Конкурс «Молодой кораблестроитель – Инженер года-2019»
Автор: Бурков Д.А., инженер-конструктор АО «51 ЦКТИС»
Введение
Все страны, имеющие выход к морю, нуждаются в мощных и современных военно-морских силах, потенциал которых достаточен для выполнения поставленных задач.
В настоящее время Минобороны России и промышленность реализуют Госпрограмму вооружений, рассчитанную до 2020 года. Кроме того, сейчас военные и промышленники формируют новый аналогичный план, который будет реализовываться с 2016 по 2025 годы. В обеих программах особое внимание должно уделяться обновлению Военно-Морского Флота. В интересах ВМФ России планируется провести ремонт и модернизацию ряда кораблей ВМФ.
Для улучшения отдельных тактико-технических элементов и эксплуатационных качеств кораблей, внедрения на них более современных видов вооружения и техники специальными решениями могут предусматриваться модернизация, переоборудование кораблей, а также выполнение модернизационных работ.
Модернизацию и модернизационные работы на корабле выполняют для повышения боевой и военно-экономической эффективности, надежности и живучести корабля до уровня, отвечающего требованиям ВМФ. Модернизация предназначена для проведения комплекса работ на корабле по специально разработанному проекту, в результате выполнения которого улучшаются отдельные боевые и эксплуатационные свойства корабля. но основное его назначение остается прежним. Модернизация характеризуется заменой устаревших образцов вооружения и техники новыми, более современными.
Модернизационная работа включает в себя замену отдельных устаревших или установку дополнительных технических средств.
В большинстве случаев дизель-генераторы (ДГ), предлагаемые отечественными производителями, это разработки 70-80-х гг. прошлого века. На тот момент уровень техники был гораздо ниже, чем сейчас, к тому же требования к надежности, экономичности, а также экологичности значительно выросли за последние
30 лет.
Поскольку срок службы некоторых кораблей и судов ВМФ, построенных за пределами России, выходит или уже вышел, требуется полная замена ДГ на современные аналоги, а с учетом введенных санкций против РФ – замена на аналоги отечественного производства.
В данной работе изложены обоснования и результаты проектно-конструкторской работы, связанной с заменой устаревших ДГ на современный отечественный аналог на одном из судов обеспечения ВМФ, проходящем плановый ремонт.
Постановка задачи
В продолжении программы импортозамещения на надводных кораблях и судах ВМФ проводится замена импортного неремонтопригодного оборудования на отечественное. Одним из важнейших элементов каждого судна является его вспомогательная энергетическая установка (ВЭУ). Практически на 90% всех плавсредств это дизель-генераторы (ДГ). В связи с неремонтопригодностью вследствие выработки своего моторесурса, снятия с производства и отсутствия запасов ЗИП установленные ранее импортные ДГ необходимо заменять на отечественные аналоги.
В связи с этим основной задачей выставляемой на конкурс работы являлась разработка проекта по замене на одном из судов обеспечения ВМФ польской постройки устаревших ДГ 5ВАН-22 на современные аналоги.
Разработка проекта замены дизель-генератора 5ВАН-22 на современный аналог
1. Исследование российского рынка производителей судовых дизель-генераторов
Традиционными отечественными производителями судовых дизель-генераторов являются: ООО «Кингисеппский машиностроительный завод», АО «Барнаултрансмаш», АО «Морские пропульсивные системы», ООО «Ремдизель», ООО «Алтайский завод дизельных агрегатов», ООО «Президент-Нева», ОАО «ПензаДизельМаш», ООО «Завод ПСМ», ПАО «Звезда», АО «Завод Дагдизель», АО «Волжский дизель им.Маминых» и пр. У компаний, ранее являвшихся дистрибьюторами импортного оборудования, появились линейки новых отечественных ДГ на базе импортных дизелей и генераторов. Данные ДГ далее будем называть «локализованными».
Отличительными особенностями новых отечественных производителей ДГ являются их гибкость и скорость в предоставлении необходимых конструкторских решений для будущего проекта. Так как комплектующие, применяемые в данных ДГ, в основном современной разработки, то и массогабаритные характеристики их гораздо меньше характеристик существующих отечественных ДГ, разработанных в прошлом веке. Существенным преимуществом является и наличие современных, эргономичных, эффективных и надежных систем управления ДГ (СУ), систем аварийно-предупредительной сигнализации (АПС), применяемых на локализованных ДГ.
Тем не менее зачастую главным недостатком современных локализованных ДГ является дороговизна или отсутствие импортных комплектующих и ЗИП при сервисном обслуживании и ремонтах ДГ.
К преимуществам отечественных ДГ можно отнести высокий уровень применения российских компонентов при их производстве (хотя в настоящее время элементы автоматики часто используются из номенклатуры зарубежных производителей). Не менее важно и то, что производства ЗИП находятся на территории Российской Федерации, а также отсутствие законодательных препятствий к их поставке для Вооруженных сил РФ.
Однако отечественные ДГ не лишены таких недостатков, как большие массогабаритные характеристики, высокая стоимость, низкий уровень технологичности, длительные сроки их поставки.
2. Замена ДГ на судне обеспечения ВМФ
На судне по основному проекту установлено три стояночных ДГ 5BАН-22 морского исполнения, четырехтактные, пятицилиндровые с рядным вертикальным расположением цилиндров, с наддувом. Номинальная мощность каждого ДГ - 200 кВт, частота вращения – 750 об/мин.
По требованиям заказчика вновь устанавливаемый ДГ должен производиться на территории РФ. По результатам исследования российского рынка производителей судовых дизель-генераторов данному условию на момент выпуска проекта соответствовали дизель-генераторы производства АО «Барнаултрансмаш». Единственным аналогом, удовлетворявшим требованиям контракта, был дизель-генератор ДГФ2А-200/1500М (У30АМ) по ТУ 24.06.8602-73.
Вспомогательные судовые дизель-генераторы ДГФ2А-200/1500М (У30АМ) предназначены для использования в качестве источника электрической энергии при раздельной и параллельной работе в составе автоматизированных энергетических судовых установок судов с неограниченным районом плавания, имеют Свидетельство о типовом одобрении РМРС и приемку ВП.
Наибольшую трудность при разработке проекта вызвала система пуска.
На судне обеспечения ВМФ система сжатого воздуха для запуска существующих ДГ 5BАН-22 имеет рабочее давление 3,0 МПа (30 кгс/см2).
Пуск вновь устанавливаемых ДГФ2А 200/1500М (У30АМ) может производиться:
- сжатым воздухом рабочим давлением 4,0 0 МПа (40 кгс/см2);
- электростартером.
Применение системы пуска сжатым воздухом потребовало бы:
- доработки существующей системы воздуха высокого давления, установки редукционных клапанов и размещения воздухохранителей на рабочее давление 4,0 МПа (40 кгс/см2);
- модернизации существующей судовой системы сжатого воздуха среднего давления (ВСД) с установкой нового компрессора ВСД на рабочее давление
4,0 МПа (40 кгс/см2).
Оба варианта были достаточно затратными. Поэтому проектом предусматривается пуск ДГ электростартером. В связи с этим были проведены расчеты, выбраны аккумуляторные батареи (АБ), обеспечивающие необходимое согласно требованиям РМРС количество пусков ДГ. Для размещения АБ были разработаны чертежи на аккумуляторные шкафы, которые должны были быть оборудованы выдвижными полками, для удобства обслуживания АБ, системой вентиляции и размещены в помещении вспомогательного машинного отделения (ВМО) рядом с ДГ. При большой насыщенности в помещении ВМО данная работа связана с большим объемом сопутствующих работ.
Для повышения надежности и резервирования был разработан и размещен в ВМО зарядно-разрядный щит, который позволял бы делать пуски ДГ от разных групп АБ.
В связи применением новых системы управления ДГ и системы АПС потребовались большие сопутствующие работы по размещению оборудования в помещении центрального поста управления (ЦПУ) и доработки основного пульта управления и секций главного распределительного щита (ГРЩ).
Таким образом, взамен трех стояночных ДГ 5BАН-22 на судне обеспечения необходимо установить три дизель-генератора ДГФ2А-200/1500М (У30АМ) с выполнением сопутствующих работ по изготовлению фундаментов, подключению ДГ к судовым системам обеспечения их работы.
3. Фундаменты для крепления дизель-генераторов
При выполнении работ по замене оборудования принципиально важным вопросом является возможность сохранения существующих судовых фундаментов от демонтированного оборудования и использование их для установки нового.
Для установки и крепления дизель-генераторов ДГФ2А-200/1500М (У30АМ) могут быть использованы судовые фундаменты, предназначенные для установки дизель-генераторов основного проекта 5BАН-22.
Дизель-генераторы ДГФ2А-200/1500М (У30АМ) имеют меньшую габаритную высоту по сравнению с дизель-генераторами 5BАН-22, существующие фундаменты расположены глубоко под съемным настилом машинного отделения, поэтому для удобства обслуживания дизель-генераторов и для сохранения общей архитектуры машинного отделения предусмотрены переходные фундаментные рамы высотой 660 мм, устанавливаемые на существующие фундаменты ДГ.
).jpg "Бурков_рис1(ДГФ2А-200_1500М(У30АМ)).jpg")
Рисунок 1 – Переходная фундаментная рама
для крепления дизель-генератора ДГФ2А-200/1500М (У30АМ)
Фундаментная рама сварной конструкции изготовлена из стального листового проката толщиной 10 и 8 мм. Опорные поверхности выставлены горизонтально. Вертикальные связи фундаментной рамы расположены в плоскостях вертикальных связей существующего фундамента под ДГ, что позволяет не устанавливать дополнительные подкрепления, усилия от механизма передаются основным связям фундамента и далее корпусным конструкциям.
Рисунок 2 – Расположение переходных фундаментных рам в ВМО
4. Выгрузка-погрузка дизель-генераторов
Немаловажной задачей при агрегатной замене дизель-генераторов является процесс выгрузки выработавших свой ресурс механизмов и погрузка вновь устанавливаемых, поскольку механизмы расположены в помещении, насыщенном различными видами оборудования – устройствами и механизмами, площадками, съемными настилами, трапами, трубопроводами, кабельными трассами и т.п.
При решении задачи выгрузки-погрузки механизмов рассматриваются варианты: горизонтальный – через вырез или вырезы в борту, и вертикальный – через вырез или вырезы в палубе.
Работы по выгрузке дизель-генераторов при горизонтальном варианте следует выполнять при постановке судна в док, при вертикальном варианте допускается производить на плаву.
Горизонтальная выгрузка
Горизонтальная выгрузка производится через вырезы в обоих бортах или через вырез во одном борту.
Одновременное вскрытие бортов для выгрузки дизель-генераторов из машинного отделения не допускается. Вырезы в бортах допускается выполнять только поочередно и только после завершения выгрузки механизмов и установки временной заделки и укрепления выреза в противоположном борту.
При горизонтальной выгрузке объект должен быть установлен в док таким образом, чтобы с левого борта и (или) с правого борта в районе ВМО расстояние от борта объекта до конструкций дока составляло не менее 5 м (для установки опор под выгружаемые механизмы).
Для уменьшения напряжений в корпусе объекта при вырезке отверстий может возникнуть необходимость в установке дополнительных доковых клеток с правого и левого борта.
Для обеспечения горизонтальной выгрузки в помещении должно быть демонтировано оборудование, препятствующее выгрузке: съемные настилы и площадки, механизмы, системы трубопроводов, электрооборудование, кабельные трассы, изоляция борта.
Кроме того, должны быть выполнены работы по установке обухов для крепления грузоподъемного оборудования, обеспечивающего процесс подъема и перемещения ДГ.
Вертикальная выгрузка
Для обеспечения вертикальной выгрузки трех дизель-генераторов 5ВАН-22 и погрузки трех дизель-генераторов ДГФ2А 200/1500М (У30АМ) в настиле верхней палубы по левому борту предусмотрен технологический вырез размерами 3280х1650 мм в свету и технологический вырез в стенке надстройки размерами 1300х1950 мм в свету.
Размеры вырезов определены исходя из габаритов дизель-генераторов в сборе с зазором 100-200 мм между кромками выреза и выступающими частями дизель-генератора.
Также демонтажу подлежат внутренние переборки, расположенные в районе выреза в верхней палубе и препятствующие движению ДГ при выгрузке, либо погрузке.
Перед началом работ должно быть демонтировано оборудование, механизмы, электрооборудование и аппаратура, расположенные в районе вырезов, необходимо разобрать трубопроводы, отвести кабельные трассы, снять покрытие палуб, зашивку и изоляцию переборок в районе выполняемых работ необходимо демонтировать.
После завершения погрузочных работ все демонтированное оборудование и конструкции должны быть восстановлены.
Выбор и установку грузоподъемного оборудования (тали, обухи, домкраты, стропы, рамы и т.п.) для обеспечения выгрузки и погрузки дизель-генераторов следует производить исходя из возможностей завода-строитель. Установку обухов для выполнения погрузочных работ производить только на подкрепленные корпусные конструкции
При выполнении выгрузки и погрузки дизель-генераторов за основу должны быть приняты типовые схемы строповки дизель-генераторов (демонтируемых и вновь устанавливаемых) согласно техническим условиям на механизмы.
При производстве работ необходимо принимать меры по предупреждению повреждений демонтируемого оборудования, электрооборудования и кабелей, трубопроводов и изоляции.
5. Оценка изменения нагрузки масс при выполнении модернизационной работы по замене дизель-генераторов
При выполнении работ по установке дизель-генераторов ДГФ2А-200/1500М (У30АМ) нагрузка масс уменьшается на 18 т, что составляет 1,61% от водоизмещения порожнем, т.е. менее 2% от построечного водоизмещения порожнем
(в пределах допустимых требованиями РМРС).
Судно находится в эксплуатации более 40 лет, информация о проводимых за период эксплуатации модернизационных работах и опытах кренования отсутствует, существует необходимость уточнения фактического водоизмещения и положения центра масс после длительной эксплуатации. Поэтому после выполнения работ по замене дизель-генераторов судно должно быть подвергнуто опыту кренования, выполнены расчеты начальной остойчивости для эксплуатационных случаев нагрузки судна, по результатам которых будет принято решение о необходимости укладки твердого балласта для восстановления проектных характеристик.
Заключение
В результате разработки проекта на выполнение модернизационной работы по замене вспомогательных дизель-генераторов на современный аналог на одном из судов обеспечения ВМФ иностранной постройки был обоснован выбор нового ДГ и разработана конструкторская документация в обеспечение работ по замене.
В настоящей конкурсной работе приведены краткое описание выполняемого проекта.
Литература
1. РЭТОС ВМФ-2007 «Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию судов Военно-морского флота»;
2. Отчетная эксплуатационная документация по судну;
3. ТУ 24.06.8602-73 Дизель-генераторы ДГФ2А-200/1500 (У30АМ) и ДГР-200/1500(У30).
4. «Правила классификации и постройки морских судов» Российского морского регистра судоходства части II «Корпус», IV «Остойчивость», VII «Механические6 установки», VIII «Системы и трубопроводы», IX «Механизмы»;
5. ОСТ5Р.0216-2002 «Учёт и контроль нагрузки масс при проектировании надводных кораблей и судов».