Ремонт корпуса судна. Технологии ремонта и оценка их воздействия на окружающую среду

Курсовая работа

Ремонт корпуса судна. Технологии ремонта и оценка их воздействия на окружающую среду

Введение

Выполнение курсовой работы по технологии судостроения и судоремонта призвано углубить и закрепить знания лекционного курса, приобрести навыки обработки материалов дефектации корпусов судов.

В процессе выполнения курсовой работы изучаются основные виды дефектов, производится оценка технического состояния корпуса судна. По результатам обработки материалов дефектации выбираются необходимые технологические процессы ремонта, определяется объем ремонта по затратам материальных и трудовых ресурсов.

Цель работы: дать оценку технического состояния корпуса судна через 5 лет, определить общий объем ремонта, включающего в себя общую потребность в металле, общую трудоемкость ремонта, оценку воздействия на окружающую среду при ремонте.

1.      Оценка технического состояния корпуса судна

.1      Исходные данные

ремонт металл износ

Вариант №36

сечение балок рамного набора:

T

сечение балок холостого набора:

полособульб №12

.2 Нормирование дефектов элементов корпуса

В процессе эксплуатации судна элементы его корпуса изнашиваются, повреждаются и теряют свои прочностные характеристики. Ремонт износов и повреждений производят с применением различных технологий: тепловой и механической резки, разделки кромок, сварки, строжки, очистки сварных швов от шлака и брызг металла и т.д. Как правило, все операции применяемых технологических процессов оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Однако количественная оценка такого воздействия не возможна без предварительного определения объёмов ремонта. В свою очередь, определение объёмов ремонта предполагает предварительную оценку технического состояния корпуса судна.

Оценка технического состояния (годное, годное с ограничениями, негодное) производится при освидетельствованиях судна по результатам дефектации.

Дефектацией корпуса судна называется обследование элементов корпуса с проведением необходимых замеров и анализов для определения его технического состояния и объёмов ремонта.

Нормы допускаемых остаточных толщин и местных остаточных деформаций установлены Правилами освидетельствования судов в эксплуатации (ПОСЭ) Российского Речного Регистра. Оценка технического состояния корпуса судна осуществляется в соответствии с требованиями ПОСЭ.

Полную дефектацию корпуса производят на слипах и в доках перед средним и капитально-восстановительным ремонтами и, как правило, совмещают с очередным освидетельствованием судна.

При дефектации корпуса судна и по её результатам комиссией оформляются следующие документы:

. Таблицы замеров, которые составляются отдельно по износам групп связей корпуса, деформациям, недопустимым и прочим дефектам. Они содержат результаты замеров и необходимые расчёты по оценке технического состояния;

. Растяжки наружной обшивки с обоих бортов, настилов палуб и двойного дна, обшивки вторых бортов и непроницаемых переборок. На них условными обозначениями в масштабе наносятся все дефекты корпуса. Растяжки служат основным документом для определения предстоящего объёма ремонтных работ;

. Акт дефектации - сводный документ, содержащий краткие сведения о судне, все данные дефектации, оценку технического состояния и объём ремонта, необходимый для подтверждения планируемой оценки. Акт дефектации подписывается комиссией по дефектации и утверждается инспектором Регистра.

По результатам дефектации судоремонтный завод и заказчик определяют окончательный объём и расчётный срок ремонта, а также уточняют договорные условия.

Дефекты корпуса разделяют на следующие группы:

▪ износы элементов конструкций;

▪ местные остаточные деформации;

▪ трещины и разрывы;

▪ прочие дефекты.

Износ - результат коррозионно-эрозионного и абразивного изнашивания корпусов судов. Износ измеряют в мм или мкм.

При определении степени износа конструкций корпуса в Акте дефектации указывают вид износа:

а) местный износ - охватывает отдельные участки поверхности связи (элемента корпусной конструкции);

б) сплошной износ - охватывает всю поверхность связи;

в) равномерный износ - сплошной износ с утонением, одинаковым по всей поверхности связи;

г) неравномерный износ - сплошной износ с утонением, различным по всей поверхности связи;

д) язвенный износ - износ в виде отдельных раковин.

Деформации - изменение формы элементов корпуса, возникающие от воздействия внешних нагрузок (соударения с другими судами, льдом, подводными предметами, грузом и пр.). Различают следующие виды местных остаточных деформаций: бухтина, гофрировка, вмятина и кромочные деформации.

а) бухтина - отдельно расположенная остаточная деформация обшивки и настилов корпуса между двумя смежными (недеформированными) балками набора;

б) гофрировка - массовые остаточные деформации обшивки и настилов корпуса между несколькими последовательно расположенными балками набора без деформации последних;

в) вмятина - остаточная деформация обшивки корпуса совместно с балками судового набора;

г) кромочная деформация - смятие кромок у стенок рамного набора или переборок, примыкающих к наружной обшивке корпуса или настилу грузовой палубы.

Трещины, пробоины и разрывы - нарушение целостности металла и сварных соединений, возникающее от внешних воздействий или внутренних напряжений. Трещины, разрывы или изломы отдельных связей могут наблюдаться по целому металлу элементов корпуса или в зоне их сварных соединений. Размеры трещин и разрывов определяют с помощью штангенциркуля, линейки или другого измерительного инструмента с точностью до 5 мм.

Прочие дефекты - цементные заделки водотечности корпуса, износ сварных швов, деформации выступающих частей, не мешающие эксплуатации судна и др.

Нормирование износов элементов корпуса

Состояние конструкций корпуса с износами характеризуется остаточными толщинами, которые определяются на основании замеров.

Нормы допускаемых остаточных толщин назначены в Правилах Регистра.

Значение средней проектной толщины по группе связей определяют по формуле:

,        (1.1)

где в_эл - ширина элемента связи, м;

n - число элементов в группе связей.

Нормирование местных остаточных деформаций

Состояние конструкций корпуса с деформациями характеризуется максимальными остаточными стрелками прогибов и размерами деформированных участков конструкций в плане. Местные остаточные деформации листов с набором (вмятины) оцениваются по трём нормируемым параметрам.

1. По степени распространения вмятин по ширине корпуса отдельно для палубы и днища b/В или по высоте борта судна h/H (для судов из лёгких сплавов) отдельно для каждого борта.

. По максимально допустимой стрелке f прогиба вмятины.

. По отношению стрелки f прогиба вмятины к наименьшему её размеру в плане l.

Нормы местных остаточных деформаций листов обшивки совместно с набором (вмятин) установлены Правилами Российского Речного Регистра.

Допустимыми являются дефекты, при которых разрешается эксплуатация судна, то есть даётся оценка «годное» или «годное с ограничениями». Недопустимыми являются дефекты, при которых судно запрещается эксплуатировать, оценка технического состояния - «негодное».

К недопустимым дефектам относятся:

▪ дефекты, нормируемые параметры которых превышают допустимые Правилами Регистра значения;

▪ общий остаточный прогиб (перегиб) корпуса, сопровождающийся разрывами, трещинами, потерей устойчивости балок продольного набора и их книц, комингсов люков, резкими поперечными складками палубного настила, обшивки днища, бортов или другими признаками наметившегося перелома корпуса;

▪ отношение стрелки прогиба вмятины к её наименьшему размеру в плане f/l превышает 0,1 или значение стрелки прогиба более 250 мм;

▪ гофрировка имеет стрелку прогиба более 0,1 расстояния между балками набора, а для палубы, днища и ширстрека при поперечной системе набора в средней части корпуса более 0,05;

▪ бухтины имеют стрелку прогиба более 0,1 расстояния между балками судового набора на любом участке по длине судна;

▪ нарушение непроницаемости наружной обшивки, настилов палуб и второго дна, обшивки внутренних бортов и непроницаемых переборок;

▪ разрывы и трещины балок набора и сварных швов, соединяющих балки между собой и обшивкой и др.

.3 Определение технического состояния корпусов металлических судов

Обследование участка корпуса судна и проведение замеров

Перед началом дефектации корпус судна должен быть соответствующим образом подготовлен: изоляция и зашивка вскрыты и демонтированы, продукты коррозии удалены, подготовлены леса и другие средства для доступа к замеряемым конструкциям.

Вид износа элементов корпуса устанавливаем визуально, а также на основании выборочных замеров остаточных толщин.

Износ каждой группы связей (в поперечном сечении) должен быть определён не менее чем для пяти элементов палубы, днища, второго дна и не менее чем для трёх элементов наружных и внутренних бортов и переборок.

Значение средней остаточной толщины группы связей (t_гр.св) определяется по формуле:

,      (1.2)

где t_ср - средняя остаточная толщина элемента связи корпуса, мм;

b_эл - ширина элемента связи (пояса), м;

n - число элементов в группе связей.     

Остаточные толщины элементов корпуса определяют одним из следующих методов: микрометрическим, гравиметрическим (весовым), профилографическим, ультразвуковым, радиоактивным. Погрешность измерения толщин элементов корпуса должна быть не более 0,15 мм.

Измерение остаточных толщин элементов набора производится теми же методами и средствами измерений, что и обшивки.

Вид деформаций устанавливается визуально.

Значение стрелки прогиба измеряют в сечении деформированного набора в районе максимального прогиба.

Измерение этих параметров производится специальными бухтиномерами илистандартным измерительным инструментом: линейкой, штангенциркулем с глубиномером, индикатором часового типа и т.д. Погрешность измерений стрелок прогиба остаточных деформаций должна быть не более 2 мм, размеров деформированных участков в плане не более 100 мм.

Трещины и разрывы в элементах корпуса могут быть обнаружены визуально, а также с помощью методов: радиографического, ультразвукового, магнитопорошкового, цветной дефектоскопии, жидкостей-пенетрантов и др.

Оценка технического состояния

По результатам дефектации устанавливают одну из трёх оценок технического состояния корпуса: «годное», «годное с ограничениями», «негодное».

Для оценки технического состояния корпуса по износам в курсовой работе выполняется расчёт. Исходными данными для расчёта являются проектные (t) и средние остаточные (t_ср) толщины по каждой связи. Кроме фактического износа каждого элемента связи в таблице выполняется прогнозная оценка технического состояния корпуса судна на перспективу 5 лет. Для этого рассчитывается средняя скорость изнашивания элемента связи (и, мм/год) за 1 год по формуле:

,  (1.3)

где T - срок службы элемента связи, 20 лет

Величина износа на пятилетнюю перспективу определяется как

.  

Таким образом, средняя остаточная толщина связи через 5 лет, t_{ср. 5} будет равна:

.  (1.4)

Ширина соответствующего элемента связи b_эл, м берется из заданного фрагмента растяжки. Фактический и на перспективу 5 лет износ группы связей рассчитывается по формуле (1.2).

Расчет износов групп связей для оценки технического состояния корпуса судна по результатам дефектации и на прогноз 5 лет при условии замены части обшивки приведен в таблице 1. Для оценки технического состояния корпуса судна и определения возможности дальнейшей его эксплуатации, полученные значения t_гр.ср сравниваются с нормативными. Далее устанавливаем окончательную оценку технического состояния групп связей.

Таблица 1. Расчет износов групп связей для оценки технического состояния корпуса судна (шп. 81-93) по результатам дефектации и на прогноз 5 лет при условии замены части обшивки

Оценка технического состояния корпуса по местным остаточным деформациям, недопустимым и прочим дефектам также производится в табличной форме. В данной работе имеются такие деформации как вмятина борта, гофрировка, расположенная в районе днищевого III и килевого листов, и трещина, расположенная в районе скулового днищевого I листов. Вмятина оценивается по трём показателям. Гофрировка только по одному (заградительному) параметру. А трещина является не допустимым дефектом. Измеренные и полученные расчётом параметры всех выявленных дефектов сравниваются с нормами и перечнем недопустимых дефектов. После сравнения устанавливаем планируемую оценку и объем ремонта. По результатам расчета выполняется правка обшивки вмятины бортового пояса, правка обшивки гофрировки и заварка трещины.

Оценка технического состояния корпуса судна по местным остаточным деформациям, недопустимым и прочим дефектам приведена в таблице 2.

Таблица 2 Оценка технического состояния корпуса судна по местным остаточным деформациям, недопустимым и прочим дефектам (81-93 шп)

2.      Определение объёма ремонта заданного участка

2.1    Расчет объема ремонта по массе металла

Объём ремонта по массе металла определяется на основании информации, полученной при обследовании участка корпуса судна по износам и дефектам (таблица 1, таблица 2). На основании этих таблиц следует привести сводные данные по толщинам листов наружной обшивки и площадям заменяемого металла и перевести эти данные в массу корпусного металла. Расчет приведен в форме таблицы 3.

Таблица 3. Расчёт массы металла, необходимого для ремонта заданного участка корпуса

Рамный набор    0,075,25=0,368

,285,25=1,47

,50

,80

,029

,092

2.2 Расчет трудоемкости ремонта

Трудовые затраты определяют по отдельным операциям технологического процесса с последующим суммированием трудоёмкости соответствующих работ. Трудоёмкость по каждой операции технологического процесса ремонта определяется по укрупнённым нормативам трудоёмкости корпусных работ. Нормативы учитывают подготовительно-заключительное время, время на обслуживание рабочего места, время на отдых и т.д. Это позволяет оценить общие трудовые затраты на выполнение каждой операции.

Трудоёмкость работы по каждой j-ой операции -го технического процесса определяется по формуле, чел. ч:

, (1.5)

где б_ij - укрупнённый норматив времени выполнения j-ой операции i-го технологического процесса, чел.·ч;

V_ij - объём выполнения j-ой операции (длина, площадь, количество резов, погибов и т.д.) в i-ом технологическом процессе.

Общая трудоёмкость выполнения работы каждого i-го технологического процесса определяется по формуле:

,     (1.6)

где z - общее количество операций в -м технологическом процессе (включая работы, не учтённые в основном перечне);

K_др - доля дополнительных работ, не учтённых в основном перечне, (изменяется в пределах 0,05…0,17)

Расчёт трудоёмкости работы по каждому технологическому процессу выполняется в табличной форме. Объём работ определяется по чертежу растяжки обшивки заданного варианта. Расчет трудоемкости работы по технологическому процессу приведен в форме таблицы 4. Таблица 4 составляется по каждому технологическому процессу, которые требуются для ремонта заданного участка корпуса судна.

Общая трудоёмкость ремонта заданного участка корпуса судна, чел. ч определяется по формуле:

,         (1.7)

где N - общее количество технологических процессов, по которым выполняется ремонт заданного участка корпуса (количество устраняемых повреждений).

Таблица 4. Расчет трудоёмкости работы и прямой заработной платы по технологическому процессу

Правка обшивки вмятины с заменой и правкой набора

Правка гофрировки с нагревом и усилиями

Устранение трещины в наружной обшивке

3. Оценка воздействия технологических процессов на окружающую среду при ремонте заданного участка корпуса судна.

.1 Тепловая резка металла

Изношенные и деформированные участки обшивки и набора корпуса, как правило, вырезаются с применением технологий газовой резки.

Количество выделяющихся загрязняющих веществ зависит от длины и толщины разрезаемого материала.

Валовый выброс загрязняющих веществ при резке металлов и сплавов (кг/ед. вр.) определяется по формуле:

,      (1.8)

где q^р_i - удельное выделение загрязняющих веществ, г/пог. м реза;

Р - суммарная длина реза, пог. м.

Максимально разовый выброс (г/с) определяется по формуле:

, (1.9)

где Р₂₀ - максимальное количество разрезаемого металла (пог. м) за 20-минутный интервал времени проведения работ.

Выбранный материал - сталь углеродистая.

При t=8 мм:       

.2 Разделка кромок под сварку

При толщинах свариваемых деталей более 6 мм, для качественного формирования сварного шва на их кромках должна быть снята фаска (произведена разделка). Валовые выбросы пыли (кг/ед. вр.) от данной операции определяются по формуле

M=0,001q₁П (1-0,01з_Т1*К_ро), (1.10)

где q₁-удельное выделение пыли на 1 пог. М. разделываемой кромки, г;

П - суммарная длина разделываемых кромок, пог. м;

з_Т1-эффективность очистки пылеулавливающего оборудования, %;

К_ро - коэффициент, учитывающий исправную работу очистного оборудования (0,75…0,9)

Максимально разовый выброс (г/с) определяется по формуле

G=q₂(1-0,01з_Т1*К_ро), (1.11)

Где q₂-удельное выделение пыли в единицу времени, г/с.

кг/ед. вр.

М=0,172 кг/ед. вр.

G=0,832г/с

г/с

3.3 Сварочные работы

На судоремонтных заводах в основном применяются электродуговая сварка (штучными покрытыми электродами и полуавтоматическая сварка в СО₂). В расчётах учитывается только так называемое «чистое» время сварки, то есть время, в течение которого выполняется непосредственно сварка.

Валовый выброс загрязняющих веществ (кг/ед. вр.) при электродуговой сварке определяется по формуле:

, (1.12)

где q^c_i - удельный показатель выделяемого загрязняющего вещества, г/кг сварочного материала;

В-масса расходуемых в единицу времени сварочных материалов, кг.

Масса расходуемых материалов (В) рассчитывается с учётом среднего времени расплавления и средней массы одного электрода (или 1 пог. м сварочной проволоки) по формуле:

,    (1.13)

где l_с - суммарная длина сварных швов, пог. м;

l_сэ - длина сварного шва, полученная при расплавлении одного электрода, пог. м (l_сэ=(0,15…0,20) пог. м;

t_э - время расплавления одного электрода, с (t_э≈(80…100) с);

m_э - масса одного электрода, г (m_э=(40…50) г).

Максимально разовый выброс (г/с) определяется по формуле:

,   (1.14)

где B₂₀ - максимальный расход сварочных материалов за 20-минутный интервал времени проведения сварочных работ, кг.

Вид сварки - электродуговая в среде диоксида углерода.

Сварочный материал - Св-08Г2С.

.

.4 Зачистка сварных швов

Очистку сварных швов от шлака и брызг металла осуществляют абразивными кругами с помощью электро-или пневматических углошлифовальных машин.

Валовые выбросы пыли от операции зачистки сварных швов (кг/год) определяются по формуле:

,    (1.15)

где Р - суммарная длина зачищаемых сварочных швов, пог. м;

q₁ и з₁ - определяются по таблице.

Максимально разовый выброс (г/с) определяется по формуле:

, (1.16)

3.5 Воздействие при нанесении и сушки лакокрасочных покрытий

При ремонте корпусов металлических судов лакокрасочные материалы (ЛКМ) наносятся вручную (кистями, валиками) или механизированными способами (пневматическим, безвоздушным). Окраску производят изнутри и снаружи корпуса в (2…3) слоя. Сушка осуществляется на открытых площадках слипов.

В процессе выполнения работ в воздушную среду выделяются загрязняющие вещества в виде паров растворителей и аэрозоля краски. Количество выделяемых загрязняющих веществ зависит от применяемых ЛКМ, способа окраски и эффективности работы очистных устройств. Расчёт выделения загрязняющих веществ производят отдельно для окраски и сушки.

Валовое выделение окрасочного аэрозоля (кг/год) при нанесении ЛКМ определяют по формуле:

,        (1.17)

где т - количество краски, израсходованной на окраску ремонтируемого участка корпуса, кг;

д_к - доля краски, потерянной в виде аэрозоля, %;

К_с - количество неиспаряющейся части краски (сухой остаток), %.

Количество краски m рассчитывают по формуле:

, 

где F_рем - суммарная окрашиваемая площадь, м² (ЛКМ наносится изнутри (со стороны набора) и снаружи корпуса в (2…3) слоя. Полученную величину умножается на коэффициент набора (k_наб≈1,2));

m₁ - расход ЛКМ на 1 м² площади, г/м² (m₁≈350 г./м² при механизированных способах нанесения ЛКМ; m₁≈300 г./м² при нанесении ЛКМ вручную).

Окраска производится механизированным способом - безвоздушное распыление. Выбираем грунтовку ГФ-030, растворитель Р-4.

Валовые выделения (кг/год) компонентов растворителя, входящего в состав ЛКМ, рассчитывают по формуле:

, (1.18)

где f_р - количество загрязняющих веществ, содержащихся в ЛКМ, %;

д'_р - доля растворителя, выделившегося при нанесении покрытия, %.

Валовое выделение загрязняющих веществ (кг/год) при сушке окрашенных поверхностей определяют по формуле:

,   (1.19)

где f_р - количество загрязняющих веществ, содержащихся в ЛКМ (лакокрасочном материале), %;

д''_р - доля растворителя, выделившегося из лакокрасочного материала при сушке, %.

=

Расчёт валовых выделений (при сушке ЛКМ) компонентов растворителя (кг/год) производят по формуле:

,     (1.20)

где m¹ - количество израсходованного растворителя, кг (m¹≈0,35·m);

f'_р - количество загрязняющих веществ, содержащихся в растворителе, %.

Общая сумма валового выделения каждого компонента растворителя (кг/год) определяется по формуле:

,      (1.21)

;

= 0,344 + 1,153 +0,524 =2,021

 = 1,78 +5,97 +2,71 = 10,46

 = 2,402

 = 2,402

Максимально разовое выделение загрязняющих веществ (г/с) определяется из расчёта максимального расхода ЛКМ за 20-минутный интервал времени.

▪ для аэрозоля краски при нанесении ЛКМ:

,   (1.22)

где д_к, К_с - те же, что и в формуле (1.17);

т₂₀ - максимальный расход ЛКМ за 20-минутный интервал времени проведения окрасочных работ, кг.

▪ для компонентов растворителей при окраске:

,      (1.22)

▪ для компонентов растворителей при сушке:

,     (1.23)

Заключение

В ходе курсовой работы мы ознакомились с видами дефектов корпуса судна, оценили техническое состояние судна на ближайшие 5 лет, произвели оценку технического состояния корпуса судна.

Так же ознакомились с видами деформации и дали оценку каждому виду, который присутствует на данном участке корпуса судна. Вмятина, находящаяся на ширстреке, бортовом I и бортовом II листах борта, подлежит правке и замене в ней рамного профиля. Гофрировку находящуюся в днище следует выправить. А так же требуется заварка трещины в районе скулового и днищевого I листов.

Определили объем работы, и следовательно общую трудоемкость по трещине, гофрировке и вмятине, которая составила 80,25 чел.*ч. Провели оценку воздействия на окружающую среду при ремонте заданного участка корпуса судна.

Валовый выброс загрязняющих веществ при резке металлов составляет 0,1326 кг/ед. вр. Валовые выбросы пыли 0,172 кг/ед. вр. Валовый выброс загрязняющих веществ при электродуговой сварке - 0,3551 кг/ед. вр. Валовый выброс пыли при зачистке сварных швов - 2,73 кг/год. Общая сумма валового выделения каждого компонента растворителя Р-4 при нанесении и сушке ЛКМ:  

 . А так же рассчитали, сколько металла (листового) потребуется для ремонта (М=0,121 т).

Литература

1.      Бурмистров Е.Г. Ремонт корпуса судна. Технологии ремонта и оценка воздействия на окружающую среду. Методические указания / Е.Г. Бурмистров, О.К. Зяблов. - Н. Новгород, Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2011. -64 с.