Лекция 2 «Эксплуатационные повреждения и надёжность морской техники»

Всякое техническое устройство имеет своё назначение: насос должен качать жидкость, теплообменный аппарат - передавать тепло от горячего теплоносителя к холодному, запорный клапан - перекрывать трубопровод и т.п. Способность соответствующего элемента оборудования выполнять заданные функции называется работоспособностью. Количественная оценка работоспособности выполняется путём сопоставления фактических значений функциональных параметров с их нормативными значениями.

Например, центробежный насос, работающий в составе гидравлической системы, должен обеспечивать номинальную расход-напорную характеристику. При заданной характеристике гидравлической системы в режимной точке 1 работоспособный насос должен поддерживать номинальные значения функциональных параметров: напора H1 и расхода жидкости Q1.

 

В результате износа рабочего колеса и уплотнений характеристика насоса несколько изменится, в связи с чем при той же частоте вращения и той же характеристике сети насос будет создавать несколько меньший напор при меньшем расходе.

Возможность выполнения заданных функций закладывается в процессе проектирования и изготовления соответствующего узла оборудования и характеризуется совокупностью параметров, описывающих форму и взаимное расположение отдельных деталей, характеристики конструкционных материалов, чистоту поверхности и т.п. Эти параметры, характеризующие внутреннюю структуру оборудования, называются механическими параметрами. Совокупностью значений механических параметров характеризуется техническое состояние оборудования.

Если все механические параметры находятся в поле допусков, установленных проектной документацией, оборудование называют исправным, нарушение этого условия приводит к неисправности оборудования.

Неисправность оборудования является причиной нарушения его работоспособности, однако выход за допустимые значения механических и функциональных параметров далеко не всегда происходит синхронно, поэтому оборудование во время эксплуатации может находиться в одном из следующих состояний:

· исправно и работоспособно;

· неисправно, но работоспособно;

· неисправно и не работоспособно.

Ухудшение функциональных характеристик оборудования, приводящее к некоторому снижению качества его эксплуатации, называется частичной потерей работоспособности. Если функциональные параметры изменяются настолько сильно, что дальнейшее функционирование оборудования становится невозможным, говорят о полной потере работоспособности, т.е. об отказе оборудования.

В процессе эксплуатации судового энергомеханического оборудования, наиболее нагруженные узлы и детали испытывают влияние комплекса разрушающих воздействий, вызывающих процессы постепенной деградации их технического состояния (усталость материала, износы, эрозия, коррозия и т.п.).

  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:                               Таблица 1.

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 R_н (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. 2).

Рис. 2. 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.

***

 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ СУДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Анализ опыта эксплуатации судовых дизелей

В основу анализа положены данные, накопленные при ремонте дизелей, и в частности, сведения о наиболее характерных отказах деталей и элементов судовых СДУ, а также возможных причинах возникновения и развития типичных неисправностей. Причины отказов оборудования СДУ могут иметь различное происхождение:

- специфические проектные особенности конкретного типа двигателя, не характерные для других типов дизелей и устранимые путем внесения соответствующих изменений в конструкцию дизеля;

- неправильная эксплуатация дизеля (ошибочное применение не соответствующих сортов топлива и масел, нерасчетные перегрузки и т.п.);

- внезапные отказы в результате применения при изготовлении дизеля некачественных материалов, дефектных деталей, а также существенных нарушений технологии монтажа и регулировки.

Предотвращение отказов, вызываемых вышеуказанными причинами, обеспечивается устранением ошибок при проектировании, совершенствованием технического контроля, соблюдением инструкции по эксплуатации и другими организационными мероприятиями, рассмотрение которых выходит за рамки настоящего отчета.

В нашем случае внимание сосредоточено на неисправностях и дефектах, развитие которых обусловлено естественными процессами деградации оборудования под действием нагрузок, сопровождающих рабочие процессы дизеля и его систем, а также дополнительными ускоряющими факторами (например, загрязнением воды, масла, топлива, увеличением люфтов и зазоров и т.п.), достаточно вероятными при длительной эксплуатации дизельных установок различных типов.

Детали и узлы ДВС, применительно к которым проведен анализ, объединены в функциональные группы в соответствии с рис.3.

Рис. 3.  Классификация деталей судового дизеля при анализе опыта эксплуатации и предремонтной дефектации

  Фундаментные рамы и поддоны

Во время эксплуатации подвергаются длительному воздействию поля напряжений, неравномерность которого вследствие деформаций корпуса судна и фундамента или неравномерного обжатия креплений может приводить к постепенному накоплению пластических деформаций фундаментной рамы (стальной), а также к развитию трещин на плоскости разъема с блоками или станинами, в силовых перегородках и лапах для крепления к судовому фундаменту (в рамах из чугуна и алюминиевых сплавов). Трещинообразование может инициироваться механическими повреждениями и литейными дефектами.

Микроскопические возвратно-поступательные перемещения коренных подшипников в постелях в сочетании с возможным наклепом и длительным воздействием влаги и кислорода вызывают фреттинг-коррозию постелей коренных подшипников, развитие которой может приводить к смещению вкладышей коренных подшипников и нарушению их соосности.