CC BY
28
КОРАБЛЕСТРОЕНИЕ. Судовые энергетические установки
D0I.org/10.5281/zenodo.1286020 УДК 629.5.035
В.Н. Кучеров, А.Н. Соболенко
КУЧЕРОВ ВЛАДИМИР НИКАНОРОВИЧ - к.т.н., профессор кафедры, механик-дизелист 1 разряда, технический консультант судоходной компании «Дельта», e-mail: [email protected]
СОБОЛЕНКО АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ - д.т.н., профессор кафедры, e-mail: [email protected]
Кафедра судовых двигателей внутреннего сгорания
Морской государственный университет им. адм. Г.И. Невельского
Верхнепортовая ул., 50а, Владивосток, 690003
Анализ развития аварийной ситуации с главным дизелем 8NVD48A2-U на траулере «Советское»
Аннотация: На примере реального процесса дан анализ возникновения аварийной ситуации в судовой энергетической установке траулера «Советское» и правильности выполненных мероприятий по исключению возникновения аварии. Исследование проводилось на основе анализа реальных данных из эксплуатации. При прокрутке и проверке на рабочих режимах механизмов перед выходом в море из порта у главного дизеля (ГД) 8NVD48A2-U резко снизилось давление масла до критического, а также возникла сильная вибрация по валолинии. Двигатель не развивал соответствующих оборотов. Были выполнены действия по выявлению и устранению типичных неисправностей, которые могли создать данные явления в обычных эксплуатационных условиях. Однако эти действия к положительным результатам не привели. Учитывая сочетание трёх признаков аварийной ситуации (вибрация, падение давления масла и невозможность нормального нагружения дизеля), было принято правильное решение - прекратить дальнейшую работу главного дизеля и выполнить переборку деталей движения, главного дизеля и валолинии. Результаты водолазного осмотра показали, что причиной возникновения и развития аварийной ситуации явилась намотка каната на концевую часть гребного вала и затягивание его под защитный кожух винта и под кормовую часть дейдвудной трубы. После демонтажа рамовых подшипников на шейках были обнаружены натяг и налипание антифрикционного материала подшипников, что указывает на перегрев коленчатого вала, возможную его деформацию и «бой». В результате выполненного анализа установлено, что возросший крутящий момент и чрезмерные нагрузки на шейки коленчатого вала из -за намотки троса вызвал разрушение антифрикционных слоёв и недопустимое увеличение зазоров в подшипниках, что привело к падению давления масла, росту ударных и динамических нагрузок и вибрации в системе валопровода и двигателя. В данном случае благодаря правильным и своевременным действиям была предотвращена серьезная авария, т.е. «человеческий фактор» сработал в правильном направлении.
Ключевые слова: аварийная ситуация, судовой дизель, вибрация валолинии, падение давления масла, человеческий фактор.
© Кучеров В.Н., Соболенко А.Н., 2018
О статье: поступила 10.05.2018; финансирование: бюджет Морского государственного университета им. адм. Г.И. Невельского.
Введение
Повышение безопасности функционирования СЭУ невозможно без анализа аварийных случаев, имевших место в реальной эксплуатации.
Известно весьма много случаев выхода из строя коленчатых валов, их подшипников из-за различных причин. Однако ни в одной работе не анализирются ситуация с возникновением и развитием аварии и действия экипажа в создавшихся условиях: нет оценки правильности его действий или бездействий. Это не дает возможности эффективно обучать экипажи и показывать, к чему может привести их поведение в аварийной ситуации - правильное или неправильное.
Так, в работах [5, 6] проанализированы причины отказов подшипников коленчатых валов СОД на основании 27 аварийных случаев. При этом были установлены причины их возникновения, но не проанализированы ситуации, при которых они были выявлены. Роль человеческого фактора в их проявлении не высвечена.
В работе [2] показано, что основной причиной выхода из строя рамовых подшипников является чрезмерная вибрация коленчатых валов двигателей, вызванная несоответствующим качеством затяжки анкерных связей, и предлагается её контролировать.
Исследование влияния вибрации на надежность работы подшипников [9] не подтвердило наличие повышенной резонансной вибрации, могущей вызвать аварийный отказ подшипников.
Обобщение различных видов отказов подшипников сделано в работах [1, 3, 4], а единичная попытка проанализировать возникновение отказа вследствие влияния человеческого фактора - в [7].
Постановка задачи
Как правило, рассматриваются только ситуации, которые привели к аварии. К сожалению, практически нет работ, в которых при возникновении аварийной ситуации проанализированы действия экипажа, приведшие к исключению дальнейшего её развития и предотвращению крупной аварии.
Анализ ситуаций, когда правильные действия экипажа позволили избежать крупных поломок коленчатых валов, имеют важное значение для предотвращения аварий в будущем.
Цель исследования - проанализировать реальный процесс возникновения аварийной ситуации и оценить правильность выполненных мероприятий по исключению возникновения аварии. В данной статье на примере возникновения аварийной ситуации на траулера «Советское» показано, как действовал экипаж и что в его действиях было верным.
Анализ возникновения аварийной ситуации
Ответственность за безопасную эксплуатацию судна, жизнь и нормальные условия жизнедеятельности экипажа судна несёт капитан судна. Поэтому любые возникающие неисправности и изменения технического состояния судна должны быть предметом его непосредственного контроля. Отклонение от нормальной работы гребного винта, валопровода и главного двигателя должно быть предметом особого внимания капитана, поскольку связано с безопасностью мореплавания.
В этой связи показателен аварийный случай с траулером «Советское» в порту Пусан (Республика Корея).
При прокрутке и проверке на рабочих режимах механизмов перед выходом в рейс из порта была выявлена неисправность главного двигателя 8NVD48A2-U в виде резкого падения давления масла до критического, а также сильная вибрация по валолинии. Двигатель не развивал соответствующих оборотов.
Мероприятия по решению проблемы
Экипаж сразу же выполнил ряд действий по выявлению и устранению неисправностей: проверили засорение масляных фильтров посредством перехода на чистый спаренный фильтр, попадание воды в масло, неисправность редукционных клапанов в масляной системе главного двигателя,
неисправность масляного насоса посредством перехода на резервный масляный насос, засорение масляной системы. Уровень масла в циркуляционной цистерне контролируется измерительным устройством, и снижение уровня масла до критического в циркуляционной цистерне могло привести к срыву потока и полному падению давления масла на ходу до прихода в порт при качке судна.
Однако все эти проверки и попытки силами экипажа восстановить нормальную работу главного двигателя (ГД) и валовой группы к положительным результатам не привели.
Правила технической эксплуатации судовых дизелей запрещают ввод в действие и работу дизелей в следующих случаях: давление смазочного масла, топлива и охлаждающей воды ниже установленной нормы, наличие посторонних стуков и шумов в дизеле, а также подплавленных или имеющих выкрашивание белого металла рамовых, мотылевых и головных подшипников [8].
Основной и наиболее опасной причиной падения давления масла в главном двигателе являются значительные износы или повреждения подшипников. Нарушение условий смазывания в подшипниках приводит к нагреванию шеек коленчатого вала, его деформации, появлению «боя», который вызывает жесткую вибрацию, задиры и трещины на шейках коленчатого вала, а также трещины в сопрягаемых элементах: машинной раме и крепеже подшипников. Даже кратковременная работа дизеля в режиме вибраций коленвала недопустима, если и получится поднять при этом давление масла до нормального значения. Масляный насос приводится в действие от коленчатого вала главного дизеля, и сопутствующей причиной некоторого уменьшения давления масла могло явиться снижение оборотов вала от перегрузки дизеля по крутящему моменту при возникших проблемах с нагружением двигателя.
Другими причинами возникшей вибрации в системе коленвала и валопровода, в принципе, могли быть: повреждения винторулевой группы, дейдвудного устройства, упорного подшипника и демпфера крутильных колебаний. Правила технической эксплуатации судовых дизелей устанавливают следующее: «Неисправности в работе дизеля должны устраняться после остановки дизеля, устранение неисправностей на работающем дизеле запрещается. Если для устранения неисправностей необходимо остановить дизель, а обстановка этого не допускает, личный состав машинной команды обязан принять все меры для предупреждения возможного повреждения дизеля. ЗАПРЕЩАЕТСЯ пускать дизель в ход до устранения неисправностей, вызвавших его остановку, за исключением случаев, угрожающих жизни человека, безопасности мореплавания и т.п.» [8].
Однако сочетание трех факторов: вибрация, падение давление масла и невозможность нормального нагружения дизеля, который вышел на режим «тяжелой» характеристики, близкой к швартовной, работа на которой сопровождается опасными для валовой группы и двигателя в целом тепловыми и механическими перегрузками, привели экипаж к правильному решению - прекратить дальнейшую работу главного дизеля и выполнить переборку деталей движения главного дизеля и валолинии.
В результате водолазного осмотра было определено, что причиной возникновения и развития аварийной ситуации явилась намотка каната на концевую часть гребного вала и затягивание его под защитный кожух винта и под кормовую часть дейдвудной трубы.
Для удаления намотки, проверки состояния винто-рулевой группы и дейдвудной трубы судно поставили в док.
На момент постановки судна и в процессе ремонта в порту главный двигатель, дейдвудное и винторулевое устройство не имели дефектов и повреждений, опасных для судоходства, поскольку в процессе последующей диагностики всех этих узлов не было заменено ни одного базового элемента на главном дизеле (крышки цилиндров, поршни, втулки, шатуны, блоки). Не производился восстановительный или профилактический ремонт дейдвудного устройства и винторулевой группы, кроме гребного вала.
Этот факт подтверждает, что аварийная ситуация возникла именно от намотки троса при нормальном техническом состоянии главного двигателя, дейдвудного устройства и валовой группы.
При намотке троса на концевую часть гребного вала крутящий момент на коленчатом валу мог возрасти запредельно. В результате чрезмерных нагрузок на шейки коленчатого вала произошло разрушение антифрикционных слоев и недопустимое увеличение зазоров в подшипниках, что
привело к падению давления масла, росту ударных динамических нагрузок и вибрации в системе валопровода и двигателя.
Сказанное подтверждается дефектацией коленчатого вала. После демонтажа рамовых подшипников на шейках был обнаружен натяг и налипание антифрикционного материала от подшипников, что указывает на явления перегрева коленчатого вала, возможную его деформацию и «бой».
На рамовых и мотылевых подшипниках соответственно выявлена выработка антифрикционных слоев. Для проверки геометрии шеек и коленвала на предмет отсутствия «боя», возможной проточки вала под ремонтный размер или шлифовку требуется демонтировать вал для установки его на станок.
Обсуждение результатов
Намотка троса могла возникнуть при подходе к месту стоянки у пирса. Поскольку в тот период главный двигатель работал на манёврах, то опасное снижение оборотов не было диагностировано и двигатель был благополучно остановлен, но оно получило развитие в дальнейшем при отшвартовке.
Можно однозначно считать, что в данном случае благодаря правильным действиям экипажа была предотвращена серьезная авария, связанная с повреждением коленчатого вала, деталей валовой группы и других ответственных элементов главного двигателя.
Работа рыбопромысловых судов во многих случаях может быть связана с перегрузками главного двигателя при плавании в штормовых и ледовых условиях и особенно на режимах траления. В этих случаях происходит утяжеление винтовой характеристики, и при постоянном положении указателя нагрузки в номинальном или близком к таковому значении двигатель выходит на номинальную внешнюю характеристику, которая является заградительной от чрезмерных перегрузок, но не ограничительной в поле допускаемых тепловых и механических нагрузок, особенно для двигателей с газотурбинным наддувом. По мере роста сопротивления движению судна с утяжелением винтовой характеристики понижается частота вращения вала (п) и пропорционально ей секундный расход газа на турбонагнетатель с падением его мощности и далее - расхода воздуха на двигатель и коэффициента избытка воздуха для сгорания. У многих дизелей при уменьшении частоты вращения п до 4% по тяжелой характеристике при номинальном указателе нагрузки ГД будет работать в режиме, близком к номинальному крутящему моменту. При дальнейшем утяжелении характеристики требуется уменьшение нагрузки для ограничения тепловой напряженности, критерием которой является плотность теплового потока и температуры деталей цилиндро-поршневой группы (ЦПГ).
Сказанное об ограничительных характеристиках относится к двигателю с исходным качеством рабочего процесса и бездефектным техническим состоянием всех элементов пропульсивно-го комплекса. В отечественном и особенно рыбопромысловом флоте преобладают суда с возрастом до и выше 30 лет и очень большой наработкой моточасов ГД, с возросшим и неизвестным утяжелением винтовой характеристики старых корпусов. На судах отсутствуют приборы для теплотехнического контроля, полноценного регулирования дизелей, определения текущей мощности каждого цилиндра и дизеля в целом, что необходимо для назначения допускаемой нагрузки на различных режимах работы возрастных судов и их дизелей. Такие переносные электронные приборы измерения, расчета, распечатки и передачи необходимой теплотехнической информации выпускаются многими фирмами по доступной цене.
Важной проблемой в эксплуатации стареющих судов является поставка запасных частей высокого качества. Авторам данной статьи приходилось заниматься исследованием поршневых колец неизвестных производителей, в том числе и для дизелей NVD48A2-U, которые заменялись многократно из-за поломок через несколько сотен часов работы. Не понимая взаимосвязей в работе всех элементов ЦПГ, технические службы судоходных компаний отказывались от нашей консультационной помощи, приобретения предлагаемых приборов для контроля интегральной плотности камеры сгорания дизелей и т.д.
Приведённые примеры свидетельствуют, что человеческий фактор является основным в обеспечении высоких ресурсных показателей в работе и предотвращении аварий судовых энергетических установок.
Человеческий фактор влияет на надёжную работу судовой энергетической установки на всех уровнях в эксплуатации флота. Судовладельцы, их технические службы должны выполнять все требования к организации грамотной и культурной эксплуатации дизелей. Необходим подбор грамотных и ответственных в работе специалистов, их эффективная переподготовка на курсах повышения квалификации. Обязательна поставка на суда необходимых приборов для теплотехнического контроля за нагрузками и работой дизелей, как этого требуют руководящие документы.
В этой связи весьма важно, чтобы судовой экипаж был подготовлен к правильным действиям при возникновении аварийной ситуации в машинном отделении.
Такая подготовка возможна с использованием тренажёров машинного отделения [10]. Современные тренажеры машинного отделения позволяют подготавливать специалистов к выполнению как стандартных процедур, так и к действию в нештатных ситуациях, развивая и укрепляя полученные теоретические и практические знания и навыки. Такие тренажеры позволяют вводить неисправности по главному дизелю: износ ТНВД, засорение форсунок, повышенное сопротивление движению судна, т.е. «утяжеление» винтовой характеристики и т.д. Таким образом, изучение изменения параметров двигателя при утяжелении винтовой характеристики является весьма актуальным для дальнейшей практической работы будущих судомехаников.
Следует заметить, что в программах тренажеров часто наблюдаются упрощения и даже ошибки в изложении сложных явлений рабочих процессов, поэтому после выполнения каждого исследования следует провести со слушателями полезный опрос и анализ в интерактивной форме полученной информации.
Заключение
При наличии на судах необходимых приборов и оснащении СЭУ средствами современного теплотехнического контроля и измерительной аппаратуры, особенно на СЭУ довольно старой постройки, коих в российском морском и промысловом флоте очень много, теоретические знания, грамотность, умение анализировать полученную информацию, опыт эксплуатации и навыки в работе персонала, т.е. человеческий фактор, являются основными в предотвращении аварий судовых ЭУ.
Повышение уровня технической эксплуатации стареющих силовых установок требует поставки современных приборов теплотехнического контроля для дизелей, эффективных курсов повышения квалификации специалистов, включая тренажёрную подготовку.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Возницкий И.В. Повреждения и поломки дизелей. Примеры и анализ причин. М.: Моркнига, 2006. 166 с.
2. Заворотный А.А. Повышение надёжности работы рамовых подшипников судовых дизелей 8NVD48: автореф. дис. ... канд. тех. наук. Мурманск, 2005. 18 с.
3. Корнейчук Ю.А. Исследование предельного состояния коленчатого вала судового среднеоборотного дизеля // Вестник АГТУ. Сер. Морская техника и технология. 2017. № 3. С. 53-61.
4. Корнилов Э.В., Бойко П.В., Танасов Е.Н. Аварии и аварийные повреждения судовых дизелей. Одесса: Экспресс, 2010. 272 с.
5. Леонтьев Л.Б., Леонтьев А.Л., Макаров В.Н. Анализ видов, причин и последствий отказов подшипников коленчатых валов судовых среднеоборотных дизелей. Ч. 2 // Фундаментальные исследования. 2015. № 12. С. 283-287.
6. Леонтьев Л.Б., Леонтьев А.Л., Макаров В.Н. Влияние эксплуатационных факторов на отказы подшипников скольжения коленчатых валов судовых среднеоборотных дизелей и пути повышения их надёжности // Вестник гос. ун-та морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2016. № 1(35). С. 129-138.
7. Маницын В.В., Соболенко А.Н. Анализ повреждений рамовых подшипников двигателей 8NVD48A-2U на промысловых судах // Вестник ГУМРФ им. адм. С.О. Макаров. 2016. Вып. 6(40). С. 150-155.
8. Правила технической эксплуатации судовых дизелей. СПб.; М.: Гипрорыбфлот-Сервис; Русская панорама, 1999. 168 с.
9. Соболенко А.Н. Исследование причин повреждений рамовых подшипников при вибрации и деформации упругих систем фундаментных рам ВДГ // Научные труды Дальрыбвтуза. Т. 35. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2015. С. 97-103.
10. Kongsberg Maritime. URL: http://www.km.kongsberg.com/ks/web/nokbg0240.nsf/AllWeb/3A8E0F5EDE-3CCA4AC1256E2A0033B4D4?OpenDocument - 03.04.2018. THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Ship power plants
D0I.org/10.5281/zenodo.1286020
Kucherov V., Sobolenko A.
VLADIMIR KUCHEROV, Candidat of Engineering Sciences, Professor, Engineer of 1st Category, Technical Consultant of Delta Ship Company, e-mail: [email protected]
ANATOLY SOBOLENKO, Doctor of Engineering Sciences, Professor,
e-mail: [email protected]
Department of Ship Internal Combustion Engines,
Maritime State University named after Admiral G.I. Nevelskoy
50a Verkhneportovaya St., Vladivostok, Russia, 690003
The analysis of the emergency situation with the main diesel 8NAV48A2-U on the trawler Sovetskoe
Abstract: The article deals with the emergency situation in the ship power plant of the trawler Sovetskoe and the measures taken to block it out and prevent a crash. The purpose of the study is to analyse the real operational data. While scrolling and checking mechanisms on operation modes before leaving the port, the oil pressure drastically lowered to a critical level in the main diesel engine (ME) 8NVD48A2-U which resulted in vibration along the shaft alley. The main engine could not develop the appropriate speed. Standard operation was performed to diagnose and correct the malfunction which might occur in ordinary operating conditions. However, it failed to yield any positive results. Taking into account the combination of three indicators of an emergency situation: vibration, drop in oil pressure, and the impossibility of normal loading of diesel, the right decision was taken to stop further operation of the main engine and to examine the main engine and the shaft alley. The diving inspection revealed that the cause of the emergency situation was the rope having been wound around the end of the propeller shaft and dragged under the protective cover of the propeller as well as under the aft part of the stern tube. Main bearings having been disassembled, the interference and sticking of the bearing antifriction material were detected on the bearing journals which points to the overheating of the crankshaft with its eventual deformation and breakage. As a result of the analysis, it was established that the increased torque and the excessive loading on the crankshaft journals caused by the rope wound on them had resulted in the destruction of antifriction layers and the unacceptable increase in the bearing clearances which had entailed the drop in oil pressure, the increase of impact and dynamic forces, and the vibration in the shaft alley and engine. In this case, through the appropriate and timely actions, a serious accident was prevented. It means that the "human factor" has worked out correctly.
Key words: emergency situation, ship diesel, vibration of the shaft alley, oil pressure drop, human factor. REFERENCES
1. Voznitsky I.V. Damage and breakdown of diesel engines. Examples and analysis of causes. M., Morkniga, 2006.166 p.
2. Zavorotny A.A. Increase of operation reliability of frame bearings of marine diesel engines 8NVD48. The Cand. Techn. Scieces. Murmansk, 2005. 18 p.
3. Korneichuk Y.A. Study of the limiting state of the crankshaft of a medium-speed diesel engine. Bulletin of ASTU. Ser. Marine technics and technology. 2017;3:53-61.
4. Kornilov E.V., Boyko P.V., Tanasov E.N. Accidents and emergency damage to marine diesel engines. Odessa, Express, 2010, 272 p.
5. Leontyev L.B., Leontiev A.L., Makarov V.N. Analysis of the types, causes and consequences of crankshaft bearings failures of marine medium-speed diesels. Part 2. Fundamental research. 2015;12:283-287.
6. Leontyev L.B, Leontiev A.L., Makarov V.N. Influence of operational factors on the failures of crankshaft slip bearings of medium-speed diesel engines and ways to improve their reliability. Bulletin of the State University of Marine and River Fleet named after Admiral S.O. Makarov. 2016;1(35): 129-138.
7. Manitsyn V.V., Sobolenko F.N. Analysis of bedplate bearings damage of 8NVD48A-2U fishing vessels. Bulletin SUMRF named after Adm. S.O. Makarov. 2016;6: 150-155.
8. Rules of technical operation of marine diesel engines. St. Petersburg, M., Gipro-fishfloat-Service, Russian panorama, 1999, 168 p.
9. Sobolenko A.N. The investigation of reasons of bedplate bearing damage when vibration and deformation are acting on elastic system of auxiliary engine bedplates. Scientific works of Dalrybvtuz, Vol. 35. Vladivostok, Dalrybvtuz, 2015, p. 97-103.
10. Kongsberg Maritime. Access mode: http://www.km.kongsberg.com/ks/web/nokbg0240.nsf/AllWeb/3A8E-0F5EDE3CCA4AC1256E2A0033B4D4?OpenDocument. - 03.04.2018.
