Эксплуатация и диагностика турбинных установок


Рыбалко В.В. Эксплуатация и диагностика турбинных установок: Учебное пособие/СПбГМТУ. СПб., 2008, 207 с.

ББК 39.455

УДК 621.12(039)


В учебном пособии рассмотрены отдельные вопросы обеспечения эффективной эксплуатации судовых турбинных установок, а также методы оценки качества функционирования систем технического обслуживания. Приведены методики расчёта показателей безотказности установок, как при проектировании, так и в процессе эксплуатации. Особенностью рассмотренных методик является использование для расчётов современных информационных технологий на основе интегрированных математических пакетов Mathcad и Statistica. Даны примеры использования расчётных методик для решения практических задач. Рассмотрена проблема технического диагностирования СЭУ и даны методики параметрического диагностирования на основе анализа эксплуатационных параметров. Предложена методика оценки качества систем технического диагностирования на этапе проектирования установок.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки морских инженеров по специальности 140200 "Судовые энергетические установки". Многие разделы учебного пособия могут быть полезны аспирантам, проектантам СЭУ, а также судовым инженер-механикам, эксплуатирующим установки.


Ил. 86. Табл.10 Библиогр.: 40 назв.

Рецензенты:
доцент кафедры энергетических установок Военно-морской академии им. Н.Г. Кузнецова кандидат технических наук, доцент Марчуков Н.А.

начальник кафедры газотурбинных установок ВМИИ доктор технических наук,
профессор Попов Н.Н.



ISBN 5-88303-364-4 СПбГМТУ
2007





ОГЛАВЛЕНИЕ


1

Введение…………………………………………………………

3

2

Теоретические основы эксплуатации сложных технических систем………………………………………………………………..


6

2.1

Задачи теории эксплуатации и методы их решения…………


2.2

Проблема оценки качества судовых турбинных установок...

10

2.3

Методы оценки эффективности системы технического обслуживания судовых турбинных установок………………...


19

3

Методы расчёта показателей безотказности судовых энергетических установок………………………………………………


46

3.1

Оценка показателей безотказности турбинных установок при проектировании……………………………………………….


46

3.2

Оценка показателей безотказности турбинных установок в эксплуатации……………………………………………………….

62

3.3

Оценка показателей безотказности по результатам наблюдения за эксплуатацией объектов, для которых измеряется наработка до отказа (между отказами)..……………………



70

4

Диагностирование судовых турбинных установок……..

86

4.1

Методы диагностирования ГТУ в эксплуатации……………..

86

4.2

Разработка диагностических моделей ГТУ на основе

современных информационных технологий………………….


102

4.3

Методы оценки технического состояния ГТУ путём анализа тренда параметров…………………………………………….


128

4.4

Оценка технического состояния судовых газотурбинных

установок с использованием методов многомерного

статистического анализа…………………………………………



163

4.5

Оценка технического состояния судовых газотурбинных установок на основе анализа разнородной эксплуатационной информации ………………………………………………..



183

4.6

Вибрационное обследование судовых ГТУ…………………..

200

4.7

Оценка эффективности систем технического диагностирования…………………………………………………………………


212


Литература ………………………………………………………….

222




1. Введение


Судовая (корабель­ная) энергетическая установка (СЭУ) представляет собой сложную организационно-техническую систему. Как и любая такая система, СЭУ создается для вы­полнения определенных функций, важнейшая из которых - сооб­щение судну необходимой скорости хода в течение заданного времени. Возможность выполнения определенных функций СЭУ закла­дывается при проектировании, обеспечивается при создании и реализуется в процессе её исполь­зования по назначению. В современной транспортной энергетике всё большее применение находят газотурбинные установки (ГТУ), которые обладают рядом важных достоинств[22]. Такие установки в полной мере подходят под определение сложных технических систем.

Напомним, что под системой принято понимать совокупность подсистем (элементов), объединенных функционально или конструктивно в соответствии с определенным алгоритмом взаимодействия при выполнении конкретной задачи в процессе применения по назна­чению. Полное определение сложной системы отсутствует. Поэ­тому часто пользуются косвенными признаками [37]:

участием в системе людей, машин, внешней среды, а также наличием в ней возмущающих факторов;

наличием подсистем, имеющих содержательный характер;

иерархической структурой управления с вертикальными и горизонтальными связями;

наличием достаточного разнообразия состояний и большого числа внутренних связей в каждой подсистеме между ее элементами.

Сложные технические системы - обычно развивающиеся. Упорядоченная совокупность фаз развития системы называется жизненным циклом. Основные его стадии (этапы):

Опыт создания и использования многих сложных техничес­ких систем показывает, что эффективность их функционирования зависит от оптимального управления всеми стадиями жизненно­го цикла. Одним из важных этапов жизненного цикла СЭУ, требую­щего непрерывного управления, является эксплуатация.

Эксплуатация - это стадия жизнен­ного цикла с момента принятия СЭУ от завода-изготовителя или ремонтного предприятия, являющаяся совокупностью ввода в экс­плуатацию, приведения в установленную степень готовности к использованию по назначению, поддержания в установленной сте­пени готовности к этому использованию, использования по наз­начению, хранения и транспортирования. Заканчивается эксплуатация снятием СЭУ с судна, её списанием и утилизацией. Изучением процесса эксплуатации сложных систем занима­ется теория эксплуатации. Это сравнительно новое научное на­правление в технической кибернетике, которое возникло на ос­нове теории надежности, теории массового обслуживания, тео­рии восстановлений и методологии системного анализа.

Эксплуатация сложных технических систем (объектов) - это непрерывный процесс, включающий мероприятия по планово­му, непрерывному влиянию на объект (управлению) для достижения наз­наченного эффекта. Такому управлению должен подвергаться не только объект, но также все элементы системы обеспечения эксплуатации техники, структура которой показана на рис.1В. Система обеспечения эксплуатации представляет собой совокупность взаимосвязан­ных изделий (объектов) техники, средств их эксплуатации, исполнителей и документации, взаимодействие которых проис­ходит в соответствии с задачами каждого этапа эксплуата­ции. Как будет отмечено ниже (см.п.п. 2.2,2.3,4.1,4.6) эффект эксплуатации в значительной мере зависит от успешности функционирования системы технического обслуживания (СТО) и системы технического диагностирования (СТД) объекта. Разработке таких систем при проектировании СЭУ обычно уделяют значительное внимание [25,26].

Существует определенная специфика процесса эксплуата­ция сложных технических систем, в том числе СЭУ. Процесс эксплуатации судовых энергетических установок является целенаправ­ленным и управляемым, целенаправленность определяется пока­зателем назначения и обеспечивается функционированием не только объекта эксплуатации (0Э), но и всей системы обеспе­чения эксплуатации.




Рис.1В. Структура системы обеспечения эксплуатации технических объектов


Как отмечено выше, система обеспечения эксплуатации (СОЭ) может содержать не­сколько объектов, а также множество людей и различных уст­ройств (ЭВМ, вспомогательной техники и т.д.). Системы, в которых человек принимает непосредственное участие, называ­ются эргатическими.

Необходимость присутствия человека в системе обеспечения эксплуатации вызывается следующим:

Для эргатических систем характерны три вида человеческой деятельности, существенно различающихся между собой:

Высшей формой оперативной деятельности человека в эрга­тических системах является руководяще-оперативная, которая характеризуется значительными потоками перерабатываемой ин­формации и материальных средств. Ошибки в решениях, принима­емые на этом уровне деятельности человека, как правило, при­носят наибольший ущерб.

Оператор в эргатических системах выполняет интеллекту­альные, волевые и эффекторные функции, которые сводятся к следующему:

В связи с тем, что в сложных технических системах процессы могут протекать со скоростью, в несколько раз превы­шающей скорость мышления, возникает проблема передачи воз­можно большего числа функций управления техническим средст­вом - проблема автоматизации.

Несмотря на имеющиеся достижения в создании технических средств автоматического управления объектами эксплуатации, роль оператора в эргатических системах не снижается. Наоборот, имеются научно обоснованные требования к основным эргономическим свойствам операторов для современных технических систем. Основными из них являются: надежность; профессио­нальная пригодность, психофизиологическая устойчивость, ве­личина реакции, объем оперативной памяти и т.д.

В силу особой важности всех перечисленных эргономичес­ких свойств операторов обязательным является их профессио­нальный отбор и специальная подготовка, которые должны вес­тись постоянно, весь период эксплуатации технических систем.

Система обеспечения эксплуатации, в целом характеризуется показателями ос­новных свойств: эффективности, готовности, экономичности, сложности.

По отдельным показателям или по их совокупности прини­мается решение о пригодности той или иной СОЭ для обеспечения успешного функционирования объекта эксплуатации, т.е. для достижения поставленной цели.

Вопросами построения и оптимизации структуры системы обеспечения эксплуатации, взаимосвязи между отдельными её элементами и разработкой требований к ним занимается теория эксплуата­ции,

В общем можно отметить, что теория эксплуатации рас­сматривает наиболее общие вопросы управления системой обеспечения экс­плуатации. Причем под управлением здесь понимается целена­правленная деятельность по переводу системы в желаемое сос­тояние.



Назад