3. Физика отказов.

3.1. Классификация отказов СЭУ.

Отказ СЭУ - событие, заключающееся в нарушении её работоспособности.

В процессе эксплуатации установок могут возникать неисправности, не приводящие к отказу. Их называют дефектами. Дефекты вызывают неудобства в эксплуатации и могут привести к отказу.

Классификация позволяет вести правильный учет отказов, для последующей систематизации, статистического учета и использования при определении количественных характеристик надёжности.

Рис. 1. Классификация отказов

Согласно статистике наибольшее число отказов приходится на фактор старения (износа).

Вид повреждения	% от общего кол-ва отказов
Износ	44,7
Поломка элементов	11
Загрязнение фильтров и систем	8,5
Эрозия, коррозия, кавитация	6,6
Негерметичность узлов	5,7
Старение материала	3,7
Заклинивание элементов	3,7
Другие причины	16,1

Рис. 2. Статистика отказов судовых дизелей

3.2. Причины отказов.

Отказы изделий возникают в процессе эксплуатации по ряду причин, которые подразделяются 3 основные группы:

- Конструкционные;

• Технологические;

• Эксплуатационные.

Конструкционные причины являются следствиями конструкторских ошибок, возникающих в расчётах на различных стадиях проектирования деталей, из-за неправильного выбора материала для изготовления, неверно выбранной технологии обработки, отсутствия возможности учесть все усилия и нагрузки, действующие на детали или элемент конструкции.

Технологические причины предусматривают наличие в деталях или элементах скрытых дефектов, допущенных из-за нарушения технологии на какой-либо стадии изготовления или дефекта, скрытого в самом материале (дефект материала).

К эксплуатационным причинам относят все нарушения, связанные с действием человеческого фактора, т.е. всем, что связано с намеренными или нет нарушениями условий технической эксплуатации, инструкций и рекомендаций завода–изготовителя, нарушений правил проведения технического обслуживания и ремонтов.

К этим же причинам относят действие непреодолимой силы, не предусмотренной условиями технической эксплуатации и не зависящей от человека.

Большая часть отказов СЭУ в процессе эксплуатации возникает вследствие причин:

• износа (трибологических отказов);

• механических разрушений, вызванных нарушениями прочности деталей и элементов конструкций (отказы по параметрам прочности);

• коррозии и эрозии;

• электрических разрушений.

3.3. Закономерности возникновения отказов.

Пусть максимальная нагрузка, которую элемент может выдержать в процессе эксплуатации, равна G _max (линия А).

Рис. 1. Схема мгновенных повреждений

G (t) - нагрузка, действующая на элемент во время работы. Она постоянно меняется и зависит от режима работы, условий эксплуатации, внешних условий, характера взаимодействия с другими элементами и т.д., т.е. имеет случайный характер.

Отказы возникают в точках 1 ,2 , 3, когда эксплуатационная нагрузка превысит величину G _max .

Если запас прочности выбран правильно, материал, из которого изготовлен элемент, может иметь скрытые дефекты. Это значит, что нагрузка, которую элемент может выдержать не разрушаясь, будет в отдельные моменты меньше расчётной.

Если в результате несоблюдения правил обслуживания меняется режим работы элемента, то нагрузка на него также может возрасти выше G _max и вызвать отказ.

Износ элементов, старение, коррозия с течением времени приводят к тому, что свойство стационарности потока отказов будет нарушено. Допустимая нагрузка в этом случае будет уменьшается (Кривая С), и число отказов будет увеличиваться. За счёт профилактических работ в моменты времени t₁ , t₂ , t₃ допустимая нагрузка будет меняться (Кривая В ).

3.4. Свойства нагрузки G (t):

1. Если нагрузка, изменяющаяся непрерывно на участке , мала, то мала и вероятность иметь большую нагрузку на соседнем участке .

Однако, если участки изменения нагрузки разделены большими промежутками времени, как и , то вероятность иметь большую нагрузку на них возрастает. Т.е. связь между величиной нагрузки на различных участках времени с ростом промежутка времени уменьшается.

Число пиков нагрузки, превышающих G _max, на промежутке времени t не зависит от того, сколько их будет на других промежутках (свойство отсутствия последействия).

2. Нагрузка с течением времени не имеет направленного изменения. Её пиковые значения возникают случайно и не имеют тенденции к группировке.

Т.е. число пиков, превышающих G _max , не зависят от положения промежутка времени на оси времени (свойство стационарности).

2. Вследствие непрерывности и относительной плавности изменения нагрузки вероятность попадания двух и более пиков, превышающих G _max на малый промежуток времени t весьма мала по сравнению с вероятностью попадания одного пика (свойство ординарности).

Эксплуатация сложных систем СЭУ показывает, что зависимость интенсивности отказов от времени для экспоненциального закона имеет вид:

Рис. 3. Распределение интенсивности отказов по времени эксплуатации:

а - период приработки; б - период нормальной работы; в - период интенсивного старения.

На участке (б) в период нормальной работы наблюдается стабилизация интенсивности отказов .

3.5. Характеристики изменения технического состояния.

Процессы старения:

1. Износ.

Характеризуется изменением структуры поверхностного слоя детали и изменением ее наружного размера (шейки валов). При изнашивании внутренних поверхностей увеличение происходит увеличение внутреннего размера (диаметры втулок). В обоих случаях процесс происходит до наступления предельного состояния.

2. Коррозия.

Характеризуется повреждением поверхности деталей и внутренней поверхности труб вследствие процесса окисления при воздействии влаги и кислот.

3. Эрозия.

Возникает от механического и электрохимического воздействия на деталь. Также характеризуется изменением наружного и внутреннего размера.

4. Нарушение прочности в результате усталостных изменений структуры материала. Возникает при длительном воздействии знакопеременных нагрузок. Характеризуется уменьшением предела прочности материала.

5. Наростообразование или увеличение слоя отложений.

Характеризуется образованием на наружных и внутренних поверхностях деталей систем отложений окислов, солей, шлама в виде наростов, ухудшающих теплообмен.

3.6. Повреждения элементов СЭУ и скорости их развития.

При работе СЭУ с течением времени и в зависимости от величины нагрузки в местах прямого и непосредственного контакта её элементов происходит постоянный износ. Процесс продолжается до достижения предельного состояния элемента с возникновением отказа. В процессе эксплуатации СЭУ требуется постоянный контроль ее состояния, не допуская достижения предельного состояния элементов.

Для выбора методов и периодичности контроля за состоянием элементов СЭУ необходимо знать скорости развития повреждений. Зная степень влияния различных факторов и скорости развития повреждений, можно осуществлять прогнозирование состояния СЭУ на эксплуатационный период, определять сроки проведения технических осмотров, ремонтов или замены изношенных элементов. Превышать износ элементов и деталей СЭУ на величину, больше предельных значений структурных параметров, характеризующих её состояние, не допускается.

6