Надежность энергетических систем

Реферат
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 3
1. Роль надежности промышленного оборудования в современном производстве. 4
2. Номенклатура и классификация показателей надежности. 5
3 Надежность как комплексное свойство энергетических систем, повышающее эффективность производства 7
4. Условия высокой работоспособности объекта и ее связь с принципами надежной эксплуатации энергетических систем 9
5. Причины аварийности и чрезвычайных ситуаций в промышленности. 11
Заключение 14
Список литературы. 16
Введение
Природа за несколько тысячелетий создала совершенные живые системы, в том числе и человека. За не большие сроки люди научился управлять свойствами живой природы и изменять свойства отдельных организмов применительно к своим нуждам. Но человек не только управляет живой природой он создает механизмы и машины, облегчающие ему эту деятельность. И так же, как свойствами природы, он может управлять свойствами создаваемых средств техники и, в первую очередь, их надежностью. Однако эта проблема сложная, что обусловлено особенностями надежности как научной дисциплины. Нельзя назвать ни одной технической дисциплины, в которую не «вмешивались» бы специалисты по надежности.Надежность - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации [1]. Уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям: интенсификации рабочих процессов и транспорта, автоматизации производства, экономии материалов и энергии.Современные технические средства очень разнообразны и состоят из большого количества взаимодействующих механизмов, аппаратов и приборов. Первые простейшие машины и радиоприемники состояли из десятков или сотен деталей, а, к примеру, система радиоуправления ракетами состоит из десятков и сотен миллионов различных деталей. В таких сложных системах в случае отсутствия резервирования, отказ всего одного ответственного элемента может привести к отказу или сбою в работе всей системы.Низкий уровень надежности оборудования вполне может приводить к серьезным затратам на ремонт, длительному простою оборудования, к авариям и т.п.1. Роль надежности промышленного оборудования в современном производстве.На экономические показатели работы машин(оборудования) основное влияние оказывает выбор электродвигателя, передаточного механизма и вспомогательных элементов, от которых зависят работоспособность, масса, энергоемкость и другие показатели.Работоспособность — это состояние оборудования, при котором оно способно выполнять заданные функции в пределах параметров, установленных требованиями технологического процесса или какой- либо другой нормативно-технической документацией. Любое нарушение работоспособности принято называть отказом машины[2].Отказ — это частичное или полное нарушение работоспособности оборудования. Признаки (критерии) отказов необходимо оговаривать в технической документации на оборудование или механизм.Одним из показателей работоспособности является надежность. Под надежностью понимают способность оборудования выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели (качество выполнения операций, производительность, экономичность и др.) в заданных пределах в течение требуемого периода времени или требуемой наработки. Иными словами, надежность — это вероятность безотказной работы оборудования в пределах заданного периода.В настоящее время наблюдается быстрое и многократное усложнение оборудования, повышением их силовой и электрической напряженности и уменьшение их металлоемкости. Поэтому наука о надежности быстро развивается.Отказы деталей и узлов в разных промышленных оборудованиях и разных условиях могут иметь сильно отличающиеся последствия. Последствия выхода из строя оборудования, имеющейся на заводе в большом количестве, могут быть легко и без последствий устранены силами предприятия. А отказ специального станка, встроенного в автоматическую линию, вызовет значительные материальные убытки, связанные с простоем многих других станков и невыполнением заводом плана.
2. Номенклатура и классификация показателей надежности.Показатели надежности используют для количественной характеристики надежности.Показатели надежности классифицируют:
- по способу их получения;
- по области их использования;
- по области их распространения;
- по свойствам изделий, характеризующим надежность;
По способу получения показатели надежности делятся на  экспериментальные, получаемые по данным испытаний; эксплуатационные, получаемые по данным эксплуатации; расчетные, получаемые расчетными методами.По области использования показатели надежности делятся оценочные, используемые для оценки надежности по результатам испытаний и эксплуатации: на нормативные, используемые в нормативно-технической или конструкторской (проектной) документации.По области распространения показатели надежности делятся на индивидуальные, характеризующие надежность одного изделия; групповые, характеризующие надежность партии изделий.По свойствам изделий, характеризующим их надежность, различают показатели надежности, приведенные в таблице 1.1: показатели безотказности, показатели долговечности, показатели сохраняемости, показатели ремонтопригодности и показатели, характеризующие комбинацию свойств (комплексные показатели)Таблица1.Классификация показателей надежности по свойствам изделий, характеризующим надежность
Свойства, характеризующие надежность Наименование показателя Обозначение Безотказность Вероятность безотказной работы P(t) Единичные показатели
Интенсивность отказов l(t) Средняя наработка на отказ T0 Средняя наработка до отказа TсрДолговечность Средний ресурс TрГамма-процентный ресурс TpgНазначенный ресурс Tр.нУстановленный ресурс Tр.уСредний срок службы TслГамма-процентный срок службы TслgНазначенный срок службы Tсл.нУстановленный срок службы Tсл.уСохраняемостьСредний срок сохраняемостиTcГамма-процентный срок сохраняемостиTcgНазначенный срок хранения Tc.нУстановленный срок сохраняемостиTc.уРемонтопригодность Среднее время восстановления TвВероятность восстановления Pв(tв) Комбинация свойств Коэффициент готовности KгКомплексные показатели
Коэффициент оперативной готовности Kо.гКоэффициент технического использования Kт.иС помощью единичных показателей оценивают одно из свойств изделия, характеризующих его надежность. С помощью комплексных показателей оценивают одновременно несколько таких свойств.
3. Надежность как комплексное свойство энергетических систем, повышающее эффективность производства.
Рассматривая надежность как сложное свойство, необходимо его структурировать, т.е. представить в виде системы более простых свойств. Такой подход позволит правильно понять количественные характеристики надежности и обеспечить требуемую надежность при проектировании эксплуатации систем электроэнергетики.Надежность – это комплексное свойство, которое включает в себя следующие простые свойства: безотказность, восстанавливаемость, не повреждаемость, ремонтопригодность, долговечность, устойчиво-способность, управляемость, безопасность и живучесть. Рассмотрим их.Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Наработка – продолжительность или объем работы объекта.Восстанавливаемость – свойство объекта, заключающееся в технической возможности предупреждения и обнаружения причин возникновения отказов и их устранения.Не повреждаемость– свойство объекта непрерывно сохранять свою работоспособность, не допуская физического повреждения в течение заданного времени или заданной наработки.Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособлении к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий проведением технического обслуживания и ремонтов.
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние определяется не возможностью дальнейшей эксплуатации, снижением эффективности объекта или требованиями безопасности.
Устойчивоспособность – свойство системы непрерывно сохранять устойчивость к возмущениям (работоспособность) в течение заданного времени или заданной наработки без повреждения объекта. Устойчивость – способность системы переходить от одного устойчивого режима к другому при различных возмущениях.
Управляемость – свойство объекта поддерживать нормальный режим посредством управления. Для ЭЭС различают режимную управляемость –свойство системы обеспечивать включение, отключение и изменение режима работы элементов по заданному алгоритму.
Безопасность – свойство объекта не допускать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды.
Живучесть – свойство системы противостоять возмущениям режима, не допуская их каскадного или цепочечного развития с массовым нарушением питания потребителей.
Введем дополнительно для объектов энергетики еще два свойства надежности: бесперебойность и маневренность.Бесперебойность – свойство надежности объекта энергетики относительно его функции энергоснабжения в заданном объеме.Маневренность – свойство объекта изменять значения своих режимных параметров в соответствии с заданной скоростью и в заданном диапазоне при определенных условиях его эксплуатации.В электроэнергетике широко применяют понятия режимной и структурной надежности, которые объединяют ряд свойств. Режимная надежность – свойствами устойчиво способность, маневренность и управляемость. Структурная надежность характеризуется свойствами не повреждаемость, долговечность и ремонтопригодность. Режимная надежность обусловлена особенностями режимов в системе, ограничениями пропускных способностей элементов при изменении структуры системы в различных состояниях. Отсюда можно дать их определения.Структурная надежность обусловлена структурой системы, т.е. составом элементов, их взаимосвязями, пропускными способностями, без количественного учета режимных особенностей функционирования элементов.Режимная надежность -свойство объекта сохранять работоспособность при множестве режимов его функционирования в рамках заданной структуры.
Структурная надежность – свойство объекта сохранять свою структуру в рамках, обеспечивающих выполнение заданных функций объекта.
4. Условия высокой работоспособности объекта и ее связь с принципами надежной эксплуатации энергетических систем.
В понятии надежность электроэнергетических систем следует особо выделять понятие живучесть энергосистемы, как способность противостоять каскадному развитию системных аварий, а также самовосстанавливаться под воздействием а ручного или автоматизированного диспетчерского управления. При этом под системной аварией понимается нарушение устойчивости параллельной работы электростанций, недопустимые отклонения частоты тока в энергосистеме и напряжений в узлах, перегрузки по току элементов основной сети, приводящие к каскадному отключению последних, возникновению асинхронного хода, делению системы на несбалансированные части и массовому отключению потребителей электроэнергии или ограничениям их нагрузок на большой территории.При управлении электроэнергетической системой на всех уровнях целесообразно иметь согласованное представление о взаимосвязи и разграничении надежности электроснабжения и качества электроэнергии (по частоте, напряжению и другим параметрам). Очевидно, что при низкой надежности обеспечение высокого качества электроэнергии невозможно в принципе. С другой стороны, изменением качества электроэнергии можно регулировать последствия отказов: снижать или повышать электропотребление- меняя частоту и/или напряжение, т.е. осуществлять балансирование режимов по мощности. Особенно это актуально для дефицитных режимов.Низкое качество электроэнергии в порядке обратной связи снижает надежность оборудования как конечных потребителей, так и системы в целом. Возникает замкнутый круг: при низкой надежности электроснабжения имеет место низкое качество электроэнергии, которое вызывает повышенную аварийность оборудования, что усугубляет низкую надежность электроснабжения и дальнейшее снижение качества электроэнергии или углубление дефицита мощности. В результате, могут возникнуть явления в энергосистеме, называемые «коллапсом качества (напряжения, частоты)», «лавиной ненадежности», «развалом системы» и т.п.В отличие от надежности, степень которой определяется потребителем, качество электроэнергии является неизменным параметром. Так, изменение частоты нельзя менять для одного или группы потребителей. Частота в энергосистеме, как известно, для всех потребителей едина.Для обеспечения надежности важное значение имеет исключение или уменьшение влияния аварийных процессов в электроэнергетических системах. Эти проблемы могут быть решены применением накопителей электроэнергии различных типов и устройств, ограничивающих токи короткого замыкания.
5. Причины аварийности и чрезвычайных ситуаций в промышленности
Под источником чрезвычайной ситуации понимают опасное природное явление, аварию или опасное техногенное происшествие, инфекционную болезнь людей, животных и растений, а также применение современных средств поражения, в результате чего произошла или может возникнуть чрезвычайная ситуация [3].Чрезвычайные ситуации возникают при стихийных явлениях (наводнениях, землетрясениях, оползнях и т. п.) и при техногенных авариях. В наибольшей степени аварийность свойственна угольной, горнорудной, химической, нефтегазовой и металлургической отраслям промышленности. Возникновение чрезвычайных ситуаций в быту и промышленных условиях часто связано с разгерметизацией систем повышенного давления (баллонов и емкостей для хранения или перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов, газо- и водопроводов, систем теплоснабжения и т. п.).Причинами разрушения или разгерметизации систем повышенного давления могут быть: старение систем (снижение механической прочности); внешние механические воздействия; нарушение технологического режима; ошибки обслуживающего персонала; конструкторские ошибки; изменение состояния герметизируемой среды; неисправности в контрольно-измерительных, регулирующих и предохранительных устройствах и т. п.Чрезвычайные ситуации возникают также в результате нерегламентированного хранения и транспортирования взрывчатых веществ, легковоспламеняющихся жидкостей, химических и радиоактивных веществ, переохлажденных и нагретых жидкостей и т. п. Следствием нарушения регламента операций являются пожары, взрывы, проливы химически активных жидкостей, выбросы газовых смесей.Наибольшую опасность представляют аварии, на объектах химического производства и ядерной энергетики.
Одной из главных причин взрывов и пожаров на объектах химического и нефтегазового производства и при эксплуатации средств транспорта являются разряды статического электричества. Статическое электричество – совокупность явлений, связанных с образованием и сохранением свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ. В промышленности процессы электризации возникают при дроблении, измельчении, обработке давлением и резанием, распылении, просеивании и фильтрации материалов-диэлектриков и полупроводников, т. е. во всех процессах, сопровождающихся трением (перекачка, транспортирование, слив жидкостей-диэлектриков и т. д.). Величина потенциалов зарядов искусственного статического электричества значительно меньше атмосферного.Большую опасность разряды статического электричества и искрение в электрических цепях создают в условиях повышенного содержания горючих газов (например, метана в шахтах, природного газа в жилых помещениях) или горючих паров и пылей в помещениях.В чрезвычайных ситуациях проявление первичных негативных факторов (землетрясение, взрыв, обрушение конструкций, столкновение транспортных средств и т. п.) может вызвать цепь вторичных негативных воздействий (эффект «домино») – пожар, загазованность или затопление помещений, разрушение систем повышенного давления, химическое, радиоактивное и бактериальное воздействие и т. п. Последствия (число травм и жертв, материальный ущерб) от действия вторичных факторов часто превышают потери от первичного воздействия. Характерным примером этому является авария на Чернобыльской АЭС. Причины, вид и последствия от некоторых аварий приведены в табл. 2.
Основными причинами крупных техногенных аварий являются:- ошибочные действия операторов технических систем; статистические данные показывают, что более 60% аварий произошло в результате ошибок обслуживающего персонала;- отказы технических систем из-за дефектов изготовления и нарушений режимов эксплуатации; многие современные потенциально опасные производства спроектированы так, что вероятность крупной аварии на них весьма высока и оценивается величиной риска 10 и более;
- концентрация различных производств в промышленных зонах без должного изучения их взаимовлияния;
- высокий энергетический уровень технических систем;
- внешние негативные воздействия на объекты энергетики, транспорта и др.Таблица2.Причины и последствия некоторых аварий
Место, год Причины Вид Последствия
Чикаго, 1973 Отказ оборудования Взрыв и пожар хранилища сжиженного газа Уничтожено все в радиусе 1 км, около 500 чел. погибли, несколько тысяч пострадали
Севезо, 1976 – Взрыв, выброс 2...2,5 кг диоксинаЗаражена территория площадью 10 км, эвакуировано около тысячи человек
США. 1986 Авария при транспортировании химических веществ по железной дороге Пожар с выбросами серы и фосфата Эвакуация более 30 тыс. чел.
Базель, 1986 Пожар на складе химических препаратов Загрязнена р. Рейн, погибло много тонн рыбы, нарушена жизнедеятельность 20 млн. чел. Чрезвычайные ситуации, в том числе аварии на промышленных объектах, в своем развитии проходят пять условных типовых фаз:
– первая – накопление отклонений от нормального процесса или состояния;
– вторая – инициирование чрезвычайного события (аварии, катастрофы или стихийного бедствия), причем под чрезвычайным событием можно понимать событие антропогенного техногенного, или природного происхождения. Для случая аварии на производстве в этот период предприятие или его часть переходят в нестабильное состояние, когда появляется фактор неустойчивости: этот период можно назвать «аварийной ситуацией» – авария еще не произошла, но ее предпосылки налицо. В этот период, в ряде случаев еще может существовать реальная возможность либо ее предотвратить, либо существенно уменьшить ее масштабы;
– третья – процесс чрезвычайного события, во время которого происходит непосредственное воздействие на людей, объекты и природную среду первичных поражающих факторов; при аварии на производстве в этот период происходит высвобождение энергии, вещества, которое может носить разрушительный характер; при этом масштабы последствий и характер протекания аварии в значительной степени определяются не начальным событием, а структурой предприятия и используемой на нем технологией; эта особенность затрудняет прогнозирование развития наступившего бедствия;
– четвертая – выход аварии за пределы территории предприятия и действие остаточных факторов поражения;
– пятая – ликвидация последствий аварии и природных катастроф; устранение результатов действия опасных факторов, порожденных аварией или стихийным бедствием; проведение спасательных работ в очаге аварии или в районе стихийного бедствия и в примыкающих к объекту пострадавших зонах.
Заключение
Поскольку уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям, мы должны стремиться достичь высокой надежности технических средств, применяемых в технологическом процессе.
Но невозможно достичь высокой надежности и долговечности с непрогрессивным рабочим процессом и несовершенной схемой или несовершенными механизмами.
Поэтому первым направлением повышения надежности является обеспечение необходимого технического уровня изделий.
Кроме этого следует применять агрегаты с высокой надежностью и долговечностью, которые обеспечиваются самой природой, т.е. быстроходных агрегатов без механический передач, например, на электростанциях, агрегатов и деталей, работающих на чистом жидкостном трении или без механического контакта (электрическое торможение, бесконтактное электрическое управление); деталей, работающих при напряжениях ниже пределов выносливости, и др.
Также нужно использовать детали и механизмы, самоподдерживающие работоспособность: самоустанавливающихся, самоприрабатывающихся, самосмазывающихся, самонастраивающихся и самоуправляющихся системах.
Необходимо отметить, что переход на изготовление машин по строго регламентированной технологии заключает в себе резерв повышения надежности.
Этап конструирования системы является очень важным, поскольку на нем закладывается уровень надежности систем безопасности. При конструировании и проектировании следует ориентироваться на простые структуры, имеющие наименьшее количество элементов, поскольку сокращение количества элементов является существенной мерой повышения надежности.
Но уменьшение количества элементов не следует противопоставлять резервированию, как эффективному способу повышения надежности, но приводящему, на первый взгляд, к завышенному количеству элементов конструкции. Очевидно, что следует принимать компромиссное решение между необходимостью сокращения количества элементов и применением резервирования наименее надежных элементов. [4]Список литературы1. Решетов Д.Н, Иванов А.С., Фадеев В.З. Надежность машин. М. 1988.
2. Кубарев А.И. Надежность в машиностроении. – М., Изд-во стандартов, 1977.3. ГОСТ Р 22.0.02-94 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Термины и определения основных понятий
4. Карпенко В.А., Васютенко А.П., Севриков В.В. Приводы измерительных приборов и автоматов и их надежность. К. 1996