CC BY
381
7. Хмелевская В. Б. Выбор технологий и материалов для надежности судовых механизмов: моногр. / В. Б. Хмелевская, А. А. Кузьмин. — СПб.: СПГУВК, 2005. — 214 с.
8. Приборы «Ситон», НПП «Сигма-Тест» — [Электронный ресурс]. — Электрон. дан. — Режим доступа: httt://www.cigma-test.ru
9. Ольховик О. Е. Долговечность конструкционных материалов при объемном напряженном состоянии / О. Е. Ольховик, Е. О. Ольховик // Заводская лаборатория. — 1997. — Т. 63, № 7.
УДК 625.12:539.4 А. Б. Красюк,
канд. техн. наук, доцент, ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова;
В. Б. Чистов,
д-р техн. наук, профессор, ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕФЕКТАЦИИ СТАЛЬНЫХ КОРПУСОВ СУДОВ
METHODOLOGICAL OUTLINES OF THE DEFECT DETECTION OF THE VESSELS STEEL HULLS
Статья посвящена рассмотрению дефектации судов внутреннего и смешанного плавания с точки зрения участников данного процесса: судовладельца, организаций, выполняющих освидетельствование судов, Российского речного регистра, прочих организаций, а также вопросам разработки новой редакции Инструкции по дефектации.
The article deals with the defect detection of inland vessels and vessels for river-sea navigation with views of the participants in this process: the shipowner, organizations performing survey of ships, Russian river register, other organizations, and the development of a new version of the manual for defect detection.
Ключевые слова: судно, корпус, элементы корпуса, дефекты, остаточные толщины, деформации.
Key words: ship, ship’s hull, elements of ship’s hull, defects, residual thickness, deformation.
П
ОНЯТИЕ дефектации корпуса судна следует рассматривать двояко: как процесс и как результат.
Под процессом дефектации можно понимать комплекс работ, направленных на обследование, обнаружение, измерение и фиксирование параметров дефектов корпуса.
Результатом дефектации являются параметры дефектов корпуса судна, представленные в акте или отчете, необходимые для определения технического состояния, актуального на дату составления отчета, выбора и обоснования методов и объемов ремонта, осуществления проверочных расчетов прочности по итогам ремонта.
При данном разделении термина «дефектация» становятся более ясными разногласия субъектов, участвующих в дефектации как на стадии обследования судна, так и на стадии анализа результатов, принятия управленческих решений и проведения ремонта.
Нормативным документом, регламентирующим дефектацию корпусов судов, поднадзорных Российскому речному регистру (далее — РРР), является «Инструкция по дефектации корпусов стальных судов внутреннего и смешанного (река-море) плавания» [4].
Выпуск 3
Выпуск 3
Как любой нормативный документ, в процессе использования Инструкция подвергается доработке и совершенствованию.
Вопросами переработки Инструкции по дефектации и разработке новых ее редакций, отвечающих современным требованиям, в течение ряда лет занимались в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций под руководством профессора В. Б. Чистова.
Задачами текущего этапа совершенствования Инструкции по дефектации являются: совершенствование методики проведения дефектации, разъяснение основных и принципиальных положений, связанных с дефектацией корпусов судов, повышение научной обоснованности определения количества замеров параметров дефектов корпуса с целью повышения точности оценки технического состояния, а также разработка рекомендаций по выбору оптимального метода ремонта.
Анализ отзывов, полученных от компетентных организаций, на научную работу, посвященную совершенствованию Инструкции по дефектации, показал, что многим рецензентам не удалось понять ряд основных и принципиальных положений, связанных с дефектацией корпусов судов. Так, большинство организаций, приславших отзыв, по роду своей деятельности имеют несколько односторонний взгляд на процесс дефектации, который они воспринимают только как источник информации для выполнения проверочных расчетов прочности и освидетельствования судна.
В процессы проведения дефектации и использования ее результатов вовлечены следующие участники (организации):
1) судовладелец;
2) организация, выполняющая работы по освидетельствованию (дефектации) корпуса;
3) Российский речной регистр;
4) судоремонтное предприятие;
5) организация, выполняющая проверочные расчеты прочности.
У каждого из перечисленных выше участников имеется свое мнение о том, в каком количестве и как должно осуществляться измерение параметров дефектов, как устанавливать объемы ремонтных работ и какова должна быть стоимость работ как дефектационных, так и ремонтных.
Ответственным за дефектацию корпуса своего судна является судовладелец, так как он решает, какие средства можно использовать для поддержания технического состояния корпуса на заданном уровне. Судовладелец может поручить проведение дефектации:
— своей дефектационной группе;
— привлечь стороннюю организацию, как самостоятельную, так и базирующуюся на судоремонтном заводе или в соответствующем филиале РРР.
В любом случае организация или группа, выполняющая дефектацию, должна обеспечить судовладельцу минимальные затраты на ремонт корпуса при гарантии обеспечения требуемого уровня технического состояния. Поэтому Инструкция по дефектации — это документ, предназначенный прежде всего для судовладельца, который составлен таким образом, чтобы при ограниченном количестве измерений можно было решить:
1) какой объем ремонтных работ требуется по результатам данного ограниченного количества измерений;
2) какие дополнительные измерения и (или) расчеты целесообразно выполнить, чтобы уменьшить объем ремонта и, следовательно, затраты на него.
Вместе с тем Инструкция по дефектации — это документ Регистра, так как акт дефектации является основным источником, на основании которого оформляется очередное освидетельствование корпуса, указываются объемы и методы ремонта для получения заданной оценки технического состояния.
Однако для Российского речного регистра важен только результат ремонта — обеспечение заданного уровня общей и местной прочности, являющееся основанием для выдачи документов на годность к плаванию. То, какие средства потрачены судовладельцем на ремонт и был ли метод ремонта оптимальным, не представляет интереса для Регистра.
Тем не менее мы считаем, что Инструкция по дефектации должна предоставлять судовладельцу возможность оптимизировать затраты на ремонт корпуса судна путем:
— выбора количества измерений;
— обоснования необходимости выполнения дополнительных расчетов прочности;
— определения объемов и способов ремонта.
Для работников Регистра это не увеличит объема работ по определению технического состояния корпуса, так как акт дефектации, содержащий достоверную информацию о техническом состоянии корпуса в целом, отдельных элементов корпуса и способах устранения дефектов, готовится судовладельцем.
В том случае если группа дефектации организована на базе филиала Регистра, то объем работ этой группы для получения достоверных результатов и предложения судовладельцу оптимального метода ремонта существенно сократится за счет высокой квалификации работников РРР.
Подход к дефектации, изложенный в Инструкции, требует соответствующей подготовки специалистов. Ответственным исполнителем работ по дефектации должен быть инженер-кораблестроитель, прошедший послевузовскую подготовку и регулярно повышающий квалификацию в этом направлении (в годы плановой экономики каждый специалист технического отдела завода, занимающийся этим вопросом, проходил повышение квалификации не реже одного раза в пять лет).
Нашей академией получена лицензия для подготовки таких специалистов. Понимая, с какой целью в Инструкции приведены элементарные зависимости из теории вероятностей и метрологии, мы не считаем этот документ «перегруженным высоким уровнем наукообразности».
Если же в организации, выполняющей дефектацию, нет дипломированных специалистов, знающих, как влияют дефекты на техническое состояние судна, как измерять дефекты, какие нормативы дефектов приведены в Правилах Регистра, как может ремонтироваться корпус судна, то такой организации нельзя выдавать Свидетельство о признании на проведение дефектации.
Даже оператор, занимающийся исключительно измерением дефектов, должен иметь удостоверение на право выполнения таких измерений. Только в этом случае можно будет получить достоверные сведения о техническом состоянии корпуса и способах его ремонта.
Если допускать к дефектации корпуса только подготовленных специалистов, у них не будет вопросов по оформлению актов дефектации, приемлемых для согласования и принятия к сведению Российским речным регистром.
Таким образом, для поддержания технического состояния корпуса судна на желаемом уровне судовладелец решает оптимизационную задачу, в которой на основании минимизации затрат выбирает сочетание работ по измерению, расчетам и ремонту.
При этом возможны следующие сочетания, каждое из которых в определенных условиях обеспечит судовладельцу минимальные затраты для поддержания технического состояния корпуса судна.
1. Не измерять дефекты, а заменить каждый элемент, на котором дефекты обнаружены визуально или элемент отработал заданный промежуток времени. В ремонтной практике такой подход получил название «принудительного» ремонта. Такой подход может оказаться оптимальным, если дефекты, зависящие от времени эксплуатации судна (например, износ обшивок и настилов), еще малы, так как мало время с момента постройки судна, а дефекты, имеющие случайный характер (повреждения), малы по величине и устранение их дешевле, чем расчет специальных нормативов.
Таким подходом можно пользоваться в первые годы эксплуатации судна. В остальных случаях такой подход неэффективен, но для его реализации не требуются высококвалифицированные специалисты.
2. Можно измерить абсолютно все элементы корпуса и дефекты, выполнить расчеты с использованием специальных компьютерных программ, на основании чего установить наиболее приемлемые способы ремонта, обеспечивающие восстановление общей и местной прочности корпуса до заданного уровня. Как ни странно, такой подход не всегда позволяет достичь оптималь-
Выпуск 3
Выпуск 3
ного результата. Расчеты прочности и выбор на основании их способов ремонта могут выполнять только специалисты очень высокой квалификации, признанные Речным регистром, да и специалисты для проверки этих расчетов имеются не в каждом филиале РРР. При подготовке материалов для расчетов судовладельцу достаточно иметь лишь оператора, выполняющего измерения и фиксирующего их результаты. Квалификация оператора здесь уже не столь важна.
Возможно и перераспределение функций, например судовладелец или специалист судоремонтного завода предлагает методы ремонта, а специалисту высокой квалификации предлагается возможность их обоснования, реализации и согласования с Речным регистром. Очевидно, что при таком подходе ремонт упрощается, но об оптимальном решении говорить не приходится. При освидетельствовании инспектор РРР имеет возможность на основании акта дефектации точно зафиксировать техническое состояние каждого элемента и указать объем и способ ремонта.
Но если заключение, полученное на базе измерения всех элементов и компьютерных расчетов, может быть получено и без полного измерения и расчетов, получается, что судовладелец зря платил за лишние измерения и расчеты. Например, расчеты подтвердили, что общая прочность обеспечена, а это было ясно без расчета, так как износ крайней связи не превосходит 10 %.
3. Учитывая отмеченное ранее, возможно промежуточное соотношение количества измерений, расчетов и ремонта. На основании ограниченного количества измерений можно выявить элементы корпуса, требующие ремонта, установить приемлемый метод ремонта и обосновать целесообразность выполнения дополнительных измерений и расчетов прочности. Причем целью дополнительных измерений и расчетов является уточнение объемов ремонтных работ (зачастую в сторону их уменьшения) и оптимизация методов ремонта.
Начальный объем измерений можно оставлять таким, каким он был традиционно назначен. Дополнительные измерения выполняются только для элементов, среди которых могут обнаружиться такие, толщина которых будет меньше допускаемой с тем, чтобы среди них найти те, которые требуют ремонта. Остальные элементы корпуса дополнительно можно не измерять.
На основании ограниченного числа измерений (первого этапа) после соответствующей обработки результатов измерений будет получено достаточно данных для выполнения пессимистической оценки прочности посредством прямого расчета общей прочности по сечениям. В том случае если в каком-то сечении, элементы которого не были измерены во время последней дефектации, прочность недостаточна, можно выполнить дополнительные измерения элементов корпуса в данном сечении (второй этап измерений). Это необходимо для того, чтобы на основе уточненных данных (полученных в результате дополнительных измерений) выполнить дополнительный расчет прочности, который может подтвердить достаточность прочности корпуса, что дает возможность оставить без ремонта данный участок корпуса.
Разумеется, в этом случае дефектацию должен проводить и оформлять специалист, умеющий не только измерять дефекты, но и обрабатывать результаты измерений, знающий Правила Регистра и умеющий выбрать допускаемые значения дефектов, знающий технологию ремонта корпуса, чтобы предложить судовладельцу наиболее приемлемый метод для восстановления технического состояния корпуса.
В процессе рассмотрения проекта новой Инструкции по дефектации, выполненного в СПГУВК, некоторые рецензенты высказали замечания, касающиеся обоснования количества измерений на одном элементе корпуса при определении его остаточной толщины. Для снятия данных замечаний считаем необходимым еще раз вернуться к данному вопросу.
Остаточная толщина элемента корпуса определяется как среднее арифметическое от целого ряда измерений. При этом для остаточной толщины должна быть оговорена и случайная погрешность измерений. Случайную погрешность характеризуют две величины — доверительный интервал и доверительная вероятность.
Доверительный интервал С (предельная случайная погрешность, характеризующая доверительный интервал) обычно выражают через относительную величину ^ в долях от среднего квадратического отклонения, то есть:
_ с
а
(1)
При небольшом числе измерений (п) вычисленная оценка среднего квадратического отклонения о существенно отличается от его действительного значения. Доверительный интервал С и доверительная вероятность также зависят от числа измерений п.
Используя данные табл. 6 [5], показывающие зависимость значения относительной величины доверительного интервала 1 от числа измерений и доверительной вероятности, можно построить номограмму для определения максимального разброса в показаниях измеряемых величин при заданной доверительной вероятности и заданном доверительном интервале С (см. рис. 1).
Приняв максимальную случайную погрешность измерения остаточной толщины элемента корпуса (например, листа) равной С* = 0,2 мм, а доверительную вероятность — РД ^) = 0,9 м, получим разброс в показаниях измеренных остаточных толщин около 0,5 мм.
На номограмме можно увидеть, что увеличение числа измерений свыше 7 при заданном доверительном интервале практически не влияет на допускаемый разброс показаний. Поэтому при большом разбросе результатов измерений следует уточнять результаты дефектации данного элемента корпуса за счет проведения дополнительных измерений остаточных толщин в зоне, расположенной вблизи точки того измерения, остаточная толщина которого является минимальной из всех измеренных значений. Если же после уточнения (выполнения второго этапа измерений) разброс по-прежнему остается больше 0,5 мм, следует знать, что максимальная погрешность измерений будет больше, чем 0,2 мм.
^тпах ^ггмп 6а Рис. 1
В корпусе судна имеются элементы конструкций (иногда разного наименования), находящиеся в одинаковых условиях изнашивания (скорости изнашивания данных элементов примерно одинаковы). При дефектации, как правило, измеряются не все элементы. Для неизмеренных элементов можно получить минимальное значение толщины каждого листа расчетным путем, на
Выпуск 3
Выпуск 3
основе анализа износов (или остаточных толщин) измеренных элементов, имеющих одинаковые условия изнашивания, то есть предварительно рассчитав математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение износа.
На неизмеренных листах, таким образом, можно указывать на растяжке наружной обшивки или иных соответствующих чертежах не измеренную, а рассчитанную минимальную толщину. Это позволит получать данные для пессимистической оценки технического состояния, определения объемов и обоснования методов ремонта в полном объеме.
Дополнительные измерения могут потребоваться лишь в том случае, если минимальная рассчитанная толщина каких-то элементов в группе окажется меньше допускаемой, а судовладелец не хочет ремонтировать все листы, толщина которых по расчетам оказалась меньше допускаемой. В этом случае дополнительные измерения листов группы, требующих ремонта по пессимистической оценке, позволяют выявить те листы, толщина которых действительно меньше допускаемой, и ремонтировать только их. Это позволит существенно сократить ремонтные затраты. Листы, не измеренные при первом этапе дефектации, но имеющие большие построечные толщины, можно не измерять.
Например, если по результатам расчетов листов днища в нескольких сечениях обнаружено, что из всех листов днища толщиной 7, 8 и 9 мм рассчитанная минимальная толщина оказалась меньше допускаемой только у листов, имеющих с постройки толщину 7 мм, то дополнительные измерения по всему днищу следует выполнять только на листах с построечной толщиной 7 мм. Это дает информацию судовладельцу о том, какие именно листы требуют ремонта, и позволяет не ремонтировать абсолютно все листы днища толщиной 7 мм. Листы днища другой (большей) построечной толщины дополнительных измерений не требуют.
Отдельно следует остановиться на принципах проверки общей прочности корпуса судна. Общая прочность проверяется специальным расчетным путем подстановки в эквивалентный брус минимальных значений средних остаточных толщин измеренных элементов корпуса (по результатам дефектации), а также минимальных расчетных остаточных толщин для неизмеренных элементов.
Сравнение средних остаточных толщин крайних связей с допускаемыми значениями из ПОСЭ [1] или специальными нормативами, полученными по специальной методике для конкретного судна, является только проверкой необходимости выполнения данного проверочного расчета прочности. Поэтому нормативы для допускаемой средней остаточной толщины крайней связи являются (или должны быть) в большей или меньшей степени приближенными. Для проверки необходимости выполнения расчета общей прочности важно знать, в какой степени износились все продольные связи корпуса. Но для каждой связи корпуса в отдельности нельзя ограничивать износ или среднюю остаточную толщину только соображениями общей прочности.
Например, у судна настил второго дна имеет остаточную толщину в сечении 70“ч = 0,71 • и обшивка днища =0,81-^еч. В этом случае любой инженер-кораблестроитель усомнится в
обеспеченности общей прочности корпуса такого судна и будет требовать выполнения проверочного расчета, в то время как ПОСЭ [1] этого не требует. Даже если средняя остаточная толщина настила второго дна в сечении оказалась меньше допускаемой, но прочность каждого отдельного листа обеспечена, то грамотный специалист по дефектации предложит при ремонте вкладывать металл в днище, а не ремонтировать настил второго дна. Таким образом, видно, что нормативы средних остаточных толщин связей корпуса, кроме крайних, не только не нужны, но и вредны, так как ориентируют недостаточно грамотного дефектовщика на выполнение работы там, где в ней нет необходимости. В новой редакции Инструкции по дефектации, разработанной специалистами СПГУВК, предложен подход, устраняющий отмеченный недостаток ПОСЭ [1].
В заключение хочется сказать, что новая редакция Инструкции по дефектации будет весьма актуальным документом, поскольку:
1) учитывает существующее состояние российских речных судов (значительный возраст, существенный износ, интенсивность эксплуатации);
2) ориентирована на судовладельца и дает возможность оптимизации затрат как на очередное освидетельствование (дефектацию), так и на ремонт;
3) гарантирует обеспечение общей прочности корпуса судна и местной прочности его элементов посредством применения научно обоснованных методик дефектации и обработки результатов измерений.
1. Российский речной регистр. Правила освидетельствования судов в эксплуатации (ПОСЭ). — М., 2008. — Т. 1.
2. Российский речной регистр. Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания. — М., 2008. — Т. 2, ч. I.
3. Российский речной регистр. Правила классификации и постройки судов смешанного (река-море) плавания (ПССП). — М., 2008. — Т. 4.
4. Инструкция по дефектации корпусов стальных судов внутреннего и смешанного (рекаморе) плавания. — СПб., 2006.
5. Артемьев Б. Г. Справочное пособие для работников метрологических служб / Б. Г. Артемьев, С. М. Голубев. — М.: Изд-во стандартов, 1990.
6. Чистов В. Б. Перспективы автоматизации процесса дефектации судов: сб. науч. тр. СПГУВК / В. Б. Чистов, А. Б. Гурьянова. — СПб.: СПГУВК, 1999.
Список литертуры
Выпуск 3
