Обеспечение безопасности и эксплуатационной надежности водно-транспортных гидротехнических сооружений путем предупреждения деградационных отказов элементов их механического оборудования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.19, кандидат наук Ксенофонтов Николай Михайлович

  • Ксенофонтов Николай Михайлович
  • кандидат науккандидат наук
  • 2019, ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова»
  • Специальность ВАК РФ05.22.19
  • Количество страниц 183
Ксенофонтов Николай Михайлович. Обеспечение безопасности и эксплуатационной надежности водно-транспортных гидротехнических сооружений путем предупреждения деградационных отказов элементов их механического оборудования: дис. кандидат наук: 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта, судовождение. ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». 2019. 183 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Ксенофонтов Николай Михайлович

Введение

1. Анализ отказов и повреждений элементов механического оборудования

судоходных гидротехнических сооружений и методов их предупреждения

1.1 Анализ вероятных причин реализовавшихся и потенциальных отказов и повреждений

1.2 Методы предупреждения реализации отказов по системе технического обслуживания и ремонта

1.3 Анализ моделей систем предупреждения отказов элементов, обусловленных их усталостным разрушением

1.4 Выводы по разделу

2 Исследование причин образования и развития усталостных повреждений элементов механического оборудования судоходных гидротехнических сооружений

2.1 Потенциально возможные причины образования и развития усталостных повреждений

2.2 Исследование основных параметров усталостных трещин, их отличия от принятых моделей подобных дефектов

2.3 Исследование зависимости вероятности выявления усталостных повреждений

от объема диагностической информации

2.4 Исследование влияния конструктивных, технологических и эксплуатационных концентраторов напряжений на выявление усталостных трещин

2.5 Исследование существующих критериев нераспространения усталостных трещин

2.6 Выводы по разделу

3 Исследование зависимости полей напряжений в элементах механического оборудования от их формы, наличия и размеров технологических и эксплуатационных дефектов на примере зубчатых колес привода подъемно-опускных ворот

3.1 Расчетное исследование номинальных напряжений при проектных нагрузках

3.2 Проведение натурных исследований возможности локализации контролируемых участков по результатам расчетной оценки напряженно-деформированного состояния

3.3 Исследование уровня номинальных напряжений в деталях с дефектами

3.4 Выводы по разделу

4 Исследование возможности оперативной оценки напряженно-деформированного

состояния элементов механического оборудования судоходных гидротехнических сооружений с использованием методов и средств неразрушающего контроля

4.1 Физические основы и основные характеристики методов определения приложенных напряжений и зон их концентрации

4.2 Проведение предварительных экспериментальных исследований возможности применения метода магнитной анизотропии для оперативной оценки напряженно-деформированного состояния

4.2.1 Цель проведения исследований

4.2.2 Оборудование, применяемое для проведения исследований

4.2.3 Исследование влияния методики измерений и состояния объекта контроля на точность оценки напряженно-деформированного состояния

4.2.3.1 Исследование влияния методики измерений на результаты оценки напряженно-деформированного состояния

4.2.3.2 Исследование влияния состояния объекта контроля на результаты оценки напряженно-деформированного состояния

4.3 Проведение экспериментальных исследований по определению погрешности измерений номинальных напряжений при использовании метода магнитной анизотропии

4.3.1 Цель проведения исследований

4.3.2 Оборудование для экспериментальных исследований

4.3.3 Методика проведения исследований зависимости показателей магнитоанизатропной модели напряженно-деформированного состояния образца от величины механических напряжений

4.3.3.1 Основные положения, принятые при проведении исследований

4.3.3.2 Порядок проведения исследований

4.3.3.3 Результаты экспериментальных исследований

4.4 Выводы по разделу

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение А. Состав механического оборудования судоходных гидротехнических

сооружений

Приложение Б. Копия протокола обследования колеса зубчатого открытой передачи

механизма ПОВ шлюза № 4 ВБВП от 16.10.2012 г

Приложение В. Копия протокола обследования колеса зубчатого открытой передачи

механизма ПОВ шлюза № 6 ВБВП от 23.10.2012 г

Приложение Г. Методика проверки зубчатых колес привода подъемно-опускных ворот судоходных шлюзов неразрушающими методами контроля в эксплуатационных

условиях

Приложение Д. Копии актов проверки зубчатых колес привода ПОВ ВБВП

находящихся в эксплуатации

Приложение Е. Копия сертификата о калибровке сканера механических напряжений «8таЕ88УВЮ№> от 26.07.2012 г

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», 05.22.19 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение безопасности и эксплуатационной надежности водно-транспортных гидротехнических сооружений путем предупреждения деградационных отказов элементов их механического оборудования»

Введение

Основные элементы механического оборудования водно-транспортных гидротехнических сооружений1, в частности судоходных шлюзов, находятся в эксплуатации дольше назначенного срока службы 25 лет [1]. Например, большая часть ворот, затворов и их приводов эксплуатируется дольше 40 лет [2].

Характерной причиной необходимости выполнения восстанавливающих воздействий, включая их замену, является протекание деструктивных процессов различной интенсивности. К таким процессам прежде всего относятся коррозионное, усталостное и коррозионно-усталостное повреждения, основные сведения о которых представлены в работах Я.М. Колотыркина, В.Б. Карпенко, И.А. Одинга, С.В. Серенсена, В.С. Ивановой, П.И. Кудрявцева, Д.Н. Видмана, Я.Б. Фридмана, В.Ф. Терентьева, С.А. Кораблевой, В.М. Гребенника, П. Форреста и ряда других.

Неконтролируемое развитие указанных процессов может привести к деградационному отказу элемента, наиболее известным примером которого является разрушение рабочих ворот Пермского шлюза при осуществлении судопропуска. Для предупреждения реализации подобных отказов механического оборудования судоходных шлюзов выполняется оценка технического состояния его основных элементов с учетом динамики деструктивных процессов и возможностей методов и средстве неразрушающего контроля. При оценке технического состояния механического оборудования судоходных шлюзов применяются визуально-измерительный, ультразвуковой, в том числе ультразвуковая толщинометрия, магнитопорошковый, капиллярный и вихретоковый методы контроля. Физические основы, методики контроля и применяемые технические средства рассмотрены в нормативных документах на данные методы, а также в работах В.В. Клюева, П.П. Прохоренко, Г.С. Шелихова, А.К. Гурвича, И.Н. Ермолова, Н.П. Алешина, Е.Ф. Кретова и др. В большинстве из них внимание уделено вопросам технологического контроля, который отличается от эксплуатационного не только по условиям его проведения (доступность, освещение, температура окружающей среды и т.д.), но и по характеру и свойствам повреждений, что изменяет вероятность своевременного их выявления. Вопросам, непосредственно, технического диагностирования металлоконструкций и механизмов гидротехнических сооружений, находящихся в эксплуатации посвящены труды М.Л. Кузьмицкого, А.Р. Фрейншиста, В.Г. Абросимова, В.Б. Штильмана, Ю.И. Пивона и др.

1 Далее в настоящей работе будет использоваться термин «судоходные гидротехнические сооружения» принятый в соответствии с Кодексом внутреннего водного транспорта Российской Федерации от 07.03.2001 г. N 24-ФЗ [3]

Анализ современных методов и средств получения диагностической информации о динамике изменения технического состояния механических систем, позволяет предположить, что совершенствование системы контроля за механическим оборудованием судоходных гидротехнических сооружений в следующих направлениях:

- локализация участков образования потенциальных дефектов для выявления их средствами неразрушающего контроля;

- увеличение долговременности прогноза изменения технического состояния элементов, путем получения дополнительной информации о их напряженно-деформированном состоянии;

- выбор диагностических показателей, коррелирующих с изменением технического состояния элементов.

При наблюдениях за механическим оборудованием судоходных шлюзов выполняется оценка их напряженно-деформированного состояния с помощью метода конечных элементов и тензометрических измерений. Основным их недостатком является низкая оперативность и значительная зависимость результатов от отклонений напряжений от расчетных значений, как по величине, так и по направлению. В последнее время наметилось развитие физических методов оперативного контроля приложенных напряжений в различных отраслях промышленности. Возможность их использования без проведения исследований на наличие влияния на результаты измерений конструктивных, эксплуатационных и технологических факторов требует проверки. В связи с этим представляется целесообразным рассмотреть вопрос о возможности применения расчетных методов и физических методов оценки напряженно-деформированного состояния для локализации напряженных участков, в которых возможно образование и развитие усталостных и коррозионно-усталостных повреждений, что позволит снизить число контролируемых элементов, а, следовательно, и трудоемкость выполняемых диагностических операций, не снижая при этом надежности исследуемого оборудования.

Цель исследования - предупреждение деградационных отказов элементов механического оборудования судоходных гидротехнических сооружений, обусловленных усталостным и коррозионно-усталостным разрушением, путем совершенствования системы технического диагностирования.

Научная задача - формирование диагностической модели с использованием информативных диагностических параметров, коррелирующих с изменением технического состояния элементов механического оборудования судоходных шлюзов, обусловленного протеканием совокупности деструктивных процессов.

Для достижения поставленной научной задачи в работе предполагается решить следующие частные задачи исследования:

- анализ свойств усталостных повреждений (трещин), влияющих на их выявление и разработка предложений по рациональному выбору методов обнаружения таких дефектов с учетом их диагностической модели, динамики и условий развития, а также возможности обнаружения средствами неразрушающего контроля;

- определение возможностей расчетных методов оценки напряженно-деформированного состояния при номинальных (проектных) нагрузках с учетом наличия технологических и эксплуатационных концентраторов напряжений;

- определение предельно-допускаемых размеров усталостной трещины в зависимости от уровня номинальных напряжений в ее вершине;

- разработка методики своевременного обнаружения усталостных повреждений на элементах механического оборудования с учетом фактических возможностей технических средств контроля в эксплуатационных условиях;

- экспериментальная проверка применимости метода магнитной анизотропии для оценки напряженно-деформированного состояния элементов механического оборудования находящихся в эксплуатации.

Границы исследования - механическое оборудование судоходных шлюзов, находящееся в эксплуатации.

Научная новизна:

- установлена зависимость рационального состава контролируемых параметров элементов механических систем от вида деструктивного процесса, диагностической модели потенциальных дефектов, напряженно-деформированного состояния элементов;

- разработаны научно-обоснованные рекомендации по выбору методов неразрушающего контроля для выявления усталостных повреждений с учетом их диагностических свойств и состояния контролируемой поверхности;

- обосновано использование глобальной расчетной модели напряженно-деформированного состояния для локализации контролируемых участков на элементах механического оборудования;

- установлена зависимость величины напряжений в вершине усталостной трещины от ее глубины и напряженно-деформированного состояния участка, определенного по глобальной расчетной модели элемента;

- разработана методика контроля открытых зубчатых передач привода подъемно-опускных ворот судоходных шлюзов в эксплуатационных условиях;

- проведены экспериментальные исследования фактической возможности применения метода магнитной анизотропии для оценки напряженно-деформированного состояния элементов механического оборудования судоходных гидротехнических сооружений;

- разработаны и обоснованы предложения по составу диагностических параметров в зависимости от напряженно-деформированного состояния элементов механического оборудования и степени развития деструктивных процессов.

Теоретическая значимость работы заключается в научно обоснованном выборе дополнительных диагностических параметров, значения которых имеют высокую корреляционную зависимость с техническим состоянием элементов, гносеологически сопрягаемых с новыми методами и средствами их измерения.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке методики контроля открытых зубчатых передач привода подъемно-опускных ворот шлюзов №№ 1 - 6 ФБУ «Администрация «Волго-Балт» в виде стандарта организации (СТО 03149613-12201-2018), которая может быть использована на судопропускных сооружениях администраций бассейнов внутренних водных путей и ФГБУ «Канала имени Москвы», имеющих аналогичные механизмы. Представленные результаты исследований могут использоваться при корректировке и разработке нормативных документов и методик контроля различных элементов механического оборудования судоходных гидротехнических сооружений и внедрении новых перспективных физических методов контроля.

Методология и методы исследования в диссертации базировались на теории надежности, механике разрушения твердого тела, технической диагностике, анализе, системном подходе, экспериментальных работах. Исследование напряженно-деформированного состояния выполнялось методом конечных элементов с помощью программного комплекса ANSYS (ООО «Комтек-Энергосервис»»: Customer Number: 1021665). Обработка результатов экспериментальных исследований возможности применения метода магнитной анизотропии и их анализ проводились с помощью средств статистического анализа, входящих в расширенный пакет MS Excel.

Степень достоверности и апробация результатов. Основные положения диссертационной работы и ее результаты докладывались и были одобрены на научно-практических конференциях «Обеспечение безопасности и надежности судоходных гидротехнических сооружений», г. Петрозаводск, 06 - 08 августа 2013 г.; «Обеспечение безопасности и надежности судоходных гидротехнических сооружений», г. Пермь, 23 - 25 сентября 2014 г.; «Обеспечение безопасности и надежности судоходных гидротехнических сооружений», г. Волгоград, 30 сентября - 02 октября 2015 г.; «Обеспечение безопасности и

надежности судоходных гидротехнических сооружений», г. Вологда, 04 - 06 октября 2016 г.; VI Межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России», г. Санкт-Петербург, 14 мая 2015 г.; Юбилейной международной научно-практической конференции, посвященной 110-летию создания гидротехнической лаборатории имени профессора В.Е. Тимонова «Проектирование, строительство и эксплуатация гидротехнических сооружений водных путей», 14 - 15 ноября 2017 г.; XVI Молодежной научно-технической конференции «Взгляд в будущее», г. Санкт-Петербург, АО «ЦКБ МТ «Рубин», 23 - 24 мая 2018 г.; Межведомственном совещании в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) «Метрологическое обеспечение измерения механического напряжения в Российской Федерации», г. Москва, 05 ноября 2015 г.

Основные положения работы и результаты исследований автора используются:

- при выполнении периодических наблюдениях за зубчатыми колесами привода подъемно-опускных ворот судоходных шлюзов №№ 1 - 6 ФБУ «Администрация «Волго-Балт» (подтверждается актом о внедрении);

- на курсах повышения квалификации по программам «Оценка технического состояния механического оборудования судоходных гидротехнических сооружений», «Дефектация корпусов судов и судовых механизмов» проводимых Учебным центром ДПО специалистов водного транспорта Института дополнительного профессионального образования ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова» (подтверждается актом об использовании).

Личный вклад соискателя состоит в обосновании цели работы и способов ее достижения путем постановки и решения задач исследования, непосредственном выполнении теоретических, аналитических, лабораторных, экспериментальных и натурных исследований. Проведение расчетных исследований методом конечных элементов программным комплексом ANSYS Mechanical APDL выполнено по заданию автора совместно со специалистами ООО «Комтек-Энергосервис» (Customer Number: 1021665).

Публикации. Основные научные результаты диссертации, отражающие личный вклад автора, содержатся в 26 работах, в том числе 12 статьях, опубликованных в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России из них 3 работы в изданиях, индексируемых в БД Scopus.

Структура и объем диссертационной работы обусловлены характером и задачами исследования. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка используемой литературы и 6 приложений.

Содержание диссертационной работы изложено на 183 страницах машинописного текста, включает 18 таблиц, 90 рисунков, 172 наименования литературы.

Тема работы соответствует паспорту специальности - 05.22.19 «Эксплуатация водного транспорта, судовождение». Согласно формуле специальности, в ней «разрабатывается научная проблема эффективного функционирования и развития водного транспорта». Объектом исследования является «Безопасность и эксплуатационная надежность водно-транспортных гидротехнических сооружений» (п. 5). Область исследования - «Безопасность водных путей и судопропускных сооружений» (п.11).

1 Анализ отказов и повреждений элементов механического оборудования судоходных гидротехнических сооружений и методов их предупреждения

1.1 Анализ вероятных причин реализовавшихся и потенциальных отказов и

повреждений

К судоходным гидротехническим сооружениям (СГТС) относятся: «шлюзы и судоподъемники с подходными каналами, судоходные каналы, плотины, дамбы, водосбросы и водоспуски, паромные переправы и заградительные устройства» [4] - [11]. Значительную часть СГТС составляют судоходные шлюзы, общим числом 108 сооружений (142 камеры) и различающихся между собой основными характеристиками, конструктивными решениями, качеством технологического исполнения, условиями и сроком эксплуатации 50 - 75 лет при назначенном 100 лет [12].

МО СГТС представляет собой совокупность устройств и приспособлений, перекрывающих судопропускные, водосливные, водозаборные и водопропускные отверстия, позволяющих производить наполнение, опорожнение камер шлюзов, швартовку судов, задержку плавающих предметов, а также комплекс вспомогательных устройств, обеспечивающих возможность эксплуатации и ремонта сооружения [13]. Состав МО представлен в Приложении А.

МО СГТС следует отнести к механическим системам долговременного пользования, которые по мнению авторов отличаются от массовых рядом особенностей: «длительный срок эксплуатации; индивидуальный или мелкосерийный характер изготовления элементов; малую степень отработки конструкций из-за небольшого числа эксплуатируемых аналогичных изделий и ограниченной возможности проведения полномасштабных испытаний; неучтенные при проектировании, воздействия, число которых возрастает со временем эксплуатации; многочисленные восстанавливающие воздействия, выполняемые по различным технологиям; большие габариты (Рисунки 1.1 и 1.2) и стоимость изделий и их элементов; возможность эксплуатации аналогичных изделий в различных условиях» [14], [15].

С точки зрения системного анализа [16] - [19] МО должно рассматриваться, как элемент системы более высокого порядка СГТС (судоходный шлюз) (Рисунок 1.3). Как система, МО представляет собой совокупность т элементов, имеющих связи между собой и обеспечивающих его функционирование с требуемым значением вероятности безотказной работы Рмо.

В общем случае в качестве вероятных причин развития деструктивных процессов и

повреждений и реализации отказов МО СГТС укрупненно могут рассматриваться [13]:

- конструктивные - являются следствием несоответствия проектных решений МО или отдельных его элементов фактическим условиям эксплуатации;

- технологические - вызваны несоответствием технологии их изготовления или монтажа требованиям проектной документации и нормативно-технических документов;

- эксплуатационные - понимаются, как изменение технического состояния элементов в результате объективного протекания деструктивных процессов при проектных условиях эксплуатации, что не исключает изменения характеристик динамики процессов, вызванных внешними не штатными воздействиями относительно МО, такими как: навалы судов, колебание уровней бьефов, сейсмические явления, и воздействия других составляющих СГТС (строительная и электрическая части, человеческий фактор).

Рисунок 1.1 - Общий вид основных ворот нижней головы шлюза №30 ФБУ «Администрация «Волго-Дон»

Рисунок 1.2 - Элемент механизма привода двустворчатых ворот шлюза №№ 1 - 6 ФБУ «Администрация «Волго-Балт»

Рисунок 1.3 - Типовая схема связей основных элементов СГТС

При анализе причин реализовавшихся отказов и повреждений МО отечественных и зарубежных СГТС использованы результаты наблюдений за этим оборудованием, годовые технические отчеты администраций бассейнов, проектная документация, в том числе вновь проектируемых и реконструируемых сооружений, акты преддекларационных обследований, материалы по деструктивным процессам, повреждениям и по исследованию причин аварий МО [20] - [36], а также информация по отказам и повреждениям механического оборудования в гидроэнергетике [37], [38].

Из анализа отказов и повреждений следует, что реализация одной из перечисленных причин наиболее вероятна на определенных условных этапах эксплуатации МО СГТС [14] (Рисунок 1.4).

На первом (начальном) этапе эксплуатации (~ до 5 лет) реализуются отказы, обусловленные наличием конструктивных и технологических дефектов оборудования. Деструктивные процессы элементов МО в этот период, как правило, редко приводят к их отказу, так как несмотря на большой диапазон возможных скоростей их протекания, сами процессы, при номинальных условиях, имеют достаточно длительный характер.

Для второго - установившегося этапа эксплуатации МО (~ до 50 лет) характерно наибольшее число отказов, обусловленное протеканием деструктивных процессов.

Третий этап характеризуется резким увеличением числа отказов элементов, в частности из-за достижения многих показателей технического состояния их предельно-допустимых значений, следствием чего является снижение надёжности сооружений.

Характеристики деструктивных процессов элементов МО СГТС представлены в Таблице 1.1 [39]. Их динамические характеристики зависят от основных параметров, обусловленных конструктивными, технологическими и эксплуатационными факторами, с учетом связей МО и результатов функционирования с другими элементами, определяющих в конечном итоге показатель выработки ресурса и соответствующее снижение показателя вероятности безотказной работы элементов Роэ.

В Таблице 1.2 [40] представлены характерные отказы и повреждения элементов механического оборудования СГТС на II и III этапах эксплуатации. Из неё следует, что МО СГТС РФ эксплуатируется в условиях протекания вышеуказанных деструктивных процессов, скорость которых имеет значительный диапазон значений, что свидетельствует о нецелесообразности установленных сроков их замены. Реализовавшиеся отказы МО СГТС на II - III этапах эксплуатации вызваны, как правило, деструктивными процессами, т.е. являются деградационными [41], что в частности указывает на недостаточную эффективность существующей системы их предупреждения.

Рисунок 1.4 - Схема вероятных причин отказов и повреждений МО СГТС в зависимости от сроков его эксплуатации

Таблица 1.1 [39] - Основные характеристики деструктивных процессов, снижающих уровень технического состояния МО СГТС

Наименование и Условия реализации Динамические характеристики Основные параметры, влияющие на Показатель

определение процесса скорость процесса выработки

процесса Т| Кзп А Оа N1 /О ко Ккн ресурса

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Коррозия [42] - [46] Контакт коррозионной среды (воды) с металлом элемента Скорость коррозии отдельных участков элемента различна. В целом, скорость коррозии элемента Vk^const и зависит от величины коррозионных потерь + + + + + + оа>[с] So-Si>[ДSi]

Коррозионная Контакт коррозионной среды Процесс, как правило, носит локальный + + + + + + + \ / Образование

усталость [27], [47], с металлом элемента; наличие характер; отличается нестабильностью во \/ повреждений

[48] циклических нагрузок; наличие локальных участков на которых k0•Ga>o-lk времени Л элементов в виде трещин

Усталость [47], [49] - Наличие локальных участков, Процесс носит локальный характер; имеет + - - + + + + \ / Образование

[55] на которых k0•Ga>o-l; наличие циклических нагрузок несколько этапов развития; не стабилен во времени А трещин в элементах

Изнашивание Относительное перемещение Скорость процесса зависит от механизма + - - + - - - + Достижение

трением [56] тел трения разрушения поверхностного слоя, состояния ДР-[Д^]

Интенсивность зависящего, в частности, от характера

изнашивания пар промежуточной среды

трения зависит от

свойств материалов

деталей,

технологической

подготовки

поверхностей и их

качества, а также от

условий службы -

нагрузки,

температуры, смазки

и др.

Накапливание Наличие непроектных Отличается нестабильностью во времени + - - + + + - \ / Достижение

механических воздействий по составу и и расположением деформаций и V состояния Д>[Д]

повреждений и деформаций величине повреждений Л

Продолжение таблицы 1.1

1

3

6 7 8 9 10 11

12

Изменение пространственного положения элементов

Изменение

сочленений

элементами;

состояния другими изменение

Процесс нестабилен; скорость его зависит от многих неконтролируемых параметров

пространственного положения других элементов, например, строительной части_

Достижение

состояния

АП1>[АП1]

Примечания:

1. Т1 - срок эксплуатации МО СГТС, в том числе, при отсутствии (разрушении) защитного покрытия (ЗП);

2. КзП - показатель состояния защитного покрытия, характеризующий его способность предотвращать или тормозить процесс коррозионного изнашивания в прогнозируемом периоде;

3. А - показатель химической активности коррозионной среды;

4. са - номинальный уровень приложенных напряжений в цикле нагружений;

5. N - число циклов нагружений при отсутствии (разрушении) ЗП;

6. /с - частота изменения приложения нагрузок;

7. кс - эффективный коэффициент концентрации напряжений;

8. с.1 - предел выносливости материала при симметричном цикле;

9. с-1к - предел выносливости материала при коррозионном процессе;

10. Ккн - коэффициент концентрации напряжений на локальном участке элемента;

11. [с] - допускаемый уровень приложенных напряжений;

12. Бо - начальная толщина элемента металлоконструкции

13. - остаточная толщина элемента металлоконструкции в момент времени Т1;

14. - утонение элемента в момент времени Т1;

15. М - изменение размеров элементов тел трения;

16. [М:] - предельно-допустимое изменение размеров элементов тел трения;

17. Д - величина деформаций элемента в момент времени Т1;

18. [Д] - допустимое значение деформации элемента;

19. АП1 - изменение пространственного положения элемента в момент времени Т1;

20. [АП1] - допустимое изменение пространственного положения элемента._

2

4

5

+

+

+

с

Таблица 1.2 [40] - Характерные отказы и повреждения элементов МО СГТС

Наименование узлов и элементов МО Развитие конструктив ных и технологиче ских дефектов Деструктивные процессы Примечание

Механическое изнашивание Усталостное разрушение Ослабление неподвижных посадок Коррозионное повреждение Коррозионно -усталостное разрушение Накапливание механических повреждений и деформаций

1 3 4 5 7 8 9 10

Тормозные устройства ВБВП -

Редукторы ВБВП КиМ, ВБВВП наружная обойма подшипников

Зубчатые колеса открытых передач КиМ, ВБВП (Рисунок 1.5) ВБВП (Рисунки 1.6, 1.7) КиМ ВБ

Шестерни открытых передач выкрашиван ие (Рисунок 1.8)

Валы и оси открытых передач ВБВП, КиМ (Рисунок 1.9) КиМ -

Подшипники открытых передач -

Металлоконструкции ворот и затворов (Рисунок 1.10) (Рисунок 1.11) Авария на Пермском шлюзе

Элементы подвески ворот и затворов -

Опорно-ходовые и закладные части рымы -

Элементы электрогидравлических приводов насосы штока гидроцилиндро в (Рисунок 1.12) повреждение рабочей поверхности в виде рисок, задиров, отслоений покрытия, повреждение уплотнений (Рисунок 1.13) Наблюдается загрязнение рабочей жидкости в начальный период эксплуатации

_Продолжение таблицы 1.2

Примечания:

1. Зеленый цвет - отказы и повреждения имеют место во всех администрациях бассейнов

2. Красный цвет - факты отказов и повреждений не установлено

3. Желтый цвет - отказы и повреждения имели место на отдельных элементах или администраций бассейнов

4. ВБВП - Волго-Балтийский водный путь (ФБУ «Администрация «Волго-Балт»)

5. КиМ - ФГБУ «Канал имени Москвы»

6. ВБ - Волжский бассейн (ФБУ «Администрация Волжского бассейна»)_

Рисунок 1.5 - Технологические дефекты на Рисунок 1.6 - Усталостное повреждение в торце зубьев колес открытых передач корневой части зуба колеса

Рисунок 1.7 - Усталостное повреждение Рисунок 1.8 - Выкрашивание на рабочей зубчатого колеса открытой передачи в поверхности зубьев шестерни, открытой районе сопряжения спиц со ступицей передачи

Рисунок 1.9 - Усталостное разрушение вала-звездочки

Рисунок 1.10 - Коррозионное повреждение элементов металлоконструкций, контактирующих с водой

Похожие диссертационные работы по специальности «Эксплуатация водного транспорта, судовождение», 05.22.19 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ксенофонтов Николай Михайлович, 2019 год

- 15 с.

98. РД 50-672-88 Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Классификация видов изломов металлов. - М.: Издательство стандартов, 1989 - 21 с.

99. Фридман, Я. Б. Строение и анализ изломов металлов / Я.Б. Фридман, Т.А. Гордеева, А. М. Зайцев. - М.: Машгиз, 1960г. - 91с.

100.Коцаньда, С. Усталостное растрескивание металлов. Изд. 3-е переработанное / С. Коцаньда.

- М.: Металлургия, 1990 - 624 с.

101.Гордеева Т. А. Анализ изломов при оценке надежности материалов / Т.А. Гордеева, И. П. Жегина. - М.: Машиностроение, 1978 - 200 с.

102. Кондратьев Н. Н. Характерное расположение трещин и изломов на валах и баллерах / Н. Н. Кондратьев // Вестник Астраханского государственного технического университета. - 2004 -№ 1 - С. 119

103.Одинг, И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов / И.А. Одинг - М.: Металлургиздат, 1962. — 260 с.

104.Видман, Д. Н. О строении изломов при аварийных разрушениях от усталости / Д.Н. Видман // - Вестник машиностроения. - №9 - 1948

105.Кузьмицкий М.Л. Исследование усталостных повреждений деталей/ Кузьмицкий М.Л., Хомич Э.А.// В сб. тр. молодых научных работников. - Л.: ЛИВТ, 1974. - С.121.

106. Кузьмицкий М.Л. Влияние коррозионного повреждения контролируемой поверхности на выявляемость усталостных трещин / М.Л. Кузьмицкий/ В сб.: Судоремонт флота рыбной промышленности. - Л.: Транспорт, 1974. - Вып. 25 - С. 44.

107.Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник / под ред. В. В. Клюева. - М.: Машиностроение, 2003 - 656 с.

108.Ксенофонтов, Н. М. Динамика развития процессов старения элементов металлоконструкций двустворчатых ворот судоходных шлюзов / Ксенофонтов Н.М. Лошак В.Н. // Гидротехника. XXI век. - 2017 - №1 - С. 68

109.Расчет на ЭВМ и анализ прочностных свойств двустворчатых ворот шлюза № 2 ВБВП: Тема 1 ДО 12307 / Простак В. Ф. - Ленинград: Трест «Гидромонтаж», СПКТБ «Ленгидросталь», 1989 -58 с.

110.Проведение исследований по выявлению критических зон двустворчатых ворот нижних голов шлюзов №2 и №4 Вытегорского района гидросооружений и выработка рекомендаций по их реконструкции для обеспечения безопасности функционирования шлюзов: отчет о НИР (договор № 03/06 от 20.02.2006 г.) / Синельников В.С. - М.: ООО «ЦентрЭнергоМаш», 2006 -65 с.

111.РД 03-606-03 Инструкция по визуальному и измерительному контролю. - М.: НТЦ "Промышленная безопасность, 2004

112.ГОСТ Р 55612-2013 Контроль неразрушающий магнитный. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2014 - 10 с.

113.ГОСТ Р 56512-2015 Контроль неразрушающий. магнитопорошковый метод. Типовые технологические процессы. - М.: Стандартинформ, 2016 - 59 с.

114.ГОСТ Р 55611-2013 Контроль неразрушающий вихретоковый. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2014 - 15 с.

115.ГОСТ Р ИСО 15549-2009 Контроль неразрушающий. Контроль вихретоковый. Основные положения. - М.: Стандартинформ, 2011 - 11 с.

116.РД-13-03-2006 Методические рекомендации о порядке проведения вихретокового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах. - М.: ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2008 - 41 с.

117.ГОСТ 18442-80 Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования (с Изменениями N 1, 2). - М.: Издательство стандартов, 1987 - 24 с.

118. РД 13-06-2006 Методические рекомендации о порядке проведения капиллярного контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах. - М.: ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2011 - 42 с.

119.ГОСТ Р 55724-2013 Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. - М.: Стандартинформ, 2014 - 41 с.

120.ГОСТ 12503-75 Сталь. Методы ультразвукового контроля. Общие требования. - М.: Стандартинформ, 2009 - 4 с.

121.РД РОСЭК-003-97 Машины грузоподъемные Контроль магнитопорошковый Основные положения. - М.: Машиностроение, 1988 - 48 с.

122.РД 50-345-82 Методические указания. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при циклическом нагружении. - М.: Изд-во стандартов, 1983.

123. Разрушение: в 5 т. Расчет конструкций на хрупкую прочность - 5 т. / Н.Н. Зорев, Д.М. Шур.

- М.: Машиностроение, 1977 - 463 с.

124.Мороз, Л.С. Механика и физика деформаций и разрушений материалов / Л.С. Мороз. - Л.: Машиностроение, 1984 - 223 с.

125.Кудрявцев, П.И. Нераспространяющиеся усталостные трещины / П.И. Кудрявцев. - М.: Машиностроение, 1982 - 172 с.

126.Кузьмицкий М.Л. Исследование возможности и условий развития процесса усталостного разрушения элементов механических систем на этапе образования макротрещин / М.Л. Кузьмицкий, Н.М. Ксенофонтов, И.Н. Базавлук // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. - 2014. - №4 (26). - С.68.

127. Кузьмицкий, М.Л. Определение уровня действующих напряжений на колесах открытых зубчатых передач / М.Л. Кузьмицкий, Н.М. Ксенофонтов, И.Н. Базавлук // Журнал университета водных коммуникаций. - 2013. - № 3 (19). - С. 55

128.Ксенофонтов, Н.М. Оценка напряженно-деформированного состояния элементов зубчатых колес приводов подъемно-опускных ворот / Н.М. Ксенофонтов, М.Л. Кузьмицкий // Материалы научно-практической конференции «Обеспечение безопасности и надежности судоходных гидротехнических сооружений». - Петрозаводск: 2013 - С. 179

129. Исследование напряженно-деформированного состояния колес открытых зубчатых передач механизмов привода подъемно-опускных ворот шлюзов №№ 1 - 7 ГБУ «Волго-Балт», разработка норм допустимых дефектов, методики их контроля и рекомендаций по обеспечению безопасности и надежного функционирования до замены приводов: Отчет о НИР / М.Л. Кузьмицкий. - СПб: СПГУВК, 2012 - 77 с.

130.ГОСТ 16531-83 Передачи зубчатые цилиндрические. Термины, определения и обозначения

- М.: ИПК Издательство стандартов, 2004 - 30 с.

131.ГОСТ 13733-77 Колеса зубчатые цилиндрические мелкомодульные прямозубые и косозубые. Типы. Основные параметры и размеры - М.: Издательство стандартов, 1977 - 6 с.

132. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. - 2 т./ В.И. Анурьев - М.: Машиностроение, 2006 - 968 с.

133. Большаков, В.И. Основы метода конечных элементов / В.И. Большаков, Е.А. Яценко, Г. Сосец, М. Лемэр, Ж.М. Рейнуар, Ж. Костенс, Г. Варзье, И. Кормо - Днепропетровск: ПГАСЛ, 2000 - 255 с.

134.Бате, К.-Ю. Методы конечных элементов / К.-Ю. Бате. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010 - 1024 с.

135.Басов, К.А. ANSYS: справочник пользователя / К.А. Басов. - М.: ДМК Пресс, 2005 - 640 с.

136.Каплун А.Б. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство / Каплун А.Б. Морозов Е.М., Ологерьева М.А. - М.: Литроком, 2015 - 272 с.

137.Langston, M. Fatigue Analysis of the Greenup Lock Gate on the Ohio River / M. Langston // Undergraduate Honors Thesis Program in Civil Engineering University of Arkansas/ - 2017 - Vol.7

- 15 p.

138.Wermundsen, T. Efficient Evaluation of Fatigue and Damage in Welded Joints from Finite Element Analysis / T. Wermundsen. - Norwegian University of Science and Technology, Department of Engineering Design and Materials: 2014. - 95 p.

139.ГОСТ Р 57188-2016 Численное моделирование физических процессов. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2016 - 12 с.

140.ГОСТ 19200-80 «Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов». - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004 - 11 с.

141.ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. - М.: Стандартинформ, 2006 - 6 с.

142. Померанцев, Д.С. Применение промышленных эндоскопов / Д.С. Померанцев// В мире НК.

- 2008. - № 1(39) - С. 2

143.ПНАЭ Г-7-015-89. Унифицированные методики контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов АЭУ. Магнитопорошковый контроль

144.РД 153-34.1-17.412-2002 Методические указания по применению электропотенциального метода измерений глубины трещин в металле энергооборудования ТЭС. - М.: СОЮЗТЕХЭНЕРГО, 1990 - 6 с.

145.ГОСТ Р 53965-2010 Контроль неразрушающий. Определение механических напряжений. Общие требования к классификации методов. - М.: Стандартинформ, 2011 - 7 с.

146.ГОСТ Р 52330-2005 Контроль неразрушающий. Контроль напряженно-деформированного состояния объектов промышленности и транспорта. Общие требования. - М.: Стандартинформ, 2005 - 6 с.

147.ГОСТ Р 53006-2008 Оценка ресурса потенциально опасных объектов на основе экспресс-методов. Общие требования. - М.: Стандартинформ, 2009 - 15 с.

148.Кононов, В.В. Комплексная дистанционная диагностика подземных газопроводов / В.В. Кононов//Территория NDT. - 2013 - №2 - С. 42.

149. Артемьев, Б.В. Основные тенденции развития и состояние НК и ТД в мире/18-я всемирная конференция (18th WCNDT) / Б.В. Артемьев, А.Г. Ефимов //Территория NDT - 2012 - №3 - С. 24.

150.ГОСТ Р 52728-2007 Метод натурной тензотермометрии. Общие требования. - М.: Стандартинформ, 2007 - 20 с.

151.Макаров, Р.А. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие / Р.А. Макаров, Л.Б. Ранский. - М.: Машиностроение, 1975 - 288 с.

152.Дайчик, М.Л. Методы и средства натурной тензометрии / М.Л. Дайчик, Н.И. Пригоровский, Г.Х. Хуршудов. - М.: Машиностроение, 1989 - 264 с.

153.ГОСТ Р ИСО 24497-2-2009 Контроль Неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 2. Общие требования. - М.: Стандартинформ, 2010 - 5 с.

154. Дубов, А.А. Принципиальные отличительные признаки метода магнитной памяти металла и приборов контроля в сравнении с известными магнитными методами НК / А.А. Дубов//Контроль. Диагностика - 2003 - №12 - С. 35.

155.ГОСТ Р 52731-2007 Контроль неразрушающий. Акустический метод контроля механических напряжений. - М.: Стандартинформ, 2007 - 12 с.

156.Никитина, Н.Е. Акустоупругость. Опыт практического применения / Н.Е Никитина. - Н. Новгород: Спектр, 2005 - 208 с.

157.Никитина, Н.Е. Преимущества метода акустоупругости для неразрушающего контроля механических напряжений в деталях машин / Н.Е. Никитина, С.В. Казачек //Вестник научно-технического развития - 2010 - №4 - С.18.

158.Никитина, Н.Е. Акустоупругость и ее применение для измерения напряжений в крупногабаритных конструкциях / Н.Е. Никитина //Вестник научно-технического развития -2009 - №2 - С.41.

159.ГОСТ Р 52890-2007 Контроль неразрушающий. Акустический метод контроля напряжений в материале трубопроводов. Общие требования. - М.: Стандартинформ, 2009 - 11 с.

160. Николаева, Е.П. Применение метода шумов Баркгаузена для контроля упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием / Е.П. Николаева // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2013. - №6-2/том 15 - С. 428

161.ГОСТ Р 52727-2007 Техническая диагностика. Акустико-эмиссионная диагностика. Общие требования. - М.: Стандартинформ, 2007 - 16 с.

162.ГОСТ Р 55045-2012 Техническая диагностика. Акустико-эмиссионная диагностика. Термины, определения и обозначения. - М.: Стандартинформ, 2013 - 11 с.

163. Общие сведения о магнитоанизотропном методе [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://stressvision.ru/о-магнитоанизотропном-методе/.

164. МДС 53-2-2004. Методическая документация в строительстве. Диагностирование строительных конструкций. - М.: ООО «Институт проблем технической диагностики и неразрушающих методов испытаний «ДИМЕНС-тест», 2005 - 17 с.

165.Жуков С.В., Копица Н.Н. Исследование параметров полей механических напряжений в металлических конструкциях приборами «Комплекс - 2» Часть 1 [Электронный ресурс]/ Режим доступа: http://www.ndt.ru/articles/d_test.shtml.59

166. Берман А.В. Оценка остаточного ресурса металлоконструкций горных машин на основе характеристик несущей способности материала / А.В. Берман, Я.С. Ватукин и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень - 2005 - №5 - С. 220.

167.Штефан В.И., Тентлер А.В., Подольский В.Е. Управление процессом снятия остаточных напряжений в стальных конструкциях на ФГУП МП «Звездочка» с помощью приборов «Комплекс - 2.05» (Stress Vision) [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.td.ru/ content/view/15/16/.

168.Подольский В.Е., Тентлер А.В., Бондаренко И.В. Определение напряженно-деформированного состояния металлических сварных конструкций, и способы релаксации напряженного состояния на ФГУП МП «Звездочка» (г. Северодвинск)» [Электронный ресурс]// Режим доступа: http://дименстест.рф/content/view/19/14/.

169.Патент 2195636 Российская Федерация, МПК G01L 1/00 Способ определения механических напряжений и устройство для его осуществления / С.В.Жуков, В.С. Жуков, Н.Н. Копица; заяв. и патентообл. ООО Институт «ДИМЕНСтест» - № 2001106509/28; заявл. 05.03.2001; опубл. 27.12.2002;. Бюл. № 36

170.Паспорт. Сканер механических напряжений «STRESSVISION®» Expert ФЛ 413.175.001 ПС. ООО «Феррологика» - 53 с.

171.ГОСТ 8239-89 Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент. - М.: Издательство стандартов, 1990 - 7 с.

172.ГОСТ 380-94 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1998 - 12 с.

Приложение А

Состав механического оборудования судоходных гидротехнических сооружений

1. Ворота и затворы СГТС всех типов и любого назначения вместе с их закладными и опорно-ходовыми частями.

2. Стационарные подъемные и тяговые механизмы и элементы привода устройств для маневрирования затворами (воротами).

3. Подвижные подъемно-транспортные механизмы: козловые и мостовые краны, однорельсовые лебедки и т.п., а также подкрановые балки и крановые пути.

4. Сороудерживающие решетки, плавучие заграждения и прочие устройства, ограничивающие доступ плавающих предметов к водопропускным отверстиям.

5. Устройства для швартовки судов и заградительные устройства.

6. Системы откачки камер шлюзов, включая насосные станции, трубопроводы, регулирующую и запорную арматуру.

7. Трубопроводы перекачки воды, включая непосредственно трубопроводы, насосные агрегаты, запорную и регулирующую арматуру.

8. Автодорожные, железнодорожные и служебные мосты и эстакады.

9. Устройства, обеспечивающие работу сооружений при пониженных температурах.

Приложение Б

Копия протокола обследования колеса зубчатого открытой передачи механизма ПОВ

шлюза №4 ВБВП от 16.10.2012 г.

«УТВЕРЖДАЮ»

Заместитель руководителя ГБУ «Волго-Балт»

_Г.И. Айзен

« »_2012 г.

16.10.2012 г г. Вытегра

ПРОТОКОЛ

обследования колеса зубчатого открытой передачи механизма ПОВ шлюза №4 (правая сторона, правое)

Цель проведения обследования:

- проверка наличия видимых технологических и эксплуатационных дефектов на всей поверхности детали и оценка возможности выявления трещин неразрушающими методами контроля.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Зубчатое колесо было демонтировано в 2011 г. из-за обнаружения трещин в корне зубьев (Протокол № 957 от 13 июля 2010 г. проведения дефектоскопии участком дефектоскопии ВРГС и С).

Колесо находилось в эксплуатации с 1964 г. Изготовитель -Новокраматорский машиностроительный завод.

Место проведения обследования - ремонтно-механические мастерские ВРГС и С.

2. ВИЗУАЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ.

Состояние поверхности - после пескоструйной обработки. Общий вид детали представлен на фото 1, 2 (нумерация спиц ведется от шпоночного паза против часовой стрелки со стороны звездочки).

Фото 2.

На рабочей поверхности, ближе к наружному диаметру, наблюдаются деформации в средней части большинства зубьев (фото 3).

Фото 3

Размер деформаций: высота 14 мм, ширина 5 мм.

На необработанной части обода наблюдаются: разностенность, заливы, наросты, участки рыхлости металла, раковины и их скопления. Максимальная протяженность раковин 50 мм, ширина 15 мм, глубина 14 мм (фото 4).

На наружной поверхности поясов спиц наблюдаются: участки подварки (фото 5, 6), участки рыхлости металла, раковины (фото 7), просечки, складчитость (фото 8).

Фото 7

Фото 8

На участках сопряжения спиц с ободом колеса установлено наличие: участков рыхлости металла, раковины (фото 9).

Фото 9.

На участках сопряжения спиц со ступицей наблюдаются: участки рыхлости металла (фото 10), раковины (фото 11), холодная трещина (разрыв металла между 5 и 6 спицами на всю толщину (34 мм) пояса спицы (фото 12) глубиной (по направлению к ступице) от 5 мм до 10 мм; сплошная цепочка по всей толщине пояса спицы с выходом на внутреннюю плоскую поверхность (участок между спицами 1 и 6) (фото 13).

Фото 10.

Фото 13.

На диафрагмах спиц и наружной поверхности ступицы значительных дефектов литья не установлено.

Примечание: классификация дефектов дана согласно ГОСТ 19200-800 Отливка из чугуна и стали. Термины и определения дефектов.

3. КОНТРОЛЬ ДЕТАЛИ НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ.

До проведения контроля участки, выбранные по результатам визуального осмотра, зачищались до металлического блеска. Всего было проконтролировано 9 участков, из них 6 - у примыкания спиц к ступице, 2 - у примыкания спиц к ободу и один участок на скоплении раковин на поясе спицы.

Для выявления поверхностных трещин использовался магнитопорошковый метод (ГОСТ 21105-87 Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод).

Намагничивание участков производилось дефектоскопом ДИМ-ЗП. Использовалась магнитная суспензия с черным магнитным порошком.

С учетом состояния контролируемой поверхности и условий выполнения работ, условный уровень чувствительности контроля по ГОСТ 21105087 оценивается Б - В.

В результате контроля установлено:

- наличие трех трещин протяженностью до 8 мм на участке сопряжения спиц 5 и 6 со ступицей (фото 14) у визуально обнаруженной холодной трещины;

- наличие трещины по всей толщине пояса спицы на участке сопряжения спиц 1 и 6 со ступицей (фото 15);

-участок контролировался из-за наличия на нем цепочки пор.

Фото 15

4. ВЫВОДЫ.

1. На большинстве участков детали имеются значительные технологические дефекты различного вида.

2. При проверке остальных участков неразрушающими методами контроля выявлены отдельные трещины.

3. Для выявления дефектов типа трещин необходима дополнительная подготовка поверхности.

4. Наличие указанных дефектов в элементах подвески и механизмов привода аварийно-эксплуатационных ворот согласно «Методических рекомендаций по контролю технического состояния и оценке безопасности судоходных гидротехнических сооружений» является признаком аварийного состояния (см. таблицу В. 12.1).

Начальник службы СГСиЭ И.О. Черенков

Инженер-механик 1-й категории В.Н. Лошак

СГСиЭ ГБУ «Волго-Балт»

Инженер участка дефектоскопии и наблюдений ВРГСиС - филиал ГБУ «Волго-Балт»

А.Э. Hoax

Заведующий лабораторией

M.JI. Кузьмицкий

ТРМиМ ФБОУ ВПО «СПГУВК»

Инженер лаборатории

Н.М. Ксенофонтов

ТРМиМ ФБОУ ВПО «СПГУВК»

Приложение В

Копия протокола обследования колеса зубчатого открытой передачи механизма ПОВ

шлюза №6 ВБВП от 23.10.2012 г.

«УТВЕРЖДАЮ»

Заместитель руководителя ГБУ «Волго-Балт» _Г.И. Айзен

« »_2012 г.

23.10.2012 г. г. Вытсгра

ПРОТОКОЛ

обследования колеса зубчатой открытой передачи механизма ПОВ шлюза № 6

(правая сторона, правое)

Цель проведения обследования:

- проверка наличия технологических и эксплуатационных дефектов на всей поверхности детали и оценка возможности их выявления в условиях эксплуатации.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Зубчатое колесо демонтировано в 2012 г. из-за обнаружения трещин в корне зубьев (Протокол № 958 от 15 июля 2010 г. проведения дефектоскопии участком дефектоскопии ВРГС и С).

Колесо находилось в эксплуатации с 1964 г.

Место проведения обследования - ремонтно-механические мастерские ВРГС и С.

2. ВИЗУАЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ.

Состояние поверхности — после пескоструйной обработки. Общий вид представлен на фото 1 (нумерация спиц ведется от шпоночного паза по часовой стрелке).

При визуально-измерительном контроле установлено наличие: - раковин на торцевой поверхности обода (Фото 2);

Фото 2.

- подварок в осевом направлении на всех выкружках в зоне сопряжения спиц со ступицей (Фото 3);

__-

_

- ^ -^"Сн. -А' . К

к •и!""-ЖЕ «а \fX-ii. О« -

Фото 3.

- участка металла с отличными механическими свойствами на торцевой части ступицы;

- холодных трещин на участках сопряжения спиц со ступицей (Фото 4).

Фото 4.

3. МАГНИТОПОРОШКОВЫЙ КОНТРОЛЬ.

Контроль производился в соответствии с ГОСТ 21105-87 «Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод».

Намагничивание участков производилось дефектоскопом ДИМ-ЗП. Использовалась магнитная суспензия с черным магнитным порошком.

До проведения контроля участки, выбранные по результатам осмотра и расчета номинальных напряжений в элементах детали, зачищались до металлического блеска. Всего было проконтролировано 18 участков, из них 12 -выкружки в зоне примыкания спиц к ступице, 4 - выкружки в зоне примыкания спиц к ободу, 1- в зоне металла с отличными механическими свойствами на торцевой части ступицы и 1 — на плоской поверхности спицы в зоне раковины.

С учетом состояния контролируемой поверхности и условий выполнения работ, условный уровень чувствительности контроля по ГОСТ 21105-87 оценивается Б - В.

При контроле установлено наличие:

- трещин на всех выкружках в зоне сопряжения спиц со ступицей, развивающихся в направлении ступицы по всей толщине пояса спицы протяженностью от 5 до 62 мм (средняя протяженность - 40 мм) (рисунки 5-8);

Фото 5 з

Фото 10.

- осаждение порошка на границе металла с отличными механическими свойствами на торцевой части ступицы (фото 11).

4. ВЫВОДЫ.

1. Установлено наличие технологических и эксплуатационных дефектов на различных элементах зубчатого колеса.

2. Все эксплуатационные дефекты типа трещин вызваны наличием технологических дефектов (раковины, подварки, холодные трещины).

3. Выполненные расчеты номинальных напряжений в элементах детали позволяют локализовать зоны проведения контроля.

4. Наличие указанных дефектов в элементах подвески и механизмов привода аварийно-эксплуатационных ворот согласно «Методических рекомендаций по контролю технического состояния и оценке безопасности судоходных гидротехнических сооружений» является признаком аварийного состояния (см. таблицу В.12.1).

Начальник службы СГСиЭ И.О. Черенков

Инженер-механик 1-й категории

Фото 11.

СГСиЭ ГБУ «Волго-Балт»

В.Н. Лошак

Инженер участка дефектоскопии и наблюдений ВРГСиС - филиал ГБУ «Волго-Балт» Заведующий лабораторией

А.Э. Hoax

ТРМиМ ФБОУ ВПО «СПГУВК»

М.Л. Кузьмицкий

Инженер лаборатории

ТРМиМ ФБОУ ВПО «СПГУВК»

Н.М. Ксенофонтов

Приложение Г.

МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ПРИВОДА ПОДЪЕМНО-ОПУСКНЫХ ВОРОТ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ

В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ

СТО 03149613 - 12201 - 2018

Введение

Настоящий стандарт организации разработан в соответствии с целями и принципами стандартизации в Российской Федерации, установленными Федеральным законом от 24.06.2015 г. N9 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации», а также правилами применения национальных стандартов Российской Федерации ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения» и ГОСТ Р 1.4-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организаций. Общие положения».

В настоящем стандарте реализованы положения Федерального закона «О техническом регулировании», обеспечивается соблюдение требований Федерального закона от 30.12.2009 г. № 384-ФЭ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», Федерального закона от 21.07.1997 г. №117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений».

Стандарт распространяется на стальные литые зубчатые колеса открытых передач привода подъемно-опускных ворот судоходных шлюзов, находящихся в эксплуатации. Стандарт может быть использован на добровольной основе специалистами групп наблюдений администраций бассейнов внутренних водных путей, а также специализированными организациями, выполняющими работы по контролю технического состояния указанного оборудования.

Положения, содержащиеся в настоящем документе, могут быть в дальнейшем дополнены, изменены или отменены. Актуализация стандарта должна быть проведена не позднее 10 лет с момента его утверждения.

Стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен без разрешения ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова».

СТО 03149613 - 12201 - 2018

Содержание

Введение......................................................................................................................................................................................3

Сведения о стандарте............................................................................................................................................4

1 Область применения......................................................................................................................................5

2 Нормативные и методические документы..................................................................5

3 Термины и определения..........................................................................................................................6

4 Общие положения..............................................................................................................................................6

5 Выбор участков контроля......................................................................................................................7

6 Подготовка контролируемых участков к проведению проверок 7

7 Визуально-измерительный контроль участков детали........................8

8 Магнитопорошковый контроль участков детали..............................................10

9 Фиксация дефектов..........................................................................................................................................10

10 Периодичность проверок........................................................................................................................11

Приложение А. Рекомендуемая форма акта проверки детали..........12

СТО 03149613 - 12201 - 2018 СТАНДАРТ ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»

МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ УЧАСТКОВ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ПРИВОДА ПОДЪЕМНО-ОПУСКНЫХ ВОРОТ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ

Дата введения: 2018-03-01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает порядок проверки отдельных участков зубчатых колес открытых передач привода подъемно-опускных ворот судоходных шлюзов, методами неразрушающего контроля в эксплуатационных условиях, в том числе на наличие усталостных повреждений. Стандарт подлежит применению совместно с действующими нормативными техническими и иными нормативными правовыми документами, устанавливающими требования в области оценки технического состояния элементов механического оборудования судоходных гидротехнических сооружений.

2 Нормативные и методические документы

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 1.1-2002 «Межгосударственная система стандартизации.

Термины и определения»; ГОСТ Р 1.4-2004 «Стандартизация в Российской Федерации.

Стандарты организаций. Общие положения»; ГОСТ Р 1.5-2012 «Стандартизация в Российской Федерации.

Стандарты национальные. Правила построения, изложения, оформления и обозначения» (с Поправкой, с Изменением №1);

СТО 03149613 -12201 - 2018

Сведения о стандарте

1. Разработан Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» (ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»).

2. Утвержден приказом по ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова» от 19 февраля 2018 г. №118

3. Введен впервые.

СТО 03149613 - 12201 - 2018

ГОСТ Р 1.12-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Термины и определения»;

ГОСТ 19200-80 «Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов»

ГОСТ Р 56512-2015 Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Типовые технологические процессы

При использовании настоящего Стандарта целесообразно проверять действие ссылочных стандартов и классификаторов в информационной системе общего пользования, на официальном сайте национальных органов Российской Федерации по стандартизации в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные Стандарты», который публикуется по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим Стандартом, следует руководствоваться замененным (измененным) документом.

3 Термины и определения

В данном документе использованы термины, определения которых приняты в нормативных документах, перечисленных в разделе 2 «Нормативные и методические документы».

4 Общие положения

Проверка зубчатых колес, может проводиться как после их демонтажа (при необходимости), так и в условиях эксплуатации.

К проведению контроля в соответствии с приведенной Методикой допускаются лица, прошедшие аттестацию или сертификацию в установленном порядке на право проведения неразрушающего контроля визуально-измерительным и магнитопорошковым методами.

Используемые при контроле технические средства и материалы должны обеспечивать надежное выявление дефектов. Применение технических средств измерения, не прошедших метрологическую поверку не допускается.

СТО 03149613 -12201 - 2018

5 Выбор участков контроля

Для проверки зубчатых колес привода подъемно-опускных ворот неразрушающими методами контроля устанавливаются следующие участки (рисунок 1):

- торцевая (обработанная) поверхность обода колеса 1 с обеих сторон по всей поверхности;

- внутренняя (необработанная) поверхность обода 2, включая зоны сопряжения спиц с ободом 3;

- участки сопряжения спиц со ступицей 4.

Примечание: участки контроля указаны по результатам анализа расчетной модели распределения напряжений [1].

Рисунок 1 - Участки для проведения неразрушающего контроля

6 Подготовка контролируемых участков к проведению проверок

Перед проведением визуально-измерительного контроля, выше указанные контролируемые участки, должны быть очищены от продуктов смазки и краски (рисунок 2). Размер подготавливаемых участков в районе сопряжений спиц со ступицей и ободом должны быть не менее 16 000 мм2. Торцевая поверхность обода очищается 100%. Допускается не удалять слой краски с внутренней (необработанной) поверхности обода 2 (см. рисунок 1).

СТО 03149613 - 12201 - 2018

Поверхность участков, подлежащих проверке

магнитопорошковым методом, должна быть зачищена до металлического блеска с использованием абразивного инструмента. Размер зачищаемых участков должен быть не менее 10 000 мм2. Для подвода намагничивающего тока вблизи контролируемого участка необходима подготовка двух точек контакта намагничивающих кабелей дефектоскопа с материалом детали диаметром не менее 35 мм.

7 Визуально-измерительный контроль участков детали

При контроле визуально-измерительным методом [2] торцевой поверхности обода 1 (рисунок 1) фиксируется наличие дефектов литья по ГОСТ 19200-80: газовых раковин, шлаковых раковин, усадочной пористости, рыхлот, подварок, трещин.

Участки поверхности, на которых расположены указанные дефекты литья, должны быть проверены магнитопорошковым методом на наличие усталостных повреждений.

Внутренняя (необработанная) поверхность обода 2 (рисунок 1) визуально проверяется на наличие несоответствий геометрии по ГОСТ 19200-80: обжимов, подутости, прорывов металла.

При обнаружении указанных дефектов производится контроль торцевой (обработанной) поверхности обода 1 (рисунок 1) магнитопорошковым методом. Если дефекты расположены в зонах сопряжения спиц с ободом (в непосредственной близи), на последних проводится контроль магнитопорошковым методом с увеличением контролируемого участка до 15000 мм2.

Участки сопряжений спиц с ободом 3 и спиц со ступицей 4 (рисунок 1) проверяются визуально на наличие дефектов по ГОСТ 19200-80: горячих трещин, холодных трещин, газовых раковин, шлаковых раковин, усадочной пористости, газовой пористости, рыхлот, следов подварки.

При обнаружении дефектов участок их расположения проверяется магнитопорошковым методом.

Для обеспечения возможности осмотра труднодоступных участков детали рекомендуется использование средств эндоскопии [3].

СТО 03149613 -12201 - 2018

Рисунок 2 - Пример подготовки участков зубчатого колеса для проведения контроля в условиях

эксплуатации

СТО 03149613 - 12201 - 2018

8 Магнитопорошковый контроль участков детали

Цель контроля - выявление трещин на участках, установленных при визуально-измерительном контроле, определение их протяженности и направленности. Методика контроля по ГОСТ Р 56512-2015.

Рекомендуемое оборудование - импульсные магнитные переносные дефектоскопы, например, ДИМ-ЗП.

Способ намагничивания - циркулярное по участкам. Магнитная суспензия масляная с черным магнитным порошком по ТУ 6-14-1009-74. Должно быть обеспечено условие медленного стекания суспензии с контролируемой поверхности.

Подготовка поверхности - согласно раздела 6 настоящего Стандарта.

Начало осмотра не ранее чем через 3-5 мин после нанесения суспензии.

9 Фиксация обнаруженных дефектов

Дефекты, выявленные на контролируемых участках, при визуально-измерительном контроле фиксируются фотографированием с обязательным приложением измерительных инструментов (рулетка, линейка) и привязкой расположения относительно элементов колеса.

Дефекты типа трещин (одиночные и магистральные), выявленные при магнитопорошковом контроле, кроме фотофиксации фиксируются кернением у вершин трещин. Примечания:

1) За исключением участков примыкания спиц к ободу и ступице в качестве глубины трещины принимается размер дефекта в направлении перпендикулярном контролируемой поверхности, а в качестве 1_ длина индикаторного следа на контролируемой поверхности (рисунок 3).

2) Под магистральной, в данном случае, понимается трещина, плоскость которой ориентирована близко к нормали относительно направления главных действующих напряжений.

3) Оценку глубины усталостных трещин, выявленных на поверхности 1 (рисунок 1) рекомендуется производить измерителями глубины

СТО 03149613 -12201 - 2018

трещин, например, электропотенциальным [4] трещиномером 281М, ЭПД-8 или другими.

Рисунок 3 - Параметры трещины

10 Периодичность последующих проверок

При отсутствии на контролируемых участках дефектов срок последующей проверки - 5 лет.

При наличии на контролируемых участках технологических дефектов и отсутствии дефектов, выявленных магнитопорошковым методом, периодичность проверки участка не более 2-х лет.

Участки, на которых зафиксировано наличие магистральных усталостных трещин глубиной до 10 мм подлежат проверке не позднее чем через 3 месяца с момента её обнаружения.

Детали, на которых выявлены магистральные усталостные трещины глубиной более 10 мм [5], а также развивающиеся трещины (факт развития подтвержден результатами последующей проверки) подлежат оперативной замене.

Приложение Д.

Копии актов проверки зубчатых колес привода ПОВ ВБВП находящихся в эксплуатации

13.07.2012

г. Вытегра

«УТВЕРЖДАЮ»

Зам. начальника ВРГС и С Ю.Н. Лантратов

ПРОТОКОЛ

технического совещания при заместителе начальника ВРГС и С промежуточного рассмотрения научно-исследовательской работы по теме: «Исследование напряженно-деформированного состояния колес открытых передач механизмов привода подъемно-опускных ворот шлюзов №№ 1-7 ГБУ «Волго-Балт», разработка норм допустимых дефектов, методики их контроля и рекомендаций по обеспечению безопасности и надежного функционирования до замены приводов»

Присутствовали:

Главный механик ВРГС и С

Ведущий инженер ВГУ

Ведущий инженер ИГУ

Инженер-механик ОКС

Инженер участка дефектоскопии и наблюдений ВРГСиС

Зав. лабораторией ТРМиМ СПГУВК

Инженер лаборатории ТРМиМ СПГУВК

A.B. Мишкин

B.C. Воробьев В.Б. Аганичин

Е.Ж. Васильева

А.Э. Hoax М.Л. Кузьмицкий Н.М. Ксенофонтов

Слушали:

Н.М. Ксенофонтова о результатах расчетных исследований напряжений в элементах

зубчатого колеса и выполненных натурных их обследованиях.

В обсуждении принимали участие все присутствующие.

Отметили:

1. Актуальность работы в плане обеспечения надежной и безопасной эксплуатации механического оборудования шлюзов №№ 1—7 ГБУ «Волго-Балт».

2. Выполнены натурные обследования зубчатых колес открытых передач приводов ПОВ. Установлено наличие технологических и эксплуатационных дефектов на различных элементах зубчатых колес.

3. Разработана расчетная модель номинальных напряжений элементов зубчатого колеса. Установлены участки с наиболее высоким уровнем номинальных напряжений.

АКТ

визуального контроля зубчатых колес механизмов привода В.П.О.В.

шлюза №4

В период с 17.12.2012 г. по 27.12.2012 г. с предварительной очисткой до металла произведено визуальное обследование зубчатых колес механизмов привода В.П.О.В. на предмет выявления дефектов металла в выкружках ступиц и в зонах их прилегания к ступицам по ободу по рекомендациям протокола технического совещания от 13.07.2012 г.

На выкружках ступиц наблюдаются дефекты литья. Следов подварки, усталостные трещины при визуальном контроле не обнаружены.

Механик шлюза №4 /Анисимов В. А./

27.12.2012

АКТ

визуального контроля зубчатых колес механизмов привода ПОВ

шлюза №3

В период с 01.02.2013 г. по 15.03.2013 г. с предварительной очисткой до металла произведено визуальное обследование зубчатых колес механизмов привода ПОВ на предмет выявления дефектов металла в выкружках стпиц и в зонах их прилегания к ступицам и ободу по рекомендациям протокола технического совещания от 13.07.2012 г.

На выкружках спиц наблюдаются технологические дефекты: недоливы, холодные трещины. Следов подварки, усталостных трещин при визуальном контроле не обнаружено.

Требуется дополнительное обследование методом неразрушающего контроля.

15.03.2013 г.

Механик НГУ (В. Аганичин)

Протокол № 1083.

от «15» марта 2013 г. проведения дефектоскопии деталей оборудования гидросооружений

1 Район гидросооружений

2 Сооружение

3 Затвор (ворота)

4 Механизмы

5 Деталь, маркировка

6 Место проведения дефектоскопии

7 Метод дефектоскопии, прибор

8 Температура окружающего воздуха

9 Наименование контролируемых участков

ВРГСиС Шлюз № 3

ПОВ (левый)

Левое колесо открытой передачи Помещение механизма

Магнитопорошковый, ДИМ-ЗП 4°С;

Выкружки спиц зубчатых колее в зоне их примыкания к ступице (1 шт.) фото 3 и к ободу (2 шт.) фото 1, 2

10

11

12

Эскиз детали (заполняется при обнаружении дефектов или при обработке технологии контроля)

Результаты дефектоскопии

Подписи лиц, проводивших дефектоскопию (с указанием должности)

13 Заключение о пригодности

На выкружках наблюдаются технологические дефекты — недоливы (фото 1, 2), на выкружке в зоне примыкания спицы к ступице - холодная трещина ( фото 3). Усталостных трещин не обнаружено. См. приложение.

А.Э. Hoax

Инженер участка дефектоскопии и

наблюдений за МО _

№ удостоверения 786/11

Инженер участка дефектоскопии и

наблюдений за МО _

№ удостоверения 785/11

Колесо открытой передачи пригодно к дальнейшей эксплуатации.

О.В. Маньшев

Главный механик ВРГСиС

А.В. Мишкин

Приложение к протоколу № 1083.

Фото 3

Приложение Е.

Копия сертификата о калибровке сканера механических напряжений «8ТКЕ88У18Ю№>

от 26.07.2012 г.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.