1.4 Надёжность и экономическая эффективность при создании турбинных установок
При решении задач надёжности можно выделить следующие этапы:
- поиск и проверка решений, обеспечивающих наилучшее выполнение предъявляемых к установке требований;
-отработка свойств, обеспечивающих турбоустановке требуемый ресурс и высокую надёжность;
-освоение турбоустановки в условиях эксплуатации с целью получения гарантированных характеристик.
Решение задач первого этапа обычно базируется на расчетных обоснованиях и широком использовании решений, уже апробированных в более ранних проектах и турбоустановках. Это касается и использования некоторых конструкций деталей и узлов, уже проверенных в условиях эксплуатации.
Второй этап, нередко совпадающий по времени с первым, для крупных турбоустановок включает в себя проверку и отладку отдельных элементов (например, вибрационная отстройка лопаток или динамическая балансировка ротора отдельного цилиндра). В этот же период включают и сборку турбоустановки на стенде с целью проверки вибрационных свойств, работы подшипников, устранения задеваний ротора о статор и так далее.
В условиях эксплуатации обычно по расширенной программе проводится проверка работы так называемого "головного" образца. В этот период возможно возникновение отказов, которые устраняются по мере их появления.
Очевидно, что выполнение работ на всех трех этапах требует финансовых затрат. Эти затраты могут быть связаны с совершенствованием, а иногда и кардинальным изменением, технологии, приобретением нового более совершенного оборудования, использованием более высококачественных (и более дорогих) материалов и покупных изделий, организацией системы повышения квалификации рабочих и инженеров.
Обычно в начале производства, то есть в период наладки образца, схемные и конструктивные недостатки достаточно быстро проявляются, легко видимы и устранимы. Очень часто проводимые мероприятия по устранению неполадок и повышению надёжности совпадаю с мероприятиями по повышению КПД установки, но иногда применяемые для повышения надёжности конструктивные решения могут приводить к снижению КПД. Например, использование скрепляющих проволок для рабочих лопаток ПТ, или применение специальных конструкций уплотнений для устранения низкочастотных вибраций позволяет решить задачи повышения вибрационной прочности, но уменьшает эффективность проточных частей.
По мере отработки первого образца и выпуска серии дальнейшее повышение надёжности требует все больших затрат. Возникающая ситуация поясняется графиком на рис1.1. Кривая Спр отражает затраты турбостроительного предприятия (затраты производителя) по повышению надёжности, кривая Сэк -эксплуатационные расходы, которые уменьшаются при увеличении вероятности безотказной работы. Суммарные затраты турбостроительного предприятия и эксплуатирующей организации (ТЭС или АЭС) ограничены кривой С, которая имеет минимум.
В практических условиях принятие экономически оптимального решения затруднено. Это происходит из-за того, что производитель и эксплуатирующий машину экономически разъединены. Воздействие на производителя в этом случае осуществляется через рыночные отношения, когда покупатель выбирает машину по приемлемой надежности и цене. Производитель для победы в конкурентной борьбе вынужден обеспечивать необходимую надежность, ориентируясь на достигнутые мировые результаты.
Для различных машин и систем существуют разные уровни надёжности. Эта уровни могут определяться достаточно конкретными соображениями. Требования к надежности авиационного двигателя, например, определяются требованиями безопасности полетов, которые могут доминировать над экономическими. Высокие требования к надёжности естественны для атомной, военной и космической техники.
Рис.1.1 Зависимость изменения затрат от вероятности
безотказной работы турбоустановки Р.
экономическими. Высокие требования к надёжности естественны для атомной, военной и космической техники.
Отметим, что при решении задач обеспечения надёжности важен рациональный подход к обеспечению, например, надёжности системы, состоящей из ряда элементов. Поскольку вероятность безотказной работы системы равна произведению вероятностей безотказной работы элементов. то заданную вероятность безотказности системы можно получить при различных вероятностях безотказной работы элементов. Но и затраты на обеспечение заданной вероятности безотказной работы различных элементов также могут сильно отличаться. Поэтому экономически рационально повышать надёжность тех элементов, для которых необходимые затраты на совершенствование конструкции будут меньшими. Все сказанное иллюстрирует важность комплексных технико-экономических подходов к решению проблемы надёжности.