книги из ГПНТБ / Юнитер А.Д. Повреждения и ремонт корпусов морских судов

Основными нормами допускаемых деформаций корпусных кон­ струкций, получивших повреждения в период эксплуатации ‘, яв­ ляются нормы Регистра СССР [33], также базирующиеся на ста­ тистическом материале. Согласно этим нормам считаются допус­ каемыми, т. е. не требующими немедленного устранения, следую­

дельных вмятин, бухтин и гофр плавного характера со стрелкой прогиба не более 25 мм.

Нормы Регистра СССР также носят общий характер, о чем сказано в самом нормативе. Для возможности учета многих фак­ торов, влияющих на оценку прочности поврежденной конструк­ ции, следует идти по пути создания нормативов для определенных типов или даже серий судов.

Именно по такому пути создания норм, учитывающих как эмпирические данные, так и расчетные методы, пошли в Калинин­ градском техническом институте рыбной промышленности и хо­ зяйства (КТИРПХ) при разработке нормативных материалов.

Инструкция регламентирует методику и нормативы для де­ фектации бортовых конструкций промысловых судов и основана на расчетном методе дефектации. Исходным пунктом при состав­ лении нормативов послужило ограничение деформаций путем установления допускаемых относительных удлинений.

Сравнивая процесс холодной гибки корпусных конструкций с образованием пластических деформаций бортового перекрытия, автор Инструкции докт. техн. наук Л. М. Беленький [3] делает вывод об их допустимости в пределах, не снижающих эксплуа­ тационную надежность конструкции. К задаче дефектации автор подошел как к прочностному расчету: расчетом устанавливается зависимость между относительными удлинениями, размерами и формой повреждения, определяются максимальные удлинения и сравниваются с допускаемыми (по аналогии с общепринятыми методами проверки прочности по допускаемым напряжениям). Если возникшие удлинения больше допускаемых, поврежденная конструкция требует ремонта.

Расчеты выполнялись методами теории пластичности и, по­ скольку возникающие в конструкции прогибы относительно вели­ ки, учитывались цепные усилия, роль которых оказалась исклю­ чительно большой. Теоретические решения были проверены экспе­ риментами, которые подтвердили их приемлемость.1

1 Допускаемые деформации вновь изготовленных корпусных конструкций регламентируются отраслевым стандартом, действующим в судостроении.

120

Гофрировка. Такие повреждения бортовой обшивки, как гоф­ рировка, часто встречаются на судах, плавающих в ледовых усло­ виях, при швартовках в открытом море. Наиболее подвержены гофрировке листы бортовой обшивки в районе переменной ватер­

линии.

Придавая корпусу ребристый вид, гофрировка характеризует­ ся максимальной стрелкой прогиба пластины между набором, протяженностью (по длине судна), длиной гофр и расположе­ нием.

Основным параметром, принятым во всех действующих нор­ мативных документах по дефектации повреждений корпуса в ви­

маций обычно охватывает всю шпацию, а набор выполняет функ­ цию опорного контура для пластины обшивки.

Методикой ЦНИИМФа [31] предусмотрено устранение гоф­ рировки обшивки в районе переменных ватерлиний, если стрелка прогиба гофр превышает 30 мм.

Нормы Регистра СССР [33] более жесткие, они допускают не устранять отдельные гофры при стрелке прогиба до 25 мм. Кроме того, могут быть оставлены до ближайшего планового ремонта гофры со стрелкой прогиба не более Ѵ2о шпации или расстояния между продольными ребрами бортовой обшивки.

Учитывая специфику работы промыслового флота, связанную с постоянными швартовками в условиях открытого моря. Инст­ рукция КТИРПХ предусматривает более дифференцированные нормы допускаемых деформаций, чем рассмотренные ранее. В ча­ стности, обязательному ремонту подлежат гофры,' у которых стрелка прогиба превышает ’/и шпации.

Кроме того, предъявляются и дополнительные требования, что связано со спецификой работы промыслового флота. В процессе многократных швартовок и стоянок в море происходит постоян­ ное нагружение бортового перекрытия в местах установки кран­

Инструкции приводятся требования об определении допустимого срока эксплуатации корпуса для случаев оставления до очеред­ ного ремонта гофр, у которых стрелка прогиба меньше 7н шпа­ ции. При этом гофры со стрелкой прогиба до 15 мм дефектации не подлежат.

Если время эксплуатации не превышает межремонтного пе­ риода, то гофры можно не исправлять до следующего ремонта.

Время эксплуатации можно вычислить по формуле

0.00518S2—/ |

Трещины и разрывы в местах остаточных деформаций обшив­ ки. Наиболее опасны разрушения набора в виде разрывов и тре­ щин по сварным швам, околошовной зоне или целому металлу.

При осмотре бортовой обшивки с наружной стороны корпуса нельзя с уверенностью определить, имеет ли набор повреждения в районе вмятин. Поэтому следует обязательно осмотреть элемен­ ты корпуса изнутри отсека, чтобы определить состояние набора. Но на практике часты случаи, когда отсек недоступен для осмот­ ра изнутри, а решение о возможности дальнейшей эксплуатации или выводе судна в ремонт должно быть принято немедленно.

К сожалению, в настоящее время не существует точных и объ­

ективных показателей, позіволяющих проводить дефектацию по­ врежденного бортового перекрытия с наружной стороны корпуса, т. е. без осмотра набора изнутри, например, как это принято при

ультразвуковой толщинометрии.

Большое значение имеет характер деформации обшивки, вели­ чина стрелки прогиба, размеры вмятины и свойства стали, из ко­ торой изготовлены обшивка и набор.

В том случае, когда вмятина имеет плавный характер, макси­ мальная стрелка прогиба не превышает двух (реже трех) тол­ щин обшивки в данном районе, материал корпуса — малоуглеро­

Имеет значение и конструкция бортового перекрытия. В более благоприятном положении оказываются перекрытия, имеющие в качестве набора балки одного направления. В том случае, когда в районе вмятины оказывается пересечение балок набора, вероят­ ность разрывов увеличивается. Если же поблизости от центра вмятины находится какая-либо рамная связь (рамный шпангоут, бортовой стрингер) или палуба, то характер деформации может измениться. Часто в таких случаях обшивка имеет излом, т. е. уже не будет плавного характера деформации.

122

обшивки. Казалось бы, при плавном характере вмятины и стрел­ ке прогиба порядка трех толщин (толщина обшивки 18,5 мм, ма­ териал — малоуглеродистая сталь категории D Регистра Ллойда) можно не ожидать повреждений набора. Однако поскольку центр вмятины пришелся точно на узел пересечения продольной бор­ товой балки № 9 с рамным шпангоутом № 67, имело место раз­

рушение стенки рамного шпангоута в виде трещины длиной 500 мм, выпучины участка стенки и потери устойчивости ребра жесткости (рис. 58).

Во время докования танкера участок стенки рамного шпан­

перенесена на время классификационного ремонта.

Значительно упрощается положение в случае местной вмятины или бухтины, расположенной между балками набора. Как пра­ вило, даже при относительно больших стрелках прогиба обшивки не наблюдается каких-либо повреждений набора. Например, на том же судне в районе местной вмятины не было обнаружено деформаций и разрывов бортового набора.

Известны случаи, когда на однотипных судах при близких по размерам и характеру деформациях обшивки в одних случаях набор сильно разрушается, в других — разрушения незначительны (при остаточных деформациях бортового перекрытия на судах типа «Ленинский комсомол» и других серий).

Например, повреждения набора на турбоходе «Физик Курча­ тов» при навале на причал характеризовались только деформа­ цией промежуточного шпангоута и трещиной по угловому свар­ ному шву приварки его к обшивке (рис. 59). При размерах вмя­ тины 1300X1600 мм и стрелке прогиба 95 мм такие повреждения можно считать относительно благоприятными, тем более для кор­ пусов из стали повышенной прочности. Возможной причиной это­

го является удачное располо­ жение центра вмятины (между основными шпангоутами) и статическое приложение на' грузки при положительной температуре наружного воздуха.

IОбычно для судов этой серии характерны значительно боль­ шие повреждения набора при аналогичных величинах стрел­ ки прогиба бортовой обшивки

бортового перекрытия. Анализ повреждений бортовой обшивки в районе переменных ватерлиний показал, что наиболее приемлемой является обычная корпусная малоуглеродистая сталь, обладаю­ щая наибольшей пластичностью. Не зря такую сталь называют «мягкой».

Нередки случаи, когда в результате навалов, ударов о причал либо о другое судно при швартовных операциях бортовая об­ шивка сухогрузных крупнотоннажных судов получала на ограни­ ченной площади глубокие вмятины со стрелкой прогиба до 150 — 200 мм. Даже при таких прогибах листы обшивки, выполненные из малоуглеродистой стали, часто не имели разрывов или трещин. Ниже приведены примеры повреждений корпусов современных

124

данного случая являются малые пластические деформации и хруп­ кое разрушение листа обшивки из стали 15ХСНД (СХЛ-1) ^

РИС' Q6^ пРа1РуШеНИЯ б°РТ0В0Й обшивки танкера в районе носовой оконечности:

Р ина от удара о плавающую льдину; 6 — разрыв обшивки по левому борту

125

Опыт эксплуатации подтверждает положение о том, что кор­ пусная сталь наряду с хорошей свариваемостью должна обла­ дать малой склонностью к хрупкости.

Как известно, сталь марки 10ХСНД в виде листов толщиной 16 мм и более поставляется в термически обработанном состоя­ нии (закалка плюс отпуск). Именно термическая обработка дает этой стали необходимые механические свойства, улучшает сва­ риваемость, устраняет опасность хрупкого разрушения. Правда, наряду с положительными свойствами это приводит к понижен­ ной ремонтопригодности, так как ремонт корпуса затрудняется в связи с ограничением применения правки с нагревом.

На серийных сухогрузных судах типа «Ленинский комсомол» наружная обшивка выполнена из листовой горячекатаной стали марки 10ХСНД (СХЛ-4) толщиной 14 мм. Вероятно, этим можно объяснить пониженную пластичность листов таких толщин.

Значительно лучшими свойствами, с точки зрения способности деформироваться без разрушения, обладает низколегированная сталь марки 09Г2. Анализ повреждений корпусных конструкций, изготовленных из этой стали, показал ее положительные качест­ ва, особенно при плавании во льдах.

Влияние конструкции узла на характер деформации. Рассмот­ рим некоторые повреждения бортового набора в междупалубных помещениях. В частности, попытаемся критически подойти к тре­ бованию обязательного крепления кницами нижних концов раз­ резанных на палубе твиндечных шпангоутов. Из чисто эксплуа-

Рис. 61. Сквозная коррозия нижнего участка твиндечного шпангоута (а) и выполненный ремонт узла соединения шпангоута с нижней палубой (б):

1— кница; 2 — накладной лист (дублер)

тационных соображений наличие книц на палубе твиндека крайне нежелательно, так как кницы мешают грузовым операциям и уменьшают полезный объем грузового помещения.

126

На большинстве судов типа «Либерти» обычным, типовым де­ фектом считалась сквозная коррозия нижнего конца шпангоута в твиндеке (рис. 61). Фактически шпангоуты не имели связи с палубой почти по всей длине трюма (во время постройки нижние концы шпангоутов были приварены к нижней палубе). Несмотря на такое крепление шпангоута (зазор между палубой и стенкой набора составлял 15—20 мм), бортовое перекрытие не имело ка­ ких-либо видимых повреждений, исключая ледовые деформации.

На рис. 62 показано повреждение борта в районе твиндека на одном из судов типа «Либерти» во время плавания в Арктике.

Рис. 62. Ледовые повреждения борта в районе твиндека

Рассмотренные случаи повреждений бортового набора явля­ ются по существу крайностями. Если же .исходить из оптималь­ ного варианта, можно сделать вывод о том, что необходимость кничного закрепления нижнего конца шпангоута должна устанав­ ливаться с учетом района плавания, типа судна и других факто­ ров. Приведенный выше пример достаточной прочности набора даже при чрезмерном коррозионном износе отнюдь не свидетель­ ствует о том, что не следует подвергать изношенные конструкции ремонту. Речь идет исключительно о наличии больших запасов прочности в отдельных конструкциях и узлах, а также о недоста­ точности наших знаний об истинном распределении усилий в эле­

ментах этих конструкций.

В стандартном соединении верхнего конца шпангоута с бим­ сом (т. е. в случае, когда шпангоут доведен с минимальным за-

127

SS

Рис. 63. Повреждения палубы ба­ ка и элементов подпалубного на­ бора на рыбоморозильном трау­ лере типа «Атлантик»

зором до палубы, а бимс — до внутренней кромки шпангоута) есть слабое звено, которое особенно сказывается при чрезмерных ударных нагрузках при швартовке. Например, при малых тол­ щинах палубного стрингера, характерных для палубы бака или надстройки вообще, наблюдается деформация последнего (рис. 63).

Отрицательное влияние такого соединения сказывается на прочности бортового перекрытия пассажирских судов в районе так называемого «причального» пояса бортовой обшивки. Необ­ ходимость частых швартовок, в том числе в тяжелых погодных условиях, связанная с работой по расписанию пассажирских су­ дов, настоятельно требует усиления бортов в районе, отстоящем от ватерлинии примерно на 2—2,5 м. Типичные повреждения на­ бора в междупалубном помещении (район пассажирских кают) показаны на рис. 64.

Даже при относительно небольшой стрелке прогиба обшивки наблюдаются деформации и потеря устойчивости бимсовой кни­ цы, верхней части шпангоута и прилегающей к нему части бимса. Можно с уверенностью утверждать, что необходимо изменение узла соединения шпангоута с бимсом с целью создания более мо­ нолитной конструкции. Кроме того, желательна установка в райо­ не причального пояса промежуточных бортовых шпангоутов для увеличения прочности всего перекрытия.

бортового стрингера была произведена при снятой обшивке. Де­ формированный лист обшивки из стали 09Г2 толщиной 13 мм вы­ правлен холодным способом на вальцах после съемки с места; произведено усиление набора и книц (рис. 65).

§ 24. ПОВРЕЖДЕНИЯ БОРТОВ ПРИ ПЛАВАНИИ ВО ЛЬДАХ

Обеспечение достаточной прочности корпуса судна при плава­ нии во льдах является серьезной проблемой, которая требует свое­ го решения. Большой опыт, базирующийся на статистическом материале, накоплен и отражен в Правилах Регистра СССР и 'других классификационных обществ. Следует отметить, что в дей­ ствующих Правилах Регистра СССР более дифференцирован под­ ход к установлению объема, характера и протяженности ледовых усилений корпуса морского судна в зависимости от района плава­

ния, вида плавания, толщины ледяного поля и других условий. Согласно Правилам Регистра СССР имеются следующие кате­

гории усилений корпуса для плавания во льдах: УЛА, УЛ, Л 1, Л2, ЛЗ, Л4.

В международной практике принято считать в качестве миро­ вого стандарта ледовые классы Финского управления морепла­ вания. Сравнительная таблица ледовых классов Регистра СССР и некоторых зарубежных классификационных обществ по отноше­ нию к финским ледовым классам приведена в табл. 2.

129