Способ контроля состояния наружной обшивки корпуса судна
Владельцы патента RU 2741671:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калининградский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области судостроения и судоремонта и может быть использовано при контроле технического состояния корпусов судов. Предложен способ контроля состояния наружной обшивки корпуса судна, осуществляемый с использованием потенциометров, закрепленных на непроводящих струнах, установленных на стенках балок главного направления (шпангоутов) параллельно наружной обшивке. Подвижные контакты потенциометров соединены при помощи стоек с пластинами наружной обшивки в середине пролета. Контакты потенциометров соединяют с блоком управления. Фактический прогиб пластины определяют по изменению сопротивления потенциометров, а нормативный прогиб пластины в каждой шпации рассчитывают с учетом прогиба пластин в смежных шпациях и заданной нормативной вероятности разрушения. Технический результат заключается в повышении эффективности и безопасности эксплуатации судна. 3 ил.
Изобретение относится к области судостроения и судоремонта и может быть использовано при контроле технического состояния корпусов судов.
Известен способ контроля технического состояния корпуса судна, заключающийся в выполнении замеров параметров эксплуатационных дефектов в виде остаточных деформаций (вмятин, бухтин, гофрировки) и сопоставлении их с нормативными значениями (Правила классификационных освидетельствований судов в эксплуатации / Российский Морской Регистр Судоходства. - СПб.: РМРС, 2017 - С. 358-384).
Данный способ обладает тем недостатком, что его реализация возможна только в условиях судоремонтного предприятия, так как для осуществления замеров параметров эксплуатационных дефектов требуется постановка судна в док, поэтому данный способ непригоден для оперативного контроля технического состояния корпуса судна в процессе эксплуатации.
Известен способ ведения измерений в ходе контроля местных остаточных деформаций корпуса судна (Патент на изобретение №2380273, МПК В63В 9/00, опубл. 27.01.2010 г.), осуществляемый с использованием инструментов, шаблонов и макетов, с предварительной оценкой величин остаточных деформаций и их погрешности для данного вида дефекта по значительному объему статистического материала, с учетом предельной погрешности определения вышеуказанной статистической оценки погрешности в отношении стрелки прогиба гофрировки, бухтин и вмятин.
К недостаткам данного способа относится то, что ему свойственна большая трудоемкость выполнения замеров с использованием инструментов, а также невозможность исключения влияния человеческого фактора на этапе экспертного оценивания, в результате чего не все недопустимые дефекты корпуса судна могут быть обнаружены, что негативно сказывается на безопасности эксплуатации судов. Кроме того, данный способ не позволяет оценивать техническое состояние корпуса судна и его изменение в процессе эксплуатации без постановки судна в док.
Известен способ выявления повреждений в наружной обшивке судна и расположения пленок для выявления повреждений в наружной обшивке судна (Заявка DE 102014104358, МПК B63G 13/00, В63В 43/00, опубл. 01.10.2015 г.), при котором две установленные на корпусе судна проводящие пленки разделяются изолирующей пленкой, к проводящим пленкам прикладывается напряжение такой полярности, что в режиме выявления повреждений подключенный параллельно проводящим пленкам контрольный диод закрыт, а в режиме контроля работоспособности обшивки корпуса контрольный диод пропускает ток.
Недостатком данного способа является то, что он позволяет лишь выявлять пробоины в наружной обшивке корпуса судна, возникшие, например, вследствие попадания снарядов, и не позволяет выявлять опасные состояния наружной обшивки корпуса судна, связанные с ростом ее прогибов под действием интенсивных локально распределенных эксплуатационных нагрузок (таких, как ледовые), до образования пробоины. Это существенно снижает безопасность судна, так как не дает возможности экипажу принять меры по недопущению возникновения пробоины, а приводит к необходимости бороться с поступлением воды внутрь корпуса судна.
В качестве ближайшего аналога принят способ выявления повреждений в наружной обшивке корпуса судна (Патент на изобретение №2689048, МПК В63В 43/00, В63В 9/00, опубл. 23.05.2019 г.), включающий оснащение внутренней стороны обшивки корпуса системой сигнализации, выполненной в виде отдельных изолированных секций, каждая из которых содержит изолирующую пленку, связанные с блоком управления два проводящих электрический ток элемента, один из которых выполнен в виде пленки, контрольный диод, подключенный параллельно проводящим элементам, и подведение напряжения к системе сигнализации такой полярности, чтобы в режиме контроля работоспособности системы контрольный диод пропускал ток, а в режиме выявления повреждений наружной обшивки корпуса контрольный диод был закрыт, причем при монтаже системы сигнализации изолированной секции используют изолирующую и проводящую пленки в виде полос, которые совмещают, ориентируют проводящей пленкой вверх и вдоль шпангоутов и закрепляют на внутренней стороне обшивки корпуса в середине пролетов в пределах одной секции, после чего закрепляют второй проводящий элемент, в качестве которого используют струну, которую ориентируют перпендикулярно шпангоутам и закрепляют с использованием изолирующих втулок на стенках шпангоутов рядами над закрепленными полосами пленки параллельно наружной обшивке корпуса на заданном расстоянии.
Существенным недостатком данного способа является то, что он сигнализирует наличие повреждения при заранее установленном прогибе пластин обшивки, однако разрушающие стрелки прогиба пластин зависят от их коэффициента распора, определяемого состоянием пластин в смежных шпациях. При наличии развитой гофрировки пластин обшивки, разрушающие стрелки прогиба пластин увеличиваются примерно на треть по сравнению с тем случаем, когда гофрировка отсутствует (Бураковский Е.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. / Е.П. Бураковский, Ю.И. Нечаев, П.Е. Бураковский, В.П. Прохнич. - СПб.: Лань, 2017 - С. 96-104.). Таким образом, данный способ не может использоваться для объективной оценки степени опасности деформаций пластин в процессе эксплуатации судна.
Изобретение решает задачу повышения эффективности эксплуатации флота и безопасности мореплавания путем автоматического контроля и повышения точности оценки состояния наружной обшивки корпуса судна в режиме реального времени, за счет обеспечения автоматической корректировки значения нормативного прогиба для каждой пластины с учетом состояния пластин в смежных шпациях и сравнения фактического прогиба пластины с нормативным.
Для получения необходимого технического результата в способе контроля состояния наружной обшивки корпуса судна, включающем оснащение внутренней стороны обшивки корпуса системой сигнализации, содержащей ориентированные перпендикулярно шпангоутам и закрепленные на стенках шпангоутов рядами параллельно наружной обшивке корпуса струны, элементы, проводящие электрический ток и связанные с блоком управления, предлагается в качестве проводящих электрический ток элементов использовать потенциометры, которые предлагается закреплять на струнах, причем подвижный контакт каждого потенциометра соединять посредством стойки с внутренней стороной наружной обшивки в середине пролета с возможностью перемещения в направлении прогиба обшивки. Все контакты потенциометров предлагается соединить с блоком управления, при этом, фактический прогиб пластины определять по изменению сопротивления потенциометров. Нормативный прогиб пластины в каждой шпации предлагается рассчитывать с учетом прогиба пластин в смежных шпациях и заданной нормативной вероятности разрушения.
В предлагаемом способе при деформировании наружной обшивки и росте прогибов пластин обшивки изменяется сопротивление потенциометров, что распознается блоком управления, который определяет фактический прогиб пластины в каждой шпации и нормативный прогиб пластины обшивки с учетом прогибов пластин в смежных шпациях, сопоставляет фактический прогиб с разрушающим и сигнализирует в случае недопустимого роста прогибов.
На прилагаемых графических материалах изображено:
на фиг. 1 - общий вид бортового перекрытия при реализации предлагаемого способа контроля состояния наружной обшивки корпуса судна;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема при реализации предлагаемого способа контроля состояния наружной обшивки корпуса судна.
На прилагаемых к описанию графических материалах приняты следующие обозначения:
1 - обшивка наружная;
2 - балка главного направления (шпангоут);
3 - струна непроводящая;
4 - потенциометр;
5 - контакт потенциометра подвижный;
6 - стойка;
7 - блок управления;
8 - провода.
При реализации предлагаемого способа на наружной обшивке 1, подкрепленной балками 2 главного направления (шпангоутами), с внутренней стороны в середине пролета устанавливается стойка 6, которая соединяется с подвижным контактом 5 потенциометра. Параллельно наружной обшивке 1 на балках 2 главного направления (шпангоутах) перпендикулярно им устанавливаются непроводящие струны 3, на которых закрепляются потенциометры 4. Блок 7 управления с использованием проводов 8 подключается к потенциометру 4 с подвижным контактом 5 потенциометра 4.
Способ контроля состояния наружной обшивки корпуса судна осуществляется следующим образом. В процессе эксплуатации судна при воздействии на корпус интенсивных локально распределенных нагрузок нередко наблюдается рост прогибов в наружной обшивке 1 при отсутствии остаточных деформаций в балках 2 главного направления (шпангоутах). Для обеспечения безопасной эксплуатации судна необходимо ограничивать стрелки прогибов в наружной обшивке 1 нормативными значениями. При установлении этих значений следует учитывать, что пластины наружной обшивки 1 разрушаются при достижении их стрелками прогиба определенных значений, зависящих от коэффициента распора пластин (Бураковский Е.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. / Е.П. Бураковский, Ю.И. Нечаев, П.Е. Бураковский, В.П. Прохнич. - СПб.: Лань, 2017. - С. 96-104), при этом плотность распределения разрушающих стрелок прогиба пластин обшивки имеет вид
Где 
- разрушающая стрелка прогиба пластины;
α - шпация.
В свою очередь, коэффициент распора пластин уменьшается с ростом прогибов пластин в смежных шпациях, что ведет к увеличению разрушающих стрелок прогибов пластин. Поэтому для обеспечения объективности контроля состояния наружной обшивки 1 корпуса судна в процессе эксплуатации указанные нормативные значения стрелок прогиба должны непрерывно корректироваться с учетом состояния пластин в смежных шпациях.
В предлагаемом способе контроля состояния наружной обшивки с ростом стрелок прогиба в наружной обшивке 1 прикрепленные к ней стойки 6 перемещают подвижные контакты 5 потенциометров 4. При этом потенциометры 4, закрепленные на непроводящих струнах 3, установленных на балках 2 главного направления (шпангоутах), остаются неподвижными. В результате этого изменяется сопротивление потенциометров 4, что распознается блоком 7 управления, соединенным с потенциометрами 4 и подвижными контактами 5 потенциометров 4 посредством проводов 8. Блок 7 управления определяет стрелки прогиба пластин наружной обшивки 1 в ряде смежных шпаций по сопротивлению потенциометров 4.
После этого согласно (Бураковский, Е.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. / Е.П. Бураковский, Ю.И. Нечаев, П.Е. Бураковский, В.П. Прохнич. - СПб.: Лань, 2017 - С. 96-104.) блоком управления 7 для заданной формы внешней нагрузки определяется коэффициент распора пластин наружной обшивки 1 с учетом фактических стрелок прогиба пластин наружной обшивки 1 в смежных шпациях, и определяется плотность распределения разрушающих стрелок прогиба. Далее с учетом принятой нормативной вероятности разрушения блок 7 управления определяет допускаемые стрелки прогиба пластин наружной обшивки 1 в каждой шпации с учетом состояния пластин в смежных шпациях, сопоставляет фактические значения стрелок прогиба с вычисленными допускаемыми значениями и в случае превышения допускаемого значения сигнализирует наличие повреждения в наружной обшивке 1 корпуса судна.
Для контроля работоспособности системы блок 7 управления сопоставляет сопротивление каждого из потенциометров 4 с диапазоном возможных значений, при этом их соответствие свидетельствует об отсутствии обрывов электрических проводов и прочих повреждений в системе. Наличие слишком малого сопротивления одного или нескольких потенциометров 4 свидетельствует о возникновении короткого замыкания, резкое повышение сопротивления по отношению к номинальным значениям является признаком обрыва проводов или окисления контактов.
В качестве примера реализации предлагаемого способа контроля состояния наружной обшивки корпуса судна рассмотрим бортовое перекрытие с поперечной шпацией α=600 мм без гофрировки пластин обшивки и при наличии развитой гофрировки со стрелками прогиба пластин W0=5⋅δ, где δ - толщина пластины.
Пусть внешняя нагрузка к бортовому перекрытию приложена по отпечатку с отношением сторон 1:1, тогда согласно (Бураковский Е.П. Эксплуатационная прочность судов: учеб. / Е.П. Бураковский, Ю.И. Нечаев, П.Е. Бураковский, В.П. Прохнич. - СПб.: Лань, 2017 - С. 99) в случае отсутствия гофрировки коэффициент распора пластины составит KP=0,405, а при наличии гофрировки со стрелками прогиба W0=5⋅δ коэффициент распора уменьшится до величины Kp=0,18. Примем в качестве нормативной стрелки прогиба такую, при которой вероятность разрушения пластины равна некоторому фиксированному значению, например, Р=10-3. Допускаемый прогиб пластины 
может быть определен из условия
Где 
- разрушающая стрелка прогиба пластины;
α - шпация;
Р - вероятность разрушения пластины обшивки;
- плотность распределения разрушающих стрелок прогиба пластин обшивки.
В рассматриваемом примере при отсутствии гофрировки пластин допускаемый прогиб составит 
а при наличии гофрировки с указанными выше стрелками прогиба - 
В этой ситуации выявление повреждений в наружной обшивке корпуса судна согласно ближайшему аналогу не позволяет объективно оценить степень опасности остаточных деформаций пластин наружной обшивки 1. Пусть с учетом выбранного коэффициента запаса допускаемая стрелка прогиба пластины была принята такой же, как и в предлагаемом способе для недеформированной пластины, т.е. 
В этом случае вероятность разрушения пластины при действии внешней нагрузки, приложенной по указанному выше отпечатку, и коэффициенте распора Kp=0,405 составит Р=10-3. Если в процессе эксплуатации судна возникнет гофрировка обшивки со стрелками прогиба W0=5⋅δ (δ - толщина пластины), то коэффициент распора пластин существенно снизится, и при действии того же отпечатка коэффициент распора составит Kp=0,18. В этом случае вероятность разрушения пластины при достижении прогиба 
составит Р=2,8⋅10-5.
Видно, что при выявлении повреждений в наружной обшивке корпуса судна согласно ближайшему аналогу система будет преждевременно сигнализировать о наличии повреждения, хотя в действительности риск разрушения обшивки незначителен, и объективная потребность в ремонте корпуса судна отсутствует.
Таким образом, предлагаемый способ контроля состояния наружной обшивки корпуса судна, в отличие от ближайшего аналога, позволяет в режиме реального времени объективно оценивать риск разрушения пластин наружной обшивки корпусов судов с учетом состояния пластин в смежных шпациях, что способствует повышению эффективности эксплуатации флота и безопасности мореплавания.
Способ контроля состояния наружной обшивки корпуса судна, включающий оснащение внутренней стороны обшивки корпуса системой сигнализации, содержащей ориентированные перпендикулярно шпангоутам и закрепленные на стенках шпангоутов рядами параллельно наружной обшивке корпуса струны, элементы, проводящие электрический ток и связанные с блоком управления, отличающийся тем, что в качестве проводящих электрический ток элементов используют потенциометры, которые закрепляют на струнах, причем подвижный контакт каждого потенциометра соединяют посредством стойки с внутренней стороной наружной обшивки в середине пролета с возможностью перемещения в направлении прогиба обшивки, кроме того, все контакты потенциометров соединяют с блоком управления, при этом фактический прогиб пластины определяют по изменению сопротивления потенциометров, а нормативный прогиб пластины в каждой шпации рассчитывают с учетом прогиба пластин в смежных шпациях и заданной нормативной вероятности разрушения.
