научная статья по теме МЕТОДИКА УМЕНЬШЕНИЯ ОПАСНОСТИ ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ НА ВОДОРОДЕ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «МЕТОДИКА УМЕНЬШЕНИЯ ОПАСНОСТИ ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ НА ВОДОРОДЕ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ»

УДК 516.11:532.533:536.24

МЕТОДИКА УМЕНЬШЕНИЯ ОПАСНОСТИ ПРИ ФУНКЦИОНИРОВАНИИ НА ВОДОРОДЕ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

В.А. Бершадский

Россия, г. Пересвет Московской обл., e-mail: vabersh@rambler.ru

В настоящей статье описана методика, созданная в результате обобщения опыта проведения испытаний двигательных установок ракет. Методика содержит концептуальные технические решения, комплекс оперативных мероприятий и специальные способы для уменьшения вероятности возникновения аварии. Эти принципы сформированы в результате исследования нештатных ситуаций. Разработанная методика способствует совершенствованию существующей технологии безопасного функционирования сложных технических устройств на водороде.

METHODS FOR REDUCTION OF DANGER IN CASES OF FUNCTIONING ON HYDROGEN OF COMPLEX TECHNICAL DEVICES

V.A. Bershadskiy

Peresvet, Moscow reg., Russia, e-mail: vabersh@rambler.ru

In the present article methods originated in the result of generalization experimental tests of rocket propulsion systems are described. The methods contain conceptual technical solutions, a complex of operative measures and special ways for reduction of accident probability. These principles have been established in the result of research of worst-case situations. The designed methods assist in perfection of the existing technology of complex technical devices on hydrogen safe functioning.

Бершадский Виталий Александрович

Образование: Московский авиационный институт (МАИ), 1962 г., аспирантура при ЦНИИМаш в 1979 г., д-р техн. наук, чл.-корр. Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского.

Квалификация: инженер-механик по двигателям летательных аппаратов, защитил кандидатскую диссертацию в РКК «Энергия» и докторскую диссертацию в МАИ по специальности «Тепловые и электроракетные двигатели, энергетические установки летательных аппаратов».

Область научных интересов: методы испытаний двигательных установок ракет и исследование процессов тепломассообмена в их системах питания.

Трудовая деятельность: 1962-1963 гг. - Институт двигателей АН; 1963-2004 гг. -НИИХимМаш РКА; 2002-2004 гг. - профессор МГИУ.

Общественная деятельность: Российская академия космонавтики и Русское экологическое общество.

Публикации: 68, 34 изобретения.

Введение

Использование водорода в качестве рабочего тела позволяет создавать энергетически выгодные и экологически чистые технические устройства. Основной проблемой, сдерживающей широкое приме-

нение водорода, является возможность его экономичного получения и безопасной эксплуатации технических устройств [1, 2]. Большой энергетический потенциал пожаро-взрывоопасности водорода подтверждает ряд событий, которые происходили с разрушениями и гибелью людей в 20 веке [3-5]. Эти

■ J

úl ^

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 3 (71) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009

75

события заставляют принимать специальные организационно-технические решения для безаварийной работы на водороде двигательных и энергетических установок различных транспортных средств и стационарных систем.

В настоящей статье изложена методика, созданная в результате обобщения опыта [5-8] проведения наземных испытаний двигательных установок (ДУ) ракет, работающих на водороде и кислороде. Испытания ДУ ракетно-космических комплексов (РКК) на этапах наземной автономной и комплексной экспериментальной отработки (ЭО) проводятся для обнаружения и устранения неисправностей, повышения надежности их функционирования. Испытания при комплексной ЭО позволяют провести аттестацию объектов испытаний (ОИ) в условиях, приближенных к натурным, и подтвердить готовность к летным испытаниям (ЛИ) ДУ блоков ракет [9, 10]. При проведении в России с 1974 по 2002 год комплексной ЭО кислородно-водородных разгонных блоков Р (РКК «Н1-Л3») и 12КРБ (РКК «в8ЬУ»), маршевого блока Ц (РКК «Энергия») масса жидкого водорода в топливных баках ДУ составляла от 2 до 100 тонн.

Важность решения вопросов безопасности при ЭО ДУ ракет обусловлена тем, что из-за роста мощности ДУ и концентрации больших количеств по-жаро-взрывоопасных компонентов топлива на ОИ и наземном стендовом или стартовом испытательном комплексе (СК) аварийный исход испытаний при разрушении элементов конструкции по последствиям может быть сравним с катастрофами, вызванными природными явлениями, и стать общественно-политическим событием, тормозящим развитие техники [10, 11].

При оформлении настоящей статьи использованы материалы, приведенные в работе [12]. Основой для разработки методики в виде иерархической структуры послужил ряд положений по надежности и эффективности в технике [13, 14], а также требования Федерального закона о промышленной безопасности [15] в части уменьшения вероятности возникновения аварийной ситуации (АС); обеспечения готовности организации, эксплуатирующей опасные промышленные объекты, к парированию АС, локализации и уменьшению последствий возможной аварии.

Формирование основных принципов уменьшения опасности испытаний

На концептуальном уровне основные принципы уменьшения опасности совместного функционирования на водороде и кислороде сложных технических устройств (ДУ ракеты и СК) сформированы в виде следующих положений:

1. Безопасного функционирования сложных технических устройств на водороде не существует. Несмотря на общий рост надежности ДУ, невозможно

исключить вероятности возникновения нештатных ситуаций (НШС), которые могут привести к аварии. Кроме того, применяемые на практике (согласно нормативным документам) общепромышленные приемы безопасного проведения работ не учитывают особенности конструктивного исполнения ОИ, режимов и условий проведения работ с ними на СК. Поэтому возникает необходимость в разработке и реализации дополнительных мероприятий, уменьшающих опасность работ с конкретными ОИ на основе анализа возможных НШС.

2. Уменьшение опасности испытаний для подтверждения готовности ДУ ракеты к ЛИ может базироваться на использовании функциональной модели, приведенной на рис. 1. Согласно этой модели нарушение нормального функционирования сложных технических устройств происходит из-за логических и физических НШС (ЛНШС и ФНШС), что может привести к появлению АС. Невозможность парирования АС приводит к необходимости прекращения испытаний для предотвращения аварии.

ЛНШС - это невыполнение основных требований технической и нормативной документации при создании ОИ и подготовке его к испытаниям. ФНШС -это отклонение при испытаниях основных параметров процессов в системах или параметров конструкции ОИ за допустимые пределы. АС - это определяемая с помощью средств диагностики угроза разгерметизации или разрушения конструкции с аварийным выбросом компонентов топлива.

Разрабатываемые и реализуемые дополнительные мероприятия должны обеспечивать уменьшение вероятности возникновения и реализации АС, а также последствий аварийного исхода испытаний.

3. Решение о достаточности разработанных и реализованных мероприятий и допустимом риске испытаний должно принимать оперативно-техническое руководство по ЭО ДУ на основе анализа, проведенного группой экспертов.

Возникновение аварии носит случайный характер. Однако оценку риска проведения испытаний, то есть вероятность возникновения аварии, масштаб материальных повреждений и человеческих потерь, невозможно провести с использованием известных математических методов, базирующихся на вероятностном подходе. Проведение комплексной ЭО ДУ ракеты является редким явлением, ограниченное количество информации об аварийных исходах испытаний не позволяет определить возможную частоту аварии при известной продолжительности выполнения программы комплексной ЭО.

Альтернативный подход для оценки риска может быть основан на идее представления вероятности аварийного исхода испытаний и величины потенциального ущерба как меры мнений и убеждений экспертов, сформулированных в результате анализа разработанных и реализованных методов уменьшения опасности испытаний.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (71) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

Рис. 1. Функциональная модель уменьшения вероятности аварийного исхода наземных испытаний ДУ ракеты Fig. 1. Functional model for accident probability reduction in the land tests of the rocket propulsion system (PS)

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 3 (71) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009

Определение мероприятий для уменьшения опасности испытаний

Оперативный уровень разработок содержит определение комплекса мероприятий и технических средств для уменьшения опасности испытаний и оценки их эффективности.

Применительно к испытаниям ДУ комплекс мероприятий сформирован в виде структурной схемы на рис. 2 и является результатом детерминистского анализа наиболее вероятных источников дефектов и отказов при работах с водородом и кислородом, приводящих к разгерметизации систем питания ОИ и СК. Предлагаемые оперативно-технические решения для уменьшения опасности испытаний, приведенные на рис. 2, включают три независимых комплекса мероприятий - «А», «Б», «В».

Мероприятие «А» повышает устойчивость функционирования сложной технической системы в результате предварительного анализа возможных НШС и реализации технических решений, уменьшающих вероятность отказов. Необходимость этого мероприятия обусловлена невозможностью 100%-го диагностирования дефектов и отказов при функционировании ОИ, а также существующей инерционностью элементов пневмогидравлических систем при парировании НШС в процессе испытаний. Практическая реализация способов уменьшения опасности в этом мероприятии связана с большой трудоемкостью и стоимостью работ, проводимых на этапах создания и отработки агрегатов и систем, входящих в состав ОИ и СК.

Рис. 2. Комплекс мероприятий для уменьшения опасности испытаний Fig. 2. A complex of measures for danger of tests reduction

78

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (71) 2009

© Scientific Technical Centre «TATA», 2009

fjMtm

Мероприятие «Б» направлено на предотвраще

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Комплексное изучение отдельных стран и регионов»