутствием профессиональных компетенций в областях судоремонта, восстановления изношенных деталей и изготовления СЗЧ, существенно снижает эффективность судоремонта. Научно-исследовательские отделы при вузах могут не только разрабатывать перспективные технологии, но и осуществлять подготовку и переподготовку кадров рабочих профессий и ИТР для работы на современном оборудовании и передавать опыт работы по освоению ТП.
Пути повышения надежности судового оборудования
Ремонт и техническое обслуживание гражданских судов и военных кораблей выполняется, как правило, в судоремонтных организациях, расположенных в морских и речных портах, где базируются и морские вузы, осуществляющие подготовку кадров для эксплуатации и ремонта, что упрощает взаимодействие специалистов вуза и предприятий.
Решение вышеперечисленных проблем невозможно без участия государства и целенаправленного финансирования программ модернизации материально-технической базы СРП, создания научно-исследовательских центров и малых инновационных предприятий, обеспечивающих разработку перспективных технологий и создание наукоемкой продукции. Даже крупные судоремонтные организации не имеют средств для модернизации материально-технической базы, а тем более на финансирование разработки перспективных технологий для повышения эффективности производства и успешной конкуренции на мировом рынке услуг.
Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что в условиях жесткой конкуренции на рынке судоремонта невозможно обойтись без внедрения передовых технологий и современного технологического оборудования. Повышение надежности судового оборудования является одним из наиболее перспективных и экономически целесообразных направлений обеспечения эффективного их использования. В увеличении надежности судового оборудования содержатся большие резервы экономии общественного труда, повышения эффективности и безопасности работы флота.
Опыт эксплуатации судовых дизелей показывает, что долговечность их использования до проведения ремонтов определяется параметрами технического состояния деталей цилин-дро-поршневой группы (Ц111) и подшипников коленчатого вала. Повышение ресурса трибо-узлов в целях увеличения межремонтных периодов судовых дизелей - одна из важнейших
проблем для технологов судоремонтных предприятий и научных сотрудников отрасли. Для обеспечения заданной долговечности трибоузлов судового оборудования, определяющих их ресурс до ремонта, необходимо разработать теоретические основы формирования износостойких композиционных покрытий с оптимальным комплексом эксплуатационных параметров материала на поверхностях трения, базирующиеся на системном подходе к проблеме.
Головки поршней малооборотных дизелей (МОД) и поршни среднеоборотных дизелей (СОД) восстанавливаются научно-технологической компанией «Алькор Ко ЛТД» (г. Владивосток) методом установки противоизносных чугунных колец. Однако конструкция части поршней не позволяет восстанавливать их таким методом. В настоящее время изношенные коленчатые валы СОД отправляются на восстановление в Южную Корею, там же закупаются вкладыши подшипников СОД номинального и ремонтного размеров.
В первую очередь, на изготовление и восстановление СЗЧ, определяющих ресурс главных двигателей и, соответственно, вывод судна из эксплуатации для ремонта, необходимо разработать следующие типовые технологические процессы:
- восстановление стальных головок поршней МОД и поршней СОД из алюминиевых сплавов;
- повышение долговечности втулок цилиндров МОД и СОД, работающих на тяжелых сортах топлива, путем формирования износостойких металлокерамических покрытий на рабочей поверхности;
- изготовление вкладышей подшипников коленчатых валов для СОД;
- изготовление и восстановление прецизионных деталей топливной аппаратуры для МОД и СОД.
Для перспективных технологий изготовления и восстановления деталей необходимы современные композиционные антифрикционные и износостойкие материалы, содержащие наноструктурированные частицы, обеспечивающие новое качество покрытий с улучшенными эксплуатационными свойствами. С этой целью необходимо решить одну из следующих задач восстановления геометрических характеристик изношенных поверхностей деталей [ 1, 2]:
1) обеспечение номинального размера и первоначальных технических требований к ним, то есть сохранение первоначальной надежности;
2) обеспечение номинального размера с одновременным повышением эксплуатационных свойств путем применения перспективных технологий и материалов для улучшения эксплуатационных свойств деталей или их отдельных элементов, то есть повышения первоначальной надежности;
3) механическая обработка на ремонтный размер с последующим расширением эксплуатационных свойств путем применения перспективных упрочняющих технологий и материалов для улучшения эксплуатационных свойств деталей или их отдельных элементов, то есть повышения их надежности;
4) механическая обработка с ограниченным последующим ресурсом.
Разработка типовых ТП на восстановление и изготовление СЗЧ состоит из взаимосвязанных этапов:
1) проектирование ТП восстановления или изготовления СЗЧ и его практическая реализация;
2) эксплуатация СЗЧ и оценка их долговечности;
3) совершенствование ТП восстановления или изготовления СЗЧ по результатам подконтрольной эксплуатации в целях повышения долговечности, если ресурс недостаточен.
Для проектирования перспективных конкурентоспособных ТП восстановления или изготовления СЗЧ необходимо:
- разработать теоретические основы системного проектирования ТП восстановления деталей и изготовления СЗЧ, позволяющие использовать современные программное обеспечение, методы формирования поверхностей и разработку или выбор материалов для поверхностных слоев деталей, определяющих их ресурс;
- выполнить анализ эксплуатационных факторов, действующих на поверхность детали, и определить доминирующий вид изнашивания;
- выбрать способ формирования покрытия (методы нанесения покрытия, последующей механической обработки или упрочнения и т.п.) и материала. Важным условием оптимального выбора способа формирования износостойких и антифрикционных покрытий является определение факторов, существенно влияющих на износостойкость материалов поверхностных слоев сопряженных деталей. Интенсивность изнашивания деталей зависит как от технологии формирования покрытия, обеспечивающей необходимые эксплуатационные свойства поверхностного слоя детали при трении, так и от условий ее работы;
- разработать композиционные материалы для формирования покрытия, который обеспечивает новое состояние объекта обработки в некотором диапазоне его геометрических, точностных, качественных и других характеристик;
- выполнить оптимизацию технологических параметров процесса нанесения покрытия и режимов упрочняющей или механической обработки и др. Наиболее трудоемким этапом разработки ТП является определение параметров режима, которые позволяют получить оптимальные свойства поверхностного слоя детали при формировании покрытий;
- разработать методику прогнозирования долговечности восстановленной или изготовленной детали на основе лабораторных или стендовых испытаний;
- определить экономическую эффективность разработанного ТП восстановления или изготовления детали.
Формирование параметров износостойкого покрытия восстанавливаемых и упрочняемых деталей базируется на исследовании взаимосвязей между элементами системы «технология - износостойкое покрытие - условия эксплуатации». Важным условием правильного выбора метода формирования является знание факторов, влияющих на износостойкость поверхностного слоя материала детали. При этом интенсивность износа деталей определяется как технологией восстановления свойств поверхностного слоя детали, так и условиями ее работы [4].
Среди перспективных методов восстановления и упрочнения значительное место занимают ресурсосберегающие технологии формирования износостойких композиционных метал-локерамических покрытий, содержащих наноструктурированные органо-неорганические материалы:
- газотермические методы напыления;
- газотермическое напыление с последующим лазерным оплавлением;
- лазерное модифицирование поверхностей трения;
- лазерная наплавка;
- плазменная наплавка.
- фрикционно-механическое модифицирование поверхностей трения.
Данные методы восстановления и упрочнения деталей позволяют получать покрытия со свойствами, значительно отличающимися от свойств металла детали. Новое качество поверхности восстановленной детали, в свою очередь, влияет на ресурс механизма, в который она входит.
Выводы
Таким образом, решение проблем, накопившихся в судоремонте и технической эксплуатации флота в области восстановления крупногабаритных дорогостоящих деталей судового оборудования и изготовления СЗЧ, невозможно без участия государства и целенаправленного финансирования программ модернизации материально-технической базы судоремонтных предприятий, создания инновационно-технологических центров, обеспечивающих разработку перспективных технологий. Инновационно-технологические центры и научно-исследовательские отделы при морских вузах могут не только разрабатывать перспективные технологии и выпускать наукоемкую продукцию, но и осуществлять подготовку и переподготовку кадров
рабочих профессий и ИТР для работы на современном оборудовании и передавать опыт работы по освоению технологических процессов восстановления и изготовления СЗЧ.
Заявленный вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Леонтьев Л.Б. Технологическое обеспечение надежности судового оборудования / Морской государственный университет. Владивосток, 2009. 544 с.
2. Методы и технологические процессы восстановления деталей судна. URL: Sea-Man.org (дата обращения: 25.01.2023).
3. Посековская Ю. Морской флот отечественных компаний // Морские вести России. 2021. № 7.
4. Седых В.И. Теоретические основы восстановления деталей / Морской государственный университет. Владивосток: Дальнаука. 2006. 196 с.
5. Стратегия развития судостроительной промышленности на период до 2035 года. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 28 октября 2019 г. № 2553-р.
6. Судоремонт в России: надежда на возрождение // Морские вести России. 2019. № 14.
7. Чепчугов А.Д. Проблемы судостроения и судоремонта. 2013.
URL: https://www.korabel.ru/news/comments/problemy_sudostroeniya_i_sudoremonta.html (дата обращения: 25.01.2023).
FEFU: SCHOOL of ENGINEERING BULLETIN. 2023. N 1/54
Technology of Shipbuilding, Ship Repair and Organization of Shipbuilding Production www.dvfu.ru/en/vestnikis
Original article
DOI https://doi.org/10.24866/2227-6858/2023-1/58-64 Leontyev L., Leontyev A., Korostelin R.
LEV B. LEONTYEV, Doctor of Engineering Sciences, Professor, leontyev.l.b@yandex.ru, http://orcid.org/0000-0002-8072-306X
ROMAN I. KOROSTELIN, Student, korostelin-ri@students.dvfu.ru
Polytechnic Institute
Far Eastern Federal University
ANDREY L. LEONTYEV, Candidate of Engineering Sciences, Minister of Energy and Gas Supply,
gfi25leontev@mail.ru
Government of the Primorsky Territory
Vladivostok, Russia
Problems and main tasks solved during recovery parts and manufacturing of spare parts for ship equipment
Abstract. The paper describes the problems of the maritime transport and industrial complex of the country that have accumulated over the past 30 years: these are the aging of ships, the lack of a modern technological base for the restoration of worn parts and the manufacture of spare parts (SPP) of ship equipment, there are no departmental scientific institutes to ensure a technological breakthrough and solving emerging problems. The problem is exacerbated by the fact that for ships and marine equipment, the share of the cost of foreign components in the structure of the cost of ship equipment for the civil sector ranges from 40 to 85%. The personnel problem has become serious, caused by the lack of professional competencies in the areas of ship repair, restoration of worn parts and the manufacture of spare parts, which significantly reduces the efficiency of ship repair. The government has developed a program to build more than 2,000 ships and marine equipment by 2035, for
the repair and technical operation of which it is necessary to create a production facility for the manufacture of spare parts and the restoration of large-sized expensive parts.
The solution of these problems requires the participation of the state and targeted financing of programs for the modernization of the material and technical base of ship repair enterprises, the creation of innovation and technology centers that ensure the development of promising technologies for the restoration and manufacture of spare parts.
Keywords: detail, restoration, hardening, manufacturing, technology, wear resistance, coating
For citation: Leontyev L., Leontyev A., Korostelin R. Problems and main tasks solved during recovery parts and manufacturing of spare parts for ship equipment. FEFU: School of Engineering Bulletin. 2023;(1 ):58-64. (In Russ.)
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflict of interests.
REFERENCES
1. Leontiev L.B. Technological support of ship equipment reliability. Vladivostok, Mor. state un-t, 2009. 544 p. (In Russ.)
2. Methods and technological processes for the restoration of vessel. URL: Sea-Man.org - 25.01.2023
3. Posekovskaya Yu. Marine fleet of domestic companies. Maritime news of Russia. 2021. No. 7. (In Russ.)
4. Sedykh V.I. Theoretical foundations for the restoration of parts. Marine State University. Vladivostok, Dalnauka, 2006. 196 p. (In Russ.)
5. Strategy for the development of the shipbuilding industry for the period up to 2035. Approved by Decree of the Government of the Russian Federation dated October 28. 2019 No. 2553-r. (In Russ.)
6. Ship repair in Russia: hope for a revival. Maritime News of Russia. 2019. No 14. (In Russ.)
7. Chepchugov A.D. Problems of shipbuilding and ship repair. 2013. URL: https://www.korabel.ru/news/comments/problemy_sudostroeniya_i_sudoremonta.html -25.01.2023 (In Russ.)
