Обоснование режимов эксплуатации пропульсивного комплекса судов с частично погруженными винтами на основе контроля параметров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат наук Жильцов Александр Сергеевич

• Жильцов Александр Сергеевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Жильцов Александр Сергеевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ПРОПУЛЬСИВНЫЕ КОМПЛЕКСЫ СКОРОСТНЫХ СУДОВ С ЧАСТИЧНО ПОГРУЖЕННЫМИ ВИНТАМИ

1.1 Современные пропульсивные комплексы морских судов с частично погруженными винтами

1.2 Анализ проблем технической эксплуатации пропульсивных комплексов скоростных судов с частично погруженными винтами

1.3 Анализ научно-технической литературы, посвященный методам контроля технического состояния судовых технических средств

1.4 Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОПУЛЬСИВНОГО КОМПЛЕКСА СКОРОСТНЫХ СУДОВ С ЧАСТИЧНО ПОГРУЖЕННЫМИ ВИНТАМИ

2.1 Объекты исследования

2.2 Контроль состояния элементов пропульсивного комплекса в эксплуатации

2.3 Методика исследования теплотехнических параметров пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами

2.4 Методика контроля вибрационных параметров пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ И ВИБРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОПУЛЬСИВНО-ГО КОМПЛЕКСА СКОРОСТНЫХ СУДОВ С ЧАСТИЧНО

ПОГРУЖЕННЫМИ ВИНТАМИ

3.1 Проведение экспериментальных исследований пропульсивного

комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации

3.2 Анализ результатов теплотехнического контроля пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации

3.3 Анализ результатов вибрационного контроля пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации

3.4 Оценка погрешностей измерений параметров работы пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами

ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРОПУЛЬСИВНОГО КОМПЛЕКСА СКОРОСТНЫХ СУДОВ С ЧАСТИЧНО

ПОГРУЖЕННЫМИ ВИНТАМИ

4.1 Экспериментально-теоретические исследования влияния режимов движения скоростного судна с частично погруженными винтами

на мощность главного двигателя

4.2 Организационно-технические мероприятия по предупреждению аварийных ситуаций пропульсивного комплекса скоростных судов

с частично погруженными винтами

4.3 Рекомендации по совершенствованию эксплуатации пропульсив-ного комплекса скоростных судов с частично погруженными винтами

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1. Нормы браковочных показателей для масел

Приложение 2. Концентрация продуктов износа в редукторах и

зубчатых передачах

Приложение 3. Браковочные значения чистоты масла в кодах для

гидравлических систем и редукторов

Приложение 4. Браковочные показания по концентрации, количеству больших частиц и индексам износа для редукторов и зубчатых передач

Приложение 5. Форма результатов замеров теплотехнических параметров пропульсивного комплекса с частично погруженными

винтами

Приложение 6. Расчет сопротивления и мощности глиссера судна

проекта 12150 по методу Д. Савитского

Приложение 7. Акты внедрения

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АПС - аварийно-предупредительная сигнализация;

БПФ - быстрое преобразование Фурье;

ВОД - высокооборотный двигатель;

ГД - главный двигатель;

ГСМ - горюче-смазочные материалы;

ДЭУ - дизельные энергетические установки;

ЗХ - задний ход;

РМРС - Российский Морской Регистр судоходства (РС);

ЛБ - левый борт;

МО - машинное отделение;

МОД - малооборотный двигатель;

ОГ - отработавшие газы;

ОПУ - опорно-упорный подшипник;

ПБ - правый борт;

ПК - пропульсивный комплекс;

ПХ - передний ход;

РД - руководящий документ;

САУС - система активного управления судном;

СКЗ - среднеквадратическое значение;

СОД - среднеоборотные двигатели;

ССЗ - судостроительный завод;

СТС - судовые технические средства;

СЭУ - судовая энергетическая установка;

ТК - турбокомпрессор;

ТО - техническое обслуживание;

ТС - техническое состояние;

ЧПВ - частично погруженный винт;

ХХ - холостой ход.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование режимов эксплуатации пропульсивного комплекса судов с частично погруженными винтами на основе контроля параметров»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования: С начала XXI века в России эксплуатируются морские и речные суда с пропульсивными комплексами (ПК), в состав которых входят приводы Арнесона, относящиеся, согласно Правилам классификации и постройки морских судов к системам активного управления судном (САУС) [1]. Такие суда имеют символ класса (KM©MHC Н, SC) «высокоскоростные» (далее скоростные) и предназначены для выполнения военных, поисково-спасательных, правоохранительных, таможенных операций и других задач. [2]. Они обладают скоростью свыше 50 узлов и водоизмещением до 60 тонн [3]. Двухвальный ПК таких судов состоит из двух высокооборотных ГД суммарной мощностью до 3000 кВт, реверс-редукторов, торсионных валов и с приводов Арнесона с частично погруженными винтами (ЧПВ) фиксированного шага. Основные режимы движения такого типа судов: водоизмещающий и глиссирующий. В документах Классификационных Обществ, например РС РФ, и инструкциях по эксплуатации требования, которые должны предъявляться к такому типу САУС, не находят должного отражения с точки зрения особенностей технической эксплуатации таких ПК с ЧПВ.

В процессе эксплуатации этих скоростных судов с ЧПВ возникали отказы и неисправности, анализ которых показал, что они связаны с конструктивными особенностями ПК и ошибочными действиями экипажей, которые приводят к повышенным нагрузкам ГД, высоким уровням вибрации т.д.

Возникающие отказы приводят к снижению безопасности мореплавания, простою судов, а также к значительным затратам судовладельцев на ремонт. Проектировщики, изготовители и судовладельцы должны знать причины возникновения неисправностей и обеспечить комплекс технических и организационно-методических мер по их предупреждению или минимизации. Поэтому задачи, решаемые в диссертации, актуальны.

Степень разработанности проблемы исследования: Экспериментальные и теоретические исследования, посвященные режимам работы и определению ос-

новных показателей работы судовых дизельных энергетических установок в эксплуатации с традиционным ПК, проводятся в различных научно-исследовательских организациях, ВУЗах, как в России, так и за рубежом. В настоящее время нет научно-обоснованных технических решений и организационно-методических мероприятий, направленных на повышение эффективности эксплуатации ПК скоростных судов с ЧПВ на различных режимах работы.

Работами по внедрению эффективных методов и средств оценки состояния СТС, задачами надежности и безопасной эксплуатации элементов судовых энергетических установок судов занимались О.Г. Антушев, А.М. Басин, Е.С. Голуб, Н.Д. Карачун, К.Н. Куликов, А.А. Коломиец, Е.З. Мадорский, Э.Л. Мышинский, В.И. Попков, В.И. Швеев и др.

Анализ литературных источников для ПК скоростных судов с ЧПВ показал, что рекомендациям по организации и управлению безопасной эксплуатацией такого типа судов внимание не уделяется, отсутствуют документы, регламентирующие техническое состояние ПК с ЧПВ в эксплуатации.

Цели и задачи исследования:

Цель диссертационной работы состоит в формировании комплекса научно -обоснованных технических решений, направленных на повышение эффективности эксплуатации ПК скоростных судов ЧПВ на различных режимах эксплуатации на основе контроля параметров.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

- анализ проблем эксплуатации современных судов с ЧПВ;

- разработка методики контроля и оценки технического состояния элементов ПК с ЧПВ на различных режимах работы;

- проведение экспериментальных исследований по определению теплотехнических и вибрационных характеристик элементов ПК с ЧПВ на различных режимах эксплуатации;

- оценка влияния различных эксплуатационных факторов на эффективность работы судов с ЧПВ;

- разработка организационно-методических рекомендаций по эксплуатации ПК с ЧПВ на различных режимах эксплуатации.

Научная новизна диссертации заключается в полученных результатах:

- контроля теплотехнических и вибрационных характеристик элементов пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами в виде аппрокси-мационных зависимостей мощности, температуры отработавших газов, давления наддува, среднеквадратичных уровней вибрации от частоты вращения коленчатого вала главного двигателя с регистровым наддувом в широком диапазоне изменения нагрузок;

- расчетов и экспериментальных исследований, которые позволили определить режимные и технические параметры пропульсивного комплекса скоростного судна с частично погруженными винтами; установлено, что режимные параметры движения судна (например, переход от водоизмещающего к глиссирующему режиму) накладываются на работу регистровой системы наддува двигателя и это не учитывается при эксплуатации.

Теоретическая и практическая значимость работы.

В результате проведенных исследований:

- получены экспериментальные данные контроля теплотехнических вибрационных параметров ПК с ЧПВ, которые могут быть использованы для оценки технического состояния;

- предложены и внедрены научно-обоснованные организационно-методические рекомендации по назначению режимов эксплуатации элементов ПК с ЧПВ, позволившие: снизить количество отказов ПК с ЧПВ, сократить затраты на ремонт и увеличить эксплуатационный период скоростных судов.

Методология и методы исследования.

Диссертационная работа выполнялась с использованием статистических, математических и диагностических методов с применением персональных вычислительных средств.

Положения, выносимые на защиту

1. Анализ отказов и неисправностей ПК с ЧПВ за время эксплуатации.

2. Результаты контроля и оценки технического состояния ПК с ЧПВ по разработанным методикам на различных режимах эксплуатации.

3. Научно-обоснованные организационно-методические рекомендации по назначению режимов эксплуатации элементов ПК судов с ЧПВ.

Степень достоверности и апробации результатов:

- использовались апробированные и признанные методы и методики экспериментальных исследований;

- применялись приборы и системы измерений, прошедшие метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ 8.326-89;

- при обработке результатов использовались известные статистические и математические методы;

- рекомендации, разработанные в результате исследований, внедрены в практику эксплуатации скоростных судов с ЧПВ и в учебный процесс при подготовке курсантов и на курсах повышения квалификации.

Основные положения диссертации, ее результаты докладывались на международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2011» МГТУ (г. Мурманск, 2011 г.), региональных научно-технических конференциях преподавательского состава ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова (г. Новороссийск, 2010^2016 годах), Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и актуальные проблемы судоремонта в Азовско-Черноморском бассейне» (г. Анапа, 2013 г.), 2-ой и 6-ой Всероссийской технической конференции «Актуальные проблемы морской энергетики» (г. СПб., 2013, 2017 гг.), на XXVII сессии Российского акустического общества (г. СПб, 2014 г.) и ряда других.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ (4 публикации - без соавторов, в остальных доля участия от 30 % до 70 %), из них 3 - в рецензируемых журналах из списка, утвержденного ВАК (2 - без соавторов, в одной доля участия 50 %).

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения и четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание изложено на 139 страницах и включает 81 рисунок и 21 таблицу.

ГЛАВА 1. ПРОПУЛЬСИВНЫЕ КОМПЛЕКСЫ СКОРОСТНЫХ СУДОВ С ЧАСТИЧНО ПОГРУЖЕННЫМИ ВИНТАМИ

1.1 Современные пропульсивные комплексы морских судов с частично погруженными винтами

С начала XXI века в России эксплуатируются морские и речные скоростные суда, которые предназначены для выполнения широкого круга задач по охране рыбных ресурсов, поисково-спасательных, таможенных операций и др. Они обладают скоростью свыше 50 узлов и водоизмещением до 60 тонн [3].

В Азово-Черноморском бассейне эксплуатируются скоростные суда с ЧПВ проекта 12150 «Мангуст» (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Скоростное судно с ЧПВ «Мангуст» проекта 12150 [4]

В состав ПК таких судов входят: два высокооборотных V-образных ГД «MTU» суммарной мощностью до 3000 кВт.; реверс-редукторы «ZF»; торсионные валы «CENTADISC» (все Германия) и приводы Арнесона «Twin Disc» (США) с частично погруженными винтами фиксированного шага «Rolla» (Швейцария) (рисунок 1.2).

3 2 1

Рисунок 1.2 - Основные функциональные узлы пропульсивного комплекса скоростных судов с частично погруженными винтами: 1 - главный двигатель; 2 - реверс-редуктор; 3 - эластичная муфта; 4 - торсионный вал; 5 - карданная муфта; 6 - сферошарнир; 7 - корпус (транец судна); 8 - гидроцилиндр; 9 - гребной вал; 10 - гребной винт.

Особенностью таких судов являются два режима движения: водоизмещаю-щий и глиссирующий. Выход судна на глиссирующий режим происходит при достижении необходимых параметров движения и изменения положения угла установки ЧПВ.

ГД «MTU» 10V2000 М93 (рисунок 1.3) судовой, четырехтактный, дизельный двигатель с «регистровым» наддувом и номинальной мощностью 1120 кВт. Номинальная частота вращения коленчатого вала - 2450 мин-1. Оптимизированы фазы подачи дизельного топлива применительно к каждому режиму его работы [4]. Особенностью регистровой системы наддува с двумя ТК (рисунок 1.4) является работа одного ТК в зоне пониженных нагрузок и подключение второго ТК в

зоне повышенных нагрузок ГД. Подключение второго ТК осуществляется электронной системой управления двигателем.

Редуктор «ZF» 2050 (рисунок 1.5) реверсивный. Ведущий вал редуктора приводится во вращение от коленчатого вала ГД через эластичную муфту. Передаточное отношение редуктора 1:1.5 [5]. Реверсирование осуществляется с помощью дисковых муфт ПХ и ЗХ, управляемых гидросистемами. На ведущем валу редуктора установлены насосы системы гидравлики привода Арнесона.

Торсионный вал «CENTADISC-CD 70» (рисунок 1.6) компенсирует возникающие в системе крутильные колебания и осевые перемещения [6].

Приводы Арнесона изготавливает фирма «Twin Disc» (США) (рисунок 1.7). Установленные на судах проекта 12150 «Мангуст» приводы Арнесона представляют собой неподвижный корпус, который крепится фланцем к транцу судна. Подвижная часть привода соединена с неподвижной с помощью поворотного шарнира и системы гидроцилиндров (рисунок 1.8). Приводы обеспечивают изменение дифферента и управление направлением движения судна по курсу [7].

Рисунок 1.3 - Фото главного двигателя «MTU» 10V2000 M93 (на стенде завода изготовителя)

Рисунок 1.4 - Фото турбокомпрессоров

Рисунок 1.5 - Фото реверс-редуктора «/Б» 2050

Рисунок 1.6 - Фото торсионного вала

Рисунок 1.8 - Конструкция привода Арнесона [7]: 1 - входной вал; 2 - упорный шарнир гидроцилиндра; 3 - гидроцилиндр поворота; 4 - гидроцилиндр наклона; 5 - защитный чехол; 6 - поперечина; 7 - поворотная дейдвудная труба; 8 - гребной вал; 9 - опорный подшипник; 10 - плавник; 11 , 13 - опорный подшипник; 12 - карданная муфта.

Частично погруженные гребные винты - шестилопастные, фиксированного шага [2], [6]. Благодаря тому, что гребные винты погружены на 0.4^0.6 D, исключается сопротивление, связанное с валом и кронштейнами, привычными для традиционных схем [8, 78].

Если ТО и ремонт ГД с реверс-редукторами производится специалистами фирмы-изготовителя, то обслуживание и контроль ТС привода Арнесона проводится силами экипажа по эксплуатационным инструкциям, в которых показатели технического состояния изложены неполно и, зачастую, сводятся к описанию регламентных работ. В документах Классификационных Обществ, например РС, требования к этому типу САУС не находят должного отражения, а методы контроля их технического состояния не разработаны. [1, 2, 43, 50].

Кроме фирмы «Twin Disc» приводы Арнесона производят и другие компании. На рисунках 1.9 и 1.10 представлена конструкция приводов «MiniRex» и «SeaRex», производством которых занимается фирма ZF (Германия) [9, 10].

Отличие приводов «MiniRex» от приводов «Twin Disc» заключается в установке гидроцилиндров поворота, которые крепятся к транцу скоростного судна между гребными валами. Для улучшения эксплуатационных качеств разработчиками было уделено внимание оптимальному управлению судном при маневрировании. У приводов «SeaRex» подъем, и поворот гребных валов осуществляет один гидроцилиндр [11].

На рисунке 1.11 представлен ПК с автоматической дифферентовкой (Autotrimm) - «Maritune». Его компоненты (ГД, реверс-редуктор, движитель, система контроля и управления) объединены в один двухвальный комплекс. Корпус привода крепится фланцем к транцу судна, а его подвижная часть подвешивается к транцу системой гидроцилиндров, позволяющей поворачивать валы в вертикальной плоскости в пределах до 15°, оптимизируя заглубление ЧПВ, и в горизонтальной плоскости до 40° для управления курсом судна [12].

Разработанная система управления автоматически определяет оптимальные углы заглубления при заданном режиме работы ПК. Гидроцилиндры наклона и поворота располагаются внутри корпуса судна.

Рисунок 1.9 - Конструкция привода «MiniRex» [9]

Рисунок 1.10 - Привод «SeaRex» [11]

Рисунок 1.11 - Пропульсивный комплекс «Maritune» [12]

В отличие от ПК «Maritune», на судах проекта 12150 «Мангуст» с приводами Арнесона фирмы «Twin Disc» управление поворотом и наклоном гребных валов осуществляется судоводителем, при помощи системы гидравлики. Мощност-ной ряд серийно выпускаемых моделей привода Арнесона приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Основные технические данные приводов Арнесона [7].

Характеристика Модель привода Арнесона (ASD) (L - одновальная; D - двухвальная)

6 8 10 12 14 16 18

L D6 L D10, 16 L D10, 16 L D L D

—шах. с газовой турбиной, кВт. До 730

—тах. с бензиновым двигателем до 5200 мин-1, кВт. До 400 До 700 До 1010

—шах. с дизельным До 210

двигателем до До 3675

2400 мин-1, кВт.

Максимальный крутящий момент, кгс X м. 90 60 -90 166 109 -166 277 208 582 1177 2285 5263

Смещение валов на моделях Д мм. 152 254 и 406 254 и 406

-Огребного вала, мм. 45 45 51 51 64 64 76 89 114 165

-¿наружной части гр. вала, мм. 914 991 1067 1372 1270 1600 1638 1803 2184 2896

-фланца на транце, мм. 203 203 305 305 356 356 432 483 514 762

Масса установки, кг. 61 89 72 164 129 208 277; 220-309 189 254 341; 272-372 352 515 901 -119 2 1771 2270

Примечание: Для проекта 12150 «М

ангуст» применяются двухвальная модель ASD-14.

Достоинства привода Арнесона:

- высокая скорость судна по сравнению с традиционными ПК;

- низкий расход ГСМ;

- меньшая габаритная осадка судна;

- улучшенная маневренность на мелководье;

- изменение направления движения судна за счет изменения направления упора винта;

- простой монтаж и демонтаж.

Недостатки привода Арнесона:

- высокая стоимость и дорогой ремонт;

- повышенная вибрация;

- ограниченный режим максимальной нагрузки;

- опасность поломок деталей привода при швартовках;

- низкая эффективность движения судна на ЗХ.

1.2 Анализ проблем технической эксплуатации пропульсивных комплексов скоростных судов с частично погруженными винтами

На базе 6-ти судов с ЧПВ, эксплуатирующихся в Азово-Черноморском бассейне РФ, был проведен анализ их загруженности с начала их эксплуатации, который показал, что средняя наработка не превышает 5 % от годового фонда рабочего времени (рисунок 1.12). Это вызвано низкой мореходностью и существующей сложностью в организации сервисного обслуживания импортного оборудования [71]. Данные по времени работы ГД на различных режимах приводятся на круговой диаграмме (рисунок 1.13). Основные режимы работы ГД от 1700 до 2400 мин-1 составляют около 80 % от общего времени работы двигателей. Продолжительность загруженности судов в летний период практически в 3 раза превышает загруженность в зимний период.

Рисунок 1.12 - Среднегодовые наработки ГД в эксплуатации

Рисунок 1.13 - Время эксплуатации ГД на различных режимах работы

Для 6-ти исследуемых судов, находящихся в эксплуатации с 2009 года в таблице 1.2 приведена наработка ГД с начала эксплуатации по 2015 год.

Таблица 1.2 - Наработка главных двигателей с начала эксплуатации

№ Скоростное Год Наработка ГД

п/п судно постройки до 31.12.2015 г.

1 № 1 2009 30 %

2 № 2 2012 28 %

3 № 3 2010 25 %

4 № 4 2009 33 %

5 № 5 2011 38 %

6 № 6 2012 27 %

Для анализа отказов и неисправностей ПК с ЧПВ были выделены основные функциональные узлы (рисунок 1.2): корпус судна (1); главный двигатель (2); реверс-редуктор (3); эластичная муфта (4); торсионный вал (5); карданная муфта (6); опорно-упорный подшипник (7); гребной вал (8); гребной винт (9) система гидроуправления (10) [73].

В таблице 1.3 приведены характерные отказы и неисправности основных функциональных узлов ПК скоростных судов с ЧПВ за 5 лет эксплуатации. Источниками информации служили: формуляры технического состояния; вахтенные журналы и журналы технических средств.

При проведении ежегодных визуальных технических контролей выявлялись нарушение центровки между фланцем реверс-редуктора с торсионным валом, трещины на транце судна в местах крепления приводов Арнесона (рисунки 1.14).

На судне № 3 произошло разрушение муфты торсионного вала «СБЫТА» ПБ (рисунок 1.15). На одном из судов произошло разрушение ГД (ПБ), по видимому, связанное с перегрузкой, что вызвало нарушение механической прочности материалов (рисунки 1.16-1.19). На судах № 2 и № 4, из-за перегрева опорно-упорного подшипника привода Арнесона при пгд = 2450 мин-1 произошла остановка его гребного вала с последующим обрывом эластичной муфты реверс-редуктора (рисунок 1.20). На судне № 4 после проведенного гарантийного ремонта по замене эластичной муфты ГД останавливается из-за повышенной температуры отработавших газов (ремонт приводов Арнесона не проводился).

Таблица 1.3 - Неисправности основных функциональных узлов пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами

№ п/п Основные узлы Неисправности, % Суда с частично погруженными судами Всего

№1 №2 №3 №4 №5 №6

Лб Пб Лб Пб Лб Пб Лб Пб Лб Пб Лб Пб Лб Пб

1 Корпус судна 4 1 1 1 1

2 ГД 2 1 1

3 Реверс-редуктор

4 Эластичная муфта 6 1 1 1 1 2

5 Торсионный вал 14 1 1 1 1 1 1 1 4 3

Неисправности привода Арнесона

6 Карданная муфта

7 Опорно-упорный подшипник 8 1 1 1 1 3 1

8 Гребной вал

9 Гребной винт 10 1 1 1 1 1 3 2

10 Система гидроуправления 56 5 2 3 2 1 2 1 1 3 2 4 2 17 11

Общее количество: 100 6 4 7 4 1 3 2 2 5 4 8 4 29 21

Причиной износа сферошарнира (рисунок 1.22) являются разрывы защитных чехлов (рисунок 1.21). Значительное количество неисправностей является следствием ослабления креплений гидравлических тяг к транцу судна, разрывов гибких гидравлических шлангов в соединениях (рисунок 1.23). При нахождении судов № 1, № 2 и № 5 в базе самопроизвольно увеличивались углы наклона гребного вала привода Арнесона от установочного положения. Неисправность была вызвана выходом из строя датчиков управления приводами Арнесона. Обводнение масла в приводе Арнесона наблюдалось на судах № 3 и № 5 из-за разрыва уплотнений поворотной дейдвудной трубы в районе «хвостовика» (рисунок 1.24). Рассмотренные выше неисправности и отказы ПК с ЧПВ представлены в виде дерева отказов (рисунок 1.25).

Рисунок 1.20 - Фото обрыва эластичной муфты

Рисунок 1.21 - Фото разрыва защитных чехлов (под водой)

Рисунок 1.23 - Фото разрыва гибких шлангов

1

Рисунок 1.24 - Смазка гребного вала привода Арнесона [6]:

1 - маслобак; 2 и 3 - масляные шланги; 4 - дейдвудная труба;

5 - хвостовик.

Рисунок 1.25 - Дерево отказов и неисправностей пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами

Неисправности ПК с ЧПВ (трещины на транце судна, протечки смазочного и гидравлических масел и пр.) возникают в гарантийный период и являются результатом работы ГД на повышенных нагрузках из-за воздействия вибрации элементов ПК с ЧПВ. Отказы привели к простоям судов и значительным затратам на ремонт. К сожалению, на судах с ЧПВ контроль и оценка технического состояния ПК методами безразборной диагностики в эксплуатации не проводится.

1.3 Анализ научно-технической литературы, посвященный методам контроля технического состояния судовых технических средств

Разработкой и внедрением эффективных методов и средств оценки фактического состояния СТС, совершенствованием их технической эксплуатации занимались и внесли значительный вклад: Антушев О.Г., Басин А.М., Голуб Е.В., Карачун Н.Д., Куликов К.Н., Коломиец А.А., Мадорский Е.З., Мышинский Э.Л., Попков В.И., Швеев В.И., и др.

Указанные выше ученые:

- рассматривали задачи, определяющие надежность безопасной эксплуатации судов за пределами назначенных сроков службы;

- разрабатывали и внедряли эффективные методы и средства оценки фактического состояния СТС;

- рассматривали задачи, связанные с проектированием и согласованием теплотехнических характеристик турбокомпрессоров и двигателя.

В работах [9, 10] изложены сведения о технических характеристиках привода с ЧПВ «MiniRex» фирмы «ZF», (Германия). Рассматриваются варианты выбора оптимального передаточного отношения редуктора и характеристик винта для оптимального соответствия гидродинамических характеристик корпуса и эксплуатационных характеристик ГД. У приводов с ЧПВ «SeaRex» фирмы «ZF» существенно больший крутящий момент, чем у других существующих приводов с ЧПВ

[11]. При разработке привода «ЗеаКех» использовалось трехмерное компьютерное моделирование на базе метода конечных элементов, с целью выявления оптимального соответствия геометрии движителя и воспринимаемых им нагрузок. Ведется разработка дополнительных устройств уменьшения угла поворота на высоких скоростях для исключения опасных маневров. На исследуемых судах дополнительные системы отсутствуют.

В опубликованных материалах фирма-изготовитель «/Б» уделяет внимание оптимизациям усилий, воспринимаемых узлами привода, и разработкам надежных систем гидравлики управления курсом, и заглублением. Материалы по теплотехническим характеристиками и вибрационным измерениям основных элементов приводов и ПК с ЧПВ на различных режимах эксплуатации в РФ не публикуются.

В статье [12] авторы комплексно подошли к решению надежной и безаварийной технической эксплуатации ПК с ЧПВ скоростных судов «Магйипе». Разработана система электронного управления «АШю4птт», которая автоматически определяет оптимальные углы заглубления при данном режиме работы ПК, чтобы на всех режимах работы и при осуществлении любых маневров достигался максимально эффективный упор. У таких приводов гидроцилиндры управления расположены внутри корпуса судна. Результаты испытаний выше приведенных систем в эксплуатации фирмами-изготовителями не приводятся.

При проектировании движителей гоночных судов используются различные методы расчета катерных ЧПВ. В работах [13-16] сравниваются гидродинамические характеристики одного из ЧПВ исследованной серии при частичном и полном погружении, описываются внешние характеристики ГД, анализируются динамические качества ПК для ЧПВ, обобщается опыт применения ЧПВ на скоростных судах, даются рекомендации по их расчету. В работах отсутствуют данные по влиянию конструктивных особенностей винта на ПК в целом.

В работе [17] представлен способ проектного обоснования оптимальных сочетаний характеристик массы, мощности судна и композитных материалов, основанных на анализе баз данных построенных скоростных судов. Расчет сопротив-

ления движению и определение потребной мощности двигателей является одной из важнейших задач при проектировании судна. На ранних стадиях проектирования, когда многие элементы еще не определены, используются приближенные способы определения сопротивления судна.

В настоящее время имеется достаточно большое количество результатов модельных испытаний скоростных судов. В то же время известно, что практические вычисления по результатам проведенных испытаний могут привести к принципиальным противоречиям или существенным искажениям. Поэтому актуален поиск путей, которые бы позволили с достаточной степенью надежности прогнозировать при проектировании ожидаемые скоростные характеристики скоростных судов, основываясь не только на уже существующих или специально полученных результатах модельных испытаний [18, 19].

В литературе, посвященной диагностированию и контролю технических средств [20, 22] рассмотрены методы и средства технического диагностирования, применяемые в практике эксплуатации технических средств и конструкций. Освещены современные встроенные (стационарные) и переносные (универсальные) средства диагностирования. В приведенных выше работах приведены нормы ТС главных и вспомогательных судовых механизмов и изложены способы обнаружения типовых неисправностей.

В работе [24] рассмотрена актуальная для большинства объектов энергетики задача мониторинга (распознавание и оценка) ТС в процессе эксплуатации. Предложены решения этой задачи на основе методов статистического анализа многомерной эксплуатационной информации. Работоспособность созданной процедуры контроля ТС энергетических объектов подтверждена при анализе эксплуатационных параметров современных газотурбинных двигателей, используемых в энергетике РФ.

В настоящее время актуальны вопросы дальнейшего совершенствования эксплуатационных характеристик современных МОД, СОД и ВОД [23]. Современные тенденции повышения удельных мощностей СЭУ, уменьшение их габаритов и улучшение их экономичности находят свое отражение в создании судо-

вых дизелей с газотурбинным наддувом [25-27]. Принципы проектирования ТК не в полной мере учитывают условия их работы в составе судовых ДЭУ на морских судах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Жильцов Александр Сергеевич, 2017 год

О /

Z 700 ч / /

/

н о О = ✓

1ПП% f

1 А

✓ N г интов ая хар актери стика -

р

* t *

X

t *

___ - -

0 5( )0 60 iü 7( )0 80 )0 90 )0 10 00 11 Ч 00 12 ютота 00 13 враш 00 1400 15 ения колен1 00 16 итого 00 17 вала 00 18 ГД, n 00 19 гд , м] 00 20 ш-1 00 21 00 22 00 23 00 24 00 25

Рисунок 3.1 - Построенные характеристики ГД «MTU» 10V2000 M93

На каждом режиме эксплуатации судна прибор показывает относительную мощность в (%) на заданном режиме, в соответствии с рисунком 2.4. Мощность ГД при данной частоте вращения коленчатого вала (например, 1400 мин-1, рисунок 3.1), в процентах равна 100 %, а в киловаттах - 540 кВт. Цена деления мощ-

ности по оси ординат получена из расчета: при пгд = 2450 мин-1 мощность двигателя составляет 1120 кВт.

Вибрационные измерения

Измерения проводились с помощью анализатора шума и вибрации типа SVAN 912АЕ, Svantek Ltd., Польша (рисунок 3.2). Прибор 1-го класса точности, допущен к применению на территории РФ и одобрен РС, проходит метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ 8.326-89 [53], и ГОСТ 8.513-84 [54].

Прибор предназначен:

- для измерения и спектрального анализа шума и вибрации;

- для определения характеристик акустического шума в промышленности и на транспорте;

- в научных исследованиях, а также службами санитарного и технического надзора, для оценки условий труда, контроля шумового режима в жилых и общественных зданиях;

- для контроля ТС оборудования на заводах и предприятиях.

Характеристика анализатора звука и вибрации SVAN 912 АЕ:

- выполняет октавный, 1/3-октавный или узкополосный БПФ анализ в реальном масштабе времени с одновременным статистическим анализом в октавных и третьоктавных полосах;

- оснащен набором всех необходимых корректирующих фильтров;

- память анализатора 1 МБ;

- загрузка результатов измерений в персональный компьютер при помощи интерфейса RS 232;

- обработка результатов измерений программой SVANPC for Windows;

- оснащен набором датчиков, вспомогательных средств и аксессуаров для проведения измерений звука и вибрации;

- 1 класс точности в соответствии с IEC 651, IEC 804, 60 8041, ISO 5349;

- жидкокристаллический дисплей 128*128 пикселов с подсветкой;

Рисунок 3.2 - Анализатор звука и вибрации SVAN 912 АЕ [55]

- вес 1.8 кг и питается от аккумуляторных батарей в течение 8 часов;

- размер 250 X 112 X 68 мм.

Точки измерений находились на частях конструкций обладающей высокой жесткостью. Ввиду ограниченного доступа к гребному валу привода Арнесона и его элементам, измерения вибрации во время работы выполнялись в местах крепления привода Арнесона к транцу судна. X; У; Z - направления измерения вибрации на корпусе опорно-упорного подшипника линии входного вала привода Арнесона и корпусе (транце) судна в месте крепления гидроцилиндров подъема (рисунки 3.3).

ettbJtt^l' шг м А-х ^ УЖ ^ шШЫш 'J

Рисунок 3.3 - Направления и точки измерений вибрации на корпусе опорного

подшипника привода Арнесона:

Х- осевое; Г - поперечное; вертикальное.

Полученные результаты обрабатывались на персональном компьютере, с использованием программы SVAN PC for Windows и пакета «Excel. Microsoft Office 2010». Были получены спектральные характеристики вибрационных сигналов в частотном диапазоне 1.6-1410 Гц при разрешении по частоте 0.7 Гц и заданной

достоверности (число усреднений). Анализ полученных результатов проводился в лабораторных условиях при использовании типового тракта (рисунок 3.4) для обработки результатов вибрационных измерений.

Рисунок 3.4 - Схема тракта для измерения вибрации

оборудования

Результаты измерений заносились в память персонального компьютера, на котором они обрабатывались и сохранялись.

3.2 Анализ результатов теплотехнического контроля пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах

эксплуатации

По разработанным методикам проводились теплотехнические и вибрационные измерения.

Изменение мощности ГД

Согласно разработанным методикам, по результатам выполненных эксплуатационных экспериментальных измерений теплотехнических показателей, построены зависимости мощности ГД 3-х исследуемых судов от частоты вращения коленчатого вала (рисунки 3.6-3.8).

Суда находились в различном техническом состоянии:

- судно № 1 (перед ремонтом);

- судно № 2 (после ремонта);

- судно № 3 (новое, полученное из ССЗ).

На судне № 1 (рисунок 3.5) до пгд = 1600 мин-1 мощность ГД росла плавно и ее значения не превысили 430 кВт.

Рисунок 3.5 - Зависимость мощности ГД от частоты вращения коленчатого вала

судна № 1:

1 - ограничительная характеристика; О - испытание № 1;А - испытание № 2; •- испытание № 3; - испытание № 4; - испытание № 5.

При пгд = 1700 мин-1 мощность двигателя резко возрастает до 650 кВт, после чего снижается до 500 кВт. Дальнейшее повышение частоты вращения коленчатого вала ГД приводит к увеличению мощности и при пгд = 2100-2300 мин-1 достигает ограничительной характеристики (1). При этом наблюдался рост температуры отработавших газов (рисунок 3.8), которые при пгд = 2300 мин-1 достигают предельных значений. Из-за повышенной температуры отработавших газов > 700 испытания приостанавливались.

На судне № 2 (рисунок 3.6) мощность ГД росла плавно до пгд = 1300 мин-1. При пгд = 1300-1500 мин-1 рост №гд несколько замедлился и до пгд = 1500 мин-1 не превысил 300 кВт. С пгд = 1500 мин-1 значения мощности ГД растут. Наибольший разброс значений №гд наблюдался при пгд = 2000-2200 мин-1 и составлял от 150 до 200 кВт. ГД при двух испытаниях вышел на ограничительную характеристику при пгд = 2300 мин-1.

н СО

а

<и

г

£

■а н и о X

3

о

1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0

/

•

■

▲

1 • •

• 1 А

▲ ■

А ■

«

!

Г« 1

500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 Частота вращения коленчатого вала ГД, Пгд мин-1

2300

2500

Рисунок 3.6 - Зависимость мощности ГД от частоты вращения коленчатого вала судна № 2: 1 - ограничительная характеристика; О - испытание № 1; А - испытание № 2; • - испытание № 3; - испытание № 4; - испытание № 5.

На судне № 3 (рисунок 3.7) мощность ГД на всех режимах движения росла плавно до пгд = 2200 мин-1, кроме испытания № 5, при котором ГД вышел на ограничительную характеристику при пгд = 2250-2300 мин-1.

1200

1100

1000

М 900 5Й

Ч 800

и

г

700

£

л 600 н и

ас 500 |

§ 400 300 200 100 0

500

Рисунок 3.7 - Зависимость мощности ГД от частоты вращения коленчатого вала

судна № 3:

1 - ограничительная характеристика; О - испытание № 1; А - испытание № 2; • - испытание № 3; - испытание № 4; - испытание № 5.

До пгд = 1700 мин-1 на всех режимах работы ГД наблюдались одинаковые значения №гд. Разброс значений №гд до пгд = 1800 мин-1 не превысил 50 кВт, а при пгд = 1800-2450 мин-1 не превысила 120 кВт.

Изменение температуры отработавших газов В процессе проведения испытаний на судне № 1 (рисунок 3.8) до пгд = 1100 мин-1 наблюдался рост температуры отработавших газов до 450-500 °С.

____ ■

«

&

1

1 * 1 о

о •

• i ■ ■ • ■ •

• ■

Î ' • ■

б •

! :

700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 Частота вращения коленчатого вала ГД, Пгд, мин-1

На судне №1 при пгд = 1100-1600 мин-1 рост температуры отработавших газов прекратился. При пгд = 1700-1800 мин-1 температура отработавших газов вновь возрастает и при пгд = 1900 мин-1 достигает 550-600 °С. При пгд = 2000 мин-1 вновь наблюдалось снижение температуры на 50 °С, которая находилась в диапазоне 520-580 °С. При дальнейшем увеличении пгд = 2000-2300 мин-1, температура отработавших газов растет до 700 °С, которая является предельной.

800

700

Ей О

« 600 и

и =

а

Ей Св

н 500 о

ю «

а н о

а 400

н «

а <и С

£ 300

200

Ограниче • 1 ■

■ 1 : 1 о ■

5 * ! О ■

1 О ■ ! 5 1 2 8

а 1 , 8

500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 Частота вращения коленчатого вала ГД, Пгд мин-1

2300

2500

Рисунок 3.8 - Зависимость температуры отработавших газов от частоты вращения

коленчатого вала ГД судна № 1: Испытания: О - № 1; А - № 2; - № 3; - № 4; - № 5.

На судне № 2 (рисунок 3.9) изменения температуры отработавших газов от частоты вращения коленчатого вала ГД незначительно отличаются от испытаний, проведенных на судне № 1. Разброс значений до 100 °С наблюдался при пгд = 1900-2000 мин-1. Наибольшая температура отработавших газов достигалась при пгд = 2200-2300 мин-1 соответствующая 650-700 °С.

800

о 700

CQ о

m

а u

600

S

3

ta a

£ 500 ю a a

H

о a

p, 400 «

a

<u

с

H

300

200

граничен

О ие tor 1 ' ■

♦ 1 • 9 1 1 ■

• * • ! ■ 1 1 1 1 > ■

1 « 1 1 • 1 ■

• ■

500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 Частота вращения коленчатого вала ГД, Пгд, мин-1

2300

2500

Рисунок 3.9 - Зависимость температуры отработавших газов от частоты вращения коленчатого вала ГД судна № 2: Испытания: О - № 1; А - № 2; - № 3; - № 4; - № 5.

На судне № 3 (рисунок 3.10) значения температуры отработавших газов отличны от значений полученных при испытаниях на судах № 1 и № 2. При пгд = 500-1100 мин-1 температура отработавших газов растет более интенсивно и достигает 450-500 °С, далее ее рост замедляется и при пгд=1300-1600 мин-1 соответствует примерно 450 °С. При пгд = 1700 мин-1 температура отработавших газов вновь повышается и при пгд = 2000 мин-1, на одном из испытаний, достигает предельного значения (700 °С). При пгд = 2100 мин-1 температура отработавших газов снижается на 20-30 °С, а при дальнейшем увеличении частоты вращения коленчатого вала ГД растет до предельных значений. При пгд = 2200-2300 мин-1 температура отработавших газов достигала 670-700 °С.

800

U 700

600

500

CQ О

fi ct u

X S

a

CQ ct H О Ю ct

a н о

se 400 a

fP «

a

ш

S 300

ш

H

200

Ограниче А •

ние tor • ■ ( * i о , ■ 1 1

8 ▲ 1 1

А 1 О 8 ■ 1 1 • 1 f i

1 ■ )

• ■

500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 Частота вращения коленчатого вала ГД, Пгд мин-1

Рисунок 3.10 - Зависимость температуры отработавших газов от частоты вращения коленчатого вала ГД судна № 3: Испытания: О - № 1; А - № 2; - № 3; - № 4; - № 5.

Изменение давления наддува В качестве примера, при проведенных испытаниях для получения зависимостей давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД приведены только для судна № 3 (рисунок 3.11). Это связано с тем, что характер изменения давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД на других судах, на которых производились испытания, такой же.

При пгд = 600-800 мин-1 рост давления наддува не наблюдался, и значения соответствовали 1.0-1.1 бар. При пгд = 1100-1700 мин-1 рн. абс. растет плавно и достигает 2.7 бар. В пределах пгд = 1700-2100 мин-1 значения рн. абс. изменялось незначительно. При пгд = 2200-2300 мин-1 наблюдался резкий рост рн. абс. всех судов до 3.5-3.6 бар, а при пгд = 2450 мин-1 давление наддува повысилось до 3.9 бар.

Рисунок 3.11 - Зависимость давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД судна № 3: Испытания: О - № 1; А - № 2; - № 3; - № 4; - № 5.

Анализ зависимостей мощности, температуры отработавших газов и давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД Проведенные теплотехнические измерения параметров ГД показали, что мощность ГД от частоты вращения на всем протяжении замеров увеличивается по-разному. Это связано с попыткой экипажа вывести судно на глиссирующий режим на различных частотах вращения путем изменения наклона гребных валов приводов Арнесона в положение до -7°. На судне № 1, в сравнении с судами № 2 и № 3, наблюдалась перегрузка ГД при пгд = 1700 мин-1 (начало выхода на режим глиссирования). На судах № 2 и № 3 повышенная нагрузка ГД наблюдалась при пгд = 2200-2300 мин-1 (выхода на режим глиссирования). В связи с этим увеличение температуры отработавших газов происходит при работе ГД с перегрузкой

(рисунки 3.8-3.10). Это также связано с неправильным управлением судна: попытка принудительно выйти на режим глиссирования путем установки угла гребных винтов в положение (-7°).

Анализ зависимостей давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД (рисунок 3.11) показал, что на всех судах они отличаются незначительно и соответствуют результатам проведенных испытаний на стенде завода изготовителя (Главу 2, рисунок 2.4). Характер изменения зависимостей температуры отработавших газов и давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД показывает, что на V влияют режимы и способы управления судном, а pн более инерционный параметр.

Неправильная эксплуатация судов с ЧПВ приводит к изменению теплотехнических характеристик и перегрузке дизеля, которые ведут к поломкам и авариям ПК с ЧПВ. В связи с этим, наряду с теплотехническими испытаниями необходимо проводить и вибрационные [73].

3.3. Анализ результатов вибрационного контроля пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах

эксплуатации

Вибрационные измерения проводились совместно с проведением теплотехническими измерениями на тех же режимах работы ПК по разработанной Методике (Глава 2, § 2.3).

Результаты контроля вибрации согласно ГОСТ ИСО 10816-3-2004 [51].

Результаты испытаний для трех судов (на которых проводились измерения) представлены в виде зависимостей СКЗ виброскорости ПК судов от пгд, в направлениях X, У и 2 (рисунки 3.12-3.14).

На судне № 1 (рисунок 3.12) в диапазоне 600-800 мин-1 уровни вибрации в направлениях У и 2 снижаются с 4 мм/с и 6 мм/с до 2 мм/с и 1.5 мм/с соответственно. Рост уровней вибрации при пгд > 1000 мин-1 наблюдался во всех направлениях. При пгд = 1000-1500 мин-1 уровни вибрации растут до 4 мм/с, при 1700 мин-1 в направлении У повышаются до 6 мм/с., в направлениях X, 2 и корпуса до 4 мм/с. При пгд = 2000-2100 мин-1 уровни вибрации в направлении У повышаются до 13.5 мм/с, а в направлении Ъ до 11.5 мм/с. В связи с высокой температурой отработавших газов ГД дальнейшее испытание было приостановлено. В результате, судно не вышло на глиссирующий режим.

14

12

10

, 8 ■а н и о а о

В 6

о а

ю =

М 4

♦ IX А1Т ■ Корпус А

•

• ♦ ■

▲ ■ ♦

• А ▲ * ■ ▲ •

* 1 1

600

800 1000 1200 1500 1700 2100

Частота вращения коленчатого вала ГД, Пгд мин-1

2400

2

0

Рисунок 3.12- Зависимость СКЗ виброскорости ПК от частоты вращения

коленчатого вала ГД судна № 1

На судне № 2 (рисунок 3.13) в диапазоне пгд = 600-2100 мин-1 уровни вибрации во всех направлениях растут плавно. При пгд = 2100 мин-1 уровни вибрации в направлении У растут до 13 мм/с, в направлении 2 до 10 мм/с, а в направлениях X и корпуса уровни вибрации возросли до 8 мм/с. При пгд = 2400 мин-1 уровни виб-

рации в направлении У достигли 12 мм/с, а в направлении 2 - 11 мм/с. Высокая вибрация до 13.5 мм/с наблюдалась на корпусе судна.

На судне № 3 (рисунок 3.14), при пгд = 1700 мин-1 уровни вибрации растут в направлении X до 4.2 мм/с., в направлении У до 14 мм/с и в направлении 2 до 9 мм/с. При пгд = 1800-2100 мин-1 уровни вибрации во всех направлениях соответствуют до 8 мм/с. Рост вибрации наблюдается при пгд = 2100-2400 мин-1 наблюдается во всех направлениях. Вибрация в направлении У повысилась до 14 мм/с, в направлении 2 до 11 мм/с, в направлении X до 10 мм/с. Измерения вибрации корпуса на судне не проводились. При пгд = 2400 мин-1 уровни вибрации в направлении У достигли 12 мм/с, а в направлении 2 - 11 мм/с. Высокая вибрация до 13.5 мм/с наблюдалась на корпусе судна.

14

12

10

♦ IX А1У • 12 ■ Корпус А ■ ±

•

■ •

§ ♦ А л ♦

■ А ■ ♦

4 ♦ 1

и

и

8

■а н и о

а

§ 6

и о а ю

И 4

600

1000 1500 1700 2100

Частота вращения коленчатого вала ГД, пгд мин-1

2400

2

0

Рисунок 3.13 - Зависимость СКЗ виброскорости ПК от частоты вращения

коленчатого вала ГД судна № 2

На судне № 3 (рисунок 3.15), при пгд = 1700 мин-1 уровни вибрации растут в направлении X до 4.2 мм/с., в направлении У до 14 мм/с и в направлении 2 до 9 мм/с.

При пгд = 1800-2100 мин-1 уровни вибрации во всех направлениях соответствуют до 8 мм/с. Рост вибрации при пгд = 2100-2400 мин-1 наблюдается во всех направлениях. Вибрация в направлении У повысилась до 14 мм/с, в направлении 2 до 11 мм/с, в направлении X до 10 мм/с. Измерения вибрации корпуса на судне не проводились.

14

12

и

10

♦ ix а1т А а

•

А • 1

•

А А • ♦ ♦

* • ♦

8

8

■а н и о

о 6

а

и о а

ю =

И 4

600

1000 1500 1700 2100

Частота вращения коленчатого вала ГД, пгд мин-1

2400

2

0

Рисунок 3.14 - Зависимость СКЗ виброскорости ПК от частоты вращения

коленчатого вала ГД судна № 3

Анализ результатов зависимости СКЗ виброскорости от частоты вращения коленчатого вала ГД исследуемых судов показал, что:

- уровни вибрации увеличиваются в диапазоне изменения частоты вращения коленчатого вала ГД (от холостого хода до номинальной частоты вращения);

- в случае, когда судно № 1 не смогло выйти на глиссирующий режим из-за перегрузки ГД (№гд = 100 % при пгд = 2100 мин-1), высокие уровни вибрации (до

14 мм/с) могут приводить к повышенным нагрузкам на корпусе судна (рисунок 3.12);

- при достижении номинальной нагрузки у судов № 2 и № 3 при пгд = 2400-2450 мин-1 (глиссирующий режим) уровни вибрации достигают 14 мм/с (рисунки 3.13, 3.14). Высокие уровни вибрации могут приводить к неисправностям элементов приводов Арнесона.

Уровни вибрации элементов ПК на характерных частотах

Для выявления наиболее значимых источников повышенной вибрации был проведен анализ уровней вибрации элементов ПК с ЧПВ на характерных третьок-тавных полосах частот, рассчитанных в таблице 2.12.

Главный двигатель

В качестве примера, на рисунках 3.15-3.17 представлены зависимости уровней виброскорости ГД от частоты вращения коленчатого вала, на различных режимах его работы.

Анализ зависимостей уровней вибрации ГД от частоты вращения судна № 1 (рисунок 3.15) показал, что в направлениях Х, У и 2 уровни вибрации не превышают 2 мм/с. Незначительное повышение вибрации до 2 мм/с во всех направлениях наблюдалось при пгд = 1500 мин-1. В связи с тем, что судно на режим глиссирования при пгд = 2100 мин-1 не вышло, то дальнейшее испытание было прекращено.

Анализ зависимостей судна № 2 (рисунок 3.16) показывает, что до пгд = 2400 мин-1 уровни вибрации не превысили 2 мм/с.

На судне № 3 (рисунок 3.17) в направлениях Xи У и на режимах работы ГД до пгд = 2400 мин-1 уровни вибрации не превышают 1 мм/с. В направлениях У и 2 уровни вибрации при пгд = 2400 мин-1 повысились и достигают 2 и 6 мм/с соответственно.

Анализ результатов зависимостей уровней виброскорости ГД от частоты вращения коленчатого вала исследуемых судов показал, что уровни вибрации в

диапазоне изменения пгд находятся в пределах от 0.5 до 2 мм/с. У судна № 3 при пгд = 2400 мин-1 уровни вибрации в направлении У повысились до 6 мм/с.

14

и

И 2 12

№

2 10

¿5 1-

Ей

2 8 1-о X

Ей «

£ 6

■а н и о а

§ 4 и о а

ю =

СО

2

♦ IX А1У • 12 ■ Корпус

▲ й 1 • * 1 1 1 ■

600

800 1000 1200 1500 1700

Частота вращения коленчатого вала ГД, Пгд мин-1

2100

2400

Рисунок 3.15 - Зависимость уровней виброскорости ГД от частоты вращения в 1/3

октавной полосе судна № 1

0

и

II 12

« 10 ч

<и

ЁЗ 1-

х

3 8

4

о 1-

о X

а с

а 6

5

■а н и

£ 4 о

а

и о а ю £ 2 со

♦ IX А1У • 1г ■ Корпус

1 ■ 1 а * ♦ А • й

600

1000 1500 1700 2100

Частота вращения коленчатого вала ГД, пгд мин-1

2400

Рисунок 3.16 - Зависимость уровней виброскорости ГД от частоты вращения в 1/3

октавной полосе судна № 2

14

♦ IX А1У • 11

А

•

▲

* + • * У ♦

и 1

12

- 10 № Ч <и

ЁЗ

X 8

Ей

4 О 1-

о

35 Л

Ей 6

а

5

■а н

ё 4

а

о

а

и о