Метод контроля вибрации винторулевых колонок морских судов и предложения по совершенствованию их эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Гриценко, Михаил Викторович

• Гриценко, Михаил Викторович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гриценко, Михаил Викторович

Список сокращений.

Введение.

Глава 1Азимутальные пропульсивные системы морских судов с винторулевыми колонками

1.1. Современные морские суда с винторулевыми колонками.

1.2. Конструктивные особенности винторулевых колонок различных изготовителей.

1.3. Эксплуатационная загруженность морских судов с винторулевыми колонками.

1.4. Анализ отказов и неисправностей винторулевых колонок морских судов.

1.5. Постановка задачи исследования.

Глава 2. Контроль технического состояния винторулевых колонок в эксплуатации

2.1. Анализ методов контроля состояния судовых технических средств.

2.2. Визуальный, параметрический и трибологический контроль технического состояния винторулевых колонок в эксплуатации.

2.3. Метод контроля технического состояния винторулевых колонок по вибрационным параметрам.

2.4. Анализ и оценка технического состояния винторулевых колонок по вибрационным параметрам.

Глава 3. Исследование вибрационных характеристик винторулевых колонок морских судов

3.1. Контроль технического состояния винторулевых колонок фирмы «Schottel» по среднеквадратичным значениям уровней вибрации.

3.2. Контроль технического состояния винторулевых колонок фирмы «Aquamaster» по среднеквадратичным значениям уровней вибрации.

3.3. Оценка погрешности измерений вибрации винторулевых колонок.

3.4. Анализ результатов контроля вибрации элементов винторулевых колонок на характерных частотах.

3.5. Результаты испытаний винторулевых колонок с винтом регулируемого шага в широком диапазоне изменения нагрузок.

Глава 4. Совершенствование эксплуатации пропульсивных комплексов морских судов на основе контроля вибрации винторулевых колонок

4.1. Математическая модель вибрации винторулевых колонок на основе теории планирования эксперимента.

4.2. Анализ результатов испытаний винторулевых колонок фирмы «Schottel».

4.3. Причины возникновения повышенной вибрации пропульсивных комплексов фирмы «Schottel».

4.4. Рекомендации по совершенствованию эксплуатации азимутальных пропульсивных комплексов с винторулевыми колонками.

4.5. Конструктивные способы устранения повышенных уровней вибрации пропульсивных комплексов типа «Schottel».

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод контроля вибрации винторулевых колонок морских судов и предложения по совершенствованию их эксплуатации»

Актуальность проблемы исследования. С середины 90"х годов XX века морской флот стал пополняться судами с пропульсивными комплексами, позволяющими изменять направление упора винта относительно продольной оси судна на 360°. Производители предлагают большой выбор различных компоновочных схем таких комплексов с различными типами передачи мощности, но широкое распространение на судах с мощностью главного двигателя до 3000 кВт получили пропульсивные комплексы с механической передачей. В состав такого комплекса входит главный двигатель, валопровод и винторулевая колонка. Они относительно недороги в изготовлении, компактны, эффективны в эксплуатации, обладают высокой надежностью, позволяют сократить длину машинного отделения и т.д.

Безопасная и эффективная эксплуатация судовых технических средств, в том числе и ВРК, невозможна без контроля их технического состояния, который позволяет своевременно обнаружить и устранить неполадки и неисправности в процессе эксплуатации, особенно на ранних стадиях развития дефектов. Причинами возникновения неисправностей оборудования и механизмов, спроектированных с использованием современных достижений в конструировании, технологии и материаловедении, могут быть:

- конструктивные просчеты на стадии проектирования механизмов и оборудования; недостаточные требования Классификационных Обществ к механизмам и оборудованию на стадии постройки и сдачи судна в эксплуатацию;

- различные факторы, связанные с технологией производства механизмов и оборудования и их отдельных элементов;

- неправильная эксплуатация технических средств, вызванная особенностями конструкции, не отраженными в инструкциях по эксплуатации;

- недостаточная квалификация обслуживающего персонала и экипажей судов.

Для предотвращения аварийных ситуаций и повышения безопасности мореплавания различными Классификационными Обществами предусмотрено проведение периодических освидетельствований, которые позволяют определить исправность СТС и их пригодность к дальнейшей эксплуатации. Порядок, сроки и объёмы освидетельствований для судов, поднадзорных Морскому Регистру Судоходства РФ изложены в «Правилах классификации и постройки морских судов». Ответственные механизмы и машины PC предписывает предъявлять в разобранном состоянии. Это требует наличия специализированных судоремонтных предприятий, привлечения высококвалифицированных специалистов и связано с большими материальными затратами судовладельца.

Однако руководящие документы PC допускают проведение освидетельствований по данным регулярного контроля технического состояния безразборными методами технической диагностики. В связи с этим актуальны задачи, которые связаны с разработкой безразборных методов контроля и оценки технического состояния СТС, в том числе и ВРК, что позволяет сократить расходы на техническое обслуживание и ремонт.

Объект исследования. Азимутальные пропульсивные системы с винторулевыми колонками морских судов с мощностью главного двигателя от 300 до 3000 кВт различных производителей.

Предмет исследования - вибрационные характеристики АПС с ВРК морских судов и предложения по совершенствованию их эксплуатации.

Цель работы: разработка метода контроля вибрационных характеристик ВРК морских судов для оценки их технического состояния.

Для достижения цели диссертационной работы с учетом анализа использующихся на практике безразборных методов технической диагностики СТС морских судов и документов Классификационных обществ, поставлены следующие основные задачи:

- анализ конструкций АПС с ВРК различных производителей;

- сбор и анализ отказов и неисправностей АПС с ВРК и их элементов;

- разработка метода контроля технического состояния АПС с ВРК по вибрационным характеристикам;

- контроль вибрации ВРК морских судов различного назначения и анализ результатов для определения их технического состояния;

- разработка математической модели вибрации ВРК в зависимости от различных эксплуатационных факторов пропульсивного комплекса;

- выбор и назначение режимов эксплуатации ВРК на основе анализа результатов вибрационного контроля;

- разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций АПС с ВРК.

База исследования. Исследования по теме диссертации проводились на кафедре «Эксплуатация судовых механических установок» МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова и на морских судах ОАО «Туапсинский морской торговый порт», ЗАО «Совфрахт - Приморск», ОАО «Морской порт Усть-Луга», группы компаний «Palmali», ОАО «Флот Новороссийского морского торгового порта».

Методы решения поставленных задач. В диссертации использованы экспериментальные и статистические методы исследования; для построения математической модели использована теория планирования эксперимента.

Наиболее существенные результаты, полученные лично соискателем:

- дана качественная и количественная оценка информации по отказам и неисправностям ВРК различных типов;

- проанализированы результаты экспериментальных и расчетных исследований вибрации ВРК различных производителей;

- разработан метод контроля технического состояния ВРК по вибрационным параметрам;

- создана математическая модель вибрации ВРК в зависимости от различных эксплуатационных факторов пропульсивного комплекса;

- выработаны рекомендации по выбору и назначению режимов эксплуатации пропульсивных комплексов с ВРК на основе контроля вибрации в эксплуатации;

- приводятся предложения по совершенствованию конструкций пропульсивных комплексов с ВРК с целью снижения их вибрации.

Научная новизна работы заключается в:

- разработке метода контроля технического состояния ВРК;

- создании математической модели влияния эксплуатационных факторов на вибрацию ВРК;

- полученных результатах контроля вибрации АПС с ВРК различных конструктивных исполнений.

Практическая значимость работы заключается в разработке и использовании метода контроля технического состояния ВРК, который получил одобрение Главного управления Морского Регистра судоходства РФ. Использование этого метода позволило снизить расходы на техническую эксплуатацию судов с ВРК и повысить безопасность мореплавания. Результаты работы внедрены в ОАО «Совфрахт - Приморск», ОАО

Туапсинский морской торговый порт», ОАО «Морской порт Усть-Луга», группу компаний «Palmali».

Достоверность научных результатов обеспечивается:

- использованием апробированных и признанных методов и методик исследования (вибрационных, анализа статистических данных по отказам и неисправностям); применением приборов и систем измерений, прошедших метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ 8.326 — 89;

- проведением натурных испытаний и результатами эксплуатации после внедрения предложений по назначению режимов эксплуатации пропульсивных комплексов с ВРК.

На защиту выносится:

- результаты анализа отказов и неисправностей ВРК различных изготовителей;

- метод контроля технического состояния ВРК по вибрационным параметрам;

- математическая модель влияния эксплуатационных факторов на вибрацию ВРК;

- результаты контроля вибрации ВРК различных изготовителей и назначенные режимы эксплуатации АПС с ВРК;

- рекомендации по конструктивному совершенствованию АПС с ВРК.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на:

- региональных научно - технических конференциях в МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова (г. Новороссийск, 1999 - 2008 гг.);

- международных симпозиумах «Transport Noise and Vibration», (г. Санкт-Петербург, 2002, 2004, 2006 гг.); международном конгрессе «МехТрибоТранс», (г. Ростов на Дону, 2003 г.); региональной научно-техническая конференции (г. Владивосток, 2005); всероссийской научно-технической конференции «Измерения и испытания в судостроении и смежных отраслях», (г. Санкт-Петербург, 2006 г.); в Новороссийском филиале Российского Морского Регистра Судоходства (PC) (г. Новороссийск, 2007 г.); на заседании секции научно -технического совета отдела механического оборудования и систем ГУ PC РФ (г. Санкт Петербург, 2007 г.); международной научно - технической конференции «Наука и образование - 2008» в Мурманском государственном техническом университете (г. Мурманск, 2008 г.).

Публикации по теме диссертации. Основная часть материала прошла рецензирование и опубликована в виде научных статей в следующих изданиях: журнал «Речной транспорт XXI век» (№ 1, 2009 г.), Известия ВУЗов, Северокавказский регион (2008 г.), Сборник докладов международного конгресса «Механика и трибология транспортных систем -2003», сборник выступлений и публикаций на Международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2008», сборник трудов сотрудников «Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф.Ушакова» (1999 - 2009 гг.).

Из них две статьи опубликованы в ведущих рецензируемых журналах ВАК.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Гриценко, Михаил Викторович

Основные результаты диссертационной работы

На основании выполненного анализа условий эксплуатации, экспериментальных и расчетных исследований АПС с ВРК морских судов на основе разработанных Методик оценки технического состояния сделаны выводы и получены следующие практические результаты.

1. Произведен анализ конструкций современных АПС с ВРК различных изготовителей, рассмотрены применяемые технические решения, их достоинства и недостатки.

2. Собраны и систематизированы отказы и неисправности ранее построенных и современных АПС с ВРК.

3. Впервые разработаны, опробованы и внедрены «Методики контроля и оценки технического состояния винторулевых комплексов морских' судов» на основе вибрационных методов контроля, которые согласованы и одобрены Главным Управлением Морского Регистра судоходства. Российской Федерации.

4. «Методики контроля и оценки технического состояния винторулевых комплексов морских судов» являются нормативной и организационно-технической документацией устанавливающей цели, виды, последовательность, объем, порядок, условия, место и сроки проведения контролей состояния винторулевых комплексов на судах, находящихся в эксплуатации и рекомендованы к использованию при контроле технического состояния с целью введения на судах с ВРК Системы контроля технического состояния, которая позволяет продлить сроки эксплуатации ВРК без их разборки для предъявления к освидетельствованию инспекторами PC РФ до 10 — 12.5 лет.

5. Контроль вибрации винторулевых комплексов судов, находящихся в эксплуатации и последующий анализ виброакустических характеристик позволил своевременно выявить неисправность зубчатого колеса верхнего редуктора и рекомендовать режимы работы главного двигателя, позволившие эксплуатировать судно до проведения очередного ремонта. Полученные результаты периодических контролей и их анализ позволил установить причины повышенной вибрации ВРК с карданными валами фирмы «Schottel» и предложить рекомендации по ограничению режимов работы главного двигателя для снижения вибрации.

6. Анализ кинематических схем, конструкций и результатов проведенных измерений позволил предложить различные технические решения по совершенствованию конструкции АПС с ВРК, как на стадии проектирования, так и на построенных и находящихся в эксплуатации судах.

Общим итогом выполненной работы является разработка и внедрение впервые разработанных «Методик контроля и оценки технического состояния винторулевых комплексов морских судов», применение современных методов контроля и оценки состояния технических средств, средств измерений, позволивших создать эффективный метод контроля технического состояния на основании вибрационных измерений. Он позволяет оценить техническое состояние ВРК и его элементов, дать оценку их состояния, своевременно и оперативно определить возникающие неисправности, своевременно предпринять меры по их устранению или локализации, что снижает риск аварийного выхода винторулевого комплекса строя, тем самым повысить безопасность мореплавания.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гриценко, Михаил Викторович, 2010 год

1. ГОСТ 8.001-80 Государственная система обеспечения единства измерений. Организация и порядок проведения государственных испытаний средств измерений. М. Издательство стандартов, 1980 г.

2. ГОСТ 8.513-84 ГСИ. Поверка средств измерений. Организация и порядок проведения. М. Издательство стандартов, 1984 г.

3. ГОСТ 8.326-89 ГСИ. Метрологическая аттестация средств измерений. -М. Издательство стандартов, 1989 г.

4. ГОСТ 24346 80 (СТ СЭВ 1926 - 79) Вибрация. Термины и определения. - М. Издательство стандартов, 1980 г.

5. ГОСТ 24347 80 (СТ СЭВ 1927 - 79) Вибрация. Обозначения и единицы величин. - М. Издательство стандартов, 1980 г.

6. ИСО-5348.2 Механическая вибрация и удар. Механическая установка акселерометров.

7. ИСО-4865 Вибрация и удар. Методы анализа и представления данных.

8. ГОСТ Р 10816-1 97 Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. — М. ИПК Издательство стандартов, 1998 г.

9. ГОСТ Р ИСО 7919-1 — 99 Контроль состояния машин по результатам измерения вибрации на вращающихся валах. М. ИПК Издательство стандартов, 2000 г.

10. ГОСТ Р 50779.21 2004 Статистические методы. Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным. - М. ИПК Издательство стандартов, 2005 г.

11. ГОСТ 12.1.019-72 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты. М. Издательство стандартов, 1972 г.

12. ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов. М. Издательство стандартов, 1982 г.

13. Правила классификации и постройки судов морских судов т. 1,2.- СПб. Российский Морской Регистр Судоходства, 2007 г.

14. Руководство по техническому наблюдению за судами в эксплуатации. Часть II, Техническое наблюдение за судами в эксплуатации в соответствии с правилами регистра. СПб. Российский морской регистр судоходства, 2004 г.

15. Правила технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций. РДЗ 1.21.30-97. Л. ЗАО ЦНИИМФ, 1997 г.

16. Сборник инструкций по браковочным показателям всех видов смазочных и гидравлических масел, применяемых на судах морского флота. ЯКУТ. 12-001-97. СПб. ЦНИИМФ, 1997 г.

17. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство. М. Мортехинформреклама, 1988 г.

18. Мышинский Э.Л., Седаков Л.П. Вибрационный контроль и диагностирование судового энергетического оборудования в процессе эксплуатации. Л. Судостроение, 1983 г.

19. Попков В.И., Мышинский Э.Л., Попков О.И. Виброакустическая диагностика в судостроении. Л. Судостроение, 1983 г.

20. Клюкин И.И., Колесников А.Е. Акустические измерения в судостроении. Л. Судостроение, 1982 г.

21. Справочник по судовой акустике по редакцией Клюкина И.И. Л. Судостроение, 1978 г.

22. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. -М.: Машиностроение, 1987 г.

23. Голуб Е.С., Мадорский Е.З., Розенберг Г.Ш. Диагностирование судовых технических средств. М. Транспорт, 1993 г.

24. Башуров Б.П., Носенко Е.С., Шарик В.В. О стратегии технического обслуживания и ремонта вспомогательного оборудования энергетических установок судовых транспортных средств. Изв. ВУЗов. Машиностроение, 2004 г., №11, с.29 - 35.

25. Кузьмин Р.В. Техническое состояние и надежность судовых механизмов. JI. Судостроение, 1974 г.

26. Каллакот Р.А. Диагностирование механического оборудования. JL Судостроение, 1980 г.

27. Ранделл Р.Б. Частотный анализ. СПб. Судостроение, 1998 г.

28. Вибрации в технике. Справочник в шести томах. — М.: Машиностроение.

29. Кацман Ф.М., Эксплуатация пропульсивного комплекса морского судна. -М.: Транспорт, 1987 г.

30. Барабанов Н.В., Конструкция корпуса морских судов. Л., Судостроение, 1969 г.

31. Русецкий А.А. и др. Судовые движители. Л., Судостроение, 1971 г.

32. Балацкий Л.Т., Филимонов Г.Н., Повреждения гребных валов. М., Транспорт, 1970 г.

33. Яценков B.C., Эксплуатация судовых валопроводов. М., Транспорт, 1968г.

34. Справочник судового механика. Том 1, 2. Под общей редакцией канд. тех. наук Грицая Л.Л. М., «Транспорт», 1973 г.

35. Решетов Н.А. Безопасность главных винторулевых колонок в нормативной и надзорной деятельности Регистра. — Судостроение, 2002 г., № 1.

36. Андрюшин А.В. Ледовые нагрузки для расчета местной прочности лопастей ледокольных гребных винтов. PC, Научно-технический сборник, № 25, 2002.

37. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т 1, 2. М. Машиностроение, 2001 г.

38. Кожевников С.Н., Есипенко Я.И., Расин Я.М. Механизмы. Справочноепособие. М., Машиностроение, 1976 г.

39. Илларионов В.А., Марин М.М. и др. Теория и конструкция автомобиля. М., Машиностроение, 1985 г.

40. Лукин П.П., Гаспарянц Г.А., Родионов В.Ф. Конструирование и расчет автомобиля. М., Машиностроение, 1984 г.

41. Бочаров Н.Ф., Цитович И.С. и др. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости. М., Машиностроение, 1983 г.

42. Лопашев Д.З., Осипов Г.Л., Федосеева Е.Н. Методы измерения и нормирование шумовых характеристик. М., Издательство стандартов. 1983 г.

43. Техническое обслуживание судно в рейсе. Справочник под ред. Фока А.А., Митрюшкин Ю.Д. и др. М., Транспорт, 1985 г.

44. Мозгалевский А.В., Калявин В.П. Системы диагностирования судового оборудования. Л., Судостроение, 1987 г.

45. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л., Энергоатомиздат. 1985 г.

46. Артоболевский И.И., Бобровицкий Ю.И., Генкин М.Д. Введение в акустическую динамику машин. М., Наука, 1979.

47. Васильева Р.В. Вибрационные методы неразрушающего контроля в энергомашиностроении. Труды ЦНИИТмаш, № 146,1978.

48. Баркова Н.А. Виброакустические методы диагностики. Учебное пособие, Л., ЛКИ, 1985 г.

49. Попков В.И. Виброакустическая диагностика и снижение виброактивности судовых механизмов. — Л., Судостроение, 1974 г.

50. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976 г.

51. Планирование эксперимента при исследовании газотурбинных двигателей и их элементов. М. Труды ЦИАМ №973, 1961 г.

52. Бобровницкий Ю.И., Генкин М.Д., Диментберг М.Ф. Задачи акустической диагностики./ В сб. Виброизолирующие системы в машинах и механизмах. М., Наука, 1977 г.

53. Моек Е., Штрикерт X. Техническая диагностика судовых машин и механизмов: пер. с нем. Л., Судостроение, 1986 г.

54. Максимов В. П., Егоров И. В., Карасёв В. А. Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах. — М., Машиностроение, 1987 г.

55. Динамические процессы в механизмах с зубчатыми передачами. Под Ред. М.Д. Генкина, Э.Л. Айрапетова. -М.: Наука, 1976.

56. Кацман Ф.М., Дорогостайский Д.В. Теория судна и движители. Л., Судостроение, 1979.

57. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М., 1986 г.

58. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., Наука, 1984.

59. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. -СПБ., 1998 г.

60. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Механика. М., Наука. 1979 г.

61. Ллойд Д.К, Липов М.А. Надежность организация исследования, методы, математический аппарат. М., Наука, 1964 г.

62. Randal, R.B., A new method of modelling gear faults, Journal of Mechanical Design, Vol.104, 1982. c259- 267.

63. Инструкция по эксплуатации ВРК «SCHOTTEL» SRP 300/226. Изготовитель: SCHOTTEL-WERFT Josef Becker GmbH & Co. KQ D 5401 Spay am Rhein, Германия.

64. Инструкция по эксплуатации ВРК «Aquamaster» US205/3350. Изготовитель: Роллс-Ройс Оу Аб, РОВох 220, FIN-26101 Раума, Финляндия. ToPi 22 May, 2002. Work no 514-9181.

65. Инструкция по эксплуатации ВРК «SCHOTTEL» SRP2020CP. Изготовитель: SCHOTTEL-WERFT Josef Becker GmbH & Co. KQ D 5401 Spay am Rhein,с ограниченном ответственностью

66. Россия, 353925, г. Новороссийск, Краснодарский край, пр. Дзержинского, 216, тел.[phone], факс ,[phone], E-mail: feb&gmsupply.ru

67. ГРУППА ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ•Работы произведены в.соответствии с ■ требованиями.Морского регистра-, судоходства РФ ■ СИЛ № 05.00039ties действительно до. «27» декабря 2010 года1. СИСТЕМА КС ВРК

68. Методика контроля технического состояния внторулевых колонок US205 «Aquamaster» буксиров типа «РУСИЧ»1. ЗАО «СОВФРАХТ ПРИМОРСК»1. МИ 09.07s 1лавпое управлениеда-БРЕНО .1. Новороссийск 2007 г.