Повышение эффективности безводного контроля локальной герметичности судовых конструкций

• Автор: Стрельченко, Юрий Борисович
• Шифр специальности: 05.08.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Глава I Анализ существующих разработок контроля локальной герметичности и постановка задачи исследования
1.1 Существующее состояние разработок технологии проведения контроля локальной герметичности

1.2 Современный уровень применения средств контроля локальной герметичности

1.3 Постановка задачи исследования

Глава II Разработка аналитической модели повышения эффективности безводного контроля локальной герметичности
2.1 Анализ физического состояния судовых конструкций при испытаниях герметичности и эксплуатации судна
2.2 Оценка порога чувствительности контроля локальной герметичности, выполняемого существующими методами
2.3 Исследование дуализма физических явлений, связанных с определением мест расположения сквозных микронеплотностей при помощи пенообразующих составов
2.4 Разработка алгоритма расчета параметров процесса повышения эффективности безводного контроля локальной герметичности

Выводы по II главе

Глава III Экспериментальное определение показателей повышения эффективности безводного контроля локальной герметичности
3.1 Исследование акустической характеристики процесса выявления сквозных микронеплотностей
3.2 Изучение устойчивости пенообразования в условиях изменения потока и давления воздуха
3.3 Определение уровня достигаемого порога чувствительности
Выводы по главе III
Глава IV Практическая реализация и технико-экономическая оценка результатов повышения эффективности безводного контроля локальной герметичности
4.1 Разработка технологии и выбор средств контроля локальной герметичности
4.2 Расчет ожидаемых экономических показателей применения инструментального безводного контроля локальной герметичности
Выводы по IV главе
Заключение
Литература
В существующем отечественном судостроении контроль локальной герметичности осуществляют согласно Правилам Морского Регистра судоходства Российской Федерации, а также в соответствии с действующими отраслевыми стандартами, регламентирующими технологию постройки судов и кораблей.
Указанными документами предусмотрено выполнять контроль локальной герметичности в процессе проведения испытаний корпусов строящихся судов и кораблей методами, предусматривающими:
- налив воды с гидравлическим напором;
- налив воды без напора;
- полив струей воды под давлением;
- надув сжатым воздухом;
- обдув сжатым воздухом;
- контроль керосином, люминесцентными и цветными проникающими жидкостями.
В основу результатов контроля локальной герметичности перечисленными методами
положено условие эксплуатационной безопасности корпусов судов и кораблей в целом, а также его отдельных частей. При этом учитывается накопленный опыт мирового судостроения и судоходства свидетельствующий о том, что проникновение забортной воды даже в незначительных количествах внутрь судна в ряде случаев приводит к серьезным последствиям. Поэтому надежность и качество строящихся судов в равной мере зависит не только от правильности проектирования корпусных конструкций, но также от качества их изготовления, включающего, в большинстве случаев, обеспечение требований локальной герметичности.
За последние годы в отечественном судостроении внедрены новые сварочные материалы и сварочное оборудование, что позволило значительно улучшить качество корпусных конструкций, в том числе и герметичность. Значительный прогресс достигнут в области разработки и применения методов контроля качества сварных швов. Однако, несмотря на повышение качества сварки и использование более совершенных методов контроля сварных швов, проверка герметичности корпусных конструкций остается обязательным и очень важным технологическим этапом постройки любого судна или корабля.
Высокие требования к герметичности современных судов и кораблей, их большая насыщенность механизмами, устройствами, приборами, трубопроводами, электрическими кабелями и т. п. сделали испытания на герметичность весьма сложным производственным процессом, требующим больших затрат времени и средств.
Согласно указанному выше в составе перечисленных методов испытаний на локальную герметичность значительную часть представляют методы основанные на использовании воды. Традиционная необходимость применения гидравлических методов контроля герметичности основана на идентичности испытательной и эксплуатационной среды, которой является вода. Последнее явилось основой распространенного мнения, что испытание гидростатическим давлением и аналогия проникающей способности испытательной и эксплуатационной среды позволяют решать в процессе гидравлических испытаний двойную задачу, обеспечивающую контроль прочности и плотности строящегося судна или корабля.
Однако, испытания наливом воды, получившие широкое распространение благодаря своей простоте и надежности, весьма трудоемки и дороги, требуют значительных расходов воды и затрат времени на ее налив и слив, а также на выполнение экологических требований при сливе воды. Наряду с этим, после испытаний наливом воды перед окрашиванием корпусных конструкций, необходимо проведение дополнительных работ по их зачистке от продуктов коррозии. Кроме того, весьма затруднительно выполнение испытаний водой в зимнее время, так как воду необходимо подогревать и при этом принимать необходимые меры по удалению конденсата при отпотевании корпусной конструкции. Налив воды в отсеки или цистерны большого объема на стапеле приводит к значительным нагрузкам на корпус строящегося судна и часто требует установки временных подкреплений. В результате метод гидравлический испытаний является сдерживающим фактором в строительстве судна, т. к. использование воды, проведение последующей очистки от ржавчины и т. п. задерживает начало монтажных и достроечных работ.
Указанных недостатков лишены испытания надувом воздуха. К настоящему времени воздушные испытания являются одним из основных методов контроля герметичности корпусных конструкций. Однако, эти испытания имеют недостатки, к которым, в первую очередь, следует отнести необходимость обеспечения специальных мер безопасности и трудоемкость процесса обнаружения всевозможных неплотностей. Последнее объясняется тем, что на поверхность испытываемых соединений корпусных конструкций необходимо нанести пенообразующие индикаторы типа мыльных растворов и полимерных составов. Наряду с этим при обеспечении условий доступности к контролируемым соединениям метод воздушных испытаний позволяет осуществлять контроль герметичности отсеков корпусов судна с законченными в них монтажными и достроечными работами.
В составе всего комплекса традиционных испытаний корпусных конструкций методы испытаний на герметичность поливом водой и обдувом струей сжатого воздуха имеют ограниченное применение по причине низкой чувствительности. Также ограничены по применению и испытания смачиванием керосином и жидкостями на его основе из-за возможности использования этих методов только для проверки герметичности сварных соединений, а также из-за их пожароопасности и экологической вредности.
В целом существующие методы жидкостного и воздушного контроля локальной герметичности обладают общим недостатком, заключающимся в том, что их нормы и технология осуществления были разработаны в 60-х годах прошлого века, исходя из условий судоходства, когда основным видом перевозимых грузов являлись нефть и различные
где: Овод - количество воды, вытекающей из канала сквозной микронеплотности,

мъПа

Расчеты, выполненные по формуле (11), позволили определить, что минимальные размеры радиусов г^|П при смачивании поверхности корпусных конструкций составляют от 5-10^ до 8104 см.
При несмачиваемой поверхности испытываемых корпусных конструкций вытекающая из сквозных микронеплотностей вода собирается в капли, минимальный радиус г^1п которых, определяется по формуле:
8л О.воае
и11жцт1П^ (ЛО
пАРж
где: - минимальное количество вытекающей воды, образующее каплю с минималь-
, мгПа
ными для визуального обнаружения размерами,

С использованием выражения (12) и результатов экспертной оценки установлено, что минимальная капля воды, которая может быть визуально обнаружена в процессе проведения гидравлических испытаний, характеризуется радиусом гТп = 0,5 мм, что соответствует объему капли /т1П = 14 мм3. С учетом величины Х/т1п по формуле (10) выполнен расчет показателей порога чувствительности. При этом продолжительность испытаний наливом и поливом воды принята согласно положениям отраслевого стандарта ОСТ 5Р.1180-93. Соответственно этому избыточное гидравлическое давление величиной до 0.01 МПа рассматривалось как параметр испытаний поливом воды, а более высокие значения избыточного гидравлического давления - как параметр испытаний наливом воды под напором. Результаты проведенных расчетов представлены в табл. 7.
Таблица
Расчетные показатели порога чувствительности гидравлического локального контроля

Величина гидростатического давления, МПа Показатель порога чувствительности гидравлического локального контроля герметичности, м3Па/с
время выдержки, 1 ч время контакта воды с поверхностью, 10 с
0,01 0,9x10" 0,4 х 10"
0,02 0,7 х 10" 0,2x10"
0,05 0,3 х 10" 0,8 х 10‘2
0,10 1,0 х 105 0,4 х 10'2
0,15 0,8 х 10'5 0,25x10'2
0,20 0,6 х 10'5 0,15 х 10'2