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

Как показывает опыт, затраты, связанные с обследованием установок, обработкой полученной информации по .отказам и вос­ становлению элементов и расчетам характеристик надежности, окупаются за короткий период (менее одного года). Следует отметить, что рекомендации по повышению надежности элементов СЭУ могут быть распространены на другие суда, где подобные элементы находят применение.

Необходимость испытания на надежность элементов судового оборудования наиболее часто возникает по отношению к конструк-

Рис. 61. Диаграмма наблюдения за отказами ДУ на девяти судах.

• — отказы главных двигателей; О — отказы систем забортной воды

тивно новым элементам или элементам из новых материалов. Слож­ ность таких испытаний определяется следующим:

—при использовании стенда трудно создать условия, достаточно близкие к эксплуатационным;

—трудно оценить однородность выбранных для испытания элементов; при этом следует иметь в виду, что различия в материа­ лах, технологии изготовления и монтажа могут привести к стати­ ческой неоднородности — широкому разбросу результатов испы­ таний;

—трудно обеспечить достаточную длительность испытаний, которая приближалась бы к продолжительности работы элемента на судне.

В связи с указанными сложностями испытания ряда новых эле­ ментов проводят на специальных судах, на которых условия испы­ таний приближены к условиям эксплуатации.

Вопросы, связанные с большой длительностью работы, обычно решают путем проведения ускоренных испытаний. Сущность уско­ ренных испытаний заключается в том, что, усиливая влияние на работу элемента одного или нескольких определяющих параметров, можно ускорить процессы изнашивания в сравнении с условиями

251

Нормальной эксплуатаций И вызвать отказы. В зависимости от типа элемента такими параметрами могут быть: давление, температура

искорость рабочих тел, частота вращения, производительность, вырабатываемая или потребляемая мощность, состав рабочей среды

ит. п. Например, при ускоренных испытаниях трубопроводных элементов и арматуры систем забортной воды путем увеличения ско­ рости и температуры воды можно значительно ускорить процессы коррозионных и эрозионных разрушений. Опыты показывают, что для некоторых элементов увеличение средней скорости воды с 3 до 4,5 м/с уменьшает время их безотказной работы в 4—6 раз. Процессы, вызывающие коррозионные разрушения, могут быть еще более уси­ лены путем турбулизации потока [38]. Таким образом, установив подобие процессов ускоренных испытаний с условиями нормальной эксплуатации, можно за сравнительно короткий период испытаний оценить характеристики надежности новых элементов. Для такого подобия пользуются проверенными эталонами. В нашем примере эталоном могут служить коррозионные разрушения (язвы), получен­ ные в условиях эксплуатации и подобные язвам на элементах, про­ шедших ускоренные испытания. Чем правильнее подобран эталон, тем точнее могут быть оценены результаты ускоренных испытаний.

Испытания на надежность элементов, подлежащих восстановле­ нию, проводятся по программе, которая разрабатывается с учетом: нагрузок и режимов работы испытываемого элемента в эксплуатации

сучетом периодичности осмотров и ремонта.

При проведении испытаний ограниченной продолжительности с заменой отказавших элементов с экспоненциальным распределе­ нием наработки между отказами и с ограниченным числом отказов

боты по сбору статистических данных об отказах и восстановлении элементов СЭУ и проведения в ряде случаев специальных испыта­ ний получены весьма ценные данные по надежности отдельных видов судового оборудования и выполнены мероприятия по повышению его ресурса. Однако по многим элементам, системам и СЭУ в целом еще отсутствуют достоверные характеристики по безотказности и долговечности и требования (нормы) к их надежности. В технические задания на проектирование не всегда вносятся соответствующие ко­ личественные требования к надежности разрабатываемого обору­ дования. Поэтому работы в данной области требуют своего развития и совершенствования.

Прогнозирование отказов элементов систем и другого оборудо­ вания установок имеет важное значение для повышения их надеж­ ности, так как позволяет предупредить отказы во время нахождения судна в море, т. е. уменьшить вероятность возникновения отказов в наиболее ответственный период эксплуатации. Существует не­ сколько методов прогнозирования отказов с целью их предупрежде­ ния. К наиболее распространенным методам можно отнести:

— использование статистических данных по отказам определен­ ных элементов. Располагая такими данными, временем наработки

252

элемента я продолжительностью планируемого рейса, можно с опре­ деленной вероятностью предполагать, откажет ли рассматриваемый элемент в ожидаемый период времени;

—контроль состояния элемента по ряду выходных параметров. Например, по температуре масла или охлаждающей воды можно судить о состоянии подшипников или других узлов трения и до наступления отказа провести замену изношенных элементов новыми;

—проверку состояния элемента в процессе его эксплуатации приборами неразрушающего контроля. Примером этого метода может служить проверка толщины стенки трубопровода или стенки эле­ мента другого оборудования современной аппаратурой. Такая аппа­ ратура, в частности приборы ультразвуковой дефектоскопии (оте­ чественные приборы типа Кварц), резонансные толщиномеры (на­ пример типа ТВР) и другие, позволяют с точностью 5— 10% опреде­ лить толщину стенки в районах ожидаемого износа. Зная толщину стенки в момент измерения и скорость коррозионного или другого износа, можно с достаточной степенью вероятности определить оставшийся срок службы элемента.

В практике эксплуатации СЭУ по отношению к различным видам оборудования могут находить применение все указанные методы прогнозирования отказов.

ГЛАВА VII

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ЭКОНОМИКИ НАДЕЖНОСТИ СЭУ

§23. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КРИТЕРИЕВ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Основным требованием, предъявляемым к транспортному судну, является требование возможно большей его экономической эффек­ тивности. Характеристики и параметры, определяющие работу отдельного судового оборудования, должны удовлетворять этому требованию, их значения должны выбираться из условия обеспе­ чения максимальной экономической эффективности судна в целом. Указанное в полной мере относится и к характеристикам надеж­ ности СЭУ, величину которых также следует обосновывать, исходя из указанного положения.-

Для практической реализации изложенного принципа необхо­ димо прежде всего располагать критерием экомомической эффектив­ ности судна. В соответствии с типовой методикой [80 ] в настоящее время используются два критерия эффективности: приведенные затраты С + ЕаК —>min — на стадии проектирования и коэффициент

рентабельности ■— —>шах — на стадии эксплуатации. Здесь: С —

253

годовая величина себестоимости эксплуатации; К — величина ка питальных вложений; Еа— нормативный коэффициент эффектив­ ности; П — величина прибыли.

Не останавливаясь подробно на анализе указанных критериев (такому анализу посвящена обширная литература [см., например, 3, 15, 48, 49, 64, 1031), затронем лишь некоторые вопросы эко­ номического содержания этих критериев и возможности их совме­ стного использования, а также проанализируем отдельные аспекты обоснования критерия экономической эффективности транспортного судна.

Для этого рассмотрим три промежутка времени, связанных с процессами создания и эксплуатации судна: проектирование, изготовление и эксплуатация. Введем следующие обозначения:

изготовления и эксплуатации единицы полезности транспортного судна (соответствующие цены одной тонно-мили перевезенного груза). Обозначим также через Ц цену потребления единицы полезности (цена перевозки одной тонны груза на одну милю).

Теперь через введенные выше величины выразим основные эко­ номические категории, связанные с судном:

— Доход от эксплуатации судна за весь срок его службы (сто­

— Капиталовложения судовладельца К (балансовая стоимость

Себестоимость эксплуатации судна за весь срок его службы С (эксплуатационные, ремонтные затраты и отчисления на реновацию, которые за весь срок службы судна равны К):

Прибыль от эксплуатации судна за весь срок его службы П (разность между доходом и себестоимостью эксплуатации):

2 5 4

Будем исходить теперь из условия максимального, наиболее полного удовлетворения имеющихся в настоящий момент времени потребностей. Степень такого удовлетворения определяется, главным образом, значением величины Ц. Действительно, малое значение цены потребления Ц обеспечивает возможность удовлетворения широкого круга потребителей (грузополучателей, грузоотпра­ вителей), т. е. широкую доступность данного способа перевозки.

Отметим здесь также, что нас интересует не только удовлетво­ рение настоящих, но и возрастающих со временем будущих потреб­ ностей, которые требуют, следовательно, непрерывного роста вели­ чины располагаемых капиталовложений.

Определим величину Ц в предположении, что оптимальный рост величины капиталовложений задан, т. е. коэффициент эффектив­ ности судна Е равен нормативному значению Дн. Тогда прибыль от эксплуатации судна за весь срок его службы можно представить в виде

Приравняв правые части в (7.4) и (7.5) с учетом (7.2) и (7.3), найдем, что цена потребления единицы полезности определяется

Теперь нетрудно видеть, что минимум цены потребления соот­ ветствует минимуму затрат на единицу полезности судна, вычислен­ ному за весь срок его службы. Указанные затраты будем в дальней­ шем называть удельными. Таким образом, в качестве критерия эко­ номической эффективности транспортного судна (с точки зрения удовлетворения потребностей настоящего) получена величина удель­ ных затрат.

Предположим теперь, что себестоимость эксплуатации в тече­ ние года и годовой объем удовлетворяемой потребности постоянны.

Подставляя в (7.7) вместо с его значение, определенное равен­ ством (7.3), и разрешая полученное уравнение относительно с, получим

где Зэ — годовые эксплуатационные расходы.

Из (7.8) следует, что величина с зависит от продолжительности Эксплуатации, т. е.'с = с (Т?).

255

Теперь, как нетрудно видеть, выражение (7,6) можно переписать в виде

Таким образом, в рассматриваемом частном случае минимум цены потребления соответствует минимуму приведенных затрат на единицу полезности судна, т. е. минимуму удельных приведенных затрат. Пусть теперь по критерию (7.9) сравниваются варианты судна, имеющие одинаковый срок службы Т3 и одинаковый годовой объем удовлетворяемой ими потребности. В этом случае критерий (7.9) равносилен минимуму приведенных затрат, т. е. лучшим будет вариант, у которого

ЕаК + с = min.

Следовательно, можно утверждать, что критерии годовых при­ веденных затрат обеспечивают выбор лучшего варианта судна лишь

вслучае выполнения следующих условий:

1.Себестоимость эксплуатации в течение года есть величина постоянная, не зависящая от времени.

2. Сравниваемые варианты имеют одинаковый срок службы и объем удовлетворяемой потребности.

Указанные условия применительно к транспортным судам, как правило, не выполняются. Себестоимость эксплуатации не остается постоянной, например, вследствие увеличения затрат на ремонт и техническое обслуживание с течением продолжительности эксплуа­ тации.

Сравниваемые варианты зачастую отличаются водоизмещением, скоростью хода, т. е. имеют различные значения величины а, ко­ торая также меняется во времени вследствие ухудшения техниче­ ского состояния судна в процессе эксплуатации.

Указанные различия можно учесть, если использовать в каче­ стве критерия экономической эффективности сравниваемых вариан­ тов судов удельные затраты, определенные выражением (7.6).

Относительно вычисления величин Л и С, входящих в (7.6), отметим, что

тэ

С = | c(t)dt и А = | a (t) dt,

о' о

если суммирование себестоимости и объема удовлетворяемой по­ требности осуществляется по годам эксплуатации.

В обоих случаях как суммирование, так и интегрирование необ­ ходимо проводить с учетом фактора времени, что позволит, в част­

256