- Повреждение рулей и насадок

ПОВРЕЖДЕНИЕ РУЛЕЙ И НАСАДОК.

Каждое рулевое устройство, обеспечивающее поворотливость и устойчивость на курсе должно быть надёжным в эксплуатации. Исходя из сказанного, рулевое устройство, претер­певает изменения технического характера в процессе эксплуатации, такие как деформации или коррозия обшивки пера руля, износы подшипников, поломка штырей или баллеров. Все эти изменения могут привести к непредсказуемым последствиям. Поэтому техническому со­стоянию рулевого устройства уделяется самое серьёзное внимание.

4.2.1. Деформация обшивки пера руля и насадок.

Характерными дефектами пера руля или поворотной насадки являются такие же де­формации или износы как и на наружной обшивке корпуса, так как конструктивно перо руля или поворотная насадка также как и корпус судна состоит из рёбер жёсткости и обшивки. Вмятины, гофры и бухтины - такие же как и у корпуса остаточные деформации обшивки пера руля или поворотной насадки и так же происходят от ударов о плавающие предметы, от касания подводных препятствий, льда, причалов и т.п.

Вмятины, бухтины, гофрировка - увеличивают сопротивление воды движению судна, отклоняют судно от курса (ввиду нарушения симметрии), нарушают прочностные характе­ристики пера руля или поворотной насадки. В дальнейшем остаточные деформации могут привести к увеличению деформации вплоть до разрушения конструкции.

Серьёзными дефектами являются трещины обшивки пера руля или насадки и трещины на рёбрах жёсткости. Появление трещин на баллере, штырях или фланцах может привести к потере руля (насадки).

Случаи появления трещин у пера руля не так редки, особенно у рулей полубалансирных, имеющих малый радиус перехода в балансирную часть пера руля (см. рис. 4.3.1.1). Такие трещины быстро распространяются и приводят к отрыву нижней половины пера руля. Такие случаи наблюдались у судов типа "Зареченск", у плавбазы "Рига" и др.исунок 4.2.1.1

Некоторые типы рулей балансирных, состоят как бы из двух половин, имеющих смеще­ние на небольшой угол одна относительно другой (т.н. контрпропеллерные рули см. рис. 4.2.1.2). Такие рули находили применение на ряде судов типа "Либерти", на судах японской построй­ки типа "Л" и других. Такие контрпропеллерные рули не имеют промежуточной связи и закреплены в верхней и нижней части. При значительных нагрузках, в районе где изгибаю­щий момент, действующий на руль, достигает наибольшей величины, при действующем кру­тящем моменте происходила поломка в месте соединения верхней и нижней части пера руля, т.е. где руль как бы разделён на два контрпрофиля.

Значительное количество трещин появляется на обшивке насадок и рулей при механи­ческих повреждениях, ударах о твёрдые предметы, о лёд и т.д., в местах выполнения некаче­ственной сварки, в местах приварки обшивки к набору, в местах сварки разнородных матери­алов (нержавеющей и углеродистой стали, плакировенной стали и т.п.) в местах прорезных и пробочных швов (см. рис. .2.1.3), т обмерзания рулей при незначительных осадках судна и водотечности пера руля или насадок (особенно у рулей типа "Симплекс" и др.). Например, на судах типа "София" появлялось много трещин на обшивке пера руля, где обшивка крепилась к набору при помощи прорезного шва в шип из пробочных швов.

Рекомендуемые материалы

Определённое влияние на появление трещин на обшивке пера руля или насадки оказы­вает гребной винт. Так , в основном, на морских судах гребной винт устанавливается один, а перо руля устанавливается за гребным винтом. Струи воды от винта воздействуют динами­чески (пульсируя) на перо руля или на насадку, вызывают эрозию и кавитацию. Здесь же может оказывать влияние винт на электрохимический процесс коррозии.

Наиболее интенсивный износ рулей и насадок происходит в носовой их части, в районе сварных швов. Разрушения от износа могут достигать значительных величин. Так, на судах типа "Прага" между периодами докования в 24 месяца глубина коррозионных раковин дости­гала от 5 до 12 мм., причём раковины носили значительные размеры и по площади, превраща­ясь с разными глубинами разъедания в лишаеобразные разъедания. На судах типа "Крым" разъедание сварных швов у насадки (там неповоротная насадка) достигали глубины 15 - 20 мм, превращая отдельные участки внутренней обшивки насадки в плоскости действия лопас­тей винта в "Губчатую структуру" на площади около 250 х 350 мм.

4.2.2. Износ деталей в подшипниках; просадка рулей и поворотных насадок.

Нагрузка на детали рулевого устройства не ограничивается в условиях эксплуатации только под давлением воды, массой рулевого устройства, моментом от приложенных сил при

ерекладке руля.

Здесь имеют место силы, значительно превышающие указанное давление и момент -удары волн, нагрузки при заднем^ходе, нагрузки при резкой перекладке руля с борта на борт. Учёт всех возможных нагрузок на детали рулевого устройства является предпосылкой надё­жности и долговечности их эксплуатации.

Конструктивные особенности рулей и эксплуатационные нагрузки влияют на износ де­талей рулевого устройства. Все эти нагрузки воспринимают подшипники пера руля (насадки) и баллера, работающие в исключительно сложных условиях ударных нагрузок и в довольно агрессивной среде - морской воде. Всё это накладывает свой отпечаток на материал, кон­струкцию, взаимное расположение деталей, рулевого устройства и, в конечном счёте, на ус­тановочные и предельные зазоры в подшипниках.

Регистр устанавливает определённые нормативы на установочные зазоры в подшипни­ках рулевых устройств, нормативы удельного давления в сопрягаемых деталях трущихся пар.

Если установочные и предельные зазоры Регистром нормируются в зависимости от диа­метров пар, то удельное давление нормируется в зависимости от материала.

Регистр требует обязательную проверку выбранных размеров штырей, баллеров по удель­ному давлению. Под удельным давлением "Р" понимается величина в МПа (кгс/см2) опреде­ляемая по следующей формуле:

10 R,

Р =      cji it    в МПа; или

р =      jji р        в кгс/см-; Где:

R   I     - расчётное значение реакции для соответствующего типа рулевого устройства в кН (кгс);

d1 - диаметр штыря или баллера руля в см. (вместе соблицовкой, если она имеется); V        - высота опорной части подшипника (втулки) в см.

Расчётное удельное давление не должно превышать норм, указанных в таблице 4.2.2.1

Таблица 4.2.2.1

Применение для трущихся пар материалов отличных от указанных, в каждом случае является предметом специального рассмотрения Регистром.

Установочные зазоры в подшипниках рулевых устройств влияют на износ деталей, со­прягаемых в подшипниках и, на их долговечность.

Такие зазоры зависят не только от диаметра сопрягаемых деталей, но и от материала, от конструктивных особенностей устройства, от величин нагрузок, действующих в устройстве, ■от температуры окружающей среды.

Подшипники рулевых устройств, как известно, подразделяются на упорные, опорные и опорно-упорные.

Упорные - воспринимают, в основном, силу тяжести рулевого устройства.

Опорные - силу давления воды, динамические нагрузки от работы рулевого устройства, влияние корпуса судна и гребного винта.

Опорно-упорные подшипники воспринимают и те и другие нагрузки одновременно.

Так, в практике, реже применяются только упорные подшипники. Эти подшипники вы­полняются либо качения, либо скольжения. Первые бывают шариковые или роликовые. Вто­рые - пластинчатые, конические, сферические, шевронные (см. рис. 4.2.2.2).

Наиболее широкое применение получили подшипники опорно-упорные - где совмещено восприятие нагрузок массы рулевого устройства (силы тяжести) и нагрузок от момента, дав­ления воды, других динамических нагрузок в эксплуатации (удары волн, пульсация струи винта, поток струй, влияние обводов корпуса и его выступающих частей и т.д.).

Обычно такие подшипники выполняются либо скольжения (упорная и опорная часть) либо качения упорная часть и скольжения опорная часть (см. рис. 4.2.2.3).

Опорные подшипники, предназначены для восприятия нагрузок от давления воды, удар­ных нагрузок волн, изгибающих моментов и выполняются - скольжения.

От износа упорного подшипника или упорной части опорно-упорного подшипника перо руля опускается вниз, под воздействием своей массы (сила тяжести), что вызывает т.н. про­садку пера руля (насадки). Просадка руля (насадки) связана с рядом ограничений: это перо руля не должно "сесть" на пятку ахтерштевня, либо петлю, на кронштейн или на аварийный подшипник.

Такая просадка грозит увеличением нагрузок на перо руля и его привод ввиду резкого увеличения сил трения, из-за возможной посадки руля на неподвижные детали корпуса. Кроме того, при просадке пера руля просаживается насаженый на баллер румпель, а это приводит к тому, что опускаются подвижные детали рулевого привода на неподвижные (по­садка лопастей на ротативной рулевой машине, шарниров у электрогидравлической машины и т.д.).

Все эти виды просадки небезопасны и лимитируются специальными нормами. Нормы устанавливает проектант согласовав их с Регистром. Эти нормативы предельно допускаемых зазоров на просадку указываются в чертежах рулевого устройства и. технических требова­ниях на ремонт рулевого устройства (ТТР), или Технических условиях на ремонт (ТУР). Например, у рулей типа "Симплекс" на пере руля и пятке ахтерштевня обязательно устанав­ливается аварийный конический подшипник, который допускает возможность просадки руля до посадки пера руля на аварийный подшипник (в аварийных случаях).

ОПОРНО –УПОРНЫЕ подшипники

Но этот подшипник (см. рис. 4.2.2.4) служит только как аварийный, чтобы судно могло до ближайшей базы ремонта дойти без аварии.

Износ подшипников и деталей рулевого устройства с ними сопрягаемых (баллеров, шты­рей) зависит, как выше указано, от материала и его пары, с которой он работает.

В качестве материала подшипников рулевых устройств применение нашли следующие: бронза, бакаут, ДСП (А, В), текстолит (ПТК-С), капролон, туфнол (Англия), лигнит (Япония), новотекс (ФРГ), резинометалические планки, ламинекс (ФРГ), микарта (США) и другие.

Наиболее широкое применение получили не все указанные материалы, а такие как брон­за при работе со сталью углеродистой и нержавеющей, бакаут в виде набора втулки при работе в паре с бронзовой облицовкой и, наконец, капролон при работе с бронзовой облицов­кой или нержавеющей сталью.

Эти материалы, в основном, применяются на отечественных предприятиях при построй­ке или ремонте судов.

Характеристики этих подшипниковых материалов хорошо известны и проверены на многих отечественных судах.

Так, например, данные, изложенные в таблице 4.2.2.1А характеризуют свойства приме­няемых материалов.

Учитывая установленный материал в подшипниках, конструктивные особенности под­шипников как пера руля, так и баллера базовые организации нормативных документов (экс­пресс-информация ММФ N 11.75 г.) рекомендует воспользоваться графиками установочных и предельно допустимых зазоров для подшипников баллеров (график 4.2.1) и подшипников пера руля (график 4.2.2) в зависимости от диаметра оси и материала подшипника.

Таблица 4.2.2.1А

Графики составлены на основании большого статистического материала. В качестве при­мера можно привести и усреднённые данные нарастания зазора в подшипниках рулевых устройств (табл.4.2.2.2А)

Таблица 4.2.2.2A

Однако эти усреднённые данные не полностью отражают характер эксплуатации судна.

Так, суда, работающие на мелководье, в портах, в прибрежных водах получают износ деталей рулевых устройств и насадок больший по сравнению с судами, работающими на глубоководье и вдали от прибрежных зон.

На мелководье мелкие частицы взвешенных твёрдых веществ (песок, и т.п.) попадая в зазоры между подшипником и осью вращения (баллер, штырь) повреждают как материал подшипника, так и материал оси. Особенно это заметно у подшипников из капролона и подоб­ных пластических материалов.

Вкрапление механических твёрдых частиц в материал подшипника вызывает абразив­ный износ оси и, в конечном счёте и самого материала подшипника.

Скорость нарастания зазоров (т.е. скорость износа подшипников) также тесно связана с конструктивными особенностями устройств, качеством первоначальной обработки и сборки деталей.

Уменьшение скорости нарастания зазоров в подшипниках увеличивает надёжность и долговечность работы устройств судов.

Значительные динамические усилия, воспринимаемые рулём или поворотной насадкой передаются соединениям баллера с пером руля или насадки. Надёжности этих соединений придаётся большое значение. Правила классификационных обществ обращают внимание на закрепление и стопорение этих узлов. Такие же требования стопорения относятся и к креп­лению съёмного рудерпоста у рулей типа "Симплекс".

Нарушение надёжности таких соединений может привести к серьёзным аварийным си­туациям судна. Так, соединение баллера с пером руля или поворотной насадкой может выполняться либо посредством фланцевого, замкового соединения, либо конусного соедине­ния.

При фланцевом соединении требуют Правила классификационных обществ, чтобы число болтов было не менее шести и все болты должны быть призонными. В случае постановки шпонки во фланцевом соединении допускается устанавливать два призонных болта по диагонали, а остальные четыре могут быть "чистыми".

Поверхности фланцев должны быть пригнаны между собой с проверкой прилегания на краску (1-2 пятна на квадрат со сторонами 25x25 мм т.е. на квадратный дюйм 1-2 пятна).

Однако со временем эти поверхности корродируют. При повреждении поверхностей 25% общей площади требуется ремонт поверхностей т.е. такое соединение повреждённых поверх­ностей является уже ненадёжным. Подгонка поверхностей в сборе определяется проверкой прохождения щупа толщиной 0,05 мм, который не должен проходить на глубину более 15 мм на участках более 25% общей длины периметра фланца. В случае нарушения такой плотности соединения возможны разрывы болтов, крепящих фланцы, с соответствующими негативны­ми последствиями.

Подобные требования предъявляются и к замковому соединению. Однако в таком соеди­нении не ставится шпонка и, следовательно, все болты соединения должны быть'пригонными. Замковые соединения ввиду сложности изготовления находят очень редкое применение.

Дефекты, описанные выше, не должны также иметь места в соединении съёмного рудер­поста с корпусом судна у рулевых устройств типа "Симплекс".

Расстройство плотности соединений приводит к срезу болтов, утере болтов и, соответст­венно потере руля или поворотной насадки.

Стопорение крепёжных болтов фланцев, замка или съёмного рудерпоста обязательно и выполняется либо шплинтовкой, либо приварными стопорными планками, либо постановкой контргаек.

Такое расстройство соединения имело место на танкере "Труд" в 197.9 году. Здесь, в результате износа упорного подшипника (рулевое устройство типа "Симплекс") перо руля опустилось на аварийный подшипник. Ввиду увеличения сил трения от просадки пера руля начал разбиваться шпоночный паз в упорно-опорном подшипнике, а это привело к ударным динамическим нагрузкам на всю конструкцию рулевого устройства и расшатыванию соеди­нения фланцев с баллером и съёмного рудерпоста с ахтерштевнем корпуса судна. Вовремя обнаруженная водолазами просадка руля с посадкой на аварийный подшипник с последую­щим обнаружением ослабления крепления фланцев предотвратила аварийное происшествие судна. Подобные неприятности наблюдались и на ряде судов типа "Сплит", имеющих подоб­ную конструкцию рулевого устройства - типа "Симплекс".

Обычно просадка руля до посадки его на аварийный подшипник приводит к расстройст­ву соединения на фланцах баллера с пером руля и съёмного рудерпоста с корпусом судна.

Для предотвращения выпадения болтов в соединениях рулей или поворотных насадок с баллером судна правила классификационных обществ требуют стопорения от самоотдачи гаек болтов и других съёмных деталей.

Правила Регистра, например, требуют стопорение съёмных деталей не менее чем двумя стопорами: либо приварными планками, либо приварной планкой и шплинтом, либо планкой и контргайкой.

Те же требования относятся и к гайке съёмного рудерпоста и к штырям рулей и насадок. Имели место случаи, когда штыри пера руля на некоторых типах судов вставлялись в перо руля снизу (суда типа "Лисичанск" японской постройки, типа "София" постройки СССР как и суда типа "Крым", суда рыболовные типа "Атлантик" постройки ГДР и другие (см. рис. 4.2.3.1).

Выпадение штырей, особенно частое у судов типа "Атлантик", приводило к выходу из строя рулевого устройства так как нагрузка на баллер резко возрастала и перо руля, потеряв опору в нижней части изгибалось, изгибая баллер руля.

Подобные неприятности потребовали уделения серьёзного внимания этому узлу и надё­жному стопорению не только гайки штыря, но и самого штыря с пером руля или корпусом судна, в зависимости от конструкции устройтства. На некоторых конструкциях, а у судов типа "Атлантик" сейчас, обязательно ставят снизу на .лыжне заглушку чтобы не утерять штырь руля при ослаблении его посадки'или стопорения. (см. рис. 4.2.3.2).

Ненадёжность крепления баллера руля с пером руля или насадкой приводит к обрыву рулей или насадок. Появление трещины на обшивке пера руля, особенно у полубалансирных рулей в районе перехода в балансирную часть приводит к поломке руля. Такие случаи имели место у судов типа "Маяковский" МРХ (18), где трещины образовывались в районе перехода в балансирную часть пера руля (см. рис.4.2.4.1), у судов типа "Зареченск" ММФ, постройки ГДР, у плавбазы "Рига" МРХ и других.

Появление трещин у рулей в местах их крепления или в местах переходных сечений вызывает поломку рулей и насадок.

Трещины обычно появляются в местах резкого перехода сечений. Здесь виновно кон­структивное решение, которое допустило такие резкие переходы без подкрепления узла и без соблюдения достаточно плавного радиуса перехода одного сечения в другое (см. рис. 4.2.4.2)

Такая конструкция узла создаёт большую концентрацию напряжений в этом районе.

Люди также интересуются этой лекцией: Список литературы.

В сочетании со значительными нагрузками, вибрацией от работы гребного винта такое исполнение конструкции приводит к появлению усталостных трещин и их быстрому распрог странению вплоть до поломки руля. Регистр рекомендует утолщать обшивку пера руля в таких местах перехода и тщательно исполнять переход от одного сечения в другое радиусом не менее 50 мм, зачищать кромки, а также стремиться как можно дальше удалить все по­перечные сварные швы от скругления перехода сечений. Кроме всего необходимо чтобы со­блюдались допустимые зазоры в подшипниках, так как увеличение зазоров приводит к ис-

кривлению линии пера руля, к дополнительным нагрузкам, а следовательно к высоким на­пряжениям.

Регистр рекомендует чтобы предельно допустимые зазоры, вне зависимости от матери­ала подшипников, не превышали тройной установочный зазор.

Обрыв рулей и их утеря имеют место и при поломке баллера. Так в сентябре 1967 года танкер "Гданьськ" следуя полным ходом в Мраморном море при спокойной погоде во время перекладки руля с борта на борт потерял перо руля. Сначала появилась вибрация, а затем судно перестало слушаться руля - руль был утерян. Водолазным осмотром было обнаружено: перо руля отсутствует, а баллер обломан в районе перехода конуса в цилиндрическую часть (см. фото 4.2.4.3).

Из-за недостаточного стопорения нижнего штыря пера руля (см. рис. 4.2.4.4) сначала был утерян штырь пера руля, а затем появилась трещина усталостного характера на' баллере в районе окончания шпоночного паза у переходного сечения большого конуса в цилиндричес-

следов повреждений. Таким образом, от надёжного стопорения штыр баллера и их гаек зависит долговечность и надёжность эксплуатации рулевого устройст