СУДОСТРОЕНИЕ 3'2013
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕСТИ ПОСЛЕДСТВИЙ ОТКАЗА ЭЛЕМЕНТОВ В ПРОЦЕССЕ ПРОГНОЗА РИСКА ЭКСПЛУАТАЦИИ СЭУ
В. В. Медведев, докт. техн. наук, СПбГМТУ (e-mail: mvv@OM13655.spb.edu), Д. С. Семионичев, канд. техн. наук, Российский морской регистр судоходства (e-mail: machinery.dept@rs-class.org)
Приемлемый уровень безопасности и надежности должен предусматриваться в ходе проектирования и постройки и поддерживаться в течение всего срока службы судна и его энергетической установки (СЭУ). Для обеспечения указанных требований, в частности, разработаны методические рекомендации по прогнозу и оценке рисков при проектировании СЭУ и их элементов [1] и при обосновании целесообразности ее модернизации [2]. Один из важных этапов процедуры прогноза и оценки риска — ранжирование отказов элементов СЭУ в соответствии с частотой отказов и степенью тяжести их последствий. Для его выполнения можно использовать рекомендации, изложенные в ГОСТ Р 27.310—95. Однако этот ГОСТ не отражает в полной мере специфику проектирования и эксплуатации судов, поэтому представляют практический интерес предложения М. Д. Емельянова по определению критичных элементов морских судов [3] и Г. В. Егорова по идентификации опасностей для судов внутреннего плавания [4].
Между тем известно, что при эксплуатации не всегда отказ элемента СЭУ приводит к остановке и прекращению движения судна, поэтому необходима универсальная матрица, позволяющая присвоить уровень опасности каждому нежелательному событию с элементами СЭУ в соответствии с методом анализа характера отказов и их последствий. Для этого предлагается классифицировать каждый рассматриваемый отказ в соответствии со следующими критериями: 1) внезапность возникновения начального события; 2) критичность отказа; 3) устраняемость отказа; 4) наличие сопутствующих аварии факторов, приводящих к дальнейшему развитию сценария аварии.
По внезапности возникновения начального события отказы можно разделить на «внезапные» и «ожидаемые».
Внезапным (непредвиденным) отказам не предшествуют признаки ухудшения технического состояния элементов. К таким отказам можно отнести усталостные разрушения,
а также отказы, зависящие от случайных факторов: повреждение дейдвудных уплотнений в связи с намоткой рыболовных сетей на гребной вал; ударные нагрузки, воздействующие на лопасти гребного винта от случайного плавучего объекта (бревна, крупной льдины) и приводящие к деформации или поломке лопастей и/или элементов вало-провода [5].
Ожидаемый отказ характеризуется постепенным изменением параметров СЭУ (например, возникновением повышенной вибрации, шума, изменением расходов топлива и/или масла) в связи с постепенным ослаблением крепления, износом, увеличением зазоров в парах трения. Такие отказы можно отнести к менее опасным, чем внезапные, поскольку у экипажа судна обычно есть возможность заблаговременно выявить их и принять меры к устранению и предупреждению.
По критичности отказы предлагается разделить на три типа. К первому типу отнесем отказы, приводящие к остановке судна. Примерами таких отказов могут быть потеря гребного винта на одновальном судне или нарушения в системе топливоподачи к главным механизмам.
Отказы, не приводящие к полной потере хода судна, но снижающие его специфи-кационные характеристики (например, снижение маневренности или скорости), можно отнести к отказам второго типа. В качестве примеров таких отказов можно привести отказ турбонагнетателей главного дизельного двигателя, прекращение работы одного из двигателей судна при многовальной конструкции пропульсивной установки, прекращение топливоподачи в один из цилиндров двигателя. Более подробно основные подходы к расчету характеристик надежности дизеля как сложной системы рассмотрены в [6].
Отказам второго типа присваивается меньшая тяжесть последствий, чем отказам первого типа, поскольку в этом случае судно не теряет способность передвигаться самостоятельно и, как правило, может достиг-
судовые энергетические установки
СУДОСТРОЕНИЕ 3'2013
Тяжесть последствия отказа
Критерий
Ожидаемый Внезапный
Устраняемость
Внезапность возникновения отказа
Опер. Быстр. Длит. Неустр. Опер. Быстр. Длит. Неустр.
со 1 1 2 2 3 3 4 4
су 1 2 3 5 3 4 5 7
- 2 4 5 6 4 6 7 8
со 2 2 4 4 4 4 6 6
с$ 2 3 5 6 4 5 7 8
4 6 7 8 6 8 9 10
В
2
та ^
о
и
2
с т о
нуть порта-убежища и маневрировать в сложных погодных условиях.
К отказам третьего типа относятся отказы, не приводящие непосредственно к ограничению скоростных и маневренных характеристик судна. К таким отказам можно отнести выход из строя резервируемого оборудования: выход из строя одного из двух уплотняющих элементов дейд-вудного устройства, работающих на масляной смазке; отказ датчика сигнализации о протечках топлива в трубопроводе высокого давления; отказ масляного/топливного фильтра при наличии обходного пути в системе подачи смазочного масла (топливоподачи). Отказы третьего типа хотя и не ведут к обязательному возникновению аварий второго и первого типов, но могут стать начальным событием в сценарии такой аварии.
По устраняемости отказы разделим на четыре категории в зависимости от времени, необходимого на выявление причины аварии и устранение ее последствий:
— оперативно устраняемый (до 30 мин), например, идентификация отказа одного из датчиков аварийно-предупредительной системы с применением системы самодиагностики;
— быстро устраняемый (время обнаружения и устранения неисправности меньше времени, за которое может прийти на помощь ближайшее судно при подаче сигнала бедствия). Например, устранение последствий разрушения упругих элементов муфты на одновальном судне путем стягивания ее каркаса специальным зажимом или шпильками;
— длительно устраняемый (требуется время большее, чем необходимо для подхода ближайшему судну при подачи сигнала бедствия). Зависит также от маршрута исследуемого судна, ожидаемой оживленности морских путей в районе предполагаемой эксплуатации и удаленности от портов-убежищ;
— неустраняемый отказ (причину аварии невозможно идентифицировать и/или устранить ее последствия силами экипажа).
Время ремонта может определяться в соответствии с нормативами,
приводимыми изготовителем оборудования, а ожидаемое время, требуемое на поиск причин аварии, — с учетом рекомендаций, предлагаемых, например, в [7].
По наличию сопутствующих аварии факторов, приводящих к дальнейшему развитию рассматриваемого сценария аварии, возможна следующая классификация:
— сопутствующие факторы присутствуют (например, потеря хода в штормовую погоду);
— сопутствующие факторы отсутствуют (например, неисправность одного средства пуска аварийного дизель-генератора при исправном втором средстве).
В соответствии с предложенной классификацией создается матрица, позволяющая определить тяжесть последствия каждого нежелательного события с точки зрения влияния на безопасность СЭУ (таблица). В работе [7] проанализированы многочисленные статистические материалы по авариям на морских и речных судах. С использованием матрицы последствия были проранжированы в баллах от 1 до 10, что позволило выявить критичные элементы, характерные для разных вариантов комплектации СЭУ. Полученный практический опыт был использован при оценке риска дальнейшей эксплуатации СЭУ, имеющих наработку. В частности, исследования были выполнены для пропульсивной установки и главных двигателей судна пр. 107711 для перевозки генерального груза, главных и вспомогательных судовых двигателей типа ЧН25/34, эксплуатируемых на судах Дальневосточного бассейна (суммарная на-
работка двигателей 39,9 тыс. ч) и главного двигателя правого борта типа 6ЧН40/46 исследовательского судна пр. 12883.
Разработанная матрица позволяет присвоить уровень опасности каждому нежелательному событию с элементами СЭУ в соответствии с методом анализа характера отказов и их последствий и методом количественной оценки риска для случая, когда при исследовании деревьев событий не делается допущения о том, что отказ любого элемента приводит к отказу всей системы, и тем самым внести вклад в процесс обеспечения надежности и безопасности СЭУ как на этапе их проектирования, так и эксплуатации.
Литература
1. Медведев В. В. Методические рекомендации по прогнозу и оценке рисков при проектировании судовых энергетических установок и их элементов//Судостроение. 2009. № 2.
2. Медведев В. В., Семионичев Д. С. Методические рекомендации по прогнозу и оценке рисков при обосновании целесообразности модернизации судовых энергетических уста-новок//Науч.-техн. сб. Российского морского регистра судоходства. 2009. Вып. 32.
3. Емельянов М. Д. Критичные элементы морских судов//Судостроение. 2008. № 6.
4. Егоров Г. В. Проектирование судов ограниченных районов плавания на основании теории риска. СПб.: Судостроение, 2007.
5. Румб В. К., Семионичев Д. С. Моделирование ударных колебаний судовых валопрово-дов при случайном взаимодействии лопастей гребного винта со льдом//Науч.-техн. сб. Российского морского регистра судоходства. 2002. Вып. 25.
6. Медведев В. В. Методы обеспечения надежности и безопасности судовых энергетических установок на основе имитационного моделирования: Дис. ... д-ра техн. наук. СПб.: СПГУВК, 2011.
7. Семионичев Д. С. Управление техническим состоянием судовой энергетической установки на основе метода формализованной оценки безопасности: Дис. ... к-та техн. наук. СПб.: СПГУВК, 2010.
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.