ПОВРЕЖДЕНИЯ ТРУБОПРОВОДОВ СУДОВЫХ СИСТЕМ.

По характеру функций, осуществляемых трубопроводами судовых систем, они являются относительно простыми конструктивными элементами судна. В то же время от надежности систем во многом зависит безопасность эксплуатации судна. Специфические условия, в которых находятся трубопроводы при эксплуатации, обусловили их интенсивное поражение коррозией и эрозией. Это предъявляет высокие требования к их обслуживанию и знанию причин их повреждений. Судно имеет значительное количество систем, выполняющих различные функции, трубопроводы которых находятся в контакте с различными средами. В целом трубопроводы, арматура и другие части систем в процессе эксплуатации подвергаются коррозии, в них появляются свищи, трещины и разрывы, на рабочих плоскостях арматуры -царапины и задиры, возможны вмятины, дыры, изломы. В местах подвесок и креплений наблюдаются коррозия, истирание отдельных участков труб, если отсутствуют прокладки или имеются недостатки монтажа. Нарушается плотность соединений и герметичность арматуры.
Повреждения трубопроводов обусловлены теми условиями, в которых они находятся при эксплуатации: воздействием среды, протекающей по трубопроводу, и окружающей. Играют роль температура, давление, характер среды и ее качество, а также недостатки постройки, некачественный материал и др.
Коррозия может распространяться по всей поверхности труб либо носить местный характер; наблюдается часто в соединениях (места сварки, пайки). Также коррозии подвергаются детали арматуры. В присутствии морской воды наблюдается интенсивное коррозионное поражение трубопроводов и арматуры, в частности систем забортной воды. Арматура трубопроводов разрушается также в результате контактной коррозии.
Латунные и красномедные трубы в морской воде также коррозируют в силу особых причин. Так, коррозия латуни в морской воде происходит вследствие обесцинкования (избирательная коррозия), красная медь коррозирует из-за окислителей, содержащихся в морской воде. На медных трубах в морской воде появляются отдельные очаги, которые могут превратиться в глубокие язвы и даже свищи. В этом смысле опасны омываемые водой места пайки труб латунным припоем.
Под действием коррозии разрушаются отдельные части трубопроводов, решетки фильтров, приемные патрубки и шахты, корпуса клапанов, штоки и др.
Арматура трубопроводов в зависимости от назначения, условий, конструкции имеет специфические повреждения. В клапанной арматуре наблюдаются царапины, раковины и трещины на рабочих поверхностях тарелки клапана или гнезда, наработки на поверхностях прилегания клапана и гнезда, коробление тарелки клапана, изгиб и разрывы штока клапана, поломка пружин, разрыв прокладок стакана клапана. Вследствие отмеченных дефектов клапанной арматуры увеличиваются зазоры между тарелкой клапана и гнездом, возможно заклинивание штока клапана, выход из строя арматуры.
Для пробковой арматуры характерны следующие дефекты: царапины, задиры на пробках и гнездах, царапины, задиры и трещины на фланцах корпуса, несовпадение кратеров гнезд и пробок. Эти дефекты связаны с попаданием на трущиеся поверхности посторонних твердых тел, применением некачественного металла, недостатками изготовления и сборки. С точки зрения коррозионной стойкости материала труб различают трубопроводы со степенью коррозии:
относительно малой (0,15—0,2 мм/год) внутренних и наружных поверхностей. Это трубы, находящиеся в сухих помещениях, по которым транспортируются среды незначительной агрессивности к металлу данных труб (пар, паровой конденсат, питательная и питьевая вода, воздух, топливо, масла и др.);
повышенной внутри (не менее 0,2 мм/год) и умеренной снаружи (не выше 0,15 мм/год). Сюда относятся трубопроводы, по которым транспортируются вещества с повышенной агрессивностью (забортная морская вода, холодильные рассолы, попеременно нефтепродукты и морская вода, агрессивные газы);
повышенной снаружи и умеренной внутри. Это трубопроводы, проходящие на открытых палубах, в междудонных отсеках, под шпигатами машинного отделения (МО), под котлами, по которым подаются вещества с умеренной агрессивностью;
повышенной внутри и снаружи. К ним относятся трубопроводы, по которым транспортируются агрессивные среды, проложенные в неблагоприятных условиях (открытых палубах, грузовых танках, междудонных пространствах и т.п.).
Недопустимо наличие: трещин, расслоения материала труб, групповых коррозионных раковин, глубина которых превышает более 50%, а на участках изгиба - более 20% исходной толщины трубы; утонения стенок труб более чем на 25%, овальности 10% и более, вмятин глубиной более 0,08 и протяженностью более 1,5 наружного диаметра. Овальность и вмятины недопустимы для труб, работающих при большом давлении наружной среды.
Ниже рассмотрены характер и виды повреждений трубопроводов некоторых судовых систем.
Трубопроводы охлаждения судовых энергетических установок забортной водой. Трубопроводы изготовляют из меди и ее сплавов или из стали. На некоторых судах медные трубы системы охлаждения разрушались забортной водой Разрушение носило местный очаговый характер и наблюдалось в зонах образования завихрений (крутые изгибы, стыки, места установки вентилей, задвижек, штуцеров, отводов и т. п.) Эти поражения связаны с недостаточной коррозионной стойкостью меди при высокие скоростях морской воды. Поэтому рекомендуется не допускать скорость воды в медных трубах выше 1,34 -1,5 м/с и удалять из воды воздух и взвешенные твердые частицы.
Для более высоких скоростей среды внутри труб рекомендуются медно-никелевые сплавы. Однако необходимо учитывать относительную дороговизну и дефицитность этих сплавов.
При изготовлении и монтаже следует избегать крутых поворотов, резких изменений сечении, выступающих внутрь кромок штуцеров и отводов, несоосных стыков, прокладок несоответствующих размеров и т. п. Выделяющийся из воды воздух усиливает коррозию и эрозию труб. Поэтому следует дегазировать воду. Температура воды практически не сказывается на повреждениях медных труб.
При спокойной морской воде и малых ее скоростях движения коррозионная стойкость стали ниже, чем меди. При скорости движения воды, не превышающей 2 - 2,5 м/с, коррозия стальных труб относительно невелика. Характер коррозии сплошной и составляет 5 - 0,5 мм/год. При значительных скоростях интенсивность коррозии возрастает.
Повышение температуры воды увеличивает интенсивность коррозии стальных труб: при температуре выше 45°С применение стальных труб при проточной воде не рекомендуется.
Трубопроводы пожарные, балластно-осушигельные, сточно-шпигатные, оросительные, моечные. Трубопроводы собирают из стальных труб, иногда с применением защиты (цинкование и др.). Скорость коррозии внутренней поверхности этих трубопроводов примерно одинакова; коррозия наружных поверхностей зависит от того, в каких местах судна проходят трубы. Влияет также качество ухода и защиты. Те участки трубопроводов, которые проходят в труднодоступных местах, из-за чего затруднен уход, а также трубы, проходящие на палубах, под плитами МО, площадками коррозируют более интенсивно, чем трубы, проходящие в жилых и служебных помещениях, трюмах, коридорах, т. е. в местах с хорошей доступностью и, следовательно, хорошим уходом.
Если трубопроводы постоянно заполнять холодной водой, то скорость коррозии внутри может быть 0,2 - 0,3 мм/год. При периодическом опорожнении трубопроводы коррозируют больше, в среднем 0,3 - 0,4 мм/год. Это трубопроводы орошения палуб танкера, сточно-шпигатные, искрогашения, балластно-осушительные.
При хорошем уходе и окраске труб коррозия с внешней стороны не решает вопроса долговечности. В таких условиях интенсивность коррозии составляет 0,03 - 0,06 мм/год.
Трубопроводы пресной мытьевой и питьевой воды. Здесь коррозия с внешней стороны аналогична описанной. Внутренние поверхности, находящиеся в контакте с пресной водой, склонны к появлению местной коррозии, особенно при наличии на стенках металлургической окалины. Однако по сравнению с другими судовыми системами коррозия внутренних поверхностей трубопроводов пресной воды менее интенсивна. На этих поверхностях обычно наблюдается умеренная коррозия при наличии незначительного количества бугорков продуктов коррозии.
Обычно ремонтное вмешательство, связанное с заменой части труб, происходит по причине разрушения наружных поверхностей.
Питательные и конденсатные трубопроводы. Коррозия внутренних поверхностей сравнительно мала. Наружные поверхности находятся в условиях, аналогичных предыдущим. Наибольшему разрушению подвергаются трубопроводы, находящиеся на палубе, из-за частого контакта с морской водой (скорость коррозии 0,2 - 0,3 мм/год). Значительное разрушение наблюдается у трубопроводов, покрытых тепловой изоляцией, которая удерживает влагу (скорость коррозии 0,4 - 0,5 и даже 0,6 - 0,8 мм/год).
Трубопроводы острого и отработанного пара. Наибольшему разрушению трубопроводы подвергаются снаружи. Значительно разрушаются трубопроводы (змеевики) обогрева груза в танках. Особенно это заметно у змеевиков обогрева балластируемых танков, где попеременно происходит контакт труб с балластной морской водой и нефтепродуктами при различный соотношениях среды и температуры. Известны случаи появления сквозных отверстий вследствие коррозии через 3 -1,5 года.
Грузовые трубопроводы танкеров. Степень коррозии зависит от места расположения трубопровода (на палубе, внутри танка, в закрытых помещениях). Наибольшей коррозии подвергаются трубы в танках, наименьшей - в закрытых помещениях. Внутренние поверхности попеременно контактируются с нефтепродуктами и морской водой при ограниченном доступе кислорода.

ПОВРЕЖДЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ СУДОВЫХ УСТРОЙСТВ.

Основными видами износа и повреждений деталей рулевого устройства являются: вмятины, коррозия, трещины, разрывы на пере руля (у пластинчатых однослойных рулей и обшивке обтекаемых). Повреждение обшивки обтекаемых рулей, например, коррозия, дающая сквозные отверстия при попадании воды внутрь полости руля, представляет особую опасность.
У баллеров рулей возможны коррозия, износ шеек, изгиб, скручивание и поломка. Коррозия, изгиб, трещины и поломки возможны у рудерписа и ребер руля.
Цилиндрические части штырей руля подвергаются износу и коррозии. Штыри также могут изогнуться, в них появляются трещины, возможна поломка Втулки в петлях рудерпоста и чечевица в пятке ар-хтерштевня изнашиваются Петли рудерпоста подвергаются коррозии, в них возникают трещины, возможен отрыв петель. В рулевом приводе, рулевом двигателе, механизме передачи управления рулевым двигателем происходят износ деталей, заедания, отдельные повреждения, нарушается взаимное расположение
Среднее утонение обшивки руля допускается не более 1/4 строительной толщины. Износ цепей, тяг, штуртросов и других напряженных деталей не должен превышать 1/10 строительной толщины и диаметра.
Зазоры между петлями руля и ахтерштевня допускаются не менее 7% диаметра баллера. Износ штырей и втулок в петлях ахтерштевня не должен превышать 7% их диаметра. Допускаются зазоры в петлях ахтерштевня не более 10% диаметра штырей. Износ облицовки баллера допускается до 50% первоначальной толщины
У якорного устройства возможны коррозия, трещины, поломка лап, износ штырей и гнезд у якорей с поворотными лапами.
Для якорных цепей характерными дефектами являются: коррозия, трещины, наклеп, износ звеньев, скоб, вертлюгов, глаголь-гаков, ослабление и выпадение распорок из звеньев, разрыв цепей. Стопоры и якорные клюзы подвергаются износу в результате истирания якорной цепи.
Недопустимы для якорных цепей: уменьшение среднего диаметра на 1/10 и более первоначального диаметра, наличие трещин, выпадение или ослабление распорок.
Угол отклонения лап в обе стороны должен быть не более 41°. Недопустима потеря массы якоря из-за коррозии свыше 4%. Толщина стенки трубы клюза должна быть не менее 0,4 калибра якорной цепи, проходящей через клюз.
При одновременном подъеме обоих якорей с глубины не менее 45 м мощность брашпиля считается достаточной.
К основным видам износа и повреждений деталей швартовного устройства относятся: износ кнехтов в результате трения стальными тросами при швартовках, трещины и коррозия; нарушение крепления кнехтов и увеличение диаметра отверстий под болты, крепящие кнехты, трещины и повреждения деревянных прокладок под ними. Киповые планки, роульсы также изнашиваются швартовными тросами, в них наблюдаются трещины, коррозия, нарушение крепления, поломка, изгиб штырей, износ втулок роульсов.
Допустимый износ кнехтов не должен превышать 25% толщины стенки; не более 25% составляет допустимая глубина выработки киповых планок. Допустимый износ швартовных клюзов не должен превышать 20% их толщины, износ внутреннего диаметра втулок роульсов не должен превышать 2 мм на сторону.
Для основных деталей буксирного устройства (гака, дуги, кнехтов) характерно истирание буксирного гака и петли тросом вследствие скольжения гака по направляющей дуге. В гаке возможны появление трещин и его поломка.
Для буксирной дуги характерны: износ вследствие трения троса, изгиб, поломка. Буксирные кнехты изнашиваются, поражаются коррозией, возможно появление трещин, ослабление крепления.
Для основных деталей грузового устройства характерны: трещины, изгиб, вмятины, поломка, утонение стенок, истирание отверстий вилки грузовых стрел; износ вертлюгов и гнезд упорного башмака, деталей блоков; нарушение оцинковки проволок такелажа вследствие трения в блоках, износ, коррозия, трещины, разрыв звеньев у топенантных цепей.
Средний износ листов стальных мачт не должен превышать 1/5 строительной толщины. Недопустима эксплуатация напряженных деталей при среднем износе, равном 1/10 и более строительной толщины или диаметра. Недопустимо использование стального троса при обрыве проволок, а также при значительном коррозионном износе. Недопустимо использование при грузовых операциях цепей, скоб, штырей, вертлюгов, гаков и других напряженных деталей при износе, превышающем 10% первоначальной толщины или диаметра.
К основным дефектам шлюпочного устройства относятся: трещины в обшивке шлюпок, нарушение шпатлевки пазов, гниение древесины у деревянных шлюпок, коррозия и повреждение металлических шлюпок; водотечность шлюпок; у шлюпбалок трещины, изгиб, коррозия; износ втулок стандерсов поворотных шлюпбалок, шеек и пятки шлюпбалок; износ и трещины, поломки деталей подъемного механизма, шестерен, блоков, шкивов, повреждение тросов, скоб, гаков, кильблоков и их покрытий; гниение древесины.
Недопустим средний износ металлоконструкций, превышающий 1/5 строительной толщины. У деревянных шлюпок недопустимы трещины и гниль в обшивке и наборе. Напряженные детали при износе 1/10 и более строительной толщины подлежат замене.
Подлежат замене втулки стандерсов поворотных шлюпбалок при износе более 1 мм по диаметру; необходимо восстановление шлюпбалок при износе их шеек более 2 мм по диаметру; недопустима выработка пятки шлюпбалки более 2 - 3 мм.
Недопустима выработка стального шкива подъемного механизма на глубину более 5 мм на длине более 1/4 диаметра шкива. Заменяют втулки шкивов при износе более 1 мм по диаметру. Также недопустим износ осей шкивов более 1 мм по диаметру, их изгиб и смятие резьбы.
Скобы и гаки при наличии трещин, деформаций и износа более 10 мм первоначального размера подлежат замене. Недопустимо наличие трещин в деревянных кильблоках глубиной более 1/4 толщины и гнилостных участков.

ПОВРЕЖДЕНИЯ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СУДНА.

К повреждениям корпуса судна относят его поломку, прогиб, а также пробоины и разрывы в наружной обшивке, палубах, переборках; трещины в листах наружной обшивки, палуб, переборок, набора; коррозию листов наружной обшивки, палуб, переборок, второго дна набора и, как следствие этого, их утонение (местное или общее); местные деформации (вмятины, гофрировка, бухтиноватость), деформацию набора; нарушение плотности и соединений швов; износ днищевых листов.
Поломка корпуса судна - явление чрезвычайное и вызывается особыми обстоятельствами: недостатками постройки, нарушением правил конструирования, ухудшением механических свойств металла в процессе эксплуатации, действием морских волн, ледовым сжатием посадкой на камни, столкновением и пр.
Пробоины, разрывы, трещины, вмятины, гофры, бухтины в обшивке, палубах и других частях корпуса, деформации набора, нарушение плотности соединений могут появиться вследствие механических повреждений при столкновениях судов, посадке на мель и камни, удара о береговые сооружения, столкновения со льдами, действия моря и др. Повреждения корпуса возможны при неправильной загрузке и использовании не по назначению. Износ днищевых листов корпуса появляется у судов, плавающих в условиях наличия мелей и перекатов. Износ кромок листов характерен для судов ледового плавания.
Допустимо оставлять до ближайшего планового ремонта отдельные плавные вмятины со стрелкой прогиба не более 1/20 минимальной толщины листа. Также могут быть оставлены ограниченно распространяющиеся гофры и бухтины со стрелкой прогиба не более 1/20 шпации или расстояния между продольными балками набора.
Коррозия металлического корпуса вызывает утонение его элементов и является одним из основных видов повреждений. Металлический корпус коррозирует весьма интенсивно, так как находится в благоприятных для этого условиях. Коррозия может быть сплошной (равномерной) и местной (язвы, пятна, точечная коррозия).
Глубина коррозионного поражения наружной обшивки при своевременном доковании, отнесенная к одному году, составляет 0,25/0,80 мм. Нарушение сроков докования судов, несвоевременные очистка и окраска наружной обшивки корпуса значительно увеличивают коррозионное разрушение, глубина которого доходит до 1,0 мм/год.
Интенсивно коррозируют сварные швы наружной обшивки, а также район переменной ватерлинии, носовая часть в районе буруна, кормовой подзор, ахтерштевень, места под шпигатами, у отверстий забортной арматуры, по скуловому поясу и др.
У буксиров и барж значительной коррозии подвержена обшивка под привальными брусьями и кранцами.
Внутри судна обшивка поражается коррозией особенно сильно под иллюминаторами, в цепном ящике, у шпигатов, в бортовых льялах, в бункерах, у приёмных сеток систем, в балластных танках двойного дна. У наливных судов значительно коррозируют танки (особенно их верхние части, не защищённые грузом), в которых содержится попеременно жидкий груз или балластная вода.
Набор судна коррозирует в местах скопления влаги и от воздействия среды, например: шпангоуты, бимсы, и стойки переборок в районе бункеров, в пиках и диптанках, флоры в пиках и балластных танках, переборки в основном в нижней части, особенно у льял; настил второго дна в районе котельного отделения, в грузовых трюмах - при перевозке зерна, угля, химических удобрений. В танках под котлами особенно сильно коррозирует весь днищевый набор, так как повышенные температуры и наличие влаги создают для этого благоприятные условия. Туннель валопровода поражается коррозией в основном в нижней части у обделочного угольника и прилегающей к нему части листа. Коррозия деталей металлического рангоута, такелажа и стрелы происходит в местах скопления влаги и грязи.
Особенно сильными местами коррозии ахтерштевня являются рудерпост и старнпост.

Анализ изменения параметров, отражающих техническое состояние при неисправностях воздушных и холодильных компрессоров.

Во время работы поршневых компрессоров следует контролировать параметры рабочих сред и основные параметры, характеризующих эффективность работы компрессора в целом:
- производительность;
- температуры и давления рабочей среды после каждой ступени;
- температуру рабочей среды после холодильников;
- температуры охлаждающей воды на входе и выходе;
- температуру и давление смазочного масла;
- силу тока, потребляемую электродвигателем,
Падение производительности свидетельствует о следующих неисправностях: пропуски (неплотности) всасывающих и нагнетательных клапанов I ступени; неправильная установка прокладки под клапанами; пропуск воздуха через поршневые кольца; ослабление или, наоборот, повышенная жёсткость пружин всасывающих клапанов I ступени; пропуски сальников; повышенный износ втулок цилиндров или поршневых колец.
Повышение температуры и падение давления рабочего тела после ступеней, свидетельствуют о следующих неисправностях: негерметичность всасывающих или нагнетательных клапанов; недостаточная подача охлаждающей воды; загрязнение холодильника; повышение температуры охлаждающей воды.
Снижение давления в циркуляционной системе смазки, характеризует возникновение следующих неисправностей: увеличение зазоров во вкладышах подшипников; снижение производительности шестерёнчатого насоса; засорение масляного фильтра и холодильника; негерметичность маслопровода; обводнение масла; пониженная вязкость масла; подсасывание воздуха вследствие низкого уровня масла в картере.
Повышение температуры охлаждающей воды характеризует чрезмерный нагрев узлов компрессора или недостаточную подачу охлаждающей воды.
Повышение силы тока потребляемого электродвигателем, является симптомом следующих неисправностей: задиры (заедания) в КШМ; повышение температуры окружающей среды; негерметичность клапанов; недостаточное охлаждение воздуха в охладителях; неплотность поршневых колец.
Снижение давления воды в системе охлаждения, характеризует следующие неисправности: загрязнение фильтра на приёмной магистрали системы охлаждения; подсасывание воздуха через неплотности в местах соединений системы охлаждения.
Повышение давления в системе циркуляционной смазки свидетельствует о засорении нагнетательного трубопровода смазки.
Падение давления в какой-либо ступени характеризует о потере герметичности всасывающих клапанов.

Характерные повреждения и отказы воздушных и холодильных компрессоров и их причины.

Характерными повреждениями основных деталей и узлов компрессор являются следующие: коррозионное изнашивание поверхностей, охлаждаемых водой: недопустимые деформации базовых поверхностей фундаментной рамы и станины; трещины и срыв резьбы в резьбовых соединений; продольные царапины, задиры, неравномерный износ по ходу поршня и окружности на втулках цилиндров компрессора. Дефекты коленчатых валов, поршней и шатунов компрессоров аналогичны одноименным деталям ДВС. Наиболее часто отмечаются отказы компрессора из-за поломок самодействующих (автоматических) клапанов. Действие клапанов в значительной мере характеризует надёжность компрессора, так как при выходе их из строя работа компрессора невозможна. При поломке клапана его части попадают в цилиндр, вызывая задиры зеркала цилиндра, деформации и иногда поломки крышек, поршневых колец и даже деталей движения.
Отказ самодействующих клапанов компрессоров воздуха высокого давления, как правило , связан с поломкой отдельных деталей, наличием прогрессивных износов и их саморазвинчиванием.
Подавляющее большинство поломок и износов деталей клапанов связано с отказом пружин при их неправильной регулировке.
В период нормальной эксплуатации компрессоров наиболее часто встречаются следующие виды поломок и износов деталей самодействующих клапанов: поломки цилиндрических пружин в районе опорных витков, концевых и рабочих витков вследствие усталостного изнашивания, перекосов и неправильной заправки концевых опорных витков; изнашивание рабочих поверхностей в районе седла и ограничителя, а также изнашивание подрезка плоскости на глубину толщины тарелочки; выкрашивание и трещины на сёдлах и ограничителях при недостаточных площадях контакта; износ направляющих стоек ограничителя вследствие малых площадей контакта с тарелочкой.

Анализ изменения параметров, отражающих техническое состояние при неисправностях рулевых машин.

Определение технического состояния (ТС) рулевых устройств (РУ) должно проводиться перед каждым очередным освидетельствованием судна, перед докованием и после ремонта судна (для проверки качества ремонтных работ) и по мере необходимости, при подозрении о появлении неисправностей.
Определение общего ТС РУ происходит на основе его наружных осмотров без каких-либо демонтажных работ и контроля следующих параметров:
- время перекладки руля с борта на борт;
- давление рабочей жидкости в гидроцилиндрах;
- сила тока исполнительного электродвигателя для электрических рулевых машин;
- наличие металлических и абразивных продуктов износа в рабочей жидкости гидросистем;
- параметры вибрации, измеренные на баллере руля. Кроме того, контролю подвергаются:
- вертикальный зазор между петлями ахтерштевня и руля, характеризующий проседание руля;
- состояние фланца соединяющего рудерпис с баллером, по наличию болтов, гаек и стопорных чек;
- состояние пера руля по наличию (отсутствию) вмятин, погибов, изломов обшивки и трещин в характерных точках;
- состояние баллера руля по наличию или отсутствию видимых признаков скручивания.
По времени перекладки руля контролируется общее ТС РУ, включая привод. Контроль проводится на полном переднем ходу судна при номинальной частоте вращения гребного вала, с перекладкой руля с 35° одного борта на 30° другого борта, время перекладки не должно превышать 28 секунд.
По уровню вибрации контролируется ТС опор (зазоры подшипников РУ). Измерения вибрации производятся на баллере руля во всех трёх осях ортогональной системы координат (X, У, Z). Уровень вибрации по величине ускорения, измеряется на частотах собственных колебании пера руля,со средним значением 63 Гц.
Категориям технического состояния соответствуют следующие величины виброускорения:
«хорошее» - <1,2 м/с2;
«удовлетворительное» - 1,2+2,0 м/с2;
«плохое» - >2,0 м/с2.

Характерные повреждения и отказы рулевых машин, их причины.

Для всех типов гидравлических рулевых машин (ГРМ) и электрогидравлических рулевых машин (ЭГРМ) характерны следующие основные конструктивные и эксплуатационные отказы:
1. Автоколебания рулевых машин (РМ). Это обшее для всех типов ГРМ и ЭГРМ физическое явление, существенно зависящее от их конструктивных особенностей. Автоколебания приводят к интенсивным износам всех подвижных элементов и узлов РМ и их отказам. Они проявляются при работе ГРМ в режиме двух насосов, у ЭГРМ при действии одного насоса и тем более двух; в гидравлических системах управления устаревших образцов отечественных ГРМ типа РЭГ. Автоколебания РМ проявляются в виде незатухающих колебаний с постоянной амплитудой и частотой, которые могут происходить в замкнутых системах после снятия внешнего управляющего (поворот штурвала) или возмущающего (удар волны о перо руля) воздействии. Автоколебания отличаются от вынужденных колебаний тем, что последние существуют только при наличии внешнего воздействия, а их амплитуда и частота зависят от амплитуды и частоты этого воздействия.
Причины автоколебаний являются общими для всех типов РМ и обусловлены недостатками проектирования и эксплуатационными демпфирующими факторами, таких как силы трения в сальниках плунжеров и баллера руля, подшипниках, перетечки в насосах и т.д. Автоколебания сопровождаются значительными гидравлическими ударами в силовом контуре, вибрацией фундамента и механическими ударами в соединениях следящего механизма управления главными насосами и других деталей РМ из-за наличия люфтов и больших масс подвижных частей (руль, плунжеры, румпель,), Развиваемые усилия могут быть такими, что корма судна начинает раскачиваться, а эффект раскачки эквивалентен запуску главного двигателя, если автоколебания происходят при стоянке судна. Отличительной особенностью автоколебаний автономных ГРМ является их прекращение при выключении одного из насосов.
2.Значительные загрязнения рабочей жидкости силового контура механическими примесями. Загрязнения происходят в результате вскрытия и ремонта гидрооборудования при плохой последующей очистке гидросистемы, поломок деталей или их интенсивных износов процессе эксплуатации.
У лопастных ГРМ поломки пружин предохранительных клапанов приводят к попаданию их осколков в насосы, выводя их из строя, а также» лопастные приводы, вызывая задиры рабочих поверхностей, приводя к отказу ГРМ.
У плунжерных ГРМ механические примеси, попадая в насосы регулируемой производительности, вызывают задиры и заклинивания плунжерных пар с последующим обрывом опорных башмаков или роликов, задиры цапфенных распределителей и т.д. Каждый такой случай сопровождается отказом ГРМ.
Способствующим фактором аварийных повреждений ГРМ, связанных с загрязнением рабочей жидкости механическими примесями, является отсутствие фильтров в силовом контуре ГРМ.
Загрязнение рабочей жидкости в результате её старения и нормальных износов узлов РМ не вызывает немедленного её отказа, однако, накапливаясь со временем, приводит к более интенсивным износам оборудования и последующим отказам РМ. Загрязнение рабочей жидкости приводит к повышенным износам плунжерных пар, торцевых или цапфенных распределителей, подшипников скольжения и качения, резиновых и фторопластовых уплотнений, золотников гидроусилителей. Незначительные загрязнения рабочей жидкости в контуре управления приводят к отказам РМ, если в них используются приборы и элементы с малыми управляющими усилиями (сельсины, золотники с электромагнитным управлением и т.д.).
Типичными проявлением таких отказов является заклинивание золотника в некотором произвольном положении, создающее постоянный или возрастающий до максимального эксцентриситет главного насоса. Соответственно руль перекладывается на борт и не может быть возвращён в среднее положение до устранения заклинивания золотника.
Появление металлической пыли или мелкой стружки в масле свидетельствует об интенсивном износе прежде всего насосов.
3. Аварийный уход рабочей жидкости из гидросистемы. В результате аварийного ухода рабочей жидкости из гидросистемы (силового или управляющего контура) наступает отказ РМ.
Уход рабочей жидкости из гидросистемы происходит в результате   разрыва трубопроводов в местах сварки и изгибов, перетирания трубопроводов о крепящие их хомуты или о другие предметы, а также нарушения уплотнений в главных насосах. В последнем случае рабочая жидкость уходит из силового контура в расходный бак и оттуда во внешнюю среду. Встречаются разрывы манометрических трубок, самоотвинчивание спускных и воздушных пробок. Существенную роль в разрыве трубопроводов играют сильная вибрация в районе румпельного отделения, а также технология изгиба труб, их сварка и качество крепления.
4.Высокая влажность в румпельном помещении, недостаточная его вентиляция. Высокая влажность в румпельном отделении приводит к значительному падению сопротивления изоляции всего электрооборудования РМ, прежде всего приводных электродвигателей. Недостаточная вентиляция способствует повышению влажности, а выход из строя приборов, трубопроводов и клапанов системы парового отопления увеличивает влажность до максимальных значений. Протечки забортной воды через сальник баллера также способствует повышению влажности.
5. Некачественное регулирование РМ или его эксплуатационное нарушение. Некачественное регулирование приводит к снижению эффективности работы РМ и в целом системы автоматического управления судном по курсу, увеличивает углы и количество перекладок руля, рыскание судна по курсу и сопротивление его движению. При значительном нарушении регулирования возникает рассогласование указателей положения руля, что усложняет управление судном и способствует возникновению отказов РМ.
Способствующим фактором нарушений регулировки РМ, является конструктивный недостаток регулировочных устройств -винтовых талрепов, так как они не обеспечивают необходимой точности регулирования и быстро изнашиваются.
Нарушение регулирования ГРМ происходит при поломках пружин, износах или прослаблении резьбовых соединений нуль-установителей насосов регулируемой производительности радиально-поршневого типа.
Изменение положения конечных выключателей или их несрабатывание приводит к изменениям предельных углов перекладки руля.
Снижение давления в системе управления происходит в результате нарушения регулировки перепускного клапана, засорения фильтра, изменения упругости пружины. Результатом этого является замедленное срабатывание гидроусилителя и, иногда, отказ ГРМ. Изменение упругости пружин гидрозамков и электромагнитных клапанов системы управления, также может привести к отказам РМ.
Причиной отказа РМ могут быть некачественный ремонт и несоблюдение сроков и объёмов ТО, а также грубые нарушения правил технической эксплуатации РМ.

Локализация неисправностей подшипников скольжения.

При установлении неисправностей подшипника следует принимать во внимание следующие аспекты:
- вид неисправности,
- форму проявления неисправности,
- механизм возникновения и последствия.
Целью осмотра при неисправности подшипника должно быть стремление найти его причину. Нередко причину повреждения нельзя выяснить без информации о предыдущей работе механизма (производственные условия, техобслуживание, маслоснабжение, перегрузка, неисправности других деталей, продолжительность эксплуатации и т. д.). Для однозначного диагностирования повреждений подшипника требуется комплексный подход.
1. Инородные бороздки и инородные заливки. 
Проявление:
- бороздки по окружности
- шероховатости на поверхности, вызванные инородной заливкой.
Причины:
- загрязненное смазочное масло;
- неудовлетворительная очистка деталей двигателя при его сборке (смазочные каналы - коленчатый вал - корпус - шатун - опорная шейка);
- неудовлетворительный уход за системой смазки (несвоевременные смены фильтра и масла).
2. Отклонения от соосности и формы. 
Общее проявление:
- жесткий пусковой трек (сильный местный износ) или трещины на заливке подшипника.
Проявление:
- жёсткий пусковой трек (сильный износ) на одной стороне подшипника, иногда в обоих полувкладышах.
2.1. Односторонний кромочный контакт. 
Проявление:
- износ слоя заливки подшипника на большой поверхности, прежде всего, в зоне основной нагрузки;
- конусная расточка цапфы;
- конусная расточка корпуса;
- слишком большой радиус закругления между опорной шейкой и щекой коленчатого вала или слишком большой осевой зазор;
- коленчатый вал не уравновешен, из-за этого действует чрезмерная деформация ("колебания").
2.2. Кромочный контакт обоих полувкладышей на противолежащих краях подшипника.
Проявление:
как и при одностороннем кромочном контакте, однако, на противолежащих краях подшипника в обоих полувкладышах, в легком случае - только у одного полувкладыша, тогда не отличается от позиции 2.1.
Причины:
- несоосность цапфы и/или корпуса;
- деформация картера;
- искривленный или поврежденный шатун.
2.3. Двухсторонний кромочный контакт.
Проявление:
Жесткий пуск или износ по краям подшипника, в тяжелых случаях - по обоим полувкладышам. Причины:
- вогнутая отшлифованная цапфа;
- вогнутая расточка корпуса;
- слишком большой радиус закругления между опорной шейкой и щеками коленчатого вала;
- слишком большой зазор коленчатого вала;
- "биение" штока.
2.4. Жесткий пусковой трек в средней части подшипника. 
Проявление:
- местами сильный износ средней части подшипника, что в результате перегрузки слоя-заливки может привести к тепловым трещинам и усталостному разрушению,
- местное схватывание материала. Причины:
- выпуклая цапфа, выпуклая расточка корпуса;
- нехватка масла.
3. Изнашивание.
3.1. Изнашивание на большой поверхности. 
Проявление:
- износ слоя заливки подшипника на большой поверхности, прежде всего, в зоне основной нагрузки.
Причины:
- нормальный износ из-за долгого срока службы;
- полусухое трение между цапфой и вкладышем подшипника, вызванное нехваткой смазочного масла;
- опорная шейка имеет слишком большую шероховатость,
- волнообразная опорная шейка.
3.2. Полосообразрый износ средней части подшипника.
Проявление:
множественные круговые царапины в средней части подшипника.
Причина:
- отсутствие закруглений у входа смазочной системы коленчатого вала.
3.3. Изнашивание гребенки. 
Проявление:
сильный полосообразный износ в зоне продолжения смазочной канавки, в крайних случаях - усталостное разрушение слоя заливки. Причина:
- нижняя сторона цапфы не изнашивается в районе смазочной канавки подшипника, поэтому в середине цапфы возникает возвышение, вызывающее полосу повышенного износа в зоне нагрузки подшипника.
3.4. Узкие, неизношенные полосы по краям подшипника. 
Проявление:
узкие, жесткие следы износа вблизи краев подшипника. Между кромкой подшипника и полосой износа не видно следов запуска. Следы износы могут быть на одной стороне или на обеих сторонах.
Причина:
- неправильная шлифовка коленчатого вала.
4. Некруглое глухое отверстие.
4.1. Продольная эллипсность глухого отверстия. 
Проявление:
изнашивание вплоть до выкрашивания в зоне зеркала штампа, возможно также разрушение слоя заливки. Причина:
- эллиптическая форма глухого отверстия, обусловленная термической и механической нагрузкой;
- неправильное (слишком высокое) затягивание винтов при сверлении глухого отверстия.
4.2. Поперечная эллипсность глухого отверстия. 
Проявление:
в отличие от нормального пятна контакта зубьев суженные, жесткие следы контакта или зоны износа, в некоторых случаях крошение в вершине нагруженного вкладыша, в тяжелых случаях также и в вершине ненагруженного вкладыша.
Причина:
- эллипсность расточки, корпуса, вызванная калибровкой зеркала штампа или корпуса,
- неправильная (слишком слабая) затяжка винтов при сверлении глухого отверстия.
5. Коррозия.
Проявление:
шероховатая (разъеденная), пористая или изборожденная рабочая поверхность (часто потемневшая), износ слоя заливки, переходные зоны различной окраски на нем, иногда полный износ слоя заливки, в экстремальных случаях разрушение свинцовистой бронзы. Причины:
- применение недопустимых, агрессивных смазочных примесей,
- загрязнение смазочного масла щелочами (например, морозо-защитной) или кислотами;
- грубое нарушение сроков замены масла (старение масла);
- агрессивные продукты сгорания, особенно при эксплуатации на тяжелом моторном топливе;
- высокое содержание воды в масле.
6. Кавитация.
Основная причина:
в потоке масла в областях пониженного давления возникают небольшие пузырьки масляных паров, попадая в области высокого давления, они исчезают ("сжимаются"). Кавитация вызывается находящимися в масле низкокипящими примесями и высокими средними температурами смазки.
6.1. Кавитация в потоке масла в зоне его подачи. 
Проявление:
чётко очерченная, часто пикообразная эрозия около смазочной канавки.
Причины:
- возникновение областей пониженного давления в зоне поступления масла;
- завихрение в зоне рабочей поверхности около канавки в том месте, где направление вращения цапфы противоположно потоку масла в канавке.
6.2. Кавитация в потоке масла после выхода смазочной канавки.
Проявление:
после выхода смазочной канавки в направлении течения потока масла возникает эрозия различной формы, в большинстве случаев напоминающей гриб или крону дерева, местами разъедены края выхода смазочной канавки.
Причина:
- неудовлетворительное течение масла в зоне перехода от смазочной канавки к рабочей поверхности.
6.3. Кавитация в деталях распределительных узлов. 
Проявление:
изнашивание слоя заливки, имеющего форму от бочкообразной до серповидной, четкие границы удаления от выхода смазочной канавки в направлении вращения, встречается, главным образом, в коренных подшипниках.
Причина:
- колебание давления в смазочном канале коленчатого вала, вызванное рециркуляцией потока масла.
6.4. Кавитация, вызванная колебанием. 
Проявление:
точечная, скученная эрозия. Причина:
- деформационное или изгибное колебание подшипниковой стойки (чаще всего верхней шатунной головки), вызывающее пониженное давление в масляной пленке.
7. Усталостное разрушение антифрикционного материала
7.1. Усталостное разрушение антифрикционного материала 
Проявление:
трещины   и/или,   похожие   на   выбоины,   воронки   в антифрикционном материале. Причины:
- местная перегрузка из-за слишком больших усилий на опоре;
- местные смятия (например, кромочный контакт),
- при определенных обстоятельствах в совокупности с местным перегревом.
Разрушение возникает из-за наличия на поверхности подшипника небольших трещин, которые в дальнейшем распространяются на стальную опорную втулку и ведут к образованию в антифрикционном материале воронок, напоминающих выбоины в мостовой.
7.2. Усталостное разрушение слоя заливки. 
Проявление:
наличие в слое заливки трещин и/или воронок (напоминающие нанесенные короедом повреждения древесного слоя). Причина:
- местные перегрузки из-за слишком больших усилий, действующих на опору,
- местные смятия (например, кромочный контакт), чаще всего в совокупности с местным перегревом.
8. Недостаточная прочность посадки вкладышей.
8.1. Повреждения, вызванные трением нерабочей поверхности подшипника.
Проявление:
темные, слегка шероховатые пятна на нерабочей поверхности подшипника и в глухом отверстии, сталь уже подвергнута разрушению. Причины:
- неудовлетворительный предварительный натяг вкладышей подшипника, обусловленный слишком большим размером глухого отверстия;
- винты затянуты с несоблюдением рекомендуемой технологией.
8.2. Подплавления на нерабочих поверхностях подшипника. 
Проявление:
выемки (дефекты поверхности) и наплавки на нерабочей поверхности вкладышей, часто в зоне поверхностей разъема. Причины:
- значительная недостаточность предварительного натяга вкладышей подшипника из-за слишком большого размера глухого отверстия;
- винты затянуты с несоблюдением рекомендуемой технологией.
8.3. Поломка опорной втулки. 
Проявление:
зубчатый излом опорной втулки, обычно видны зоны фиксации на поверхности излома, поверхности излома часто уже разрушены. Причины:
- ржавчина, возникшая в результате трения несмазанных поверхностей и/или подплавления ведут к повышенной концентрации напряжений;
- неплотно притертые вкладыши.
9. Ошибки монтажа.
9.1. Эллиптичное и/или эксцентричное глухое отверстие. 
Проявление:
износ до притирки на лежащих диагонально друг против друга поверхностях стыка. Причины:
- крышка неправильной формы;
- повреждённое крепление крышки;
- повёрнутая на 180° крышка;
- несоблюдение последовательности затяжки винтов.
9.2. Ошибки при сборке каналов смазки 
Проявление:
задир подшипника и немаркированный канал смазки корпуса на нерабочей поверхности подшипника. Причина:
- невнимание при сборке подшипника: канал поступления смазочного масла перекрыт.
9.3. Зажатие стопорного штифта 
Проявление:
следы в фиксирующем отверстии и на нерабочей поверхности подшипника, на этих местах возникает повышенное изнашивание рабочей поверхности, возможно крошение.
Причина:
- ошибка монтажа или слишком длинный стопорный штифт (слишком далеко выступает, например, загрязненное глухое отверстие).
9.4. Ошибка при сборке фиксирующего шипа. 
Проявление:
повреждённый фиксирующий шип, жёсткий разгон до притира на данных местах рабочих поверхностей. Причина:
- монтажная ошибка - шип не полностью в шлице.

Анализ отказов и повреждений подшипников скольжения

Причинами нарушения нормальной работы и повреждений подшипников скольжения являются:
- нарушение режима смазки;
- попадание в подшипник посторонних твёрдых частиц;
- воздействие вибрационных нагрузок;
- дефекты заливки антифрикционного материала;
- неудовлетворительная подгонка вкладышей и упорных подушек.
Нарушение режима смазки вызывает перегрев подшипника, а при несвоевременном обнаружении это может привести к местному подплавлению баббита и его натягу - наволакивание баббита с нижнего вкладыша в район разъёма подшипника. Если процесс не будет прогрессировать, то за счёт искусственного увеличения зазора при натяге подшипник сможет продолжать нормально работать. Если же перегрев будет усиливаться, произойдёт выплавливайте баббита с большой площади вкладыша, налипание его на шейку вала, что приведёт к исчезновению зазора и полному выплавлению заливки подшипника.
При работе в подшипник между шейкой вала и вкладышами могут попадать различные твёрдые частицы, заносимые маслом. Это приводит к образованию на шейке вала и заливке вкладышей кольцевых рисок и царапин, что вызывает нарушение условий смазки и ухудшение скольжения. При значительных вибрационных нагрузках вследствие ударов шейки вала происходит наклёп баббита. На поверхности заливки появляются видимые невооружённым глазом белые пятна и мельчайшие трещины. Постепенно трещины сливаются в замкнутые контуры, в которых происходит отслаивание и выкрашивание баббита. Наличие трещин препятствует установившейся работе масляной плёнки. Отслаивающиеся и выкрашивающиеся кусочки баббита забивают зазор и нарушают нормальную смазку. В отдельных случаях это может привести к натягу баббита.
В эксплуатации встречаются случаи повреждения подшипников вследствие неудовлетворительного качества заливки или применения баббита несоответствующего или неудовлетворительного качества. При этом дефект выражается в плохом сцеплении баббитовой заливки с металлом вкладыша, что может вызвать образование трещин в нижней части вкладыша, что может вызвать образование трещин в нижней части вкладыша. Трещины повлекут за собой выкрашивание кусочков баббита, забивание ими зазора и нарушение нормальной смазки подшипника. В отдельных случаях может произойти подплавление баббита.
Дефектом заливки является также неоднородность структуры различных слоев баббита вкладышей вследствие различных скоростей охлаждения их нижних и верхних частей.
Нормальная работа подшипника может быть нарушена плохим состоянием поверхностей шеек валов. Это бывает связано как с попаданием в подшипники посторонних твердых частиц, заносимых маслом, так и с их коррозионным повреждением, вызванным обводнением масла и неудовлетворительным контролем за состоянием подшипников. Причиной коррозии шеек может явиться также несоблюдение и невыполнение порядка консервации подшипников при бездействии установки.

Анализ отказов и повреждений подшипников качения

Эксплуатационные повреждения подшипников качения связаны с нарушением установленных режимов их работы и хранения, приводящие к превышению прочностных возможностей материала колец, тел качения и сепараторов. К таким нарушениям можно отнести:
- нарушение теплового режима работы;
- масляное голодание;
- воздействие вибрационных нагрузок;
- загрязнение подшипников;
- прохождение через подшипники электрического тока;
- коррозионное воздействие.
Работа подшипников при повышенной температуре приводит к искусственному отпуску металла деталей и снижению твёрдости. Обычно подшипники, применяемые, например, в газотурбинных установках, могут надёжно работать при температурах до 250° С.
При эксплуатации могут быть случаи, когда рабочая температура подшипников превышает допустимую. Это наблюдается при нарушении режима охлаждения после остановки, в случае ухудшения смазки подшипников по каким-либо причинам и при повышенном трении вследствие высоких контактных нагрузок.
О работе подшипника при повышенной температуре, превышающей температуру отпуска, внешне можно судить по наличию цветов побежалости. Как правило, подшипники с цветами побежалости ремонту и восстановлению не подлежат и заменяются.
Следствием перегрева подшипника является образование следов качения на беговых дорожках в виде тёмно-синих полос без выработки. Полосы образуются при пригорании масла в результате повышенной температуры из-за значительной нагрузки.
Подшипник, разрушившийся вследствие нарушений режима смазки, по внешнему виду отличается от подшипника, отказавшего по причине усталостных разрушений. Нарушение теплоотвода, прежде всего, отражается на телах качения, повышая их температуру. Они нагреваются быстрее колец, так как имеют меньшую массу, чем кольца, от которых достаточно интенсивно отводится тепло через посадочную поверхность. Нагрев тел качения вызывает рост их объёма, что приводит к появлению повышенного трения. По мере нагрева колец в точках контакта их с беговыми дорожками материал тел качения начинает оплавляться и налипать на береговых дорожках.
При разрушении подшипника сепаратор остаётся целым, так как заклинивание и разрушение всех тел качения происходят одновременно без повышенного давления на сепаратор. Однако при этом он сильно деформируется, его гнёзда под тела качения оплавляются и изнашиваются.
При масляном голодании подшипник разрушается вследствие нагрева тел качения и полной «выборки» зазоров между ними и кольцами. При этом его поврежденные детали имеют характерный вид: тела качения оплавлены и имеют следы сильного истирания, на кольцах беговых дорожек - слой наплавленного металла и следы истирания, а в случае длительной работы подшипника, в условиях масляного голодания, сепаратор может разрушиться на несколько кусков.
При работе в подшипники могут попадать твердые частицы, заносимые маслом. Частицы образуют на дорожках и телах качения концентрические риски. Наиболее опасными являются риски, образующиеся на шариках, так как при повороте последних их расположение может не совпасть с направлением деформирования шарика при качении. В роликовых подшипниках риски располагаются по направлению деформирования металла береговых дорожек и роликов.
Любые твёрдые частицы, попадающие в работающий подшипник, нарушают его нормальное состояние и, в конечном итоге, могут привести к преждевременному выходу его из строя.
Существенной особенностью, свойственной лишь подшипникам качения, является повышенная их чувствительность к прохождению электрического тока. Электрический ток, проходя через подшипник, пробивает плёнку смазки в местах контакта тел качения. Кратковременные и сильные разряды вызывают образование на поверхностях деталей качения небольших кратеров, похожих на кратеры, возникающие при дуговой сварке.
Для подшипников качения характерна их высокая чувствительность к вибрационным нагрузкам, что особенно вредно сказывается на подшипниках, которые подвергаются воздействию вибрации при неработающем механизме. Для снижения воздействия вибрационных нагрузок на подшипники бездействующие агрегаты должны периодически проворачиваться и через определённое время вводится в действие. Вибрационные нагрузки вызывают образование на дорожках качения участков выкрашивания, отличных от усталостных повреждений. Эти участки расположены один от другого на значительном расстоянии, равном шагу расположения тел качения в подшипнике.
Механизм образования участков выкрашивания можно объяснить следующим образом. Вибрация приводит к многократным нажатиям соединённых вместе участков, вследствие чего возникает коррозия сухого трения. При нарушении граничного слоя смазки происходит соприкосновение вершин микрошероховатостей, их диффузионное сцепление и разрушение. Процесс многократного сцепления микрошероховатостей приводит к образованию углублений, называемых «ложным бринеллированием», поскольку по внешнему виду они похожи на отпечатки, которые получаются при испытании твёрдости по Бринел-лю.
Воздействие вибрационных нагрузок в конечном итоге может привести к разрушению подшипника. Особенно сильное воздействие они оказывают на роликовые подшипники, а также на шариковые с большим внутренними зазорами.
Коррозионные повреждения подшипников являются весьма распространёнными дефектами, которые проявляются в образовании поверхностных налётов и раковин. При этом происходит изменение внешнего вида подшипника. Стальные детали покрываются коричневой ржавчиной, медные - зелёной плёнкой, алюминиевые сплавы -белым налётом. Коррозия может быть в виде сплошных или местных поражений. Обычно сплошная коррозия менее опасна, так как она, как правило, не вызывает глубоких повреждений металла и может быть удалена общеизвестным способом. Местные коррозионные поражения бывают в виде пятен одинаковой глубины и точек различной глубины.
Точечная коррозия в отдельных случаях может вызывать образование язвин и сквозных поражений.
Коррозионные повреждения снижают контактную выносливость и ухудшают качество вращения подшипников.

Отказы и неисправности топливной аппаратуры

Топливная аппаратура (ТА) является наиболее уязвимым в эксплуатационном отношении узлом двигателя. Большинство вынужденных остановок судов в море происходит из-за неполадок возникающих в ТА. Для главных МОД за 10 тыс. эксплуатации число остановок составляет 22 - 26%, для СОД достигает 35% общего числа отказов по двигателю. Для отдельных дизелей процент отказов ещё выше и доходит до 45% и более. Топливная аппаратура представляет собой сложный, в конструктивном отношении узел, состоящий из многих прецизионных элементов с притёртыми поверхностями, работающих в условиях либо больших механических, либо гидродинамических и тепловых нагрузках. Весьма важным фактором отказов ТА может оказаться низкий уровень их технического обслуживания.
ТНВД. В случае заклинивания плунжера силы пружины не хватает для возвращения плунжера в нижнее положение, поэтому подача топлива в цилиндр прекращается. Опыт показывает, что главной причиной заклинивания плунжеров являются недостаточные чистота и смазывающие свойства топлив. Чистота топлива обеспечивается заданным уровнем подогрева, определяющим качество отстоя, сепарирование и фильтрации в фильтрах грубой и тонкой очистки.
Эрозионный износ плунжера в районе отсечной кромки происходит из-за кавитационных явлений во время перепуска топлива до и после активного хода плунжера и является причиной гидравлической неплотности пары - «втулка-плунжер».
Быстрый переход с горячего тяжёлого топлива на дизельное может привести к трещинам в корпусе ТНВД и заклиниванию плунжерной пары. Поломка пружин клапанов ТНВД нарушает нормальную работу клапанов, способствует их заклиниванию, а при попадании частиц обломков пружин под клапаны, вызывает нарушение фаз впрыскивания и величин цикловых подач топлива. Волновые удары, сопутствующие процессам нагнетания и перепуска топлива вызывают дополнительные усталостные нагрузки пружин.
Из прочих неисправностей клапанов ТНВД следует отметить их зависание. Причины в этом случае две - конструктивная и эксплуатационная. Первая объясняется неудачной конструкцией штока клапана, большая длина, отсутствие канавок для смазки. Вторая связана с излишним затягом корпуса клапана при монтаже, загрязнениям топлива, образованием пояска коррозии на выступающей части штока (при длительных стоянках двигателя в тропических условиях и при плохой подготовке тяжёлых остаточных топлив).
Неисправности нагнетательных топливопроводов высокого давления проявляются в виде свищей и трещин в стенках и в местах приварки штуцеров. Свищи и трещины являются результатом высоких гидравлических нагрузок, вызываемых резким подъемом давления впрыскивания при работе двигателя на топливе имеющем высокую вязкость, засорении щелевых фильтров и закоксовании сопловых отверстий форсунок. В простейших случаях причиной разрыва штуцерных соединений является некачественная сварка.
Неисправности форсунок, точнее, их распылителей, составляют основную долю обычного числа отказов элементов ТА и является причиной остановок судна в море.
Признаком зависания иглы является повышение температуры выпускных газов данного цилиндра и нагрев нагнетательного топливопровода. Игла зависает чаще всего вследствие плохой очистки топлива или его обводнения. Обводнение топлива морской водой является главной причиной развития процесса коррозии элементов ТА, особенно игл форсунок.
Другими причинами зависания или заклинивания иглы являются: излишняя или неравномерная затяжка форсунки в крышке цилиндра, чрезмерное обжатие гайки распылителя, нарушение режима охлаждения распылителя вследствие закоксования каналов. Износ посадочной поверхности иглы форсунки вызван ударной нагрузкой пары «конус иглы - седло» и эрозионным действием потока топлива, истекающего с высокой скоростью. Форсунка в таком случае теряет герметичность (подтекает).
При неплотности посадочной поверхности иглы создается условия для коксования топлива в канале под иглой, в сопловых отверстиях и на наружной поверхности распылителя. Возникает перегрев, сопровождающийся повышенной скоростью нагарообразования. В итоге возможны зависание иглы, растрескивание распылителя, закоксова-ние сопловых отверстий или повышенная скорость их изнашивания. Нужно иметь в виду, что и целью обеспечения нормальных условий смесеобразования износ распыливающих отверстий сопла требованиями заводов-изготовителей ограничивается (не более 5 - 10% начального размера). Распылитель бракуют, если хотя бы одно отверстие увеличилось до указанного размера.
Сопряжённые поверхности элементов форсунки «игла - направляющая, распылитель - корпус» по сравнению с наконечником распылителя работают в менее тяжелых условиях, поэтому число их отказов меньше. Износ пары «игла-направляющая» оценивают визуально по степени протечек топлива, а износ остальных сопряжений вызванные местной коррозией или некачественным монтажом - по наличию топлива в охлаждающей воде.
Проседание (снижение жёсткости) и поломка форсуночных пружин проявляются в повышении температуры выпускных газов и появлении нагара на распылителях. Потеря жёсткости пружины определяют на испытательном стенде. Незначительная усадка пружины иглы в первое время её работы - явление почти нормальное. Однако, бывают случаи, когда сила затяжки пружины падает на 15+25% против нормы уже через первые 100-500ч. работы, что ухудшает смесеобразование и, следовательно, экономичность работы двигателя.
При изломах пружин обычно откалывается один-два крайних витка. Эксплуатационной причиной в данном случае может быть неполное прилегание опорных витков или перекос оси пружины.
С точки зрения управления рабочим процессом в цилиндрах существенное значение имеет не только цикловая подача топлива, но и момент начала подачи, давление впрыскивания и изменение его в процессе подачи топлива на цилиндр двигателя. В связи с этим наиболее информативным диагностическим параметром для выявления повреждений ТА можно считать осциллограмму давления топлива у форсунки.

Повреждения деталей движения.

Поршни. Из всех неисправностей деталей ЦПГ отказы поршней являются наиболее опасными, поскольку приводят к отказам двигателя в целом. В лучшем случае возникает необходимость переборки, ремонта и замены деталей. К характерным дефектам поршня можно отнести: выгорание и растрескивание металла днища поршня, повреждение или износ компрессорных колец и их канавок, отложение нагара и кокса в поршневых канавках и на поверхности головки поршня, износы и задиры тронка и т.д.
Сквозное прогорание металла донышка поршня или его выгорание может быть следствием неудачной конструкции, некачественного распыла, отложения нагара или накипи со стороны охлаждения и т.п. Выгорание, как правило, сопровождается образованием трещин. Для предотвращения этих неисправностей необходим контроль теплового состояния головки поршня. Наибольшей информативностью в этом случае обладает температура на периферии днища поршня. Технология заделки термодатчиков в головку поршня в достаточной мере отработана. Наибольшие трудности возникает с передачей информации и питанием датчиком на движущемся поршне, эту задачу удается решить на основе индуктивной связи между подвижным блоком, закрепленным на поршне и неподвижным, установленным в подпоршневом пространстве.
Износ поршневых колец приводит к увеличению зазора в замке кольца и выходу кольца из канавки поршня. При некачественном материале, например, недостаточной упругости, неправильной пригонке и малом зазоре возможна поломка уплотнительных колец. Залегание колец в канавках поршней также является причиной их поломок.
К основным неисправностям коленчатых валов относят: усталостные трещины, проворачивание шеек в местах их запрессовки в щеки и повреждения поверхностей шеек в виде царапин, натиров или задиров.
Аварийные повреждения коленчатых валов настолько редки, что диагностирование их технического состояния во время работы дизеля, с целью обнаружения усталостных трещин или проворачивания шеек в местах запрессовки, вряд ли представляется целесообразным для предотвращения отказов коленчатых валов достаточно соблюдать ПТЭ и регулярно проводить осмотры поверхности шеек коленчатого вала с использованием средств дефектоскопии.
Штоки. Штоки находятся в более благоприятных условиях, чем остальные детали движения и не подвергаются износам. Для них характерны коррозия и деформация опорных фланцев.
Крейцкопфы. Характерными дефектами крейцкопфов являются: износ цапф, в результате которого образуется эллиптичность; наработки; царапины и задиры на цапфах; нередко трещины и поломки относят к характеру аварийных повреждений. Повреждения крейцкопфов, как правило, носят единичный характер, поэтому организация постоянного эксплуатационного контроля с помощью средств технической диагностики экономически не целесообразна.
Шатуны и шатунные болты. Основными видами повреждений шатунов являются: изгиб; трещины; поломки (разрывы) шатунных болтов (вследствие возникновения усталостных трещин), что чревато тяжелыми разрушениями двигателя.
Самый простой способ предотвращения таких аварий, является тщательное соблюдение требований по затяжке и стопорению шатунных болтов, контроль их удлинения, визуальный осмотр и дефектоскопия.
Распределительные валы. Вследствие изнашивания уменьшается диаметр шеек и образуется их эллиптичность. При определённых условиях, например, подплавлении подшипника, возможен изгиб распределительного вала. Кулачные шайбы изнашиваются в районе профильной части, возможны трещины на их поверхностях.
Подшипники в судовых дизелях относятся к наиболее ответственным узлам. Их неисправности часто приводит к отказу двигателя в целом. Наибольшее число повреждений приходится на головные подшипники. Особенно тяжёлые условия для их работы возникают при реверсах и пусках двигателя.
К характерным дефектам подшипников (головных, рамовых, мотылёвых) относятся: растрескивание слоя заливки, отслаивание слоя заливки антифрикционного сплава от постели вкладыша, натиры, подплавления и полные выплавления антифрикционного материала.
В целом, на износ подшипников влияют система смазки и качество масла, условия работы двигателя, качество заливки и пригонки, качество технического обслуживания.

Повреждения деталей остова.

Основные детали остова - фундаментная рама, станина, блоки цилиндров, цилиндровые крышки и анкерные связи, связаны друг с другом, однако условия работы, а также характеры неисправностей у них различные.
Фундаментная рама является основанием двигателя и опорой коленчатого вала. Основное требование, предъявляемое к ней - высокая жесткость, которая определяется не только необходимостью малых деформаций по действиям сил, сопровождающих работу самого двигателя, но и тем, что фундаментная рама связывает двигатель с корпусом судна.
При сборке дизеля на судне на центровку рамы даются жесткие допуски, поскольку это связано с надежностью работы подшипников коленчатого вала. Однако, в эксплуатации основное влияние на деформацию рамы оказывает изгиб судового фундамента, возникающий в результате изменения загрузки судна, действия морских волн или остаточных деформаций корпуса, полученных при посадке на мель.
Геометрия фундаменной рамы двигателя может нарушаться и при статической деформации корпуса, например, в результате неправильной постановки судна в док.
Очевидно, что деформация фундаментной рамы судового дизеля связана не только с изгибом корпуса судна. При работе дизеля усилие от давления газов в цилиндре передается с одной стороны крышке и через анкерные связи фундаментной раме, а с другой -поршню, а затем через шток и шатун снова фундаментной раме. Кроме того, через неё передается корпусу судна опрокидывающий момент.
Таким образом, фундаментная рама совершает сложные движения: вертикальные и периодические бортовые колебания. Если при сжатии в рабочем ходе в цилиндре между деталями остова образуется зазор, то в этом случае создается наиболее благоприятные условия для фреттинг-изнашивания. Вследствие этого износа ослабляется затяжка и обрываются фундаментные болты, появляются вибрации, износы и поломки других деталей остова.
Остановить начавшийся износ фундаментных клиньев перезатяжкой фундаментных болтов, как правило, не удаётся. Зазоры вновь появляются через 100 - 200 ч. работы дизеля. Поэтому ремонт изношенных мест соединений деталей остова без ремонта фундаментных клиньев может не дать положительных результатов.
Значительную часть повреждений фундаментных рам составляют трещины. Анализ показывает, что причинами их появления может быть несовершенная конструкция самих рам или технология сварки, а также перегрузка двигателя при работе в чрезмерно тяжёлых условиях.
Блоки и станины. Основными дефектами блоков и станин являются коррозия и трещины. Коррозия, в основном, проявляется в посадочных местах втулок цилиндров и на поверхностях, прилегающих к ним. Трещины возникают, главным образом, в местах концентрации напряжений.
Неисправности фундаментных рам станин, блоков цилиндров сами по себе практически не вызывают внезапных отказов. Однако их деформация создает условия для нарушения центровки деталей движения и может быть первопричиной их аварийных повреждений: разрушений подшипников, интенсивных износов и задиров деталей ЦПГ и т.п. Поэтому в первую очередь должен быть реализован диагностический контроль деформаций и взаимных перемещений фундаментальных рам, картерных стоек и блоков цилиндров.
Цилиндровые втулки, по сравнению с другими деталями ДВС работают в более тяжёлых условиях. Внутренняя часть втулки подвергается воздействию не только горячих газов, но и является поверхностью трения поршневых колец. В связи с этим одним из типичных дефектов цилиндровых втулок является повышенный или неравномерный износ, а также их задиры. Наружная поверхность омывается охлаждающей жидкостью, поэтому на ней возникают коррозионные, эрозионные и кавитационные разрушения.
Велико влияние на скорость износа содержания серы и твёрдых включений в топливе, особенно при низкой температуре окружающей среды, пониженных температурах в системе охлаждения двигателя, при его работе с малыми нагрузками, что обуславливает понижение температуры внутренних поверхностей стенок цилиндров.
Задиры рабочей поверхности втулки связаны с возникновением между поршнем и втулкой сухого трения из-за нарушения режимов смазки. К внезапным отказам ЦПГ следует отнести: задиры, водотечные трещины, обрывы втулок по верхнему бурту, при отсутствии контроля за развитием трещин в этой зоне.
Для диагностирования этих повреждений на ранней стадии их развития наиболее универсальным является виброакустический метод. Так, для обнаружения задира датчики устанавливают в нижней части втулки с ориентацией вдоль её оси. В случае задира датчики будут фиксировать продольные резонансные колебания втулки. Для выявления трещин вибропреобразователи (датчики) ориентируют в радиальном направлении.
Возникновение предзадирного состояния можно определять при помощи контактных датчиков температуры (термопар).
Крышки цилиндров. Основными дефектами крышек являются трещины, коррозия, обгорание. Возникновение трещин связано, главным образом, с тепловым воздействием, вследствие неравномерной затяжки гаек при креплении крышек, а также из-за неудачной конструкции крышек.
Крышки могут выйти из строя из-за гидравлических и механических ударов, если в крышке имеются сквозные трещины, сквозь которые вода просачивается в цилиндр. Во время работы двигателя это, как правило, не происходит, так как вода испаряется и удаляете с выпускными газами. Если вода и просачивается в цилиндр при остановке, то накопившись там, при пуске может вызвать гидравлический удар (во время пуска при закрытых индикаторных кранах).
Обгорание крышек связано с качеством их охлаждения.
Анкерные связи. Соединяют блок цилиндров, станину и фундаментную раму, разгружая их от напряжений растяжений и изгиба. Усилия, с которыми затягиваются анкерные связи, в 1,5 раза превышает максимальное давление сгорания в цилиндрах.
В процессе эксплуатации происходит перераспределение нагрузки между анкерными связями главных двигателей при деформации корпуса судна вызванной загрузкой судна, волнением моря и неравномерности нагрева деталей остова. Несмотря на высокие требования к изготовлению анкерных связей и большой запас прочности бывают случаи их обрыва.
Диагностирование состояния анкерных связей может быть обеспечено тензометрическим контролем испытываемых ими напряжений. При этом анализ изменения нагрузки на анкерные связи позволил бы оценивать условия работы всего остова в целом.

Отказы и повреждения деталей газовой турбины.

Лопаточный аппарат. Обрыв рабочих лопаток компрессора или турбины относится к наиболее тяжелым видам повреждения ГТД.
Основной причиной обрыва лопаток компрессора является снижение усталостной прочности материала в результате коррозии или эрозии при высоких напряжениях, вследствие динамических и вибрационных нагрузок. Эти нагрузки могут возрастать в случаях работы компрессора в зоне неустойчивой работы, иногда этому способствуют конструктивные и технологические дефекты (рост вибрационных напряжений вследствие неравномерностей в потоке воздуха, недостаточная отстройка лопаток по частоте, некачественное изготовление лопаток). Начало усталостного разрушения металла лопатки носит местный характер и связано с образованием микротрещин, которые при циклических нагрузках, объединяются между собой. Развитие усталостных трещин начинается, как правило, с входных кромок лопаток и реже - с выходных. Часто источниками образования трещин являются участки коррозионно-эрозионных поражений.
Повреждения спрямляющих и направляющих аппаратов компрессоров связаны, в основном, с отсутствием в сварных конструкциях достаточной эластичности, наличием высоких остаточных напряжений и низкими демпфирующими свойствами. Разрушения направляющих аппаратов по сварным точкам приводит к выпадению отдельных лопаток или отставанию полуколец и задеванию их о ротор.
Помпаж компрессора приводит к обратному течению потока воздуха и газов внутри воздушно-газовых трактов ГТД и возникновению ударной волны высокой интенсивности. Продолжительность одного помпажного цикла «образование ударной волны - образование обратного течения - восстановление нормального течения» длится от 0,1 до 0,5с. Интенсивность ударной волны характеризуется увеличением статического давления в 2-3 раза и высокой скоростью её распространения.
Приложение нагрузки на детали и узлы ГТД от действия ударной волны происходит в виде короткого, по времени, импульса и может вызвать прогиб лопаток, повреждения корпуса ГТД и подшипников, нарушить узлы крепления и изменить центровку двигателя. Прогиб лопаток компрессоров при помпаже, может вызвать надрыв лопатки у корня с последующим развитием усталостных трещин.
Динамические осевые нагрузки при помпажах являются основной причиной разрушения и повреждения упорных подшипников.
В момент помпажа продольные колебания ГТД могут достигать амплитуд 10 - 20 мм, что вызывает нарушения центровок «ротор-корпус ГТД» (с последующим задеванием рабочих лопаток о корпус) и «ГГД-редуктор».
Из всех деталей ГТД рабочие лопатки турбины работают в наиболее тяжелых условиях. Испытывая значительные механические нагрузки от действий рабочего тела (газа) и центробежных сил , а также вибрации, они одновременно подвержены воздействию высоких температур агрессивных коррозионных сред. Кроме того рабочие лопатки подвергаются действию циклических термических напряжений. Опыт эксплуатации показывает, что последние являются основной причиной разрушения лопаток газовых турбин. Окислительная среда дополнительно увеличивает скорость образования и развития трещин. В судовых ГТД имеет место высокотемпературная ванадиево-натриевая коррозия лопаточного аппарата и других узлов турбин.
Методы защиты узлов ГТД от действия ванадия и натрия включают: частичное удаление соединений натрия из топлива и воздуха, нейтрализацию коррозионного воздействия ванадия и натрия путём ввода присадок в топливо, защитные покрытия деталей проточной части ГТД и применение соответствующих материалов.
В эксплуатации отмечаются случаи оплавления и значительного перегрева рабочих и сопловых лопаток. Это происходит в результате нарушений в работе топливорегулирующей аппаратуры, отказов тепловой защиты, возникновения помпажа ГТД. Наиболее опасным является помпаж при пусках и на режимах работы, соответствующим средней мощности. В этих случаях помпаж происходит без сильных звуковых эффектов, а при невнимательном наблюдении за температурами газов или отказе тепловой защиты он может пройти незамеченным, и привезти к обгоранию лопаток. Опыт эксплуатации показывает, что при помпаже, вследствие интенсивного роста температуры газов в течение 20 - 30 с обгорают все лопатки. Обычно рабочие лопатки обгорают на половину их длины в верхней части. Как правило, в наибольшей степени страдает лопатки первой ступени турбины высокого давления. Однако при достаточно интенсивном росте температуры могут обгореть и лопатки второй ступени.
Иногда наблюдаются повреждения лопаточного аппарата компрессоров и турбин, связанные с попаданием в их проточные части твердых посторонних частиц и предметов: песка; кусочков защитной металлической сетки или обломков воздухоприёмных жалюзей; деталей крепления внутренней арматуры воздухозаборных шахт; крепежа узлов камер сгорания и др. Например, происходили разрушения лопаточного аппарата компрессора, вызванные засасыванием оторвавшихся стержней заклепок двери, обеспечивающей доступ в шахту воздухозабора, другой причиной повреждения компрессора явился карманный фонарик, забытый механиком при осмотре воздухозаборной шахты. Из приведенных примеров видно, что засасывание посторонних предметов представляет особую опасность для ГТД. Всасывание небольших по размеру частиц и предметов может не приводить к катастрофическому разрушению проточных частей ГТД, однако вызывают образование на лопатках забоин и вмятин, способствующих ускорению процессов, вызывающих разрушения лопаточных аппаратов.
Обрыв лопаток на работающем ГТД приводит к снижению частот вращения турбокомпрессорных блоков и турбин и повышению температуры газов перед турбиной выше допустимой для данного режима, появлению повышенной вибрации, резкому изменению шума работы. В момент обрыва лопатки турбины или компрессора ясно различим сильный удар. Частичное разрушение лопаток может вызвать помпаж и появление характерных для него признаков. При попадании разрушившейся лопатки в зазор между торцами лопаток и корпусом происходит заклинивание или торможение ротора. В результате снижения частоты вращения увеличивается подача топлива в камеру сгорания, что приводит к срыву пламени и выключению ГТД.
При обрыве рабочей лопатки турбины снижения частоты вращения в начальный момент может не происходить. Дальнейшая работа ГТД зависит от последствий, которые вызывает обрыв лопатки. Обычно оборвавшаяся часть разрушенной лопатки, попадая в зазор между корпусом турбины и торцами следующих по потоку лопаток, вызывает изгиб этих лопаток и выпучивание корпуса турбины или разрушение металлокерамических вставок. Кусок лопатки, имея осевую составляющую скорости движения в направлении выходного устройства, производит аналогичные деформации лопаток последующих ступеней. Если двигатель продолжает работать, то из-за снижения частоты вращения происходит увеличение подачи топлива и рост температурь, газов перед турбиной. При значительном падении частоты вращения и соответствующем увеличение подачи топлива происходит срыв пламени и остановка ГТД. Если оторвавшаяся лопатка вызывает заклинивание ротора, то это также приводит к отключению ГТД. Оторвавшаяся лопатка может пробить корпус и вызвать разрушение элементов силовой установки.
Камеры сгорания. К элементам камер, прочность которых меняется в эксплуатации, относятся наружный корпус и жаровые трубы.
Прочность наружного корпуса в эксплуатации снижается вследствие неравномерного нагрева, в связи с нарушениями работы жаровых труб и от числа теплосмен. Трещины в наружном корпусе возникают в местах концентрации напряжений, как правило, в районах сварки.
Основными эксплуатационными причинами трещин и прогаров жаровых труб являются:
- изменение температурного режима работы жаровых труб, приводящие к местным перегревам, вследствие влияния отложений и нагаров, образующихся на поверхности жаровых труб, влияющих на аэродинамику охлаждения, а также искажения факела при закоксова-нии форсунок;
- большое число теплосмен и значительные градиенты температуры, определяемые числом и режимом пуска;
- повышенный износ поверхностей контакта элементов жаровых труб с фиксаторами, пламенеперебрасывающими патрубками и сопловым аппаратом ТВД вследствие вибрации жаровых труб из-за пульсации давления в камере сгорания.
Топливорегулирующая аппаратура. Большинство неисправностей и отказов топливорегулирующей аппаратуры ГТД связано с загрязнением и обводнением топлива. Неисправности топливорегулирующей аппаратуры ГТД могут быть разделены на три группы.
1. Засорение фильтров, узких каналов регуляторов и форсунок, заедание золотников регуляторов из-за механических примесей в топливе продуктов коррозии и образования в топливе осадков термического происхождения.
2. Вымывание материала стенок каналов, жиклеров, затупление отсечных кромок золотников регуляторов, вследствие эрозионного и коррозионного воздействия топлива из-за наличия в нем механических примесей, осадков высокотемпературного происхождения, продуктов коррозии, воды.
3. Повышенный износ деталей узла насоса-регулятора из-за недостаточных противоизносных свойств топлива, а также наличия в нём различных загрязнений.

Отказы и повреждения газовых турбин, вызванные эксплуатационными причинами.

Во время пуска и остановок ГТД лопатки турбин испытывают переменные термические напряжения, связанные с резким ростом градиентов температур по сечению лопатки из-за разной скорости прогрева и охлаждения кромок и центральной части пера лопатки. Опасны быстрые пуски, сопровождающиеся тепловым ударом, которым характерно резкое повышение температуры газа перед турбиной (особенно при открытом антипомпажном клапане, когда основная часть воздуха из компрессора перепускается в атмосферу).
Возникающие при этом термические напряжения вызывают появление термоусталостных трещин в кромках, чаще всего входных, и коробление лопаток. В этом случае возникает большое количество мелких трещин и очагов окалины в противоположность механической усталости, которой характерно появление появление одной трещины. Образование термических трещин снижает термические напряжения, поэтому они не развиваются до полного разрушения лопаток без приложения дополнительных сил, хотя и снижают длительную прочность материала. Рост трещин до полного разрушения и скорость их распространения непосредственно зависят от уровня механической напряжённости и от чувствительности материала к надрезам.
При остановках ГТД с полной нагрузки (экстренных и аварийных), в связи с резким падением температуры газа и поступлением в проточную часть турбин холодного воздуха, происходит резкое неравномерное охлаждение сопловых и рабочих лопаток, дисков и сопровождается «отрицательным» тепловым ударом для элементов и узлов турбин. Одна быстрая остановка ГТД эквивалента по своему воздействию на ГТД десяти нормальных.
Так как пусковые и переходные режимы сказываются на общем сроке службы двигателя, то для них выведены следующие временные эквиваленты режимам нормальной работы при номинальной нагрузке:
- один пуск, 10 часов;
- один быстрый подъём нагрузки до полной (с холостого хода после прогрева за 5 - 7 мин), 10 часов;
- одна экстренная остановка, 75- 100 часов.

Отказы и повреждения деталей паровой турбины

Корпус турбины. Основными видами повреждений корпуса являются трещины, деформации, утонение стенок вследствие коррозии и эрозии.
Трещины могут являться следствием недостатков изготовления, появляться во время работы под влиянием температурных напряжений.
Вследствие перегрева корпуса во время работы, могут также появляться трещины в наиболее нагруженных местах, в местах переходов.
Утонение стенок корпуса происходит из-за коррозии и эрозии.
Эрозия возникает вследствие ударов о поверхность корпуса отбрасываемых лопатками ротора мелких капель воды, образующихся при конденсации расширяющегося пара. При разрушении металла внутренних поверхностей корпуса увеличиваются радиальные зазоры, усиливается утечка пара, снижается КПД. Наибольшей коррозии подвергаются участки корпуса, где неплотно прилегают другие детали (диафрагмы, сопловые сегменты, коробки уплотнений и др.). Интенсивная коррозия возникает в тех частях турбин в которых процесс расширения происходит в области влажного пара. Коррозия и эрозия могут настолько разрушить корпус вблизи лопаток, что их крепление нарушается и возможно выпадение лопаток из пазов.
Диафрагмы. К возможным повреждениям диафрагм относят: прогиб, трещины, раковины, выкрашивания металла в местах крепления (заливки) лопаток (у корня лопаток) и выход их из плоскости диафрагмы,; забоины, трещины и вмятины на лопатках, обрыв лопаток, коррозии и эрозия, подъём диафрагм над плоскостью разъёма.
Прогиб диафрагмы возможен вследствие гидравлического удара. Вода, попавшая между диафрагмами, не может быстро уйти в конденсатор. Создаётся закупорка проточной части, давление перед диафрагмой повышается и она прогибается. Кроме того, прогиб диафрагмы существенно зависит также от пригонки плоскостей сопряжения диафрагм.
При прогибе зазоры между диском и диафрагмой уменьшаются и может происходить их касание, вследствие которого возникает затирание диафрагм, вибрация, нагрев и, как следствие этого, авария турбины.
У чугунных диафрагм с залитыми лопатками, металл у корня лопаток выкрашивается вследствие «роста» чугуна. Отколовшиеся частицы (кусочки) чугуна увлекаются паром и повреждают рабочие лопатки ротора, оставляя вмятины в их периферийных частях. Подъём диафрагм над плоскостью разъёма является следствием роста чугуна.
Валы ротора. К типичным повреждениям валов относят: износ шеек, приводящий к эллиптичности и конусности, задиры, риски, царапины, забоины на шейках, коррозия, прогиб вала ротора.
Коррозия валов ротора, главным образом шеек, связана с попаданием забортной воды в масляную систему, а также контактом вала с влажным паром. Валы больше корродируют в местах уплотнения. Особенно при стоянках и пусках турбины. Риски, царапины и забоины на шейках могут возникнуть при наличии в смазочном масле твёрдых инородных тел, попадающих на поверхности трения. Поломка валов ротора - явление относительно редкое и в практике эксплуатации судовых ТЗА не отмечались.
Прогиб вала ротора происходит по многим причинам. К ним, в первую очередь, следует отнести неравномерный прогрев ротора и местный нагрев поверхности вала в месте касания вращающимся ротором неподвижного статора турбины.
Прогиб вала ротора, вследствие неравномерного нагрева, характерен для главных паровых турбин в случаях длительной стоянки с прогретыми турбоагрегатами. При этом роторы турбин, особенно турбин низкого давления, охлаждаются неравномерно: часть ротора, обращенная к конденсатору, охлаждается быстрее противоположной, в результате чего появляется «температурный перекос», термические напряжения и прогиб.
Причиной прогиба вала может явиться касание его во время работы о корпус. Наиболее вероятным местом касания являются уплотнения - концевые и диафрагм, где радиальные зазоры наименьшие. При касании о корпус, локально нагреваются и, в результате удлинения металла вала в месте касания, вал прогибается в сторону касания, увеличивая площадь контакта. При этом, в объёме нагретого и на границе нагретого и холодного металла вала возникают напряжения сжатия, превосходящие предел текучести.
При последующем остывании /например, после остановки турбины/ эти напряжения сжатия, направленные в сторону нагретого участка металла, сжимают его, выгибая вал в противоположную сторону и ведя к остаточным деформациям.
Причиной прогиба вала паровой турбины может оказаться местное охлаждение ротора в результате заброса котловой воды из паропровода при вскипании воды в котлах.
Работа вала с прогибом вызывает вибрацию турбины, ведущую к обрыву рабочих лопаток роторов, касания лопаток о корпус с поломкой деталей проточных частей, наклеп антифрикционного материала и последующий отказ опорных подшипников скольжения, разрушение подвесок трубопроводов, повреждение уплотнений.
Диски. Диски паровых турбин могут быть повреждены в основном из-за неравномерного распределения температур, вследствие нарушений правил технической эксплуатации ТЗА.
К основным видам повреждений дисков относят: уменьшение толщины вследствие коррозии, трещины, повреждения при задевании о диафрагмы, ослабление посадки на валу, разрыв.
Коррозия дисков и, как следствие этого, их утонение происходит обычно у турбин, находящихся длительное время в «горячем» резерве при условии подключения к главному паропроводу. Утонение снижает прочность дисков; повышение шероховатости дисков вследствие коррозии отрицательно сказывается на к.п.д. турбин.
Трещины могут образовываться в ступице и по телу диска, чаще всего в соединениях и ослабленных местах, например, разгрузочных отверстиях.
Вследствие задевания дисков о диафрагмы, подплавления упорного подшипиника и сдвига ротора, прогиба диафрагмы, попадания в проточную часть посторонних предметов, некачественного облопатывания на ступице диска, на его ободе появляются натиры и наволакивание металла. Возможно также подплавление и схватывание контактирующих поверхностей. Всё это приводит к серьёзным повреждениям дисков.
Лопатки. Для лопаток характерно эрозионное изнашивание входной кромки капельками воды, попадающей вместе с паром. ПТЭ устанавливают минимальную степень сухости 0,86-0,88. Больше всего изнашивается средняя часть лопатки. Проходное сечение лопаток может заносится солями котловой воды. На последних ступенях турбины низкого давления занос наблюдается относительно редко, так как влажный пар смывает отложения солей.
Поломка и срез лопаток происходит из-за гидравлического удара, вибрации, нарушения правил технической эксплуатации, недостаточно жёсткого закрепления лопаток в дисках и роторах.
Трещины в лопатках могут образовываться от воздействия вибрации в разных местах. Однако они наиболее вероятны в местах концентрации напряжений, например: сечение без галтелей, отверстия с незакруглёнными кромками, раковины, риски, царапины на поверхности лопаток и др. Трещины часто начинают образовываться на выходных кромках лопаток, развиваясь перпендикулярно к ним, и у корня лопаток в хвостовой части.
В области ступеней низкого давления разрушение лопаток происходит в результате совместного действия коррозии и эрозии.
Наибольшие эрозионные разрушения наблюдается в ступенях, находящихся в области влажного пара. Эрозионное поражение верхних участков лопаток связано с тем, что частицы отбрасываются центробежной силой к периферии диска. Наибольшие эрозионные разрушение происходят на расстоянии 20-60 мм от верхней кромки, постепенно уменьшаясь к основанию.
У лопаток с бандажной проволокой, наблюдается характерное поражение в месте защиты проволокой части поверхности лопаток. При этом изнашивание неравномерное, около проволочного бандажа образуется глубокая выемка. Вследствие внутрикристаллической коррозии легированных сталей, в лопатках при относительно высокой температуре, иногда возникают трещины.
Бандажи. Характерными повреждениями бандажей являются коррозия, трещины, истирание, механические повреждения (поломка бандажной ленты, разрыв бандажной проволоки и др.).
Коррозия бандажа связана с химическим воздействием пара. Трещины появляются в бандажной ленте и проволоке вследствие вибрации, термических и механических напряжений, концентрации напряжений у отверстий. Истирание бандажа может произойти при воздействии накипи,заносимой с паром.
Механические повреждения наблюдаются при попадании посторонних предметов между бандажом и корпусом турбины. Иногда, при низком качестве пайки бандажа, возможны поломки лопаток, так как в освобождённой от связи с бандажом, лопатке, попадающей в резонанс, образуются усталостные трещины. Отделившаяся от лопаток часть бандажной ленты при этом может отломаться.
Лабиринтовые уплотнения. Повреждения уплотнений связаны с изнашиванием и смятием острых концов гребешков, а также с их срывом.
Причины, вызывающие повреждения лабиринтовых уплотнений, разнообразны: вибрация или осевой сдвиг ротора, коробление корпуса уплотнения, неравномерное расширение ротора и статора, неправильная сборка.
При вибрации турбины, когда амплитуды абсолютных перемещений достигают значений при которых выбираются радиальные зазоры, происходит касания вала о уплотнения, смятие гребешков, риски и натиры на роторе. Смятие гребешков увеличивает зазоры, нарушает нормальную работу турбины.
При гидравлическом ударе, неправильной сборке упорного подшипника может произойти осевой сдвиг ротора. При этом выбираются осевые зазоры между подвижными и неподвижными частями уплотнений, происходят и повреждение уплотнений. Повредить уплотнения могут также попавшие в турбину мелкие предметы, например: металлическая стружка; капли металла от сварки, оставленные в камерах или трубопроводах подвода пара к уплотнениям.
Опорные и упорные подшипники скольжения турбинных механизмов являются наиболее уязвимыми узлами.  В то же время они наиболее ответственны, так как от их технического состояния зависит взаимное положение ротора и корпуса.
Работоспособность подшипника скольжения зависит от многих факторов, в первую очередь от качества масла, взаимного положения деталей: шейка вала - вкладыш опорного подшипника, упорный гребень - упорные колодки упорного подшипника, от величины неплоскостности рабочей поверхности упорного гребня, отклонения формы опорного подшипника от цилиндрической и т. д.
При использовании загрязнённого и плохо очищенного масла твёрдые частицы, размеры которых превосходят толщину минимального масляного слоя, проходя через рабочую зону подшипника, царапают антифрикционный материал и шейку вала, оставляя на них концентрические риски.
Работа на загрязнённом масле интенсифицирует абразивное изнашивание, главным образом, антифрикционного материала, ведя к быстрому увеличению радиального (масляного) зазора в подшипнике и, как следствие, к уменьшению минимальной толщины масляного слоя и снижению несущей способности подшипника.
Толщина масляного слоя уменьшается и при работе на обводнённом масле. В обоих случаях уменьшения минимальной толщины масляного слоя, выступы шероховатости антифрикционного материала и шейки вала прорезают масляную плёнку и вступают между собой в металлический контакт. Результатом контакта является выделение тепла, ведущего к локальному подплавлению антифрикционного материала. Так как охлаждение аварийного района маслом затруднено, границы подплавления расширяются, ведя к полному выплавлению антифрикционного материала.
Если при этом не принять своевременные предупредительные меры (снижение частоты вращения или полная остановка турбины), то произойдёт просадка ротора или его осевой сдвиг с касанием движущихся деталей проточных частей о неподвижные. Несущая способность подшипников зависит от температуры, масла, поступающего в подшипник. При её повышении вязкость масла снижается, уменьшается толщина масляного слоя в рабочей зоне, повышается температура масла в масляном клине рабочей зоны. Последнее обстоятельство опасно тем, что при температуре более 120-130° С большинство турбинных масел окисляются, теряя смазочные свойства.
При снижении температуры масла затрудняется сохранение сплошности масляного клина, что ведёт к разрыву масляной плёнки, появлению полусухого трения с металлическим контактом сопряжённых поверхностей.
К тяжёлым последствиям ведёт засоление масла, или, точнее -засоление конденсата, поступающего в масло. Масляная эмульсия, несущая капли солёной воды, смывает поверхности шеек и упорных гребней, вызывая активный коррозионный процесс. При работе турбины продукты коррозии интенсивно смываются с поверхностей и, загрязняя масло, ускоряют абразивное изнашивание. Если механизмы не находятся в действии, процесс коррозии идёт весьма активно, в короткий срок снижая чистоту поверхностей шеек и упорных гребней, что увеличивает коэффициент трения в подшипниковых узлах.
Правилами эксплуатации турбинных установок солёность конденсата турбинного масла для всех турбинных механизмов ограничена на 15°Бр.
При вибрации турбины антифрикционный материал опорных вкладышей подшипников испытывает ударные нагрузки, вызывающие его наклёп, растрескивание и отслаивание от стальной основы. Отслаивание антифрикционного материала может произойти и в результате некачественного изготовления или ремонта вкладышей.
Работоспособность опорных подшипников скольжения зависит от формы шейки вала. Например, овальность шеек снижает несущую способность подшипника, так как с частотой, кратной частоте вращения вала, нарушается оптимальная клиновидная форма масляного клина.
При нарушении плоскостности рабочей поверхности гребня упорного подшипника нарушается равномерное распределение нагрузки между колодками и искажается эпюра распределения давлений по поверхностям упорных колодок, что снижает несущую способность подшипника.
Упорные колодки упорных подшипников подвергаются изнашиваниям, аналогичным вкладышам опорных подшипников. От целостности слоя антифрикционного материала подушек зависит осевое положение ротора относительно корпуса. В случае аварийного изнашивания антифрикционного материала колодок происходит осевой сдвиг ротора, касание деталей ротора о корпус и отказ турбины.

Анализ причин повреждений паровых водотрубных котлов

Основными дефектами котлов являются коррозионные и термоусталостные разрушения металлических конструкций, потеря плотности вальцовочных соединений, разрывы и трещины труб и коллекторов в результате перегревов, неисправностей форсуночных и воз-духонаправляющих устройств, арматуры, контрольно-измерительных приборов и кирпичных кладок топок. Трубки водотрубных котлов чаще подвержены отказам, чем другие элементы, так как находятся в более тяжёлых условиях. К основным видам повреждений трубок следует отнести: утонение стенок, свищи, выпучины, трещины, разрывы, деформации (прогибы). Утонение трубок происходит из-за протекания процессов коррозии и эрозии.
Наиболее часто наблюдаются высокотемпературные - вана-диево-натриевые и низкотемпературные - сернистые и коррозионные разрушения наружных поверхностей нагрева.
Газовая коррозия представляет собой химическое взаимодействие металла трубок и других металлических конструкций котла с газообразными или твёрдыми агрессивными компонентами, находящимися в дымовых газах. В процессе газовой коррозии на поверхности металла образуется плёнка окислов железа (a-Fe203), защищая металл от дальнейшего разрушения.
Наличие в топливе ванадия способствует протеканию ванадиевой коррозии. Плавясь при температурах в диапазоне 600 - 700°С двуокись ванадия (V205), содержащаяся в золе продуктов сгорания, растворяет защитную плёнку окислов железа, способствуя диффузии кислорода и поверхности металла, интенсифицируя коррозионный процесс.
Присутствие в продуктах сгорания сульфата натрия (Na2S04) с температурой плавления 885°С способствует протеканию сульфидно-окисной коррозии из-за диффузии через окисную плёнку серы. Внедрение серы в кристаллическую решётку усиливает процесс окисления, и скорость коррозии увеличивается в несколько раз.
Для предотвращения коррозионного воздействия натрия и ванадия применяют специальные присадки в топливо, основу которых составляет МдО (нейтрализация ванадия), Si02 и Gr203 (нейтрализация натрия).
Следует отметить, что защитная окисная плёнка может быть разрушена вследствие механических и термических напряжений в плёнке, связанных с изменениями температурного состояния котла, например, при переходных режимах работы или выводе котла из действия.
Иные условия развития низкотемпературной сернистой коррозии. Органические соединения серы в процессе сжигания топлива (в топках котлов, газовых турбинах, ДВС), частично превращаются в агрессивную серную кислоту в её парообразной фазе, которые вызывают интенсивный коррозионный износ поверхностей нагрева, имеющих сравнительно низкую температуру. Температура, при которой происходит конденсация паров серной кислоты на поверхности нагрева, называется точкой росы, зависящая в свою очередь, от процентного содержания серы в топливе. В таблице показана зависимость температуры точки росы от содержания серы в топливе.

Влияние содержания серы S, % на температуру точки росы t°C

При снижении температуры газов ниже точки росы, толщина слоя отложения на поверхности трубок увеличивается. Отложения имеют плотную структуру, белого или светло-серого цвета, их величины неравномерны - от нескольких десятых миллиметра (0,2/0,4мм), до 1,5/2,Омм и, как правило, покрыты сверху слоем сажи и золы, толщиной 2/4мм. Слой отложений светлого цвета, имеющий блестящую (похожую на лужёную) поверхность, является характерным признаком низкотемпературной сернистой коррозии, протекающей под слоем загрязнений без доступа кислорода.
Возможность конденсации паров серной кислоты при температуре, равной температуре точки росы, является основной причиной, ограничивающей глубину утилизации тепла уходящих газов.
Радикальным средством борьбы с низкотемпературной сернистой коррозией хвостовых поверхностей котлов является повышение температуры поверхности нагрева.
Учитывая возможность возникновения застойных зон и неравномерности теплового потока в поперечных сечениях котла, температура газа на выходе из него должна поддерживаться в эксплуатации 10-15°С выше температуры точки росы.
Низкотемпературную коррозию могут вызвать вода или пар, попадающие на наружные поверхности нагрева вследствие нарушения герметичности (разрывы, трещины, свищи, неплотности вальцовочных соединений) трубных систем и коллекторов.
Занос поверхностей нагрева продуктами сгорания ухудшает условия теплообмена, снижая технико-экономические показатели работы котельных агрегатов.
Однако большую опасность представляют неравномерные величины загрязнений поверхностей нагрева, которые определяются неодинаковыми скоростями потока газов по фронтальному сечению. Причём, иногда, наблюдаются полные заносы межтрубных пространств на отдельных участках. Вследствие неравномерности отложений, создаются потоки газов с большой скоростью (от 10 до 16м/с), что является источником интенсивного конвективного теплообмена, воспринимаемого ограничивающими поток трубками.
В местах максимального тепловосприятия повышение температуры трубок может достичь 10%. Длительные воздействия повышенных температур увеличивают тепловые напряжения, ухудшают структуру материала, снижают их прочностные характеристики, а в сочетании с другими видами разрушающих воздействий (низко и высокотемпературные коррозионные разрушения) являются одной из основных причин образования свищей, трещин и разрывов трубок.
Поверхности нагрева подвержены коррозионному разрушению не только с внешней, но и с внутренней стороны. При высокой температуре котловой воды повышается её коррозионная активность, природа коррозии - электрохимическая. Вызывается растворённым в воде воздухом, который в виде пузырьков осаждается на внутренних поверхностях коллекторов и трубок. Так как концентрация кислорода внутри пузырька выше, чем в воде, то поверхность металла внутри пузырька около стенки оказывается катодом, а около стенки вне пузырька - анодом. В результате металл разрушается по периметру пузырька с внешней стороны. Скорость коррозии возрастает при увеличении кислорода, растворённого в воде, и зависит от внутренних факторов - увеличения концентрации солей в котловой воде и наличия в металле отдельных включений, являющимися сильными катодами. Опасно, когда сварной шов является анодом.
Утонение трубок может происходить при механической очистке их от накипи.
Деформации, выпучины, трещины и разрывы трубок являются следствием не только тепловых и разрушающих воздействий с внешней стороны, но и перегрева металла в связи с отложениями накипи или нефтепродуктов внутри трубок.
Низкая теплопроводность накипи и нефтепродуктов приводит к росту термического сопротивления теплопередаче, что вызывает рост температуры металла трубок. Перегрев возможен при установке неправильного угла наклона трубок, препятствующем свободному выходу пузырьков воздуха.
Иногда причиной повреждений трубок может явиться небрежное обслуживание. Отмечались случаи перегрева и разрыва трубок из-за попадания в питательную систему, а затем в трубки, волокон сальниковой набивки. Осевшая в трубках набивка может привести к местному перегреву металла трубок.
Прогиб трубок, являющийся следствием перегрева, зависит от длины трубок, угла наклона и площади её поперечного сечения.
Упуск воды в водотрубных котлах вызывает тяжёлые последствия - сгорание трубок и других металлических частей котла, примыкающих к топке, повреждение кирпичной кладки и арматуры, деформацию съёмных щитов, кожухов, дымохода, корпуса.
Неправильное вальцевание, неудовлетворительный отжиг концов трубок могут явиться причиной появления, идущих вдоль трубки, трещин и течей в месте входа трубки в барабан или коллектор.
Основными повреждениями барабанов, коллекторов и секций водотрубных котлов являются течи швов, трещины между трубными отверстиями, коррозионные разрушения, деформации. Течи швов барабана может быть следствием температурных напряжений, давлений выше рабочего, низкого качества сварки или клёпки, коррозии швов. Эти же причины, а также тяжёлые условия работы при неравномерном нагреве и высоких температурах, если имеются отложения накипи и межкристаллитная коррозия, приводят к образованию трещин. Коррозия барабанов и коллекторов может носить не только равномерный, но и локальный характер, т.е. в отдельных местах могут образовываться отдельные глубокие язвы и сквозные свищи.
При равномерной коррозии происходит утонение стенки барабана почти на одну и ту же величину по всей поверхности. Это опасно сточки зрения обеспечения прочности.
Эрозионные разрушения, вызываемые механическим воздействием быстродвижущихся капель влаги и других частиц, наблюдаются в коллекторах пароперегревателя. Коррозионному разрушению подвергаются стенки коллекторов и входящие в них трубки, причём концы развальцованных трубок разрушаются в основном в месте входа насыщенного пара.
Неисправности форсуночных и воздухонаправляющих устройств связаны обычно с их механическими повреждениями и износом; повышением производительности форсунок в результате увеличения проходного сечения, вызванного изнашиванием стенок соплового отверстия, расширением тангениальных канавок распылителей механических форсунок, ухудшающих качество распыливания топлива; деформацией деталей воздухонаправляющих устройств, ухудшающих качество перемешивания топлива с воздухом.
Наиболее часто встречающимися неисправностями арматуры котлов являются пропуски рабочих сред при закрытом состоянии клапанов, разрушение или потеря прозрачности стёкол (слюдяных пакетов), водоуказательных приборов, заклинивание стопорных устройств, несрабатывание главных предохранительных клапанов при повышении давления пара в паровом коллекторе.