Технология технического обслуживания и ремонта морской техники
Лекция 1
Технология технического обслуживания и ремонта энергокомплексов и систем морской техники
Причины возникновения дефектов и повреждений в деталях энергокомплексов морской техники. Классификация видов изнашивания по характеру воздействующих факторов. Техническое обслуживание дизелей, паповых турбин и редукторов. Техническое обслуживание вспомогательных механизмов.
***
Судовое оборудование работает в условиях совместного воздействия многочисленных разрушающих факторов, основными из них являются (рис. 1):
– длительные статические нагрузки;
– динамические нагрузки;
– вибрационные нагрузки;
– тепловое и деформационное старение материала;
– радиационное облучение;
– коррозия под напряжением.
В результате совместного воздействия этих факторов интенсифицируются процессы усталостных и износовых явлений в элементах и узлах оборудования, что приводит к повышенному износу сопрягаемых деталей, изменению геометрии проточных частей, возникновению и раскрытию трещин в конструкционном материале.
|
|
Рис. 1/ Разрушающие факторы действующие на оборудование энергетической установки: Str – структура системы; ФСЭ – функционально-самостоятельный элемент; C –связи между ФСЭ |
В таблице 1 приведен перечень судового оборудования и анализ разрушающих процессов, сопутствующих этому оборудованию в процессе эксплуатации.
Влияние этих факторов уменьшают рядом конструктивных, технологических, эксплуатационных и других мероприятий. Однако естественный процесс деградации изделия остановить нельзя.
Таблица 1 Разрушающие факторы, определяющие долговечность
судового оборудования
№ п/п | Наименование оборудования | Элементы, лимитирующие надежность | Разрушающие воздействия (внутренние и внешние) | Характеристика процессов деградации | ||
1 | Парогенераторы | Трубная система | Термические напряжения, радиационное облучение | Термоцикловая усталость (трещины, течи) | ||
2 | Паровые турбины | Рабочие лопатки | Эрозионное воздействие влажно-паровой среды | Износ (изменение геометрии) | ||
Подшипники | Режим работы (нагрузка) | Износ (зазор) | ||||
Уплотнения | Трение при касании элементов уплотнения с валом ротора | Износ (зазор-течь) | ||||
3
| Центробежные насосы | Рабочие колеса | Агрессивные среды, абразивные частицы | Эрозия, коррозия (изменение геометрии) | ||
Подшипники | Режим работы (нагрузка) | Износ (зазоры) | ||||
Уплотнения | Трение при касании элементов уплотнения с валом ротора | Износ (зазор-течь) | ||||
4 | Компресс соры | Цилиндро-поршневая группа (ЦПГ) | Режим работы (нагрузка) | Износ (зазоры) | ||
Клапаны | Ударные нагрузки | Усталость | ||||
Теплообменники ступеней | Термоциклические нагрузки | Разуплотнение (утечки) | ||||
5 | Арматура | Уплотняющие элементы | Коррозионно-эрозионное воздействие среды | Изменение геометрии (протечки) | ||
6 | Дизели | ЦПГ | Режим работы, топливная компонента | Износ (зазоры) | ||
Топливная аппаратура (насосы, форсунки) | Ударные нагрузки | Износ плунжерных пар | ||||
Турбокомпрессор |
7 | Газовые турбины | Лопатки компрессоров и турбин (обрывы) | Вибрационные нагрузки | Усталость (трещины в концевых сечениях) |
Лопатки турбин | Режим работы (пожоги лопаток) | Термовоздействие (изменение геометрии проточной части) | ||
Камеры сгорания | Неравномерное сгорание топлива | Перегрев и коробление жаровых труб (прогар) | ||
Топливо регулирующая аппаратура | Загрязнение и обводнение топлива | Коррозия, засорение каналов регуляторов и форсунок, износ трущихся деталей топливных агрегатов | ||
Подшипники | Режим работы (нагрузка, смазка) | Износ (зазоры) | ||
8 | Электрические машины | Обмотки | Нагрузка (магнитная, электрическая, тепловая) | Старение материала изоляции (обрыв жил, межвитковые замыкания) |
Подшипники | Радиальные усилия, эрозионное воздействие загрязненного масла | Усталость, износ (выкрашивание, зазоры) | ||
9 | Статические преобразователи | Полупроводниковые элементы | Термоэлектрические нагрузки | Ухудшение характеристик, разрушение изоляции |
10 | Кабельные трассы | Изоляция токоведущих жил | Деформация, температурное воздействие | Старение (разрушение изоляции) |
11 | Электрические коммутирующие устройства | Контактные элементы | Коррозионное воздействие окружающей среды, электрическая дуга при размыкании контактов | Обгорание (нарушение контакта) |
Механические элементы и узлы | Циклическая нагрузка | Усталость (трещины) |
Рис. 2. Обобщенная диаграмма усталостного разрушения метал- лов (кривая Велера) |
Классическая кривая износа сопряженных деталей оборудования приведена на рис. 3. Кривая износа имеет три характерных участка: а – приработка сопрягаемых деталей в начальный период эксплуатации; b – естественный износ (нормальный период эксплуатации); с – аварийный износ (отказ).
Влияние износа и усталостных процессов на надежность судового оборудования является определяющим фактором.
Известна усталостная теория износа, когда основная причина разрушения трущихся поверхностей объясняется возникновением усталостных трещин и отделением микроскопических чешуек материала или его окислов. При этом процесс изнашивания рассматривается как суммирующий действие отдельных факторов при многократном нагружении сопряженных деталей. Другими словами, процесс изнашивания приводит к увеличению тех
Рис. 1.3. Алфавит состояния объекта: Si – механический параметр (количественная характеристика износа); Д T – теплотехнический параметр; Ф(t) – параметр физического поля, сопутствующего работе объекта |
|
|
***
Несмотря на постоянное повышение качества схемных и конструктивных решений, применение прогрессивных конструкционных материалов и технологий изготовления, пока не удаётся обеспечить уровень надежности оборудования, достаточный для его эффективной и безотказной эксплуатации на протяжении назначенных ресурсных периодов, без проведения персоналом специальных работ, обеспечивающих поддержание работоспособности оборудования (осмотров, испытаний, освидетельствований, мелких, средних и капитальных ремонтов).
В качестве примера можно привести результаты анализа опыта эксплуатации судовых малооборотных дизелей, выполненного фирмой MAN. Проанализировав статистические данные за 4-х летний период эксплуатации 80 дизелей типа KZ с наработкой до 10 лет, специалисты фирмы выделили 42 группы узлов, лимитирующих надежность и эффективность эксплуатации дизеля. Затем из них были выделены 10 групп узлов с наибольшими трудозатратами и наибольшей частотой проведения работ по техническому обслуживанию (ТО). Результаты приведены в приведённой ниже таблице 2.
Таблица 2
Наименование узла | Трудозатраты по ТО, % | Частота проведения работ по ТО, % |
Поршни и поршневые кольца | 31.26 | 4.62 |
Цилиндры и блок цилиндров | 7.36 | 4.33 |
Форсунки | 6.1 | 9.66 |
Нижняя часть поршня | 4.15 | 1.63 |
Турбокомпрессоры | 3.20 | 3.83 |
Цилиндровые крышки | 3.14 | 0.98 |
Продувочные каналы и воздухоохладители | 3.10 | 4.51 |
Охладители пресной воды | 3.07 | 2.73 |
Топливные насосы высокого давления | 2.23 | 3.08 |
Топливные трубки высокого давления | 2.14 | 7.84 |
В зависимости от конструктивных и функциональных особенностей того или иного вида оборудования, требований к надежности и безопасности его эксплуатации, уровня автоматизации, контролепригодности и диагностического обеспечения для поддержания работоспособности оборудования могут применяться различные стратегии обслуживания (Табл.2).
|
|
Таблица 2. Стратегии обслуживания судового оборудования
Стратегия | Уровень информационной поддержки персонала | Методическое и аппаратурное обеспечение |
По факту отказа (восстановление) | Идентификация элемента оборудования, вызвавшего нарушение работоспособности установки | Штатная система контроля параметров, алгоритмы поиска причин нарушения работоспособности |
Регламентное | Назначенные ресурсы оборудования и данные о фактических сроках службы и наработках на отказ | Расчетно-экспериментальные методики оценки долговечности оборудования, стенды для ускоренных испытаний, система обобщения опыта эксплуатации |
По фактическому техническому состоянию | Информация о текущем фактическом состоянии узлов и элементов оборудования | Методы и средства технической диагностики |
Упреждающее, по прогнозу изменения состояния | Информация о трендах параметров, прогнозы ожидаемых состояний оборудования, оценки остаточного ресурса | Методы и средства прогнозирования изменения технического состояния оборудования и оценки остаточного ресурса |
Обслуживание по факту отказа предъявляет минимальные требования к уровню информационного обеспечения персонала, однако не обеспечивает повышение вероятности безотказной работы оборудования и не может быть применено в тех случаях, когда отказы недопустимы по соображениям безопасности или при возможности возникновения лавинообразных процессов.
Регламентное обслуживание, в основе которого лежит профилактическое воздействие на оборудование в соответствии с расчетно-экспериментальными характеристиками его долговечности и обобщением опыта эксплуатации аналогичных объектов, является действенным способом повышения эксплуатационной надежности, особенно в тех случаях, когда разброс фактических сроков службы элементов оборудования относительно назначенных ресурсов сравнительно невелик.
При значимых величинах коэффициентов вариации ресурса, характерных для большинства видов судового энергетического оборудования в связи с большими отличиями индивидуальных спектров режимов и условий эксплуатации, эффективность применения регламентного, т.е. ориентированного на временные периоды, способа обслуживания существенно снижается. Значительная часть оборудования к назначенному сроку выполнения очередных работ Rн (осмотров, замен, ремонтов и т.п.) либо оказывается в достаточно удовлетворительном состоянии, не требующем вмешательства персонала, либо уже в аварийном состоянии (закрашенные области на рис. В2).
Рисунок В2 - Распределение фактических сроков службы
оборудования
Для устранения этого противоречия, а также для обоснованного выбора объемов профилактических работ и последующих режимов использования оборудования персонал должен располагать информацией, как о текущем фактическом состоянии оборудования, так и о прогнозируемом изменении этого состояния в течение планируемого периода эксплуатации.
Источником такой информации является система централизованного контроля рабочих параметров оборудования, дополненная специальными диагностическими методами и средствами.
Термин «диагностика» происходят от греческого слова diagnosis - распознавание, определение. В медицине это понятие применяется уже несколько тысяч лет и имеет определяющее значение, поскольку успех лечения зависит, прежде всего, от правильного диагноза, т.е. заключения о характере патологии и вызвавших её причинах. Правда медики довольно цинично шутят, что по-настоящему правильный диагноз устанавливает только патологоанатом. Тем не менее, стремлением всё-таки оценить состояние пациента in vivo, т.е. не дожидаясь летального исхода, обусловлено использование в медицине широкого спектра диагностических приёмов: проведение различных анализов, измерение пульса, кровяного давления и температуры, прослушивание шумов с помощью стетоскопа, рентгеновское, ультразвуковое и томографическое обследование и т.п.
Специалисты, занимающиеся эксплуатацией и обслуживанием оборудования, преследуют примерно те же цели, только их «пациентами» являются машины и агрегаты, а применяемые для их безразборной диагностики и предремонтной дефектации методы приспособлены, конечно, к конструкции, режимам работы и условиям эксплуатации оборудования.
Техническая диагностика - это область науки и техники, изучающая и разрабатывающая методы и средства определения и прогнозирования технического состояния различных механизмов, машин и оборудования без их разборки. Современные средства технической диагностики предусматривают использование широкого спектра физических явлений, реализацию сложных алгоритмов сбора, обработки, хранения и представления информации. Поэтому достоверная оценка технического состояния оборудования на стадии эксплуатации предполагает использование соответствующего диагностического инструментария, составными частями которого являются информационное, методическое, алгоритмическое, программное, аппаратурное и организационное обеспечение.
Опыт разработки и применения средств диагностики свидетельствует о том, что наибольший эффект удаётся достигать в том случае, если выбор диагностических методов производится с учётом конструктивных особенностей и характерных эксплуатационных дефектов диагностируемого оборудования. Именно этим вопросам и посвящена, в основном, данная работа.