СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ГРЕБНОГО ВИНТА И ГРЕБНОГО ВАЛА СУДНА
CORROSION PROTECTION SYSTEM OF MARINE PROPELLER AND PROPELLER SHAFT OF SHIP

Изобретение относится к области предотвращения коррозии гребных винтов и гребных валов морских судов путем катодной защиты, в частности к конструктивным элементам средств защиты от эрозионного и коррозионного разрушения поверхности.
Известна система защиты от коррозии гребного винта и гребного вала судна, содержащая узел электрической связи вращающегося гребного вала с корпусом этого судна, выполненный в виде контактно-щеточного устройства, которое замыкает электрическую цепь, обеспечивая протекание в морской воде защитного электрического тока от анода - корпуса судна, к катоду - гребному винту. Эта система устанавливается на всех крупных морских судах и, как правило, включается в комплект поставки гребного вала (Люблинский Е.Я. и др. Коррозия и защита судов: Справочник. - Л.: Судостроение, 1987, с.336).
Однако этой системе присущи недостатки, заключающиеся в отсутствии контроля защитного тока гребного винта, который уменьшается при повышении качества лакокрасочного покрытия корпуса судна. Кроме того, электрическое сопротивление скользящих контактов контактно-щеточного устройства неизбежно увеличивается в процессе эксплуатации. Это требует как периодического обслуживания системы, так и применения дополнительных регулирующих устройств, компенсирующих электрическое напряжение между валом и корпусом.
Известны также системы защиты от коррозии гребного винта и гребного вала судна, содержащие закрепленные на них протектирующие обтекатели (авт.св. СССР 113267, патенты РФ 2071438 и 2066659).
Однако и этим системам присущи недостатки, заключающиеся в отсутствии контроля величины защитного тока, что не позволяет обеспечить регулируемую защиту гребного винта от питтинговой коррозии и кавитационной эрозии в зависимости от условий обтекания на разных скоростях хода судна. Кроме того, гарантированный срок службы протектирующмх обтекателей не превышает 2-4 лет, что требует их периодической замены при доковании судна.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения принята система защиты от коррозии гребного винта и гребного вала судна, содержащая, по меньшей мере, один анод, размещенный в забортном пространстве судна, регулятор защиты, включающий в себя измеритель электрических параметров гальванической пары «гребной винт - корпус судна» и источник защитного тока, связанный с анодом (патент JP 04031192, В63В 59/04, В63Н 1/26, 1992).
В известной системе источник защитного тока расположен на борту судна и подключен к гребному валу с помощью контактно-щеточного устройства. Поэтому недостатком известной системы является относительно низкая защищенность поверхности гребного винта от коррозии при ухудшении качества защитного лакокрасочного покрытия корпуса судна и трудоемкость периодического обслуживания контактно-щеточного устройства.
Недостаточная защищенность части поверхности гребного винта при размещении анодов на корпусных конструкциях судна обусловлена неравномерностью распределения по ней защитного электрического тока.
Необходимость периодического обслуживания известной системы обусловлена наличием сильноточного контактно-щеточного устройства для передачи тока на гребной вал, что требует периодической зачистки контактных деталей от продуктов коррозии и ликвидации эрозионных повреждений.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение защищенности поверхности гребного винта и гребного вала от коррозии при ухудшении качества защитного лакокрасочного покрытия корпуса судна и снижение трудоемкости процесса его обслуживания.
Эта задача решается тем, что в системе защиты от коррозии гребного винта и гребного вала, содержащей, по меньшей мере, один анод, размещенный в забортном пространстве судна, регулятор защиты, включающий в себя измеритель электрических параметров гальванической пары «гребной винт - корпус судна» и источник защитного тока, связанный с анодом, ее анод расположен на гребном винте. Источник защитного тока расположен на гребном валу и выполнен в виде выпрямителя, положительный полюс которого подключен к аноду, а отрицательный - к гребному валу. Система оснащена управляемым по мощности источником переменного тока, причем вход источника защитного тока подключен к выходу упомянутого источника переменного тока через индуктивно связанные между собой стационарную обмотку, расположенную на борту судна и охватывающую гребной вал, и соосно установленную на гребном валу вторую обмотку.
Кроме того, связь анода с источником защитного тока может быть осуществлена кабелем, проложенным внутри продольной полости в гребном валу и выведенным из его полости через гермоввод или проложенным под стеклопластиковым покрытием гребного вала. При этом измеритель параметров электрохимического состояния гальванической пары «гребной винт - корпус судна» может быть выполнен в виде магнитомодуляционного измерительного преобразователя тока, охватывающего гребной вал, и, по меньшей мере, один анод может быть расположен на ступице гребного винта или на кормовом обтекателе гребного винта. Наряду с этим на поверхности гребного вала, по меньшей мере, на участке, охватываемом обмотками, может быть закреплено ферритовое кольцо или сегменты ферритового кольца, а гребной вал на участке над обмотками может быть охвачен ферритовым кольцом или сегментами ферритового кольца.
H
S
A
H
S
A
A
Расположение на гребном винте анодов, питаемых защитным электрическим током, формируемым от внутреннего источника в системе «гребной винт - гребной вал», позволяет реализовать трехэлектродную гальваническую систему корпус-гребной винт-анод, в которой φ φ и φ - соответственно электродные потенциалы металлов корпуса, гребного винта и (рабочей поверхности) анода в морской воде (в разомкнутой цепи). При обозначении электрического сопротивления электродов корпуса, гребного винта и анода соответственно как R, R и R и напряжения источника питания анода как U условия оптимальной защиты гребного винта и гребного вала от коррозии ΔU=0 (ΔU - напряжение, измеряемое между гребным валом и корпусом судна) или I=0 (I - ток, проходящий через поперечное сечение гребного вала) соответствуют величине напряжения
A
A
H
S
H
A
S
U=φ-φ+(φ-φ)·R/R.
A
H
SH
При выполнении условий ΔU=0 или I=0 напряжение источника питания анода U не зависит от сопротивления R и сопротивления внутренней электрической цепи гребной винт - корпус R, и электродный потенциал металла гребного винта по сравнению с потенциалом в разомкнутой цепи сдвигается в отрицательную сторону на величину порядка
S
H
φ-φ~300 мВ.
Наличие в на борту судна управляемого по мощности источника переменного тока в сочетании со стационарной и дополнительной индуктивно связанными обмотками, реализующими электрическую связь его с гребным валом, при отклонении величин ΔU или I от нулевых значений позволяет автоматически или вручную сформировать в нем управляющее воздействие, резко снижающее токи во внутренней цепи между гребным валом и корпусом судна. При этом также снижаются импульсные составляющие токов, возникающие из-за эффекта "всплытия" гребного вала в подшипниках скольжения. Благодаря этим эффектам значительно уменьшается интенсивность процессов коррозии и искровой эрозии бронзовых облицовок гребного вала и баббитовых вкладышей подшипников.
Положительный эффект от использования изобретения обусловлен повышением качества защиты гребного винта и гребного вала от коррозии наложенным током, проявляется при ухудшении во время эксплуатации судна качества защитного лакокрасочного покрытия корпуса судна за счет возможности установки на гребном винте одного или более местных анодов с долговечным покрытием из платины. Такая установка анодов непосредственно на гребной винт обеспечивает более равномерное распределение защитного тока по сравнению с их установкой на корпусе или кронштейне гребного вала, как в аналоге, так как точки защищаемой поверхности гребного вала находятся на соизмеримых расстояниях от анода.
Снижение трудоемкости периодического обслуживания достигается за счет размещения управляющих и исполнительных компонентов регулятора медленно меняющегося, практически постоянного защитного тока в электрически изолированных друг от друга схемах с формированием этого тока в цепи, гальванически развязанной от измерительной части, не требующей использования обслуживаемых скользящих контактов.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена система защиты от коррозии гребного винта и гребного вала с размещением анода на обтекателе гребного винта, а на фиг.2 - вариант системы с размещением анода на ступице винта.
Система защиты от коррозии гребного винта 1 и гребного вала 2 судна 3 (фиг.1) содержит аноды 4, установленные в забортном пространстве судна 3 на гребном винте 1, и регулятор защиты 5. Регулятор защиты 5 включает в себя измеритель 6 электрических параметров гальванической пары «гребной винт 1 - корпус судна 3» и источник защитного тока 7. Источник защитного тока 7 связан с анодом 4, расположенным на гребном винте 1, закреплен на гребном валу 2 и выполнен в виде выпрямителя, положительный полюс 8 которого подключен к аноду 4, а отрицательный полюс 9 - к гребному валу 2.
Система оснащена установленным внутри корпуса судна 3 управляемым по мощности источником 10 переменного тока. Вход источника защитного тока 7 подключен к выходу источника 10 через индуктивно связанные между собой стационарную обмотку 11, расположенную на борту судна и охватывающую гребной вал 2, и соосно установленную на гребном валу 2 вторую обмотку 12.
Достаточная для функционирования системы индуктивная связь между витками обмоток 11 и 12 обеспечивается за счет ферромагнитных свойств материала гребного вала 2. Однако для повышения коэффициента полезного действия системы также могут быть применены охватывающие гребной вал 2, ферритовое кольцо 13, расположенное между обмоткой 9 и гребным валом 2, и ферритовое кольцо 14, охватывающее обмотку 10 снаружи. Как вариант, ферритовые кольца 13 и 14 могут быть выполнены составными из отдельных сегментов (не показано).
Измеритель 6 электрических параметров гальванической пары «гребной винт 1 - корпус судна 3», как показано на фиг.1, может быть выполнен в виде магнитомодуляционного измерительного преобразователя тока, состоящего из магнитопровода 15, охватывающего гребной вал 2, в зазоре которого расположен датчик Холла 16, запитанный от генератора переменного напряжения 17.
Связь анода 4 с источником защитного тока 7 может быть осуществлена кабелем 18, проложенным в продольной полости 19 в гребном валу 2 и выведенным из этой полости через гермоввод 20 (фиг.1) или проложенным под стеклопластиковым покрытием 21 гребного вала 2 (фиг.2).
Место расположения анода 4 и реализация прокладки кабеля 18 зависят от конструкции гребного винта 1 и гребного вала 2. В случае гребного винта 1 фиксированного шага анод 4 устанавливается на его кормовом обтекателе 22, а в случае гребного винта регулируемого шага - на носовой части ступицы 23. Для гребного винта 1 фиксированного шага кабель 18 может быть проложен под стеклопластиковым покрытием 21 гребного вала 2 или внутри продольной полости в гребном валу 2, для гребного винта 1 регулируемого шага - только под стеклопластиковым покрытием 21.
В варианте системы с регулированием тока анода 4 по параметру ΔU, показанном на фиг.2, измеритель 6 может быть выполнен на базе слаботочного контактно-щеточного устройства, состоящего из контактных колец 24 и 25, подключенных к выходу источника защитного тока 7, и щеток 26 и 27, подключенных на вход модулятора 28, запитанного от генератора переменного напряжения 17, используемого для управления мощностью источника 10.
При работе системы измеритель 6 фиксирует электрохимическое состояние гальванической пары «гребной винт 1 - корпус судна 3».
При отклонении этого состояния от равновесного, т.е. при ΔU≠0 или I≠0, на его выходе регистрируется сигнал, по которому оператор, управляя мощностью источника 10, периодически устанавливает величину защитного тока, вырабатываемого источником защитного тока 7, соответствующую сведению этого сигнала к нулю, т.е. к условиям ΔU=0 или I=0.
При автоматическом управлении системой защиты модулированное напряжение с выхода измерителя 6 является воздействием, управляющим мощностью источника 10. В свою очередь воздействием тока источника 10 через его трансформацию в обмотках 9 и 10 и выпрямление источником защитного тока 7 реализуется следящая система отработки этого управляющего воздействия измерителя 6 на ноль.
В результате сведения электрических параметров гальванической пары «гребной винт - корпус судна» ΔU или I к минимальным значениям предлагаемая система позволяет снизить коррозионные и эрозионные повреждения гребных винтов и гребных валов за счет исключения и замедления процессов электрохимической коррозии и коррозионной эрозии. В конечном итоге при использовании предлагаемого способа, при отсутствии механических повреждений срок службы гребных винтов и гребных валов может быть доведен до срока службы судов, на которых они установлены.