СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОРПУСА СУДНА
METHOD OF ESTIMATING AVAILABLE INDEX OF SHIP HULL

Изобретение относится к судам, к определению их характеристик, в частности к оценке технического состояния корпусов судов, а более конкретно к контролю дефектов износового вида.
Известен способ определения технического состояния корпуса судна, изготовленного из композиционных материалов, находящегося в эксплуатации, использующий результаты неразрушающего контроля по обнаружению дефектов типа расслоение (Пат. №2354964, опубл. 10.05.2009), включающий обнаружение методами неразрушающего контроля внутренних дефектов типа расслоение, измерение их площади и сравнивание ее величины с предельно допустимым значением. Способ обеспечивает довольно высокую оценку технического состояния корпуса судна, но способ применим для судов, корпуса которых выполнены из композиционных материалов.
Известен способ контроля общих остаточных деформаций корпусов транспортных и/или стояночных средств, включающий определение характеристик общей прочности корпуса и сравнивание их с допускаемыми значениями, причем определение характеристик производят на основе фактической дефектации и/или статистических данных (Пат. №2293957, опубл. 26.02.2006). Однако способ довольно трудоемкий, связано это с необходимостью определения остаточных деформаций в вакууме для минимизации упругих деформаций.
Известен способ прогнозирования технического состояния диагностируемого объекта (Ефремов Л.В. Прогнозирование технического состояния диагностируемого объекта на ЭВМ / Л.В.Ефремов, С.П.Сверчков // ИП Рыбное хозяйство. Техническая эксплуатация флота. Судостроение. - 1991. - №6. - С.27-29), включающий определение диагностируемого параметра через заданное время, определение расчетного ресурса и назначенного ресурса, анализ технического состояния путем сравнения расчетного ресурса с назначенным ресурсом. Способ пригоден для оценки и прогнозирования технического состояния любых судовых машин, агрегатов, является наиболее близким к предлагаемому способу и принят за прототип.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое в качестве изобретения техническое решение, состоит в обеспечении достоверной оценки технического состояния корпуса судна.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе, включающем определение диагностируемого параметра через заданное время, определение расчетного ресурса и назначенного ресурса, анализ технического состояния путем сравнения расчетного ресурса с назначенным ресурсом, в качестве диагностируемого параметра используют остаточную толщину, условно производят разбивку корпуса судна на элементы, присваивают каждому элементу номер, определяют остаточную толщину каждого элемента корпуса судна, за расчетный ресурс принимают определяемый в годах
γ
γ-процентный срок службы R для элементов корпуса судна, рассчитываемый по формуле:
где γ - процентный срок службы для износов, равный 0,8;
ср
X- средний срок службы i-го элемента;
V - коэффициент вариации;
α - параметр масштаба распределения;
b - параметр формы распределения,
в качестве назначенного ресурса используют срок эксплуатации судна.
i
Кроме того, определение остаточной толщины S каждого элемента корпуса судна проводят на основе фактической дефектации и/или статистических данных по ряду судов.
К элементам корпуса судна относят элементы палубы, наружных обшивок, поперечных и продольных переборок, надстроек и др. Заданное время соответствует времени эксплуатации судна на момент проведения замеров и измеряется в годах.
Отличительными признаками предлагаемого способа оценки технического состояния от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются следующие:
- в качестве диагностируемого параметра используют остаточную толщину S,
- условно производят разбивку корпуса судна на элементы;
- каждому элементу присваивают свой номер;
i
- определяют остаточную толщину S каждого элемента корпуса судна;
i
- рассчитывают срок службы каждого элемента R;
γ
- рассчитывают γ-процентный срок службы R, который служит критерием оценки технического состояния каждого элемента корпуса судна.
Благодаря наличию этих признаков обеспечена максимально возможная и достоверная оценка технического состояния корпуса судна.
Предлагаемый способ оценки технического состояния корпуса судна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2.
i
γ
На фиг.1 представлены в табличном виде исходные данные для расчета, на фиг.2 - данные расчетов сроков R службы и γ-процентных сроков Rслужбы элементов корпусов судов в годах.
Способ осуществляется следующим образом.
i
i
γ
Сначала производят условную разбивку корпуса судна на элементы, этим элементам присваивают номера. Замеряют остаточные толщины S каждого элемента корпуса судна, причем замеры остаточных толщин элементов осуществляют для нескольких судов одного типа и желательно с одинаковыми условиями эксплуатации (район плавания и т.д.). Затем обрабатывают полученные результаты дефектаций, заполняют таблицу (фиг.1), определяют износы элементов корпуса по каждому судну, вычисляют срок службы каждого элемента R. Результаты расчетов заносят в столбцы 13-18 таблицы на фиг.2. Используя закон распределения Вейбулла, обладающий наилучшими аппроксимирующими свойствами, определяют γ-процентные сроки R службы элементов корпусов судов и эти данные заносят в столбец 24 таблицы (фиг.2). Предусматривается также прогнозирование состояния корпуса на определенный срок службы, при этом, в частности, искомые значения толщин могут быть получены в результате статистической обработки по ряду однотипных судов.
0
Для износов принят γ-процентный срок службы, равный γ=0,8 (или 80%), как величину контролируемую, и использована линейная функция изнашивания вследствие большого рассеивания. Зная построечную толщину элемента S, вычисляют скорость его износа:
i
где S - остаточная толщина i-го элемента, мм;
Т - время эксплуатации судна на момент проведения замера, год.
Можно использовать и обратную величину скорости износа - износостойкость:
i
0
Исходными данными для расчета служат замеры остаточной толщины S элементов корпуса по максимально возможной выборке однотипных судов (не менее 3-5 судов) (фиг.1). Эту базу данных представляют в табличном виде Excel (фиг.1). В этой таблице (фиг.1) m - коэффициент износа (Российский морской регистр судоходства, 2007).
Для получения достоверных результатов все столбцы (7…12) (фиг.1) должны быть заполнены. Если на каком-то судне замеры какого-либо элемента не проводились по причине сложности доступа к конструкции или, исходя из опыта проведения замеров (участок конструкции не является зоной повышенного износа), то ячейка таблицы должна быть заполнена средней величиной соответствующих замеров по другим судам.
Далее выполняют расчет и заполняют таблицу (фиг.2). При этом программные команды выполняются по координатам соответствующих клеток (номер столбца и строки).
Пояснения к таблице (фиг.2):
i
13…18 столбцы - срок службы R i-го элемента в годах в зависимости от износостойкости, вычисляемый для каждого элемента судна по формуле:
где T - время эксплуатации судна на момент проведения замеров, год;
0i
m - коэффициент износа для i-го элемента;
0i
S - построечная толщина i-го элемента;
Si - остаточная толщина i-го элемента для каждого судна соответственно (7-й…12-й столбцы таблицы на фиг.1).
i
0
i
0
При этом необходимо ввести программное условие (условный переход): если S>S (погрешность замеров, толщина проката в «+» и т.п.), то S/S=0,97, чтобы не получился нереально большой срок службы. При таком ограничении максимальный срок службы элемента 150 лет.
19 столбец (фиг.2) - средний срок службы i-го элемента, определяемый по формуле:
где N - количество судов;
20 столбец (фиг.2) - коэффициент вариации, определяемый по формуле:
cp
где P - среднеквадратичное отклонение X;
21 столбец (фиг.2) - параметр формы распределения, определяемый по формуле:
где V - коэффициент вариации;
22 столбец (фиг.2) - коэффициент для расчета параметра масштаба, определяемый с помощью гамма-функции:
где b - параметр формы распределения;
Г - гамма-функция.
23 столбец (фиг.2) - параметр масштаба распределения, определяемый по формуле:
где К(b) - коэффициент для расчета параметра масштаба.
γ
Результаты расчета γ-процентных сроков службы Rэлементов в годах представлены в последнем 24-м столбце таблицы (фиг.2). Расчет γ-процентных сроков службы R элементов осуществляют по формуле:
где γ - процентный срок службы для износов и равный 0,8;
cp
X - средний срок службы i-го элемента;
V - коэффициент вариации;
α - параметр масштаба распределения;
b - параметр формы распределения.
γ
После того, как обе таблицы заполнены, осуществляют анализ технического состояния путем сравнения данных γ-процентных сроков службы R каждого элемента для каждого судна (столбец 24 в таблице на фиг.2) со сроками эксплуатации соответствующего судна. Например, γ-процентный срок службы элемента 67 для судна 1 (столбец 24 в таблице на фиг.2) определен в 14,5 лет. Это значит, что данный элемент 67 будет находиться в хорошем состоянии в течение 14,5 лет с момента постройки с вероятностью 80%, т.е. может прослужить в течение 14,5 лет без ремонта. Допустим, срок эксплуатации судна 1, например, составляет 20 лет, а оно находится в эксплуатации без ремонта 16 лет, следовательно, этому элементу необходим ремонт.
Предлагаемый способ оценки технического состояния корпуса судна позволяет объективно и с достаточно высокой степенью вероятности оценить техническое состояние корпуса судна. Кроме того, способ позволяет уточнять объемы дефектаций корпуса судна при освидетельствованиях, а также прогнозировать необходимый объем ремонта. Достоверность и точность способа оценки технического состояния корпуса судна подтверждена на практике сравнением результатов расчетных и статистических исследований ультразвуковых измерений износов элементов корпуса судна типа «Атлантик-333» ОАО «Мурманский траловый флот». Разработанный способ принят ОАО «Мурманский траловый флот» для использования при оценке и прогнозировании технического состояния корпусов судов флота.