Россия
Россия
Россия
Россия
Рассматриваются вопросы оценки технического состояния силиконовых демпферов крутильных колебаний машинно-движительных комплексов судов. Приведены статические данные зарубежной компании Holset по средним срокам проведения профилактических ремонтов силиконовых демпферов, отражены показатели эффективности работы данных устройств. Определены показатели технического состояния силиконовых демпферов. Отмечено, что производить замену демпферов крутильных колебаний, исходя из опыта технической эксплуатации, необходимо только при явных признаках их неисправной работы и повреждений. Проанализированы основные способы диагностики технического состояния силиконовых демпферов (диагностика и определения остаточного ресурса на основе результатов процедуры торсиографирования валопровода судна, отбор пробы наполнителя демпфера (силиконовой жидкости) с последующим проведением процедуры физико-химического анализа). Выявлены и проанализированы ключевые факторы, оказывающие влияние на работоспособность силиконовых демпферов (состояние наполнителя полиметилсилоксановой жидкости (ПМС-жидкости), утечка ПМС-жидкости, конструктивное исполнение силиконового демпфера, резонансные режимы работы главного двигателя). Сделаны выводы о необязательном соответствии указанных сроков работы силиконовых демпферов крутильных колебаний и показателей их технического состояния; необходимости периодического, своевременного устранения неполадок и повреждений; неэффективности определения работоспособности и технического состояния устройства путем взятия пробы наполнителя (силиконовой жидкости).
крутильные колебания, судовые дизели, машинно-движительные комплексы, силиконовые демпферы, безопасность мореплавания
Введение
Ключевой идеологией функционирования всех классификационных обществ, от российских (Российский морской регистр судоходства (РМРС) [1] и Российский речной регистр (РРР) [2]) до зарубежных (DNV + GL, LR, ABS, BV и др.), является обеспечение безопасности мореплавания судов. Однако существуют определенные факторы, которые могут привести к нарушению безопасности мореплавания. Одним из них являются крутильные колебания, предшествующие аварийным ситуациям [3]. Особенно опасны они для судовых установок ответственного назначения – от главных двигателей до элементов машинно-движительного комплекса. Широко распространенным способом подавления данных опасных динамических нагрузок является установка демпфера (силиконового, механического, комбинированного и др.) в состав дизеля. Должная и своевременная оценка технического состояния демпфера крутильных колебаний значительно повысит навигационную надежность судна, и, соответственно, будут выполняться основные требования всех классификационных обществ касательно безопасности мореплавания.
Периодичность ремонтов и показатели технического состояния силиконовых демпферов
Российский морской регистр судоходства требует проведения проверки технического состояния силиконовых демпферов после 24–30 тыс. ч работы (в зависимости от модели). По истечении гарантийного периода остаточный ресурс определяют специалисты испытательных центров, аккредитованные классификационными обществами, на основе результатов торсиографирования машинно-движительного комплекса. В табл. 1 отражены средние сроки периодичности проведения профилактических ремонтов силиконовых демпферов со съемными крышками фирмы Holset [4].
Таблица 1
Table 1
Периодичность проведения профилактических ремонтов силиконовых демпферов
со съемными крышками согласно статистическим данным фирмы-производителя Holset
Frequency of preventive repairs of silicone dampers with removable covers, according to the statistics
of the manufacturer Holset
|
Частота вращения дизеля, мин–1 |
Периодичность проведения профилактических ремонтов силиконового демпфера, тыс. ч |
|
˃ 800 |
20 |
|
200–800 |
30 |
|
< 200 |
50 |
Ограничение периодичности проведения профилактических ремонтов силиконовых демпферов с заваренными или завальцованными крышками составляет 20 тыс. ч.
Колоссальный и длительный опыт эксплуатации силиконовых демпферов, а также анализ их повреждений позволяют сделать вывод о том, что назначенные сроки периодичности поверки технического состояния не всегда в полном объеме отражают их работоспособность. Для дизельных судовых силовых установок, работающих на маневренных режимах, назначенные сроки следует
сократить в 1,5 раза. Это обусловлено тем, что на данных режимах происходит более интенсивный износ трущихся поверхностей демпфера. При отсутствии видимых повреждений корпуса, крышки, уплотнений и признаков протекания жидкости техническое состояние демпфера можно оценить рядом показателей и сравнить их с заводскими данными или с требованиями правил технической эксплуатации и классификационных обществ.
В табл. 2 приведены показатели эффективности работы и технического состояния силиконовых демпферов, доступные для измерения специальными приборами технических служб судовладельцев. К таким показателям относятся амплитуды крутильных колебаний носового конца коленчатого вала, напряжения в опасных участках валопровода от крутильных колебаний и вязкость силиконовой жидкости.
Таблица 2
Table 2
Показатели эффективности и технического состояния силиконовых демпферов
Indicators of the efficiency and the technical state of silicone dampers
|
Показатель |
Исходное значение |
Браковочный признак |
|
Максимальная амплитуда крутильных колебаний, рад: – длительная работа – кратковременная работа |
< 0,0075 < 0,0200 |
> 0,0085 > 0,0250 |
|
Максимальное напряжение в валопроводе |
< 85 % допускаемых |
> 85 % допускаемых |
|
Вязкость силиконовой жидкости |
Паспортная величина |
±30 % от первоначальной вязкости, желеобразное |
В табл. 3 представлены косвенные показатели эффективности работы и технического состояния силиконовых демпферов. Данные показатели можно измерить при помощи штатных судовых приборов для оценки состояния отдельных компонентов и узлов системы валопровода: состояние силиконовой жидкости, температура отдельных элементов валопровода, состояние зубчатых передач
и вибрация остова дизеля.
Таблица 3
Table 3
Косвенные показатели эффективности работы и технического состояния демпферов
Indirect indicators of the performance and technical state of dampers
|
Параметр |
Исходное значение |
Браковочный признак |
|
Силиконовая жидкость |
||
|
Содержание механических примесей, % |
Отсутствуют |
> 3 или наличие видимых частиц металла |
|
Температура вспышки, °С |
> 200 |
< 200 |
|
Содержание воды |
Отсутствует |
Следы желтовато-коричневого или темного цвета с осадком |
|
Цвет жидкости |
Бесцветная |
|
|
Наличие газа в жидкости |
Отсутствует |
Пузырьки газа в пробах жидкости |
|
Давление жидкости внутри |
Отсутствует |
Жидкость выдавливается при взятии проб из корпуса демпфера |
|
Температура корпуса демпфера, °С |
||
|
Демпфер внутри картера дизеля |
Температура неработающего дизеля |
> 75–85 |
|
Выносной демпфер |
Температура машинного отделения |
> 10–15 температуры машинного отделения |
|
Скорость нарастания температуры корпуса |
Температура машинно-котельного отделения |
Не более 50 – от исходной величины |
|
Температура элементов валопровода, °С |
||
|
Упругие муфты с элементами резины подшипников |
Температура машинно-котельного отделения или неработающего дизеля |
70 |
|
Вибрация остова дизеля в районе демпфера |
||
|
Виброперемещение при частоте колебаний до 250 колебаний/мин, мм |
< ±0,35 |
> ±0,35 |
|
Виброскорость при частоте колебаний 250–2 000 колебаний/мин, мм/с |
< ±5,5 |
> ±17,0 |
|
Виброускорение при частоте колебаний ˃ 2 000 колебаний/мин, м/с2 |
< ±2,5 |
> ±3,5 |
Измерения показателей, осуществляемые при работе дизеля, выполняются на одном или
нескольких спецификационных режимах в зависимости от назначения и условий эксплуатации судна. При анализе измерений следует иметь в виду, что результаты сравнения показателей с головными судами могут иметь различия даже для сопоставимых условий испытаний из-за технологических допусков изготовления, балансировки, сборки деталей и регулировки рабочего процесса в цилиндрах дизеля.
Выход непосредственных показателей за пределы эксплуатационных норм свидетельствует о неисправной работе силиконового демпфера, а изменения косвенных показателей зависят как от технического состояния демпфера, так и от состояния других элементов дизельной установки, включая рабочий процесс в цилиндрах дизеля, состояния гребного винта, зубчатых передач, влияние которых следует учесть для окончательного суждения.
Сравнительный анализ эффективно выполнять периодически, через 1/2 интервала времени между профилактическими ремонтами силиконового демпфера по истечении наработки. Исходя из многолетнего опыта технической эксплуатации производить замену демпферов крутильных колебаний необходимо только при явных признаках их неисправной работы, повреждений или поломок.
В остальных же случаях можно поддерживать демпферы в удовлетворительном техническом состоянии профилактическими мероприятиями, используя штатные приборы судна для контроля работы демпферов.
Во время эксплуатации энергетической установки необходимо вести наблюдение за силиконовыми демпферами и своевременно устранять возможные неполадки в их работе во избежание повреждений или разрушений как деталей самих демпферов, так
и деталей валопровода и подшипников.
Выход из строя силиконового демпфера бывает вызван двумя основными причинами:
– утечка наполнителя в виде силиконовой
жидкости;
– отсутствие вращения маховой массы внутри корпуса демпфера.
Первый случай – демпфер не поглощает энергию колебаний за счет вязкого трения в слое силиконовой жидкости, во втором случае – из-за отсутствия относительного перемещения между маховиком и корпусом демпфера.
Разгерметизация демпфера может предшествовать утечке наполнителя (силиконовой жидкости) вследствие неплотности прилегания между крышкой и корпусом устройства либо в местах технологического отверстия, через которые осуществляется наполнение жидкостью. Нарушение технологии изготовления основных конструктивных деталей демпфера, непосредственное повреждение, вмятина, износ или поломка – все это обусловливает отсутствие относительного движения маховика внутри корпуса.
Способы диагностики технического состояния силиконовых демпферов крутильных колебаний
Для снижения амплитуды крутильных колебаний судовой энергетической установки широко используются классические силиконовые демпферы крутильных колебаний, которые требуют периодической оценки работоспособности технического состояния. Данная поверка сегодня выполняется двумя способами без полной разборки и дефектации демпфера:
I способ – диагностика и определения остаточного ресурса силиконовых демпферов на основе результатов процедуры торсиографирования валопровода судна с последующим анализом по признанной методике классификационных обществ. Данный способ позволит дать приблизительную оценку технического состояния демпфера и его остаточного ресурса.
II способ – отбор пробы наполнителя демпфера (силиконовой жидкости) с последующим проведением процедуры физико-химического анализа. Ключевым недостатком данного способа является
неточность оценки технического состояния, однако он используется и одобрен РМРС.
Важным преимуществом I способа является признание ряда классификационных обществ, включая РМРС и РРР. Недостаток II способа заключается
в отсутствии признания со стороны РРР, а также специалистов в области крутильных колебаний.
Определение технического состояния демпфера по анализу состояния жидкости наполнителя
Следует отметить, что определение работоспособности технического состояния силиконового демпфера крутильных колебаний посредством взятия пробы наполнителя (силиконовой жидкости) не является полнообъемным и достоверным. Во-первых, подобного рода диагностика не имеет одобрения РРР. Во-вторых, по мнению ведущих специалистов в области крутильных колебаний Центрального научно-исследовательского института им. А. Н. Крылова, германской фирмы-производителя демпферов SKL, ОАО «РЦПКБ «Стапель», российского академика Л. В. Ефремова, данный способ диагностирования также является необъективным.
В руководстве Р.043-2016 «Оценка работоспособности силиконовых демпферов крутильных колебаний судовых двигателей внутреннего сгорания» РРР, которое было введено с 02.10.2016, присутствует категоричное утверждение относительно данного метода: «…результаты определения технического состояния демпфера по результатам анализа проб силиконовой жидкости не принимаются во внимание…» [5, с. 4].
Физико-химический анализ силиконовый жидкости демпфера дает только приблизительную оценку общего технического состояния устройства. Для отбора пробы необходимо провести
серьезные монтажные работы, чтобы иметь доступ к сливным отверстиям демпфера. Также нельзя забывать о том, что после проведения подобной процедуры необходимо дополнить обратно силиконовую жидкость с аналогичными характеристиками, что чаще всего является невозможным из-за отсутствия технической документации на судах относительно применяемой жидкости в демпфере.
Факторы, оказывающие влияние на работоспособность силиконовых демпферов крутильных колебаний
Рассмотрим те факторы, которые могут повлиять на надежность работы силиконового демпфера крутильных колебаний.
- Состояние наполнителя силиконового демпфера, ПМС-жидкости.
Одним из факторов, влияющих на надежность работы силиконового демпфера, является текущее состояние наполнителя демпфера, ПМС-жидкости. Непосредственное влияние оказывают вязкостные характеристики силиконовой жидкости, а именно ее изменение при эксплуатации демпфера, «старение» наполнителя, происходящее за счет влияния как динамических, так и вибрационных нагрузок. Все это приводит к существенному уменьшению вязкости. Изменение характеристик силиконовой жидкости также во многом зависит от концентрации продуктов уплотнения и нерастворимых веществ, что доказано результатами проводимых исследований. Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что при эксплуатации высокофорсированных дизелей, а именно одновременном увеличении частоты вращения коленчатого вала и давления наддува, наблюдается потеря механической стабильности ПМС-жидкости при сильно возбужденных колебаниях в дизельной установке, в состав которой входит силиконовый демпфер. Данный факт также влияет на вязкостные свойства наполнителя демпфера, а соответственно, и на его работоспособность.
Ссылаясь на инструкцию немецкой фирмы SKL, можно выделить следующие явления, при которых демпфер будет считаться неработоспособным:
– помутнение ПМС-жидкости;
– явный запах метанола;
– изменение вязкостных характеристик ПМС-жидкости (отклонение на 25 % от номинала).
По мнению ведущего специалиста России в области крутильных колебаний Л. В. Ефремова, контрольная операция по оценке свойств силиконового наполнителя считается не полностью объемно-достоверной для оценки работоспособности
и назначения остаточного ресурса силиконового демпфера [6].
- Утечка наполнителя силиконового демпфера.
Следующим фактором, оказывающим влияние на работоспособность гасителя крутильных колебаний (силиконового демпфера), является утечка ПМС-жидкости. Она приводит к росту амплитуд крутильных колебаний, а также изменению частоты колебаний.
- Конструктивное исполнение силиконового демпфера.
Надежная работа силиконового демпфера во многом также зависит от его конструктивного исполнения: размер маховой массы (маховика), зазор между корпусом демпфера и маховика, геометрическая форма обода маховика, момент инерции маховика и ступицы.
- Эксплуатация судна на резонансных режимах главного двигателя в сложных условиях.
Сложные условия эксплуатации судна (погодные, штормовые, ледовые условия) увеличивают риск возникновения резонансных частот крутильных колебаний дизеля, несмотря на работу демпферов крутильных колебаний (как силиконовых, так и механических). Обусловлено это увеличением концентрации напряжений в валах дизеля, изменением частоты крутильных колебаний, которые в комплексе могут привести к различным видам аварий. Во избежание этого рекомендуется не эксплуатировать двигатели на резонансных режимах.
Выводы
1. Назначенные сроки периодичности поверки технического состояния силиконовых демпферов крутильных колебаний не всегда в полном объеме отражают их работоспособность.
2. Исходя из многолетнего опыта технической эксплуатации производить замену демпферов крутильных колебаний необходимо только при явных признаках их неисправной работы, повреждений или поломок.
3. По мнению ведущих специалистов в области крутильных колебаний Центрального научно-исследовательского института им. А. Н. Крылова, германской фирмы-производителя демпферов SKL, ОАО «РЦПКБ «Стапель», российского академика Л. В. Ефремова, определение работоспособности технического состояния силиконового демпфера крутильных колебаний посредством взятия пробы наполнителя (силиконовой жидкости) является необъективным.
4. Основными причинами снижения эффективности работы силиконовых демпферов являются утечка силиконовой жидкости из демпфера, отсутствие
относительного движения маховика внутри корпуса
1. НД 2-020101-152. Правила классификации и постройки морских судов. Ч. VII. Механические установки. СПб.: Изд-во РМРС, 2022. 119 с.
2. Правила классификации и постройки судов (ПКПС). М.: Изд-во РРР, 2015. 176 с.
3. Сибряев К. О., Покусаев М. Н., Горбачев М. М., Ибадуллаев А. Д. Работоспособность механических демпферов крутильных колебаний судовых двигателей внутреннего сгорания // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2022. № 1. С. 35-41.
4. Vollett Eric Malcolm. Torsional vibration damper / Holset Engineering Co Ltd. № 9224489 (26.05.1993).
5. Руководство Р.043-2016. Оценка работоспособности силиконовых демпферов крутильных колебаний судовых двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во РРР, 2016. 74 с.
6. Ефремов Л. В. Теория и практика исследования крутильных колебаний силовых установок с применением компьютерных технологий. СПб.: Наука, 2007. 276 с.
