Отказы, повреждения и дефекты гидроприводов ворот и затворов судоходных гидротехнических сооружений

Представленный случай потери устойчивости стенки не является единичным. Все известные случаи разрушения свайных сооружений, возведенных на мелкопесчаных слабых грунтах, показывают на необходимость дополнительного изучения вопроса взаимодействия слабых оснований со свайными сооружениями.

Список литературы

1. Гончаров В. Н. Движение наносов / В. Н. Гончаров. — М.: ОНТИ, Гл. ред. строит. лит., 1938. — 110 с.

2. Гуревич В. Б. Речные портовые гидротехнические сооружения / В. Б. Гуревич. — М.: Транспорт, 1988. — 415 с.

3. Строительные нормы и правила 2.06.04-82* «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)» / Госстрой СССР. — М., 1989. — 71 с.

4. Строительные нормы и правила 2.06.07-87 «Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» / Госстрой СССР. — М., 1989. — 89 с.

5. Терцаги К. Механика грунтов в инженерной практике: [пер. с англ.] / К. Терцаги, Р. Пек. — М.: Госстойиздат, 1970. — 415 с.

УДК 626.4 М. Л. Кузьмицкий,

д-р техн. наук, СПГУВК;

В. А. Голицын,

канд. техн. наук, доцент, СПГУВК

ОТКАЗЫ, ПОВРЕЖДЕНИЯ И ДЕФЕКТЫ ГИДРОПРИВОДОВ ВОРОТ И ЗАТВОРОВ СУДОХОДНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ FAILURES, DAMAGES AND DEFECTS OF THE HYDRAULIC DRIVES FOR GATES AND SHUTTERS OF NAVIGABLE HYDRAULIC STRUCTURES

В статье приведены факты отказов, повреждений и выявленных дефектов гидравлических приводов ворот и затворов судоходных гидротехнических сооружений. Рассмотрены вероятные причины реализации отказов и повреждений и возможные пути повышения работоспособности приводов.

The article presents the facts of refusals, the damage and the identified defects of hydraulic actuators of the gate and the gate of navigable hydraulic structures. Probable causes offailures and damages and possible ways of increasing the efficiency of the drives are considered.

Ключевые слова: дефект гидравлических приводов, затвор, гидротехнические сооружения.

Key words: defects of the hydraulic actuators, gate, hydraulic structures.

Выпуск 2

Выпуск 2

В НАСТОЯЩЕЕ время на магистральных судоходных гидротехнических сооружениях (СГТС) РФ эксплуатируется примерно 800 приводов ворот и затворов, из них 700 механических и 100 гидравлических.

Срок службы механических приводов составляет 45-70 лет. В результате объективного протекания процессов старения (изнашивание трением, усталостное разрушение, накапливание механических повреждений и деформаций) имели место разрушения элементов приводов и многочисленные случаи их замены по результатам плановых наблюдений. Указанное обстоятельство, а также факт превышения срока службы механических приводов в условиях интенсивной эксплуатации над установленным (25 лет) в 2-3 раза свидетельствуют о необходимости их замены.

Одним из наиболее вероятных технических решений при этом является переход на гидроприводы ворот и затворов, которые представляют собой многоэлементные системы, надежное функционирование которых требует высокого уровня технологии изготовления, монтажа и эксплуатации.

Производство крупногабаритных гидроприводов ворот и затворов СГТС носит, как правило, единичный или малосерийный характер, уровень отработанности технических решений и технология которого ниже, чем при производстве массовых гидравлических систем (например, автомобильная, автодорожная, авиационная техника и т. п.). Это предопределяет наличие конструктив -ных недостатков, худшее качество обработки и очистки деталей, а также сборки узлов. Монтаж гидроприводов ворот и затворов производится не в заводских условиях, а непосредственно на сооружениях, обычно при их строительстве или реконструкции. Отличительными особенностями эксплуатации гидроприводов ворот и затворов СГТС являются: большой срок службы (несколько десятилетий); контакт отдельных поверхностей элементов с коррозионной средой; широкий температурный диапазон; наличие нерасчетных нагрузок.

За период эксплуатации гидроприводов ворот и затворов СГТС (20-45 лет) имели место износы и повреждения различных элементов, выявлены технологические дефекты, что привело к необходимости их ремонта или замены.

На начальном этапе эксплуатации гидроприводов ворот и затворов СГТС наблюдается интенсивное изнашивание элементов маслонасосных установок и систем управления, течь маслопроводов, образование рисок и задиров на штоках сервомоторов (рис. 1). Сказанное относится к большинству приводов. Наиболее характерным примером может служить опыт эксплуатации 2-й камеры Кочетовского шлюза, где за первых 1,5 года эксплуатации по причине повреждений штоков была произведена замена большинства сервомоторов.

Рис. 1. Риски на хромовом покрытии

Через 10-15 лет эксплуатации на СГТС р. Волги (г. Городец, Чебоксары, Балаково) отмечено шелушение (отслаивание) хромового покрытия на отдельных участках штоков сервомоторов, что вызвало необходимость их ремонта или замены (около 30 % от общего числа).

На участках штоков, имеющих контакт с коррозионной средой (водой), наблюдается образование крупных коррозионных язв (рис. 2) глубиной до 2,5 мм. По данным наблюдений, образованию и развитию таких повреждений предшествовало появление (наличие) «точечных проявлений», в качестве которых могут рассматриваться технологические поры на хромовом покрытии (рис. 3), обнаруженные при обследовании на большинстве штоков сервомоторов камеры № 2 Ко -четовского шлюза.

Рис. 3. Поры на поверхности хромового покрытия

Выпуск 2

Выпуск 2

На горизонтально расположенных сервомоторах привода двустворчатых ворот отмечены случаи остаточной деформации (погибы) штоков. Отмечается неустойчивая работа гидроприводов подъемноопускных ворот, маневрирование которых производится двумя сервомоторами. Рассмотрим вероятные причины отказов повреждений и повышенных износов гидроприводов ворот и затворов СГТС.

Хромовые покрытия имеют высокую твердость. По данным [1] для блестящего хрома ее значение превышает НУ 900. Образование повреждений в виде рисок возможно в случае наличия в зазоре между штоком и сопрягаемой деталью (узел уплотнения) частиц, например песка ВЮ2, твердость которого по данным [2] достигает 1000 НУ. Наличие частиц с высокой твердостью в рабочей жидкости приводит к абразивному изнашиванию — процессу интенсивного разрушения поверхностей деталей при трении скольжения, обусловленного наличием абразивной среды в зоне трения и выражающейся в местной пластической деформации, микроцарапании и микрорезании абразивными частицами поверхностей трения [3].

При появлении в зазорах между сопрягаемыми деталями твердых частиц, размеры которых превышают толщину хромового покрытия, происходит продавливание и разрушение последнего за счет пластической деформации основного металла детали. При этом твердость материала частиц, попавших в зазор, может быть значительно ниже твердости хрома. Такой механизм разрушения весьма вероятен при образовании задиров (глубина и ширина дефектов значительно превышает толщину хромового покрытия).

В работе [4] указывается, что в зависимости от качества очистки (фильтрации) рабочей жидкости срок службы гидроагрегатов может изменяться в несколько (до десятка) раз.

Загрязненность рабочей жидкости, как правило, вызвана:

— попаданием абразивных частиц при заправке и дозаправке гидросистемы;

— наличием в гидросистеме продуктов механической обработки деталей;

— образованием частиц износа и окисления деталей, особенно в начальный период эксплуатации (приработочный износ).

Учитывая сказанное и перечисленные выше особенности изготовления и монтажа гидроприводов ворот и затворов СГТС, загрязненность рабочей жидкости следует считать наиболее вероятной причиной образования повреждений и повышенных износов их элементов в начальный период эксплуатации.

Основными причинами шелушения хромового покрытия при отсутствии коррозионной среды могут являться [1]:

— низкое качество механической обработки или химической подготовки поверхности перед покрытием;

— нарушение теплового режима хромирования;

— нарушение токового режима хромирования.

Анализ выполненных исследований [5-10] показывает, что при хромировании на ранней стадии формирования сплошных осадков наличие на подложке частиц полировочной пасты, абразивов, очесов матерчатых кругов, оксидных пленок затрудняет осаждение металла.

Одной из причин вспучивания покрытий [11] может быть водород, поглощенный основным металлом в процессе хромирования. В наибольшей мере освобождение (выделение) водорода происходит при растягивающих малоцикловых деформациях.

В гальванических покрытиях наряду с нарушениями кристаллической решетки часто встречаются макроскопические дефекты (поры, водородные камеры, пустоты, связанные или несвязанные между собой трещины). В силу специфики процесса электроосаждения большинство покрытий формируются в условиях, когда имеет место одновременный разряд ионов металла и водорода. Часть образующихся пузырьков адсорбируется на поверхности катода [5; 6; 10]. В результате появляются незаполненные металлом углубления (питтинг), которые могут пронизывать всю толщину осадка. В некоторых случаях пузырьки, которым удалось закрепляться на поверхности катода, постепенно обрастают металлом, что приводит к возникновению замкнутых полостей, так называемых водородных камер.

Указанные выше технологические дефекты хромовых покрытий наряду с эксплуатационными дефектами типа задиров в присутствии коррозионной среды могут рассматриваться как потенциальные очаги образования коррозионных повреждений, разрушения основного металла и отслаивания хрома.

Существует несколько направлений [1; 2; 7] повышения коррозионной стойкости хромовых покрытий, например предварительное осаждение на основной металл подслоев меди и никеля, использование многослойного хромового покрытия и т. п. Однако отмечается, что при наличии дефектов, размеры которых превышают толщину покрытия, они могут оказаться малоэффективными. В рассмотренных работах нет результатов исследований коррозионной стойкости и целос-ности хромовых покрытий в течение большого срока эксплуатации (до нескольких десятилетий).

Поэтому нельзя исключать из рассмотрения возможность изготовления отдельных деталей гидроприводов ворот и затворов СГТС из нержавеющих сталей, хотя это неизбежно приведет к снижению их износостойкости. Достижение длительной и надежной эксплуатации гидроприводов ворот и затворов СГТС потребует:

— доработки проектов с учетом условий эксплуатации СГТС и их элементов;

— разработки технических требований по испытаниям гидроприводов на предприятии-из-готовителе и в период пусконаладочных работ;

— обеспечения износостойкости и коррозионной стойкости элементов.

Выводы

1. Наибольшая интенсивность образования повреждений, дефектов и отказов наблюдается на первичном этапе эксплуатации гидроприводов ворот и затворов СГТС, что, как правило, вызвано наличием различного вида загрязнений в гидросистеме.

2. В последующий период эксплуатации отказы элементов гидропривода обусловлены наличием технологических и эксплуатационных дефектов, а также недостаточной отработки конструкций.

3. Учитывая наметившуюся тенденцию к замене механических приводов ворот и затворов на гидравлические, представляется необходимым проведение детальных исследований причин отказов и повреждений элементов гидроприводов, находящихся в эксплуатации, и анализа возможности использования других материалов и технологий для изготовления элементов.

Список литературы

1. Черкез М. Б. Хромирование и железнение / М. Б. Черкез. — М.: Машиностроит. лит., 1958. — 81 с.

2. Сайфулин Р. С. Комбинированные электромеханические покрытия и материалы / Р. С. Сайфулин. — М.: Химия, 1972. — 167 с.

3. Костецкий Б. И. Сопротивление изнашиванию деталей машин / Б. И. Костецкий. — М.; Киев: Машиностроит. лит., 1959. — 478 с.

4. Башта Т. М. Машиностроительная гидравлика / Т. М. Башта. — М.: 1971. — 672 с.

5. Поветкин В. В. Структура электролитических покрытий / В. В. Поветкин, И. М. Ковен-ский. — М.: Металлургия, 1989. — 135 с.

6. Справочное руководство по гальванике: пер. с нем. — М.: Металлургия, 1969. — 418 с.

7. Богорад Л. Я. Хромирование / В. В. Поветкин. — 5-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1984. — 57 с.

8. Бильфиндер Р. Твердое хромирование / Р. Бильфиндер. — М.: Машгиз, 1947. — 358 с.

Выпуск 2

Выпуск 2

9. Михайлов А. А. Обработка деталей с гальваническими покрытиями / А. А. Михайлов. — М.: Машиностроение, 1971. — 672 с.

10. Салли А. Хром / А. Салли, Э. Брэндз. — М.: Металлурггия, 1971. — 358 с.

11. Карпенко Г. В. Влияние водорода на свойства стали / Г. В. Карпенко, Р. И. Крипякович. — М.: Металлургиздат, 1962. — 672 с.

УДК 626.421.4 А. М. Гапеев,

д-р техн. наук, профессор, СПГУВК

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ И ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ НАПОЛНЕНИЯ КАМЕР СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ ИЗ-ПОД ПЛОСКИХ ПОДЪЕМНО-ОПУСКНЫХ ВОРОТ DETERMINATION OF DIMENTIONS AND RELATIVE POSITION OF LOCK CHAMBER SYSTEM COMPONENTS WHEN FLOODING FROM UNDER PLAIN LIFT-OVERPOUR GATE

Приведена приближенная методика определения размеров водопропускных отверстий, образуемых элементами системы наполнения, по условиям безопасности шлюзуемых судов и эффективности работы гасительных устройств.

An approximate method for determining the size of culvert openings formed by the elements of the system of filling for safety of ships when locking and effectiveness of extinguishing devices is shown.

Ключевые слова: судоходный шлюз, головная система питания, гасительные устройства, наполнение камеры.

Key words: shipping lock, head-end filling, extinguishing devices, lock chamber filling.

ОСНОВНЫМ типом судопропускных сооружений, возводимых на шлюзованных водных путях России, являются судоходные шлюзы. В настоящее время в постоянной эксплуатации находятся 129 судоходных шлюзов, в числе которых 119 шлюзов имеют сосредоточенную (головную) систему питания как наиболее простую и экономичную и только 10 — распределительную.

Опыт эксплуатации судоходных шлюзов показывает [1, с. 45-47], что значительная их часть, в особенности с головными системами наполнения камер, не всегда обеспечивает заданную пропускную способность и безопасность шлюзования крупнотоннажного флота. Наиболее сложные условия шлюзования судов имеют место в шлюзах с наполнением камер из-под плоских подъемно-опускных ворот, которые считались совершенными по использованию в них различных гасительных устройств. Это шлюзы Волго-Донского и Волго-Балтийского каналов, Балаковские и Городецкие шлюзы на Волге, Нижнекамские, Краснодарский и др. На них в течение ряда лет проводились многочисленные натурные исследования по увеличению пропускной способности и обеспечению безопасности шлюзуемых судов. В некоторых случаях безопасные условия стоянки крупнотоннажного флота обеспечены за счет внедрения замедленных режимов подъема затворов, приведших к значительному увеличению времени наполнения камер, а в отдельных случаях уда-