English    Русский
        

Хотите быть первыми, будьте с нами

НПО Поиск

Композитные конструкции (КК) в корабельных системах объемного пожаротушения (КСОП), корпусах корабельных огнетушителей и системах воздуха высокого давления (ВВД)

 

       В настоящее время все более актуальным становится вопрос о замене применяемых в корабельных системах ВВД и КСОП баллонов, изготовленных из углеродных и легированных сталей (вместимостью 4, 6, 12,20,50,100,130,160,500 и 600 л) и титановых сплавов (вместимостью 50, 200 и 400 л) на баллоны, изготовленные из композитных материалов с герметичным металлическим лейнером (металлопластиковые баллоны - МПБ).  Это обусловлено не только более высокими техническими характеристиками и степенью безопасности при эксплуатации данных КК, но и серьезными проблемами с исходными материалами и сложной производственной кооперацией при изготовлении металлических баллонов. Например, для баллонов из сплава 38ХН3МФА - ЗАО «Ижора-Металл», г. Санкт-Петербург (поковка) - ЗАО «Группа ЧТПЗ», г. Челябинск (трубная заготовка) – ОАО «Первоуральский новотрубный завод (ПНЗ), г. Первоуральск (заготовка баллона) - ЗАО «Группа ЧТПЗ» (промежуточная термообработка) – ОАО «ПНЗ» (окончательное изготовление баллона). «Опыт изготовления баллонов из стали 38ХН3МФА на заводе ЧТПЗ, качество которых определяет военная приемка, показывает, что процент брака у баллонов достаточно велик» [1].  Относительно высоким уровнем локализации производства баллонов ВВД из высокопрочных среднеуглеродистых сталей мартенситного класса марок 38ХН3МФА и 35ХН3МФА, а также новых перспективных сталей 20ХНМФА, 20ХН2МФА, 25ХНМФА и 25ХН2МФА в настоящее время обладает ОАО «ВМЗ «Красный Октябрь».  Резьба на горловине баллонов ВВД М80х3; М85х3 - ГОСТ 8724-81, 24705-81 (см. рис.1).

 

Рисунок 1 – Эскиз баллона ВВД

       «Стоит отметить, с одной стороны, накопленный десятилетиями опыт эксплуатации баллонов ВВД, современные знания в области материаловедения и технологических процессов, позволяющие повысить эксплуатационную надежность баллонов, с другой – неизменяющиеся с момента разработки нормативно-технической документации (НТД) требования по ограничению вредных примесей (в первую очередь фосфора и серы), низкий уровень минимально допустимого значения ударной вязкости KCU+20, отсутствие ограничения верхнего предела временного сопротивления и предела текучести (и, как следствие, снижение вязкости, хладостойкости и трещиностойкости под нагрузкой на воздухе и в коррозионной среде при значительном превышении регламентируемых значений прочностных характеристик). Эти особенности не могут гарантировать безаварийную эксплуатацию баллонов в условиях воздействия низких температур, и в большинстве случаев обусловлены технологическими процессами производства своего времени…Часто производственные стадии рассматривают по отдельности без учета их влияния на последующие стадии.» [2].

        Дефицит новых металлических баллонов в такой ситуации восполняется за счет технической диагностики и продления сроков службы баллонов, бывших в эксплуатации и снятых со списанных изделий ВВТ при их утилизации.

        По данным  управления государственного технического надзора Главного управления контрольной и надзорной деятельности Министерства обороны РФ (Управление гостехнадзора) на сегодняшний день в эксплуатации ВС РФ находятся более 13 000 штук баллонов вместимостью более 100 л (из них более 3300 штук вместимостью 400 и более литров), при этом 2 500 баллонов уже имеют продленный срок службы, а 2 500 штук требуют технической диагностики.  Естественно, ресурс баллонов, пригодных для дальнейшей эксплуатации в данной ситуации почти исчерпан и вопрос поставки новых баллонов, в том числе МПБ, особенно актуален.

        На сегодняшний день, уровень методик и программного обеспечения расчетов прочности, стойкости к внешним воздействиям и надежности при эксплуатации КК (в том числе для МПБ) достаточно высок. Однако, применительно к судостроению, проектант, решающий задачу применения (внедрения, модернизации или замены) новых КК (МПБ) взамен стандартных металлических баллонов, неизбежно сталкивается с комплексом проблем:               

     1.   Отсутствие нормативной документации для разработки (ТТ), изготовления (ТУ), монтажа на заказах и проектах (ИМ) и эксплуатации (РЭ, ПС, ТО) таких комбинированных металлопластиковых (композитных) баллонов, учитывающей следующие особенности:

условия эксплуатации

- длительная эксплуатация (не менее 25 лет) в морской воде в окружении больших масс корпусных стальных или титановых конструкций и необходимость специальных мероприятий по коррозионной защиты;

- полный назначенный срок службы 40 лет, без периодического освидетельствования или с освидетельствованием без демонтажа с заказа;

- длительный срок хранения баллонов до ввода их в эксплуатацию –до 10 лет (срок хранения исчисляется с момента отгрузки баллонов предприятием-изготовителем);

- гарантийный срок службы (хранения и эксплуатации) – 15 лет с момента изготовления;

- наружное давление на корпуса баллонов вместимостью 50 литров - до 600 кгс/см2 (при наличии внутри баллона давления воздуха не менее 300 кгс/см2), а вместимостью 200 и 400 литров – до 400 кгс/см2 (при наличии внутри баллонов давления воздуха не менее 200 кгс/см2 или при отсутствии давления);

- проницаемость композитной оболочки и передача наружного давления непосредственно на металлический лейнер баллона;

- необходимость надежного крепления баллонов, позволяющего компенсировать изменения размеров и формы баллонов при изменении значений внутреннего и наружного давлений, температуры эксплуатации;

-  невозможность проведения технического обслуживания и технического освидетельствования для большинства баллонов до постановки самих судов на ремонт;

- токсичность продуктов горения и коэффициент дымообразования материала силовой пластиковой оболочки металлопластикового баллона;

- возможность наличия летучих токсичных веществ, выделяющихся из материалов пластиковой оболочки в воздушную среду в реальных условиях эксплуатации;

 

 

конструктивные требования

 - габаритные размеры КК (МПБ) должны быть унифицированы с габаритными размерами применяемых металлических баллонов;

- рабочая среда – сжатый воздух, осушенный и неосушенный, СО2, N2 давлением до 400 кгс/см2, хладоны и огнетушащие составы на водной основе;

- должны быть разработаны узлы жесткого крепления КК (МПБ) на титановом и стальном корпусах заказов;

 - в конструкции КК (МПБ) должны быть предусмотрены заделанные в баллонах металлические головки для обеспечения монтажа к ним штуцерных соединений ВВД по ОСТ5Р.5307-76;

- КК (МПБ) должны сохранять работоспособность при воздействии температуры 800°С в течение 15 минут, с последующим снижением температуры до 100°С в течение 1,5 часов (должно обеспечиваться огнезащитным составом, наносимым на поверхность КК. Подготовка поверхности КК для нанесения состава производится по ОСТ 5Р.9566-94);

- КК (МПБ) должны быть устойчивы к воздействию механических ударов одиночного действия в соответствии с ГОСТ РВ20.39.304-98 для группы исполнения 2.3.1, 2.3.2, 2.3.3, что должно быть подтверждено испытаниями на копре К-200 с характеристиками испытательного режима, указанными в п.6.3.3 ГОСТ РВ20.57.305-98;

- виброустойчивость и вибропрочность КК (МПБ) должна соответствовать требованиям ГОСТ РВ20.39.304-98 группы исполнения 2.3.1, 2.3.2, 2.3.3 и подтверждаться испытаниями в соответствии с ГОСТ РВ20.579.305-98, группа жесткости В.

  

условия поставки

        - поставка КК должна осуществляться с приемкой ВП МО РФ;

        - КК должны удовлетворять условиям поставки 01-1874-62;

        - для изготовления КК должны применяться отечественные материалы;

 - эксплуатационные документы на КК должны учитывать требования «Руководства по эксплуатации и техническому освидетельствованию баллонов, работающих под внутренним давлением, на кораблях, судах и базовых плавучих средствах ВМФ» (РЭТОБ-89).

- соответствие КК (МПБ) обязательным требованиям государственного заказчика – Министерства обороны Российской Федерации, в интересах которого изготавливается КК (МПБ) должно быть подтверждено Управлением гостехнадзора. К обязательными требованиями в настоящее время относятся Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под давлением», технические условия (ТУ) на изготовление и приемку КК (МПБ), согласованные с Управлением гостехнадзора и эксплуатационная документация, учитывающая требования РЭТОБ-89.

Необходимо отметить, что существующая в РФ нормативная база, в том числе и перечисленная выше, регламентирующая разработку и эксплуатацию КК (МПБ) (Морской и речной регистры судоходства, ТР ТС 032/2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением»), государственные и отраслевые стандарты, технические условия в области КК (МПБ) практически не учитывают требования, перечисленные в пункте 1.

    2. Отсутствие на рынке готовых КК (МПБ) полностью отвечающих требованиям, перечисленным в пункте 1 и включенных в единый кодификатор предметов снабжения ЕКПС ВС РФ, а также сложности с лицензированием и сертификацией разработки и изготовления   КК МПБ как составных частей ВВТ. Данное обстоятельства ставит проектанта перед выбором либо отказа от применения в своих проектах КК (МПБ), либо привлечения для разработки, подготовки и постановки на производство специализированных организаций и предприятий, что, как правило, не обеспечивает своевременность выполнения работ по строительству заказов и требует значительных финансовых ресурсов. 

    3.  Отсутствие организаций, владеющих в полном объеме необходимой производственно-испытательной базой для разработки и/или серийного изготовления КК (МПБ), способных в необходимые сроки разработать и/или освоить их серийный выпуск по всей необходимой номенклатуре.

        В связи с вышеизложенным, представляется целесообразным АО «Объединенная судостроительная корпорация» поручить отраслевому НТС рассмотреть следующие предложения:

1.  Разработать отраслевые технические требования (ТТ) к КК с разделением на МПБ, испытывающие большие наружные давления окружающей среды, например МПБ-1 и без воздействия наружного давления, например МПБ-2. Данное разделение представляется существенным, так как МПБ-1 и МПБ-2 будут иметь разную конструкцию (см. приложение 1). МПБ-1 - с толстостенным металлическим лейнером, обеспечивающим устойчивость к воздействию наружного давления и с пластиковой оболочкой по всей поверхности или только на цилиндрической части лейнера, а МПБ-2 с тонкостенным металлическим лейнером, обеспечивающим необходимую циклическую долговечность при нагружении внутренним давлением и с пластиковой оболочкой по всей поверхности лейнера.

Прототипом данных ТТ могут служить   “Технические требования к комбинированным металлопластиковым баллонам большой вместимости, предназначенным для эксплуатации на изделиях 21, 22 и 24”, ООО «НПО «ПОИСК», ФГУП ЦНИИКМ «Прометей», 2002.

2.  Разработать программу межведомственных испытаний для проверки соответствия данным ТТ разработанных и/или изготовленных МПБ. Прототипом программы может служить «Программа межведомственных испытаний комбинированных металлопластиковых баллонов большой вместимости (КМПББВ), ООО «НПО «ПОИСК», ФГУП ЦНИИКМ «Прометей», 2002 г.;

3.  Определить, по результатам технического аудита (конкурса), головную организацию-разработчика (с учетом количества реализованных проектов разработки МПБ) и предприятие-изготовитель (с учетом опыта изготовления опытных образцов, серийного выпуска и результатов приемки МПБ, а также степени локализации производства и технологической готовности).  Разработчик и изготовитель должны иметь положительный опыт выполнения работ в соответствии с «Инструкцией по контролю на всех стадиях жизненного цикла подъемных сооружений и оборудования, работающего под давлением, в составе вооружения и военной техники», утвержденной приказом министра обороны РФ № 280 от 30.014.2014 г., а их система менеджмента качества, распространяющаяся на проектирование, разработку, производство, ремонт и техническое обслуживание продукции с классами ЕК 001-2014, относящимся к КК (МПБ), соответствует ГОСТ ISO 9001-2011 и ГОСТ РВ 0015-002-2012.

4.  Поручить выбранной организации (предприятию) подготовить предложения по разработке ТТ, программы МВИ, проведению необходимых опытно-конструкторских работ и постановке на производство необходимой продукции.

 

Список литературы

1.      Фомичев Д.Ю. «Использование измерений коэрцитивной силы для контроля качества термической обработки баллонов из стали 38ХН3МФА», ПЗ к выпускной квалификационной работе ЮУрГУ – 22.04.02.2017.208 ПЗ ВКР, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск 2017.

2.      Зиза А.И. «Разработка технологических методов повышения характеристик сопротивления разрушению металла баллонов ВВД из высокопрочной стали Cr-Ni-Mo-V композиции», диссертация на соискание ученой степени КТН, ФГУП «ЦНИИКМ «ПРОМЕТЕЙ» НИЦ «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ», СПб, 2018.

 

 

Главный инженер ООО «НПО «ПОИСК»                                              О.С. Клюнин

 

 

Рис.2 Конструктивная схема МПБ-2

      МПБ-2 (на примере баллона БГ-V-19,6 ТУ 2296-036-03455343-2013 вместимостью 60 литров) состоит из тонкостенного штампосварного лейнера из стали Х18Н10Т толщиной 3 мм, обмотанного по всей поверхности органопластиком (3).  Закладной элемент 2 и штуцер (1) одновременно являются элементами крепления.

 

 

 

 

                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

07.03.2019 14:19