автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Нормирование вибрации винторулевых колонок морских судов с целью совершенствования их технической эксплуатации

003483783

На правах рукописи

Брежнев Александр Викторович

НОРМИРОВАНИЕ ВИБРАЦИИ ВИНТОРУЛЕВЫХ КОЛОНОК МОРСКИХ СУДОВ С ЦЕЛЬЮ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИХ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность:

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 НОЯ ^

Новороссийск - 2009

003483783

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

Научный руководитель:

Кандидат технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ

Кандидат технических наук, доцент

Николаев Николай Иванович

Мышинский Эрнст Леонидович Пальчик Казимир Беркович

Ведущая организация: ЗАО «Совфрахт-Приморск» (г. Приморск)

■ Защита состоится 24 ноября 2009 года в 10.30 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», г. Новороссийск, пр. Ленина, 93.

Автореферат диссертации разослан «2/^ » октября 2009 года.

Ученый секретарь

ХекертЕ.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. На современных морских судах, наряду с использованием пропульсивного комплекса (ПК) с традиционной прямой передачей на винт, находят широкое применение в качестве главного движительно-рулевого устройства винторулевые колонки (ВРК).

Стремление судовладельцев к снижению расходов на непредвиденные аварийные ремонты судовых технических средств (СТС) и сокращению затрат на выполнение текущих работ вызывает огромный интерес и необходимость во внедрении современных диагностических методов и средств, для перехода обслуживания СТС по техническому состоянию.

Одним из наиболее эффективных методов диагностирования СТС является вибродиагиостика, поскольку вибрация содержит важно необходимую информацию о состоянии системы.

Для выполнения контроля и выявления причин возникновения вибрации ВРК были проведены натурные исследования на морских судах с ВРК ведущих компаний «Aquamaster» («Ролс-Ройлс», Финляндия) и «Schottel» («Сименс», Германия). Исследования были .направлены на получение параметров вибрации винторулевого комплекса на различных режимах эксплуатации судна, которые были систематизированы и легли в основу статистической обработки результатов и предложений по нормированию вибрации.

Требования руководящих документов (РД) и правила Классификационных обществ не предусматривают рекомендаций по методикам вибрационного контроля и вибрации ВРК, в связи с чем проблема повышения эффективности технической эксплуатации ПК морских судов с ВРК приобретает особую актуальность, и для перевода ВРК на ремонт по их техническому состоянию необходима разработка и обоснование рекомендаций по нормированию вибрации.

Диссертация посвящена решению важной научной задачи: экспериментальному определению и научно-обоснованному прогнозированию уровней вибрации ВРК морских судов в эксплуатации и разработке рекомендаций по их нормированию.

Объектами исследования являются ВРК морских судов.

Предмет исследования: контроль и нормирование вибрации ВРК морских судов в эксплуатации.

Цель работы состоит в формировании комплекса научно обоснованных технических решений, направленных на совершенствование технической эксплуатации ПК морских судов с ВРК путем разработки рекомендаций по нормированию вибрации.

Достижение поставленной цели осуществляется на основе решения следующих задач:

- анализ особенностей технической эксплуатации движительных комплексов и возможных методов контроля технического состояния;

- разработка методики исследования вибрационных характеристик ВРК;

- статистическая обработка результатов экспериментальных исследований ВРК «Aquamaster» и «Schottel» морских судов;

- разработки рекомендаций по нормированию вибрации ВРК.

Методы решения поставленных задач. В диссертации использованы:

известные научно достоверные экспериментальные и статистические методы исследования случайных функций распределения вибрации; моделирование на электронно-вычислительной машине с использованием средств пакета Maple 9.5 и сплайн-интерполяции экспериментальных данных.

База исследования. Работа выполнена на кафедре «Судовые тепловые двигатели» ФГОУ ВПО «Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф.Ушакова». Экспериментальные исследования по теме диссертации проводились на морских судах и буксирах ЗАО «Совфрахт-Приморск» (порт При-морск), ОАО «Флот НМТП» (порт Новороссийск), ОАО «Туапсинский морской торговый порт» (порт Туапсе), ОАО «Морской торговый порт Усть-Луга» (порт Усть-JIyra), «Палмали» - группа компаний. •

Научная новизна работы заключается:

- создан информационно-статистический банк данных уровней вибрации ВРК разных производителей и типов судов, позволяющий выполнять статистическую обработку получаемых результатов;

- разработаны методики вибрационных исследований, предложения по оценке уровня виброскорости и нормы вибрации ВРК. 1

Практическая значимость работы. Результаты работы внедрены в ОАО «Туапсинский морской торговый порт» (порт Туапсе), ЗАО «Совфрахт-Приморск» (порт Приморск), ОАО «Морской торговый порт Усть-Луга» (порт Усть-Луга). Научные результаты реализованы в Методиках контроля технического состояния ВРК (КС ВРК), согласованных и одобренных Главным Управлением Российского Морского Регистра Судоходства (ГУ PC) для проведения безразборного освидетельствования ВРК.

Достоверность научных результатов обеспечивается:

- проведением натурных испытаний с использованием комплекса методов вибрационного контроля; статистической обработкой результатов экспериментальных исследований; применением приборов и систем измерений, прошедших калибровку или метрологическую аттестацию в соответствии с ПР 50.2.009 - 94 (взамен ГОСТ 8.326-89).

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты контроля вибрации ВРК «Aquamaster» и «Schottel» морских судов и их статистическая обработка;

- нормы предельных оценок вибрационного состояния ВРК «Aquamaster» и «Schottel» морских судов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на совещаниях и конференциях:

- Региональная научно-техническая конференция (г. Владивосток, 2005);

- 8-й международный симпозиум «Transport Noise and Vibration 2006» (г. Санкт Петербург, 2006 г.);

- В Новороссийском филиале Российского Морского Регистра Судоходства (PC) (г. Новороссийск, 2007 г.); на заседании секции научно - технического совета, отдел механического оборудования и систем ГУ PC РФ (г. Санкт Петербург, 2007 г.);

- Региональные научно - технические конференции в МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова (г. Новороссийск, 2005-2008 г.);

- Международная научно - техническая конференция «Наука и Образование - 2008» в Мурманском государственном техническом университете (г. Мурманск, 2008 г.);

- XVI Международная конференция. «Математика. Экономика. Образование»! V Международный симпозиум. «Ряды Фурье и их приложения» (г. Новороссийск, 2008 г.).

Публикации. Представленная совокупность научных результатов и технических решений опубликована в 8 печатных работах, в том числе три в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав; заключения; библиографического списка (97 наименований) и приложений. Основное содержание изложено на 137 страницах и включает 39 рисунков и 16 таблиц.

Содержание работы

Во введении дается обоснование актуальности темы диссертации, определены цели и задачи исследования, изложены научные и практические результаты.

Первая глава посвящена анализу проблем технической эксплуатации и контроля технического состояния движительных комплексов и гребных валов морских судов.

Техническая эксплуатация движительных комплексов и гребных валов показывает, что повреждение валопроводов, дейдвудных подшипников и гребных винтов приводит к значительным затратам, зачастую связанных с потерей эксплуатационного времени, внеплановым ремонтом и т.д. Своевременное предупреждение и устранение неисправностей и отказов СТС является составной частью оптимизации эксплуатационных расходов ПК.

Совершенствованием технической эксплуатации движительных комплексов и гребных валов, занимались и занимаются множество организаций и научно-исследовательских институтов: ЗАО «ЦНИИ МФ», ФГУП "ЦНИИ имени академика А.Н. Крылова", ГУ PC, Государственная морская академия им. С.О. Макарова, Морская государственная академия им. адмирала

Ф.Ф.Ушакова, Санкт-Петербургский государственный морской технический университет и т.д.

Разработкой теории и расчетами движительных комплексов, изучением вопросов работы гребных валов, совершенствованием технической эксплуатации СТС и ПК занимались и внесли значительный вклад инженеры и ученые: A.B. Андрюшин, Б.П. Башуров, М.Д. Генкин, Е.С. Голуб, Ф.М. Кацман ЭЛ. Мышинский, H.A. Решетов, Л.П. Седаков и др. Предложенные ими рекомендации и методики по диагностике и обеспечению вибрационного контроля СТС определяют важность перспективных задач по изучению вибрации и разработки норм.

Наряду с традиционными ПК (прямой передачей от двигателя на винт), применение на современных морских судах ВРК позволяет обеспечить надежность и компактность оборудования, а также снизить массу и уменьшить габариты машинного отделения. Лидерами в производстве и основными поставщиками ВРК на рынок судостроения являются фирмы: «Aquamaster» (Финляндия), «Steerpro» (Финляндия), «Schottel» (Германия), «Niieagata» (Япония)

б) линия вала с карданной передачей Рис. 1. Пропульсивный комплекс с ВРК

б

Отсутствие в РД и Правилах Классификационных обществ рекомендаций и нормативной документации в части нормирования вибрационных параметров ВРК налагает на судовладельцев требования по предъявлению Регистру составных элементов ВРК (предъявление в разобранном виде) связанные с необходимостью выведения судов из эксплуатации. Внеплановые операции по разборке и сборке ВРК усложняют систему технической эксплуатации судов и все это определяет острую необходимость в разработке норм на контролируемые в процессе эксплуатации параметры для перевода ВРК на ремонт по их техническому состоянию.

Проведенный анализ литературных источников и особенностей устройства ПК морских судов показывает, что эксплуатационники, разработчики и производители оборудования уделяют недостаточное внимание исследованиям ПК с ВРК и исходя из этого следует, что совершенствование технической эксплуатации морских судов с ВРК путем разработки и внедрения рекомендаций по нормированию вибрации является важной задачей для сокращения затрат, связанных: с разборкой и сборкой СТС; освидетельствованием ВРК в разобранном виде во время проведения классификационного ремонта; минимизацией затрат на приобретение сменно-запасных мастей и повышение безопасности мореплавания.

Во второй главе рассмотрены объекты и методики исследования вибрационных характеристик ВРК («Aquamaster» и «Schottel») в условиях эксплуатации, а также наиболее распространенные методы контроля технического состояния СТС.

Применение на морских судах метода контроля по вибрационным параметрам дает возможность зафиксировать начальное техническое состояние СТС, в том числе и ВРК, отследить его изменение в процессе эксплуатации, обнаружить дефекты подвижных (вращающихся) элементов на этапе их зарождения и проследить за их развитием. На основе таких наблюдений (при условии их регулярности и периодичности) возможна оценка технического состояния и прогнозирование состояния на определенный период эксплуатации.

Контроль вибрационного состояния ВРК «Aquamaster» и «Schottel» проводился в период эксплуатации судов в соответствии с Методикой КС ВРК согласованной с ГУ PC для введения на морских судах системы контроля технического состояния винторулевой колонки и разработки рекомендаций по нормированию вибрации.

Оценки вибрационного состояния элементов ВРК выполнялись анализом уровней виброскорости в диапазоне частот 10 - 1000 Гц с помощью анализатора шума и вибрации типа SVAN 912АЕ (Польша), на различных режимах работы главного двигателя в диапазоне изменения частоты вращения от 55% до 100%, которые характерны для морских судов с ВРК, в соответствии со схемой установки акселерометров (рис. 2) в контрольных точках измерения: IX, 1 У, \Ъ - на переднем фланце ВРК после разобщительной муфты; 2Х, 2У, 2Ъ -на задней (кормовой) части корпуса верхнего редуктора; на фланце крепления ВРК к корпусу судна.

Измерения выполнялись не менее 4-х раз в каждой точке с перерывом не менее 20 минут. Двигатели, системы и ВРК прогреты до рабочей температуры, режимы работы ПК установившиеся.

Полученные результаты измерений вибрации фиксировались в протоколе и заносились в реестр измерений и память персонального компьютера для хранения и обработки. Анализ и статистическая обработка результатов производилась в лабораторных условиях.

Рис. 2. Схема мест размещения акселерометров для получения оценки вибрационного состояния элементов ВРК

Анализ результатов измерений включал:

- общую оценку технического состояния ВРК по среднеквадратичному значению (СКЗ) виброскорости;

- оценку технического состояния элементов ВРК на характерных частотах верхнего редуктора, промежуточного вала, нижнего редуктора, лопастной частоте гребного винта и частоте вала винта по результатам третьоктавного анализа вибрации.

Оценка технического состояния ВРК проводилась путем сравнения текущих значений уровней виброскорости с измерениями, проведенными на исправном механизме в начальный период эксплуатации судна, по следующим критериям:

а) общее состояние ВРК по СКЗ виброскорости в диапазоне частот 10 -1000 Гц, если измерения проводились в отдельных третьоктавных полосах, то СКЗ виброскорости рассчитывался по формуле:

где х. - уровень виброскорости в i-той третьоктавной полосе в диапазоне 10- 1000 Гц.

б) состояние основных узлов ВРК по СКЗ на характерных рабочих частотах в соответствующих третьоктавных полосах.

Экспериментальные исследования проводились на 40 ВРК, из них: «Aquamaster» - 18 шт., «Schottel» - 22 шт. Результаты оценки состояния ВРК различных типов («Aquamaster» US205; «Schottel» SRP 1010, SRP 2020, SRP 1012) систематизировались по СКЗ виброскорости в третьоктавных полосах частот и легли в основу разработок методик статистической обработки результатов и рекомендаций по нормированию вибрации.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям и прогнозированию оценок вибрации ВРК морских судов, которые позволили внедрить и использовать на морских судах с ВРК систему КС ВРК и провести классификационные освидетельствования ВРК с предъявлением PC без разборки.

Измерения уровней вибрации ВРК проводились на установившихся переменных режимах работы двигателя с фиксированной нагрузкой в диапазоне изменения частоты вращения от 55% до 100% по однотипному классу судов в Азово-Черноморском, Средиземноморском, Балтийском районах плавания и позволили в течение семи лет наблюдений создать массив данных вибрационного контроля ВРК различного типа.

Модуль оценки виброскорости, измеренный в трёх ортогональных плоскостях (вектор наблюдения) определялся с учетом того, что корпус судна является подвижной механической системой с неопределённым числом степеней свободы:

{v) = Vv,2+v>vJ, (2)

где (v) - усреднённая оценка виброскорости, v^.v, - оценки виброскорости (СКЗ) измеренные на верхнем редукторе ВРК (рис. 2).

По полученным векторам наблюдений была произведена оценка виброскорости по всем точкам контроля ВРК (рис. 2).

Для решения этой задачи были составлены таблицы измерений виброскорости (в табл. 1 приведен пример полученных значений виброскорости для пяти буксиров с ВРК «Aquamaster»), построены вариационные ряды по каждому ВРК для всех судов, произведен расчет доверительного интервала, определена математическая модель и разработана методика исследования распределения СКЗ в зависимости от функции нагрузки, которая последовательно задавалась в предельно допустимой области работы двигателя для оценки состояния ВРК.

Таблица 1

Значения виброскорости по точкам контроля на ВРК типа US205 «Aquamaster»

Значения СКЗ внброскороста, мм<с

Нагрузка, «Ахилл» «Аглаи» «Русич» «Вягпч» «Скпф»

об/ыпн Пр. Лев. Пр. Лев. Пр. Лев. Пр. Лев. Пр. ■ Лев.

сорт оорт оорт борт борт борт оорт оорт борт оорт

1000 3.52 5.11 2.46 3.07 3.65 3.47 3.44 3.68 2,98 .2.7

1300 4.18 4.37 4.04 ЗЛ9 6.3 6.24 4.77 4.79 3$ 3,89

1600 4.34 4.47 3.92 ш 5.46 5.87 5.44 4.69 3,58 3.73

В качестве примера на рис. 3 представлены сгруппированные измерения виброскорости (вариационные ряды) по табл. 1 доя однотипных ВРК типа Ш205 <^иатаз1ег» левого и правого бортов для пяти буксиров при 1600 об/мин.

Для данного распределения разница СКЗ виброскорости при 1600 об/мин составила 0,13 мм/с, что показало хорошее приближение по двум ВРК (правый и левый борт), хотя и размещенных на разных судах. Полученные результаты базируются на статистике измерений и отличаются друг от друга на величину: при частоте вращения двигателя 1000 об/мин -1 %; 1300 об/мин - 4,34 %; 1600 об/мин - 2,9 %. Доверительный интервал СКЗ виброскорости с вероятностью 95% в зависимости от режима работы двигателя составил ± 0,43 мм/с.

р

о

§.

о и

левый борт

правый борт

Число тмерешш

Рис. 3. Вариационные ряды измерений виброскорости ВРК типа Ш205 «Аяиап^ег» при 1600 об/мин

По результатам экспериментальных исследований были построены зависимости распределения СКЗ виброскорости от частоты вращения двигателя. Из примера рис. 4 видно, что полученная зависимость говорит о экспоненциальной форме кривой с приближением к некоторой предельной величине, которая принимает вид линейной зависимости и является основой при построении прогностических оценок.

5-

4.3

4

и у З.Ь

и У

и

о. 2.Ь,

<а -д 2

1» а о 1.5

1

о.ь

1000

ЛИНИЯ да

——----- -- —

оценен

1600

1300

Частота вращения, об'мпп Рис. 4. Зависимость уровня СКЗ виброскорости от частоты вращения для ВРК «АяиаггшГег»

Наличие карданной передач на линии вала ВРК «Schottel», в отличие от линии вала ВРК «Aquamaster» (рис. 1) не позволяют строить анализ оценок виброскорости в допущении близкой к линейной зависимости уровня вибрации от нагрузки ВРК. Для определения СКЗ виброскорости ВРК «Schottel» был построен исходный тренд вибрационных характеристик в зависимости от частоты вращения двигателя (рис. 5).

Сравнение величин СКЗ виброскорости для ВРК типа «Aquamaster» (рис. 4) и ВРК типа «Schottel» (рис. 5) определило следующее:

- уровни вибрации ВРК, примерно одинаковых по мощности и техническим характеристикам, но с разными типами и конструкциями валолиний, отличаются в зависимости от нагрузки в 2 - 5 раз;

- уровни вибрации ВРК «Aquamaster» изменяются незначительно, в пределах 1 мм/с;

- уровни вибрации ВРК «Schottel» при увеличении частоты вращения от 1000 до 1800 об/мин возрастает примерно в 5 раз (от 5^6 мм/с при нагрузке 1000 об/мин и до 17 мм/с при нагрузке 1800 об/мин).

Частота вращения, оо. мгш Рис. 5. Зависимость уровня СКЗ виброскорости от частоты вращения для ВРК «Schottel»:

а) распределение СКЗ с учетом второй «карданной» гармоники;

б) распределение СКЗ без второй «карданной» гармоники (исключено из спектра)

Экспериментальные исследования показали, что элементом, вносящим существенный вклад в вибрацию на ВРК типа «Schottel» служит карданная передача валолинии. Для проверки этого предположения было исключено влияние второй («карданной») гармоники (рис. 5), соответствующей частоте вибрации, вносимой карданной передачей.

Анализ распределений СКЗ виброскорости с исключённой второй гармоникой (рис. 5) существенно не изменил вид распределения, с той лишь разницей, что исключение второй гармоники («карданной») привело к снижению общего уровня вибрации. Предложенный подход позволил сделать вывод о том, что источник повышенной вибрации для ВРК «Schottel» определяется работой со стороны карданной муфты линии вала.

Полученные результаты подтвердили целесообразность в дальнейших проведениях исследований и разработках рекомендаций по нормированию вибрации ВРК «Aquamaster» и «Schottel» для совершенствования их технической эксплуатации.

Для определения уровня СКЗ виброскорости на выбранных частотах вращения двигателя и оценки состояния ВРК'(«хорошо») применили методику исследования распределения СКЗ в зависимости от функции нагрузки, которая последовательно задавалась в допустимой по частоте вращения области работы двигателя. В соответствии с Правилами PC состояние «хорошо» - состояние механизмов и оборудования после изготовления (постройки судна) или ремонта при вводе в эксплуатацию.

По этим причинам исходное уравнение тренда вибрационной характеристики исследовалось в известной функции нагрузки ВРК - назначением испытания увеличением числа оборотов двигателя с запасом по обеспеченности механической нагрузки до допустимых значений для данного типоразмера двигателя.

Моделирование осуществлялось средствами пакета Maple 9.5 с использованием сплайн-интерполяции экспериментальных данных. Для построения математической модели, нагрузка задавалась с превышением номинальной частоты вращения двигателя в 1,25 раза, при этом распределения принимали линейный вид (рис. 6).

Предельное значение СКЗ виброскорости соответствующее предельно допустимому режиму работы для ВРК типа US205 «Aquamaster») соответствовало величине 6,5 мм/с.

10Ш 1500 2000

Частота вращения, об/мин Рис. 6. Прогностическая кривая распределения параметра СКЗ в пределах превышения полезной нагрузки В качестве параметра прогнозирования состояния ВРК примем отношение:

/< =

м

(3)

где (у,)- оценка виброскорости вида (2), полученная в ходе измерений при контроле ВРК в эксплуатации, (?) - медиана распределения вариационного ряда оценок виброскорости, совпадающая с полученной предельной оценкой (для ВРК типа 1/5205 <^иатаз1ег» - 6,5 мм/с).

Изменение параметра СКЗ виброскорости вследствие износа элементов ВРК можно считать соответствующим кривой Вейбулла, в связи, с чем критерием оценки параметра ц будет также, соответствие тренда распределения параметра кривой Вейбулла.

Функцию регрессионной оценки запишем в виде:

где

оценка виброскорости в каждом следующем измерении; +

медиана вариационного ряда оценок, уточняемая при каждом следующем измерении.

Нелинейные процессы, как следствие аварийного режима работы, являются критерием недопустимого режима эксплуатации. Алгоритм (3-4) примем параметром в организации регрессионного анализа определения изменения состояния системы в ходе эксплуатации с увеличением износа. С учетом того, что ПК судна является сложной системой, в состав которой входит ВРК, техническое состояние каждого из элементов определяется вероятностями Р„(1), ?,(/), Л (О в зависимости от наработки в период эксплуатации. Очевидно также, что распределение закона вероятностей соответствует Пуассоновскому, и переход ВРК из одного состояние в другое возможно вследствие износа, аварии или ремонта.

Вероятность вибрационного состояния ВРК соответствующая оценке «Хорошее», «Удовлетворительное», определится:

ы

где Р„{() - вероятность состояния ВРК «Хорошее», соответствующее состоянию ввода в эксплуатацию, /¡(0, P1(t)...P„(t) - вероятность состояния элементов ВРК, определяющих его параметрический тип.

С учётом (3), состояние ВРК в каждый следующий период эксплуатации можно определить решением дифференциального уравнения:

(6)

при этом закон распределения вероятностей принимаем Пуассоновским.

Для состояния «Приемлемо» используем алгоритм (6), для прогнозирования ухудшения состояния ВРК в ходе эксплуатационного износа «Износ» на основании формулы полной вероятности (обратная функциональная зависимость):

P"{t) = l-P(t). (7)

Последовательно вычисляем значения параметра у. (часть расчета представлена в качестве примера в табл. 2) для оценки виброскорости 6,5 мм/с (предельная оценка, соответствующая «хорошему» состоянию, рис. 6). Аргументом функции (6) определим изменение оценки 6,5 мм/с с шагом 0,1 до уровня вероятности 0,3 - 0,4, аналогично вычисляем функцию обратную (6) - (7).

Таблица 2

Распределения вероятности для оценки состояния ВРК типа иБ205 <оЦиатаз1ег» в зависимости от параметра ¡л

Значения впброскоростп мм/сек Прогноз вероятности состояния «Хорошо» Прогноз вероятности состояния «Недопустимо» Значения параметра /'

6.50 1 0 а

6,55 0,98 0,02 1,00

6.60 0.97 0,03 0,99

6.65 0,96 0.04 0,98

9,50 0.50 0.50 0,68

9,55 0,49 ■ 0,51 0,68 ■

9,60 0,49 0,51 0.68

9,65 . 0,49 0,51 0,67

11,45 0,37 0,63 0,57

11,50 0.37 0,63 0,57

11,55 0,36 0,64 0,56

Полученные расчётные данные позволяют построить распределение вероятностей для оценки состояния ВРК «Aquamaster», соответствующего состоянию ВРК «Хорошо» и обратное распределение, соответствующее состоянию «Недопустимо» (рис. 7).

Оценку виброскорости границы «Приемлемо» определим на основе критерия выхода вероятности в область невозможного однозначного определения величины. Для нашей оценки эта граница определяется пересечением кривых «Приемлемо» и «Износ», очевидно, что область левее этой точки относится к уровню вибрации, допустимому при эксплуатации ВРК, правее - недопусти-

Виороскоросгь. мм/с Рис. 7. Прогноз состояния вероятности «Приемлемо» (для дальнейшей эксплуатации ВРК) и «Износ» (в ходе эксплуатации ВРК)

Для предельной хорошей оценки 6,5 мм/с, оценка допустимой вибрации определяется расчетной величиной 9,60 мм/с (табл. 2).

В случае изменения состояния ВРК, значение параметра fj определяет кривую «Приемлемо» ниже величин кривой «Износ» (рис. 7).

Оценку состояния ВРК необходимо строить на основании анализа формулы полной вероятности (7). Если уровень вибрации ВРК окажется больше прогнозируемой величины, то общее состояние будет определяться вибрацией элементов ВРК с большими величинами износа.

Оценка состояния ВРК «Schottel» рассчитана и определена аналогично рассмотренной модели для ВРК «Aquamaster».

В четвертой главе выполнен анализ экспериментальных исследований вибрации ВРК «Aquamaster» и «Schottel» и предложены разработанные рекомендации по нормированию вибрации.

Задачей исследования являлось определение состояния ВРК на основе статистических данных применительно к категориям состояния (Правила классификации и постройки морских судов PC. Т.2. Часть VII, Механические установки.).

Проведенные исследования вибрационных характеристик ВРК позволили определить границы уровней СКЗ виброскорости соответствующие различным техническим состояниям и подтвердили, что прогностические оценки СКЗ виброскорости базируются на допущении соответствия эксплуатационного износа кривой Вейбулла.

По результатам вышеизложенных решений были определены трендовые эксплуатационные характеристики, что позволило оценить состояние винто-рулевого комплекса без вывода его из эксплуатации, а также разработать рекомендации по нормированию вибрации ВРК.

Для определения предельных значений вибрационного состояния ВРК (рис. 8-9) было сделано следующее:

1) на основании экспериментально полученных данных были построены распределения оценок виброскорости в зависимости от частоты вращения для ВРК «Aquamaster» и «Schottel» (рис. 4-5), соответствующие состоянию «хорошо»;

2) построены трендовые характеристики для оценки состояния ВРК «предельно допустимо» (переход от состояния "хорошо" к состоянию

"удовлетворительно") с использованием модели изменения состояния ВРК в ходе эксплуатации (3-7).

Расчетные значения вероятности предельно допустимого («неудовлетворительно») состояния ВРК «Aquamaster» и «Schottel» по начальным параметрам виброскорости (рис. 4-5) на эксплуатационных частотах вращения двигателя приведены в табл. 3.

Таблица 3

Предельно допустимые величины виброскорости для оценки состояния ВРК «Aquamaster» и «Schottel»

Частой вращения Значения виброскоростл полученные на ВРК в результате статистического норш$ ования характерном, мм/с Значения вибросгорост с прогнозом ¡я экшуатадшньш шнос рассчитанные яо модем: PA(t)={(ц}-«ни влброскоросш, полученная в ходе измерений по пану кошроля ВРК в ходе эшпуаташш, (р) ~ мгдваяа распредмгнпя вариационного ряда оценок Бпброскоросга

об/мпн %(п) «Aquamaster» «Schottel» «Aquamaster» «Schottel»

900 0,54 0,826 1,435 1,056 2,602

1000 0,61 1,976 ЗД75 2,696 5,172

1100 0,67 3,006 5,055 4,156 7,682

1200 0,73 3,916 6,775 ' 5,436 10,132

1300 0,79 4,706 8.435 6,536 12,522

1400 0,85 5,376 10,035 7,456 14,852

1500 0,91 5,926 11,575 8,196 17,122

1600 0,97 6,356 . 13,055 8,756 . 19,332

1700 1,03 6,666 14,475 9,136 21.482

1800 1,10 6,856 15,835 9,336 23,572

Примененный подход позволил получить набор характеристик для контроля вибрационного состояния ВРК в функции нагрузки, для состояния «хорошо», «удовлетворительно», «неудовлетворительно».

Полученные в работе диагностические данные по вибрации ВРК сопоставлялись с Правилами РС. Согласно категорий (зон) принадлежности (Правила РС) было определено состояние ВРК, как "хорошо" (Зона «А» - состояние механизмов и оборудования после изготовления (постройки судна) или ремонта при вводе в эксплуатацию), "удовлетворительно" (Зона «В» - состояние ме-

ханизмов и оборудования во время нормальной эксплуатации) и "неудовлетворительно" (Зона «С» - состояние механизмов и оборудования, при котором оно требует проведения технического обслуживания или ремонта).

Рекомендованные в нормативных документах допустимые величины СКЗ виброскороста были применены к условиям эксплуатации ВРК.

Определенные на основе модели (3-7) допустимые величины СКЗ виброскорости, применённые к условиям эксплуатации ВРК, позволяют:

- рассчитывать эксплуатационный износ по измеренным трендам СКЗ виброскорости;

- прогнозировать развитие вибрационной динамики ВРК на основе периодических измерений;

- применять полученные оценки в безразборной диагностике состояния ВРК. Для удобства и визуального обзора категорий состояния ВРК «Aquamas-

ter» и «Schottel», статистически обработанные уровни допустимых значений вибрации ВРК по СКЗ виброскорости (табл. 3) сведены в графическую зависимость (рис. 8 - 9), которая может быть рекомендована для оценки состояния ВРК в эксплуатации.

15

о t-i

о Ю

Q Г».

О

и

о О

lO

>-ч

« 5

О

Рис. 8. Зависимость уровня допустимых СКЗ виброскорости от нагрузки для различных категорий состояния ВРК <^иата51ег» (линия вала без карданной передачи)

W [а «< нет; овл етво piITi мы О

ioiä 'иЛ? ете >рш ель 10

,.—1

Soti 1«А opoi '10

0,6 0.7 0.8 0,9 1,0 1.1

Частота вращения, % (п)

S

= 20

'§ ■

О:

О

(§"15.

о о, >.10

✓

/

/■

Зон а <<( » -1 1еуд >вл ■тво ште ЛЬИ О ■у

>•*

✓

у

/

✓ /

У

/ iOH 1«в im «fß )|1ГП ель 10

/

у

ion '»■«А »► - \ opni 11(1

у

0,6 0,7 0,8 0,9

Часгога вращения, % (п)

1,0

i,i

Рис. 9. Зависимость уровня допустимых СКЗ виброскорости от нагрузки для различных категорий состояния ВРК «Schottel» (линия вала с карданной передачей)

Экспериментально разработанная и согласованная с PC Методика КС ВРК позволила осуществить мониторинг ВРК морских судов в эксплуатации по контролю уровней вибрации с выдачей рекомендаций по предупреждению и устранению неисправностей технического характера, а также:

- проследить тенденцию роста общего уровня вибрации ВРК;

- определить техническое состояние ВРК в соответствии с разработанными и рекомендованными нормами;

- диагностировать элементы ВРК и в соответствии с руководствами по эксплуатации-оборудования с планировать сроки проведения ремонта или замену изношенных узлов и деталей.

Методика КС ВРК прошла апробацию и внедрена на различных судоходных предприятиях (ОАО «Туапсинский морской торговый порт», ЗАО «Совфрахт-Приморск» и т.д.), в результате чего была получена экономическая целесообразность: значительно сокращены эксплуатационные расходы, связанные с ремонтом С ТС новых и уже введенных в эксплуатацию морских судов с ВРК не менее чем на 30%-40%; сдвинуты сроки разборки СТС при освидетельствовании PC до 10-12,5 лет и т.д.

Применение Методики КС ВРК и предложенного метода вибрационной диагностики по СКЗ виброскорости на морских судах гарантирует детализированный контроль за техническим состоянием СТС в эксплуатации, что дает потенциальную возможность обеспечить беспрепятственное соблюдение Международных правил предупреждения столкновений судов в море по обеспечению маневров в морских портах, и как следствие, обеспечивает безаварийную коммерческую работу судов с ВРК в любых условиях навигационной обстановки.

Заключение

На основании выполненных экспериментальных исследований и статистической обработки полученных результатов на морских судах с ВРК «Aquamaster» и «Schottel» решена важная научная задача по оценке технического состояния ВРК в эксплуатации на основе разработанных норм вибрации, сделаны выводы и получены следующие практические результаты:

1. Создан информационно-статистический банк данных уровней вибрации ВРК разных производителей и типов судов, позволяющий выполнять статистическую обработку получаемых результатов.

2. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований показала, что в рабочем диапазоне изменения относительной частоты вращения среднеоборотных двигателей от 50 % до 100 % от номинальной, доверительный интервал СКЗ виброскорости составил ± 0,43 мм/с при степени доверия 0,95.

3. Выполненный комплекс экспериментальных исследований на судах, имеющих в качестве движительного комплекса винтовые рулевые колонки, подтвердил высокую нагруженность оборудования движительного комплекса и необходимость регулярною мониторинга с целью оценки технического состояния и предупреждения поломок и отказов.

4. Обосновано, что для формализации принятия решения о работоспособности оборудования ВРК целесообразно разработать и внедрить инсти-

тут нормирования вибрации, при этом техническое состояние эксплуатируемого ВРК разбиваются на 3 зоны, для каждой из которых устанавливается верхнее предельное значение вибрации.

5. Величина СКЗ виброскорости для ВРК с линией вала с карданной муфтой зависит от режима эксплуатации и на нагрузках близких к номинальной резко увеличивается, достигая 15-17 мм/с (увеличивается по сравнению с режимом эксплуатации соответствующего 50+60 % нагрузки в 5 раз).

6. Разработаны нормы вибрации судовых ВРК морских судов с различной конструкцией линии вала и определены предельные значения вибрации ВРК, служащие границей между различными зонами вибрационного состояния: «А», «В», «С» согласно нормативных документов Морского Регистра Судоходства. В силу специфики энергетических установок с ВРК, предложенные нормы не совпадают с величинами, установленными ГОСТ ИСО 10816-3-2002 и зависят от типа валопровода: (наличие или отсутствие карданных передач) и режима эксплуатации. ,

7. Использование разработанных рекомендаций в Методике КС ВРК, согласованной с PC, позволило значительно сократить трудоемкость обслуживания ВРК, назначить ремонт по фактическому состоянию и тем самым решить важную научную задачу по обеспечению совершенствования технической эксплуатации морских судов с ВРК.

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

1. Брежнев A.B. Определение прогностичнош параметра среднеквадратичного значения вибрации винторулевых колонок моделированием нагрузок по допустимому значению частоты вращения двигателя // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2008. - Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70416, ред. апрель 2008г.).

2. Брежнев A.B., Николаев И.Н., Оводовский A.B. Вибрационная задача распределения оценок виброскорости при контроле технического состояния винторулевых колонок морских и речных судов// Международный журнал речников «Речной транспорт» (XXI век).- 2009.-№ 1 (37)'. -2с. (Индекс по перечню ВАК РФ 70787, ред. апрель 2008г.).

3. Николаев Н.И., Брежнев A.B., Николаев И.Н., Гриценко М.В. Контроль вибрации винторулевых колонок речных и морских судов// Международный журнал речников «Речной транспорт» (XXI век). -2009,- № 1 (37)'.-Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70787, ред. апрель 2008г).

Публикации по теме диссертации

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. - Зс.

5. Брежнев A.B., Гриценко М.В., Николаев И.Н. Контроль состояния винто-рулевых колонок и подшипников линии вала морских судов по параметрам вибрации. [Электронный ресурс] / МГТУ. Электрон. Текст. Дан. (20 Мб).-Мурманск: МГТУ, 2008. - Зс.

6. Брежнев A.B., Николаев И.Н. Прогнозирование предельных оценок среднего в задаче телеметрии ВРК типа US205 «Aquamaster» («Rolls-Royce») с главным двигателем 3512В «Катерпиллар». XVI Международная конференция «Математика. Экономика. Образование». V международный симпозиум «Ряды Фурье и их приложения». Труды. Южный Федеральный университет- Ростов н/Д: Изд-во «ЦВВР», 2008. - Юс.

7. Брежнев A.B. Нормирование вибрации винторулевых колонок морских судов типа «Aquamaster». Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на юге России// Материалы седьмой региональной научно-технической конференции. Новороссийск: МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2008. - Зс.

8. 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: МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2008. - 2с.

Формат 60x84 1/16. Тираж 100. Заказ 1701 Отпечатано в редакционно-издательском отделе ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова» 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93

Условные обозначения и сокращения.

Введение.

Глава 1. Анализ проблем технической эксплуатации и контроля технического состояния движительных комплексов и гребных валов морских судов.

1.1. Анализ проблем технической эксплуатации движительных комплексов и гребных валов.

1.2. Анализ особенностей устройства пропульсивного комплекса морских судов с винторулевыми колонками.

1.3. Цель и постановка задачи исследования.

Глава 2. Объекты н методики исследования вибрационных характеристик винторулевых колонок.

2.1. Современные методы контроля технического состояния транспортного оборудования, судовых технических средств и их нормирования.

2.2. Обзор методов вибрационной диагностики механизмов.

2.3. Методы оценки технических средств вибрации на моделях.

2.4. Методика исследования вибрационных характеристик винторулевых колонок в эксплуатации.

2.5. Статистическая обработка результатов исследования спектров вибрации винторулевых колонок.

2.6. Выводы.

Глава 3. Экспериментальные исследования и прогнозирование оценок вибрации винторулевых колонок морских судов.

3.1. Исследование вибрационных характеристик винторулевых колонок.

3.2. Вариационная задача распределения оценок виброскорости для контроля технического состояния винторулевых колонок.

3.3. Прогнозирование предельных значений вибрации винторулевых колонок по допустимым значениям частоты вращения двигателя.

3.4. Анализ трендовых характеристик винторулевых колонок типа «Schottel».

3.5 Выводы.

Глава 4. Разработка рекомендаций по нормированию вибрации винторулевых колонок.

4.1. Анализ экспериментальных исследований вибрации винторулевых колонок типа «Aquamaster».

4.2. Анализ экспериментальных исследований вибрации винторулевых колонок типа «Schottel».

4.3. Рекомендации по нормированию вибрации винторулевых колонок.

4.4. Выводы.

Актуальность проблемы. На современных морских судах, наряду с использованием ПК с традиционной прямой передачей на винт, находят широкое применение в качестве главного движительно-рулевого устройства вшггорулевые колонки (ВРК).

Стремление судовладельцев к оптимизации расходов на непредвиденные аварийные ремонты СТС и сокращению затрат на выполнение текущих работ требует внедрения современных диагностических методов и средств, для перехода обслуживания СТС по техническому состоянию.

Одним из наиболее эффективных методов диагностирования СТС без вывода из эксплуатации является вибродиагностика, поскольку вибрация содержит важно необходимую информацию о состоянии системы.

Определение параметров вибродиагностики СТС, стандартов случайных величин вибрации является базой для разработки рекомендаций и методик по оцениванию технического состояния и планированию эксплуатации.

Для выполнения контроля и выявления причин возникновения вибрации ВРК были проведены натурные исследования на морских судах с ВРК ведущих компаний «Aquamaster» («Ролс-Ройлс», Финляндия) и «Schottel» («Сименс», Германия). Исследования были направлены на получение параметров вибрации винторулевого комплекса на различных режимах эксплуатации судна, которые были систематизированы и легли в основу статистической обработки результатов и предложений по нормированию вибрации.

Требования РД и правила Классификационных обществ не предусматривают рекомендаций по методикам вибрационного контроля и вибрации ВРК, в связи с чем проблема повышения эффективности технической эксплуатации ПК морских судов с ВРК приобретает особую актуальность, и для перевода ВРК на ремонт по их техническому состоянию необходима разработка и обоснование рекомендаций по нормированию вибрации.

Диссертация посвящена решению важной научной задачи: экспериментальному определению и научно-обоснованному прогнозированию уровней вибрации ВРК морских судов в эксплуатации и разработке рекомендаций по их нормированию.

Объектами исследования являются ВРК морских судов.

Предмет исследования: контроль и нормирование вибрации ВРК морских судов в эксплуатации.

Цель работы состоит в формировании комплекса научно обоснованных технических решений, направленных на совершенствование технической эксплуатации ПК морских судов с ВРК путем разработки рекомендаций по нормированию вибрации.

Достижение поставленной цели осуществляется на основе решения следующих задач:

- анализ особенностей технической эксплуатации движительных комплексов и возможных методов контроля технического состояния;

- разработка методики исследования вибрационных характеристик ВРК;

- статистическая обработка результатов экспериментальных исследований ВРК «Aquamaster» и «Schottel» морских судов;

- разработка рекомендаций по нормированию вибрации ВРК.

Методы решения поставленных задач. В диссертации использованы: известные научно достоверные экспериментальные и статистические методы исследования случайных функций распределения вибрации; моделирование на электронно-вычислительной машине с использованием средств пакета Maple 9.5, Excel и сплайн-интерполяции экспериментальных данных.

База исследования. Работа выполнена на кафедре «Судовые тепловые двигатели» ФГОУ ВПО «Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф.Ушакова». Экспериментальные исследования по теме диссертации проводились на морских судах и буксирах ЗАО «Совфрахт-Приморск» (порт Приморск), ОАО «Флот НМТП» (порт Новороссийск), ОАО «Туапсинский морской торговый порт» (порт Туапсе), ОАО «Морской торговый порт Усть-Луга» (порт Усть-Луга), «Палмали» — группа компаний.

Наиболее существенные результаты, полученные лично автором: проведен анализ особенностей методов контроля технического состояния СТС в вибрационной динамике; выполнены исследования вибрации ВРК в условиях эксплуатации и их статистическая обработка; разработаны рекомендации по нормированию вибрации ВРК.

Научная новизна работы заключается:

- создан информационно-статистический банк данных уровней вибрации ВРК разных производителей и типов судов, позволяющий выполнять статистическую обработку получаемых результатов;

- разработаны методики вибрационных исследований, предложения по оценке уровня виброскорости и нормы вибрации ВРК.

Практическая значимость работы. Результаты работы внедрены в ОАО «Туапсинский морской торговый порт» (порт Туапсе), ЗАО «Совфрахт-Приморск» (порт Приморск), ОАО «Морской торговый порт Усть-Луга» (порт Усть-Луга) (Приложение 5). Научные результаты реализованы в Методиках контроля технического состояния ВРК (Приложение 2 — 3), согласованных и одобренных ГУ PC для проведения безразборного освидетельствования ВРК.

Достоверность научных результатов обеспечивается: проведением натурных испытаний с использованием комплекса методов вибрационного контроля; статистической обработкой результатов экспериментальных исследований; применением приборов и систем измерений, прошедших калибровку или метрологическую аттестацию в соответствии с ПР 50.2.009-94 (взамен ГОСТ 8.326-89) [77].

Основные положения, выносимые на защиту: результаты контроля вибрации ВРК «Aquamaster» и «Schottel» морских судов и их статистическая обработка;

- нормы предельных оценок вибрационного состояния ВРК «Aquamaster» и «Schottel» морских судов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на совещаниях и конференциях:

1. Региональная научно-техническая конференция (г. Владивосток, 2005);

2. 8-й международный симпозиум «Transport Noise and Vibration 2006» (г. Санкт- Петербург, 2006 г.);

3. В Новороссийском филиале Российского Морского Регистра Судоходства (г. Новороссийск, 2007 г.); на заседании секции научно -технического совета, отдел механического оборудования и систем ГУ PC РФ (г. Санкг Петербург, 2007 г.);

4. Региональные научно — технические конференции в МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова (г. Новороссийск, 2005-2008 г.);

5. Международная научно — техническая конференция «Наука и Образование — 2008» в Мурманском государственном техническом университете (г Мурманск, 2008 г.);

6. XVI Международная конференция. «Математика. Экономика. Образование» V Международный симпозиум. «Ряды Фурье и их приложения» (г. Новороссийск, 2008 г.).

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных БАК Минобрнауки РФ

1. Брежнев А.В. Определение прогностического параметра среднеквадратичного значения вибрации винторулевых колонок моделированием нагрузок по допустимому значению частоты вращения двигателя. // Изв. вузов. Сев. — Кавк. регион. Техн. науки. 2008. — Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70416, ред. апрель 2008 г.).

2. Брежнев Л.В., Николаев И.Н., Оводовский А.В. Вибрационная задача распределения оценок виброскорости при контроле технического состояния винторулевых колонок морских и речных судов. Международный журнал речников «Речной транспорт» (XXI век). Москва, № 1 (37)' 2009. - 2с. (Индекс по перечню ВАК РФ 70416, ред. апрель 2008 г.)

3. Николаев Н.И., Брежнев А.В., Николаев И.Н., Гриценко М.В. Контроль вибрации винторулевых колонок речных и морских судов. Международный журнал речников «Речной транспорт» (XXI век). Москва, № 1 (37)' 2009. - Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70416, ред. апрель 2008 г.).

Публикации по теме диссертации

4. Николаев Н.И., Брежнев А.В., 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. — Зс.

5. Брежнев А.В., Гриценко М.В., Николаев И.Н. Контроль состояния винторулевых колонок и подшипников линии вала морских судов по параметрам вибрации. [Электронный ресурс] / МГТУ. Электрон. Текст. Дан. (20 Мб). Мурманск: МГТУ, 2008. - Зс.

6. Брежнев А.В., Николаев И.Н. Прогнозирование предельных оценок среднего в задаче телеметрии ВРК типа US205 «Aquamaster» («Rolls -Royce») с главным двигателем 3512В «Катерпиллар». XVI Международная конференция «Математика. Экономика. Образование».

V международный симпозиум «Ряды Фурье и их приложения». Труды. Южный Федеральный университет. Изд — во «ЦВВР», Ростов н/Д, 2008. -Юс.

7. Брежнев А.В. Нормирование вибрации винторулевых колонок морских судов типа «Aquamaster». 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. Брежнев А.В., 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. - 2с.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав; заключения; библиографического списка (97 наименований) и приложений. Основное содержание изложено на 137 страницах и включает 39 рисунков и 16 таблиц.

4.4. Выводы

Накопленные результаты контроля вибрации различных типов ВРК морских судов и предложенный комплекс научно обоснованных технических решений с использованием математической модели статистического нормирования позволили разработать рекомендации по нормированию вибрации ВРК по СКЗ (рис. 4.4 - 4.5), которые вошли в методику КС ВРК, согласованную с PC (Приложение 2,3).

В связи с высокой степенью надежности ВРК, небольшими наработками буксиров в портах и высокими требованиями к использованию высокотехнологичного оборудования, метод КС ВРК позволил увеличить сроки эксплуатации ВРК без разборки при условии обеспечения соответствующего контроля и выполнения требований инструкций и предписаний производителя.

Заключение

На основании выполненных экспериментальных исследований и статистической обработки полученных результатов на морских судах с ВРК «Aquamaster» и «Schottel» решена важная научная задача по оценке технического состояния ВРК в эксплуатации на основе разработанных норм вибрации, сделаны выводы и получены следующие практические результаты:

1. Создан информационно-статистический баше данных уровней вибрации ВРК разных производителей и типов судов, позволяющий выполнять статистическую обработку получаемых результатов.

2. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований показала, что в рабочем диапазоне изменения относительной частоты вращения среднеоборотных двигателей от 50 % до 100 % от номинальной, доверительный интервал СКЗ виброскорости составил ± 0,43 мм/с при степени доверия 0,95.

3. Выполненный комплекс экспериментальных исследований на судах, имеющих в качестве движительного комплекса винтовые рулевые колонки, подтвердил высокую нагруженность оборудования движительного комплекса и необходимость регулярного мониторинга с целью оценки технического состояния и предупреждения поломок и отказов.

4. Обосновано, что для формализации принятия решения о работоспособности оборудования ВРК целесообразно разработать и внедрить институт нормирования вибрации, при этом техническое состояние эксплуатируемого ВРК разбиваются на 3 зоны, для каждой из которых устанавливается верхнее предельное значение вибрации.

5. Величина СКЗ виброскорости для ВРК с линией вала с карданной муфтой зависит от режима эксплуатации и на нагрузках близких к номинальной резко увеличивается, достигая 15-17 мм/с (увеличивается по сравнению с режимом эксплуатации соответствующего 5(Н60 % нагрузки в 5 раз).

6. Разработаны нормы вибрации судовых ВРК морских судов с различной конструкцией линии вала и определены предельные значения вибрации ВРК, служащие границей между различными зонами вибрационного состояния: «А», «В», «С» согласно нормативных документов Морского Регистра Судоходства, В силу специфики энергетических установок с ВРК, предложенные нормы не совпадают с величинами, установленными ГОСТ ИСО 10816-3-2002 и зависят от типа валопровода (наличие или отсутствие карданных передач) и режима эксплуатации.

7. Использование разработанных рекомендаций в Методике КС ВРК, согласованной с PC, позволило значительно сократить трудоемкость обслуживания ВРК, назначить ремонт по фактическому состоянию и тем самым решить важную научную задачу по обеспечению совершенствования технической эксплуатации морских судов с ВРК.

1. Кодекс торгового мореплавания Российской Федерации. Официальное издание -М.: Библиотечка «Российской газеты», 1999. — 192с.

2. Комментарий к Кодексу торгового мореплавания Российской Федерации / Под ред. Г.Г. Иванова. — 2-е изд., испр. и доп. М: Спарк, 2005. - 830с.

3. Попов В.В. Проблемы развития крупных портов России. — М: РосКонсульт, 2000. 592с.

4. Кацман Ф.М., Эксплуатация пропульсивного комплекса морского судна. -М.: Транспорт, 1987. -223с.

5. Лебедев О.Н., Калашников С.А. Судовые энергетические установки и их эксплуатация. Учебник для вузов. Трансп. — М.: Транспорт, 1987. — 336с.

6. Барабанов Н.В., Конструкция корпуса морских судов. Л., «Судостроение», 1969. 695с.

7. Русецкий А.А. и др. Судовые движители. JL, «Судостроение», 1971. — 287с.

8. Балацкий JI.T., Филимонов Г.Н., Повреждения гребных валов. М., «Транспорт»,1970. 144с.

9. Яценков B.C., Эксплуатация судовых валопроводов. М., «Транспорт», 1968.-168с.

10. Справочник судового механика (в двух томах). Изд. 2-е, перераб. и доп. Под общей редакцией канд. тех. наук Л.Л. Грицая. М., «Транспорт»,1973.-696с.

11. Справочник судового механика (в двух томах). Изд. 2-е, перераб. и доп. Под общей редакцией канд. тех. наук Л.Л. Грицая. М., «Транспорт»,1974, с. 697-1376.

12. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство. РД 31.20.50 — 87. — М.: В/О «Мортехинформреклама», 1988. — 220с.

13. Lin Н., R. I. Hustion, J.J. Coy, Оп Dynamic Loads in Parallel Shaft Transmissions: I-Modelling and Analysis NASA TM-100180.

14. Руководство по техническому наблюдению за судами в эксплуатации. Часть II, Техническое наблюдение за судами в эксплуатации в соответствии с правилами регистра, раздел 1 — 30. СПб. Российскийморской регистр судоходства, 2004. — 322с.

15. Правила технической эксплуатации судовых технических средств и конструкций. РДЗ 1.21.30-97. Л.: ЗАО «ЦНИИМФ», 1997. - 342с.

16. Решетов Н.А. Безопасность главных винторулевых колонок в нормативной и надзорной деятельности Регистра — Судостроение, 2002, № 1, стр. 12.

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

18. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. — М.: Машиностроение, 1987, 288с.

19. Голуб Е.С., Мадорский Е.З., Розенберг Г.Ш. Диагностирование судовых технических средств: Справочник. — М.: Транспорт, 1993. — 150с.

20. Мышинский Э.Л., Седаков Л.П. Вибрационный контроль и диагностирование судового энергетического оборудования в процессе эксплуатации. / Судостроение, 1983 , № 5 , с. 23 — 26.

21. Артоболевский И.И., Бобровицкий Ю.И., Генкин М.Д. Введение в акустическую динамику машин. М.: Наука, 1979, 295с.

22. Васильева Р.В. Вибрационные методы неразрушающего контроля в энергомашиностроении. Труды ЦНИИТмаш, № 146,1978, с. 5 —10.

23. Баркова Н.А. Виброакустические методы диагностики. Учебное пособие, Л.: ЛКИ, 1985,91с.

24. Попков В.И. Виброакустическая диагностика и снижение виброактивности судовых механизмов. — Л: Судостроение, 1974, 221с.

25. Башуров Б.П., Носенко Е.С., Шарик В.В. О стратегии технического обслуживания и ремонта вспомогательного оборудованияэнергетических установок судовых транспортных средств. Изв. ВУЗов

26. Машиностроение», 2004, №11, с.29 — 35.

27. Бобровицкий Ю.И., Генкин М.Д., Диментберг М.Ф. Задачи акустической диагностики. / В сб. Виброизолирующие системы в машинах и механизмах. — М.: Наука, 1977, с. 25 — 37.

28. Моек Е., Штрикерт X. Техническая диагностика судовых машин и механизмов: пер. с нем. Л. Судостроение, 1986, 232с.

29. Вибрации в технике: Справочник в шести томах. М.: Машиностроение. 1978-1981.

30. Динамические процессы в механизмах с зубчатыми передачами. / Под Ред. М.Д. Генкина, Э.Л. Айралетова. -М.: Наука, 1976,150с.

31. Кацман Ф.М., Дорогостайский Д.В. Теория судна и движители: Учебник. Л.: Судостроение, 1979. — 280с.

32. Попков В.И., Мышинский Э.Л., Попков О.И. Виброакустическая диагностика в судостроении. — Л.: Судостроение. 1989. -256с.

33. Ллойд Д.К, Липов М. Надежность организация исследования, методы, математический аппарат. 1964. — 685с.

34. Лидбеттер М., Линдгрен Г., Ротсен X. Экстремумы случайных последовательностей и процессов. 1989. 392с.

35. Пластинин П.И., Дегтярева Т.С., Светлов В.А., Сячинов А.В. Автоматизированная система, измерений, накопления и обработки данных при испытаниях поршневых компрессоров // Компрессорная техника и пневматика, 1997, вып. 3-4 (16-17). — с. 12 — 14.

36. SamarasekeraH. Acceptable vibration levels for centrifugal pumps//Worldpumps.- 1988.-March.-№258.

37. Твердохлеб И., Визенков Г., Скрынник Ю. Насосы для заводнения нефтяных пластов. /Ж. № Насосы & оборудование». №5 (34). 2005. - с. 15-17.

38. Елин А.В., Цема А.Д., Павловскач В.В. О необходимости разработки стандарта по нормированию вибрации центробежных насосов. //Насосы и оборудование. — 2006. — №2. — с. 42 — 43.

39. Толстов А.Г. Учебное пособие по курсу «Техническая диагностика. Основы статистического нормирования интенсивности вибрации».— М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина. — 2003.

40. В. П. Максимов, И. В. Егоров, В. А. Карасёв. Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах. М.: Машиностроение, 1987.— 208с.

41. API 610 Centrifugal Pumps For Petroleum, Heavy Duty Chemical, And Gas Industry Services. 8th Edition. — 1995.

42. Anil Jacob., Sharaf Eldeen Y.I. (перевод с англ. Шеняка И.Р., под редакцией Смирнова В.А., к.т.н.). Диагностирование зубчатой передачи с помощью нового метода контроля состояния роторного оборудования. http://www.vibration.ni/d zub peredach.shtml

43. Schaub, R.S., P.V.Vliet, Handbook of the Theory and Application of METAS.

44. Randal, R.B., A new method of modelling gear faults, Journal of Mechanical Design, Vol.104, 1982. c.259- 267.

45. Aatola,S.,RLeskinen, Cepstrum Analysis Predicts Gearbox Failure, Noise Control Engineering Journal, March-April 1990, Vol 34(2), 53 59c.

46. Lloyd's List. March 24 1999. Stress monitoring systems give false sense of security.

47. Стеценко А.А., Беззубцева A.M, Стеценко О.А. Стандарты по вопросамбезопасности компрессорного оборудования. // Труды 2-й всеукраинскойнаучно-практической конференции по охране труда: Национальный институт охраны труда, Киев, 1997.

48. Инструкция по проведению диагностирования технического состояния сосудов, трубопроводов и компрессоров промышленных аммиачных холодильных установок: РД 09-244-98: Утв. постановлением Госгортехнадзора России. 1998, № 66.

49. Бутенин Н.В., Лунц 51.Л., Меркин Д.Р. Курс теоретической механики. СПБ.: 1998.-736с.

50. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Механика. М., Наука. 1979. 520с.

51. Ronald N. Bracewell. The Fourier Transform and Application (second edition, revised). McGraw-Hill Book Company, 1986.

52. Гольдберг JI.M., Матюшкин Б.Д., Поляк M.H., Цифровая обработка сигналов.- М.: Радио и связь, 1990.

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

54. Рабинер JL, Гоудд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978. 448с.

55. Рабинер П., Гоулд Б. Теория и применения цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978. 848с.

56. Нашиф А., Джоунс Д., Хендерсон Дж. Демпфирование колебаний. М.: Мир, 1988.-448с.

57. Евсиков MB. Вычисление окна Хамминга без умножений. М.: Радиотехника.2000.№ 11.- с.34 — 35.

58. Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В. Решение задач вычислительной математики в пакетах Mathcad 12, MATLAB 7, Maple 9. Серия: Самоучитель. М.: НТ Пресс, 2006. 496с.

59. Гандер В., Гржебичек И. Решение задач в научных вычислениях сприменением Maple и MATLAB. М: Вассамедиа, 2005. — 520с.

60. Дьяконов В. Вейвлеты. От теории к практике. М.: Солон-Р, 2002.

61. Новиков И .Я., Протасов В.Ю., Скопина М.А., Теория всплесков. — М.: ФИЗМАТЛИТ. 2006.

62. Инструкция по эксплуатации ВРК «Aquamaster» US205/3350. Изготовитель: Ролс-Ройс Оу Аб, РОВох 220, FIN-261001 Раума, Фмнляндия. ToPi 22Мау, 2002. Work по 514-9181.

63. Руководство по эксплуатации, монтажу и техническому обслуживанию ВРК «Schottel» SRP 1010. Изготовитель Шоттел Гмбг, Майнзер Штрассе 99, Д-56322 Спай/Рейн.26 июля, 2002. Work№ 1099240.

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

65. Межведомственная научно-практическая конференция «Диагностика -2007»: Сборник докладов / Техническое управление ВМФ РФ, ДНИИМ им. Акад. А. Н. Крылова. СПб., 2008. 216 с.:ил.

66. Брежнев А.В., Николаев И.Н. Прогнозирование предельных оценок среднего в задаче телеметрии ВРК типа US205 «Aquamaster» («Rolls -Roy се») с главным двигателем 3512В «Катерпиллар»

67. Отес Р., Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов. — М.: Мир, 1982.

68. ИСО 4865. Вибрация и удар. Методы анализа и представления данных.

69. ИСО 5347. Методы калибровки преобразований вибрации и ударов.

70. ИСО 5348.2. Механическая вибрация и удар. Механическая установка акселерометров.

71. ГОСТ ИСО 10816-3-2002. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на не вращающихся частях. Часть 3. Промышленные машины номинальной мощностью более 15 кВт и номинальной скоростью от 120 до 15000 мин"1.

72. ПР 50.2.009-94 (взамен ГОСТ 8.326-89). Порядок проведения испытаний и утверждения типа средств измерений.

73. ISO 484—2:1981. Судостроение. Гребные винты. Допуски на изготовление. Часть 2. Винты гребные диаметром от 0,80 до 2,50 м включительно.

74. ГОСТ 20073-81. Компрессоры воздушные поршневые стационарные общего назначения. Правила приема и методы испытаний.

75. ISO 1217:1986. Компрессоры объемные. Приемочные испытания.

76. ISO 10816—1:1995. Вибрация механическая. Оценка состояния машин по результатам измерений вибрации на не вращающихся частях. Часть 1. Общие руководящие указания.

77. ISO 3945:1985. Вибрация механическая больших вращающихся машин с диапазоном частот вращения от 10 до 200 об/сек. Измерения и оценка интенсивности вибрации на месте.

78. ISO 13709:2003. Насосы центробежные для нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности.

79. ГОСТ 17187-81. Шумометры. Общие технические требования и методы испытаний.

80. ISO 8041:2005.Чувствительность человека к вибрациям. Приборы для измерения.

81. Система КС ВРК. Методика контроля технического состояния винторулевых колонок «Aquamaster». ООО «КВ Инжениринг», г. Новороссийск, 2007.

82. Система КС ВРК. Методика контроля технического состояния винторулевых колонок «Schottel». ООО «КВ Инжениринг», г. Новороссийск, 2007.

83. Международные правила предупреждения столкновений судов в море, 1972г. (МППСС-72). М.: РосКонсульт, 2001. - 82с.