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

ГЛАВА I

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

§ 1 .ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

Рассмотрим основные понятия и определения теории надежности применительно к СЭУ.

Под надежностью СЭУ в соответствии с ГОСТ 13377—67 будем понимать ее свойство обеспечивать движение судна с заданной скоростью и работу общесудовых и специальных потребителей энер­ гии, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах на всех возможных режимах в течение заданного времени. Здесь в качестве эксплуатационных показателей имеются в виду мощность установки и ее эффективный к. п. д., частота вращения движителя, продолжительность реверса и др. Заданными пределами этих пока­ зателей являются данные, указанные в технической документации.

Надежность СЭУ обусловливается ее безотказностью, ремонто­ пригодностью и долговечностью элементов, из которых она состоит. В связи с этим следует определить такие понятия, как элемент и система установки, а также работоспособность, безотказность, ремон­ топригодность, долговечность, срок службы, ресурс, отказ и неко­ торые другие.

При рассмотрении надежности СЭУ принято подразделять ее на элементы и системы.

Элементом установки можно считать законченную конструкцию (например, паровой котел, двигатель, компрессор, насос, редуктор), предназначенную для выполнения определенной задачи или не­ скольких задач. Каждый элемент имеет свои характеристики надеж­ ности, которые учитываются при расчете надежности СЭУ. Элементы СЭУ сложны по устройству и могут состоять из множества отдель­ ных узлов и деталей.

Взависимости от последствий отказа элементы делят на сложные

ипростые. Простым считают такой элемент, отказ которого выводит

его из эксплуатации; сложным — такой элемент, который, кроме указанного, может иметь отказы, ограничивающие его работоспо­ собность по параметрам и продолжительности.

12

Под системой установки следует понимать совокупность связан­ ных между собой и совместно действующих элементов, предназна­ ченных для выполнения некоторых самостоятельных функций. Так, валопровод можно рассматривать как систему, состоящую из греб­ ного, промежуточных и упорного валов, ряда подшипников, соеди­ нительных муфт и других элементов.

Установка имеет ряд систем, название которых определяет их назначение и выполняемые функции (например, система циркуля­ ционной смазки главного двигателя, система охлаждения, которая по виду рабочей среды может быть системой пресной или морской воды, или воздушной).

Необходимо отметить условный характер деления СЭУ на эле­ менты и системы. Это деление в основном определяется условиями поставленной задачи и методикой ее решения. Например, если тре­ буется оценить надежность СЭУ в целом, то валопровод, топлив­ ную систему, системы охлаждения и смазки можно рассматривать как отдельные элементы установки. Если же надо определить надеж­ ность, например, системы охлаждения забортной воды, то ее эле­ ментами считают насосы, кингстоны, грязевые коробки, трубопро­ воды и др.

В качестве системы может рассматриваться также механизм, теплообменный аппарат, двигатель и другие элементы установки, если необходимо оценить их надежность, определить слабые, с точки зрения надежности, узлы и разработать мероприятия по повышению надежности. Так, дизель при рассмотрении его как системы можно разделить на ряд более простых элементов: станину, цилиндры, фундаментную раму, группу поршневого движения, топливную аппа­ ратуру, автоматику и т. п.

При оценке надежности судна СЭУ можно рассматривать как один элемент. Поэтому приведенные ниже понятия и определения надежности СЭУ будут в равной степени справедливы и для отдельных элементов установки.

Под работоспособностью СЭУ следует понимать ее состояние, при котором она способна выполнять функции, обеспечивающие движение судна, работу общесудовых и специальных потребителей в заданных условиях эксплуатации е параметрами, указанными в технической документации. К таким параметрам относятся давле­ ние и температура рабочих тел, расход топлива, масла и других материалов, паропроизводительность котлов, мощность генераторов электростанции, напряжение тока, его частота и т. п. Эти параметры позволяют достигнуть требуемых значений эксплуатационных пока­ зателей установки, которые заложены в определении ее надежности.

Безотказность СЭУ — ее свойство сохранять работоспособность без вынужденных перерывов в течение заданного времени эксплуата­ ции. Вопросы безотказности являются определяющими при оценке надежности СЭУ, так как сохранение ею работоспособности — важнейшее условие безопасной и рентабельной работы судна. Безот­ казность установки зависит от безотказности элементов и характера их соединения, а также от условий эксплуатации.

13

—гарантированный ресурс или йаработка (продолжительность работы в заданных условиях), до окончания которой поставщик установки (или элемента) гарантирует безотказную работу и несет ответственность за возникшие неисправности (при условии правиль­ ной эксплуатации);

—межремонтный ресурс — наработка восстанавливаемой уста­ новки (элемента) до среднего или капитального ремонта, или нара­

ботка между этими ремонтами;

—назначенный ресурс, по достижении которого эксплуатация должна быть прекращена независимо от состояния установки, Назначение такого ресурса преследует в первую очередь обеспече­ ние безопасности эксплуатации объекта. Этот ресурс назначается для ряда элементов атомных и специальных СЭУ;

—использованный ресурс, т. е. наработка установки (элемента)

мента).

В некоторых случаях при оценке ресурса систем возникают затруднения, связанные с тем, что отдельные элементы системы имеют различную наработку, которая не совпадает с наработкой системы в целом. Типичным примером является противопожарная водяная система, которая всегда заполнена жидкостью, т. е. находится в ра­ бочем состоянии. Наработка такой системы совпадает с пребыва­ нием судна в эксплуатации, время же работы насосов значительно меньше наработки системы. Поэтому ресурс трубопроводов таких систем будет отличаться от ресурса механизмов и должен оцени­ ваться отдельно.

Под сохраняемостью СЭУ (и отдельных элементов) следует пони­ мать ее свойство сохранять обусловленные в технической докумен­ тации показатели в течение и после срока хранения и транспорти­ ровки.

Для СЭУ, которые по условиям эксплуатации могут иметь дли­ тельные перерывы в работе, свойство сохраняемости имеет важное значение. Примером таких установок являются установки речных судов. Во время зимних отстоев судов, который ежегодно продол­ жается несколько месяцев, эти установки должны сохранить свою работоспособность. Некоторые суда после их постройки до ввода в эксплуатацию находятся в консервации.

Обеспечение сохраняемости должно предусматриваться при проек­ тировании, изготовлении и монтаже оборудования СЭУ. Например, на цилиндрах двигателей, в системах охлаждения, котлах, конден­ саторах и ряде других элементов должны быть предусмотрены краны, которые располагают в наиболее низкой части этого оборудования для спуска жидкостей во время перерывов в работе при минусовой температуре окружающей среды; должна быть предусмотрена также возможность покрытия трущихся частей элементов установки и не­

15

которых других частей защитными от коррозий смазками (ингиби­ торами) и т. п.

Под отказом СЭУ следует понимать событие, заключающееся в нарушении ее работоспособности. Так как установка состоит из ряда элементов, то, с точки зрения количественной оценки, отказ любого из элементов есть отказ установки.

Кроме отказов, в процессе эксплуатации установок могут воз­ никать мелкие неисправности, не приводящие к отказу. Например, небольшая (капельная) течь воды в системе охлаждения, нарушение поверхностной изоляции парового котла или выпускного коллектора двигателя, повреждение лакокрасочных и других защитных покры­ тий и т. п. Такие неисправности принято называть дефектами. Дефекты должны устраняться, так как они вызывают неудобства в эксплуатации и могут впоследствии привести к отказу.

Отказы различных элементов по-разному влияют на работоспо­ собность установки. Для учета различного влияния отказов на ра­ боту СЭУ целесообразно их классифицировать по ряду признаков: последствиям отказа, способу устранения, характеру отказа, причине возникновения и др. Такая классификация позволяет более четко оценивать надежность при сравнении отдельных установок или их элементов между собой и учесть влияние различных отказов при расчете количественных характеристик надежности.

Количественные характеристики надежности зависят от закона распределения времени безотказной работы и продолжительности восстановления элементов установки. Применение того или иного закона при расчетах надежности СЭУ определяется видом отказов и физической сущностью процессов, вызвавших отказы. В теории надежности рассматривается более десяти законов распределения; применительно к СЭУ и их элементам наиболее часто пользуются следующими законами распределения: показательным (экспонен­ циальным), нормальным, логарифмически-нормальным, Вейбулла, гамма и Рэлея [16, 20, 63]. Ниже приведены типичные отказы неко­ торых элементов СЭУ, которые описываются преимущественно указанными законами.

16