Файл: Смирнов, О. Р. Надежность судовых энергетических установок.pdf

нии судна в море после наработки 52 тыс. ч ходового времени. Осмотр редуктора после аварии показал, что на шестерне второй ступени ТВД поломано 20 зубьев, а на 39 зубьях имеются трещины; на колесе второй ступени разрушен один зуб, на некоторых зубьях шестерни ТНД имеются вмятины. Выяснение причин указанной аварии пока­ зало, что разрушение зубьев берет начало в местах существования старых трещин. Дальнейшая поломка ряда зубьев носит ударный характер вследствие попадания металла в зацепление.

Для предупреждения отказов редукторов должны быть исключены ошибки при их проектировании, изготовлении, монтаже и в экс­ плуатации, вызываемые перегрузкой, прекращением подачи смазки, ослаблением креплений, попаданием посторонних предметов и дру­ гими нарушениями в обслуживании. Важное значение для обеспече­ ния безотказной работы редукторов имеет их тщательная обкатка и проверка на стенде завода-изготовителя до постановки на судно.

Отказы конденсаторов. Нарушение плотности конденсатора в ме­ стах развальцовки трубок в трубных досках — одна из причин отказов конденсаторов в эксплуатации. Так как через конденсатор проходит примерно в сто раз больше забортной воды, чем конденсата, то даже небольшое нарушение плотности может привести к опасному засолению питательной воды. Поэтому постоянный контроль каче­ ства питательной воды — одно из условий надежной эксплуата­ ции ПТУ.

При ходе судна на мелководье и в районе портов могут быть отказы, вызванные засорением конденсатора ракушками и другими посторонними предметами. На швартовных испытаниях одного танкера с ПТУ произошел отказ турбогенератора, что привело к вре­ менному обесточиванию судна. Причиной отказа явилось засорение приемных фильтров и трубок конденсатора берестой и другими пред­ метами, находящимися в воде у стенки завода, где происходили испытания, что привело к повышению давления в конденсаторе и остановке турбины.

Как уже указывалось, более половины всех работ по восстановле­ нию ПТУ приходится на ремонт вспомогательных механизмов и систем, обслуживающих установку. Отказы этих видов оборудования (например, систем забортной воды, топливной системы и др.) имеют много общего с отказами, рассмотренными в § 6.

ПТУ судов новой постройки и проектируемые* ПТУ второй группы с более высокими параметрами пара по своей принципиаль­ ной схеме отличаются от рассмотренных (см. рис. 27) тем, что они весьма часто имеют один главный котел или так называемый «полу­ торный» вариант. В этом варианте в установке, кроме главного котла, имеется вспомогательный котел, работающий на пониженных пара­ метрах пара; в случае отказа главного котла вспомогательный котел включается по схеме замещения (см. рис. 4, д) в главную магистраль и обеспечивает работу ГТЗА на пониженной мощности; благодаря этому судно сохраняет ход при ограниченной скорости хода (5—8 уз). Примером такой установки является ПТУ танкера отечественной постройки типа «Крым».

В таких ПТУ для упрощения установок и повышения их надеж­ ности ГТЗА имеет постоянное направление вращения, а задний ход

иманеврирование производятся ВРШ. Отсутствие ТЗХ существенно упрощает конструкцию турбин, снижает температурные деформации

иисключает вентиляционные потери. Известное усложнение вносит промежуточный перегрев пара. Отсутствие достаточного опыта не позволяет оценить, какое влияние на надежность ПТУ окажет про­

межуточный перегрев пара в котле. Для повышения надежности в конструкции главного паропровода предусматривается возможность отключения промежуточного пароперегревателя в случае его отказа

иработы установки по обычной схеме. В этом случае газы в котле посредством системы задвижек перепускаются помимо промежуточ­ ного пароперегревателя.

Новые ПТУ" разрабатываются с учетом их широкой унификации

истандартизации, предусматривающей путем комбинации ограни­ ченного ряда агрегатов получение установок в широком диапазоне мощностей (примерно от 20 до 100 тыс. кВт). К таким установкам

сучетом их централизованного управления, автоматизации всех процессов регулирования и контроля могут быть предъявлены высо­ кие требования к надежности. Общий срок службы таких ПТУ

30 тыс. ч.

Оценка структурной надежности ПТУ с одной двухкорпусной турбиной, работающей на движитель через редуктор, и ПТУ с двумя двухкорпусными турбинами, включенными параллельно на один движитель, показывает что при одинаковой мощности ПТУ этих вариантов более надежным на режиме полной мощности является первый вариант, имеющий меньшее число элементов. На режимах частичных нагрузок (50% и менее) более надежна ПТУ с двумя тур­ бинами, так как на этих режимах одна из турбин может быть отклю­ чена и поставлена в резерв.

ГЛАВА / / /

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАДЕЖНОСТИ

§10. ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕЗОТКАЗНОСТИ

Для количественной оценки надежности как свойства установки используется целый ряд показателей, каждый из которых характе­ ризует надежность СЭУ и ее элементов, имеет свою область исполь. зования. В соответствии с работами [10, 20, 32, 50, 63, 79] при.

98

ведем обоснования количественных характеристик надежности при­ менительно к элементу СЭУ.

Поскольку вопросы безотказности являются во многих случаях определяющими при анализе надежности установки, остановимся наиболее подробно прежде всего на характеристиках безотказности.

Рассматриваемым случайным событием здесь является отказ элемента за время t. Свяжем с этим событием случайную величину т —

Из выражения (3.1) видно, что вероятность отказа Q (t) представ­ ляет собой функцию распределения случайной величины т. Пример­ ный вид этой функции представлен на рис. 28 (кривая 2). Она непре­ рывна и возрастает монотонно; Q (0) = 0 и Q (t) —> 1 при t —>оо. Эту функцию можно приближенно найти на основании данных об эксплуатации рассматриваемого элемента.

Обозначим через N число однотипных элементов, данные об отка­ зах которых за время t известны, и через п (t) количество элементов, у которых в интервале времени (0, t) произошел хотя бы один отказ. Будем рассматривать работу элементов как серию из N независимых испытаний, в результате которых происходит одно из двух противо­ положных событий: элемент отказывает или нет. Тогда отношение

Таким образом, при достаточно большом N с вероятностью, близ­ кой к единице, выполняется равенство

Функция Q* (t) называется эмпирической функцией распределе­ ния, и ее значения в данный момент времени являются статистиче­ скими оценками вероятности отказа.

Отметим также, что в силу (3.2) произведение NQ (t) характери­ зует собой число элементов, имевших отказ в интервале (0, t), при­ чем при достаточно большом N

NQ (t) « п (t).

Вероятность безотказной работы Р (t) есть вероятность собы­ тия, заключающегося в том, что за рассматриваемый промежуток времени отказа не произошло, т. е.

Р (t) = Р {т > *}.

Отказ и безотказная работа являются событиями противопо­ ложными, поэтому

Вероятность Р (t) называют также функцией надежности. При­ мерный ее вид приведен на рис. 28 (кривая 1). Эта функция моно­ тонно убывает: Р (0) = 1 и Р (t) —>0 при t —> о о .

Аналогично предыдущему при большом N

Р* (t) = - - ~ ? (0 ^ P { t )

и, кроме того, произведение NP (t) характеризует собой число эле­ ментов, не имевших отказа в интервале (0, t).

Частота отказов а (t) представляет собой плотность распределения времени безотказ­ ной работы (случайной величины т), т. е.

Рассмотрим элементарный промежуток времени At после мо­ мента t. Вероятность наступления отказа в этом промежутке в соот­ ветствии с (3.4) с точностью до бесконечно малых высшего порядка по сравнению с At равна а (t) At и называется элементом вероятно­ сти данного распределения. Вероятность наступления отказа в интер­ вале времени (tu t2), очевидно, равна сумме элементов вероятности в этом промежутке, т. е.

12

Q (k, tJ = P { t i < x < t %\ = \a(x)d% = Q {t2) — Q (к).

и.

\

Обозначим через п {At) число элементов, отказавших в интервале времени At после момента t, и покажем, что

100