Повышение эффективности эксплуатации комплекса главный двигатель - обслуживающие системы судовой дизельной установки на основе оценивания и прогнозирования функциональной надежности его элементов с использованием информационных технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Чебанов, Владимир Сергеевич

• Чебанов, Владимир Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чебанов, Владимир Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПЛЕКСА ГЛАВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - ОБСЛУЖИВАЮЩИЕ СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК, СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРОБЛЕМЫ В ОБЛАСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ И МЕТОДЫ ЕЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.1 Основные направления повышения эффективности технической эксплуатации

1.2 Анализ существующих проблем в области функциональной надежности

1.3 Методы обеспечения функциональной надежности на различных этапах

22

«жизненного» цикла

1.4 Системный подход при исследовании проблем повышения эффективности и

функциональной надежности

1.5 Основные направления повышения функциональной надежности

1.6 Цель и постановка задачи исследования

ГЛАВА

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ , МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ОЦЕНИВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ

2.1 Обоснование выбора объектов исследования

2.2 Состав показателей функциональной надежности и их определяющие

38

факторы

2.3 Методика экспертного оценивания функциональной надежности

47

2.4 Выводы по главе

ГЛАВА

ОЦЕНИВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПЛИВНОЙ, ВОЗДУШНОЙ И СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРТНО - СТАТИСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Системный подход к оцениванию функциональной надёжности

3.2 Экспертное оценивание влияния функциональной надежности элементов

систем на эффективность эксплуатации главного двигателя с использованием

53

метода ранговой корреляции

3.3 Оценивание расходования ресурсного потенциала элементов систем при

эксплуатации с использованием энтропийного подхода

3.4 Показатели безотказной работы теплообменных аппаратов

3.5 Показатели безотказной работы воздушных компрессоров

3.6 Сравнительное оценивание безотказной работы элементов систем на основе обобщенной информации и критериев работоспособности

3.7 Математическая основа прогнозирования технического состояния элементов систем при эксплуатации и методика оценивания упреждающего допуска на

Н(\

контролируемые параметры

3.8 Математические модели прогнозирования функциональной надёжности

80

элементов систем при эксплуатации

3.9 Математические модели прогнозирования функциональной надёжности

элементов главного двигателя при эксплуатации

100

3.10 Выводы по главе

ГЛАВА

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПЛИВНОЙ, ВОЗДУШНОЙ И СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

4.1 Информационное обеспечение системы управления функциональной

надежностью

4.2 Обоснование выбора стратегии технического обслуживания

4.3 Диагностический контроль технического состояния и нормативная база диа-

121

гностических показателей

4.4 Концепция восстановления технического состояния

4.5 Оценивание оптимального объема сменно-запасных частей с использовани-

132

ем модели восстановления

4.6 Основные направления по обеспечению функциональной надежности

144

4.7 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 148 СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ АВТОРА ПО РАЗДЕЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

СДЭУ - судовые дизельные энергетические установки

ТЭ - техническая эксплуатация

ТО - техническое обслуживание

ТИ - техническое использование

ГД - главный двигатель

МОД - малооборотный двигатель

СОД - среднеоборотный двигатель

ФН - функциональная надежность

ТС - техническое состояние

ДП - диагностические показатели

ОС - оборудование систем

ВЭ - вторичные энергоресурсы

УГ - уходящие газы

ТА - теплообменные аппараты

УТГ- утилизационный турбогенератор

ХТ - ходовая турбина

УК - утилизационный котел

ТРС - транспортные средства

МУФН- механизм управления функциональной надежностью

ТК - турбокомпрессор

ТД - техническое диагностирование

ДМ - диагностическая модель

ЖЦ - «жизненный» цикл

СЗЧ- сменно- запасные части

МЭП - межремонтный эксплуатационный период

ГТН- газотурбонагнетатель

ТУК - теплоутилизационный контур

ДГ - дизельгенераторы

КС ДОС - комплекс судовой дизель - обслуживающие системы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности эксплуатации комплекса главный двигатель - обслуживающие системы судовой дизельной установки на основе оценивания и прогнозирования функциональной надежности его элементов с использованием информационных технологий»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы исследования. Рентабельность работы главного элемента судовой транспортной системы (водного транспорта) в значительной степени зависит от научно - обоснованной и рациональной системы технической эксплуатации (ТЭ) судовых дизельных энергетических установок (СДЭУ), которая во многом определяет эффективность использования топлив-но - энергетических ресурсов, уровень безопасности плавания и экологические последствия перевозок. Об этом свидетельствуют следующие данные: затраты на ТЭ СДЭУ достигают более 60% общих затрат по судну; стоимость расходуемого топлива составляет более 50% себестоимости перевозок; расходы на ремонт и техническое обслуживание (ТО) находятся в пределах 50% суммарного объема вложений в строительство новых судов; расходы на топливо (по ценам мирового рынка) достигают 60% эксплуатационных затрат по судну, а на осуществление контроля и ремонта до 80% от общих затрат. Определяющая роль в этом направлении принадлежит комплексу: судовой дизель - обслуживающие системы (КСДОС), в частности функциональной надежности (ФН) его элементов.

В настоящее время в СДЭУ в качестве главного двигателя (ГД) преимущественно используется два конструктивных типа: малооборотные двигатели (МОД); среднеоборотные (СОД). Характерная особенность современных МОД заключается в их способности работать на дешевых низкокачественных моторных сортах топлив с содержанием серы до 3.5 %.В таком случае (при условии использования высококачественных цилиндровых масел) представляется возможность обеспечить максимальный ресурс и высокий уровень их ФН. Однако следует отметить, что повышение эффективности ТЭ КСДОС в значительной степени обусловлено решением методологических, теоретических и практических задач обеспечения необходимого уровня ФН, исходя из жестких требований, предъявляемых к безопасности плавания ТРС (морские, речные, суда ре-море и суда специального назначения) и экологической безопасности окружающей среды (воздушный и водный бассейны). Основу решения теоретических

и

практических задач ФН КСДОС составляют: разработка методики сбора информации по отказам, ее систематизации, обобщения и обработки; проведение стендовых и натурных испытаний; оценка количественных показателей; разработка методологии экспертно - статистических исследований; выбор рациональной стратегии технического обслуживания (ТО) и обоснования норм расхода запасных частей; установление экономически целесообразного уровня ФН с учетом конструктивных особенностей и условий ТЭ; разработка математических моделей функционирования, диагностирования технического состояния (ТС) и прогнозирования безотказной работы при ТЭ; оценивания ТС; разработка допустимых норм диагностических показателей (ДП) и установление периодичности их контроля в процессе ТЭ.

Несмотря на значительное количество работ, посвященных изучению вопросов надежности, проведение исследований в этой области применительно к КСДОС и его элементов по - прежнему актуально и имеет практическую значимость. Это обусловлено большими материальными затратами, связанными с их отказами, значительным снижением экономической эффективности ТРС в целом и моральной стороной проблемы надежности, так как ненадежная работа КСДОС может служить причиной неудобств для экипажа и пассажиров или нарушения нормальных условий перевозки грузов.

Основным элементом СДЭУ, в значительной степени определяющим энергетическую безопасность ТРС, экологическую безопасность окружающей воздушной среды и водного пространства, является КСДОС, при этом существенное значение имеет их уровень ФН. Из опыта ТЭ следует, что более 80% аварийных ситуаций, например, на море обусловлены субъективными причинами, связанными с человеческим фактором, а одной из основных является отказ в работе КСДОС . Соотношение отказов ГД и элементов обслуживающих систем в количественном соотношении примерно равное.

С точки зрения структуризации КСДОС представляет собой сложную многоуровневую систему, включающую большое количество элементов, выполняющих различные функции. Поэтому произвести его полное описание практиче-

ски не представляется возможным. Решение задачи в такой постановке может быть осуществлено с использованием теории иерархических многоуровневых систем (иерархического подхода). При этом система задается в виде множества модулей, отражающих функционирование ее с точки зрения различных уровней абстрагирования (использование моделей стратифицированной системы). Применительно к КСДОС страты могут быть классифицированы как по «вертикали» (система - агрегат - механизм - узел - деталь), так и по «горизонтали» (в зависимости от ответственности выполняемых элементами функций). Во втором случае необходимо рассматривать три категории ответственности, обеспечивающие безопасность плавания ТРС и сохранность человеческой жизни; выполнение системой основных и вспомогательных функций в составе СДЭУ.

Для оценивания показателей ФН рекомендуется использовать два способа: по результатам проведения специальных испытаний; при работе в реальных условиях. Однако второй способ ( с точки зрения затратной технологии) является более предпочтительным, так как в этом случае для получения отказной информации нет необходимости имитировать реальные эксплуатационные условия.

Проблема обеспечения безопасности ТЭ обслуживаемых объектов (применительно к сегодняшним условиям) обусловлена еще и тем, что элементы КСДОС несмотря на пополнение водного транспорта новыми судами в этой системе по-прежнему имеется значительное количество судов с большими эксплуатационными сроками, а поэтому элементы КСДОС работают на сверхнормативной стадии и в связи с этим морально и физически изношены. В такой ситуации первостепенное значение приобретает техническое диагностирование (ТД), которое может рассматриваться с позиций основного элемента экспертизы состояния ФН.

Существенное влияние на безопасность ТРС, условия обитания и работы на борту оказывает один из элементов МУФН - это технология и техника ТО. Важным экономическим показателем является стоимость проводимого ТО. В настоящее время обострение проблемы ТО обусловлено растущей сложностью

элементов КСДОС. Предпосылками его совершенствования являются: повышение работоспособности отдельных агрегатов и их узлов с одновременным улучшением ее количественных показателей, составляющие основу планирования ТО; выбор способа ТЭ элементов КСДОС, определяющего время их безотказной работы и наиболее экономичные режимы работы; своевременное выявление повреждений, возникающих в узлах и деталях способами безразборного контроля, способствующие значительному снижению затрат на монтажные и демонтажные работы; количественный анализ отказов, являющийся средством

планирования ТО и уменьшения затрат на ТЭ.

Одним из возможных путей решения возникающих проблем в процессе ТЭ элементов КС ДО С является переход от существующей затратной системы централизованного планирования проведения профилактических ремонтно-восстановительных работ на перспективную (с точки зрения снижения эксплуатационных расходов) систему ТО и ремонта по фактическому ТС, что (по данным ЦНИИМФ) позволяет получить экономию материальных средств до 30 %. Практическая реализация такой системы может быть осуществлена только при наличии фактологической информации по ФН. Концепция оценивания ФН состоит в получении результатов путем проведения экспертно-статистических исследований, натурных испытаний, разработки нормативной базы диагностических показателей (ДП) и их текущего контроля, создание прогностических моделей безотказной работы, в совокупности составляющих информационно-статистической базы данных, являющийся основой МУФН. Решение этих вопросов применительно к конкретным элементам КСДОС дает возможность существенно повысить эффективность их ТЭ. В этом и заключается сущность

диссертационной работы.

Объект исследования - элементы комплекса: судовой дизель - обслуживающие системы (топливная, воздушная, охлаждения).

Предмет исследования - функциональная надежность элементов обслуживающих систем (насосы, компрессоры, теплообменные аппараты) и механизм

по ее управлению.

Цель диссертационной работы - увеличение рентабельности работы судовых транспортных средств на основе повышения эффективности эксплуатации комплекса: главный двигатель - обслуживающие системы дизельной установки путем оценивания функциональной надежности элементов и разработки механизма по ее управлению.

В соответствии с объектом, предметом, существующей проблемой и целью исследования поставлены следующие задачи:

- провести анализ сложившихся проблем в области технической эксплуатации комплекса и наметить основные пути повышения его эффективности;

- обобщить существующие проблемы в области функциональной надежности и определить основные направления по ее исследованию на основе системного

подхода;

- систематизировать методы обеспечения функциональной надежности на различных этапах «жизненного» цикла;

- обосновать выбор объектов исследования, разработать методику обработки статистической информации и оценивания их функциональной надежности;

- провести статистические исследования функциональной надежности элементов обслуживающих систем с использованием метода экспертных оценок и фактологической информации;

- разработать математические модели прогнозирования безотказной работы элементов систем в их основном эксплуатационном периоде и произвести оценивание расходования их ресурсного потенциала на основе энтропийного подхода;

- создать нормативную базу диагностических показателей для оценивания текущего состояния элементов систем в эксплуатационных условиях;

- провести анализ стратегий технического обслуживания и ремонта элементов систем на основе существующих моделей и обосновать перевод их на систему обслуживания по фактическому состоянию;

- разработать комплекс мероприятий по обеспечению функциональной надежности элементов систем в процессе их эксплуатации на основе контроля техни-

ческого состояния» концепции его восстановления и определения оптимального объема сменно-запасных частей;

- разработать структуру механизма по управлению функциональной надежностью и произвести его формирование на основе информационно-статистического банка данных.

Методы исследования основываются на: экспертной оценке функциональной надежности элементов систем с использованием информации в виде аргументированных мнений специалистов различного квалификационного уровня, ее формализацией, обработкой, анализом и интерпретацией; использовании общего закона надежности технического изделия, принципов системного анализа, математической статистики и моделирования, ресурсного потенциала, регрессионных функций и корреляционного анализа.

Научная новизна результатов выполненных исследований заключается в разработке механизма по управлению функциональной надежностью элементов комплекса: судовой дизель - обслуживающие системы , базирующегося на информационно-статистическом банке данных в виде созданной нормативной базы диагностических показателей, разработанных математических моделей прогнозирования безотказной работы и мероприятий по обеспечению функциональной надежности в процессе эксплуатации на основе контроля технического состояния, концепции его восстановления и определения оптимального объема

сменно-запасных частей.

Теоретическое значение результатов состоит в получении обобщенных показателей и критериев, позволяющих производить оценивание функциональной надежности элементов комплекса и математических моделей прогнозирования безотказной работы в пределах межремонтного эксплуатационного периода.

Практическая значимость исследования заключается в создании механизма по управлению функциональной надежностью элементов комплекса, базирующегося на информационно - статистическом банке данных в виде созданной нормативной базы диагностических показателей, разработанных мате-

матических моделей прогнозирования безотказной работы и мероприятий по обеспечению функциональной надежности в процессе работы на основе контроля технического состояния, концепции его восстановления и определения оптимального объема сменно-запасных частей, позволяющего перевести их на систему технического обслуживания по фактическому состоянию и, таким образом, повысить эффективность эксплуатации.

Достоверность научных результатов обеспечивается использованием комплекса методов исследования, включающего: экспертную оценку, математическое моделирование, системный и корреляционный анализ, статистическое распознавание, проведение натурных испытаний с применением современных методов и средств измерения, обработку данных и оценку погрешностей» адекватных его задачам и логике, апробацию полученной информации и репрезентативность опытных данных.

На защиту выносится разработанный механизм управления функциональной надежностью элементов систем, обслуживающих главный двигатель судовой дизельной установки в процессе эксплуатации, позволяющий практически реализовать систему технического обслуживания по фактическому техническому состоянию и за счет значительного сокращения материальных средств на проведение профилактических ремонтно-восстановительных работ существенно повысить их эффективность работы, включающий комплекс: показателей функциональной надежности и критериев по её оцениванию; математические модели прогнозирования безотказной работы; нормативную базу диагностических показателей; мероприятий по контролю и учету технического состояния, концепцию его восстановления и определения оптимального объема

сменно запасных частей.

Апробация и внедрение результатов исследования: содержание диссертации обсуждалось и получило одобрение в Санкт - Петербургском государственном университете водных коммуникаций и Государственном морском университете имени адмирала Ф.Ф. Ушакова; основные положения и результаты опубликованы в виде докладов и тезисов в материалах Международных

научно-технических конференций, проводимых в ведущих университетах России (г. Пенза, 2007г., Санкт-Петербург, 2008г.) и научных статей в сборнике научных трудов Российской академии наук (ИСА РАН) «Динамика неоднородных систем».

Основная часть материалов прошла рецензирование и опубликована в виде научных статей в научных изданиях, рекомендованных ВАК России («Дви-гателестроение», «Судостроение», «Известия вузов. Северо - Кавказский регион. Технические науки. «Проблемы водного транспорта». Результаты исследования используются при разработке учебных программ эксплуатационной направленности в ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова и ее филиалах, нашли отражение в опубликованном (в соавторстве) учебном пособии, внедрены в эксплуатационную практику ряда судоходных компаний.

Структура диссертации. Диссертационная работа включает: оглавление; перечень сокращений; введение; четыре главы; заключение; списки использованных источников и опубликованных научных работ автора; приложение с актами внедрения результатов в эксплуатационную практику судоходных компаний и учебный процесс Государственного морского университета.

ГЛАВА1.

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПЛЕКСА: ГЛАВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - ОБСЛУЖИВАЮЩИЕ СИСТЕМЫ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК, СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРОБЛЕМЫ В ОБЛАСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ И МЕТОДЫ ЕЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ.

1.1 Основные направления повышения эффективности технической эксплуатации.

Из существующих типов энергетических установок (ЭУ) в системе водного транспорта наиболее распространены дизельные (ДЭУ), составляющие 98,5% и как обладающие рядом достоинств: высокая термодинамическая эффективность; хорошая приспособляемость к автоматизации; сравнительная простота; высокая живучесть. Современные тенденции развития ДЭУ связаны с улучшением весогабаритных характеристик, ростом агрегатных и цилиндровых мощностей, снижением затрат на ТО, а также утилизацией тепла в целях дальнейшего повышения экономичности. Однако применительно к судам различного функционального назначения в целях обеспечения безопасности их плавания особое значение приобретают вопросы надежности.

Правовой базой, закрепляющей основные направления всех сфер деятельности, которые связаны с экономией топлива и энергии, является Федеральный закон от 23.04.1996г. № 28 -ФЗ « Об энергосбережении», принятый ГД ФС РФ 13.03.1996г. Он предусматривает создание и использование автоматизированного управления энергопотреблением, энергоэффективных технологий, топливо-энергопотребляющего и диагностического оборудования, конструкционных и изоляционных материалов, контроля и учета расхода энергетических ресурсов.

В сущности своей меры, предусматривающие законом «Об энергосбережении», направлены на эффективное использование топливо-энергетических ресурсов и обеспечения высокой полезности любого вида энергии. Применительно к судовым ДЭУ - это теплота и совершаемая работа. Их ценность в зна-

чительной степени обусловлена температурой теплоносителя (рабочего тела) по отношению к окружающей среде. Исходя из этого возникает задача выбора наилучшего способа использования его располагаемой работы (энергии). Применительно к судовым ТРС различного функционального назначения - это выполнение ими транспортной работы, получение электроэнергии в объеме, необходимом для информационного обеспечения безопасности и высокого уровня жизнедеятельности пассажиров и экипажей, сохранности перевозимого груза и окружающей среды.

В системе управления энергосбережением, топливо и маслоиспользовани-ем в качестве основных рассматриваются два направления с точки зрения повышения экономических показателей: с позиций обеспечения максимальной эффективности топливо - и маслоиспользования; информационно - техническое обеспечение, автоматизация технологических процессов топливо- и маслоиспользования и оптимизация их расхода. Первое направление включает ряд эксплуатационных задач, решение которых оказывает непосредственное влияние на эффективность и качество работы ДЭУ. К ним относятся: мероприятия по проведению теплотехнического контроля и контрольно - наладочных испытаний; обеспечение высокоэффективных технологических схем и режимов работы; замена изношенных элементов новыми; использование двухтопливной системы и средств топливоподготовки; использование тяжелых сортов топлива и вторичных нефтепродуктов; увеличение объемов потребления смеси моторного и дизельного топлива; упрощение системы учета и нормирования расхода топлива и масла. Однако с точки зрения обеспечения безопасности плавания приоритетными являются задачи, связанные с ФН ДЭУ и ее элементов, в частности, оборудования систем, обслуживающих ГД.

В настоящее время в ДЭУ в качестве ГД чаще всего используются два конструктивных типа - это МОД и СОД. Характерная особенность современных МОД состоит в их способности работать на дешевых низкокачественных моторных сортах топлив с содержанием серы до 3,5%. В таком случае, но при условии использования высококачественных цилиндровых масел, представля-

ется возможность обеспечить максимальный ресурс и высокий уровень их ФН. Увеличение цилиндровой мощности ГД ДЭУ и снижение удельного расхода топлива достигается путем повышения среднего эффективного давления за счет совершенствования системы наддува (в частности, газотурбинного), но к более перспективному направлению относится использование вторичных энергоресурсов (ВЭ), а именно, глубокая утилизация тепла уходящих газов (УГ) из ГД и

охлаждающей ГД воды.

Существенное значение в повышении эксплуатационных показателей ДЭУ имеет качество ТО, которое определяется рядом факторов (квалификация обслуживающего персонала, вид используемого топлива и масла, наличие требуемого объема запасных частей и др.). Снижение эксплуатационных расходов, связанных с затратами на топливо, масло и ремонт, достигается путем повышения тепловой экономичности ДЭУ. Однако значительная роль в этом отношении отводится и ФН оборудования, входящего в состав ДЭУ. Важное значение в снижении эксплуатационных затрат имеет нормирование расходов топлива и масла при работе ДЭУ на различных режимах работы в зависимости от типа транспортного средства. Например, для нефтеналивных судов длительность полного хода составляет -60%, а его стоянки (без проведения грузовых операций) эта величина составляет ~ 20%. Характерная особенность транспортного судна состоит в том, что большая часть временного интервала приходится на режим полного хода с использованием мощности ГД не более 90% номинального значения.

Техническая эффективность элементов ДЭУ представляется двумя группами составляющих, а именно, при вводе в действие и в процессе ТИ. Ее структурно - логическая схема приведена на рис. 1.1

Рис. 1.1 Структурно - логическая схема составляющих технической эффективности элементов дизельных энергетических установок судовых транспортных систем.

Из рассмотренных направлений повышения эффективности ТЭ в решении задач, связанных с обеспечением безопасности плавания судна и экологической безопасности окружающей среды, первостепенное значение имеют вопросы ФН элементов КС ДОС. В принципе ненадежная судовая ДЭУ и входящий в ее состав комплекс не должны допускаться к ТЭ, какими бы ни были остальные

показатели, включая и экономические. Такие требования к ФН обусловлены тем, что выход из строя комплекса может привести не только к большим материальным затратам, экологическим происшествиям, но и в некоторых случаях к гибели людей. Таким образом, можно констатировать, что ФН элементов комплекса является одним из основных факторов, определяющих (кроме обеспечения энергетической безопасности и безопасности плавания судна) эффективность ТЭ комплекса главный двигатель-обслуживающие системы ДЭУ в целом.

1.2. Анализ существующих проблем в области функциональной надежности.

Из анализа опубликованных работ [ 1-6, 8-24, 27-31, 36, 39-44, 46-49, 51, 53-57, 59-71, 77-82, 85-89, 91-94, 97-99], посвященных решению теоретических и практических задач надежности, следует, основными являются: уточнение понятийного аппарата с учетом специфических особенностей и условий ТЭ; разработка методики сбора отказной информации, ее систематизация и обобщение; проведение стендовых и натурных испытаний; оценка количественных показателей, исследование методов резервирования и схемных решений; разработка методологии экспертно - статистических исследований; оценка оптимальных периодов проведения профилактических работ в процессе ТЭ и обоснования норм запасных частей; сравнительная оценка последствий отказов; разработка математических моделей функционирования и диагностирования ТС в процессе ТЭ; оценка ТС с использованием результатов натурных испытаний и реализации математических моделей безотказной работы; создание нормативной базы диагностических показателей и установления периодичности их

контроля в процессе ТЭ.

Большая заслуга в области разработки теоретических основ и научных положений ТЭ применительно к судовым энергетическим комплексам и их оборудованию принадлежит отечественным ученым: Драницыну С.Н., Тузову Л.В., ПоловинкинуВ.Н., Климову E.H., Фомину Ю.Я., Гаврилову B.C., Гальперину, а частности технического обслуживания (ТО) и ремонта существенный вклад внесли Розенберг Г.Ш., Голуб Е.С., Мадорский Е.З., Чапкис Д.И. и др. Осново -

полагающими в области теоретических вопросов надежности применительно к машинам и механизмам являются работы Седякина Н.М., Проникова A.C., Ку-барева А.И., Елизаветина М.А. и др. авторов, а в решении практических вопросов надежности, касающихся инженерного анализа и оценки, а также ТЭ -работы Астахова C.B., Ватипко Б.А., Ефремова JI.B., Кузьмина Р.В., Промыс-лова JI.A., Смирнова O.P., Трунина С.Ф., Травина С.Я., Холявко Л.П. Решение проблемных вопросов прогнозирования ТС, теории риска и контроля неисправностей, применения теории статистических решений к задачам ТД рассматривается в работах Биргера И.А., Гаскарова Д.В., Голинкевича Т.А., Мозгалев-ского A.B., Мясникова Ю.Н., Николаева В.И., Пархоменко П.П., Сахарова В.В., Попова С.А., Сердакова A.C., Соболева Л.Г., Сыромятникова В.Ф., Швеева В.И. Решение вопросов, связанных с управлением ТС применительно к судовой технике, с ее идентификацией и ТД, а также с контролем, освещены в работах Климова E.H., Моека Е., Штрикерта X., Коллакота Р, Башта Т.,М., Чекалова Ю.П.

Таким образом, в области надежности машин и механизмов вообще и судовой техники в частности работал большой коллектив как отечественных, так и зарубежных авторов и несмотря на это проведение исследований, особенно относящихся к ФН по-прежнему является актуальным и имеющим практическую значимость. Это обусловлено большими материальными затратами, связанными с отказами элементов СДЭУ и, в частности комплекса ГД - обслуживающие системы, и в связи с этим существенным снижением экономической эффективности судового ТРС в целом.

Применительно к элементам КС ДОС основная цель решения задач их ФН состоит в определении оптимального экономически оправданного ее уровня с учетом обеспечения на различных стадиях ЖЦ с использованием фактологической информации. Решение проблем, связанных с ФН, основывается на принципе построения логико-структурной схемы, предусматривающей следующие последовательные этапы: получение априорной информации; разработка диа-

гностических моделей (ДМ), их исследование и анализ; разработка методов и средств ТД и их практическое использование; разработка прогностических моделей безотказной работы и комплекса мероприятий по ее повышению. Центральной проблемой на всех этапах ЖЦ элементов КСДОС является обеспечение их ФН. При этом возникает необходимость совместного решения задач конструкторами, технологами, строителями и эксплуатационниками, а в условиях роста антропогенных и техногенных отрицательных воздействий на окружающую среду (в процессе ТЭ ДЭУ и ее элементов) значительная роль отводится и вопросам экологической безопасности. Наиболее эффективный путь решения такой проблемы - это разработка механизма управления ФН (МУФН) элементов КСДОС и ДЭУ в целом. Его основная цель заключается в поддержании эксплуатационником уровня ФН в пределах заложенного конструктором и обеспеченного технологом. В этом случае решение задач, связанных с обеспечением ФН, представляется в виде двух связей: прямая (проектирование - ТЭ); обратная (ТЭ - проектирование). Наличие обратной связи (эксплуатационник -конструктор) позволяет создать информационно - статистический банк данных по ФН существующих элементов КСДОС и, таким образом, дать конструктору возможность обоснованно назначать уровень ФН с учетом требований по обеспечению их работоспособности.

Эффективность ТЭ в значительной степени определяется взаимосвязанностью процессов изменения ТС, ТИ элементов КСДОС, их ТО и ремонта. В связи с этим в процессе ТЭ необходимо решить следующие задачи, а именно, связанные с оценками правильности функционирования, ТС и прогноза работоспособности. Следует отметить, что значительная часть трудоемкости ТЭ приходится на оценку ТС (20-30% общей трудоемкости ТО и 5-10% заводского ремонта). С точки зрения дальнейшего совершенствования ТЭ (из возможных вариантов) наиболее эффективным является перевод элементов КСДОС с существующей системы централизованного планирования профилактических ре-монтно - восстановительных работ на систему ТО по фактическому ТС. В системе ТО и ремонта элементов КСДОС их ТС является своеобразным «вхо-

дом», поэтому и имеет первостепенное значение при определении потребности в необходимых работах по поддержанию их исправности (или восстановлению работоспособности). Оценка ТС и контроль находятся во взаимной связи между собой. Поэтому только с помощью контроля ТС можно установить момент времени, при котором объем необходимых работ будет минимальным. По существу в точном определении момента начала работ и заключается принципиальная возможность организации системы ТО и ремонта на основе действительной потребности в работах.

Необходимым условием осуществления контроля ТС является однозначная идентификация каждого вида ТС элемента. Для этого рекомендуется использовать понятие определяющего параметра. Конкретным величинам этого параметра (или диапазонам его изменения) соответствуют определенные виды ТС (рис. 1.2.)

ИРПФ РПФН ПФНН НФНН

-►

Рис. 1.2 Граф взаимосвязи технологических процессов технической эксплуатации с различными группами состоянии элементов КС ДОС ДЭУ судовых транспортных средств. ИРПФ; РПФН; ПФНН; НФНН - группы технических состояний соответствующих: исправному, работоспособному и правильного функционирования; работоспособному, правильного функционирования и неисправному; правильного функционирования неисправному и неработоспособному; неправильного функционирования, неисправному и неработоспособному.

Определяющий параметр в процессе ТЭ может изменяться в диапазоне от работоспособного исправного состояния элемента до аварийного.

Содержание работ по оценке ТС элементов КСДОС разделяются на четыре группы: исследование с точки зрения объекта оценки; теория, методы и алгоритмы построения программ проверки; способы и средства проверки; исследования свойств и характеристик. Первая группа связана с определением параметров исправного состояния, характером и особенностями изнашивания, возникновения неисправностей, сбором информации о затратах всех видов ресурсов на их обнаружение и устранение. Вторая включает методы формализации программ оценки ТС, математические модели неисправностей и отказов на дискретной и аналоговой основе. Наиболее сложно установить однозначное соответствие между физической сущностью неисправности (отказа) и ее математической моделью.

Одним из приоритетных факторов, определяющих ФН элементов КСДОС, является уровень квалификации обслуживающего персонала. С точки зрения требований, предъявляемых к нему и связи со свойствами, составляющими ФН, общий принцип может быть сформулирован таким образом: чем ниже необходимая квалификация обслуживающего персонала, тем должен быть выше уровень ремонтопригодности элемента КСДОС. Исходя из этого, если элемент создается в расчете на более высокий уровень его квалификации, чем в действительности, то ТС в процессе ТЭ будет ухудшаться, потребность в ремонте увеличиваться и, соответственно, расход запасных частей существенно превышать нормативы. Выбор состава, определение показателей ФН элементов и их качественных характеристик зависят от характера выполняемых функций, условий ТЭ и последствий отказов. Таким образом, из основных направлений дальнейшего совершенствования ТЭ КСДОС, к которым относятся снижение расходов на ТО и ремонт и всемерная экономия топлива, нахождение способов оптимизации целевой функции ТЭ (исходя из финансового результата деятельности) приоритетным направлением является обеспечение на должном

уровне ФН элементов КС ДОС как фактора, в значительной мере определяющего эффективность ТЭ СДЭУ в целом.

1.3. Методы обеспечения функциональной надежности на различных этапах «жизненного» цикла.

«Жизненный» цикл (ЖЦ) элементов КС ДОС ДЭУ охватывает период от конструкторской идеи до капитального ремонта (или их списания в связи с моральным износом) и представляется состоящим из трех этапов (проектирование, технологическое изготовление, эксплуатация). Каждому этапу соответствует определенный уровень надежности, который зависит от влияния ряда специфических факторов. Этим обусловлено изменение и понятие надежности. Так, на первом этапе (при проектировании) надежность элемента КС ДОС представляет собой гипотетическое свойство (еще реально не существующего элемента), зависит от конструктивного решения и в сущности своей является конструкционной. Для такой надежности элемента характерен максимальный уровень (Нкон). Он назначается конструктором, исходя из предъявленных требований, с учетом достигнутых результатов науки и техники на момент проектирования элемента.

Основными факторами, которые определяют надежность элемента на этапе проектирования, являются: полнота изученности условий и особенностей ТЭ элементов КСДОС, а также уровня развитая технологии изготовления и учета их при разработке проекта новых; степень совершенства расчетов и использования в проекте стандартизованных узлов и деталей; уровень квалификации персонала конструкторских бюро; качество надзора со стороны Российского Морского Регистра Судоходства. Первостепенное значение имеет первый фактор.

Определенная роль отводится и проблемному вопросу достоверности выполняемых на стадии проектирования элементов КСДОС расчетов ФН, связанных с двумя типами задач. Первая состоит в правильности учета существующими методами расчета реального протекания физических процессов в элементах КСДОС, вторая заключается в точности полученных при реализации

этих методов запасов работоспособности элементов соответствия действительным значениям. Препятствием совершенствования методов расчета является недостаточность информационно - статистического материала по ФН.

На первом этапе ЖЦ (при проектировании) актуальными направлениями обеспечения ФН элементов КС ДОС являются: создание методов аналитического прогнозирован ия и экспериментального подтверждения; разработка методологии изучения безотказности узлов и деталей; дальнейшее совершенствование способов оптимизации показателей ФН с учетом достигнутой (и прогнозируемой) эффективности методов ремонта и ТО; разработка и внедрение средств ТД. На втором решаются две задачи. Одна заключается в сохранении заложенного при проектировании уровня ФН, а другая состоит в его повышении путем совершенствования технологии производства и строгого соблюдения требований нормативной и технологической документации. Трудности решения первой задачи обусловлены следующими обстоятельствами: в процессе технологического изготовления практически всегда возникают отклонения параметров узлов элементов; не исключаются скрытые дефекты в поставляемых материалах; возможны ошибки персонала. Исходя из этого надежность элементов на втором этапе ЖЦ обусловлена совершенством технологических процессов и может быть названа технологической. В сущности она представляет собой реальное свойство уже готового к использованию элемента в составе КСДОС, обеспечивающее его эффективность и качество. Уровень технологической надежности (Нтсх) по сравнению с конструкционной (Н^) в силу указанных обстоятельств будет ниже (Нкон > Нтех). В связи с этим возникает другая задача, решение которой должно быть направлено на возможно большее их сближение. Таким образом, основным путем, позволяющим обеспечить ФН элементов КСДОС на втором этапе ЖЦ, являются: строгое соблюдение и совершенствование технологии производства с внедрением широкой автоматизации; контроль качества поставляемых материалов и полуфабрикатов, изготовление узлов (деталей) и элементов в целом; совершенство технической и нормативной документации; квалификация рабочих и инженерно-технических работников, качество надзора со

стороны контролирующих организаций. Каждому из этих направлений обеспечения ФН элементов отводится своя роль, однако превалирующее значение имеет первое.

На третьем этапе ЖЦ происходит неизбежное расходование запаса надежности элемента, заложенного конструктором на стадии проектирования. Оно связано с развитием процессов различного физического происхождения в узлах и деталях при работе элементов в составе КСДОС (износ, коррозия, эрозия, кавитация, механические повреждения). На этом этапе ЖЦ важное значение имеет величина интенсивности расходования запаса надежности. В сущности она определяет продолжительность межремонтного эксплуатационного периода (МЭП) элемента и затраты материальных средств на восстановление его работоспособности. Для решения такой задачи необходима систематизированная и статистически обобщенная эксплуатационная информация. Основными факторами, влияющими на ФН элементов, работающих в составе КСДОС, являются: режимы использования; качество профилактических и ремонтных работ; количество и качество запасных частей и способов их хранения; квалификация обслуживающего персонала; совершенство технической и нормативной документации; эргономические факторы; качество надзора со стороны контролирующих органов; текущий контроль ТС. Из них превалирующее значение имеют режимы использования. Существенное влияние на ФН элементов оказывает и текущий контроль их ТС, из возможных видов которого наиболее приемлем диагностический и прогнозируемый.

Решение задачи по поддержанию работоспособности элемента в составе КСДОС должно основываться на выполнении следующего условия: поток отказов (среднее количество деталей, выходящих из строя в единицу времени) должен быть меньше потока восстановления (среднего количества деталей, восстанавливаемых за это время).

Рассматривая элемент КСДОС как техническое средство и используя правило умножения вероятностей, его РП представляется в виде:

= Н5Г * Нт * НГ " . Для идеального случая ТЭ Нпр=Нт=Нэ и, соответственно, = 1. В условиях реальной ТЭ Н!^ > Нт > а следовательно, < 1. Это связано с неизбежным расходованием РП на различных этапах ЖЦ элемента. Исходя из этого в качестве критерия оценки уровня работоспособности рекомендуется использовать величину:

Таким образом, для обеспечения заданного уровня ФН элементов КС ДОС на заключительной стадии их ЖЦ необходимо решение оптимизационной задачи, связанной с выбором показателей долговечности и безотказной работы. Проблема их оптимизации по существу является разновидностью задач оценки моментов .замены отдельных деталей и узлов элемента. В более общей постановке она решается с помощью моделей оптимального управления детерминированным (стохастическим) процессом, основанным на принятии максимума (Л.С.Понтрягина) или функциональных уравнений динамического программирования (Р.Беллмана). Получение модели замены узлов элемента основывается на минимизации прогнозируемых затрат по критерию их приведённых значений за время между заменами.

1.4. Системный подход при исследовании проблем повышения эффективности и функциональной надежности.

Проблемным вопросом в области эффективности и ФН КС ДОС ДЭУ посвящены многочисленные исследования, проводимые отечественными и зарубежными авторами. Тем не менее, получаемые разрозненные результаты являются достаточно статичными и порой не увязываются между собой, что приводит к снижению их научной и практической ценности. Это свидетельствует о том, что решаемая проблема чаще всего «выхватывается» из общей структуры внутрисистемных и межсистемных связей. Основной причиной такой ситуации являются отрыв части проводимых исследований от общей концепции системного научного и методологического подхода. Для решения такой проблемы может быть использована теория инноваций и диффузионно - волновая теория научно - технического прогресса[5, 101]. В понятие инновации вкладываются

все виды деятельности, которые непосредственно связаны с получением и воспроизводством новых научных, научно - технических знаний и их материализацией в виде технических систем различного уровня сложности. Одной из таких систем применительно к судовым ТРС являются КСДОС ДЭУ в целом. Их технические и экономические параметры в значительной степени зависят от типа заложенных в них инноваций. Продолжительность «жизни» системы и, в частности, КСДОС определяется прежде всего степенью новизны и уникальности технических и технологических решений, которые лежат в ее основе. Исходя из этого производится закладка технических и эксплуатационных характеристик системы, определяющих ее эффективность и возможность дальнейшего усовершенствования на различных стадиях ЖЦ. Указанные параметры считаются производными от одного из основных показателей, а именно, ФН системы, определяемой ее вероятностью безотказной работы, потоком отказов и наработкой на отказ.

Экономическая эффективность, с одной стороны, определяется в виде абсолютной величины достигнутого эффекта от ТЭ системы (в данном случае ДЭУ в целом с включением КСДОС), а с другой - рассматривается как ее конкурентоспособность. Применительно к КСДОС эти показатели характеризуют быстроту внедрения и распространения базовых технических инноваций. Таким образом, можно констатировать, что показатели экономической эффективности представляют собой отношение достигнутого экономического эффекта в виде прибыли, объема производства и т.д. к затратам, обусловленных возникновением данного эффекта.

На заключительном этапе ЖЦ (ТЭ и ремонта) эффективность системы определяется составом, качеством и взаимодействием ее элементов и в значительной степени зависит от способствующих факторов. Одним из таких элементов, выполняющих роль фактора и определяющих ФН, является человек (применительно к КСДОС - обслуживающий персонал). Существует взаимная связь между экономической и технической эффективностью. Повышение технической эффективности системы прежде всего направлено на улучшение эко-

номических показателей ее ТИ. Отсюда следует, что получение дополнительных экономических преимуществ может быть достигнуто в первую очередь за счет ТИ наиболее совершенных, функционально надежных и дешевых в ТЭ технических систем.

Динамика изменения состояния системы определяется следующими факторами: воздействие внешней среды; РП элементов системы (в частности, КСДОС); соответствие их фаз ЖЦ; прочность и характер межэлементных и межсистемных связей. Учитывая фазовый характер ЖЦ системы ее можно представить (при принятых допущениях) в виде следующей функции

¥с= а+Ы+с12 - (1.1)

где Рс - выбранный параметр ЖЦ системы; I - время; а,Ь,с,с! - коэффициенты, характеризующие воздействие внешней и внутренней среды. В качестве таких коэффициентов могут быть: первичные и текущие затраты; человеческий фактор; качество смазочных материалов и топлива; конструктивные и технологические качества; влияние перегрузок; температура внешней среды; общее ТС и т.д.

С точки зрения теории надежности ЖЦ системы можно рассматривать с различных позиций. Исходя из системного понимания ЖЦ объекта (например, КСДОС и ДЭУ в целом) и получения всех составляющих их элементов общей зависимости (1.1.) представляют интерес решения следующих задач: определение значений и функционального смысла коэффициентов а,Ь,с,<1; нахождение условий одновременной максимизации значений функции каждого элемента объекта; определение типа возникающего системного эффекта (аддитивного, мультипликативного, кумулятивного или иного).

Рассматриваемая функция может достигнуть своего максимума в том случае, когда ее первая производная становится равной нулю, т.е.

Ь+2с1 - ЗЛ2 =0 (1.2.)

В этом случае решение квадратного уравнения относительно положительного корня даст ответ, при каком значении функция Б принимает максималь-

ные значения. Из этого следует, что (в нашем случае) системный эффект, соответствующий максимальному значению Fmax, будет определяться путем нахождения одновременно достигаемого максимума функций Fi в момент времени t всеми элементами объекта при различных значениях коэффициентов ai, bi, q, di. С точки зрения вероятностного подхода ситуация такова. Вероятность безотказной работы системы (например, КС ДОС) в течение периода времени t определяется уравнением

тв=Па*-Пь*'+Пъ< О-3-)

;=1 i=i i=i

Отсюда вероятность возникновения отказа данного объекта будет соответственно равна

m- -1 - сяч - я v+с1 -4-)

i=i i=i !=i

Однако вероятность безотказной работы системы (объекта, в частности КС ДОС) может быть выражена и как

i=i

где и обобщающие коэффициенты, которые учитывают влияние

ранее указанных факторов.

Решение второй (наиболее простой) задачи связано с заданием функционального смысла и значений коэффициентов уравнения (1.1.). При этом необходимо, чтобы выбранные коэффициенты учитывали влияние факторов внешней и внутренней среды (условия ТЭ, затраты на ТО и ремонт и их качество выполнения, а также соответствие фактическому ТС, конструктивной, технологической надежности и др.)

Самой сложной является задача, связанная с определением типа возникающего системного эффекта, т.е. метода определения максимума всей системы (КСДОС) и в целом (ДЭУ). Здесь для каждого конкретного случая требуется либо суммирование внутрисистемных эффектов межэлементного взаимодействия или их перемножение с учетом факторов воздействия изменяющейся

внешней среды, возможен и другой путь. При этом наиболее важным является представление характера изменения коэффициентов во времени и, с переходом на следующий этап ЖЦ, степень влияния на них внешней среды. Решение задачи в такой постановке возможно при условии формализации межэлементных связей (определения их прочности, однозначности и взаимного влияния).

Таким образом, изменения показателей технической и экономической эффективности КСДОС ДЭУ, соответствующих уровню новизны и технического совершенства, определяет периодичность этико - фазовых переходов, которые в совокупности составляют ее ЖЦ. Аналогичные изменения происходят внутри каждого элемента КСДОС, но с разной интенсивностью, вызываемые воздействием внутренней и внешней среды. При этом часть факторов в некоторых случаях являются управляющими, а в других - управляемыми. В процессе прогнозирования системного эффекта следует учитывать результаты фактического анализа стохастических проявлений внешней среды и воздействия их на связи и поведения каждого элемента системы (ДЭУ) и объекта (КСДОС). Цель применения системного эффекта заключается в максимизации уровня ФН элементов КСДОС ДЭУ, определяющей их техническую и экономическую эффективность.

1.5. Основные направления повышения функциональной надежности.

Одним из определяющих требований, предъявляемых к системам (ДЭУ), является повышение эффективности ТЭ входящих в их состав КСДОС. Исходя из этого важное значение имеет уровень их ФН. К возможным путям его повышения могут быть отнесены: систематизация методов проверки работоспособности и поиска дефектов; разработка диагностических моделей (ДМ) и их анализ; создание измерительной аппаратуры; разработка методов идентификации и ТД, а также его технологии и обработки диагностических сигналов.

Использование ТД [9,14,21,29,43,48,53,54,56,60,61,62,63,64,71,72,76,97] позволяет: перейти от существующей в настоящее время практики проведения централизованного планирования профилактических ремонтно - восстановительных работ на ТО и ремонт по фактическому ТС, что дает возможность со-

кратить трудоемкости и потребности в ЗИЛе; снизить аварийность по техническим причинам за счет своевременного обнаружения неисправностей, а в случае их возникновения и предотвратить серьезные последствия.

Одной из важнейших задач повышения ФН является прогнозирование изменения ТС, заключающееся в получении информации о развивающихся отказах, количественных значениях диагностических показателей (ДП) и их динамике. Такая информация совместно с эталонными зависимостями может явиться основой (исходным материалом) для осуществления прогноза. Применительно к элементам КСДОС ДЭУ наибольший практический интерес представляет диагностирование их ТС по параметру потока отказов, а в качестве характеристики ТС рекомендуется использовать уровень и динамику его изменения. При этом важно знать закономерности изменения в зависимости от наработки. Одним из направлений решения задачи по созданию элементов КСДОС ДЭУ с лучшими (по сравнению с существующими) эксплуатационными качествами является разработка и использование моделей ТЭ. Они могут быть использованы в качестве основы прогнозирования остаточного ресурса, выработки стратегии ТО и ремонта. Для разработки комплекса мероприятий по повышению ФН необходима обобщающая фактологическая информация.

Проводимые в течение длительного периода экспертно - статистические исследования на кафедре «Эксплуатация судовых механических установок» ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова (включая и автора), анализ отечественных и зарубежных источников показывает, что для повышения ФН элементов КСДОС ДЭУ дальнейшие работы должны вестись в следующих направлениях: изучение физической сущности отказов, вызванных изнашиванием, поломками, коррозией, кавитацией, вибрацией узлов и их деталей; разработка конструкций узлов с улучшенными эксплуатационными качествами (с лучшей динамикой, ремонтопригодностью и т.п.); применение для ответственных деталей более качественных (с точки зрения износной и коррозионной стойкости) материалов; использование прогрессивной упрочняющей технологии, обеспечивающей высокое качество изготовления деталей узлов; создание и внедрение рациональ-

ной системы ТО и ремонта; изыскание способов борьбы с отказами, обусловленными пульсациями потока рабочей среды и вибрацией, а также различными видами износа.

Основными направлениями повышения ФН применительно к конкретным элементам КСДОС ДЭУ являются: создание новых материалов; разработка совершенных технологий; применение нержавеющих сталей и антикоррозионных полимерных покрытий; улучшение качества уплотнительных устройств; дальнейшее развитие конструкций отдельных узлов.

Применительно к компрессорам и газотурбонагнетателям к основным рекомендациям, повышающим их ФН в процессе ТЭ, относятся: конструктивное совершенствование основных узлов, в частности поршневых компрессоров (ПК) (клапаны, поршневые кольца, воздухоохладители); технология их изготовления и организация проведения монтажных работ. Повышение ФН ПК, улучшение их виброакустических показателей (по данным исследований Зели-ковского И М. и др.) может быть достигнуто за счет: использования внутренних пружинных подвесок в сочетании с наружными резиновыми амортизаторами; применения всасывающего глушителя шума, замены однокамерного нагнетательного глушителя двухкамерным; использования более совершенной конструкции нагнетательной клапанной группы и всасывающих клапанов; применения электродвигателей с фреономаслостойкой пропиткой.

К рекомендациям, повышающим ФН ГТН, относятся: поддержание в чистоте продувочного тракта, проточной части и воздухоохладителей; тщательный контроль процесса сгорания топлива и масла в цилиндре ГД (дизеля), при этом, чем лучше будут отрегулированы процесс сгорания топлива в цилиндре и подача смазки в него, тем с меньшей скоростью будут нарастать отложения в проточной части турбины; поддержание в чистоте клапанов подвода воздуха на уплотнения; избежание частых необоснованных реверсов ГД и недопущение работы ГТН на неустойчивых режимах для исключения повреждения сопловых и рабочих лопаток турбин вибрационного и усталостного характера; изучение

причин поломок поршневых колец ГД и контроль плотности защитных решеток, особенно работающих при переменном давлении газов.

При разработке мероприятий по повышению ФН элементов топливных и масляных систем ГД судовых ДЭУ, их эффективности и экономичности работы (сепараторы, насосы, охладители, фильтры) особое внимание должно быть уделено сепараторам. К таким мероприятиям относятся.оптимальный подбор пропускной способности; оптимизация режима работы; избежание дросселирования и рециркуляции топлива перед сепарацией; использование отдельных нагнетательных насосов с одинаковой производительностью (рабочий, резервный) при последовательной работе сепараторов; переход на самоочищающиеся сепараторы; использование программного управления при работе сепараторных установок (автоматический режим); осуществление предварительного нагрева масла перед центрифугированием; совершенствование системы ТО, включающей комплекс диагностических и планово - профилактических мероприятий; применение деталей трения с нанесенными на их поверхность «самосмазывающимися» металлическими и неметаллическими граничными слоями (или пленками); использование элементов уплотнительных устройств из графитированной стали, у которых функции смазочного материала выполняют включения графита, периодически обнажающиеся по мере изнашивания металлической основы;применение металлопланирующих смазок со слоем толщиной 1-2 мкм, который в процессе работы детали вступает в контакт в момент, когда основной смазочный материал теряет свою несущую способность.

1.6 Цель и постановка задачи исследования.

Анализ результатов выполненных работ отечественными и зарубежными исследователями показывает, что в области ТЭ ДЭУ в целом судовых ТРС с точки зрения повышения экономических показателей наметилось два основных направления. Первое связано с обеспечением максимальной эффективности топливо и маслоиспользования, а второе - информационно - техническим обеспечением, автоматизацией технологических процессов топливо- и масло-использования и оптимизацией их расхода. Применительно к КСДОС первое

направление включает ряд эксплуатационных задач, основными из которых являются: обеспечение высокоэффективных технологических схем и режимов работы; использование двухтопливной системы и средств топливоподготовки; использование тяжелых сортов топлива и вторичных нефтепродуктов; увеличение объемов потребления смеси моторного и дизельного топлива; утилизация вторичных энергоресурсов в виде теплоты уходящих из ГД газов и его охлаждающей воды. Их решение оказывает непосредственное влияние на эффективность и качество работы ДЭУ в целом. Однако с точки зрения обеспечения безопасности плавания судовых ТРС с одной стороны и защиты окружающей среды) с другой наиболее приоритетным в настоящее время является направление, связанное с повышением уровня ФН отдельных элементов ДЭУ, в частности КСДОС.

В ДЭУ в качестве ГД преимущественно используются два конструктивных типа (МОД,СОД). Анализ работ, опубликованных в периодической печати в области улучшения их конструкций, технологии изготовления, повышения экономических показателей свидетельствует о достижении значительных успехов, которые уже приближаются к предельным. Тем не менее, опыт ТЭ показывает, что более 80% аварийных ситуаций (например, на море) наряду с субъективными причинами (человеческий фактор) обусловлены отказами в работе ГД и оборудования обслуживающих его систем (масляная, топливная, сжатого воздуха, наддува, охлаждения) примерно в равном соотношении. Проблема обеспечения ФН усугубляется еще и тем, что несмотря на пополнение водного транспорта новыми типами судов, в этой системе по-прежнему имеется значительное количество судов с большим эксплуатационным сроком. При этом оборудование систем работает на сверхнормативной стадии, а поэтому морально и

физически изношено.

Таким образом, можно констатировать, что решение проблем дальнейшего повышения эффективности ТЭ ДЭУ и, соответственно, рентабельности ТРС обусловлено обеспечением необходимого уровня ФН КСДОС, а поэтому проводимые исследования в этом направлении являются актуальными и имеющи-

ми практическую значимость. Одним из путей решения проблемы является создание механизма управления ФН оборудования обслуживающих ГД систем и ее оценивание, базирующегося на информационно - статистическом банке данных и позволяющего практически реализовать перевод его с существующей регламентной системы ТО и ремонта на менее затратную систему по фактическому состоянию. В соответствии с этой целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

1. Обобщение существующих проблем в области ФН и определение основного направления по ее исследованию на основе использования системного подхода.

2. Систематизация методов обеспечения ФН на различных этапах «жизненного» цикла.

3. Обоснование выбора объектов исследования и методического

подхода к оцениванию ФН.

4. Проведение статистических исследований ФН с использованием метода экспертных оценок и фактологической информации.

5. Разработка математических моделей прогнозирования безотказной работы для основного эксплуатационного периода.

6. Обоснование выбора стратегии ТО и ремонта на основе существующих моделей и перехода на систему ТО по фактическому состоянию

7. Создание нормативной базы диагностических показателей для оценивания текущего ТС в эксплуатационных условиях.

8. Разработка комплекса мероприятий по обеспечению ФН в процессе ТЭ на основе контроля ТС, концепции его восстановления и определения оптимального объема запасных частей.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Чебанов, Владимир Сергеевич

4.7. Выводы по главе.

1. Информационное обеспечение управления функциональной надёжностью элементов топливной, воздушной и системы охлаждения - одно из основных направлений дальнейшего повышения эффективности эксплуатации главного двигателя дизельной установки судовых транспортных средств.

2. Решение задач, связанных с повышением эффективности эксплуатации комплекса (главный двигатель - обслуживающие системы), базируется на создании механизма управления их функциональной надежностью, интегрирующим элементом которого является информационная система, состоящая из подсистем технического использования и обслуживания, диагностирования технического состояния и прогнозирования безотказной работы, и образующая полный оперативный базис.

3. Основными путями обеспечения требуемого по условиям эксплуатации главного двигателя уровня функциональной надёжности элементов обслуживающих систем являются: использование в составе элемента равнона-дёжностных деталей с одинаковым уровнем безотказной работы; первоначальное восстановление эксплуатационных качеств поврежденных деталей на уровне новых; замена их из бортового запаса; замена элементов, отработавших ресурс, в комплексе из обменного фонда судоремонтных предприятий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенного анализа основных направлений повышения эффективности эксплуатации элементов комплекса главный двигатель- обслуживающие системы существуюпщх проблем в области их функциональной надежности, выполненного экспертно-статистического исследования сделаны выводы и получены следующие научные и практические результаты:

1. Дальнейшее повышение эффективности комплекса ГД-ОС связано с разработкой механизма управления функциональной надежностью элементов топливной, воздушной и системы охлаждения, базирующего на информационном и алгоритмическом обеспечении её оценивания, позволяющего практически реализовать систему технического обслуживания по фактическому состоянию.

2. Концепция оценивания функциональной надежности основывается на создании информационно-статистического банка данных, включающего комплекс качественных и количественных показателей, критериев работоспособности, нормативной базы диагностических параметров и математических моделей прогнозирования безотказности.

3. Применительно к основным элементам топливной, воздушной и системы охлаждения главного двигателя систематизированы, обобщены и квалифицированны причины отказов, дана им физическая трактовка, выявлены узлы и детали, имеющие минимальный уровень работоспособности.

4. Получены функциональные зависимости параметра потока отказов и вероятности безотказной работы от наработки, установлены границы приработочного и стабилизированного режимов работы в пределах межремонтного эксплуатационного периода.

5. Разработаны критерии и прогностические модели, позволяющие производить сравнительное оценивание безотказной работы в приработочном и стабилизированном режимах работы, изменение параметра потока отказов и вероятности безотказной работы.

6. Создан комплекс мероприятий по обеспечению функциональной надежности элементов топливной, воздушной и системы охлаждения главного двигателя в процессе эксплуатации, базирующийся на концепции восстановления технического состояния и оценивании оптимального объема сменно-запасных частей.

7. Полученные научные и практические результаты представляют интерес для широкого круга специалистов эксплуатационного профиля, технологов и конструкторов, создающих новые образцы элементов обслуживающих систем главных двигателей дизельной установки. Они могут быть использованы при разработке учебных программ эксплуатационной направленности в ВУЗ,ах водного транспорта и институтах повышения квалификации специалистов морского, речного рыбопромыслового флота.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чебанов, Владимир Сергеевич, 2012 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Абачараев И.М., Абачараев М.М. Обоснование приоритетных направлений повышения ресурса судовых деталей и узлов. Материалы 10-й Научно практической конференции: СПб.: Изд-во Политехннич. ун-та, 2008 - С. 14-18

2. Агапов А.С.Графический метод оценки надежности по прогрессивно цензу-рированной эксплуатационной информации - В сб.: Методы статистического анализа и обработки малого числа наблюдений при контроле качества и надежности приборов и машин. Л.:ЛДНТП, 1974. с. 85-88

3. Адигамов Н.Р., Шарифуллин С.Н. Новые технологии комплексного решения проблем восстановления топливной аппаратуры дизелей. Материалы 10-й Научно-практической конференции : СПб.: Изд-во Политехннич. ун-та, 2008. -С. 19-27

4. Андреев Ю.М., Кузьмин Р.В. Первичная обработка данных об отказах судовых механизмов. Л.. Судостроение, 1974. - 48с.

5. Анчишкин А.Н. Наука-техника-экономика М.: Экономика, 1986

6. Астахов C.B., Ватипко Б.А., Холявко Л.П. Оценка надежности судовых механизмов при проектирование и эксплуатации. - Л.: Судостроение, 1979. -200с.

7. Белый О.В., Кокаев О.Г., Попов С.А. Архитектура и методология транспортных систем. Монография. - СПб.: «Элмор»,2002. - 256с.

8. Бокс Дж., Дженкис Г. Анализ временных рядов. Прогноз и управление (пер. с анг.), вып. 1.- М.: Мир, 1974. - 380 с.

9. Биргер И.А. Основы технической диагностики. - М.: Машиностроение, 1978. -240 с.

10. Бортовский В.В., Грищенков A.A., Глущенко В. В. Определение работоспособности объектов на основе экспериментального моделирования. Задачи контроля и управления: Сб. науч. тр. -Санкт-Петербург: СПб ГУВК, 1997. С.32-37

11. Брук М.А., Рихтер A.A. Режимы работы судовых дизелей. - Л.: Судпромгиз, 1963.-482 с.

12. Васильев Б.В., Ханин С.М. Надежность судовых дизелей. - М.: Транспорт. 1989. - 184с.

13. Варжапетян А.Т., Глущенко В.В. Системы управления. Исследование и компьютерное проектирование. Учеб. пособие. - М.: Вузовская книга, 2000. -328с.

14. Возницкий И.В. Контроль и диагностика технического состояния судовых дизелей. - М.: «Морфлот», 1978. - 48 с.

15. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа. -СПб.: СПбГТУ, 1999. - 121 С.

16. Вопросы статистической теории распознавания. / Ю.Л. Барабаш, Б.В. Вор-ский, В.Т. Зиньев и др. - М.: Советское радио, 1967. - 170 с.

17. Войнов И.Н., Алексеев A.A., Балесний Ю.В. Разработка методов повышения надежности корданных валов и упрощение их ремонта. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политех-нич. ун-та, 2008. - С. 347-351.

18. Войнов К.Н., Черток Е.В. Определение расчетной надежности и производительности объемного шарового насоса нового типа. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехнич. унта, 2008. - С. 352-359.

19. Гацак П.М., Золотарев С. И., Одинаев В.А. Имитационное моделирование в тренажерном комплексе аварийных ситуаций в энергетических системах. Управление и информационные технологии на транспорте. / Материалы международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ-2001». -СПб.: СГУВК, 2001. - С. 61-62.

20. Гаскаров Д.В. Принципы построения коньюнктивно-дизьюнктивных моделей в рамках экспертной системы автоматизированного прогнозирования. Информационные системы на транспорте: Сборник научных трудов Российской

академии транспорта / Под редакцией проф. A.C. Бутова - СПб.: Судостроение, 2002. - С. 75-84.

21. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. - М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.

22. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модель отказов. М.: «Советское радио», 1966.

23. Геращенков Д.А., Фармаковский Б.В., Васильев А.Ф., Быстров Р.Ю. Нано-структурированные износостойкие покрытия с регулируемой твердостью, получаемые методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления, для решения проблем восстановления и ремонта деталей и механизмов. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2008. - С. 90-96.

24. Глазьев С.Ю., Львов Д.С., Фетисов Г.Г. Эволюция технико-экономических систем: возможности и границы центрального регулирования. М.: Наука , 1992

25. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для ВУЗов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1977. -477 е.

26. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М., изд-во Физико-математической литературы, 1961.

27. Горб С.И. Моделирование судовых дизельных установок и систем управления: Учеб. пособие. - Л.: Транспорт, 1993. - 134 е.

28. Голинкевич Т.А. Прикладная теория надежности. Учебник для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1977. - 178 с.

29. Голуб Е.С., Мадорский Е.З., Розенберг Г.Ш. Диагностирование судовых технических средств // Справочник. - М. : Транспорт, 1993. - 150 с.

30. Гринчев Т.П. Планирование «жизненного цикла» промышленной продукции. Л.: ЛГУ, 1980

31. Григорьев М.А., Бунаков Б.М., Долецкий В.А. Качество моторного масла и надежность двигателей. М.: Издательство стандартов, 1981, 214 с.

32. Грунауэр A.A., Долгих И.Д., Тараканов С.И., Митин И.Н. Методика расчета САР частоты вращения с импульсом по давлению наддува // Двигатели внутреннего сгорания. Респ. межвед. научно-техн. сб. - Харьков. - 1980. - №32. -С. 61-67.

33. Грязев А.Н., Грязев В.А. Лазерные технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин и механизмов. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2008. -С. 97-103.

34. Гусейнов Р.Г., Шарифов 3.3., Гусейнов М.И., Джаббаров Т.Г. Коррозионное поведение порошковых материалов в морской воде. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехнич. унта, 2008.-С. 402-407.

35. Давыдов Г.А., Анищенко Г.Т. Несиецификационные условия эксплуатации и ресурс дизеля // Двигателестроение. - 1984. -№11. - С. 49-50.

36. Дедков. В.К., Голубев A.A., Тихон Н.К. Управление надежностью технических систем. Тез. докл., Международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ-99» «Управление и информационные технологии на транспорте», СПбГУВК, 1999, с. 43-46.

37. Дробышевский A.C., Дробышевский П.А., Дробышевский С.А. К вопросу об использовании традиционных и нанотехнологий для получения композиционных материалов совместными методами. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2008. -С. 104-106.

38. Дюргеров Н.Г., Сатиров Х.Н., Морозкин И.С., Пархоменко A.A. Восстановление и упрочнение деталей машин по кривым износа и эпюрам деформаций. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2008. - С. 106-109.

39. Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. М.: Машиностроение 1973, 431 с.

40. Ефремов JI.В. Практика инженерного анализа надежности судовой техники. -Л.: Судостроение. 1980.

41. Жмудяк Л.М. Общий подход к оптимизации дизеля на его математической модели // Двигателестроение. - 1981. - №3 - С.8-10.

42. Закутаев А.И., Попов H.H. Проблемы формирования информационно-справочных диагностических комплексов судового электрооборудования: Тез. докл. Международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ 97» Управление и информационные технологии на транспорте». - С. - Пб.: СПбГУВК, 1997. - С. 173-175.

43. Иванов И.В. Оценка остаточного ресурса как показателя работоспособности судовых устройств: Тез. докл. Международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ 97» Управление и информационные технологии на транспорте». - С. - Пб.: СПбГУВК, 1997. - С. 224-226.

44. Иванченко A.A., Семеньков СМ. Математическая модель определения оптимального срока службы деталей ЦПГ двигателя // Совершенствование технического использования судовых энергетических установок / Сб. научн. тр. ЛИВТ.-1986.-С. 34-38.

45. Ищенко М.А., Халилева В.Н., Лукин П.Г. и др. Применение универсальных присадок КАС для увеличения работоспособности машин и механизмов и повышения качества смазочных материалов. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2008.-С. 422-430.

46. Карпов Л.Н. Надежность и качество судовых дизелей. - Л. Судостроение, 1975.-232 с.

47. Климов E.H., Управление техническим состоянием судовой техники. - М.:

Транспорт, 1985.- 199 с.

48. Климов E.H., Попов С.А., Сахаров В.В. Идентификация и диагностика судовых технических систем. - Л.: Судостроение, 1978. - 175 с.

49. Кобзев В.В., Лукин П.Д. Системы информационной поддержки при отказах технических средств. Тез. докл., Международной научно-технической кон-

ференции «ТРАНСКОМ 97» Управление и информационные технологии на транспорте». - С. - Пб.: СПбГУВК, 1997. - С. 175-176.

50. Коберниченко А.Б., Алмазов В.В., Куприянов Г.В., Колпащиков В.А. Влияние конструкционных факторов на адгезионную прочность в системе «трубопровод-муфта». Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2008. - С. 144-148.

51. Ковальчук Л.И., Симанович А.И. Принципы и алгоритмы построения инвариантных эталонов для функционального диагностирования судовых дизелей // Судостроение, 1999, №1. - С. 25-27.

52. Коган Б.И., Майтаков А.Л. Построение модульной технологии формирования и восстановления функциональных поверхностей элементов пищевых машин на базе информационных моделей технологических блоков. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2008. - С. 159-163.

53. Коллакот Р. Диагностика повреждений. - М.: Мир, 1989. - 512 с.

54. Кофман Д.И., Васильев Б.В., Эренбург С.Г. Диагностирование технического состояния судовых дизелей. - М.: 1982. - 144 с.

55. Коркош С.В., Образцов Б.М., Яндушкин К.Н. Надежность судовых трубопроводов. -Л.: Судостроение, 1972.

56. Кривощеков В.Е., Фадеев В.И. Техническое диагностирование судовых вспомогательных дизелей по параметру потока отказов // Морской транспорт. Сер. «Техническая эксплуатация флота». Экспресс-информация. - М.: ЦБНТИ, вып. 18 (710), 1989. - С. 13-15.

57. Кубарев А.И. Надежность в машиностроении. - Издательство стандартов, 1989.-224 с.

58. Кудряков О.В, Бровер А.В., Варавка В.Н., Краснобаев А.Г. Трибологические свойства структуры «белого слоя», сформированного на стали лазерным облучением. Современные материалы и технологии - 2002. Сборник статей Международной научно-технической конференции. - Пенза, 2002. - С. 262264.

59. Кузьмин P.B. Техническое состояние и надежность судовых механизмов. JL: Судостроение. 1974.

60. Малышев В.В., Морозов C.B., Солдатов A.A. Создание иерархической мультипроцессорной системы диагностики СЭУ. Тезисы докладов международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ-99» Управление и информационные технологии на транспорте. - СПб.: СПГУВК, 1999. - С. 264266.

61. Моек Е., Штрикерт X. Техническая диагностика судовых машин и механизмов: Пер. с нем. - Л.: Судостроение, 1986. - 232 с.

62. Мозгалевский A.B., Калявин В.П. Системы диагностирования судового оборудования. - Л.: Судостроение, 1987. -221 с.

63. Мозгалевский A.B., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. - М.: Высшая школа, 1975.-208 с.

64. Мясников Ю.Н., Равин A.A., Чекалов Ю.Н. Проблемы технического диагностирования судовых энергетических установок // Судостроение, 1978, №9.

65. Мурлычев В.Н., Гиоев З.Г., Шевченко А.И. К вопросу технической диагностики путевых машин. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехнич. ун-та, 2008. - С. 454459.

66. Надежность технических систем. / Справочник. Ю.К. Беляев, В.А. Богатырев, Е.В. Болотин и др.; Под ред. И.А. Ушакова. - М.: Радио и связь. 1985. - 608 с.

67. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. Л.: Машиностроение, 1985.

68. Никитин A.M. Техническое обслуживание - залог безопасности плавания. // Морской флот. 2006, №5, -С. 23-27.

69. Никитин А.М. Построение системы технического обслуживания главного судового дизеля на основе управления рисками // Двигателестроение. 2006, №2, - С. 32-36.

70. Никитин A.M. Анализ экономической эффективности мероприятий по снижению рисков отказов судовых двигателей внутреннего сгорания. // Двигате-лестроение. 2007, №2, - С. 33-36.

71. Никитин A.M., Рубцов М.С. Оценка эффективности технического обслуживания по состоянию. // Эксплуатация морского транспорта. СПб.: Наука, 2003, - С. 230-238.

72. Петров Ю.П. Синтез устойчивых систем управления, оптимальных по среднеквадратичным критериям качества // А. и Т. - 1983. - №7. - С. 5-24

73. Погодаев Л.И., Голубев Н.Ф. Теория и практика прогнозирования износостойкости и долговечности материалов и деталей машин. - С. - Пб.: СПбГУВК, 1997.-415 с.

74. Плотников Ю.И. Методологическое, информационное и техническое обеспечение компьютеризированного многоцелевого визуального контроля корабельных технических средств. - С. - Пб.: СПбГУВК, 1997.

75. Половинкин В.Н., Хруцкий О.В., Горшков В.Ф. Использование акустико-эмиссионного метода для диагностирования топливной аппаратуры дизеля: Тезисы докладов НТК. - Л.: Судостроение, 1991. - С. 54-56.

76. Попов H.H. Тестовое диагностирование судового энергооборудования на основе спектрального анализа высших порядков. Управление и информационные технологии на транспорте. / Материалы международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ-2001». - СПб.: СПГУВК, 2001. - С. 110-111.

77. Промыслов Л.А. Отказы и работоспособность судовых теплообменников. Л.: «Судостроение», 1974.

78. Промыслов Л.А. Ускоренная оценка надежности судовых теплообменников. Л.: «Судостроение», 1976. - 68 с.

79. Проников A.C. Надежность машин. - М.: Машиностроение, 1978.

80. Ровних В.А. Моделирование процессов диагностирования сложных технических систем. Тез. докл., Международной научно-технической конференции

«ТРАНСКОМ-97» Управление и информационные технологии на транспорте. - СПб.: СПГУВК, 1997. - С. 155-156.

81. Седякин Н.М. Об одном физическом принципе теории надежности. Известия АН СССР. Сер. «Техническая кибернетика». - 1966. - №3. - С. 80-87.

82. Семенов B.C. Теплонапряженность и долговечность цилиндропоршневой группы судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1977. - 182 с.

83. Сергеев В.В., Кумиков ПР. Восстановление коленчатых валов дизельных двигателей сверхзвуковой электродуговой металлизацией. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: изд-во Политех-нич. ун-та, 2008. - С. 285-290.

84. Соколовский М.И., Темнов В.Н. К вопросу о разработке сценариев опасного состояния технических средств. Управление и информационные технологии на транспорте / Материалы международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ-2001». - СПб.: СПГУВК, 2001. - С. 67-68.

85. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности элементов. М.: Физма-тгиз, 1962.

86. Сотсков Б.С. Технические средства управления и вопросы их надежности. М.: «Наука», 1974

87. Суворов П.С. Выбор критерия качества управления процессами нагружения главного судового дизеля. - М., 1994. - 5 с. - Деп. в ЦБНТИ Деп. речн. транспорта, 13.12.94, №309-РФ.

88. Суворов П.С. Математическая модель судового двигательного комплекса с системой ДАУ. // Энергетические установки и оборудование морских судов. -Л.: Транспорт, 1990. - С. 39-54.

89. Суворов П.С. Управление режимами работы главных судовых дизелей. -Одесса: ЛАТСТАР, 2000. - 238 с.

90. Тополянский П.А. Техническая политика в области процессов восстановления и управления. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: изд-во Политехнич. ун-та, 2008. - С. 5-13.

91. Травин С.Я., Промыслов Л. А. Оценка и обеспечение надежности судового оборудования. - Л.: Судостроение. 1968. - 204 с.

92. Трунин С.Ф., Промыслов Л.А., Смирнов О.В. Надежность судовых машин и механизмов. - Л.: Судостроение, 1980. - 192.

93. Францев И.Р. Оценка изменения остаточного ресурса судовых технических средств с учетом видов обслуживания и режимов работы: Тез. докл. Международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ-97» Управление и информационные технологии на транспорте. - СПб.: СПГУВК, 1997. - С. 160-161.

94. Химмльблау Д. Анализ процессов статистическими методами (перевод с англ.). М.: «Мир», 1973. - 953 с.

95. Хмелевская В.Б., Фуников С.Л., Кизилов А.Б. Технология восстановления и упрочнения коленчатых валов и деталей подшипников качения методом плазменного напыления с постоянной ультразвуковой обработкой. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: изд-во Политехнич. ун-та, 2008. - С. 300-303.

96. Худолей А.Г., Метелев Ю.А., Худолей A.A. Восстановление коленчатых валов среднеоборотных тепловозных дизелей методом газотермического напыления. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: изд-во Политехнич. ун-та, 2008. - С. 310-311.

97. Чекалов Ю.П. Методы и средства технического диагностирования судового энергетического оборудования. - Л.: Судостроение, 1984, №5. - С. 24.

98. Шишкин В.А. Анализ неисправностей и предотвращение повреждений судовых дизелей. М.: Транспорт, 1986. - 192 с.

99. Шостяк В.П., Гершаник В.И. Имитационное моделирование судовых энергетических установок. Л.: Судостроение, 1985.

100. Шумпетер И. Теория экономического развития. М.: Прогресс, 1982.

101. Яковец Ю.В. Ускорение научно-технического прогресса: теория и экономический механизм. М.: Экономика, 1988.

102. Яковенко Е.Г., Басс М.И., Махров Н.В. Циклы жизни экономических процессов, объектов и систем. М.: Наука, 1991.

103. Schreiber W., Christensen H.H., Hunziker R. "TPL-A New Turbocharger Series Built for Future Engine Development". CIMAC, Copenhagen, 1998, v.4, 10291038.

104. Schäfer О., Philipsen В., Brenhaus P. "Last advances in numezical simulation of aerodynamic forces on turbine blades of turbochargers for pulse charred engines". CIMAC, Copenhagen, 1998, v.6, 1705-1719/

105. Haueisen V., Stovezink R. "TPL - the reable turbocharger platform". CIMAC 2001, Hamburg, v.2, 459-466.

106. Hunziker R., Jacoby P. "A new series of small turbocharger for high flow rates and high pressure rations". CIMAC 2001, Hamburg, v.2,321-331.

107. Bucher J. "Development and application of turbo compound systems using radial - flow turbines". CIMAC 2001, Hamburg, v.l, 140-152.

108. Tiede V. "New compressor design for compact turbocharger range HPR from KBB" CIMAC 2001, Hamburg, v.2, 332-338.

109. Lützen С., Moller A.P., Christensen С. "Turbocharger failnres, a law of nature or neglect". CIMAC 2001, Hamburg, v.3, 796-801.

110. Guidance Notes on Reliability - Centered Maintenance. ABS. Houston, 2004.

111. MIL-STD-1629A Military Standard Procedures for Performing a Failure Made, Effects and Criticality Analysis Washington, 1980.

112. MIL-STD-882D Department of Defense /Standard - Practice For System Safety. USA, 2000.

Защищаемые положения и результаты диссертационной работы опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ

1 .Чебанов B.C. Методический подход к оценке функциональной надежности элементов систем главного двигателя судовой дизельной энергетической установки // Известия ВУЗов Сев-Кавк. per., техн. науки, 2008. - С.60-63 ( № 889 по перечню ВАК РФ 2008г.).

2. Башуров Б.П., Скиба А.Н., Чебанов B.C. Функциональная надежность оборудования систем главного двигателя энергетических установок транспортных средств - фактор, определяющий эффективность их технической эксплуатации // Известия ВУЗов Сев-Кавк. per., техн. науки, 2008. - С.54-57 ( № 889 по перечню ВАК РФ 2008г.).

3. Скиба А.Н., Башуров Б.П., Чебанов B.C., Мурашко М.Г. О выборе стратегии технического обслуживания элементов судовых систем // Известия ВУЗов Сев-Кавк. per., техн. науки, 2008. - С.71-75 ( №889 по перечню ВАК РФ 2008г.).

4. Башуров Б.П., Чебанов B.C. Оценка функциональной надежности элементов топливной системы судовых дизелей в условиях эксплуатации.// Двигателестроение, 2010, №1 (239). С. 34-36. ( № 719 по перечню ВАК РФ 2010г.).

5. Башуров Б.П., Середа М.П., Чебанов B.C. Математические модели прогнозирования функциональной надежности элементов судовых дизелей при эксплуатации. // Двигателестроение, 2011, №2 С. 42-44. ( № 719 по перечню ВАК РФ 2011г.).

Другие публикации:

6. Башуров Б.П., Зеленков Г.А., Чебанов B.C. Критерии оценки функциональной надежности элементов энергетических установок судовых транспортных средств. Труды Института системного анализа Российской академии наук (ИСА РАН) «Динамика неоднородных систем»: Т.31(2), 2007,-С.205-212.

7. Чебанов B.C. К вопросу оценки функциональной надежности теплообменных аппаратов систем энергетических установок на различных этапах «жизненного» цикла. Сборник статей Ш Международной научно-

технической конференции «Проблемы исследования и проектирования машин». - Пенза, 2007. - С. 32-34.

8. Бащуров Б.П., Чебанов B.C. О «жизненном» цикле оборудования систем энергетических установок и используемой терминологии при оценке его надежности. Сборник статей Ш Международной научно-технической конференции «Проблемы исследования и проектирования машин». - Пенза, 2007.-С. 38-40.

9. Чебанов B.C. О методике экспертной оценки функциональной надежности элементов систем главного двигателя дизельной энергетической установки / Сб. научных трудов МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова (вып. 12). -Новороссийск 2007. - С. 67-69.

10. Башуров Б.П., Зеленков С.Г., Чебанов B.C. К вопросу математического моделирования параметров работы судовых теплообменных аппаратов. Труды Института системного анализа Российской академии наук (ИСА РАН) «Динамика неоднородных систем»: Т.32(2), 2008. - С. 286-298.

11. Башуров Б.П., Зеленков Г.А., Чебанов B.C. Математические модели прогнозирования функциональной надежности элементов комплекса судовой дизель - системы. Труды Института системного анализа Российской академии наук (ИСА РАН) «Динамика неоднородных систем»: Т.39(1), 2008,-С.226-234.

12. Чебанов B.C., Башуров Б.П. Методы диагностирования, оценка технического состояния оборудования систем судовых дизелей при эксплуатации и средства мониторинга отказов. Материалы 10-й Международной научно-практической конференции: СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008.-С.-505-513.

13. Зеленков С.Г., Зеленков Г.А., Чебанов B.C., Шарик В.В. Анализ критерия качества по ошибкам в узлах интерполирования данных безотказной работы судовых теплообменных аппаратов с использованием полиномов и сплайнов. Труды Института системного анализа Российской академии наук «Диннамика неоднородных систем»: Т.39(1), 2008 с.235 - 241.

14. Зеленков Г.А., Чебанов B.C. Вероятностные модели безотказной работы судовых теплообменных аппаратов. Труды Института системного анализа Российской академии наук (ИСА РАН) «Динамика неоднородных систем»: Т.32(3), 2008.-С.332-339.

15. Башуров Б.П., Зеленков Г.А., Чебанов B.C. Математические модели прогнозирования безотказной работы насосов топливной и системы охлаждения судовых дизелей. Труды Института системного анализа

Российской академии наук (ИСА РАН) «Динамика неоднородных систем»: T.42(l), 2009.-С.270-279.

16. Чебанов B.C., Башуров Б.П., Шарик В.В., Носенко Е.С. Оценка функциональной надежности элементов систем охлаждения судовых дизелей на основе экспертно-статистических исследований / Сб. научных трудов МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова (вып. 13). - Новороссийск 2009. - С. 107-110.

17. Зеленков С.Г., Середа М.П., Носенко Е.С., Чебанов B.C. Математические модели прогнозирования функциональной надежности деталей цшшндро-поршневой группы судовых дизелей. Труды Института системного анализа Российской академии наук (ИСА РАН) «Динамика неоднородных систем»: Т.53(1), 2010.вып. 14,С. 185-193.

18. Зеленков С.Г., Лопатин М.С., Чебанов B.C., Шарик В.В. Методы аппроксимации данных статистического эксперимента безотказной работы теплообменных аппаратов систем судовых дизелей. Сб. Научных трудов МГА им. адм. Ф.Ф. Ушакова (вып. 14). - Новороссийск 2010. - С. 9-12

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ....................................................................4

ПЛ . КОНСТРУКТИВНЫЕ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ ОБЪЕКТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ.........................................................................6

П. 1.1. Точки измерения ударных импульсов и вибрации центробежного

сепаратора при контроле технического состояния...................................7

П.1.2. Точки измерения температур, ударных импульсов и вибрации компрессоров марок ЭК16П; 2SI - 75С; при контроле технического состояния...............................................................................................7

П. 1.3. Точки измерения ударных импульсов и вибрации при контроле

технического состояния насосов.........................................................9

П 2. ХАРАКТЕРНЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИССЛЕДУЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПЛИВНОЙ, ВОЗДУШНОЙ СИСТЕМ ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

В СУДОВЫХ УСЛОВИЯХ..............................................................10

П.2.1. Характеристики поверхностных слоев образцов после их упрочнения трением....................................................................................11

П.2.2. Значения коэффициента производительности различных способов

восстановления изношенных деталей...................................................11

П.2.3. Способы восстановления изношенных деталей........................12

П.2.4. Характерные повреждения деталей трения и способы восстановления технического состояния...............................................................12

П.2,5. Характер коррозионных и кавитационных повреждений деталей и технологические операции по восстановлению их технического состояния.... 13 П.2.6. Характер повреждений, вызванных напряженным состоянием деталей, и технологические операции по восстановлению их технического состояния................................................................ •..................................... 16

П.З. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПО ЗАМЕНЕ ДЕТАЛЕЙ ИССЛЕДУЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ В СУДОВЫХ УСЛОВИЯХ..........................................................................20

П.3.1. Условия замены подшипников одного типа подшипниками других

типов...........................................................................................21

П.3.2. Рекомендуемая сочетаемость материалов в парах трения.........21

П.3.3. Значения допусков на центровку механизмов при монтаже......22

П.4, ДОПУСТИМЫЕ ПРЕДЕЛЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, НОРМЫ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИССЛЕДУЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ОБСЛУЖИВАЮЩИХ СИСТЕМ, ПЕРИОДИЧНОСТЬ ИХ КОНТРОЛЯ И КАТЕГОРИИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ....................................................................................23

П.4.1. Допустимые пределы изменения эксплуатационных параметров комплекса главный двигатель (8RND - 90) обследуемые системы при эксплуатации...........................................................................................24

П.4.2. Нормы диагностических показателей и категории технического состояния поршневых компрессоров типа ЭК 16 П, 2S1-75C воздушной системы...............................................................................................25

ПАЗ. Оценка технического состояния подшипников качения по соотношению величин ударных импульсов...................................................26

П.4.4. Нормы диагностических показателей, периодичность их контроля и категории технического состояния элементов центробежных сепараторов..............................................................................................27

П.4.5. Предельно допустимые эксплуатационные повреждения элементов

систем..........................................................................................29

П.4.6. Скорость коррозионного износа (мм/год) трубопроводов систем и

их элементов при эксплуатации.........................................................30

П.5. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ, ОБСЛУЖИВАЮЩИХ ГЛАВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СУДОВОЙ ДИЗЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ.......................................31

П.5.1. Методы диагностирования технического состояния элементов системы наддува...............................................................................32

П.5.2. Методы диагностирования элементов масляной системы.........36

П.5.3. Методы диагностирования технического состояния элементов системы охлаждения...........................................................................41

П.6. РЕЗУЛЬТАТЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И РЕВИЗИИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ, ОБСЛУЖИВАЮЩИХ ГЛАВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДИЗЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НЕФТЕНАЛИВНЫХ

СУДОВ........................................................................................44

П.6.1. Измерительная аппаратура...............................................45

П.6.2. Техническое состояние элементов воздушной системы............46

П.6.3. Техническое состояние сепараторов топливной и системы

смазки...........................................................................47

П.6.4. Типовые модели технического состояния элементов...............49

П.6.5. Взаимная связь структурных и измеряемых параметров технического состояния поршневых механизмов..............................................50

П. 6.6. Контролируемые параметры и рекомендуемые мероприятия при

техническом обслуживании элементов систем при эксплуатации................50

П.7. НОРМИРОВАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПО КАТЕГОРИЯМ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПЛИВНОЙ И ВОЗДУШНОЙ СИСТЕМ, ОБСЛУЖИВАЮЩИХ ГЛАВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ДИЗЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НЕФТЕНАЛИВНЫХ СУДОВ.....................52

П.7.1. Нормы диагностических показателей по категориям технического

состояния сепараторов.....................................................................53

П.7.2. Нормы диагностических показателей по категориям технического

состояния воздушных компрессоров...................................................53

П.8. АППРОКСИМАЦИЯ ДАННЫХ СТАТИСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПЛЕКСА ГЛАВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - ОБСЛУЖИВАЮЩИЕ СИСТЕМЫ И ОЦЕНКА СРЕДНЕ-

КВАДРАТИЧЕСКИХ ОШИБОК.......................................................55

П.8.1. Охладители воды...........................................................56

П. 8.2. Охладители масла.........................................................57

П. 8.3. Подогреватели топлива... П. 8.4. Поршневые компрессоры П. 8.5. Газотурбонагнетатели.....

61

66

П.9. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РА-

П.9.1. Акт внедрения норм диагностических показателей элементов топливной, воздушной и системы охлаждения главного двигателя дизельной энер-

П.9.2. Акт внедрения результатов научных исследований в учебный процесс Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф. Ушакова..69

Аналитический обзор научных работ, посвященных основным направлениям повышения эффективности технической эксплуатации комплекса главный двигатель - системы судовых дизельных установок, показывает, что существующие проблемы на настоящий момент в некоторой степени разрешены, однако далеко еще не исчерпаны. Особенно это касается заключительного этапа «жизненного» цикла (стадии технической эксплуатации) и, в частности, функциональной надежности. Не в полной мере решены вопросы, касающиеся оценки последствий отказов, определения минимального объема ЗИП, путей обеспечения работоспособности ОС при эксплуатации, разработки математических моделей их функционирования и диагностирования ТС.

Для обслуживающего персонала практический интерес представляют нормы ДП, позволяющие произвести оценивание ТС ОС в процессе его ТЭ и принять своевременно меры по предотвращению возникновения отказов. Пределы изменения ДП в соответствии с категориями ТС устанавливаются на основе результатов реализации математических моделей и проведенных натурных испытаний оборудования в составе комплекса (главный двигатель - обслуживающие системы).

БОТЫ

68

гетической установки на судах ОАО «Новошип»

69

ПРЕДИСЛОВИЕ

Решение задач, связанных с прогнозированием безотказной работы ОС, основывается на разработке прогностических моделей с использованием результатов экспертно - статистических исследований, обобщенных функцией, корреляционного анализа и выбора оптимального варианта вероятностной модели. Результаты реализации таких моделей представляют практический интерес как для специалистов, эксплуатирующих ОС, так и его проектирующих с точки зрения назначения наиболее достоверного уровня надежности на первом этапе «жизненного» цикла.

Предметом основной части диссертации является решение задач по оцениванию и прогнозированию показателей и критериев и математических моделей прогнозирования безотказной работы в пределах межремонтного эксплуатационного периода. В приложение к диссертации включен материал, имеющий практическую направленность. В частности, приведены конструктивные и измерительные схемы объектов исследования, характерные повреждения деталей и способы восстановления их технического состояния, технологические условия по замене деталей, пределы изменения эксплуатационных параметров, нормы ДП, периодичность контроля и категории ТС, примеры практического использования методов диагностирования ТС.