10.2.2. Відмова грм при наявності насосів постійної подачі

Новизна явища взаємодії насосів потребувала значних наукових досліджень. З огляду на цю обставину, а також важливість даного питання для підвищення безпеки мореплавства суден розглянемо це явище на конкретному прикладі аварії т/х типу «Известия» при його зіткненні з іноземним судном в Суецькому каналі.

Перша експертиза цієї аварії виконувалася працівниками пароплавства. Вона була незадовільною, тому процес був програний ще до початку міжнародного суду. Однак загадковий фактор аварії турбував фахівців англійського клубу взаємного страхування, тому вони погодилися на проведення повторної експертизи. [1]

Незвичайність обставин аварії полягала в тому, що до входу в Суецький канал рульова машина була перевірена і випробувана при всіх режимах роботи відповідно до вимог ІМО. Результати випробувань були позитивними, зауважень не було.

Безпосередньо після аварії, пов'язаною з передбачуваною відмовою рульової машини, її ґрунтовні випробування представниками адміністрації Суецького каналу показали справну роботу при всіх режимах. Тому було видано акт про те, що рульовий пристрій визнано придатним до експлуатації, а судно – до продовження плавання.

На підставі сказаного виникали принципові питання:

– Чи була відмова рульової машини? Всі судноводії в своїх свідченнях сказали – так, а механіки – ні, не бачили.

– Чи була помилка капітана, яка призвела до аварії? Чи міг він (разом з рульовим і помічниками) допустити відхилення судна від курсу (в каналі!) на 40°, якщо рульова машина працювала нормально.

В процесі виконання експертної роботи було встановлено наступне.

Рульовий пристрій теплохода складається з лопатевої рульової машини типу HS180D фірми FRYDENBO і системи управління «Декка Пайлот 757». Він відповідає вимогам ІМО (Регістру). Є дві самостійні електричні лінії управління гвинтовими насосами постійної подачі.

Насоси мають особливість – половинну подачу. Кожен насос забезпечує перекладку руля з 35° одного борту до 30° іншого за 45 с, а обидва насоса разом – 24 с. Комплектація рульових машин такими насосами для суховантажних суден допускається Правилами ІМО (Регістру). Судноводії відзначають, що маневреність судна з такими ГРМ погіршується.

Головний двигун має гвинт регульованого кроку.

Ґрунтуючись на записах в судновому і машинному журналах, технічних актах, а також на свідченнях старшого рульового, капітана, старшого механіка і електромеханіків, були встановлені наступні основні фактори, що характеризують технічне обслуговування, якість роботи і дію рульового управління в період, що передує аварії судна і безпосередньо після неї:

– Протягом всього періоду плавання судна рульове управління працювало надійно і якісно. Були тільки окремі другорядні зауваження.

– Обслуговуючий персонал акуратно виконував усі профілактичні огляди та ремонти рульового управління відповідно до інструкції «FRYDENBO», «Оперативним керівництвом системи Декка Пайлот 757» та іншими нормативними технічними керівними документами.

– Регулярно проводилися перевірки та випробування рульового управління, а також тренування персоналу з оперативного використання відповідно до Правил ІМО аварійного управління рулем.

– Перед входом в Суецький канал була перевірена справність дії рульового управління на всіх режимах, в тому числі і при спільній роботі двох насосів.

– Безпосередньо після аварії була перевірена справність дії рульового управління при всіх режимах роботи представниками адміністрації Суецького каналу. Несправностей виявлено не було, рульовий пристрій було визнано придатним до експлуатації, а судно – до продовження плавання.

Дії судноводіїв в період, що безпосередньо передував аварії, були наступними (працюють разом два насоси, ГК = 178°, режим управління «Слідкуючий»):

А1. Старший рульової повернув штурвал «Ліворуч 10°» для повернення судна, рискнувшего вправо, на курс 178°. Руль (спостереження за аксіометром) перекласти з нормальною швидкістю на кут «Ліворуч 10°».

А2. Судно поверталося на ГК = 178° і для його стримування старший рульової повернув штурвал «Праворуч 10°», проте руль залишався в положенні «Ліворуч 10°» і на правий борт не переклався. Старший рульової доповів про відмову рульового управління.

А3. Судно ухилявся від ГК = 178° в бік іншого судна, що стояло біля бровки каналу, і пішла команда капітана «Право на борт». Рульовий заклав штурвал «Право на борт», але руль залишився в положенні «Ліворуч 10°». Рульовий повторно доповів про відмову рульового управління.

А4. Капітан командує випробувати контроль (*напівштурвал) і «Не слідкуюче» управління. При цьому особисто перевіряє індикаторні лампочки рульового управління (вони свідчили про нормальне функціонування обох ліній дистанційної системи керування) і контролює дії рульового. При повороті *напівштурвала вправо руль залишається в положенні «Ліворуч 10°», а при переході на «Не слідкуюче» управління він почав повільно перекладатися далі на лівий борт. Старший рульової знову перемкнув на «Слідкуюче» управління і руль зупинився в положенні «Ліворуч 25°».

А5. Судно з великою швидкістю продовжує поворот вліво. Відстань до іншого судна швидко скорочується. Пішла команда капітана «*Найповніший задній хід» і потім команда «Віддати обидва якоря». Команди виконані. Почалася сильна вібрація кормової частини судна. Рульовий і капітан помічають, що руль (за аксіометром) почав з нормальною швидкістю перекладатися з положення «Ліворуч 25°» до діаметральної площини судна і далі в положення «Праворуч 35°».

А6. Незважаючи на всі вжиті оперативні заходи, судно навалилося на інше судно, що знаходилося зліва біля бровки каналу. Аварійна ситуація (від моменту відмови рульової машини до зіткнення) тривала 40 сек.

Аналізуючи пункти А1-А5, дія рульового управління на перший погляд може здатися незрозумілим. Однак автору вже були відомі кілька аналогічних випадкових і «невловимих» відмов рульового управління на різних суднах з різними типами гідравлічних рульових машин. Ці відмови були ретельно досліджені на суднах, в лабораторних умовах і теоретично. Було встановлено, що причиною таких відмов є неузгодженість нульових положень (порушення синхронності руху керуючих золотників через тимчасове заклинювання хоча б одного з них). При цьому настає взаємодія насосів і виникає випадкова некерована зупинка або перекладка руля, тобто відмова рульового управління.

На підставі результатів дослідження був проведений аналіз послідовно всіх етапів характерної відмови ГРМ.

На рис. 10.7 показана гідравлічна система рульової машини в спрощеному вигляді. Вона складається з двох насосів постійної подачі 1 і 2, які подають робочу рідину через розподільні золотники 3 і 4, а також автоматично діючі гідрозамки 5 і 6 до рульового лопатевого приводу 7, ротор якого з'єднаний з баллером руля 8.

Рис. 10.7. Схеми взаємодії насосів постійної подачі при порушенні синхронності їх роботи: 1,2 – насоси; 3,4 – розподільні золотники; 5,6 – гідрозамки; 7 – рульовий привід; 8 – руль; а) – керована штатна перекладка руля до кута «Ліворуч 10°»; б) – некерована зупинка руля, заклинив лівий золотник 3; в) – некерована уповільнена перекладка руля до кута «Ліворуч 25°» після перемикання на режим «Не слідкуючий»; г) – керована штатна перекладка руля до кута «Праворуч 35°», золотник 3 вийшов із заклиненого положення

Зміна напрямку перекладки руля відбувається при зміні потоку робочої рідини за допомогою розподільних золотників 3 і 4, які, в свою чергу, управляються спеціальними золотниками (на рис. не показані) з соленоїдними приводами, що діють від електричної системи управління (від штурвала).

Якщо штурвал перекладений, наприклад, вліво, то розподільні золотники 3 і 4 також переміщаються вліво, і потік робочої рідини (відповідно до стрілок на схемі «а») подається в рульовій привід, повертаючи руль на лівий борт. При повороті штурвала вправо золотники 3 і 4 приймають праве положення (схема «г»), змінюючи напрямок потоку робочої рідини, і, отже, перекладку руля на правий борт. Таким чином, на схемах «а» і «г» показано справну дію рульової машини.

Зауважимо, що в структурній схемі рульового пристрою не існує синхронізуючого зв'язку між керуючими електромагнітними золотниками правої і лівої ліній управління. Отже, при випадковому (короткочасному або тривалому) заклинюванні одного з них буде неминуче порушена синхронність їх руху і настане взаємодія насосів з подальшою випадковою відмовою рульового управління.

Відмова такого типу відбувається наступним чином (див. також п.п. А1-А5):

Б1. Старший рульової повернув штурвал «Ліворуч 10°» для повернення судна, рискнувшего вправо, на ГК = 178°. Курсограма підтверджує, що останнє кероване відхилення судна було вправо від ГК = 178°, тому дія рульового – перекладка штурвала «Ліворуч 10°» – була вірною. Руль виконав задану команду «Ліворуч 10°» з нормальною швидкістю перекладки (приблизно 3 град/с), яка відповідала штатній спільній роботі насосів. Їх подачі в цьому випадку підсумовуються (схема «а»), так як обидва золотника 3 та 4 займають ліві положення.

Б2. Старший рульової повернув штурвал «Праворуч 10°», але руль залишався в положенні «Ліворуч 10°» і на правий борт не перекладався. Рульовий доповів про відмову рульового управління.

Зупинка руля в положенні «Ліворуч 10°» є наслідком випадкового короткочасного заклинювання розподільного золотника 3 в крайньому лівому положенні, а правий золотник 4 перемістився згідно керуючому сигналу в праве крайнє положення (схема «б»).

В такому випадку подачі насосів мають різні знаки (напрямки), тобто нагнітальний трубопровід насоса 1 виявився приєднаним за допомогою правого розподільного клапана 4 до всмоктуючого трубопроводу насоса 2, а нагнітальний трубопровід насоса 2 до всмоктуючого трубопроводу насоса 1. З огляду на рівності паспортних значень подач, насос 2 став повністю *споживати подачу насоса 1, а до рульового приводу надходження робочої рідини припинилося і руль зупинився в положенні «Ліворуч 10°».

Б3. Рульовий за командою капітана заклав штурвал «Право на борт», але руль залишався в положенні «Ліворуч 10°».

Ця команда не могла вплинути на стан справно діючого правого золотника 4, так як він вже прийняв, відповідно до двох команд ( «Праворуч 10°» і «Праворуч на борт»), крайнє праве положення. При цьому тривала описана в п. Б2 взаємодія насосів, а руль залишався нерухомим в положенні «Ліворуч 10°».

Б4. Старший рульової за командою капітана випробував контрруль (напівштурвал), але руль залишався в попередньому положенні. Використання напівштурвала відповідно до рекомендацій фірмової інструкції дозволяє швидко оцінити справність дії електричної дистанційної системи керування в режимі «Слідкуючий». І, дійсно, ця перевірка показала, що система дистанційного керування справна, а причина відмови прихована в інших органах рульової машини.

Після цього старший рульової перемкнув управління на режим «Не слідкуючий» і руль почав із сповільненою швидкістю (приблизно 1,5° в секунду) переміщуватися вліво, посилюючи/погіршуючи положення судна. Старший рульовий знову перемкнув управління на режим «Слідкуючий» і руль зупинився в положенні «Ліворуч 25°».

Перекладка руля з положення «Ліворуч 10°» в положення «Ліворуч 25°» пояснюється подальшою взаємодією насосів (схема «в»). Лівий золотник 3 як і раніше знаходився в лівому заклиненому положенні, а справно діючий правий золотник 4 перемістився після перемикання на режим «Не слідкуючий» в середнє положення під дією своїх пружин. При цьому подача насоса 2 стала байпасируватися в його власний всмоктуючий трубопровід, а подача насоса 1 направляється в рульовий привід 7, викликаючи перекладку руля в колишньому/попередньому напрямі, тобто на лівий борт з уповільненою швидкістю.

Після перемикання на режим «Слідкуючий» правий золотник 4 з середнього положення знову перемістився в крайнє праве положення під дією сумарного електричного сигналу (керуючий – від штурвала і сигнал негативного зворотного зв'язку). В цьому випадку золотники 3 і 4 знову займають протилежні крайні положення (аналогічно схемі «б»). Отже подача насоса 2 знову повністю споживається насосом 1, а руль зупиняється, але тепер уже в положенні «Ліворуч 25°».

Капітан припинив подальші пошуки несправностей рульового управління і спроби відновити його працездатність, так як було обмежено час дії і стрімко погіршувалася аварійна ситуація.

Б5. Судно з великою швидкістю продовжувало поворот вліво, а відстань до іншого судна швидко скорочувалася. Далі були команди капітана *«Найповніший задній хід» і «Віддати обидва якоря». Після виконання команд почалася сильна вібрація кормової частини судна. Несподівано стрілка аксіометра з нормальною швидкістю почала переміщуватися з положення «Ліворуч 25°» до нуля і далі в положення «Праворуч 35°».

Переміщення стрілки аксіометра (руля) з нормальною швидкістю в задане штурвалом положення («Право на борт») пояснюється виходом з заклиненого положення лівого золотника 3 під дією сильної вібрації корми судна. Він перемістився в задане штурвалом положення (схема «г»), тобто відновилася синхронність роботи обох золотників 3 і 4. Припинилася взаємодія насосів. Почалася сумарна подача робочої рідини від обох насосів 1 і 2 до рульового приводу 7. Вона забезпечила перекладку руля з нормальною швидкістю з положення «Ліворуч 25°» в положення «Праворуч 35°» приблизно за 20 с. Відновилася нормальна штатна робота рульової машини.

Після зникнення випадкової відмови перекладка руля з положення «Ліворуч 25°» в положення «Праворуч 35°» вже не могла грати істотної ролі для керованості судна з огляду на різке зменшення швидкості руху вперед і роботи гвинта на задній хід. (щось пропустили)

Перевірка рульового управління при всіх режимах роботи безпосередньо після аварії показала його нормальну роботу. Випадкова відмова, як і слід було очікувати, не повторилася.

Зауважимо, що найпоширенішою причиною заклинювання керуючих золотників є забруднення робочої рідини і, особливо, наявність в ній механічних домішок, але перевірка робочої рідини показала її нормальну якість.

В результаті були зроблені наступні висновки:

– на т/х типу «Известия» в період, що безпосередньо передує його навалу на постраждале судно, мала місце випадкова і непередбачувана відмова рульового управління, яка стала причиною некерованого руху судна в бік іноземного та подальшого навалу на нього.

– дії капітана, спрямовані на усунення випадкової і непередбачуваної відмови рульового управління, були вмілими та відповідали рекомендаціям фірмових інструкцій з оперативного використання рульового управління.

– капітан зробив все від нього залежне для відновлення справності дії рульового управління в складних умовах, коли не була зрозуміла причина відмови і було мало часу для прийняття рішень.

Викладене стало основою висновку експерта, який був наданий фахівцям клубу взаємного страхування. Їх зацікавила оригінальність висновку, але вони вимагали підтвердити його шляхом випробувань рульового управління на даному або однотипному діючому судні.

Такі випробування були проведені спільно з ними на однотипному судні. Демонстрація всіх етапів роботи рульового управління, його відмови і відновлення працездатності була наочною і переконливою.

Центральним етапом випробувань було штучне (від руки) заклинювання одного з двох золотників (3 або 4 на рис. 10.7). Воно приводило до взаємодії насосів з гідравлічними ударами в системі і відмови рульового управління. Після звільнення золотника відновлювалася нормальна робота рульової машини і всього рульового управління.

В результаті процес був виграний.

Нанесений іноземному судну збиток оцінювався в мільйон доларів. Ця сума була повернена пароплавству повністю.