CC BY
205
Пример наглядно показывает, что раздельное резервирование намного эффективнее общего, а резервирование замещением при надежном переключении эффективнее постоянного.
Список литературы
1. Брауде В. И., Семенов Л.Н. Надежность подъемно-
транспортных машин 1986. Мягкая обложка. 184 с.
2. Кацман М.М., Электрический привод. Издательство: Академия Год: 2011 Страниц: 384с.
3. Ключев В.И., (2001) Теория электропривода: учеб. для вузов.
Нгуен Чонг Хай, асп., tronghai0321@gmail. com. Тула, Тульский государственный университет
IMPROVING THE RELIABILITY OF MATERIAL HANDLING MACHINES
N.T. Hai
The article describes a method for increasing the structural reliability by parallel connection of elements is a structural redundancy. And the article also shows the principle of redundancy in the system recovery in industrial machines.
Key words: backup, reserve, system reliability.
Nguyen Trong Hai, postgraduate, tronghai0321@gmail. com, Tula, Tula State University
УДК 621.646
АНАЛИЗ ПРИЧИН НАРУШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДНОЙ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ
Е.В. Плахотникова, Т. А. Елисеева
В статье, проведен анализ основных причин нарушения работоспособности электроприводной запорной арматуры. Осуществлена систематизация причин путем их расслоения по отказам запорной арматуры и отказам электропривода, а также оценка их значимости на основе метода экспертных оценок.
Ключевые слова: работоспособность, безопасность, надежность, отказ, электроприводная запорная арматура.
Вопросу надежности и безопасности трубопроводной арматуры посвящен ряд исследований [1, 2, 3]. Причиной высокого интереса к обозначенной теме является непосредственная взаимосвязь качества электропри-
352
водной запорной арматуры и безопасности объектов, на которых она эксплуатируется, среди которых необходимо отметить АЭС, ТЭС и объекты химической промышленности. В связи с такой широкой распространенностью важно поддерживать безопасность арматуры на должном уровне, предвидеть и предупреждать её возможные отказы и их последствия [4].
Согласно статье В.К. Погодина [2], значительное количество аварий и остановов технологических процессов на промышленных предприятиях происходит из-за нарушения работоспособности трубопроводной арматуры (ТА) - невыполнения основных функций: «открытие-закрытие», потеря герметичности в затворе и по отношению к внешней среде и т.д.
Анализ литературы и нормативной документации [5-8], позволяет утверждать, что перечисленные отказы могут быть вызваны целым рядом причин: износом запорной арматуры из-за нарушения условий ее эксплуатации, заложенными на стадии проектирования ошибками, нарушением порядка и условий сервисного обслуживания и т.д.
С целью снижения риска возникновения причин, ведущих к отказам электроприводной запорной арматуры и к потере её работоспособности проведем многофакторный анализ путем выявления и систематизации, наиболее часто встречающихся причин, а также определения их степени критичности.
Для реализации первого этапа анализа - определения номенклатуры наиболее часто встречающихся причин, - был обработан значительный массив статистической информации [5-8], систематизация которой проводилась путем построения древовидной многоуровневой диаграммы (рис.1).
Древовидная диаграмма — инструмент, который позволяет систематически рассматривать предмет (проблему) в виде составляющих элементов (причин) и показывать логические (и являющиеся следствием или продолжением) связи между этими элементами (причинами) [9].
Для построения диаграммы (рис. 1) был использован метод стратификации (расслоения показателей) [10]. Путем стратификации, а затем их последующей систематизации по характерным свойствам была составлена «древовидная диаграмма», определяющая номенклатуру показателей элек-троприводной запорной арматуры. Расслоение статистических данных производилось по двум основным факторам: критерии отказов и критерии предельных состояний (рис.1 (2-уровень)). Такой подход в дальнейшем позволит разработать конкретные рекомендации по повышению эксплуатационной надежности отдельно для каждого элемента рассматриваемой системы электроприводной запорной арматуры. Критерии отказа - это совокупность признаков, характеризующих неработоспособное состояние изделия [11]. Критерием предельного состояния является совокупность признаков, при которых использование по назначению должно быть прекращено (или невозможно) и изделие должно направляться в капитальный ремонт или списываться (сниматься с эксплуатации) [11].
Рис. 1. Древовидная диаграмма причин отказов электроприводной
арматуры
Далее, каждая из основных причин 2-го уровня была детализирована, что в результате позволило получить четырехуровневую систематизированную структуру возможных причин потери работоспособности электроприводной запорной арматуры.
Следующим шагом анализа было определение весомости каждого из выявленных причин 4-го уровня (отказов электропривода и клапана), с целью оценки их критичности, с точки зрения последствий их проявления на объекте эксплуатации.
Для реализации второго этапа анализа был использован метод экспертных оценок, где экспертам было предложено ранжировать отказы электроприводной запорной арматуры по десятибалльной шкале (от 1 до 10) в соответствии с тяжестью их последствий.
Сущность метода экспертных оценок заключается в проведении экспертами интуитивно-логического анализа проблемы с количественной оценкой суждений и последующей обработкой результатов [12]. В настоящее время данный метод широко применяется для решения проблем различного характера, в том числе и для оценки качества продукции.
Для проведения экспертной оценки была сформирована группа экспертов, включившая сотрудников кафедры «Инструментальные и метрологические системы» Тульского государственного университета и представителей предприятия «Сплав-привод» (г. Великий Новгород) и разработа-
ны опросные листы с перечнем основных причин нарушения работоспособности 4-го уровня детализации. Результаты полученных оценок сведены в таблицу (табл. 1).
Проверка согласованности мнений экспертов производится по коэффициенту конкордации [13], рассчитываемому по формуле (1):
Ж = 2 12 /-------’ (1)
п ■ (т - т)
где £ - сумма квадратов отклонений суммы баллов каждого объекта экспертизы от среднеарифметического значения этой же величины; п - число экспертов; т - число объектов экспертизы.
Для данного случая
Ж = 12■314 »о,7.
52 ■ (63 - 6)
Значимость коэффициента конкордации проверялась по %2 распределению [13]. Вычислим наблюдаемое значение критерия по формуле (2):
%2 = п ■ (т -1) ■ Ж (2)
Х2н = п ■ (т -1) ■ Ж = 5 ■ (6 -1) ■ 0,7 = 17,5.
2 2 Критическое значение хкр найдем по таблице квантилей % распределения по заданному уровню значимости «=0,05 и числу степеней свободы V = т -1 [13].
%2р = %2(1 - а; т -1) = %2 (0,95;5)=11,07.
Так как %2> х^р, то коэффициент конкордации значим, т.е. мнение
экспертов по оценке тяжести последствий отказов электроприводной арматуры согласуются с вероятностью 0,95%.
Анализ данных, представленных в таблице (табл.1) позволяет сделать вывод, что наиболее значимыми, с точки зрения тяжести их последствий, являются отказы «увеличение времени срабатывания сверх допустимого», «невыполнение функции открытие - закрытие», «отказ системы электрического управления», таким образом, их устранение необходимо производить в первую очередь.
Третий этап анализа заключался в выявлении причин отказов 4 - го уровня, а также установление взаимосвязей между ними.
Для реализации данного этапа была построена диаграмма сродства (рис. 2).
Таблица 1
Таблица для расчета коэффициента конкордации
Отказы Ранги по оценкам экспертов Сумма рангов Отклонение от средне-арифметического Квадрат отклонения Относительное значение весомости каждого отказа,%
1 2 3 4 5
Потеря герметичности по отношению к внешней среде 6 5 5 5 5 26 -10 100 12,05
Потеря герметичности в затворе сверх допустимых КД пределах 7 6 6 5 7 31 -5 25 14,35
Невыполнение функции «открытие - закрытие» 8 10 8 8 8 42 6 36 19,44
Увеличение времени срабатывания сверх допустимого 9 10 9 9 8 45 9 81 20,83
Отказ системы ручного управления 6 5 6 6 7 30 -6 36 13,89
Отказ системы электрического управления 8 9 9 8 8 42 6 36 19,44
Е 216 Е 314 Е 100
Диаграмма сродства предназначена для группирования и упорядочивания большого количества качественных (не числовых) данных. Группирование происходит по принципу родственности информации, которая связана с определенной темой. Каждая группа данных представляет собой группу, выделенную по некоторому признаку, характерному только для этой группы. Данный инструмент качества относится к инструментам управления (к семи новым инструментам качества) и является «творче-
356
ским» методом. Объединение информации в группы происходит в основном не за счет логической связи между этой информацией, а скорее за счет ассоциаций [14].
Рис. 2. Диаграмма сродства для системы «электропривод - запорная арматура»
Построение диаграммы (рис.2) позволило систематизировать информацию о причинах отказов 4 - го уровня системы электроприводной запорной арматуры, выделенного ранее. На рисунке 2 данные причины обозначены прописными буквами русского алфавита, цифрами, обозначены причины их вызывающие (табл.2), штриховыми линиями показана взаимосвязь между отказами, находящимися в разных категориях. Данная диаграмма позволила установить отказы, взаимно провоцирующие друг друга. Например, отказы «невыполнение функции «открытие закрытие» и «увеличение времени срабатывания сверх допустимого» связывает общая причина - «повреждение резьбы винтовой пары», а «отказ системы электрического управления» электропривода связан межгрупповыми связями с отказом арматуры «невыполнение функции «открытие закрытие» (наличие общей причины - недостаточный крутящий момент). Если два параметра связаны между собой, значит изменение одного, повлечет за собой изменение другого. В дальнейшем причинам, которые ведут к совокупным отказам необходимо уделить особое внимание. Подробное изучение данных причин, разработка корректирующих действий и мероприятий по их устранению позволит уменьшить количество отказов и повысить работоспособность не отдельно взятых элементов, а всей системы электроприводной
запорной арматуры.
Таблица 2
Пояснение к рисунку 2
Обозначение Описание
А Потеря герметичности корпусных деталей и сварных соединений
Б Потеря герметичности неподвижных соединений
В Потеря герметичности подвижных соединений
Г Пропуск среды при закрытом запорном органе (через седло)
Д Перемещение запорного органа с задержками
Е Полное отсутствие перемещения запорного органа
Ж Электропривод не обеспечивает достаточного усилия для герметичного перекрытия арматуры
З При пуске электродвигателя арматура не открывается
И При нажатии на пусковые кнопки двигатель вращается вхолостую, а электропривод стоит
К При нажатии на пусковые кнопки электродвигатель не вращается
Л При работе ручного дублера стрелка указателя положения запорной арматуры не вращается
М Усилие на маховике возрастает настолько, что невозможно открыть или закрыт арматуру
Н При переключении привода на ручное управление маховик вращается в холостую
1 Наличие трещин, пустот, свищей
2 Коробление корпуса в местах присоединения к трубопроводу
3 Повреждение уплотнительных поверхностей корпуса и крышки
4 Нарушение технологии изготовления сварного шва или его повреждение
5 Износ прокладок
6 Недостаточная затяжка шпилечного соединения
7 Повреждение уплотнительных поверхностей корпуса, крышки, фланца
8 Износ сальника
9 Повреждение поверхности шпинделя
10 Повреждение запорного органа
11 Попадание твердых частиц между уплотнительными поверхностями затвора
12 Приложено слишком малое усилие на маховике
Окончание табл. 2
Обозначение Описание
13 Повреждение резьбы винтовой пары
14 Скопление твердого осадка на поверхности направляющих
15 Ржавчина, долгие простои
16 Не точно настроены конечные микровыключатели
17 Недостаточный крутящий момент в сторону закрытия
18 Недостаточный крутящий момент в сторону открытия
19 Срезана шпонка на червяке или на валу электродвигателя
20 Электропривод не переключен на электрическое управление
21 Нет напряжения на щите управления
22 Не работает пускатель
23 Неисправна силовая цепь
24 Ослаб винт, стопорящий диск со стрелкой
25 Неисправность передачи от приводного вала привода к валу путевого выключателя
26 Заедание подвижных частей электропривода
27 Заедание подвижных частей арматуры
28 Сорвана шпонка на шлицевом валу или маховике
29 Кулачки муфт не сцепляются или сломаны
В результате проведенного анализа основных причин нарушения работоспособности электроприводной запорной арматуры можно сделать следующие выводы:
наиболее важными с точки зрения тяжести последствий являются отказы «увеличение времени срабатывания сверх допустимого», «невыполнение функции открытие - закрытие», «отказ системы электрического управления», именно для их устранения должны быть разработаны корректирующие мероприятия в первую очередь, что в максимальной степени за незначительный период времени позволит снизить риск потери работоспособности системы электроприводной запорной арматуры;
разработка диаграммы сродства позволила установить взаимосвязи между отказами 4 уровня, причинам их возникновения, а также выявить отказы, взаимно провоцирующие друг друга. Очевидно, что воздействие на данные причины с целью их устранения, так же позволит снизить потери работоспособности электроприводной запорной арматуры;
устранение причин, объединяющих межфункциональными связями отказы электропривода и отказы запорной арматуры, позволит в дальнейшем более эффективно разработать мероприятия и корректирующие действия по их устранению.
Список литературы
1. Тарасьев Ю.И., Токмаков О.А. Пути обеспечения безопасности арматуры // Мир арматуры: журн. №3 (60) 2009. СПб, 2009. С.16-22.
2. Погодин В.К. Концепция обеспечения безопасной эксплуатации трубопроводной арматуры на промышленных предприятиях // Арматуро-Строение: журн. №1 (40) 2006. С. 24-37.
3. Тарасьев Ю.И., Дунаевский С.Н. Вопросы надежности и безопасности трубопроводной арматуры // территория нефтегаз: журн. №9, 2008. С. 64-69.
4. Елисеева Т. А. Анализ безопасности электроприводной запорной арматуры методом АВПКО // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 5. Тула: ТулГУ. 2013. С. 182-186.
5. Кинжер А.Х. Ремонт трубопроводной арматуры электростанций: учебное пособие. М.: Высш. Школа, 1986. 144 с.
6. Гуревич Д.Ф.Трубопроводная арматура: справочное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Ленинград: Машиностроение, 1981. 368 с.
7. НП-068-05. Трубопроводная арматура для атомных станций. Общие технические требования; введ. 2006-05-01.М.: РОСТЕХНАДЗОР, 2006. 59 с.
8. ГОСТ 5762-2002. Арматура трубопроводная промышленная. Задвижки на номинальное давление не более РК 250. Общие технические условия; введ. 2003-07-01. М.: Изд-во стандартов, 2003. 20 с.
9. Глудкин О.П., Горбунов Н.М., Гуров А.И. Всеобщее управление качеством: учебник для вузов, М.: Горячая линия. Телеком, 2001. 600 с.
10. Шишкин И.Ф.Метрология, стандартизация и управление качеством. М.: Изд-во стандартов, 1990. 324 с.
11. РД 26.260.004-91 Методические указания. Прогнозирование остаточного ресурса оборудования по изменению параметров его технического состояния при эксплуатации; введ. 1992-01-01. М.: Изд-во стандартов, 1992.
12. Орлов А.И.Экспертные оценки: учеб. пособие. М.: ИВСТЭ, 2002. 230 с.
13. Басовский Л.Е., Протасьев В.Б Управление качеством: учеб. для вузов. М. : ИНФРА-М, 2007. 212с.
14. Менеджмент качества. Диаграмма сродства. http://www.kpms.ru /Implement/Qms_Affinity_Diagram.htm (дата обращения 9.12.2013).
Плахотникова Елена Владимировна, канд. техн. наук, доц.,
е р1аИо1.п1коуа а таИ. ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Елисеева Татьяна Алексеевна, асп., е^ееуа [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS OF MALFUNCTION MOTORIZED STOP VALVES E. V. Plahotnikova, T.A. Eliseeva
The article analyzes the main causes of abnormal operation, valves. Carried out by their systematization reasons bundle on failures of valves and actuator failures, as well as assessment of their significance on the basis of expert assessments.
Key words: performance, security, reliability, failure, motorized stop valves.
Plahotnikova Elena Vladimirovna, candidate of technical science, docent, e plahotniko va a mail. ru, Russia, Tula, Tula State University.
Eliseeva Tatiana Alexeevna, postgraduate, eliseeva tatiana@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University.
УДК 622.014
ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ОБДЕЛОК КОЛЛЕКТОРНЫХ ТОННЕЛЕЙ, ВОССТАНАВЛИВАЕМЫХ БЕСТРАНШЕЙНЫМ СПОСОБОМ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ
А.С. Саммаль, О.М. Левищева, Н.Н. Фотиева
Предлагается новый аналитический метод оценки напряженного состояния обделок коллекторных тоннелей, создаваемых в ходе восстановительного ремонта методом «труба в трубе», с учетом влияния зданий и сооружений на поверхности. В основу разработанного метода положено соответствующее решение плоской задачи теории упругости для полубеско-нечной весомой среды, ослабленной круговым отверстием, подкрепленным трехслойным кольцом со слоями переменной толщины. Рассмотрен конкретный пример, иллюстрирующий предлагаемый метод.
Ключевые слова: обделка, коллекторный тоннель, расчет, напряженное состояние, плоская задача, аналитические функции, алгоритм, компьютерная программа
Неотъемлемой частью подземной инфраструктуры крупных городов являются коллекторные тоннели, эффективное функционирование которых определяет успешную работу городских коммунальных систем. В тоже время в результате газовой коррозии и истирающего действия абразивных частиц стоков, происходит локальное уменьшение толщины обделок таких сооружений и снижение несущей способности конструкций в целом. Предотвратить аварии на коллекторах и увеличить срок службы канализационных систем возможно с помощью проведения своевременного восстано-
