Параметры надежности эксплуатации и мероприятия по их повышению
Бесперебойность подачи и обеспечение необходимых уровней давления на всех участках системы водоснабжения в значительной мере определяются надежностью работы насосной станции. Нарушение нормальной работы станции обусловливается различными случайными событиями, в результате которых выходят из работы отдельные элементы ее схемы (сооружения, насосы, приводные двигатели, участки трубопроводов и др.). Анализ и изучение вероятностных характеристик таких событий, а также оценка надежности действия технических систем относятся к теории надежности.
Обычно под надежностью понимается способность изделия (элемента, сооружения, системы) выполнять в определенных условиях эксплуатации все заданные функции, сохраняя рабочие параметры в пределах установленных допусков, в течение требуемого интервала времени. Применительно к таким сложным гидротехническим объектам, как насосная станция, надежность является показателем качества, в самом широком смысле этого понятия. Она определяется качеством проектирования, строительства и эксплуатации.
В процессе эксплуатации выявляются ошибки и просчеты, допущенные при разработке проекта станции, а также качество изготовления строительных конструкций и монтажа оборудования. Поэтому на персонале насосной станции лежит большая ответственность, заключающаяся не только в правильной эксплуатации сооружений, механизмов и машин, но и в своевременном выявлении и устранении возможных строительных, заводских и монтажных дефектов.
При вводе насосной станции в эксплуатацию необходимо количественно оценить ее надежность, определить продолжительность работы оборудования до вывода в ре монт, продолжительность сохранения оптимальных параметров и др. Особенно острой является проблема обеспечения надежности всех элементов си темы после ремонтных работ, ггэьодимы., как правило, в трудных условиях на месте.
Основные термины и понятия теории надежности, используемые на практике, могут быть сформулированы следующим образом.
Работоспособность насосной станции — это состояние, при котором станция способна выполнять заданные функции с параметрами (подача, напор, КПД), установленными техническими требованиями.
Неисправность — состояние насосной станции, при котором она не соответствует хотя бы одному из требований. Обычно различают неисправности, не приводящие к отказам, и неисправности (и их сочетания), вызывающие отказы.
Отказ — событие (повреждение, авария), заключающееся в нарушении работоспособности насосной станции.
Отказы могут быть постепенными и внезапными. Постепенные отказы обычно вызываются износом отдельных элементов или деталей. Например, износ взвешенными наносами и кавитацией рабочих органов насоса (см. 85), износ подшипников в результате трения и др. В результате постепенного износа, как правило, наблюдается снижение КПД т]нас насоса с течением времени (рис. 14.1). В некоторой мере такие отказы закономерны, их можно предвидеть, т. е. с какой-то точностью предсказать. Внезапные отказы являются случайными. Их появление характеризуется скачкообразным и внезапным изменением одного или нескольких из контролируемых параметров.
Следует также иметь в виду, что отказы, вызывающие нарушение работоспособности насосной станции, могут наблюдаться не только в результате различных повреждений и аварий отдельных элементов самой станции (внутренние отказы), но и в результате внешних причин (внешние отказы), как, например, прекращение подачи электроэнергии в результате аварий в энергосистеме, непредвиденное повышение или снижение уровней воды и расходов водоисточника, резкое ухудшение качества воды, ледовые помехи и т. п.
Наработка представляет собой продолжительность или объем работы насосной станции. В процессе эксплуатации обычно различают суточную наработку, месячную или годовую наработку, наработку до первого отказа, наработку между отказами и др.
Безотказность — свойство насосной станции сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов.
Среднее время восстановления представляет собой среднее время вынужденного нерегламентирован-ного простоя, вызванного выявлением и устранением одного отказа.
Долговечность — свойство сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние определяется невозможностью эксплуатации сооружения, агрегата, станции либо обусловленным снижением эффективности, либо требованиями безопасности и оговаривается в технической документации.
Срок службы — календарная продолжительность эксплуатации до момента возинкиовения предельного состояния. Различают срок службы до первого капитального ремонта, срок службы между капитальными ремонтами и др.
Совокупность приведенных выше определений характеризует надежность станций в целом. В свою очередь, используя некоторые положения математической статистики и теории вероятностей, каждое определение можно выразить количественными показателями. Основными показателями надежности для насосных станций систем водоснабжения и канализации являются: вероятность безотказной работы, частота и интенсивность отказов, средняя наработка на отказ и коэффициент готовности.
Вероятность безотказной работы есть вероятность того, что при эксплуатации насосной станции за определенный заданный промежуток времени (р не произойдет ни одного отказа.
Частота отказов f (t) есть отношение числа отказавших узлов (агрегатов) в единицу времени (месяц, год и т. д.) к первоначальному числу эксплуатируемых узлов (агрегатов) при условии, что отказавшие узлы не заменяются новыми и не восстанавливаются.
Частота отказов характеризует надежность узлов (агрегатов) станции до их первого отказа. В применении к насосным агрегатам частота отказов характеризует надежность их действия до первого выхода агрегата из строя.
Интенсивность отказов X (/) есть отношение числа отказавших узлор (агрегатов) в единицу времени к среднему числу узлов, продолжающих исправно работать. Приближенная формула:
Обычный вид зависимости A(f) показан на рис. 14.3 (кривая). Обращают на себя внимание три характерных временных участка кривой. Первый участок — от пуска агрегата (станции) до h называется приработочным периодом. Интенсивность отказов в этот период уменьшается. Второй участок относится к нормальной эксплуатации (от Л до /2) и начинается после приемки агрегатов в промышленную эксплуатацию. Характерен он относительным постоянством иитенсивностн отказов. В этот период производятся восстановительные плановые ремонты сооружений и оборудования, замена вышедших из строя узлов деталей новыми.
Третий участок начинается от tj и характеризуется увеличением интенсивности отказов в основном из-за износа и старения деталей узлов или агрегатов.
Абсолютные значения интенсивности отказов зависят от режимов эксплуатации агрегатов. При работе насосов в наиболее благоприятных режимах в отношении кавитационных явлений, вибрации и динамических усилий кривая интенсивности (кривая 2) будет отличаться от кривой /, снизится интенсивность отказов и повысится надежность действия оборудования.
Средняя наработка на отказ представляет собой среднеарифметическое время безотказной работы узла (агрегата) станции между соседними отказами:
Средняя наработка на отказ характеризует повторяемость отказов узла (агрегата) при условии, что он восстанавливается (ремонтируется). Поэтому первоначальное число узлов (агрегатов) остается постоянным.
Коэффициент готовности fer представляет вероятность того, что в произвольно взятый момент времени агрегат (насосная станция) находится в работоспособном состоянии. В
С помощью показателей надежности можно решить ряд задач, представляющих практический интерес. Так, на рис. 14.2 показано, как по заданному значению вероятности безотказной работы P(/p)MX определяется технический ресурс или срок службы оборудования. В течение времени /р надежность агрегата (станции) будет не менее заданной.
Аналогичным образом можно обосновать необходимые сроки ревизий и ремонтов сооружений и периодичность поступления необходимых запасных деталей и частей. По количественным показателям надежности можно также сравнивать различные схемы компоновки насосной станции, решать задачи резервирования, находить оптимальные варианты обслуживания сооружений станций ремонтными бригадами и др.
Оценка надежности работы узлов, агрегатов и эксплуатации насосной станции в целом требует длительного и разностороннего наблюдения за работой оборудования. Персоналу станций необходимо с момента пуска первых агрегатов станции начинать систематическое накопление статистического материала. При этом особое внимание следует обращать на причины дефектов узлов и деталей и причины отказов, на снижение КПД, подачи и напора насосов в процессе эксплуатации, на изменение во времени вибрации опорных узлов агрегатов и других параметров, иа степень износа отдельных частей оборудования.
На основе этих данных подсчитываются показатели надежности эксплуатации агрегатов и станции в целом, разрабатываются мероприятия по повышению надежности эксплуатации и производится оценка эффективности этих мероприятий.
установившемся режиме эксплуатации он равен:
Требуемая надежность эксплуатации насосных станций систем водоснабжения и канализации может и должна обеспечиваться:
в процессе проектирования:
резервированием насосного оборудования;
использованием агрегатов различной мощности;
наличием независимых источников энергоснабжения и нескольких линий водоводов;
установкой переключающих кол-лекторой и запорно-предохранительной арматуры в необходимом числе;
созданием запасных и резервных емкостей;
в процессе строительства:
использованием высококачественных материалов и оборудования;
обеспечением требуемого качества работ и тщательного контроля при приемке готовых сооружений;
в процессе эксплуатации:
натурными (контрольно-сдаточными) испытаниями вновь вводимого оборудования; объем, своевременность и правильность проведения испытаний позволяет получить действительные параметры агрегатов, выявить наиболее экономичные режимы и уточнить эксплуатационные характеристики; кроме того, эти испытания позволяют установить те ограничения параметров (по условиям, например, кавитации, вибрации и др.), соблюдение которых продлит срок службы агрегата;
выполнением правил технической эксплуатации и инструкций поставщиков оборудования; четкое знание их персоналом насосной станции и выполнение всех рекомендаций и предписаний предупреждает повреждения и аварии оборудования;
постоянным контролем за состоянием сооружений и оборудования; это позволяет своевременно выявить начало появления многих дефектов и ненормальностей в работе отдельных узлов и механизмов и предусмотреть мероприятия, обеспечивающие устранение этих дефектов.