Показатели надежности судов и судового оборудования

Объективная необходимость непрерывного повышения надеж­ности судов и судовых технических средств стимулирует изучение фактического уровня надежности оборудования, применяемого на судах, и использование полученных результатов для разработки организационных и технических мероприятий, направленных на устранение обнаруженных конструктивных недостатков, причин отказов, на совершенствование системы ТЭ. В настоящем пособии рассматриваются, в качестве примеров, лишь некоторые обоб­щенные показатели, характеризующие уровень надежности совре­менных технических средств судов.

Безотказность. Наиболее подробно исследованы к настоящему времени показатели безотказности как основного свойства надеж­ности, обеспечивающего бесперебойную эксплуатацию судов.

Главные малооборотные двигатели. Наиболее характерным показателем надежности главного двигателя явля­ется наработка на одну вынужденную остановку судна в море. Для современных теплоходов этот показатель изменяется от 330 до 645 ч при продол­жительности стоянки 70÷137 мин. Наименее надежными уз­лами главных двигателей являются цилиндро-поршневая груп­па (ЦПГ) (k₀ = 25%) и топливная аппаратура (k₀ = 30%). Вре­мя безотказной работы многих деталей (поршни, цилиндровые втулки, подшипники и т. д.) согласуется с законом гамма-распре­деления.

Вспомогательные механизмы энергетической установки. В таблице 4 приведены значения среднего времени безотказной эксплуатации ¯Т_э некоторых вспомогательных меха­низмов.

Таблица 4.

Среднее время безотказной эксплуатации некоторых вспомогательных механизмов.

Наименование механизма	¯Тэ, тыс. час	Наименее надежные элементы и их коэффициенты отказов k0,%
Компрессоры пускового воздуха Насосы центробежные   Насосы поршневые   Сепараторы центробежные	5÷9 10÷26   8÷13   13÷28	Клапаны 50 – 90; ЦПГ 3 – 14; подшипники 2 – 14. Уплотнения 40 – 70; подшипники 12 – 30; валы 10 – 30; рабочие колеса 3 – 16. Кольца поршневые 10 – 37; клапаны 29 – 62; подшипники 5; сальники 7 – 17. Прокладки барабана 10 – 29; червяные передачи 11 – 26; муфты 10 – 30; подшипники 5 – 28.

Электрооборудование. В первые полтора-два года экс­плуатации наблюдается повышенная в 2 - 3 раза частота отказов (параметр потока отказов ω); после указанного периода приработ­ки значение ω стабилизируется вокруг установившегося значе­ния ω_уст. Эта закономерность характерна для всех видов электро­оборудования. Количество отказов за равные промежутки времени, как правило, согласуется с законом Пуассона. Из всех отказов электрооборудования отказы кабелей и арматуры сети освещения составляют (в процентах): 40 - 50, аппаратуры элек­троприводов 25 - 40, электродвигателей 5 - 8, электронагрева­тельных приборов 5 - 8, распределительных устройств 2 - 6, силовых кабелей 2 - 4, источников электроэнергии 1 - 2.

Средства автоматизации. Многочисленные исследова­ния показали, что время безотказной эксплуатации систем и средств автоматизации распределено по экспоненциальному за­кону. Учитывая различия в сложности и конструктивном испол­нении элементов и схем автоматики, различный уровень качества исходных материалов и исполнения, не представляется возможным дать обобщенную оценку безотказности систем и средств автома­тизации. Можно лишь привести примеры по конкретным системам. Так, время безотказной эксплуатации ¯Т_э систем ДАУ и САУ судов типа «Новгород» составляет (в часах): для системы ДАУ главного двигателя - 690, системы централизованного контроля - 540, ДАУ вспомогательных двигателей - 4600, САУ насосов главного двигателя - 2200, САУ компрессоров - 17 280, САУ и контроля се­параторов - 2420, ДАУ клапанами топливной и балластной си­стем - 4600, САУ вспомогательного котла - 6280, системы авто­регулирования температуры охлаждающей забортной воды - 2200, САУ рулем - 6050.

Гребные винты и валопроводы. Гребные винты, как правило, являются объектами, не восстанавливаемыми в судовых условиях. Поэтому показатель безотказности (средняя наработка до отказа) совпадает с показателем долговечности - ресурсом до капитального ремонта или до замены (списания). По данным об­следования 360 торговых судов и большого количества военных кораблей США, для 50% судов капитальный ремонт гребных вин­тов, изготовленных из марганцовистой бронзы, потребовался че­рез 10 лет эксплуатации и ранее, а 35% винтов были заменены в первые 5 лет. Отказы гребных валов происходят, как правило, вследствие развития явлений усталости. Согласно результатам об­следований одновальных морских судов США, более 30% всех ва­лов имели срок службы до 3 лет и лишь 13% - от 9 до 12лет.

Долговечность. Определение показателей долговечности судо­вых технических средств опытным путем представляет наиболее сложную задачу, так как для многих судовых систем, машин и механизмов срок службы составляет 10 и более лет, в течение ко­торых происходят существенные изменения в конструкции и тех­нологии изготовления новых изделий аналогичного назначения. Поэтому для таких агрегатов и механизмов сроки службы уста­навливают исходя из схемы ТЭ судна с учетом опыта эксплуата­ции аналогичных изделий предыдущих выпусков. Нормированные показатели при проектировании обеспечиваются соответствующи­ми расчетами прочности.

В большинстве случаев срок службы основных агрегатов и ме­ханизмов принимается равным нормативному сроку службы суд­на (20 - 25 лет) либо сроку службы до большого ремонта судна.

В то же время для ряда элементов судна срок службы устанав­ливается, основываясь на средней скорости (интенсивности) изно­са или коррозии, предельно допустимом износе.

Средний срок службы судовых трубопроводов составляет от 5,7 до 9 лет; меньшие значения — для стальных оцинкованных и медных труб в общесудовых и санитарных системах. Исключение составляют стальные трубы с резиновыми покрытиями и полихлор­виниловые трубы, расчетный срок службы которых значительно выше. Средний срок службы, лет, до капиталь­ного ремонта некоторых судовых механизмов и устройств состав­ляет: люковые закрытия и их приводы – 8, донно-забортная арматура – 8, грузовые стрелы и блоки – 6 -10, гребные винты – 6 – 10, насосы – 8, вентиляторы – 10, рулевые машины 9, краны, лебедки грузовые – 10 – 14, испарители – 4, опреснители, водонагреватели, маслоохладители – 8.

Ремонтопригодность. Характерным показателем ремонтопри­годности СЭУ и, в частности, главного двигателя является сред­нее время простоя судна при вынужденной остановке в море, рав­ное 1÷2,5 ч, которое может рассматриваться как среднее время восстановления ¯ Т_в.

При оценке надежности двигателей широко применяется в ка­честве показателя ремонтопригодности трудоемкость одного ТО основных узлов дизеля.

Для некоторых вспомогательных механизмов устранение отка­зов деталей и узлов совмещается по времени с ТО (переборкой) всего механизма. Трудоемкость одной переборки H_т01, как пока­затель ремонтопригодности, составляет (в чел.-ч): 10 - 30 для цен­тробежных насосов, 36 - 60 для компрессоров пускового воздуха, 14 - 29 для центробежных сепараторов, 29 - 33 для поршневых на­сосов.

Для электрооборудования судна в целом ¯Т_в = 3,9 ч, ¯Н_в = 5,6 чел.-ч. При этом наименьшие значения ¯Т_в = 2,4 ч и ¯Н_в =3 чел.-ч характерны для аппаратуры коммутации, защиты и управления, а наибольшие ¯Т_в =16 ч и ¯Н_в = 22 чел.-ч - для элек­тродвигателей. Среднее время восстановления аппаратуры авто­матики составляет 0,5 - 2 ч.

Комплексные показатели надежности. Наиболее характерными комплексными показателями надежности судна в целом являются: коэффициент технического использования k_т._и, удельная трудоем­кость ТО H_то и ремонта h_р за год, удельная стоимость ТО С_то и ремонта С_р за год эксплуатации (таблица 5). Их значения учитыва­ют безотказность, ремонтопригодность и долговечность сложных систем, агрегатов и их элементов. Оценка технико-экономической эффективности судов не может быть произведена без учета ука­занных выше показателей надежности.

Таблица 5.

Комплексные показатели надежности судна

Обозначение показателя	Единица измерения, тыс.	Значение показателя по типам судов
h то Cто hp Ср kти	чел.-ч руб. чел.-ч руб.	42,2 84,4 24,4 124,2 0,88	58,5 97,1 22,2 107,0 0,89	49,0 94,0 20,8 117,4 0,902	71,2 144,1 44,3 206,6 0,84

Для комплектующего оборудованияk_ти и k_г не являются до­статочно наглядными показателями, так как их значения обычно близки к единице, а наиболее трудоемкий ремонт оборудования производится при заводском ремонте судна, длительность которого, как правило, определяется объемом корпусных работ. Поэтому основным комплексным по­казателем надежности комплектующего оборудования является удельная трудоемкость ТО, приведенная к определенному перио­ду эксплуатации, наработке и т. д. (например, за год эксплуа­тации, за 1000 ч работы, на 1 цилиндр и т.п.), которая использу­ется при планировании работ судовых экипажей и судовых ремонтных бригад. Этот показатель применяется для агрегатов, ма­шин и механизмов в целом, а также для их узлов, блоков и де­талей.

По эксплуатационным данным трудоемкость ТО главного двигателя за 1000 ч работы, приведенная к 1000 э.л.с, составляет (в чел.-ч): для двигателя 6RD-76 Зульцер - 84, для 7ДКРН74/160 - 176, для К8Z 70/120Е Ман - 157. Наиболее трудоемкими (в обслуживании) узлами главных двигателей являются: цилиндро-поршневая груп­па (20 - 43% общей трудоемкости ТО), крышки с клапанами (10 - 24%), топливная аппаратура (13 - 35%), турбокомпрессоры (10 - 30%) и подшипники (10 - 17%).

Трудоемкость ТО вспомогательных двигателей на один ци­линдр за 1000 ч работы составляет (в чел.-ч): 32,1 для двигате­ля ВАН-22; 39,3 для 25 МТВН-40; 33 для NVD-Зб и 33 для ЧН 25/34.

Удельная (годовая) трудоемкость ТО вспомогательных меха­низмов составляет (в чел.-ч): компрессоров пускового воздуха – 32 - 110, центробежных насосов – 10 - 20, поршневых насосов – 20 - 35, сепараторов – 5 - 19. Годовая трудоемкость ТО электрооборудования составляет 2500 – 3500 чел.-ч.

Приведенные выше комплексные показатели надежности яв­ляются средними за период эксплуатации до капитального ремон­та или до списания. В действительности, под влиянием многих факторов, определяющих объем и характер работ по ТО и ремон­ту, весь срок службы судна можно разделить на четыре периода. Первый период - освоение судна, обнаружение и устранение построечных дефектов - продолжается 1,5-2 года и характери­зуется повышенной потребностью в ТО. Второй период - с 3-го по 9-й год службы - период стабильного и эффективного ис­пользования с наименьшими трудозатратами на ТО и ремонт. Третий период - с 10 до 20 лет - характеризуется возраста­ющим объемом работ. Четвертый период - последующие годы до списания - период наибольшей удельной трудоемкости.

Приведенные в настоящем пособии показатели фактическо­го уровня надежности современных судов и их комплектующего оборудования, естественно, не являются исчерпывающими. Здесь не произведен анализ факторов, влияющих на безотказность, дол­говечность и ремонтопригодность объектов, не приведены реко­мендации по повышению надежности судового оборудования; та­кой анализ и рекомендации носят индивидуальный характер.

7. СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА СУДОВ

Дата добавления: 2015-07-02