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

В действующих Правилах Регистра СССР имеются специальные указания об окончании срезанных «на ус» концов скуловых килей на поперечном бортовом наборе. Данное требование вызвано не-

/

Рис. 82. Трещина в месте приварки разрезных планок скулового киля и возникшая затем хрупкая трещина:

/— усталостная трещина; 2 — хрупкая трещина; 3 — скуло­ вой киль; 4 — скуловой пояс; 5 — пояс днищевой обшивки

обходимостью избежать появления «жесткой точки», т. е. резкой концентрации напряжений по концам балки, заканчивающейся на неподкрепленном листе.

А-А

Рассмотрим в качестве примера случай появления трещин в скуловом поя­ се обшивки китобойных судов. На рис. 83 показана трещина, возникшая у кон­ ца скулового киля на китобойном судне «Бесстрашный» в 1971 г. спустя L1 лет после постройки.

На других судах данного типа аналогичные трещины появлялись спустя 12—13 лет после постройки. Вероятно, столь длительный процесс образования усталостной трещины можно объяснить тем, что скуловой киль приварен к об­ шивке через накладную полосу. В том случае, когда скуловой киль приварен непосредственно к обшивке, уровень концентрации напряжений несравненно выше и усталостная трещина появляется значительно раньше.

Во время ремонта на китобойном судне «Бесстрашный» заменили участок наружной обшивки у конца скулового киля (300X300X 10) и установили до­ полнительный промежуточный шпангоут между 40—41 шпангоутами.

Более рациональным вариантом ремонта данного узла было бы продление скулового киля в нос до 40-го шпангоута и установка утолщенного участка

170

накладной полосы (примерно в 1,5 раза больше трещины основной приварнойполосы) на длине около одной шпации у конца срезанного «на ус» скулового киля (как, например, показано на рис. 84).

Следует отметить, что для судов малого и среднего тоннажа опасность возникновения усталостных трещин в -скуловом поясе несколько выше, чем для крупнотоннажных. Имеются в виду уста­ лостные трещины, возникновение которых связано с дефектами конструкции скулового киля. Такое положение можно объяснить

прежде всего толщиной скулового пояса. При больших толщинах

Опыт эксплуатации свидетельствует об отсутствии, за редким исключением, каких-либо случаев возникновения трещин в скуло­ вых поясьях крупнотоннажных судов в местах обрыва скуловых килей, даже при их приварке непосредственно к обшивке кор­ пуса.

Например, на сухогрузных турбоходах типа «Ленинский комсо­ мол» обрывы скуловых килей, особенно в носовой части, носят хронический характер. Вместе с тем еще не было случая, чтобы в скуловом поясе (толщина листов 14 мм, сталь марки 10ХСНД) была обнаружена трещина.

171

Аналогичная картина наблюдается и на других сухогрузных судах, например на судах типа «Бежица» (рис. 85). При этом нужно принять во внимание относительно небольшой срок плава­ ния судов с подобными дефектами скуловых килей, который, как правило, не превышает двух лет (междудоковый период).

3

Кроме того, скуловые поясья указанных выше судов .не имели следов коррозионного разрушения. Последнее обстоятельство

являются стыковые соединения килей. Известны случаи, когда не­ качественная сварка стыков килей приводила к образованию трещин. Например, на сухогрузном теплоходе «Лабинск» (1960 г.) длиной 147 м во время докования в 1968 г. были обнаружены трещины по стыкам скулового киля (длина трещин 300 мм, ши­ рина раскрытия 5 мм).

172

Как показано ранее, аналогичные трещины в скуловых килях могут быть причиной возникновения трещин большой протяжен­ ности в скуловом поясе и в прилегающих к нему поясьях. .Воз­ можно, именно это обстоятельство послужило основанием для тре­ бований Германского Ллойда об устройстве расширительного сое­ динения в скуловом киле судов длиной более 100 м [48]. В таких

А - А

600

Рис. 87. Разнос стыков при­ варной полосы и скулового киля на рефрижераторном теплоходе «Чапаев»

швы следует располагать в районе прорези (рис. 87), стыки ску­ ловых килей и накладной полосы должны быть разнесены и, кро­ ме того, не совпадать со стыками листов наружной обшивки.

Ремонт скуловых килей, выполненный неправильно в конст­ руктивном отношении, может привести к аварийным поврежде­ ниям корпуса. Покажем это на примере ремонта некоторых судов.

Суда, имеющие корпуса клепаной конструкции, обычно во вре­ мя докования получают лишь поддерживающий ремонт, причем по корпусным конструкциями большинство работ выполняют с при­ менением сварки вместо клепки.

Не являются исключением и конструкции скуловых килей. При этом нередки ошибки конструктивного характера, связанные с пе­ реходом от клепки к сварке. В частности, при восстановлении скуловых килей с помощью сварки, особенно в средней части су­ дов большой длины, резко увеличивается жесткость килей и по­ является при изгибе корпуса «жесткая точка».

Ремонт скуловых килей на турбоэлектроходе «Балтика» в 1952 г. привел к возникновению трещины в скуловом поясе. Начавшись от стыка скулового киля, трещина распространилась на лист обшивки.

Спустя почти 20 лет аналогичный случай произошел на морском землесосе, имеющем клепаную конструкцию корпуса. Длина судна 123 м, грунтовой трюм расположен .в средней части, машинное отделение смещено в корму. Во время работы землесоса по углублению подходного канала Ильичевского порта в фев­

173

рале 1970 г. была обнаружена трещина в листе настила второго дна и водотечность междудонного танка котельной воды (район миделя).

Водолазным осмотром были уточнены повреждения корпуса: трещина дли­ ной около 2 м проходила по всей ширине скулового пояса (рис. 88). Начина­ лась трещина на скуловом киле, приваренном непосредственно к обшивке во

§33. ПОВРЕЖДЕНИЯ ДНИЩЕВОГО НАБОРА НЕФТЕНАЛИВНЫХ СУДОВ

Повреждения днищевого набора в виде трещин наиболее ха­ рактерны для нефтеналивных судов. В основном это усталостные и коррозионные трещины, причем иногда их бывает довольно много.

Например, по данным А. Хааланда [40], на танкере дедвейтом 60 000 т, построенном в 1964 г., после двух лет эксплуатации бы­ ло обнаружено в районе грузовых танков около 1000 трещин, главным образом во флорах и рамных шпангоутах. Большинство трещин начиналось от углов вырезов для прохода продольных днищевых балок через флоры или у верхнего конца срезанного «на ус» ребра жесткости флора (рис. 89).

174

Анализ повреждений, проведенный Норвежским Веритасом, по­ казал, что все трещины, начинающиеся от углов вырезов для прохода балок, возникают в тех местах, где продольная балка не перевязана со стенкой рамной связи (флором) ребром жесткости. Неслучайно это положение нашло свое отражение в Правилах постройки и учитывается при строительстве танкеров.

С целью разнесения реакции балок и предотвращения образо­

лись и там, где напряжения были велики, и там, где низки. По­ пытки выявить закономерность в распределении трещин по шири­ не судна, т. е. по продольным балкам днища в центральных тан­ ках, также не дали результатов. Разве что были определены пики, т. е. наибольшее число трещин, которые оказались на продольной днищевой балке № 2, считая от вертикального киля, с правого и левого бортов.

Произведенные во время балластного перехода измерения виб­ рации на данном танкере показали ее отсутствие в порожних танках. Однако при замерах в танках, заполненных балластом, вибрация оказалась значительной. Наибольшие амплитуды на флорах одного из центральных танков достигали 3 мм, что значи­ тельно превышает допустимые нормы. Пластины колебались с ча­ стотой, редко превышающей 500 колебаний в минуту, что соот­ ветствовало моментам сил инерции пятого порядка главного дви­ гателя. Записи колебаний в отдельных точках показали, что стенка флора вибрирует между кницами. Кроме того, отмечены сильные колебания свободного пояска флора. Аналогичная кар­ тина колебаний была обнаружена и в районе бортовых танков на флорах и рамных шпангоутах.

Устранение повреждений днищевого набора было выполнено путем дополнительного подкрепления стенок флоров и рамных шпангоутов кницами и ребрами жесткости из полосовой стали.

Как показали повторные измерения вибрации, выполненные с участием Норвежского Веритаса, в результате подкреплений

175

амплитуда колебаний флоров была уменьшена по сравнению с предыдущими замерами.

По мнению А. Хааланда [40], источником сильной вибрации на танкере явились большие поперечные колебания главного дви­ гателя— двухтактного десятицилиндрового дизеля, у которого максимальный момент сил инерции пятого порядка от сил в на­ правлении крейцкопфа составляет примерно 150 тм, а частота равна приблизительно 9 гц. На однотипных судах, имевших вме­ сто дизелей паровые турбины, аналогичных повреждений не было обнаружено.

Рассмотрим некоторые характерные повреждения днищевого набора в районе грузовых танков танкеров типа «Луганск», пост­ роенных в начале 60-х годов на судостроительной верфи компа­

Корпус судна набран по продольной системе набора. Две плос­ кие продольные переборки, идущие непрерывно в районе грузо­ вых танков, разделяют танки на центральные и бортовые, левого и правого бортов.

ие

ных непосредственно у кормовых переборок центральных танков (рис. 91). Трещины появлялись примерно спустя 4—5 лет после постройки. Начинаясь на сварном шве нахлесточного соединения, они в дальнейшем переходили на стенку киля.

Причина данного дефекта — большие касательные напряже­ ния. а также недостаточная площадь поперечного сечения свар­ ного шва.

Рис. 91. Трещины в узле крепления флоров к вертикальному килю (см. ри-с. 90):

1 — ребро жесткости ('11,5X200); 2 — вертикальный киль: 3 — трещина; 4 — флор

К этому следует добавить вибрационную нагрузку (обычно такие повреждения характерны для кормовых танков) и концент­ рацию напряжений в соединении ребра жесткости с флором.

Правила Регистра СССР предусматривают крепление флоров к усиленному вертикальному килю кницами, доведенными до по­ яска киля и приваренными к нему. Исходя из этого требования и должен назначаться метод ремонта узла. Однако в данном слу­ чае кницу флора можно не доводить до пояска. При ремонте судна на заводе-строителе в 1968 г. ремонт был выполнен путем установки кницы в нахлестку (см. рисунок).

Узел крепления флоров к продольным переборкам. Вертикаль­ ные ребра жесткости флоров, а именно три ребра, ближайшие к продольным переборкам, т. ё. расположенные в районе книц фло­ ра, имеют отрывы от продольных днищевых балок, проходящих через флоры. Трещины идут как непосредственно по сварному шву, так и по околошовиой зоне (рис. 92).

Причиной возникновения трещин является недостаточная пло­ щадь сечения сварного шва в соединении ребра с продольной дни­ щевой балкой, тем более в условиях вибрационных нагрузок.

177

Метод ремонта в данном случае достаточно прост: произво­

на опоре, т. е. у продольных переборок, должно быть осуществле­ но усиленным ребром жесткости либо путем крепления обычного

178

предотвращения повреждений кницы рамного флора в месте его

иногда даже отрывы флоров от переборки. Трещины располага­ ются как по сварному шву, так и в зоне термического влияния. Длина трещин достигает 1300—1500 мм (см. рис. 93). Часто тре­ щины имеют ветвистый характер, что подчеркивает их усталост­ ное происхождение. В отдельных случаях имеет место смещение кромок флора в районе трещины до 20—25 мм.

Причиной появления таких трещин можно считать недоста­ точную жесткость полотнища кницы, особенно в условиях вибра­ ции. Полотнище кницы (размером 11,5X2300X2300 мм), кроме пояска, подкреплено лишь одним наклонным ребром жесткости из полосы 11,5X125 мм. Вообще размеры кницы чрезмерно за­ вышены. Например, при почти такой же толщине, но вдвое мень­ шей длине кницы на однотипных танкерах, построенных на верфи компании «Исикавадзима-Харима», не имеют повреждений.

По Правилам. Регистра СССР [32] длина книц флоров цент­

ского Ллойда. Таким образом, можно предположить, что при дли­ не кницы флора, равной 1500 мм (а не 2300 мм), жесткость по­ лотнища кницы была бы достаточной.

В районе окончания пояска кницы возникают трещины, иду­ щие по листу кницы вниз на длине около 300 мм (рис. 94). Воз­ никновение трещин в этом районе можно объяснить высокой кон­ центрацией напряжений в точке обрыва пояска и недостаточной прочностью крепления конца кницы к продольной переборке. По­ следнее обстоятельство представляется решающим.

Особенностью конструктивного оформления данного узла на отдельных танкерах серии является приварка пояска втавр с од­ ной стороны кницы вдоль свободной кромки, что наряду с кон­ центрацией напряжений приводит к несимметричному восприятию нагрузки. Именно такая конструкция подвергалась разрушению в первую очередь. Однако справедливости ради нужно признать, что и при симметричной приварке пояска также наблюдаются трещины. Кстати, Правилами Регистра СССР предусмотрен для рамных флоров приварной поясок по свободной кромке кницы симметричной конструкции.

Конструктивный узел окончания приварного пояска на кон­ цах книц рамных связей в грузовых танках является весьма серь­ езным и ответственным. Так, например, Правила Норвежского Веритаса [38] для исключения концентрации напряжений (в осо­ бенности при использовании стали повышенной прочности) преду­ сматривают выполнение свободной кромки кницы хорошо скруг­ ленной по радиусу, наличие притупления высотой 15 мм и отстоя­ ние конца пояска от притупления кницы примерно на 150 мм.

179