- Повреждение гребного устройства

ПОВРЕЖДЕНИЕ ГРЕБНОГО УСТРОЙСТВА

4.3.1. Разрушение гребных винтов. Утеря винтов.

На разрушение гребных винтов оказывает влияние: коррозия, эрозия, кавитация, ус лость, механические повреждения и другие факторы. Эти виды разрушения гребных вин приводят к потере хода судна, а иногда и к аварийным последствиям.

Коррозии обычно подвергаются гребные винты из углеродистой стали. Срок служ таких винтов незначителен и, по истечении 1,5-2,5 лет (30) их приходится заменять, а ; значительные убытки. Подобное влияние коррозии сказывается и на винты из чугуна. Кро того, на винты из чугуна сказывается и низкая механическая прочность.

Коррозионно-эрозионные разрушения гребных винтов происходят довольно быстро начальных мелких разъеданий лопастей как на нагнетающей, так и на засасывающей п верхностях. Разрушения распространяются на значительную площадь лопасти и, имели мес то случаи, когда поверхности лопастей превращались в "губчатую поверхность" и из-за уте прочности отваливались.

Применение гребных винтов высшего класса из латуни и бронзы также имеет свои нед статки.

Винты гребные из медных сплавов обладают меньшей прочностью чем винты из угле диетой стали, но имеют склонность к интенсивному разрушению вследствие обесцинкован и, вследствие коррозионного растрескивания под воздействием морской воды (45).

Эти недостатки слабой коррозионной стойкости отсутствуют у винтов, изготовленных нержавеющей стали.

Значительным недостатком гребных винтов является влияние кавитации, приводящей серьёзным разрушениям гребных винтов. Обычно кавитация проявляется началом на вход щих кромках засасывающей поверхности лопасти. Здесь образуется безводная полость, полненная пузырьками воздуха и парами воды. Вода как бы вскипает в разряженном п странстве и здесь, кроме ухудшения эксплуатационных характеристик винта, возникают э зоионные разрушения лопастей, т.е. происходит как бы вырыв частичек металла и поверх ность превращается в пористую, она выкрашивается.

Рекомендуемые материалы

Это разрушение поверхности лопасти приводит даже к поломке лопасти. Особенное мес то среди разрушения гребных винтов занимают механические повреждения лопастей й рыв лопастей по корневому сечению. Такие обрывы лопастей имели место не только у суд совершающих эксплуатацию в районах Арктики и Антарктики, где гребные винты работа при пониженных температурах, в ледовом крошеве, испытывающих ударные и истираюп нагрузки, но и на судах, работающих в тёплых водах. Так на судах' типа "Прага", "София "Ленинский комсомол", "Бежица" и других, винты стали выходить из строя вследствие отр" ва лопастей в корневом сечении. Это винты высоконагруженные.

Проверкой было установлено (8), что эти винты имеют запас прочности по цикличесю нагрузкам значительно ниже норм. Одним из недостатков является и то, что марганцевист латуни, из которых были изготовлены некоторые винты, имеют склонность к коррозионно растрескиванию, что явно приводит к росту трещин, и, в конечном счёте, потере лопастей.

Всякого рода изгибы, выбоины, обрыв шпилек, крепящих лопасти к ступице у винтов съёмными лопастями, удары о лёд, грунт и твёрдые, плавающие предметы неоднократн приводили к аварийным последствиям гребных винтов.

Иногда имеют место и конструктивные недостатки. Так из-за неверного выбора посад при креплении лопастей к ступице с учётом сложных условий ледового плавания на рял однотипных судов "Гжатск", "Черноалтайск", "Камчатка", "Переяславль-Залесский" из-^ обрыва шпилек , крепящих лопасти к ступице, были утеряны лопасти гребных винтов (55).

Особое место занимает в аварийных повреждениях утеря винтов. От посадки гребно винта на конус вала, от надёжности его крепления и стопорения зависит не только долгове ная работа винта, но и надёжная передача упора винта на переднем ходу судна и надёжн работа винта на заднем ходу.

Так на переднем ходу винт "старается" как бы ещё более плотно быть "насаженным" конус вала, а на заднем - упор винта воспринимается концевой гайкой.

Последнее время определённое признание получает посадка гребных винтов на вал б шпонки, что требует не только изменения конусности, но и надёжного соединения винта кую часть. Об утере первоначально штыря руля говорит то, что втулка в пятке ахтерштев не имела никаких

валом для передачи упора винта. В этом случае особое внимание уделяется подгонке поверх­ностей винта и вала.

Так, Правилами Регистра, требуется чтобы качество пригонки как минимум, определя­лось количеством пятен, приходящихся на единицу конусной поверхности ступицы (не менее 2-х пятен на площади 25x25 мм), чтобы определялась величина натяга при посадке винта, было одобренного типа стопорение гайки винта и выполнено уплотнение винта и вала, для предохранения попадания воды на конус вала и винта (62).

При некачественной посадке гребного винта, при ненадёжном стопорении гайки, при попадании воды на конусное соединение - возникает опасность потери винта. Так из-за не­правильно выбранной посадки винта на вал, при бесшпоночном соединении имел место сход винта с конуса (из-за своевременного обнаружения была предотвращена утеря винта) на бункеровщике "Инженер Читанава", на балкере "Художник Моор". Из-за некачественного стопорения гайки винта был утерян один гребной винт на двухвальной установке танкера "Николаев", из-за некачественного крепления съёмных лопастей была утеряна лопасть винта на нефтерудонавалочнике "Маршал Рокоссовский" и др.

Поэтому правильной посадке винта, стопорению, уплотнению винта и вала необходимо уделять самое серьёзное внимение.

4.3.2. Деформации лопастей. Трещины. Ковитационно-эрозионные и коррозионно-эрозионные разрушения винтов.

Деформации лопастей могут происходить, как ранее указывалось от ударов о твёрдые предметы (лёд. плавающие предметы, грунт, подводные препятствия и др.).

Повреждения в виде погнутости кромок, вмятин, вырывов, загнутостей. если они незна­чительны, то почти не сказываются на работе гребного устройства. При значительных по­вреждениях резко нарушается работа гребного комплекса.

Так например, при попадании довольно твёрдого предмета в насадку гребного винта (супертраулер "Цемесская бухта") были деформированы две лопасти трёхлопастного винта (см.фото 4.3.2.1) по заключению водолаза. Однако, после постановки судна в док оказалось, что и третья лопасть доформирована. Поэтому при осмотре под водой лопастей гребных вин­тов необходимым является тщательное обследование каждой лопасти.

От касания грунта на мелководье был повреждён винт пассажирского теплохода "Поэт Андрухаев" (см. фото 4.32.2). Такое повреждение и в первом и втором случаях привело к значительной вибрации гребного устройства и корпуса и к недопустимости эксплуатации судов из-за возможности разрушения дейдвудного комплекса На нефтерудонавалочнике "Борис Бутома" были деформированы несколько лопастей пятилопастного винта от удара о твёрдый, плавающий предмет (см. фото 4.3.2.3).

Таким образом деформации лопастей гребных винтов приводят не только к ухудшению работы винтового комплекса, но могут привести к аварийным последствиям. В этом случае нарушается балансировка винта, разрушается подшипник, дейдвудное устройство и, в ряде случаев приводит к поломке гребного вала.

Особое место при повреждении гребных винтов занимают трещины. Трещины могут по­являться от ударов лопастей о твёрдые предметы, от коррозионного растрескивания, от уста­лости, от сварочных (при ремонте) напряжений и т.п.. На рисунке 4.3.2.4 показаны места появления трещин и предполагаемые причины их появления. В качестве примера принят гребной винт одного из судов типа "Прага", где подобные трещины имели место.

Трещина, обоозначенная №1 - от механического повреждения - удара о твёрдый пред­мет. Трещина под №2 - также от удара, где видна и погибь кромки; трещина под №3 появи­лась в месте остаточных напряжений от влияния наплавки при ремонте; трещина под №4 -типовая усталостная трещина в районе корня лопасти. Все виды указанных трещин являют­ся серьёзными дефектами гребных винтов. Наиболее опасными являются усталостные, кото­рые, как правило, располагаются в районе крепления лопасти к ступице или в районе пере­хода лопасти в ступицу (у винтов цельнолитных). Приведенные данные говорят и о том, что очень опасны трещины, появляющиеся в районе до 0,6-0,7 радиуса. Такие трещины могут привести к отрыву лопасти, что связано с аварийными последствиями.

В зависимости от испытываемых в процессе эксплуатации напряжений поверхностями лопастей гребного винта многими классификационными обществами, а также Регистром и МАКО (международная ассоциация классификационных обществ) поверхности лопастей раз­деляются на три зоны А; В; С (71) (см. рис.4.3.2.5

Обычно зона "А" - это зона на нагнетанельной поверхности лопасти начинается от поло­вины радиуса галтели у начала лопасти и простирается включительно до 0,4 радиуса винта. Некоторые классификационные общества, как и Регистр зону "А" ограничивают с обеих сто­рон кромки лопасти линиями, лежащими на расстоянии 0,15 длины хорды от входящей кром­ки и 0,20 длины хорды (Ск) от выходящей кромки, как указано на рис. 4.3.2.5

Зона "В" - как на нагнетательной, так и на засасывающей поверхности устанавливается разными классификационными обществами по разному. Так у некоторых обществ эта зона занимает всю поверхность (от кромки до кромки по ширине^на засасывающей поверхности на радиусе от 0,4 до 0,7 мм радиуса гребного винта. Всё это показано на рис. 4.3.2.5.

Зона "С" - установлена как на нагнетательной, так и на засасывающей поверхностях, за исключением ДНВ (Норвежского Веритас).

Все эти зоны выбраны на основании предложения МАКО, как наиболее полно отражаю­щие характер и напряжения, возникающие в лопастях при эксплуатации. Так самой напря­женной зоной является зона "А", наименее напряжённой - зона "С".

Исходя из характера напряжённости рекомендуется рассматривать и особенность этих зон при ремонте гребных винтов, технологичность и допустимость применения тех, либо иных методов ремонта и осмотра винтов для определения их технического состояния.

Обычно кавитационные повреждения поверхности лопасти начинаются на засасываю­щей поверхности лопасти.

Но на некоторых малых судах и, судах, имеющих высокооборотные винты, кавитацион­ные повреждения возникают и на нагнетательных поверхностях и, даже на ступице винта. Сначала появляется матовая поверхность, затем поверхностное повреждение в виде сыпи, а затем повреждение приводит к раковинам, "губчатой поверхности", вплоть до сквозного раз­рушения.

Кавитационно-эрозионные повреждения обычно появляются на винтах из цветных спла­вов. На винтах из углеродистой стали чаще всего появляются коррозионно-эрозионные раз­рушения. Таким же разрушениям подвергаются и гребные винты, изготовленные из высоко­прочного и серого чугуна.

Существует целый ряд способов защиты гребных винтов от коррозионно-эрозионного разрушения, как в нашей стране, так и за рубежом. Это всевозможные покрытия, электрохи­мическая защита и др..

Хорошо себя показали гребные винты против коррозионно-эрозионного разрушения, изготовленные из нержавеющей стали 1Х14НД. Коррозионная стойкость гребных винтов из этой стали в 25 раз больше стойкости винтов из углеродистой стали (45).

На ряде судов типа "София", где были установлены пятилопастные латунные гребные винты имели место значительные кавитационно-эрозионные разрушения лопастей винтов (см. рис. 4.3.26), как на засасывающей так и на нагнетающей поверхностях.

Иногда эрозионные повреждения достигают глубин в 10-12 мм через 10000 часов работы, а кавитационные разрушения глубиной 6-8 мм достигают на судах типа "Прага" за 19000 часов работы (30).

Наиболее стойкими в морской воде против эрозионных разрушений и обладающие хоро­шей механической прочностью являются винты из нержавеющей стали аустенитно-феррит-ного класса ОХ 17 НЗГ4Д2Т.

4.3.3. Привинтовое уплотнение и его дефекты.

Для предотвращения попадания воды на конусную часть гребного вала и винта это место уплотняют со стороны как большого так и малого основания конуса.

Со стороны малого основания конуса уплотнение осуществляется при помощи резиново­го кольца (или прокладки) и обтекателя. Разрушение обтекателя или резинового кольца при­водит к попаданию воды на конусные поверхности. Такое разрушение имело место на некото­рых судах, в частности, на судах типа "София". На танкере "О.Гротеволь" обтекатель утерян в 1967 году, "Бородино" - в 1973 г., на "Георге-Георгиу-Деж" в 1984 году (см. фото 4.3.3.1).

Уплотнение в носовой части основания ступицы большого конуса винта и гребного вала выполняется различными способами (см. раздел 3.2.5.).

Однако при масляной смазке дейдвудного устройства возможно разрушение уплотни-тельных манжет, крепежа втулки уплотнения, при нарушении уплотнений подвижных час­тей, вращающихся совместно с валом.

Кроме того, резиновые уплотняющие манжеты выходят из строя от истирания резины, от механических повреждений, от попадания песка и других частиц на мелководье.

1опадание воды на конусное соединение связано с тем, что в наиболее нагруженном месте гребного вала появляются коррозионные поражения тела вала, ослабление посадки облицовки в результате электрохимической коррозии, появляютсяя трещины и поломка гребных валов.

Такие дефекты, в виде трещин и поломки валов, в районе основания большого конуса, наблюдались (8; 18) на танкерах типа "Прага", "София", МБРТ типа "Маяковский, РТМ типа "Тропик", на китобойных судах и других.

Проведенными исследованиями ряда классификационных обществ установлено, что на­рушение уплотнения в районе основания большого конуса служит причиной появления тре­щин и поломок.

Так исследования, проведенные Регистром за период с 1967 по 1981 годы показывают, что трещины валов у конуса и у кормового торца облицовки наблюдались у 25 валов из 2935 осмотренных. В то же время, коррозия конуса и в том числе фретинг-коррозия, наблюдались у 46 валов.

В то же время, из 456 валов при дейдвудном устройстве с масляной смазкой у 22 наблю­далась коррозия и фретинг-коррозия в районе основания большого конуса.

Все эти дефекты гребных валов появляются как результат нарушения герметичночти привинтового уплотнения.

4.3.4. Повреждения дейдвудного устройства и зазоры в подшипниках.

Регистр своими Правилами требует, чтобы длина ближайшего к движителю подшипника была не менее четырёх диаметров гребного вала. Для подшипников залитых баббитом (белым металлом) и работающих в масляной смазке длина выбирается из расчёта, чтобы среднее удельное давление на подшипник не превышало 5 кгс/см2 (0,5 мПА). Во всех случаях длина подшипника, залитого белым металлом, должна быть не менее 2,5 диаметра гребного вала.

В качестве материала подшипников применяются металлические втулки и неметалли­ческие дейдвудные подшипники.

Металлические втулки, залитые белым металлом, обычно изготовляют из серого чугуна с заливкой баббитом марки Б-83. Фирма "Дойче Верфт" выполняет заливку подшипника из свинцовистого баббита. Этот баббит неплохо работает даже при попадании в дейдвудную трубу воды и при нагреве лучше сохраняет достаточную твёрдость по сравнению с баббитом марки Б-83.

Неметаллические дейдвудные подшипники применяемые на судах, регламентированы у нас в стране ОСТ 5.5154-74 "Подшипники скольжения и сальники гребных валов. Типы, ос­новные размеры и технические требования", капролоновые же подшипники регламентирова­ны ОСТ 5.4183-76 "Подшипники гребных и дейдвудных валов капролоновые. Общие техни­ческие условия".

Кроме материалов, регламентированных ОСТами, определённое количество подшипни­ков на судах выполняется также из неметаллических материалов иностранного производства.

Зазоры в подшипниках гребного устройства оказывают существенное влияние не только на повышение коэффициента полезного действия, а следовательно и на эффективность рабо­ты энергетической установки, а также, оказывают серьёзное влияние на безаварийную рабо­ту движительного комплекса, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Наибольшее применение, в последнее время и, особенно для крупнотоннажных судов, находят подшипники скольжения на масляной смазке.

Зазоры в подшипниках регламентируются определёнными нормативными документами, в зависимости от конструктивных особенностей дейдвудного устройства, материала подшип­ников, материала валов, характера смазки и т.п..

Регистр в течение ряда лет проводил анализ работы дейдвудного устройства различных конструкций, с разными материалами подшипников, при водяной и масляной смазке.

Эти результаты показали какие материалы, применяемые для подшипников дейдвудно­го устройства, являются более или менее удовлетворительными, надёжными, экономичными.

Так у ряда ледоколов применялись подшипники из резино-эбонитовых планок и показали значительную повреждаемость такого материала. Около 45% таких подшипников выходит из строя досрочно. В результате такого анализа указанный материал не может быть рекомендо­ван в качестве материала для дейдвудных подшипников.

Относительно высокая повреждаемость наблюдалась у подшипников, набранных планками из текстолита ПТК-С. Такие повреждения составили около. 25% из всех установленных и анализируемых подшипников. Характерной особенностью этого материала являлось обгора­ние текстолитовых планок и растрескивание облицовок гребных валов. Кроме того недостат­ком текстолитовых планок является их способность разбухать в радиальном направлении с увеличением роста толщины планок в подшипнике, что уменьшает подток воды и создает предпосылки выхода дейдвудного устройства из строя.

Высокая степень повреждаемости наблюдается у подшипников из древесно-слоистого пластика (ДСП) и составляет примерно около 42%.

Основными дефектами таких подшипников являются сколы, выкрашивание, расслоение планок из ДСП.

Наблюдалось также, что подшипники набранные из планок бакаута повреждаются редко. Процент повреждаемости подшипников из бакаута у анализируемых дейдвудных устройств составил до 27%.

Этот один из лучших антифрикционных материалов для дейдвудных подшипников с водяной смазкой, благодаря содержанию в нём до30% маслянистых и смолистых веществ последнее время показал себя не с лучшей стороны. Объясняется это тем, что за последнее время понизилось качество бакаута и втулки подшипников набирают не стандартными бака-утовыми планками, это приводит к преждевременному выходу из строя подшипника такого дейдвудного устройства. Материал бакаут становится довольно дефицитным материалом, если он хорошего качества.

Менее высокую повреждаемость проявили подшипники из резино-металлических планок
и подшипники-втулки цельнолитые из резины (втулки "Гудрича").               "

Хотя процент повреждаемости таких подшипников ещё относительно высок - около 23%, но благодаря эластичности планки меньше изнашиваются и оставляют незначительные сле­ды на бронзовой облицовке гребного вала.

На мелководье, в загрязнённой акватории они являются лучшим материалом для под­шипников. Для подшипников набранных резино-металическими планками характерными по­вреждениями являются: ослабление крепления планок из-за коррозии крепежа, ослабление крепления планок при наборе в "бочку", расслоение резины, наличие вырывов и т.п..

Довольно низкая повреждаемость наблюдается у подшипников из "Новотекса" и "Туфно-ла". Это разновидность текстолита иностранного производства. Здесь повреждаемость состав­ляет около 16%.

На сегодняшний день широкое применение нашёл капролон. Процент повреждаемости его составляет почти 12%. Капролон обладает узким диапазоном рабочих характеристик и это накладывает необходимость соблюдения ряда мероприятий по исключительно тщательному уходу за дейдвудным устройством в эксплуатации. Это и хорошее охлаждение, обязательный проток воды под давлением, температурный режим, постоянный контроль за зазором, тре­бует условия, исключающие попадание абразивных частиц в подшипники и контроль за по­верхностью облицовок валов в отношении появления на них шероховатости (см. фото 4.3.4.1). интенсивно изнашивающих подшипники

Все вышеперечисленные материалы применяются для подшипников с водяной смазкой

А как же обстоит дело с подшипниками, работающими в масляной смазке?

У подшипников на масляной смазке примерно около 3% занимают повреждения. Здесь, в основном, повреждается баббитовая заливка в виде выкрашивания, отставания от втулки, задиров, отслоения и т.п.. Но это всё следствие некачественного изготовления или небрежнос­ти при монтаже (см. фото 4.3.4.2). Здесь особую роль играют уплотнения, от которых во многом зависит работа дейдвудного устройства.

Основными и наиболее многочисленными повреждениями уплотнений, составляющими около 67% от всех повреждений таких устройств дейдвуда на масляной смазке, являются трещины на уплотнительных манжетах, появление мелких пузырьков (явление блистерин-га), преждевременный износ манжет и направляющих втулок, в местах контакта, коррозион­ное разъедание направляющих втулок, дефекты изготовления втулок, износ центрирующих колец и др..

Существенное влияние оказывает на повреждаемость многообразие конструкций и много­численность поставщиков применяемых уплотнений на судах поднадзорных Регистру.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 6.8. Методология функционального моделирования IDEF0.

В настоящее время применяется целый ряд различных конструктивных типов уплотне-
ний.        |

Такие, как например: уплотнения производства фирм ФРГ "Симплекс" и "Симплекс Ком­пакт", производства Голландии - "Сублимс", "Супреме", "Ваукеша Липе", японского произ­водства фирм - "Чуетцу Ваукеша-MKI", "Чуетцу Ваукеша-МКИ" и другие.

Германская Демократическая республика производила уплотнения типа АНД и АУД. Применяются на судах и уплотнения торцового типа "Цедерваль" (Швеция), "Дип-си/силз" (Англия) и ряд других.

У нас производятся уплотнения по лицензии "Симплекс" и "Нептун". Обычно манжеты уплотнительные изготовляются из специальной масло-водостойкой резины, имеющей твёрдость примерно 88 единиц по Шору.

В отечественной практике резина изготовляется по ТУ 38-105.1187-78 Свердловского завода РТИ.

Фирма "Дойче верфт" применяет так называемый "Пербулан" и "Витон".