Проблема безопасности машин и конструкций

из "Прогнозирование ресурса машин и конструкций "

Многие машины и конструкции следует рассматривать как источники повышенной опасности для людей и (или) окружающей среды. Это является неизбежным побочным результатом научно-технического прогресса. Наблюдаются неуклонное увеличение скоростей на транспорте, повышение энерговооруженности в промышленности, создание уникальных по размерам и мощности комплексов для производства электрической энергии, для добычи и транспортирования нефти и газа, и др. Все это по-новому ставит проблему обеспечения безопасности. [c.17]
Требования безопасности состоят в том, чтобы отказы, связанные с угрозой для здоровья и жизни людей, опасностью для окружающей среды, а также с серьезным экономическим и моральным ущербом, были либо исключены, либо обладали в течение всего установленного срока службы весьма малой вероятностью появления. Эта категория отказов нуждается в специальном названии. Термин авария имеет в инженерной практике слишком широкий смысл к авариям обычно относят все отказы, устранение последствий которых требует значительных затрат времени или труда. Термин катастрофа употребляют в русском языке для исключительных по своим последствиям явлений, носящих характер массовых бедствий. Английский термин a ident (происшествие, несчастный случай), возможно, наиболее точно определяет класс отказов, связанных с потенциальной или реальной опасностью. [c.18]
В этой книге используем термин авария, относя к авариям все отказы, наступление которых связано с угрозой для людей и (или) окружающей среды, а также с серьезным экономическим и (или) моральным ущербом. Соответствующие технические состояния объектов будем называть аварийными. [c.18]
Аварии могут быть вызваны различными причинами однако все эти причины лежат за пределами расчетного уровня нагрузок, нормативных условий технического обслуживания и т. п. Аварии могут быть связаны как с исключительными воздействиями (ударными нагрузками, ураганами, наводнениями, пожарами), так и с неблагоприятным сочетанием обычных нагрузок с весьма малой вероятностью появления. Исходной причиной аварий могут служить крупные ошибки, допущенные при проектировании, расчете, изготовлении, монтаже, эксплуатации и техническом обслуживании, а также сочетания этих ошибок с неблагоприятными внешними условиями, не зависящими от технического персонала. [c.18]
Типичным примером аварии, обусловленной целым комплексом причин, служит авария, которая произошла в Северном море на норвежском месторождении Экофиск 28 марта 1980 г. Запроектированная и изготовленная во Франции вначале как буровая, платформа Александер Кьелланд была использована в качестве плавучей гостиницы для персонала, обслуживающего производственные платформы. В момент аварии на платформе находилось 212 человек. Перед аварией платформа простояла на якоре вблизи одной из производственных платформ около 9 мес. В условиях плохой погоды (скорость ветра 16—20 м/с, высота волн 6—8 м) разрушилась одна из связей, скрепляющих колонны, затем примыкающие связи, возникла перегрузка одной из колонн, в результате чего угол крена платформы достиг 30—35°. Из-за погодных условий, неудовлетворительного состояния спасательных средств и нераспорядительности спасательной службы погибло 123 человека. Это была крупнейшая авария в истории освоения континентального шельфа (ближайшая по масштабам авария произошла в Китайском море и унесла 93 жизни). [c.18]
Анализ причин аварии Александер Кьелланд был проведен компетентной комиссией, назначенной правительством Норвегии [84]. Оказалось, что первичной причиной послужила трещина вблизи сварного шва в окрестности конструктивного концентратора — отверстия для установки гидрофона. Эта трещина постепенно развивалась как типичная трещина усталости. Устойчивый рост трещины проходил около 12 мес, причем к моменту разрушения соответствующего конструктивного элемента трещина охватывала около 2/3 его периметра. Система колонн и скрепляющих их связей была спроектирована таким образом, что платформа фактически не обладала запасом живучести, т. е. не была способна выполнять хотя бы частично свои функции при разрушении отдельных элементов. Поэтому разрушение одного из элементов повлекло за собой последовательное разрушение соседних элементов, что в конечном счете вызвало аварийную ситуацию. Таким образом, экспертиза обнаружила ряд серьезных ошибок при проектировании, изготовлении и эксплуатации — выбор неудачной конструктивной схемы, пропуск серьезного технологического дефекта, отсутствие средств для обнаружения развитых усталостных трещин в эксплуатируемой конструкции, халатное отношение к личной безопасности экипажа платформы, неэффективность спасательных служб. Достаточно было устранить или предупредить одну—две из перечисленных ошибок, например, выбрать для несущей конструкции схему повышенной живучести, чтобы авария не произошла или, во всяком случае, не сопровождалась бы таким большим числом человеческих жертв. [c.19]
По удельному числу несчастных случаев со смертельным исходом разработка шельфа опередила морской транспорт. [c.19]
И Другие подобные причины, вызвавшие разрушения и повреждения конструкции, отражены в табл. 1.2 и 1.3 как начальные причины, хотя собственно аварийное состояние есть зачастую разрушение или повреждение конструкции. [c.20]
Хотя вероятность аварий такого рода можно значительно уменьшить, остается ряд источников повышенной опасности, в малой степени зависящей от человека. К ним относятся природные воздействия — ветровые, сейсмические и волновые нагрузки (последние в подтопляемых зонах). Некоторые воздействия связаны с человеческой деятельностью, но не вполне поддаются контролю. К ним относятся пожары, попадания самолета в здание реактора, взрывы на близлежащих путях сообщения, а также преднамеренные человеческие действия, которые могут привести к серьезным аварийным ситуациям. Задача состоит в том, чтобы путем проектирования и соблюдения правил технической эксплуатации свести до минимума риск возникновения аварийных ситуаций. Так, площадки для строительства атомных электростанций следует выбирать вдали от крупных аэропортов и воздушных коридоров, от районов с повышенной сейсмической активностью или угрозой затопления и т. п. Если неблагоприятный выбор неизбежен, следует принимать все доступные меры для повышения уровня безопасности до приемлемых значений. [c.21]
В связи с возникновением проблемы безопасности атомных электростанций были по-новому поставлены вопросы безопасности традиционных источников энергии, в частности тепловых и гидравлических электростанций. Индивидуальный риск для людей, проживающих в районе крупной тепловой или гидравлической электростанции, в общем, не меньше, чем для людей, живущих вблизи атомных электростанций [39, 85]. Поэтому следует обращать внимание на безопасность традиционных источников и способов передачи энергии, например магистральных газо- и нефтепроводов [65]. Современные газопроводы имеют диаметр до 1500 мм при избыточном давлении газа до 10 МПа и скорости до 20 м/с. При разрыве такого трубопровода выделится большое количество энергии, а выброс газа может вызвать пожары и взрывы. [c.21]
Особую роль для обеспечения безопасности технических объектов играет живучесть конструкции. С точки зрения безопасности конструктивную схему следует выбирать так, чтобы ее основная (несущая) конструкция и наиболее ответственные элементы сохраняли целостность во время и непосредственно после аварии. Конструкция должна выдерживать эксплуатационные нагрузки при наличии повреждений или разрушений части ее элементов, т. е. должна обладать достаточной живучестью. Приведенный пример платформы Александер Кьелланд свидетельствует о том, что нарушение этого требования делает конструкцию уязвимой и может стать источником возникновения аварийной ситуации. [c.22]
Важная роль в обеспечении безопасности технических объектов принадлежит системе прогнозирования индивидуального остаточного ресурса. Эта система позволяет непрерывно следить за техническим состоянием каждого конкретного объекта и действующими на него нагрузками и выдавать рекомендации о дальнейшей эксплуатации объекта. В частности, если результаты обработки диагностических данных показывают, что объект приближается к аварийной ситуации, должно быть принято решение о прекращении его эксплуатации или о переходе на облегченный режим с одновременным принятием мер, обеспечивающих безопасность людей и окружающей среды. [c.22]
На стадии проектирования должны быть разработаны технические решения, обеспечивающие выполнение объектом всех назнач енных функций при высоких показателях эффективности и экономичности. Снижение материальных и трудовых затрат на производство объекта, ускорение его ввода в эксплуатацию обычно служат основными критериями качества проектирования, доводки и отладки. Требования надежности, в том числе безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, также входят в число руководящих критериев. Задача состоит в том, чтобы обеспечить безотказность основных и наиболее ответственных узлов объекта, снизить до минимума вероятность наступления остальных отказов, уменьшить продолжительность простоев, связанных с поиском и устранением неисправностей. [c.22]
Необходимо отметить, что вероятностный характер прогноза вызван не только отсутствием исчерпывающей информации о проектируемом объекте, но и разбросом показателей долговечности, которые обладают большой чувствительностью к различным факторам (см. табл. 1.1). Разброс показателей долговечности — неустранимый фактор, который необходимо учитывать как при проектировании, так и на стадии эксплуатации, правильно планируя систему технического обслуживания и планово-профилактических мероприятий. [c.23]
Несмотря на ожидаемый разброс фактического ресурса, его следует, по возможности, согласовать с назначенным ресурсом. Трудность состоит в следующем если назначенный ресурс — величина детерминистическая, то прогнозируемый ресурс представляет собой случайную величину. Допустим, что параметры объекта выбраны таким образом, что к моменту выработки назначенного ресурса только 50 % парка достигают предельного состояния, т. е. установленное плановое значение по парку в целом не реализовано. Надо найти значение гамма-процентного ресурса, оптимальное с точки зрения суммарного экономического эффекта. Очевидно, для получения высокой эффективности вновь проектируемых машин следует стремиться к тому, чтобы разброс ресурса был минимальным. С точки зрения организации технического обслуживания подчас выгоднее иметь более компактные распределения ресурса, чем повышенные средние показатели. Кроме того, объект, по возможности, не должен содержать элементов, средний ресурс которых не согласован с графиком планово-профилактических мероприятий. [c.23]
Увеличение показателей долговечности всех без исключения элементов, узлов и агрегатов до уровня, установленного для объекта в целом, нерационально и нерентабельно. Часть элементов подлежит замене, ремонту или восстановлению при промежуточных профилактических мероприятиях. Возникает задача о выборе рациональной периодичности средних и капитальных ремонтов, а также о согласовании случайных значений межремонтного ресурса с детерминистически заданной периодичностью профилактических мероприятий. Перечисленные трудности в значительной степени снижаются, если перейти к более прогрессивной системе прогнозирования индивидуального ресурса, при которой каждый объект имеет свой график технического обслуживания. [c.23]
Прогнозирование индивидуального остаточного ресурса относится к конкретному- находящемуся в эксплуатации техническому объекту. Основой для прогнозирования служит информация, которую условно можно разделить на три части. Во-первых, это данные текущего (оперативного) поиска дефектов в процессе эксплуатации. Контроль может быть непрерывным или дискретным (например, приуроченным к плановым профилактическим мероприятиям). Для поиска дефектов нужны встроенные и внешние приборы, системы для хранения и переработки диагностической информации, алгоритмы и программы для принятия решений. Во-вторых, это данные о нагрузках и других условиях взаимодействия объекта с окружающей средой. [c.24]
Диагностическая информация, в принципе, ограничена по объему и носит лишь косвенный характер. Существующие средства неразрушающего контроля не позволяют обнаружить все повреждения и трещины, которые в дальнейшем могут стать причиной предельных состояний. Имеется достаточно большая вероятность пропуска дефектов из-за несовершенства аппаратуры, небрежности оператора или недоступного расположения дефектов. Данные о режимах нагружения служат ценным дополнительным источником информации. По известной истории нагружения с использованием расчетных схем можно оценить степень накопления повреждений в конструкции, а сопоставляя результаты расчета с диагностическими данными, — оценить параметры объекта, которые на предыдущих стадиях еще не были идентифицированы с достаточной точностью. Таким образом, два источника информации —диагностические данные о состоянии объекта и данные об истории нагружения объекта — оказываются тесно связанными и взаимно зависимыми. [c.24]
Прогнозирование индивидуального ресурса включает целый комплекс задач оценка текущего технического состояния объекта, прогнозирование развития этого состояния на ближайшее будущее и выдача на основе этого прогноза рекомендаций об оптимальном остаточном сроке эксплуатации (до списания данного объекта или его очередного ремонта). Если доступной информации недостаточно для вынесения решений о прекращении эксплуатации, то необходимо назначить обоснованный срок очередного диагностирования объекта. Вместе с тем в задачу прогнозирования входит оценка вероятностей наступления различных отказов с целью их предупреждения. [c.25]
Еще одна задача индивидуального прогнозирования — оценка риска по отношению к опасным аварийным ситуациям, установление предельно допустимых остаточных сроков эксплуатации при наличии возрастающего риска и выдача рекомендации о мерах по повышению безопасности. [c.25]

Вернуться к основной статье

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...