Раздел 3 ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ МОРСКИХ СУДОВ

Основные положения теории надежности

3.1.1 Повышение надежности морских судов. Основные направления развития морских транспортных судов: специализация, увеличение грузоподъемности и скорости и др. — приводят к возрастанию структурной сложности судов и СЭУ, интенсификации режимов их использования и чрезвычайно обостряют проблему надежности. Сущность проблемы состоит в том, что развитие судов и СЭУ требует непрерывного повышения ихнадежности и в то же время создает предпосылки для ее снижения.

Надежность является одним из основных свойств

технических объектов, которое заключается в их способности сохранять во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах. Повышение надежности является важным резервом повышения эффективности использования техники.

Исключительно важное значение проблема надежности имеет для морских транспортных судов. Это обусловлено особенностями их эксплуатации.Морские суда в течение длительного времени оторваны от своих баз и при возникновении отказов не могут рассчитывать на своевременную помощь ремонтных предприятий; отказы наиболее ответственных элементов судна, особенно в сложной навигационной обстановке и тяжелых метеорологических условиях, создают аварийные ситуации и могут привести к авариям с тяжелыми последствиями и большими убытками. Недостаточный уровень надежности вызывает дополнительные затраты на устранение последствий отказов, увеличивает трудоемкость ТО и ремонта, продолжительность выводов судов из эксплуатации на ремонт и снижает эффективность их работы. Повышение надежности является одним из путей увеличения эксплуатационного периода судов.

Чем выше уровень надежности судна, тем безопаснее оно для окружающей среды (главным образом с точки зрения возможности больших разливов нефти и нефтепродуктов при авариях танкеров). Требования по обеспечению безопасности мореплавания, сохранной перевозки грузов и безопасности обслуживающего персонала устанавливаются соответствующими правилами органов технического надзора за судами и, несмотря на непрерывное ужесточение этих правил, аварийность судов все еще остается высокой. За последнее десятилетие ежегодно из каждой тысячи в среднем погибало шесть судов. Основными причинами гибели являлись посадки на мель, столкновения, пожары, взрывы, повреждения главных двигателей, гребных валов и винто-рулевых комплексов.

С увеличением количества судов и их размеров увеличивается число аварий и связанных с ними материальных потерь.

Проблема повышения надежности, любых технических объектов, а тем более таких сложных инженерных сооружений, какими являются морские транспортные суда, — комплексная проблема, связанная со всеми стадиями проектирования, постройки и эксплуатации судов и судового оборудования. Ее решение является научно-технической задачей, требующей привлечения различных отраслей знаний.

Некоторые задачи теории и практики надежности морских судов могут быть решены с помощью следующих разработок:

прогрессивной системы сбора, накопления и обобщения информации по надежности судов и судового оборудования;

методов оптимизации межремонтных периодов судов и определения оптимальной периодичности работ по техническому обслуживанию судовых технических средств;

методов определения оптимального количества запасных частей в составе базовых и судовых комплектов;

оптимальных конструктивных решений, обеспечивающих высокую работоспособность судов без вмешательства обслуживающего персонала, особенно в тяжелых условиях эксплуатации и при возникновении неожиданных ситуаций;

методов прогнозирования состояния конструкции и технических средств судна.

Основные задачи, для решения которых должна быть использована теория надежности, заключаются в определении экономически оправданного уровня надежности судов и судового оборудования с учетом их назначения и условий эксплуатации, разработке соответствующих методов расчета и рекомендаций по обеспечению заданного уровня надежности на стадии проектирования, изготовления и эксплуатации.

Любая отрасль науки, техники, производства связана с соответствующей системой терминов, несущих сжатую информацию об основных понятиях данной области знаний. Термины и определение основных понятий в области надежности техники стандартизированы. Главными в теории надежности являются понятия работоспособности и отказа. Правильное уяснение их физической сущности является важным условием успешного решения задач обеспечения требуемого уровня надежности. Рассмотрим основные понятия и определения надежности применительно к судам и их элементам.

Работоспособность и отказ.

Каждый объект характеризуется определенными выходными параметрами, определяющими показатели его качества. Выходными параметрами транспортного судна являются его провозная способность, скорость, управляемость, непотопляемость, прочность, расход топлива на единицу транспортной работы, себестоимость перевозок и т. д. Выходными параметрами главного двигателя судна являются мощность, частота вращения, удельный расход топлива, себестоимость единицы вырабатываемой энергии и т. д. Значения выходных параметров судна, как сложной системы, зависят от выходных параметров его составных частей (корпус, устройства, механизмы и т. д.).

Работоспособность — это состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения выходных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Под объектом понимаются судно и любые его элементы (часть судна, система, агрегат, машина, механизм, аппарат и т. д.), имеющие самостоятельное назначение.

Для судов область допустимых значений выходных параметров (границы работоспособности) определяется нормативами, установленными проектной документацией или заданными судовладельцем требованиями, содержащимися в правилах технической эксплуатации элементов судна, в правилах органов надзора за судами, а также требованиями, отражающими условия и особенности эксплуатации (вид перевозок, район плавания, работа судна по расписанию и т. д.).

Отказ — это событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

Работоспособность судна будет нарушена (полностью или частично), если из действия выйдет хотя бы один элемент и вызовет изменение хотя бы одного из выходных параметров судна за допустимые рабочие пределы.

Область работоспособности судна не всегда характеризуется постоянной границей (поле допуска), выход за пределы которой будет квалифицироваться как отказ. Так, например, если для линейного судна снижение заданной скорости на 1—2 уз рассматривается как отказ (нарушение работы по расписанию), то для других судов такое отклонение выходного параметра отказом не считается.

Время работы до возникновения отказа является случайной величиной. Оно оценивается либо календарной продолжитель-ностью работы объекта, либо в отработанных часах.

Календарная продолжительность эксплуатации используется для оценки времени возникновения отказа судна в целом, судовых систем, трубопроводов и других объектов, у которых основными причинами нарушения работоспособности являются воздействие внешних факторов, коррозия, загрязненность среды, влажность и т. д. Время работы до отказа в этом случае принято называть сроком службы до отказа.

Для большинства машин и механизмов потеря работоспособности оценивается по числу отработанных часов или по объему выполненной работы.

Время работы объекта до отказа, выраженное в часах, называется наработкой до отказа.

Классификация отказов.

Отказы судов и их элементов могут быть классифицированы по следующим признакам:

1. по следствиям, влияющим на работоспособность судна,

2. по характеру возникновения и протекания процессов, приводящих к отказам

3. по причинам их вызывающим (рис. 3.1).

1. По последствиям, влияющим на работоспособность судна, отказы разделяются на три группы: первая — частичные, без вывода судна из действия; вторая — полные, с кратковременным выводом судна из действия; третья — полные, с длительным выводом судна из действия. Такое деление связано с классификацией аварийных случаев с судном, установленной Положением о порядке расследования аварий морских судов.

Примером отказа первой группы для судна в целом может быть движение судна с пониженной скоростью вследствие обрастания корпуса животными и растительными организмами, а также вследствие ухудшения технического состояния главных двигателей, гребных винтов.

Рис. 3.1Схема классификации отказов судна и его элементов

К отказам второй группы относятся любые вынужденные остановки судна в море, связанные с устранением неисправностей или отказов главных двигателей, судовых систем, рулевого устройства и. т. д. Основными причинами вынужденных остановок судна с дизельной энергетической установкой являются отказы элементов топливной аппаратуры главного двигателя, поломки поршневых колец, трещины в крышках цилиндров, повреждения элементов системы газораспределения. Все эти отказы устраняются судовым экипажем без вывода судна из эксплуатации, главным образом путем замены отказавших элементов запасными, при этом продолжительность остановки для грузовых судов не должна превышать 6 ч, а для пассажирских - 2 ч.

Примерами отказов третьей Группы могут служить посадка судна на мель, поломка коленчатого вала главного двигателя в одновальной энергетической установке, поломка концевого вала, потеря гребного винта, пробоина в корпусе судна, поломка редуктора ГТЗА и т. п. Как правило, устранение последствий подобных отказов связано с длительным выводом судна из эксплуатации на ремонт.

В соответствии с Положением о порядке расследования аварий морских судов повреждения корпуса, двигателей, механизмов, котлов, устройств, систем и других элементов судна, приведшие к потере мореходности и требующие не менее 48 ч на восстановление, квалифицируются как авария. К аварии также относится нахождение на мели грузового судна не менее 48 ч, а пассажирского — не менее 12 ч. Если на восстановление мореходности потребовалось менее 48 ч и грузовое судно находилось на мели менее 48 ч, а пассажирское — менее 12 ч, то это квалифицируется как аварийное происшествие.

Повреждения корпуса, руля, гребных винтов, главных и вспомогательных механизмов, полученные в результате плавания судна в ледовых условиях (не по вине экипажа), считаются ледовыми аварийными случаями. Все другие повреждения судна, не приведшие к потере мореходности, а также случаи касания грунта или посадки судна на мель без повреждения корпуса, когда грузовое судно самостоятельно (несамоходное судно — с помощью буксировавшего его судна) сошло с мели в течение 6 ч, а пассажирское — в течение 2 ч после посадки, к аварийным случаям не относятся.

2. В зависимости от характера возникновения и протекания процессов, приводящих к отказам, отказы подразделяются на постепенные, внезапные и сложные.

Постепенные отказы элементов судна возникают в результате протекания, процессов износа, коррозии, эрозии, эксплуатационных отложений, усталостного разрушения, старения материала, ухудшающих их начальные параметры. Вероятность возникновения постепенного отказа зависит от длительности предыдущей работы объекта: чем больше объект находился в эксплуатации, тем выше вероятность возникновения постепенного отказа. Характерными примерами отказов этого вида являются износы до предельного состояния деталей цилиндропоршневой группы двигателей, подшипников, появление свищей в элементах судовых трубопроводов, коррозионные разрушения элементов конструкций корпуса судна и т. д.

Внезапные отказы возникают в результате случайных воздействий внешних неблагоприятных факторов, влияния нагрузок по значениям, превосходящим возможности объекта к их восприятию, а также в результате ошибочных действий обслуживающего персонала. Внезапный отказ характеризуется скачкообразным изменением одного или нескольких параметров элемента судна, при этом вероятность его возникновения не зависит от продолжительности предыдущей работы рассматриваемого элемента. Примерами внезапных отказов судна могут служить поломка гребного винта при работе судна во льдах, задир поршня и втулки главного двигателя вследствие прекращения подачи смазочного масла, деформации и разрушения элементовконструкций корпуса, появляющиеся из-за перегрузок, и т. д.

Сложные отказы возникают под воздействием совместного влияния процессов износа и случайных неблагоприятных факторов внешней среды. Примером отказов этого вида может быть поломка гребного вала в результате появления усталостных трещин в районе шпоночного паза из-за концентрации напряжений и работы гребного винта в условиях ударных нагрузок (плавание во льдах).

3. Все отказы по причинам, их вызывающим, делятся на конструкционные, технологические, эксплуатационное и износные.

Конструкционные отказы вызваны конструктивными недостатками элементов судна, ошибками в расчетах на надежность, неправильным выбором материалов. Возникновение таких отказов связано с тем, что при проектировании не были учтены особенности условий эксплуатации тех или иных элементов судна, факторы, которые оказывают влияние на их работоспособность (повышенная влажность, вибрации, колебания температуры, уровень внешних воздействий, режимы использования и. т. д.).

Технологические отказы возникают в результате нарушения технологии изготовления, монтажа или испытаний элементов судна, недостаточного контроля качества в процессе их изготовления, а также недостатков в организации входного контроля качества материалов, полуфабрикатов и комплектующего оборудования. К отказам этого вида могут быть отнесены случаи нарушения соосности линии валопровода при его монтаже, что вызывает усиленный износ его подшипников; наличие раковин, трещин, отслоений в элементах конструкции и технических средств судна.

Эксплуатационные отказы вызываются нарушениями Правил эксплуатации технических средств судна, Положения о технической эксплуатации морского флота, и других документов.

Примерами эксплуатационных отказов являются задир поршня цилиндра главного двигателя и повреждение всех головных подшипников в результате длительной работы двигателя с перегрузкой по р_i; разрушение деталей ЦПГ, основания блока и картера цилиндра дизель-генератора теплохода из-за неправильной затяжки крепления мотылевого подшипника, вызвавшего обрыв болта; взрыв паров мазута, упуск воды из вспомогательных котлов на судах в результате отключения системы автоматической защиты и сигнализации и низкого уровня воды.

Износные отказы возникают при нормальных условиях эксплуатации элементов судна, не имеющих конструктивных и технологических недостатков. Они связаны с процессами старения, которые постепенно ухудшают выходные параметры элементов судна и приводят к наступлению предельного состояния. Для судна, имеющего большой физический износ, предельное состояние определяется исходя из требований обеспечения безопасности эксплуатации и экономической целесообразности выполнения ремонта.

Кроме отказов, следует различать повреждения элементов судна, под которыми понимается нарушение их исправности. Исправное состояние объекта — это такое состояние, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией. На морском судне, являющемся многокомпонентной системой, в любой момент времени имеются неисправности (повреждения). Повреждение может быть значительным и явиться причиной отказа объекта или незначительным, при котором нарушается исправность объекта, но сохраняется его работоспособность.

Для анализа природы формирования отказа отдельные этапы его возникновения можно представить в виде схемы (рис. 3.2). Во время эксплуатации объекта под действием различных видов энергии развиваются такие процессы, как изнашивание, коррозия, деформация и др., которые могут привести к его повреждению. Если полученное повреждение не влияет на выходной параметр объекта, то отказ не возникнет. Если же повреждение приводит к изменению выходного параметра объекта и этот параметр выйдет за допустимые пределы, то отказ возникнет.

Рис. 3.2 Структурная схема возникновения отказа

Надежность и качество.

Надежность судна можно определить как свойство сохранять во времени свою работоспособность при заданных ограничениях. Эти ограничения касаются времени, условий эксплуатации, применяемой системы ТО и ремонта, допустимых нагрузок на отдельные элементы судна и т. д. Следует иметь в виду, что даже самое надежное судно или любой другой объект не могут сохранять свои начальные выходные параметры (технические характеристики) в течение неограниченного времени, поэтому говорить о надежности можно только, указав конкретный промежуток времени, в течение которого эти характеристики должны обеспечиваться. В соответствии с ГОСТ 13377— 75 надежность объектов как комплексное (обобщенное) свойство включает четыре частных свойства: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Безотказность судна (элементов судна) — это его свойство сохранять работоспособность без вынужденных перерывов в течение заданного времени эксплуатации. В числе свойств, обусловливающих надежность, безотказность является основным, так как именно она обеспечивает выполнение объектами своих функций.

Долговечность судна (элементов судна) — это его свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с необходимыми перерывами для ТО и ремонта.

В отличие от безотказности, которая свидетельствует о возможности объекта непрерывно работать в течение какого-то заданного, ограниченного промежутка времени (например, в течение рейса) без каких-либо вмешательств для поддержания его работоспособности, долговечность свидетельствует о возможности поддерживать требуемый уровень работоспособности объекта в течение всего периода эксплуатации путем проведения ТО и ремонта.

С долговечностью тесно связано еще одно свойство надежности — ремонтопригодность, характеризующее приспособленность объекта к ТО и ремонту.

Ремонтопригодность судна (элементов судна) — это его свойство, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ТО и ремонта Ремонтопригодность судов и их элементов может проявляться только в процессе их ремонта и технического обслуживания. Она характеризуется доступностью элементов судна и судового оборудования для выполнения операций по ТО и ремонту, легкосъемностью элементов, подверженных наиболее интенсивному износу, возможностью и удобством контроля технического состояния и регулирования, взаимозаменяемостью элементов объекта, возможностью применения сменно-запасных частей без дополнительной обработки, удобством размещения и хранения запасных частей. Низкий уровень ремонтопригодности судов и их элементов увеличивает трудозатраты судовых экипажей и береговых предприятий на поддержание требуемого уровня технического состояния, сроки и стоимость ремонта судов и служит серьезным препятствием применения прогрессивных методов организации судоремонта.

Ремонтопригодность можно рассматривать как сложное свойство, включающее в себя технологичность ТО, ремонтную технологичность и восстанавливаемость. Технологичность судна и его элементов при техническом обслуживании определяется как их приспособленность к ТО, выполняемому, как правило, без вывода судна из эксплуатации, а ремонтная технологичность — как их приспособленность к выполнению ремонтов. Степень этой приспособленности характеризует соответственно величины трудозатрат на выполнение ТО и ремонта. Восстанавливаемость определяется как свойство судна и его элементов, характеризующее возможность восстановления их работоспособности в процессе эксплуатации. Чем меньше требуется времени на восстановление утраченной работоспособности, тем выше восстанавливаемость объекта.

Надежность морского судна, являясь комплексным свойством, в свою очередь, связана с целым рядом других его свойств и в первую очередь таких, как безопасность, технологичность, эргономичность, степень стандартизации и унификации, экономичность. Все эти, а также другие свойства, в своей совокупности определяющие степень пригодности судна к использованию по назначению, характеризуют его качество. Следовательно, надежность является одним из свойств качества. Хотя по отношению к качеству надежность носит подчиненный характер, но по своей, сущности занимает особое место в числе других свойств качества. Это обусловливается тем обстоятельством, что если объект не обладает необходимой надёжностью, то все другие его свойства не могут быть реализованы и теряют свое практическое значение.

Показатели качества оценивают различные свойства объектов, они приводятся в нормативных документаx.

Наиболее, полной характеристикой качества морского транспортного судна является интегральный показатель, определяемый совокупностью функциональных, экономических, технологических и других свойств. Интегральный показатель качества совместно с эксплуатационной ситуацией (потребность в перевозках, доходная ставка, интенсивность грузовых работ, условия внешней среды и т. п.) определяет эффективность использования транспортного судна. Согласно ГОСТ 15467—79 интегральный показатель качества представляет собой отношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации или потребления продукции к суммарным затратам на ее создание и эксплуатацию или потребление.

Применительно к судну полезный эффект — это результат его функционирования, т. е. выполненная транспортная работа за рассматриваемый период времени, а затраты на эксплуатацию — это сумма всех расходов, относимых на себестоимость перевозки. Отношение результата работы судна к затратам на перевозку представляет собой критерий эффективности функционирования судна и одновременно является интегральным показателем его качества

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒