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

работоспособность установки можно восстанавливать теоретически сколь угодно долго,,обеспечивая продолжение эксплуатации судна с необходимым уровнем безопасности. Что же касается экономических соображений, то они являются наиболее общими, так как должны учесть не только увеличение себестоимости эксплуатации вследствие износа, старения и т. п., но и фактор морального износа, фактор времени. Следовательно, под предельным состоянием энергетической установки транспортного судна будем понимать такое состояние, после наступления которого дальнейшая эксплуатация нецелесо­ образна по экономическим соображениям. Количественная оценка времени наступления этого состояния рассмотрена в гл. VII, здесь же приведены лишь необходимые качественные обоснования.

Если ранее под отказом СЭУ понимался отказ любого из ее эле­ ментов, а под восстановлением — восстановление отказавшего элемента, то достижение каким-либо одним или даже несколькими элементами установки предельного состояния далеко не всегда можно считать предельным состоянием СЭУ в целом. Действительно, наработка многих вспомогательных механизмов до замены лежит в пределах 8— 15 тыс. ч, тогда как главные двигатели часто работают только до капитального ремонта 50—80 тыс. ч и более.

Таким образом, предельное состояние установки не является предельным состоянием какого-либо из ее элементов, а определяется по совокупности состоянием каждого из них. Стоимость замены отдельных элементов, ремонтные затраты, увеличение расхода рабо­ чих сред, ухудшение эксплуатационных показателей — все эти фак­ торы, зависящие от продолжительности эксплуатации установки, влияют на себестоимость эксплуатации СЭУ, достижение которой некоторой величины и определит наступление предельного состоя­ ния.

Чрезвычайно быстрый рост водоизмещений судов, появление но­ вых типов судов свидетельствует о значительном влиянии фактора морального износа на ЭУ и суда в целом. Это, в первую очередь, предъявляет определенные требования к энергетической установке, а именно к выбору ее типа и основных параметров, определяющих ее работоспособность. Еще несколько лет назад основу выбора со­ ставляли такие показатели, как удельный расход и сорт сжигаемого топлива. В настоящее время в связи с изменившимися условиями эко. плуатации современных судов (сокращение продолжительности стоянок в портах под погрузкой и выгрузкой, более длительный эксплуатационный период, сокращение численности обслуживаю­ щего персонала, введение комплексной автоматизации), а также в связи с ростом числа эксплуатируемых судов, что приводит к зна­ чительному дефициту в обеспечении заводским ремонтом, на первое место при выборе типа установки выдвигаются вопросы надежности. Так, специалисты одной из американских фирм, заказавшей четыре контейнеровоза с ГТУ, объяснили свой выбор высоким уровнем ремонтопригодности установки [104]. Например, замена главной га­

107

оборотного Двигателя внутреннего сгорания требуется иногда за­ водскойремонт, продолжающийся несколько месяцев.

Таким образом, долговечность, как составляющее свойство на­ дежности, самым тесным образом связана с экономической эффектив­ ностью рассматриваемых объектов. ,

Большинство работ, посвященных теории и практике надежности изделий различного назначения, рассматривают лишь вопросы без­

ботку и срок гарантии, ресурс и срок службы до первого капиталь­ ного ремонта, гамма-процентный ресурс, т. е. ресурс, который имеют и превышают у-процентов рассматриваемых изделий и др. [68]. Важнейший из указанных величин является срок службы тс. Он может быть представлен в виде суммы двух случайных величин: времени эксплуатации т' и продолжительности внеэксплуатационного периода т". Время эксплуатации т' (ресурс установки), в свою очередь, является суммой

к

Т = Е Т‘>

(=1

где х\ — продолжительность работы установки на i-м режиме.

Комплексные характеристики надежности. Кроме характеристик безотказности, ремонтопригодности и долговечности, в практике расчетов используют также комплексные характеристики надежно­ сти, которые оценивают как безотказность, так и ремонтопригодность. Рассмотрим основные из них.

Коэффициент готовности k (i) представляет собой вероятность застать установку в произвольный момент времени t в исправном состоянии.

Возьмем два момента времени tx и t2, близкие один к другому и началу эксплуатации (рис. 29). Вероятность осуществления в про­ межутках (0, tj) и (0, tz) нескольких отказов и восстановлений мала по сравнению с вероятностью одного события. Поэтому в точках П и t2 мы застанем установку в исправном состоянии или состоянии

1 0 8

восстановления после первого отказа, Причем очевидно, что Вероятность исправного состояния будет больше в точке t x по сравнению с t %, т. е. k (^) > k (t2).

уже много отказов и восстановлений, что устранило разницу между ними [имеется в виду величина k (t) ], т. е. естественно предположить, что коэффициенты готовности в этих точках примерно равны. Тогда характер изменения величины k (t), соответствующий таким чисто качественным рассуждениям, имеет вид, представленный на рис. 29. Из рис. 29 видно, что в начале коэффициент готовности падает, за­ тем его значение устанавливается и практически перестает зависеть от времени.

Определим это установившееся конечное значение k (t) в виде

пределом, к которому стремится величина k (t), является отношение среднего времени безотказной работы к сумме этой величины и сред­ него времени восстановления. Коэффициент готовности характери­ зуя как безотказность, так и ремонтопригодность установки, яв­ ляется весьма важным показателем ее надежности.

Среднее число отказов или восстановлений Н (t) или # в (/) пред­ ставляет собой математическое ожидание числа отказов или восста­ новлений соответственно за время t. Как и при рассмотрении коэф­ фициента готовности, нас будут интересовать эти величины за доста­ точно большой промежуток времени. Поскольку число оказов v (t)

соответственно, т. е. средняя продолжительность цикла (промежуток

Выше приведены общие зависимости для количественных характе­ ристик надежности СЭУ и указаны связи между ними. Конкретный вид этих показателей зависит от закона распределения времени без­ отказной работы и продолжительности восстановления.

Как показано, надежность СЭУ количественно оценивается це­ лым рядом характеристик, так как случайная величина не может быть определена каким-либо одним числом. Однако использование ряда характеристик определяет возможность неоднозначности в ре­ шении некоторых вопросов надежности. Примеры такого рода при­

109

ведены^в ряде публикаций (см. например, [52]), указаны они и при дальнейшем изложении в настоящей работе.

В некоторых случаях выход ищут путем выбора из многообра­ зия количественных характеристик надежности наиболее важных, определяющих работоспособность изделия с учетом реальных усло­ вий и целей эксплуатации. Едва ли такой подход можно считать лучшим. Во-первых, указанный выбор лишь уменьшает число пока­ зателей, но не сводит расчет к определению значения одного из них, и, во-вторых, уменьшение числа характеристик упрощает вопрос вследствие сокращения параметров рассматриваемого явления, кото­ рые требуют учета.

Применительно к СЭ.У более целесообразным представляется не уменьшение числа характеристик путем исключения из рассмотре­ ния некоторых из них, а объединение этих характеристик в единый комплексный показатель, который позволил бы определить связи между составляющими надежность свойствами и найти наилучшие соотношения между ними.

Таким показателем является критерий экономической эффектив­ ности СЭУ, т. е. надежность установки здесь рассматривается как составляющее свойство более общего понятия — экономической эф­ фективности. При таком подходе безотказность, ремонтопригодность и долговечность можно связать с критерием экономической эффектив­ ности и, следовательно, исключить возможность неоднозначного решения вопроса.

Средняя частота отказов со (t) представляет собой параметр по­ тока отказов в случае, когда отказавшие элементы заменяются исправными. С количественной точки зрения со (t) является пределом

N — общее число элементов.

Найдем зависимости между со (О и ранее указанными характери­ стиками надежности. Из предыдущего равенства непосредственно следует, что

п (ДО = со* (0 NAt.

Представим число отказавших за время At элементов п (At) в виде суммы

п (At) = п 1 (At) + л 2 (АО,

где tix (At) — количество отказавших за время Дt элементов из общего числа элементов при t = 0;

110