ВведениеСудовые машинно-движительные комплексы (МДК) должны быть спроектированы таким образом, чтобы они надежно и безопасно работали в условиях различной нагрузки. Одним из факторов, которые значительно могут снизить надежность судовых МДК, являются опасные динамические нагрузки – продольные, поперечные и крутильные колебания. Для снижения крутильных колебаний обычно на валу дизелей устанавливают гасители (демпферы или антивибраторы), которые снижают амплитуду колебаний и, соответственно, касательные напряжения скручивания в валах и гибких элементах соединительных муфт МДК. Деградация демпфера крутильных колебаний (снижение эффективности работы) приводит к значительному увеличению концентрации напряжений в валах и, как следствие, к повышенному износу и поломке элементов МДК [1].  Актуальность и задача исследованияДля подтверждения актуальности исследования рассмотрим реальный случай при эксплуатации судна Aratere [2]. В 2013 г. при прохождении канала Тори судно потеряло гребной винт (рис. 1), в связи с чем до ближайшего порта Веллингтон пришлось дойти на одном винте. Экспертная комиссия, которая изучала случившееся происшествие, пришла к выводу о том, что вал не выдержал касательных напряжений, которые в большей степени были вызваны крутильными колебаниями. В связи с наличием в мировой истории судовождения подобных аварий практически все классификационные общества (как отечественные, так и зарубежные) в своих правилах имеют разделы, где прописаны конкретные требования по борьбе с опасными крутильными колебаниями. Следующим подтверждением актуальности исследования является тот факт, что основные зарубежные фирмы-производители демпферов крутильных колебаний (STE, Holset, Geislinger), в связи с тяжелой политической ситуацией в мире, прекратили поставки своей продукции в Россию. Таким образом, актуальной задачей настоящего исследования является максимально точное прогнозирование остаточного ресурса силиконовых демпферов, что позволит снизить затраты судовладельца. Дополнительным стимулом для повышения точности оценки остаточного ресурса является тот факт, что сервисных центров обслуживания фирм-производителей, а соответственно, и их специалистов, производящих процедуры дефектации и ремонта демпферов, в России не имеется.   Рис. 1. Излом вала судна AratereFig. 1. Broken shaft of the ship Aratere Оценка технического состояния силиконовых демпферов согласно результатам торсиографированияТорсиографирование судовых валопроводов производится в соответствии с методиками и требованиями, которые описаны в правилах Российского морского регистра судоходства (РМРС) [3], Российского речного регистра (РРР) [4] и нормативных документах ISO 3046-5:2001 [5], ГОСТ Р ИСО 3046-5-2004 [6]. Диагностирование и определение остаточного ресурса силиконового демпфера производится в России на основании методик РМРС и РРР. Рассмотрим примеры оценки технического состояния силиконовых демпферов реальных судов смешанного плавания по методике РМРС, в частности для судна «Ригель» проекта 1570 (тип – нефтерудовоз). Результат диагностики 2017 г. силиконового демпфера модели В-790 главного двигателя (ГД) 6NVD48AU (6ЧРН32/48) правого борта данного судна представлен на рис. 2.     Рис. 2. Диагностика силиконового демпфера главного двигателя правого борта судна «Ригель» проекта 1570Fig. 2. Diagnostics of the silicone damper of the main engine of the starboard side of the vessel Rigel of project 1570 Согласно рис. 2 выводы по техническому состоянию демпфера могут определяться по следующим факторам: техническое состояние, остаточный ресурс, число лет эксплуатации и число рейсов. Исходными данными для анализа являются фактическая частота колебаний (реальная частота, установленная по результатам торсиографирования) и фактические напряжения в коленчатом валу (КВ) ГД.Если рассмотреть судно с отклонениями реальных значений частоты колебаний и напряжений в КВ двигателя от рассчитанных значений, то в качестве примера можно взять судно «СТФ Спринтер» проекта 0225 (тип – сухогруз), протестированного 22.02.2017 испытательным центром Marine Technology Service (ИЦ MTS), результаты диагностики силиконового демпфера марки Г60 ГД 6ЧРН 36/45 правого борта представлены на рис. 3.    Рис. 3. Диагностика силиконового демпфера главного двигателя правого борта судна «СТФ Спринтер» проекта 0225Fig. 3. Diagnostics of the silicone damper of the main engine of the starboard side of the vessel STF Sprinter project 0225 Таким образом, техническое состояние силиконового демпфера для ГД правого борта данного судна является удовлетворительным, но остаточный ресурс имеет малое количество часов, кроме того возможна заклинка массы демпфера. Заклинка массы демпфера определена по снижению фактической резонансной частоты колебаний по сравнению с эталонной частотой. Другим аварийным случаем для силиконовых демпферов является утечка силиконовой жидкости наполнителя, но в этом случае фактическая частота колебаний будет превышать частоту эталонной моторной формы колебаний более чем на 5 %. Виды неисправностей силиконовых демпферов крутильных колебанийПри эксплуатации силиконового демпфера можно наблюдать следующие виды поломок:– заклинка маховика (маховой массы), обуславливающаяся повышением вязкостных свойств наполнителя (силиконовой жидкости);– утечка (вытекание) наполнителя демпфера (силиконовой жидкости);– изнашивание поверхности маховика демпфера, включая царапины, задиры, трещины;– повреждение корпуса демпфера, вызванное износом маховой массы; – нарушение (повреждение) креплений демпфера к КВ двигателя.Изображения дефектных силиконовых демпферов компании Hasse & Wrede представлены на рис. 4 и 5.   Рис. 4. Заклинка массы демпфера из-за утечкисиликоновой жидкостиFig. 4. Damper mass jamming due to silicone fluid leakage   Рис. 5. Повышение вязкости силиконовой жидкости до состояния суспензии из-за продуктов износаFig. 5. Increasing the viscosity of the silicone fluid to the state of suspension due to wear products На рис. 6 представлен вид изношенных поверхностей маховика силиконового демпфера, на рис. 7 – повреждения корпуса силиконового демпфера.   Рис. 6. Износ поверхностей маховой массысиликонового демпфераFig. 6. Wear of the surfaces of the flywheel massof the silicone damper   Рис. 7. Износ корпуса силиконового демпфераFig. 7. Wear of the silicone damper case Внутренние повреждения демпфера идентифицируются после его вскрытия, что зависит от конструкции: в демпферах компании Hasse & Wrede и Geislinger крышка закрепляется на болтах (рис. 8), а для моделей демпферов, например, компании STE крышка завальцовывается или приваривается к корпусу.      Рис. 8. Крепление крышки демпфера Hasse & Wredeпри помощи болтовFig. 8. Attaching the Hasse & Wrede Damper Coverwith BoltsАнализ остаточного ресурса силиконовых демпферов по результатам периодических торсиографирований ИЦ MTSКак было отмечено ранее, некоторые суда ИЦ MTS торсиографировались несколько раз, что дает возможность оценить динамику изменения некоторых параметров крутильных колебаний элементов МДК. Проанализированные данные приведены в табл. 1–6.Таблица 1 Table 1Анализ изменения напряжений в коленчатом валу главного двигателя и частоты колебаний судна «Лангепас»Analysis of the change in stresses in the crankshaft of the main engine and the oscillation frequency of the ship LangepasСудно «Лангепас», судно обеспечения2019 г.2020 г.Напряжения в КВ, МПаЧастота колебаний / минНапряжения в КВ, МПаЧастота колебаний / минПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт26,98126,43147547530,46929,0,92475475Допускаемые напряжения, МПаРасчет:частота колебаний / минДопускаемые напряжения, МПаРасчет:частота колебаний /мин36,7036,7047747736,7036,70477477Наработка, ч Наработка, ч Правый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт62 88063 00072 41472 657Таблица 2 Table 2Анализ изменения напряжений в коленчатом валу главного двигателя и частоты колебанийсудна «Расул Гамзатов»Analysis of the change in stresses in the crankshaft of the main engine and the oscillation frequencyof the vessel Rasul GamzatovСудно «Расул Гамзатов», тип «Волга», проект 196102016 г.2019 г.Напряжения в КВ, МПаЧастота колебаний / минНапряжения в КВ, МПаЧастота колебаний / минПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт17,8617,502 6062 45017,2618,332 5982 523Допускаемые напряжения, МПаРасчет:частота колебаний / минДопускаемые напряжения, МПаРасчет:частота колебаний / мин24,6324,632 5342 53424,6424,632 5342 534Наработка, ч Наработка, ч Правый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт58 08958 45972 89273 262Таблица 3Table 3Анализ изменения напряжений в коленчатом валу главного двигателя и частоты колебанийсудна «Омский-207»Analysis of the change in stresses in the crankshaft of the main engine and the oscillation frequencyof the ship Omsky-207Судно «Омский-207», проект А-1743.7, генгруз2014 г.2020 г.Напряжения в КВ, МПаЧастота колебаний / минНапряжения в КВ, МПаЧастота колебаний / минПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт16,1518,173 0003 05023,5523,662 702,62 703,6Допускаемые напряжения, МПаРасчет:частота колебаний / минДопускаемые напряжения, МПаРасчет:частота колебаний / мин22,8322,833 0363 03630,1530,152 7792 779Наработка, ч Наработка, ч Правый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт73 31173 31189 17789 177 Таблица 4Table 4Анализ изменения напряжений в коленчатом валу главного двигателя и частоты колебаний судна «Линда»Analysis of the change in stresses in the crankshaft of the main engine and the oscillation frequency of the vessel LindaСудно «Линда», проект 191, генгруз2007 г.2010 г.Напряжения в КВ, МПаЧастота колебаний / минНапряжения в КВ, МПаЧастота колебаний / минПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт3,182,963833843,192,99374381Допускаемые напряжения, МПаРасчет:частота колебаний / минДопускаемые напряжения, МПаРасчет:частота колебаний / мин33,2733,2737937933,2733,27379379Наработка, ч Наработка, ч Правый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт32 70032 70046 58746 587Таблица 5Table 5Анализ изменения напряжений в коленчатом валу главного двигателя и частоты колебаний судна «Флестина-2»Analysis of the change in stresses in the crankshaft of the main engine and the oscillation frequencyof the vessel Flestina-2Судно «Флестина-2», проект 326.1, сухогруз2004 г.2009 г.2014 г.Напряжения в КВ, МПаЧастотаколебаний / минНапряжения в КВ, МПаЧастотаколебаний / минНапряжения в КВ, МПаЧастотаколебаний / минПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт22,7821,242 9562 97122,5221,142 9612 97622,5223,033 0002 975Допускаемыенапряжения, МПаРасчет: частота колебаний / минДопускаемыенапряжения, МПаРасчет: частота колебаний / минДопускаемыенапряжения, МПаРасчет: частота колебаний / мин26,4226,423 0213 02126,4226,423 0213 02126,4226,423 0213 021Наработка, ч Наработка, ч Наработка, ч Правый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт43 00043 00064 01564 01582 64582 645              Таблица 6 Table 6Анализ изменения напряжений в коленчатом валу главного двигателя и частоты колебанийсудна «Казань Сити»Analysis of the change in stresses in the crankshaft of the main engine and the oscillation frequencyof the vessel Kazan CityСудно «Казань сити», проект 630, танкер2007 г.2014 г.Напряжения в КВ, МПаЧастота колебаний / минНапряжения в КВ, МПаЧастота колебаний / минПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт19,1120,42 3562 3102121,32 2502 270Допускаемые напряжения, МПаРасчет:частота колебаний / минДопускаемые напряжения, МПаРасчет:частота колебаний / мин35,535,52 3312 33135,535,52 3312 331Наработка, ч Наработка, ч Правый бортЛевый бортПравый бортЛевый борт33 04533 04554 02654 026 Согласно табл. 1 за период работы ГД МАК 8М25 судна обеспечения «Лангепас» в 9 596 ч рост напряжений в КВ составил 11,3 %, а частота колебаний осталась неизменной. Отметим, что на данном судне установлен комбинированный демпфер австрийской компании Geislinger, сочетающий в себе как гидравлическую часть, так и механическую. Согласно табл. 2 за период работы ГД 8NVD48A-3U (8ЧРН32/48) судна «Расул Гамзатов» в 14 803 ч рост напряжений в КВ составил 6,2 %, а частота колебаний изменилась на 3 %.В табл. 3 приведен сравнительный анализ результатов торсиографирования МДК судна «Омский-207», который свидетельствует, что за период работы ГД 6NVDS48A2U (6ЧРН32/48) в 15 866 ч рост напряжений в КВ составил 45,8 % для ГД правого борта и 30,2 % для ГД левого борта, а частота колебаний снизилась на 9,91 % для ГД правого борта и на 11,36 % для левого борта, т. е. состояние силиконового демпфера изменено. Снижение частоты колебаний подтверждает изменение состояния силиконовой жидкости.Данные табл. 4 подтверждают, что за период работы ГД MAN B & W 6Т23LU-2 (6ЧНСП 22,5/30) судна «Линда» в 13 887 ч рост напряжений в КВ практически не изменился, при этом частота колебаний также не изменилась. За рассмотренный период рост напряжений в КВ составил не более 1 %, а изменение частоты колебаний – не более 2,3 %.Дополнительную информацию дает анализ изменения напряжений в КВ и изменения частоты колебаний для судна «Флестина-2» (табл. 5): за период работы ГД 8VDS36/24 A1 (8ЧНСП24/36) в 21 000 ч рост напряжений в КВ практически не изменился, при этом частота колебаний также не изменилась. При дальнейшей работе ГД за период в 39 645 ч рост напряжений в КВ составил уже более 8,4 %, а изменение частоты колебаний – 1,5 %.Согласно анализу изменения напряжений для судна «Казань Сити» проекта 630 (танкер) в табл. 6 за период работы ГД 8NVDS48A2U (8ЧНР32/48) в 21 000 ч рост напряжений в КВ составил не более 9,9 %, а изменение частоты колебаний – не более 4,5 %. Заключение В результате проведенного анализа экспериментальных исследований можно отметить следующие зависимости наработки силиконового демпфера от касательных напряжений и частоты колебаний:– при наработке 30 000–40 000 ч работы рост напряжений варьируется ≈ 5–7 %, изменение частоты колебаний составляет около 1,5–2 %;– при наработке 40 000–50 000 ч работы рост напряжений варьируется ≈ 8–10 %, изменение частоты колебаний составляет около 2,3 %;– при наработке 60 000–70 000 ч работы рост напряжений варьируется ≈ 10–11 %, изменение частоты колебаний составляет около 3 %;– при наработке 70 000–90 000 ч работы рост напряжений варьируется ≈ 11–15 %, изменение частоты колебаний составляет около 4–5 %.Таким образом, при повышении наработки демпфера крутильных колебаний идет рост как напряжений, так и частоты колебаний. При работе демпфера более 90 000 ч рост напряжений составляет около 15 %, а изменение частоты колебаний может достигнуть 5 % и более, что приведет к необходимости диагностики и ремонта силиконовых демпферов.