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 6.1 приведены значения среднего времени безотказной эксплуатации ¯Т_энекоторых вспомогательных механизмов.

Таблица 6.1.

Среднее время безотказной эксплуатации некоторых вспомогательных механизмов.

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 двигателейшироко применяется в качестве показателя ремонтопригодности трудоемкость одного ТО основных узлов дизеля.

Для некоторых вспомогательных механизмовустранение 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 электрооборудованиясудна 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 автоматикисоставляет 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_тои ремонта h_рза год, удельная стоимость ТО С_то и ремонта С_р за год эксплуатации (таблица 6.2). 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 6.2.

Комплексные показатели надежности судна

Для комплектующего оборудованияk_ти и k_гне 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 двигателейна 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 механизмовсоставляет (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.

Контрольные вопросы.

1. Теория надежности в практических задачах технической эксплуатации судового оборудования.
2. Перечислить группы понятий относящихся к надежности.
3. Показатели безотказности.
4. Показатели долговечности.
5. Комплексные показатели надежности.