7. Воздействие механических факторов материалов на отказы технических систем.

Факторы нагрузки. Эти факторы связаны с режимом работы элементов системы, свойственным им независимо от того, наблюдается воздействие того или иного фактора (климатическою, биологического и др.) на элементы или ли воздействие отсутствует, и энергией, накопленной материалом элементов системы. Механическая энергия приводит к изнашиванию сопряжений, искажению первоначальной формы элементов, и при достижении определенных отклонений от первоначальных значений возникает отказ. Таким образом, нарушается основное условие, предопределяющее безопасную работу оборудования, которое заключается в том, что его составные части должны выдерживать заданные рабочие нагрузки и, как следствие, обеспечивать безопасность окружающей среды. К причинам механических повреждений элементов и систем в целом относятся: — конструкции, не обеспечивающие их целостность при перепадах внутреннего давления, действии внешних сил, коррозии, изменении температуры, знакопеременных нагрузках;

— механические поломки вследствие коррозии и ударов;

— поломки таких узлов, как насосы и компрессоры, вентиляторы;

— неисправности в системе контроля (датчики давления и темпе- ратуры, индикаторы уровня, приборы управления и т.д.);

— неисправности в системе безопасности (предохранительные клапаны, системы сброса давления, системы нейтрализации и т.д.);

— нарушение сварных швов и соединительных фланцев.

В механических системах изменение силы, воздействующей на элементы, изменяет нагрузку, приходящиеся на эти элементы, что приводит к большему или меньшему накоплению признаков усталости, а следовательно, к изменению величины вероятности разрушения элемента за определенный промежуток времени. Параметром, определяющим степень нагрузки составляющих систему элементов, зависящей от его режима работы, является коэффициент нагрузки, представляющий собой отношение рабочей нагрузки (Ар), действующей на элемент, к номинальному значению нагрузки (Ан), обусловленному нормативами (техническими условиями): Кн = Ар/Ан. Расчеты значения Кн для элементов различных систем не всегда просты, и в ряде случаев необходимы экспериментальные исследования. Химическая энергия вызывает процессы коррозии в резервуарах и трубопроводах агрегатов химической промышленности. Повреждение стенок резервуаров может привести вначале к ухудшению выходных параметров агрегата (загрязнение химических веществ, изменение пропускных сечений трубопроводов), а затем, при разрушении стенок, к полному выходу из строя системы. В радиоэлектронной и электрической аппаратуре в различных ре- жимах ее работы может изменяться электрическая нагрузка на составные элементы, в связи с чем (при прочих равных условиях эксплуатации) меняется значение интенсивности их отказов.

8. Методы повышения надежности технических систем.

Этапы жизненного цикла технической системы: проектирование, производство, эксплуатация (применение по назначению). На каждом из этих этапов существуют и успешно применяются различные методы повышения и поддержания надежности. Наиболее эффективно методы повышения надежности используются на этапе проектирования, когда закладываются соответствующие показатели надежности. Далее задача сводится к обеспечению и (или) поддержанию заложенных показателей надежности. Это не означает, что на этапах производства и эксплуатации такие показатели не могут быть улучшены, однако подобный результат будет достигаться более дорогой ценой (более высокая стоимость, большее время и т.п.). Методы повышения надежности, используемые в настоящее время, могут быть разделены на следующие группы.

1. Увеличение надежности комплектующих изделий за счет применения новых принципов, конструкций, материалов, технологии изготовления и т.п.

2. Защита элементов технических систем от воздействия внешней среды.

3. Рациональное проектирование, приводящее к уменьшению общего числа элементов, снижению переходных процессов и т.п.

4. Введение избыточности различного вида.

5. Обеспечение надежности за счет стабилизации технологических процессов.

6. Предупреждение отказов путем профилактических замен элементов, проявивших признаки износа или старения.

Рассмотрим перечисленные методы подробнее.

1. Качество комплектующих изделий непрерывно совершенствуется, в результате чего величина интенсивности отказов уменьшается. Так, за последние 15–20 лет внедрение микроэлектронной элементной базы позволило уменьшить типовые значения интенсивности отказов по крайней мере на два-три порядка, что соответствующим образом привело к повышению показателей безотказности электронных схем контроля, управления, связи, автоматической защиты объектов различного класса.

2. Вторая группа методов повышения надежности включает в себя меры, защищающие элементы технических систем от вредного воздействия внешней (окружающей) среды. К ним относятся: защита от вибраций и ударов; искусственное охлаждение и термостатирование; уменьшение переходных процессов; применение пылевлагонепроницаемых кожухов; защита аппаратуры от ошибочных действий обслуживающего персонала и т.п.

3. К третьей относят комплекс следующих мероприятий: применение схемных и конструкторских решений, обеспечивающих наибольшую надежность технических систем; использование схем, обеспечивающих уменьшение влияния переходных процессов при включении (снижение бросков токов, снятие гидроударов, уменьшение пусковых моментов электродвигателей, генераторов, исключение влияния прогрева элементов на их характеристики и др.); уменьшение времени нахождения аппаратуры в рабочем режиме или переход на повторно-кратковременный режим, что в отдельных случаях может привести в выигрышу в надежности.

4. Четвертая группа методов повышения надежности связана с введением избыточности, под которой понимают дополнительные средства или возможности сверх минимально необходимых для выполнения заданных функций. Наиболее распространенные виды избыточности: структурная, которая предусматривает использование избыточных элементов в структуре объекта; временная, при которой используется избыточное время; функциональная, означающая использование способности объекта выполнять дополнительные функции; нагрузочная, при которой объект способен воспринимать дополнительную нагрузку.

5. Пятая группа методов, связанных с обеспечением надежности на этапе производства, включает в себя меры по соблюдению и совершенствованию технологии производства, его автоматизации, входному контролю комплектующих элементов и материалов, текущему и выходному контролю готовой продукции, т. е. меры, направленные на стабилизацию производственного цикла, исключение дефектных элементов и несортовых материалов, устранение ошибок персонала.

6. Шестая объединяет меры, которые в значительной степени направлены на поддержание надежности, хотя здесь возможны мероприятия по ее повышению (например, за счет доработок и замены элементов или систем с недостаточной безотказностью на более совершенные).

Основная направленность этих методов сводится к грамотной эксплуатации технических объектов — проведению своевременных работ по контролю технического состояния, профилактическим мероприятиям по предупреждению отказов за счет регулировки систем, замены элементов с выработанным ресурсом, обучению и тренировке персонала по точному соблюдению инструкций по применению. Рассматривая указанные методы с точки зрения их реализации на том или ином этапе жизненного цикла, можно сказать, что в общем случае их можно использовать на каждом из этапов. Но эффективность их применения в зависимости от этапа различная. Так, на эта- пах проектирования и производства наибольший эффект обеспечат методы первой–пятой групп, так как в этих случаях затраты на реализацию мер по повышению надежности оказываются ниже, чем на этапе эксплуатации, когда в готовые конструкции необходимо вносить те или иные изменения (зачастую, весьма значительные). Методы шестой группы, как правило, используются на этапе эксплуатации, хотя на этапе разработки закладываются возможности по проведению таких работ — конструкция должна содержать, при необходимости, элементы, обеспечивающие контроль технического состояния, поиск неисправных функциональных элементов, быть приспособленной к быстрому восстановлению исправного технического состояния.