автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Метод контроля вибрации винторулевых колонок морских судов и предложения по совершенствованию их эксплуатации

На правах рукописи

Гриценко Михаил Викторович

0034Э3952

МЕТОД КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ ВИНТОРУЛЕВЫХ КОЛОНОК МОРСКИХ СУДОВ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ИХ

ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность:

05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

' 3 Ш? 2070

Новороссийск - 2010

003493952

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова» (г. Новороссийск)

Научный руководитель:

Кандидат технических наук, профессор Николаев Николай Иванович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Мышинский Эрнст Леонидович

Кандидат технических наук Петренко Михаил Викторович

Ведущая организация: Новороссийский филиал Морского Регистра

Судоходства Российской Федерации

Защита диссертации состоится «¿/>> марта 2010 года в f? часов на заседании диссертационного совета Д.223.007.01 Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф. Ушакова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова», Краснодарский край, г. Новороссийск, проспект Ленина 93.

Автореферат разослан « _» февраля 2010 года

Ученый секретарь

Хеккерт Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность проблемы исследования. С середины 90 годов XX века морской флот стал пополняться судами с азимутальными пропульсивными системами (АПС), 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 АПС с механической передачей. В состав такого комплекса входит главный двигатель (ГД), валопровод и винторулевая колонка (ВРК). Они относительно недороги в изготовлении, компактны, эффективны в эксплуатации, обладают высокой надежностью и т.д.

Безопасная и эффективная эксплуатация судовых технических средств (СТС) и судна невозможна без контроля их технического состояния. С этой целью «Правила классификации и постройки морских судов» Российского морского Регистра судоходства (PC) предусматривают проведение периодических освидетельствований, которые позволяют определить исправность СТС и их пригодность к дальнейшей эксплуатации. Для ряда механизмов и машин требования PC предписывают предъявление их в разобранном состоянии. Это требует наличия специализированных судоремонтных предприятий, привлечения высококвалифицированных специалистов и связаны 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: АПС с ВРК морских судов различных производителей с мощностью ГД от 300 до 3000 кВт.

Предмет исследования - вибрационные характеристики 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 диссертации, 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;

- разработка метода контроля технического состояния ВРК по вибрационным характеристикам;

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

- разработка математической модели влияния эксплуатационных факторов пропульсивиого комплекса на уровень вибрации ВРК на основе теории планирования эксперимента;

- 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-JIyra», 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 пропульсивиого 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 по вибрационным параметрам;

- 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, теории планирования эксперимента);

- 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 АПС 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. Представленная совокупность научных результатов и технических решений опубликована в 9 печатных работах, в том числе две в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит, из введения и четырех глав, заключения, списка использованных источников (65 наименования) и 4 приложения. Основное содержание изложено на 120 страницах и включает 67 рисунков и 16 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Во введении дается обоснование актуальности темы диссертации, определены цели и задачи исследования, даны общие сведения о диссертации.

В первой главе приводятся технические и конструктивные особенности АПС с ВРК фирм-изготовителей «$сЬоИе1»/«81етеп5» (Германия) и «Ачиата51ег»/«Яо115-11оу8е» (Финляндия), которые широко применяются на морских судах, дается сравнительный анализ их конструктивных исполнений и характеристик. Можно отметить, что существует две основные конструктивные схемы передачи крутящего момента от ГД к ВРК:

- с использованием прямого валопровода (рис. 1,а);

- с использованием карданных шарниров в составе валопровода (рис. 1,6).

Рис. 1 Компоновка АПС с ВРК на буксирном судне

а) прямой валопровод (фирма «Aquamaster»);

б) валопровод с применением карданных валов (фирма «Schottel»),

1 - главный двигатель; 2 - винторулевая колонка; 3 - подшипники валолинии; 4 - карданный вал;

ВРК (рис. 2) представляют собой два разнесенных угловых редуктора, связанных вертикальным валом. Нижняя часть колонки имеет возможность разворачиваться на 360°, обеспечивая судну высокие маневренные качества. Использование конических редукторов в конструкции позволяет использовать в качестве ГД средне- и высокооборотные двигатели, что сокращает размеры

машинного отделения и повышает экономичность пропульсивного комплекса в целом.

Анализ условий эксплуатации морских судов с ВРК показал, что: - загруженность морских буксиров, составляет не более 2000 - 2500 часов в

год, а судов типа «река-море» с r~'n*==W=f=fi ВРК достигает 4500 - 5000 часов в

i I I I

год;

- основной режим работы ГД и, соответственно, ВРК морских буксиров приходится на диапазон 50% - 75% максимальной мощности, эксплуатация буксиров на более высоких нагрузках не превышает 15% общего времени работы;

-режимы работы ГД

транспортных судов лежат в

диапазоне 75% - 90%

максимальной мощности:

эксплуатация ГД ниже этой

мощности составляет около 10 -

15% общего времени работы.

На основе собранных данных

по буксирам с ВРК типа

SRP300/226 фирмы «Schottel»,

находящихся в эксплуатации более

16 лет, проанализированы их

отказы и неисправности (рис. 3).

Выполненный анализ показал, что

отказы и неисправности. в

основном, связаны с неправильной

эксплуатацией ВРК судовыми

экипажами, особенно в

„ т , первоначальный период и низкой

Рис. 2 Продольный разрез ВРК фирмы квалификацией ремонтного

«Schottel» ВРШ * к

персонала.

У ВРК нового поколения, которые вошли в объём данного исследования, повышены требования к надежности узлов и агрегатов, в связи с чем на ВРК: •

- фирмы «Aquamaster», которые эксплуатируются с 2000 года, отказов не наблюдалось.

- фирмы «Schottel» отмечаются отказы нижнего редуктора, связанные с протечкой забортной воды в корпус. Причиной этих неисправностей являются ошибки в проектировании, изготовлении и эксплуатации ВРК.

но

282 350 Ш ) НИ 150

____....._____:фжц_ао.4-.......зш_____

Разоошилельная муф.и;---U-i—,-i--—-!--г.--

U__________________IMSO......................... . ... _______ВИ4..................,....2707. ... . J9ä5..._. .

Верхний релуктор '______________j______

;......_.....__......К«___________________ _________6184______________1Ш..Щ-. .„..6546.........

Промежуточный вал ;________._ ;_!_,__

t . 16S76 . 237». , «>ы Нижтш релуктор ;__,____________.___;_________

W» ад -¡I -С 'Ц 'Ki по vi из m (и

Эксплуатационный период, годы. Наработка укалана и часах

Рис. 3 Временные диаграммы отказов АПС с ВРК типа SRP300/226 фирмы «Schottel» правого борта

Проведенный анализ режимов эксплуатации, данных об отказах и неисправностях ВРК позволяют говорить об их достаточной надежности и безотказности. «Правила классификации и постройки морских судов» Морского Регистра судоходства РФ (PC) относят АПС с ВРК к системам активного управления судном (САУС) и на них распространяются требования об освидетельствовании в разобранном состоянии. Однако документы PC допускают освидетельствование таких комплексов на основе данных контроля их состояния безразборными методами технической диагностики, поэтому целесообразно осуществлять контроль и оценку технического состояния ВРК такими методами.

Во второй главе анализируются методы контроля технического состояния СТС в эксплуатации. В результате сравнения возможностей визуального, параметрического, трибологического и вибрационного методов контроля, с точки зрения их использования для оценки технического состояния ВРК, был сделан вывод о том, что наиболее информативным является вибрационный метод контроля. Использование этого метода сдерживается отсутствием, в первую очередь, необходимой нормативной и организационно-технической документацией, позволяющей эффективно использовать его для проведения контроля технического состояния ВРК морских судов в эксплуатации.

Для решения поставленной задачи были разработаны «Методики контроля технического состояния ВРК», которые получил одобрение ГУ PC. Они включают в себя все доступные методы контроля. При проведении визуального, параметрического и трибологического контроля использованы рекомендации изготовителей и требования руководящих документов PC.

Для проведения вибрационного контроля разработан метод контроля и оценки результатов вибрационных измерений, который предполагает проведение измерений на трех режимах работы АПС в точках, показанных на рис. 4. Общее техническое состояние ВРК оценивается по среднеквадратичному уровню вибрации (СКЗ) в диапазоне частот 10 - 1000 Гц. Оценка общего технического состояния учитывает положения ГОСТ Р 10816-1 - 97, который относит механизмы к определенным группам и определяет их техническое состояние по СКЗ уровней вибрации. Контроль и оценка технического состояния отдельных узлов ВРК проводилась в третьоктавных полосах на характерных частотах вибрации элементов ВРК (табл. 1).

Согласно Требованиям РС на одном режиме работы проводится не менее 3 измерений с перерывом не менее 20 минут между ними. Режимы выбираются

после изучения технической документации каждого судна и особенностей пропульсивного

комплекса, анализа условий эксплуатации. Измерения

проводились с помощью виброанализатора шума и вибрации типа «Буап 912АЕ» (Польша) I класса точности по ГОСТ 17187 - 81. Анализатор имеет Сертификат одобрения средства измерения Госстандарта РФ и проходит ежегодную поверку.

Таблица 1

Характерные частоты вибрации узлов ВРК

Основная частота вибрации ведущего вала, Гц

Частота вибрации верхнего редуктора, Гц /ер ~~ /о '

Частота вибрации промежуточного вала, Гц

Частота вибрации нижнего редуктора, Гц 3 Тпр '

Частота вибрации вала винта, Гц

Лопастная частота вибрации, Гц м

где: «о - частота вращения валопровода, об/мин (главного двигателя); /о - характерная частота вибрации валопровода, Гц; /., - характерная частота вибрации верхнего редуктора, Гц; /,,„ - характерная частота вибрации промежуточного вала, Гц; /„ - характерная частота вибрации нижнего редуктора, Гц; /„, - характерная частота вибрации вала винта, Гц; I, - характерная лопастная частота вибрации, Гц; г, - число зубьев шестерни верхнего редуктора; - число зубьев колеса верхнего редуктора; ^ - число зубьев шестерни нижнего редуктора; - число зубьев колеса нижнего редуктора;

= д - передаточное отношение верхнего редуктора;

<2 = - передаточное отношение нижнего редуктора;

>.р, =-¡1 - передаточное отношение ВРК.

Рис. 4 Точки установки акселерометра на корпусе ВРК

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований вибрационных характеристик АПС с ВРК фирм «Schottel» и «Aquamaster» различных модификаций за период с 2004 по 2009 г. С этой целью этого для каждого типа судна и пропульсивного комплекса были разработаны свои методики контроля. На рис. 5 - 7, в качестве примера, приведены результаты контроля вибрации в широком диапазоне изменения режимов работы.

Анализ полученных данных по контролю вибрации ВРК показывает, что:

- ВРК фирмы «Schottel», установленные на морских буксирах, имеют высокие СКЗ уровней вибрации (до 18 мм/с) на режимах работы выше 70% номинальной мощности ГД (рис. 5);

- на транспортных судах типа «река-море» с ВРК фирмы «Schottel» (рис. 6) СКЗ уровней вибрации составляют не более 1.5-2 мм/с на всех режимах работы;

- ВРК фирмы «Aquamaster» (рис. 7) на всех режимах работы СКЗ уровней вибрации не превышают 4 - 4.5 мм/с;

- сравнение уровней вибрации на характерных частотах элементов ВРК фирм «Schottel» и «Aquamaster» на характерных частотах в третьоктавном диапазоне показало, что они имеют уровни вибрации от 0,5 до 3,5 мм/с на всех режимах работы ВРК.

12

С %

с 10

20 - ♦ IX

®LY

t.\Z

02Х

i« - 02Y

AlZ

н -

65 70 75 SO $5

ОтносктельнаячастотаЕратаеккяГДД,

90

95

100

Рис. 5 СКЗ уровней вибрации ВРК типа «Schottel» буксирного судна

♦ IX «1Y UlZ

4 -] 0 2K 102Y

j!ä Корпус

&!k\

93 94 95 96 97

Отноагтельиая частота вращекннГДя, Ч'о

.—;---£ —- -——;

98 99 100

Рис. 6 СКЗ уровней вибрации ВРК типа «Schottel» транспортного судна

Рис. 7 СКЗ уровней вибрации ВРК типа «Aquamaster» буксирного судна

Для оценки точности и достоверности измерений регулярно проводится анализ погрешностей и отклонений ГОСТ Р 50779.21 - 2004 г. «Статистические методы. Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным». В случае если полученные результаты текущих измерений выходят за значения доверительных интервалов, проводятся повторные измерения и устанавливаются причины отклонений. Таким образом, были выявлены неисправности подшипников валопровода на одном из буксиров.

Полученные результаты измерений вибрации и их анализ выявили повышенные уровни вибрации на ВРК фирмы «Schottel». Для выяснения причин, приводящих к росту уровней вибрации, были проведены испытания буксира с ВРК типа SRP2020CP «Schottel» и ГД номинальной мощностью Ne = 1980 кВт оснащенным винтом регулируемого шага (ВРШ) по специально разработанной программе. Перед проведением испытаний буксир прошел очередной плановый ремонт, осмотрен Инспектором PC и техническим представителем фирмы «Schottel». Контроль вибрации ВРК проводился при изменении положения лопастей ВРШ от полного переднего хода (ППХ) до полного заднего хода (ПЗХ). Результаты такого исследования показали, что:

- на режиме работы ГД 680 об/мин СКЗ уровней вибрации при изменении угла установки лопастей ВРШ изменяются слабо и не превышают 5 - б мм/с, уровни вибрации на характерных частотах элементов ВРК не превышают 1,5 мм/с;

- на режиме работы ГД 720 об/мин СКЗ уровней вибрации в зависимости от угла установки ВРШ существенно возрастают, достигая 9 мм/с при установке лопастей ВРК в положение Г1ПХ, на режиме ПЗХ они достигают 11 мм/с. Наиболее высокие уровни вибрации отмечаются в продольном (X) и вертикальном (Z) направлениях. Уровни вибрации на характерных частотах элементов ВРК существенно не изменились;

- на режиме работы ГД 740 об/мин СКЗ уровней вибрации в зависимости от угла установки ВРШ значительно возросли и достигают 13 - 15 мм/с (рис. 8). Наиболее высокие уровни вибрации отмечены в продольном (X) и вертикальном (Z) направлениях. Уровни вибрации на характерных частотах элементов ВРК существенно не изменились;

- для уточнения влияния гидродинамических характеристик винта и корпуса на характер вибрации был выполнен контроль вибрации ВРК левого борта при установке ее перпендикулярно к диаметральной плоскости судна. При этом ВРК правого борта была отключена.

Результаты эксперимента показали, что характер вибрации ВРК не изменился, наиболее высокие уровни вибрации во всех случаях отмечены в продольном (X) и вертикальном (Z) направлениях измерения (рис. 4).

Выполненные измерения и последующий их анализ позволил сделать следующие выводы:

- рост СКЗ уровней вибрации связан с изменением нагрузки и частоты вращения ГД;

- изменение направления упора винта на характер и направление вибрации верхней части ВРК влияния не оказывает;

- уровни вибрации в передней (носовой) части ВРК несколько выше, чем на задней (кормовой);

- повышенные СКЗ уровней вибрации ВРК при работе на режиме ПЗХ, но сравнению с режимом ППХ, связаны с гидродинамическими особенностями обтекания винта и корпуса судна на нерасчетном режиме работы ВРК.

:—'------ -------------- 20-- ........... ... ■ ....... -а-ix -■»-1Y -•-гг -*-2Z --o-üci: tj-!pM "♦"П-ТКОрМ -Оскнос

1

1 *\\

. л

4 \ Г""

г 1 \ \

jj : Ж V

ч\А

о j е.

f. \ x /

>

" i Ä-r. - г ^ ф. ________

■--"-•«•Jr-:—"

1

•SO -< 0 0 0 0 20 4 "Ятсл установи; лопастей БРИ! 0 6 г л. 0 8 0 100

Рис.8 Изменение СКЗ уровней вибрации ВРК ПБ при изменении шага ВРШ на частоте вращения ГД п = 740 об/мин

В четвертой главе проведен анализ результатов испытаний и установлены причины, приводящие к повышенной вибрации ВРК фирмы «Schottel» с валолиниями, включающими карданные валы. Вибрационные испытания ВРК с ВРШ в насадке показали, что для них характерна неоднозначная зависимость вибрации от различных факторов, которые, в свою очередь, зависят от режима работы механизма. Для выяснения значимости режимов работы ВРК и ГД на вибрацию была разработана математическая модель с использованием теории планирования эксперимента. В качестве независимых выбраны три параметра: частота вращения ведущего вала (Xj), шаг винта (Х2), мощность ГД (Х3). Натуральные и безразмерные кодированные значения этих параметров приведены в таблице 1. Пересчет значений натуральных величин влияющих факторов в безразмерные кодированные величины, используемые в уравнениях математической модели, выполнены по зависимости:

Л' = 1 + -

-feK- ттах->

О.З'О^г-Кгип''

где: У„„,к - текущее значение фактора; ¥тах - максимальное значение фактора; Утт - минимальное значение фактора.

Таблица 1

Натуральные значения Обороты, об/мин Шаг ВРШ Мощность ГД, кВт

Минимальное 680 0,0 127

Максимальное 740 0,85 1900

Безразмерные кодированные значения х, х2 Х3

Минимальное -1 Л -1

Максимальное 1 1 1

Поскольку при контроле вибрации в условиях эксплуатации величина вибрации в зависимости от выбранного направления измерения, конструктивных особенностей пропульсивиого комплекса и различных режимов работы вибрация проявляется различным образом. В связи с этим, решено математические модели построить для трех направлений измерения вибрации: продольного (X), поперечного (Y) и вертикального (Z).

Для проведения необходимых измерений была составлена матрица планирования эксперимента вида 23 (таблица 2), согласно которой на морском буксире с ВРК фирмы «Schottel» с ВРШ был проведен комплекс необходимых измерений вибрации. Всего было проведено 8 опытов по 10 измерений в каждом. Отклики системы для расчета математических моделей в трех взаимно противоположных направлениях также представлены в таблице 2.

Таблица 2

Номер опыта 1 2 3 4 5 6 7 8

Оцениваемые факторы XXX 1 и» Ю — i 1 1 1 1 -1 1 1 1 -1 1 -1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1

g Хогкл, мм/с 13,62 5,37 3,89 2,40 3,89 2,40 2,40 2,40

§ Уоткл, мм/с 3,84 3,28 2,45 2,30 2,45 2,30 2,30 2,30

° ZOTKJ1, мм/с 11,53 4,92 4,42 2,64 4,42 2,64 2,64 2,64

Результаты проведенных измерений были обработаны, проведена оценка погрешностей результатов измерений согласно ГОСТ Р 50779.21 - 2004 и полученные доверительные интервалы позволили проверить на значимость коэффициенты модели. Полученные диагностические модели были проверены на адекватность по критерию Фишера. После проведения необходимых расчетов

получены детерминированные математические модели вибрации ВРК SRP2020CP «Schottel» для трех направлений измерения (мм/с):

¿АТ= 4,55+1,40 Xi+l,77 X2+l,77 X3+l,03 X, X2+l,03 XÄ+1,40 Х2Х3+0,бб XtX2X3 LY= 2,65 +0,11 Xi+0,32 Х2+0,33 Х3+0,07 Х,Х2+0,07 X, Х3+0,28 Х2Х3+0,03 Х,Х2Х3 1г= 4,48+1,27 Xi+1,40 Х2+1,40 Х3+0,83 Х,Х2+0,83 Х,Х3+0,95 Х2Х3+0,38 Х,Х2Х3

Полученные уравнения позволили построить графики изменения СКЗ уровней вибрации от частоты вращения, шага винта ВРШ и мощности ГД, которые представлены на рис. 9 -10.

На графиках относительная частота вращения и относительная мощность ГД определяется по зависимости:

"стн

Рис. 9 Зависимость СКЗ уровней вибрации ВРК от частоты вращения ГД в продольном (X) направлении

Рис. 10 Зависимость СКЗ уровней вибрации ВРК от мощности ГД в продольном (X) направлении

где: Хтек - текущее значение соответствующего параметра; Х1тх максимальное значение соответствующего параметра.

Графики, построенные на основе расчета по математической модели, позволяют сделать заключение о том, что основное влияние на уровни вибрации ВРК оказывает передаваемая мощность ГД.

С целью определения причин повышенной вибрации ВРК «Schottel» был проведен анализ узкополосного спектра частот в диапазоне 10 - 500 Гц с шагом 0.7 Гц (рис. 11). Анализ показал, что основной вклад в СКЗ уровней вибрации ВРК оказывает вторая гармоника частоты вращения ведущего вала.

Полученные результаты измерений и их анализ привел к выводу о том, что причиной повышенной вибрации элементов ВРК являются кинематические элементы АПС, расположенные в районе ведущего вала ВРК. В этом районе расположен валопровод, карданные валы и разобщительная муфта (рис. 1).

Рис. 11 Узкополосный спектр вибрации ВРК типа «Schottel» в продольном (X) направлении («гд = 740 об/мин)

Сопоставив конструктивные решения и анализ спектров вибрации ВРК буксирных и транспортных судов (не имеющих карданных валов) отмечено, что у ВРК транспортных судов отсутствует вторая гармоника частоты вращения. Таким образом, можно предположить, что основным элементом, возбуждающим вибрацию на второй гармонике частоты вращения ГД, является карданный вал, расположенный между опорным подшипником вапопровода и разобщительной муфтой ВРК. Для проверки этого предположения был проведен анализ кинематики системы «ведущий вал - карданная муфта - разобщительная муфта -ВРК». Он показал, что карданные муфты имеют неравномерность вращения, которая зависит от угла поворота вала и угла между осями валов. Угловая скорость ведомого вала карданного шарнира за один оборот ведущего оценивается выражением:

ring

ш _ - . , i-Sin-ii-J]i:-®t

где: о}, - угловая скорость ведущего вала; со и - угловая скорость ведомого вала; ß - угол между осями валов; <pj - угол поворота ведущего вала.

Графики изменения угловой скорости одного карданного шарнира для п = 720 об/мин (со - 12.0 1/с) при изменении угла между валами от 0° до 10° представлен на рис. 12. Как видно из графика изменение скорости вращения карданного вала происходит два раза за один оборот. Это изменение соответствует второй гармонике частоты вращения вала ГД. Для компенсации

U-

1211 iSÜ 1») 110 2-IU 27U SUD Jilt

Vi-«* au anpun вгзпжгапла, t rpu

Рис. 12 Изменение частоты вращения ведомого вала карданной муфты за один оборот ведущего вала при различных углах установки валов

Рис. 13 Изменение осевого усилия в шлицевой муфте карданного шарнира и уровней вибрации ВРК в зависимости от мощности ГД

осевых перемещении в карданном вале используется подвижная шлицевая муфта. При передаче крутящего момента в этом соединении возникает осевая сила, рассчитываемая по зависимости:

Fa^f,

где: Fa - осевая . сила; Mv -передаваемый крутящий момент; г - средний радиус боковой рабочей поверхности шлица; / -коэффициент трения в шлицевом соединении.

Расчет осевых усилий в шлицевой муфте по приведенной зависимости для трех режимов работы (рис. 13), показал, что расчетное осевое усилие изменяется два раза за оборот ведущего вала и максимальное значение достигает 15.9 кН (1590 кГс) на максимальном режиме работы.

Сравнивая характер

изменения осевого усилия в шлицевом соединении, уровней вибрации на ВРК (рис. 13) и зависимости, полученные с помощью математической

модели (рис. 10), позволяют утверждать, что основной причиной повышенной вибрации ВРК фирмы «Schottel» является использование в трансмиссии карданного вала. Таким образом, на буксирных судах с ВРК и линией вала, включающей в себя карданные валы, при вращении вала возникает периодическая осевая сила с частотой, кратной 2/ частоты вращения ведущего вала.

Система «входной вал - разобщительная муфта - верхняя часть корпуса» ВРК типа SRP 2020СР фирмы «Schottel» образуют консоль с плечом около 600 мм и массой около 350 кг. Такая конструкция не обладает достаточной жесткостью и при увеличении крутящего момента осевое усилие, возникающее в шлицевой муфте, приводит к росту вибрации верхней части ВРК. Поскольку карданный вал установлен под углом к продольной горизонтальной оси судна, то осевое усилие раскладывается на продольную (X) и вертикальную (Z) составляющие.

Высокие уровни вибрации верхней части ВРК приводят к преждевременному выходу из строя узлов ВРК, снижению ресурсных сроков эксплуатации из-за повышенных динамических нагрузок. В первую очередь, от повышенной вибрации страдают подшипниковые узлы ведущего вала ВРК и валопровода. В инструкциях по эксплуатации фирма-изготовитель подшипниковых узлов SKF (Швеция) указывает, что максимальный уровень вибрации в месте установки подшипников не должен превышать 10 мм/с. Преждевременный выход подшипниковых узлов приводит к их замене и такая работа может выполняться только квалифицированными специалистами на ремонтных предприятиях с современной производственно-технологической базой. Следует отметить, что в процессе разборки/сборки неизбежно нарушается взаимное положение деталей, что неизбежно приводит к повышенным износам в процессе последующей приработки, что отрицательно сказывается на ресурсе узлов и деталей ВРК.

Большие динамические нагрузки, вызываемые повышенной вибрацией, испытывает разобщительная муфта, в конструкции которой также используются подшипники. Кроме того возможно ослабление крепления муфты на валу, обрыв или повреждение трубопроводов пневматической или гидравлической системы управления и, как следствие, внезапный отказ муфты, что грозит аварийной остановкой судна. Высокие уровни вибрации оказывают отрицательное влияние на надежность элементов карданного вала (крестовины, подшипники крестовин, посадочные места). По этой причине требуется частый и тщательный контроль технического состояния карданного вала и его элементов, что усложняет техническое обслуживание ВРК и валопровода, приводит к увеличению простоев судна. Наиболее серьезной неисправностью, которую может вызвать высокая вибрация, является ослабление или разрушение деталей крепления корпуса верхнего редуктора к фундаментной плите (болты, шпильки и т.д.) и даже усталостное разрушение опорного фланца верхней части ВРК.

Чтобы избежать нежелательных последствий повышенных уровней вибрации верхней части ВРК и аварийной остановки судна предложены следующие методы снижения вибрации:

- снижение эксплуатационных нагрузок ВРК с целью уменьшения уровней вибрации;

- устранение повышенной вибрации конструктивными способами.

Проведенные исследования показали, что вибрация зависит от передаваемого

крутящего момента и резкое увеличение уровней вибрации происходит на режимах работы ГД свыше 60 -70% от номинальной нагрузки ГД. На меньших нагрузках уровни вибрации находятся в приемлемой зоне, рекомендуемой ГОСТ Р 10816-1 - 97. Исходя из этого были разработаны и предложены судовладельцам

рекомендации по ограничению эксплуатационных режимов буксиров с ВРК, имеющих валопроводы с карданными валами:

- не допускать работу ГД на нагрузках, превышающих 75% от номинальной;

- сократить сроки и уточнить объемы технического обслуживания ВРК и валопроводов;

- уменьшить периодичность проводимых визуального и вибрационного контролей. При проведении визуального контроля особое внимание обращать на элементы, подверженные воздействию вибрации;

- по согласованию с изготовителем подобрать смазку соединений валопровода, которая обеспечит меньший коэффициент трения в шлицевой муфте, что позволит снизить осевое усилие.

Проведение регулярных контролей вибрационного состояния позволяют также своевременно обнаружить возникающие неисправности, предупредить их развитие и, как следствие, аварийный выход ВРК из строя. В случае обнаружения таких неисправностей возможно не только установить причины их возникновения, но и предложить судовладельцам меры по обоснованному снижению нагрузок на оборудование с целью продления срока их эксплуатации

Так при проведении регулярных вибрационных

контролей ВРК SRP229/300 «Schottel» в порту Новороссийск были выявлены повышенные уровни вибрации верхнего редуктора левого борта. Вывести судно из эксплуатации не представлялось возможным и, по просьбе судовладельца, были проведены повторные измерения, которые подтвердили

повышенные уровни вибрации верхнего редуктора ЛБ (рис. 14). Осмотр зубчатого зацепления через технологические лючки показал, что зубчатое колесо редуктора имеет повышенный износ и сколы. На основе анализа результатов вибрационных

измерений было рекомендовано уменьшить нагрузку на ГД до и = 85% от номинальной частоты вращения, что снизило уровни вибрации до приемлемых. Эксплуатация судна на

для качественной подготовки ремонта судна.

' » .»X -••а

/1

/ /

/

/ /

П: г::

Огядачда.тмм» чиетт» грлтгмия ГЛ

5А S5 9i PJ

Oiwonrfbi»!«» wr»T* врмюамГЗ', *|

Рис. 14 Изменение уровней вибрации ВРКлБсЬойе!» ЛБ и ПБ на характерной частоте верхнего редуктора

сниженных нагрузках позволило не выводить его из эксплуатации до очередного планового ремонта. За это время судовладелец смог заказать необходимые запасные части и качественно подготовится к ремонту.

Вибрационные измерения, проводимые на ВРК «Schottel» нового поколения, и их анализ доказывают, что причиной повышенной вибрации ВРК являются использование карданных валов. Чтобы избежать нежелательных последствий, которые возникают из-за высокой вибрации, предложены следующие методы решения проблемы.

- снижение вибрации ВРК до уровней, соответствующих допускаемым значениям, путем снижения эксплуатационных нагрузок;

- устранение причин возникновения повышенной вибрации конструктивными способами.

Кроме рекомендаций по изменению режимов эксплуатации ВРК проработаны варианты конструктивных решений, позволяющих снизить вибрацию:

1. Изменение компоновочной схемы пропульсивного комплекса с целью уменьшения угла наклона линии вала для ликвидации карданных валов или уменьшения углов между их осями. По нашим расчетам, уменьшение углов установки между валами до 4° приведет к снижению уровней вибрации до 8 мм/с.

2. Одной из причин, приводящей к возникновению повышенных уровней вибрации верхней части ВРК фирмы «Schottel», является недостаточная жесткость корпуса верхнего редуктора с консольно расположенной разобщительной муфтой значительной массы. Для придания большей жесткости конструкции необходимо увеличение жесткости конструкции путем установки дополнительной опоры перед муфтой (рис. 15).

Рис. 15 Вариант подкрепления носовой части ВРК установкой дополнительной опоры.

3. Основной причиной, вызывающей вибрацию ВРК, является применение карданных шарниров. Возникающие осевые усилия возможно устранить заменой карданов на шарнирные соединения других типов, в которых отсутствуют осевые составляющие и неравномерности вращения, например, шарниры равных угловых скоростей.

4. Одной из причин, вызывающей повышенную вибрацию, является рост осевого усилия, возникающего в шлицевой муфте (шлицевом соединении) карданного вала. Одним из путей решения проблемы может служить замена шлицевой муфты на муфту другого типа, которая позволит компенсировать осевые усилия на эксплуатационных режимах работы ВРК.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненного анализа условий эксплуатации, экспериментальных и расчетных исследований ВРК морских судов на основе разработанного метода контроля технического состояния ВРК сделаны выводы и получены следующие практические результаты:

1. Произведен анализ конструкций пропульсивных комплексов с ВРК современных морских судов, рассмотрены применяемые технические решения, их достоинства и недостатки.

2. Собраны и систематизированы данные по отказам и неисправностям, режимам работы ВРК морских судов. Анализ полученной информации приводит к выводу о высокой надежности и безотказности ВРК.

3. Разработаны и внедрены «Методики контроля и оценки технического состояния ВРК морских судов», которые одобрены ГУ PC. Использование «Методик» позволяет продлить сроки эксплуатации ВРК без их разборки для предъявления к освидетельствованию до 10 -12.5 лет.

4. На основе теории планирования эксперимента построена математическая модель вибрации, которая устанавливает зависимость уровней вибрации от передаваемой мощности и оборотов ГД.

5. Контроль вибрации АПС с ВРК судов, находящихся в эксплуатации, позволил установить причины повышенной вибрации ВРК с карданными валами, своевременно выявить повреждение зубчатого колеса верхнего редуктора. Анализ полученных результатов дал возможность рекомендовать режимы работы ГД, и предложить рекомендации по ограничению режимов работы с целью снижения уровней вибрации ВРК до приемлемых уровней.

6. Анализ кинематических схем конструкций позволил предложить технические решения по совершенствованию конструкции ВРК, как на стадии проектирования, так и на судах, находящихся в эксплуатации.

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК Минобрнаукн РФ

1. Николаев И.Н., Гриценко М.В. Конструктивные схемы и расположение валопроводов морских судов с винторулевыми колонками. Некоторые результаты контроля вибрации// Известия вузов. Сев-Кавказский регион. Техн. науки,- 2008. - 3 с. (Индекс по перечню ВАК РФ 70416, ред. апрель 2008 г.)

2. Николаев Н.И., Брежнев A.B., Николаев И.Н., Гриценко М.В. Контроль вибрации винторулевых колонок речных и морских судов// Международный журнал речников «Речной транспорта (XXI век).- 2009- № I (37).- 3 с. (Индекс по перечню ВАК РФ 70787, ред. апрель 2008 г.)

Публикации по теме диссертации

3. Николаев Н.И., Пальчик К.Б., Якимов В.А., Гриценко М.В. Оценка состояния

судовых винторулевых комплексов углового типа по виброакустическим характеристикам// Сборник докладов международного конгресса «Механика и трибология транспортных систем - 2003».- Ростов-на-Дону, 2003.- 3 с.

4. Николаев Н.И., Брежнев A.B., Гриценко М.В. Винторулевые колонки современных морских буксиров// Проблемы безопасности морского судоходства, технической и коммерческой эксплуатации морского транспорта: материалы четвертой региональной научно-технической конференции-Новороссийск: Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2005-4 с.

5. Савченко В.А., Марков C.B., Гриценко М.В. Анализ воздушного шума газотурбонагнетателей судовых вспомогательных дизель-генераторов: тезисы доклада// Сборник научных трудов НГМА. Вып 4- Новороссийск: НГМА, 1999.- 2 с.

6. Савченко В.А., Марков C.B., Гриценко М.В. Улучшение акустических характеристик фильтра-глушителя газотурбонагнетателя ТК-18С23 двигателя 8ВАН22: тезисы доклада// Сборник научных трудов НГМА. Вып 4-Новороссийск: НГМА, 1999 - 3 с.

7. Брежнев A.B., Гриценко М.В. Вибрационные исследования винторулевых колонок в эксплуатации// Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на Юге России: материалы седьмой региональной научно-технической конференции,- Новороссийск: Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2008.- Зс.

8. Николаев H.H., Брежнев A.B., Гриценко М.В. Контроль состояния винторулевых

колонок и подшипников линии вала морских судов по параметрам вибрации [Электронный ресурс] МГТУ. Электрон. Текст. Дан. (20 Мб).- Мурманск: МГТУ, 2008. - 3 с.

9. Гриценко М.В. Математическая модель вибрации винторулевых колонок на основе теории планирования эксперимента// Сборник научных трудов. Вып. 14 - Новороссийск: Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2009- 4 с.

Формат 60x84 1/16. Тир» 100. Заказ 1780. Отпечатано в рслакнионно-издательском отделе ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова» 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93

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».

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.

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

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.+7 (8617)71 03 01, факс ,+7 (8617) 7103 01, 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.