Глава 3. Изменение прочности корпуса судна при ремонте

§ 20. Ремонтные напряжения и повреждения элементов конструкций

Во время эксплуатации корпус судна изнашивается и получает повреждения. При износах выше допустимых норм и при значительных повреждениях связи вырезают и заменяют новыми.

Во время ремонта конструктивные элементы обычно напряжены. Поэтому удаление из корпуса отдельных конструкций, образование вырезов приводит во время ремонта к перераспределению внутренних усилий и возникновению дополнительных напряжений, которые называются ремонтными напряжениями σp. Эти напряжения представляют разность напряжений в корпусе ремонтируемого, ослабленного вырезами судна ос и напряжений в неослабленном корпусе σ0 при соответствующей нагрузке, так как ослабление корпуса может привести к ее перераспределению, вследствие чего изгибающий момент М0 изменяется до Мс.

Прочность ремонтируемого судна определяют общие напряжения

где — напряжения в монолитном корпусе перед образованием выреза;    
W — момент сопротивления.

После установки конструкций на место в корпусе сохраняются те же общие напряжения.

Предположим теперь, что к корпусу судна дополнительно приложен изгибающий момент, так же распределенный, как действующий на него, но с противоположным знаком. При этом в корпусе останутся напряжения

Эти остаточные напряжения сохраняются в корпусе судна.

В дальнейшем они суммируются с напряжениями от внешних нагрузок во время эксплуатации и могут вызвать перенапряжения отдельных конструкций.

Поэтому при проведении ремонта необходимо знать, какие напряжения возникают при тех или иных видах ремонта, какой объем демонтажных работ можно допустить, чтобы в корпусе судна не возникли повреждения или значительные деформации, и как остаточные напряжения отразятся на прочности корпуса при последующей его эксплуатации.

Отсутствие контроля напряженного состояния корпуса судна при большом объеме ремонта может привести к повреждениям конструкций или большим общим прогибам.

Например, при ремонте большого района борта плавучей базы Скала возникли гофрировка палубы и трещина в новых листах, а во время замены значительного участка обшивки борта с набором парома Комсомольск возникла трещина, разрушившая несколько поясьев бортовой обшивки (рис. 107).


Рис. 107. Трещина в бортовой обшивке парома Комсомольск.

1 — трещина; 2 — килевая дорожка; 3 — снятый лист.

В качестве примера возникновения больших прогибов корпуса может служить ремонт легкого судна, на котором производилась с обоих бортов замена изношенных листов обшивки в районе переменной ватерлинии. При ремонте обшивка снималась одновременно почти на всей длине корпуса, в результате чего возник значительный прогиб корпуса. Монтаж механизмов при таком прогибе производить было невозможно. Поэтому корпус выгнули в обратную сторону, для чего судно поставили в док на специально подготовленную килевую дорожку.

Об объеме возможных ремонтных работ можно судить из следующих примеров. На теплоходе Алиевск во время ремонтов в 1963—1965 гг. была заменена вся бортовая обшивка по правому и левому бортам (рис. 108) на длине около 80 м.


Рис. 108. Замена листов обшивки на теплоходе Алчевск.

В начале 1966 г. на стапеле Находкинского СРЗ ремонтировался лесовоз Сибирьлес, у которого был заменен участок бортовой обшивки по левому борту в районе 38—82-го шпангоутов, где вмятины имели стрелку прогиба 100—180 мм. Поясья заменялись от ширстречного до скулового. Одновременно проводился ремонт обшивки борта и набора с правого борта в районе 27—37-го шпангоутов (рис. 109). При ремонте были удалены одновременно вся поврежденная обшивка и весь поврежденный набор. При демонтаже шпангоутов ставились временные подкрепления. Общая длина выреза по левому борту составляла 31 м, или около 30% длины судна (на рисунке вырезы заштрихованы).


Рис. 109. Схема замены листов обшивки на теплоходе Сибирьлес.

В 1966 г. на том же заводе ремонтировался лесовоз Беломорканал. Во время ремонта была заменена обшивка обоих бортов в носовой оконечности судна в районе 158—110-го шпангоутов (рис. 110, заштрихованная часть на рисунке — вырез, счет шпангоутов ведется от кормового перпендикуляра). Длина ремонтируемого участка составляла около 30% длины судна. Во время ремонта было заменено около 215 м2 наружной обшивки, 220 пог. м основных шпангоутов таврового профиля, а также 188 пог. м промежуточных шпангоутов из полособульба. При демонтаже шпангоутов и обшивки подкрепления не ставили, контроль за деформациями не проводили.


Рис. 110. Схема замены листов обшивки на теплоходе Беломорканал.

В 1967 г. в Охотском море в результате сжатия во льдах получило значительные повреждения сухогрузное судно Оленёк. Обшивка и набор деформировались с обоих бортов в районе 54—92-го шпангоутов на длине около 22 м. Судно ремонтировалось в плавучем доке Петропавловской судоверфи. Обшивка и набор снимались одновременно с обоих бортов на всем участке повреждения (рис. 111, заштрихованная часть на рисунке — вырез).


Рис. 111. Схема замены листов обшивки на теплоходе Оленек.

В 1969 г. в доке Дальзавода заменяли наружную обшивку борта и набор танкера Эвенск типа Певек. Судно получило повреждения в балластном переходе в ледовом поле. Завод и судовладелец определили минимально необходимый объем ремонта, который заключался в замене бортовой обшивки и набора с 41-го по 47-й шпангоут и с 51-го по 56-й шпангоут по правому борту, а также по левому борту между шпангоутами 41—43, 45—48, 49—52; шпация 2980 мм. Ширина каждого выреза (рис. 112, вырезы заштрихованы) около 3000 мм.


Рис. 112. Замена поврежденных районов борта на танкере Эвенск.

Еще одним примером ремонта обшивки и набора может служить ремонт повреждения рефрижераторного судна Иван Степанов. Во время ремонта вырезали поврежденный участок борта длиной около 20 м в районе 1—2 трюмов от 47,5 до 55-го шпангоута (рис. 113). Ширина выреза 3500 мм (на рисунке вырез заштрихован).


Рис. 113. Вырез в борту на теплоходе Иван Степанов.

Во время ремонта часто также выполняют большое количество вырезов, небольших по сравнению с размерами конструкций.

Особенно много таких вырезов бывает на рыбопромысловых судах. Например, в корпусе китобойной базы Дальний Восток только после первых двух рейсов потребовалось заменить обшивку и набор в восьми отдельных местах. Размеры и расположение некоторых вырезов приведены в табл. 9.

Таблица 9. Расположение вырезов в корпусе китобазы Дальний Восток
Район (шпангоуты) Борт Поясья обшивки Длина, м Ширина, м
120—130-й Правый Ширстречный и подширстречный 6,8 3,8
148—154-й » Ширстречный 4,8 2,8
126—130-й Левый Следующий за подширстречным 2,0 2,7
121-127-й » Подширстречный 3,8 2,8
39—57-й Правый Ширстречный и подширстречный 13,5 3,8

Кроме вырезов поврежденных районов делают различные технологические вырезы. Например, для сокращения потерь рабочего времени при достройке рыбоконсервных заводов были сделаны два выреза в борту [56]: один — для прохода в район машинного отделения на уровне верхней палубы, другой — в носовой части для прохода на нижнюю палубу. Вырезы имели высоту 1800 мм и ширину около 2000 мм (рис. 114). Вырезы были произведены после спуска судна на воду и постановки его возле стенки завода. Для этой же цели были выполнены три технологических выреза в борту судна Ялта во время ремонта на стапеле Находкинского СРЗ.


Рис. 114. Технологические вырезы на теплоходе Андрей Захаров (а) и на пароходе Ялта (б).

1 — твиндечная палуба; 2 — настил второго дна; 3 — линия реза; 4 — вырезы в борту.

Технологические вырезы также широко используются для извлечения из корпуса судна механизмов и громоздкого оборудования. Участки борта, палубы и днища в помещениях, где установлено оборудование, вырезают вместе с набором. После того как отремонтированные механизмы устанавливают обратно на место, технологические вырезы заваривают.

Много технологических вырезов выполняется на промысловых базах. На них после каждого рейса большое количество вспомогательных механизмов и технологического оборудования проходят ремонт в цехах завода или заменяются новыми. В качестве характерного примера можно привести технологические вырезы на китобойной базе Советская Россия (рис. 115, 116, 117).


Рис. 115. Расположение технологических вырезов на китобазе Советская Россия. 1 — вырезы в борту; 2 — вырезы в палубе.


Рис. 116. Технологический вырез на китобазе Советская Россия.

1,2 — линии реза.


Рис. 117. Технологические вырезы на китобазе Советская Россия.

При выполнении технологических вырезов и при последующей их заделке, а также при замене поврежденных участков обшивки с набором необходимо учитывать возникающие ремонтные напряжения. Часто этим напряжениям не придают должного значения, и в результате возникает ряд «неожиданных» повреждений.

Например, на судне Серпухов одной из причин повреждений были остаточные напряжения  в палубе после ремонта в 1960 г. Тогда была заменена вся верхняя палуба. Сочетание остаточных напряжений с напряжениями от общего изгиба при низкой температуре, кроме упомянутых выше повреждений (см. рис. 7, 8, 9), вызвало также трещину длиной около 3000 мм в углу люка № 2 (рис. 118).


Рис. 118. Трещина на пароходе Серпухов.

Особую отрицательную роль ремонтные напряжения могут сыграть на рефрижераторных судах. В последние годы отмечено возникновение ряда трещин в твиндечных палубах этих судов (см. рис. 10, 11). Напряжения от общего изгиба в этих палубах незначительны, поэтому одной из основных причин возникновения трещин и других повреждений являются остаточные напряжения в сочетании с низкими температурами. Подобное повреждение возникло на судне Художник Врубель (рис. 119).


Рис. 119. Трещина в твинденчной палубе рефрижератора Художник Врубель.

1 — полоса; 2 — конец трещины; 3 — трещина; 4 — пиллерс; 5 — утолщенный лист; 6 — кницы; 7 — трещина в рамном бимсе; в — соединение утолщенного листа с обшивкой второго дна; 9 — рамный бимс.

Местоположение вырезов, образуемых при ремонте в днище, в борту, их протяженность определяются методами и приемами оценки ремонтных и остаточных напряжений. Например, для нахождения ремонтных напряжений при образовании отдельного выреза в палубе судна с последующей его заделкой можно использовать аппарат решения плоской задачи теории упругости, а для определения ремонтных напряжений при замене отдельных связей пригодной оказывается теория изгиба призматических балок. Поэтому каждый вид ремонтных работ требует создания специальных методов расчета напряженного состояния конструкций.

Вопросы оценки ремонтных и остаточных напряжений и влияния их на прочность разработаны еще недостаточно.

Ниже произведена оценка ремонтных напряжений для следующих видов ремонта: ремонт бортовой обшивки и бортового набора на значительной части длины корпуса судна, замена отдельных листов и подкрепление кольцами вырезов в напряженных конструкциях.