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

На рис. 3, в и г показаны схемы параллельной работы нескольких элементов (постоянно включенный резерв). Примером параллель­ ной работы двух или трех элементов служат котельные вентиляторы. Если, например, два вентилятора, подающие воздух в топку котла, работают с 50%-ной нагрузкой, то при отказе одного из них второй вентилятор принимает на себя всю нагрузку. Этот пример может служить иллюстрацией комбинированного резервирования: каче­ ственного и количественного. Возможны случаи, когда в результате отказа одного или нескольких параллельно работающих элементов потребитель будет обеспечен только частично, пока отказавшие элементы не будут восстановлены. По схемам параллельного вклю­ чения могут работать циркуляционные насосы различных систем и другие механизмы. При этом следует учитывать, что в связи с изме­ нением нагрузки при отказе .изменяются также интенсивность отказов и другие характеристики надежности оставшихся в работе элементов.

На рис. 3, д показана схема резервирования замещением. В слу­ чае отказа рабочего элемента 1 включается резервный элемент 2, который обычно полностью обеспечивает потребитель, а отказавший элемент восстанавливается. Например, при засорении фильтра гру­ бой очистки масла системы смазки фильтр отключается и произво­ дится его очистка, а масло направляется по обводу через другой фильтр, предусмотренный для указанной цели. Некоторые системы имеют несколько резервных элементов (рис. 3, е). Так, в противо­ пожарных водяных системах иногда резервируют по схеме замещения несколько насосов. С целью уменьшения числа элементов установки для резервирования иногда используют механизмы общесудовых систем, например циркуляционный насос системы охлаждения глав­ ного конденсатора можно заменить балластным или пожарным насосом. При таком резервировании характеристики резервного элемента могут не совпадать с характеристиками основного элемента.

На рис. 3, ж приведена схема скользящего резерва двух после­ довательно работающих элементов 1 и 3 на один потребитель. В слу­ чае отказа одного из них в работу включается резервный элемент 2, который вместе с исправным элементом обычно полностью обеспе­ чивает потребитель. Отказавший элемент восстанавливается и ста­ вится в резерв. По такой схеме иногда резервируют циркуляционные насосы системы охлаждения главных двигателей и некоторые дру­ гие элементы.

На рис. 3, з показана схема скользящего резерва двух парал­ лельно работающих элементов 1 и 3. При отказе одного из них вклю­ чается резервный элемент 2, который заменяет отказавший. В слу­ чае отказа двух элементов потребитель обеспечивается частично. По такой схеме работают генераторы судовых электростанций.

Некоторые резервированные системы могут иметь элементы, которые часть времени работают по схеме постоянно включенного резерва, а часть времени— по схеме замещения. Так, работают, в частности, компрессоры системы сжатого воздуха. В начальный период работы для скорейшего заполнения баллонов сжатого воздуха

28

могут параллельно работать все компрессоры установки, а в про­ цессе эксплуатации они резервируются замещением.

Автоматизация, СЭУ могут иметь ручное обслуживание, ча­ стичную автоматизацию основных рабочих процессов (например, подачи топлива, питательной воды и воздуха в паровые котлы), автоматизацию отдельных механизмов (например, автоматический запуск компрессоров для подачи воздуха в пусковые баллоны при падении в них давления ниже допускаемого уровня) и могут быть комплексно автоматизированными. Опыт эксплуатации теплоходов типа «Новгород» с автоматизированными установками, которые обслуживаются одним вахтенным механиком, показал высокую надежность средств автоматизации.

В зависимости от степени автоматизации ЭУ судам присваи­ вается соответствующий знак Регистра [69]. Например, суда без постоянной вахты в МКО и в центральном посту управления (ЦПУ) могут получить знак А1. Такие установки должны нормально рабо­ тать без местного обслуживания оборудования в МКО периодами, равными не менее 24 ч. Системы автоматического управления установ­ ками, контроля работы и сигнализации, кроме основного источника питания, должны обязательно иметь второй резервный источник.

При комплексной автоматизации СЭУ обеспечивается автомати­ ческое регулирование всех параметров, их контроль и регистрация, а также автоматическая сигнализация в случае отклонения пара­ метров от допускаемых пределов. Комплексная автоматизация СЭУ позволяет значительно сократить численность обслуживающего пер­ сонала. Так, на танкерах дедвейтом 100— 150 тыс. т с комплексно автоматизированной СЭУ штат команды составляет 18—24 человека вместо 40—60 человек на таких же судах с частичной автоматиза­ цией. На сухогрузах дедвейтом около 6000 т автоматизация управле­ ния и контроля дизельной установкой позволила сократить экипаж на восемь человек.

При проектировании судов с автоматизированными установками следует предусматривать их повышенную надежность. Сокращение численности личного состава при одинаковом уровне надежности элементов неавтоматизированных и автоматизированных установок приводит к понижению их ремонтопригодности и, следовательно, к понижению надежности.

При проектировании автоматизированных установок следует предусматривать различные способы повышенного резервирования особо ответственных элементов (блоков, систем, агрегатов), так как повышение надежности установок только лишь за. счет увеличения надежности элементов не всегда может быть достигнуто.

Периодичность действия. Все СЭУ относятся к установкам пе­ риодического действия; они могут длительное время находиться в бездействии, например, в период ремонта судна и установки на заводе после четырехлетней эксплуатации, постановки судна в док для очистки и окраски корпуса. Некоторые суда технического флота, например землесосы, речные суда и ледоколы, эксплуатируются с перерывами, что связано с сезонностью их работы.

29

При проектировании установок необходимо учитывать периодич­ ность их действия, предусматривать защиту их от коррозии (во время стоянок большинство элементов СЭУ страдают от коррозии в боль­ шей степени, чем в эксплуатации), размораживания, преждевремен­ ного старения некоторых элементов из неметаллических материалов (например, резины) и т. п. Все мероприятия по сохранности должны обеспечить расчетный уровень надежности установки при введении

еев эксплуатацию после длительной стоянки.

Таковы лишь некоторые особенности СЭУ и условий их эксплуа­

тации с точки зрения надежности, которые следует учитывать при проектировании и расчетах надежности СЭУ.

Некоторые вопросы построения функциональных схем СЭУ« Пер­ вым этапом оценки структурной надежности любой системы и расчета количественных характеристик надежности является составление ее функциональной схемы. Эти вопросы освещаются во многих рабо­ тах по теории и практике надежности, поэтому рассмотрим лишь некоторые особенности построения функциональных схем примени­ тельно к СЭУ.

Для составления функциональной схемы необходимо иметь прин­ ципиальную схему системы, показывающую, как связаны между собой ее элементы. Необходимо также знать, на каких режимах может работать данная система, так как на разных режимах может работать различное число элементов системы, и они могут быть по-разному связаны между собой. Следует также учитывать, по отношению к отказам какого класса и какой группы, в соответствии

сприведенной классификацией рассматривается надежность.

Вкачестве примера рассмотрим упрощенную двухконтурную систему охлаждения дизеля, показанную на рис. 3, к. Забортная вода принимается через кингстон 1 и фильтры 2 и поступает к цирку­ ляционному насосу 3, который подает ее в маслоохладитель 5 и водоохладитель 5; затем забортная вода отливается через клапан 9. Пресная вода циркуляционным насосом 6 подается в водоохлади­ тель 8, а затем поступает на охлаждение рабочих втулок и крышек двигателя. Нагретая вода после двигателя снова поступает к на­ сосу 6. В рассматриваемой системе резервный циркуляционный насос 4 забортной воды и резервный насос 7 пресной воды вклю­

чены по отношению к основным насосам 3 и 6 по схеме замещения; фильтры 2 включены параллельно.

На рис. 3, л приведена функциональная схема системы охлажде­ ния, показанной на рис. 3, к. Как видно, функциональная схема представляет собой последовательное соединение основных и резер­ вированных элементов системы с учетом вида резервирования. Полагаем, что система охлаждения имеет два основных режима работы: 1) режим стоянки судна, когда двигатель не работает (си­ стема заполнена водой, и насосы не работают); 2) рабочий режим системы, соответствующий ходу судна и маневрам (система заполнена водой, насосы работают).

Основным режимом является рабочий режим; функциональная схема (рис. 3, л) соответствует этому режиму.

30

Теперь, при наличии данных по надежности основных и резерв­ ных элементов, можно оценить структурную надежность данного соединения и определить количественные характеристики надеж­ ности системы. При этом соблюдается некоторая последовательность: вначале определяют характеристики надежности резервированных элементов, в нашем случае — параллельного соединения элемен­ тов 2 и резервного замещения элементов 3 и 4, 6 и 7 соответственно; после этого осуществляют замену резервированных элементов экви­ валентными им с точки зрения надежности. Пусть, например, филь­ трам 2 соответствует эквивалентный элемент А, насосам 3 и 4 экви­ валентный элемент Б, а насосам б и 7 эквивалентный элемент В.

После такой замены функциональная схема системы охлажде­ ния будет иметь вид, изображенный на рис. 3, м. Она представляет собой последовательное соединение элементов, характеристики ко­ торых известны. Определив надежность этого последовательного соединения, можно найти характеристики надежности системы в целом на рабочем режиме.

Таким образом, объединяя элементы и переходя от одной схемы к другой, можно получить характеристики надежности СЭУ как одного элемента— элемента судна. Как указывалось, такой расчет следует проводить с учетом классификации отказов. Приведенные

зам, когда вследствие прекращения подачи охлаждающей воды будет остановлен двигатель и судно потеряет ход. В приведенной последовательности можно оценить надежность любой системы применительно к отказам любого класса и"группы.

Для оценки надежности системы по отношению, например, к от­ казам первой, второй и третьей групп класса I на рис. 3, и указаны сравнительные обозначения для основных схем резервирования и наиболее часто встречающихся на практике случаев, когда основные и резервные элементы равнонадежны. Эти обозначения использу­ ются при составлении функциональных схем.

§4. СТАНДАРТИЗАЦИЯ, УНИФИКАЦИЯ И НАДЕЖНОСТЬ

Стандартизация и нормализация* Под стандартизацией каких-либо изделий, материалов и т. п. понимают сведение многих видов к зна­ чительно меньшему числу типовых, что приводит к повышению качества и снижению стоимости. Под нормализацией понимают отраслевую стандартизацию, т. е. сокращение видов оборудования

иматериалов, щжменяемых в отдельной отрасли (или в нескольких отраслях промышленности), к меньшему числу типовых, наиболее широко применяемых в данной отрасли.

Вделе стандартизации важная роль принадлежит унификации

истандартизации измерений физических единиц и производных величин. Принятая в настоящее время международная система единиц СИ (система интернациональная) обеспечивает согласован­ ность механических, электрических, тепловых и других единиц без Использования переводных коэффициентов,

31