Об этом по данным ТАСС заявил генеральный директор госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачев на встрече с президентом России Владимиром Путиным.
Авторская статья руководителя Лаборатории торсиографирования и виброакустики РЦПКБ «Стапель» Дениса Быковского о необходимости контроля крутильных колебаний валопроводов и факторов, способствующих их развитию.
Несмотря на серьезные усилия государства и частных судовладельцев, к сожалению, флот, контролируемый Россией, продолжает неуклонно стареть. Средний возраст морских судов практически приблизился к отметке в 30 лет, а речных вот-вот перевалит 40-летний рубеж. При этом более чем у 50% речных судов нормативные сроки эксплуатации превышены критически.
Поэтому неудивительно, что с каждым годом ужесточаются требования надзорных органов и классификационных обществ при проектировании, строительстве, модернизации и эксплуатации судов. Самое пристальное внимание уделяется прочности судов, их остойчивости и непотопляемости, безусловному выполнению требований по пожарной и электробезопасности, охране труда, защите экологии и т.д.
При этом на всех самоходных судах есть зона повышенной опасности, которой, в силу ряда сложившихся обстоятельств, часто не уделяется должного внимания.
Речь идет о крутильных колебаниях валопроводов, которые представляют собой существенную опасность для судовых пропульсивных, насосных, дизель-генераторных установок, в основной состав которых входят двигатели, муфты, редукторы, валы, гребные винты, насосы, генераторы и другие элементы.
В связи с периодически меняющимися упругими деформациями кручения в валопроводе, при определенных оборотах возникают резонансные явления, которые сопровождаются развитием предельных значений напряжений и моментов в сечениях валопровода.
Развитие резонансных крутильных колебаний может привести к повреждению элементов валопроводов (поломке валов, разрыву элементов эластичных муфт, выходу из строя зубчатых передач редукторов и т.д.). Усугубляет ситуацию также то, что огромное количество старых морских и речных судов прошли процедуру повышения класса, модернизацию, переоборудование и сегодня эксплуатируются в более сложных условиях, чем те, на которые они изначально проектировались.
Основной причиной недооценки опасности крутильных колебаний является то, что в России в настоящее время буквально «по пальцам» можно пересчитать специалистов по крутильным колебаниям. Далеко не в каждом конструкторском бюро и не в каждом подразделении РМРС и РКО есть подобные специалисты. Не во всех учебных заведениях есть квалифицированные преподаватели, разбирающиеся в этом вопросе. Плавсостав судов, зачастую, не имеет представления о возможности развития опасных резонансных крутильных колебаний на определенных оборотах эксплуатации судовых установок: пропульсивной, насосной, дизель-генераторной.
Как итог, довольно существенная часть проектов модернизации судов, в которых предусматриваются какие-либо изменения в части: винтов, валов, демпферов, муфт, насосов или приводных двигателей, или не содержат в себе расчетов крутильных колебаний, или эти расчеты к реальности имеют очень отдаленное отношение. Справедливости ради, стоит отметить, что проекты новых судов, выполненные под наблюдением классификационных обществ в настоящий момент, в отличие от состояния 5-10 лет назад, практически всегда содержат качественно выполненный подобный расчет, а также постепенно уменьшается количество проектов переоборудования судов, выполненных с нарушением требований в этой части Правил.
Для предотвращения возможности создания аварийных ситуаций практически все классификационные общества, в том числе РМРС (раздел 6 Руководства по техническому наблюдению за постройкой судов, РМРС, изд. 2024г., раздел 8, части VII Правил классификации и постройки морских судов, РМРС, изд. 2023г., и Приложение 38 к Руководству по техническому наблюдению за судами в эксплуатации, РМРС, 2024г.) и РКО (раздел 6, части IV Правил классификации и постройки судов, РКО, изд. 2019г., Руководство Р.009-2004 «Расчет и измерения крутильных колебаний валопроводов и агрегатов», РКО, изд. 2016г. и Руководство Р.043-2016 «Оценка работоспособности силиконовых демпферов крутильных колебаний судовых двигателей внутреннего сгорания», РКО, изд. 2016г.) в своих правилах имеют разделы с конкретными требованиями по предотвращению развития подобных опасных явлений.
Расчёты крутильных колебаний валопроводов должны представляться прежде всего при проектировании нового судна или агрегата. Кроме того, расчёты должны выполняться при изменениях, вносимых в валопровод (проточке, наплавке валов, изъятия демпферов, упругих муфт, замене ГД, замене винта и т.д.), существенно влияющих на изменение параметров крутильно-колеблющейся системы валопровода. Также результаты расчёта крутильных колебаний позволяют судить о соответствии винта двигателю («тяжелый» или «легкий» винт), что позволяет прогнозировать возможность работы двигателя во всем рабочем диапазоне без ограничений.
При проектировании судовых движительных установок и заменах двигателей для снижения динамических нагрузок от крутильных колебаний необходимо учитывать правило: «число лопастей винта должно быть отличным по кратности от числа цилиндров двигателя».
Образцы графиков развития резонансных напряжений и моментов в элементах валопровода с превышением допускаемых значений – входном вале и зубчатом зацеплении реверс-редукторной передачи (прогнозируемые расчетом) приведены ниже.
В настоящее время, к сожалению, далеко не во всех случаях, несмотря на наличие таких требований в правилах классификационных обществ, проверяется фактическое состояние валопроводов и агрегатов от действия крутильных колебаний при эксплуатации судна.
На сегодняшний день в силу различных факторов на флоте сложилась ситуация, при которой главные двигатели и элементы валопроводов (валы, эластичные муфты, валы, редукторы) работают далеко за нормативными сроками эксплуатации. На некоторых судах наработка двигателей в два и более раза превышает нормативную, не говоря уже о накопленной усталости в элементах валопровода.
На ряде судов, находящихся в эксплуатации, выполняется проточка (иногда неоднократная) и наплавка валов, при которых меняются упруго-массовые характеристики валов, что приводит к изменению крутильно-колеблющейся системы валопровода в целом, меняется усталостно-нагрузочная характеристика валов и как следствие происходит смещение зон действия опасных резонансных явлений от положения, определенного проектным расчетом, вкупе с ростом напряжений в валах, в связи с чем после каждой процедуры наплавки и проточки необходимо проводить измерения крутильных колебаний для определения фактической нагрузки валопровода от развития крутильных колебаний.
Некоторые суда прошли процедуру повышения класса, зачастую с повышением категории ледового усиления, что также негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках пропульсивной установки.
Все эти факторы ведут к значительному увеличению рисков, связанных с повреждениями как элементов валопроводов, так и главных двигателей и, при неблагоприятном развитии ситуации, могут привести к аварийным случаям.
К сожалению, в условиях современной эксплуатации флота, не все судовладельцы в полной мере понимают необходимость контроля нагрузки валопроводов при развитии крутильных колебаний. Чаще всего это происходит из-за незнания плавсоставом особенностей работы силиконовых демпферов, незнания резонансных диапазонов эксплуатации ПУ, которые определяются вначале расчетом, а затем в обязательном порядке уточняются измерениями крутильных колебаний, что позволяет избегать работы в опасных запретных зонах частот вращения главных двигателей, через которые допускается быстрый проход (в течение не более одной минуты).
В ряде случаев компоновка приводного двигателя и генератора (насоса) может приводить к появлению зон повышенных резонансных нагрузок от крутильных колебаний в рабочем диапазоне установки, что не допускается Правилами и установку можно считать неработоспособной.
Расчетом на ранней стадии можно оценить благоприятность установки с точки зрения крутильных колебаний, чтобы впоследствии избежать дополнительных издержек по ликвидации «неправильного решения» по замене того или иного элемента валопровода.
Одной из ответственных деталей судовых главных двигателей является силиконовый или механический демпфер крутильных колебаний, функция и назначение которого состоят в защите коленчатых валов от опасных знакопеременных нагрузок, вызванных развитием крутильных колебаний при эксплуатации двигателя.
К сожалению, ресурс силиконовых демпферов ограниченный! Назначенный ресурс демпферов немецкого производства – Наsse&Wrede, Geislinger, SKL, российского производства – RUMО составляет 20 000 — 30 000 часов, демпферов китайского производства 10 000 – 20 000 часов, причем после данной выработки производитель в обязательном порядке рекомендует заменять демпфер новым.
Поэтому, исходя из послаблений, сделанных нашими классификационными обществами (РМРС и РКО), разрешающими дальнейшую эксплуатацию демпферов только при условии доказательства их работоспособности проведением диагностики силиконовых демпферов, по результатам которой демпферу назначается остаточный ресурс, необходимо своевременно следить за сроками выработки демпферами назначенного ресурса, также, как и ресурса, назначенного предыдущими испытаниями.
Для проведения диагностики демпферов используются методики, разработанные РАМН ИПМАШ, доктором технических наук Л.В. Ефремовым (внедрена в Правила РМРС — Приложение 38 к Руководству по техническому наблюдению за судами в эксплуатации, РМРС, 2024г.), доктором технических наук Черновым С.Е. (внедрена в Правила РКО — Руководство Р.043-2016 «Оценка работоспособности силиконовых демпферов крутильных колебаний судовых двигателей внутреннего сгорания», РКО, изд. 2016г.).
Конструкция силиконового демпфера довольно проста: корпус демпфера, в котором установлена маховая масса на подшипниках скольжения (также есть бесподшипниковые варианты исполнения демпферов), зазор между корпусом и маховой массой заполнен силиконовой жидкостью, являющейся поглотителем энергии крутильных колебаний, которая генерируется в тепло, которое благодаря достаточно большой площади корпуса демпфера отводится в окружающее пространство. Повреждения и выход из строя демпфера (утечка силиконовой жидкости, износ подшипников, механические повреждения (вмятины), заклинка маховика демпфера) могут приводить к поломке коленчатого вала.
С целью своевременного предотвращения развития опасных нагрузок в коленчатом вале двигателя следует проводить периодическое диагностирование демпферов в сроки, регламентируемые производителем демпферов, или в сроки, определенные предыдущими испытаниями, путём измерения крутильных колебаний с применением методик и программ оценки остаточного ресурса, одобренных РМРС и РКО.
Механические же демпферы инспектируются ревизией пакетов пружин, при необходимости пакеты заменяются новыми.
Способ диагностирования силиконовых демпферов путём отбора и анализа жидкости (допускаемый РМРС и запрещенный РКО) не является информативным, и не дает возможность судить о таких нюансах технического состояния демпфера, как: возможная утечка силиконовой жидкости, заклинка маховой массы, ослабление крепления демпфера, и т.д., а также не прогнозирует остаточный ресурс демпфера, что немаловажно для судовладельцев с целью планирования работ по техническому обслуживанию двигателей и, что особенно актуально, не дает возможности определять опасные резонансные диапазоны работы двигателя в случаях указанных выше.
Так как отбор жидкости требует серьезных монтажных работ на судне по доступу к сливным отверстиям демпфера, соблюдения технологии отбора и долива жидкости, что в большинстве случаев является невозможным в судовых условиях (поэтому производители демпферов при обращении к ним с запросом на проведение отбора жидкости требуют для этого демонтаж демпфера и транспортировку его в их специализированную лабораторию), а также требующим при доливе наличия жидкости с аналогичными характеристиками (что зачастую невозможно из-за отсутствия на судах данных по вязкости примененной в демпфере жидкости), поэтому, чаще всего, такая работа не выполняется вообще и судовладельцу выдаются документы с результатами анализа силиконовой жидкости сомнительной достоверности.
Измерения крутильных колебаний выполняются непосредственно на судне по одобренной классификационным обществом программе. К испытаниям допускаются специализированные лаборатории, имеющие свидетельства и одобрения классификационных обществ на данный вид работ.
В настоящее время имеются достаточно мощные расчетно-экспериментальные комплексы, существенно облегачающие выполнение расчетных анализов, проведение испытаний на судах и обработку экспериментальных данных. Средние показатели по выполнению расчетов крутильных колебаний составляют 5 – 7 дней, выполнение испытаний по измерению крутильных колебаний валопроводов на судне занимает от 2 до 4-х часов.
Измерения крутильных колебаний могут осуществляться одним из способов:
Имеющиеся в распоряжении Лаборатории торсиографирования АО «Ростовское ЦПКБ «Стапель» комплексы по измерению крутильных колебаний с дистанционным съемом данных (с использованием оптических методов и канала Wi-Fi) позволяют с минимальными демонтажными работами проводить данные испытания.
Динамический диапазон приборов позволяет проводить измерения даже при плохо отрегулированном двигателе, что на практике встречается довольно часто.
Так как основным критерием нагрузки муфты от развития резонансных крутильных колебаний является степень нагрева эластичного элемента муфты, проводится термометрирование элемента.
На основании первичного анализа результатов измерений крутильных колебаний и термометрирования эластичных муфт составляется предварительное заключение по результатам исытаний, на основе которого надзорный орган принимает решение о допуске ПУ к эксплуатации до выхода окончательного заключения. Так как резонансные крутильные колебания могут вызвать поломку элементов валопровода, ведущей к потере хода и управляемости судном, с созданием реальной угрозы безопасности мореплавания, в предварительном заключении могут быть установленны временные запретные зоны работы главных двигателй, диапазон которых уточняется в окончательном заключении. Окончательное заключение представляется в надзорный орган после более тщательного анализа результов измерений, не позднее трех месяцев с даты испытаний.
В заключение следует отметить, что требования разделов Правил (РМРС и РКО) к контролю крутильных колебаний влопроводов судовой ПУ не должны зависеть от формы собственности и от пожеланий судовладельцев – требования Правил обязательны для всех! Тем более, что отказ любой системы — это путь к аварийной ситуации.
Крутильные колебания валопроводов не миф, а реальная опасность безопасности судна при отсутствии контроля за факторами, которые способствуют их развитию!
Подробная информация о Лаборатории торсиографирования и виброакустики АО «РЦПКБ «Стапель» по ссылке.
Об этом по данным ТАСС заявил генеральный директор госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачев на встрече с президентом России Владимиром Путиным.
В состав комплекса войдут установки глубоководного геологического бурения, которые способны разбуривать скважины с отбором керна при глубинах моря до 4500 м.
За счет использования ресурса действующих отечественных спутников на геостационарной орбите разработанный нами абонентский терминал уже сегодня способен предоставить персональную спутниковую связь на всей территории РФ.
Cервис компании — в высокой скорости реакции на запросы и в гарантии сохранения качества материалов на этапах производства и доставки.