Содержание к диссертации
Введение
1 Надежность вентиляционных систем, как основной функциональный параметр их работы 8
1.1 Вентиляционные системы и их функциональное назначение 8
1.2 Параметры качества работы вентиляционных систем 9
1.3 Анализ надежности работы технических систем и их элементов 14
1.4 Классификация отказов технических систем 17
1.5 Основные количественные параметры, описывающие безотказность технических систем 27
1.6 Выводы. Цели и задачи исследования 41
2 Моделирование надежности вентиляционных систем 45
2.1 Постановка задачи 45
2.2 Анализ и описание физической природы отказов вентиляционных систем 49
2.3 Математическое описание физического подхода к определению технологической надежности элементов системы вентиляции 64
2.4 Принципы расчета безотказности вентиляционной системы в целом 86
2.5 Математическое описание физического подхода к определению санитарно-гигиенической надежности систем вентиляции 90
J.6 Пути повышения надежности работы систем вентиляции... 94
2.7 Выводы 98
3 Разработка инженерной методики прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем 100
3.1. Описание методики (блок-схема) 100
3.2 Описание программного комплекса «Systems count» 103
3.3 Выводы 108
4 Апробация методики в производственных условиях 109
4.1 Цель и объем промышленной апробации 109 4.2 Применение инженерной методики прогноза и расчета надежности работы систем вентиляции при проектировании вентиляционных систем ФГУП ВНИИ «Градиент» 109
4.3 Применение инженерной методики прогноза и расчета надежности работы систем вентиляции при экспертной оценке надежности вентиляционных систем Брянского электромеханического завода 118
4.4 Использование методики прогноза и оценки надежности работы систем вентиляции в научном и учебном процессе 125
4.5 Выводы 125
Заключение 127
Список литературы 129
Приложения 139
- Параметры качества работы вентиляционных систем
- Анализ и описание физической природы отказов вентиляционных систем
- Описание программного комплекса «Systems count»
- Применение инженерной методики прогноза и расчета надежности работы систем вентиляции при экспертной оценке надежности вентиляционных систем Брянского электромеханического завода
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие промышленности обусловливает возрастающее загрязнение воздушной среды, которое достигло такого уровня, что превратилось в одну из важнейших проблем человечества. Немалую роль в решении задачи снижения загрязнения воздуха играют вентиляционные системы, так как благодаря им возможно снижение выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в воздух рабочей зоны и приземный слой атмосферы.
Среди многообразия вентиляционных систем особое место занимают системы механической местной вытяжной вентиляции, эффективность которых обусловлена возможностью рациональной организации процессов удаления ЗВ непосредственно в зоне их образования, последующей очистки воздуха и рассеивания остаточного содержания ЗВ в атмосфере.
Обслуживание вентиляционных систем, поддержание их рабочих параметров на заданном уровне сопровождается значительными трудовыми и материальными затратами. Они являются следствием плановых и внеплановых остановок, аварий и последующих ремонтов вентиляционных установок, обусловленных износом оборудования системы и постепенным снижением эффективности их работы. Это влечет за собой нарушение основного производственного процесса, простои энергетического и технологического оборудования, увеличение материальных затрат (издержек) на ремонт и поддержание оборудования в состоянии эксплуатационной готовности. Причиной сложившейся ситуации является недостаточное внимание, уделяемое такому функциональному критерию качества работы вентиляционных систем, как надежность их работы. Несмотря на то, что теория надежности получила широкое распространение в основных отраслях промышленности, в практике проектирования и эксплуатации вентиляционных систем методологию оценки надежности до сих пор не используют.
Одной из причин сложившейся ситуации является то, что математическое описание критериев надежности, базирующееся на статистических методах,
неприемлемо в вентиляционной практике, ввиду отсутствия достоверных многолетних массивов статистических данных промышленных и лабораторных испытаний. А накопленный значительный опыт по эксплуатации вентиляционных систем (периодичность чисток систем вентиляции, структура и продолжительность ремонтных циклов, физико-химические процессы, обусловливающие их износ, нормы трудоемкости ремонта и технического обслуживания, нормы простоев оборудования и т.д.) до сих пор в должной степени не обобщен, не систематизирован и не используется при расчетах рабочих параметров систем.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ РГСУ по теме «Разработка методологических основ создания безопасных и экологически чистых систем защиты воздуха населенных мест от воздействия антропогенных факторов» Р.Н.01.200.1 151.91.
Целью работы является разработка методологии оценки и повышения надежности работы систем местной вытяжной вентиляции в конкретных производственных условиях.
Идея работы заключается в выделении и использовании физической природы и параметров износа вентиляционных систем для оценки и целенаправленного повышения надежности их работы.
Научная новизна работы;
Систематизированы существующие методы определения надежности сложных технических систем применительно к условиям и особенностям эксплуатации систем вентиляции и разработана классификация отказов.
Разработана математическая модель прогноза и оценки надежности работы систем местной вытяжной вентиляции, включающая возможность приближенного расчета надежности на основе физической природы отказов, в рамках которой:
получены зависимости для расчета величины накопления повреждений до отказа по факторам коррозионного, абразивного, адгезионного изно-сов и нарушения герметичности элементов системы;
определены области применения и получено условие для выбора закона распределения вероятности безотказной работы вентиляционных систем по величине накопления повреждений до отказа;
предложен подход к определению требуемого уровня надежности работы вентиляционных систем.
3 Разработаны способы повышения надежности работы систем вентиляции в рамках трех основных групп методов: схемного, конструктивного и организационного.
Достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждается:
использованием классических положений фундаментальных и прикладных наук (теории вероятности, химии, теории надежности сложных технических систем);
согласованностью научных выводов с результатами, представленными в научно-технической литературе по надежности технических систем в различных отраслях промышленности;
обеспечением высокой технологической и санитарно-гигиенической надежности работы в заданных производственных условиях при реализации предложенной модели прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем.
Практическая значимость работы заключается в разработке:
инженерной методики прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем;
программного комплекса «Systems_count», для автоматизации расчетов по предложенной методике в операционной системе «Windows 98/2000». Реализация работы. Результаты диссертационных исследований использованы:
при проектировании системы вентиляции шлифовального участка инструментального цеха ФГУП «ВНИИ «Градиент» г. Ростова - на - Дону;
при разработке рекомендаций по повышению надежности систем вентиляции деревообрабатывающего участка Брянского электромеханического завода г. Брянска;
в научных исследованиях и учебном процессе кафедры «Инженерная защита окружающей среды», РГСУ и ФГУП «ВНИИ «Градиент». На защиту выносятся следующие основные положения:
математическая модель прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем позволяет осуществить точный расчет надежности по данным промышленных испытаний на отказ, а также приближенный расчет надежности по данным анализа физической природы возникновения отказов;
зависимости для расчета величины накопления повреждений до отказа охватывают основной перечень факторов износов элементов вентиляционных систем (коррозионный, абразивный, адгезионный износы и нарушение герметичности) и позволяют осуществить выбор закона распределения вероятности безотказной работы;
способы повышения надежности работы систем вентиляции включают мероприятия трех основных групп методов: схемного, конструктивного и организационного;
требуемый уровень надежности работы вентиляционных систем не должен быть ниже надежности работы основного технологического оборудования, обслуживаемого этими системами;
инженерная методика прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем позволяет производить точную и приближенную оценку технологической и санитарно-гигиенической надежности их работы в конкретных производственных условиях при различных объемах проводимых расчетов;
программный комплекс «Systems_count» позволяет автоматизировать расчеты технологической и санитарно-гигиенической надежности работы систем вентиляции.
Параметры качества работы вентиляционных систем
Стандартная номенклатура основных показателей (параметров) качества [23,49] применительно к системам вентиляции определена для ограниченного круга газоочистного и пылеулавливающего оборудования. Она включает три группы показателей, применение которых обязательно [29]: показатели назначения, включающие производительность по очищаемому газу и основную для данного типа оборудования геометрическую характеристику [31]; показатели надежности, определяющие долговечность через установленные ресурсы до капитального ремонта и списания [28]; показатели экономического использования материалов и энергии, определяющие расход материала через массу; экономичность расхода материала через удельную материалоемкость и экономичность энергозатрат через энергетические затраты на очистку [23].
В то же время, применительно к инженерной практике, используют более расширенный перечень показателей качества, образующих три основные группы параметров [87]: технические параметры, включающие эффективность (КПД) работы, производительность (расходные характеристики) и потери давления (коэффициенты сопротивления) [89]; функциональные параметры, включающие надежность работы (устойчивость к абразивному, коррозионному действию, залипанню и засорению и т.п.) и характеристики электро-, взрыво-, и пожаробезопасности [86];
Причем основным функциональным параметром качества технических систем является надежность. экономические параметры, учитывающие собственно экономические показатели (приведенные затраты, экономическую эффективность и др.), а также уровень энергопотребления (энергетический и эксергетический КПД, удельные энергетические затраты на обработку 1 м3 воздуха и т.п.).
Несмотря на различие и многообразие критериев, все их множество можно разделить на две основные группы, каждая из которых соответствует различным уровням оценки качества работы вентиляционных систем. Речь идет о предложенных в [87] группах, описывающих: режим функционирования системы, характеризующий ее состояние (работу) на момент ввода в эксплуатацию, выраженный совокупностью расчетных значений основных технических и экономических (энергетических) параметров [64]; закон функционирования системы, характеризующий ее состояние (работу) через некоторый промежуток времени после начала эксплуатации, вы раженное совокупностью расчетных значений основных функциональных и экономических (стоимостных) параметров [88].
Кроме того, классификационным признаком для систематизации параметров оценки качества является характер их представления. В соответствии с этим параметры делятся на: эвристические, базирующиеся на экспертном анализе и предполагающие количественное выражение только в балльной оценке (физико-химические свойства ЗВ); количественно - неориентированные (расходные характеристики, потери давления, ряд экономических критериев); количественно - ориентированные (эффективность, надежность и т.д.).
Главной особенностью неориентированных показателей является то, что их численные значения не могут в полной мере свидетельствовать о качестве технических решений. Например, удельный расход электроэнергии работы систем вентиляции на единицу объема очищаемого воздуха является количественным, но само его численное значение не дает представления о том, в какой степени система близка к наилучшему для заданных условий режиму работы.
Ориентированные показатели всегда связаны с их предельными значениями, т.е. для заданных исходных условий существует какое-то числовое значение параметра, которое можно принять в качестве желаемого предела. Тогда качество работы вентиляционной системы можно оценить по степени отклонения истинного значения показателя от его предельного значения. Использование этих показателей при вариантном проектировании может способствовать существенному сокращению числа разрабатываемых решений.
Существующее многообразие параметров оценки качества работы вентиляционных систем можно также классифицировать по возможности расчета на: рассчитываемые, предполагающие наличие математического описания (эффективность, экономические затраты, энергоемкостный показатель и т.п.); нерассчитываемые, не имеющие математического описания (физико-химические свойства пыли, архитектурно-планировочные, технологические параметры и т.п.).
С учетом описанных подходов к классификации параметров оценки качества работы систем вентиляции можно представить (рисунок 1.2) сводную схему критериев оценки качества технических систем.
Как видно из представленной схемы в качестве основных параметров оценки качества работы систем вентиляции наиболее часто используют показатели: эффективности и экономичности [68].
При этом параметры надежности стоят в этом перечне особняком. Если критерии эффективности и экономичности достаточно широко представлены как в теоретических, так и в практических работах по защите воздуха рабочих зон и приземного слоя атмосферы от ЗВ [5,74,75] и обеспечению санитарно-гигиенических и экономических требований [24,38] и по ним имеется достаточно разнообразная справочная литература, то критерии надежности известны только в качестве общетехнических рекомендаций [42, 54] общего плана, без уточнения конкретных параметров и расчетных схем для их определения. В тоже время только критерии надежности позволяют оценить качество работы вентиляционной системы в любой момент времени после начала ее эксплуатации.
В настоящий момент в вентиляционной технике именно надежность, как основной функциональный параметр, не имеет ни методологических подходов, ни строгой количественной оценки.
Для того чтобы дать количественную оценку работы систем вентиляции за любой период времени ее эксплуатации (оценить надежность) необходимо обобщить и систематизировать известные сведения о надежности, накопленные в смежных отраслях промышленности.
Для того чтобы провести описание надежности работы систем вентиляции, необходимо уточнить основные термины и определения, которыми мы будем оперировать в дальнейшем.
Надёжность - способность технических систем выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования [52]. Надёжность технических систем - это сложное свойство, которое в свою очередь обуславливается такими важными свойствами, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость [57].
Сохраняемость - свойство технических систем сохранять эксплуатационные показатели в течение и после срока хранения или транспортирования, установленного в технической документации [60]. Сохраняемость характеризует сопротивляемость технических систем изменению характеристик элементов под воздействием влажности, атмосферного давления, облучения, загрязнённости атмосферы, окружающей температуры и собственной массы при хранении.
Долговечность - свойство технических систем сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов [52,55,97].
Анализ и описание физической природы отказов вентиляционных систем
Как уже отмечалось в п. 1.2 особенность расчёта надёжности вентиляционных систем характеризуется недостатком, а зачастую и полным отсутствием статистических данных о времени безотказной работы (наработки на отказ). В этих условиях оценка надёжности систем вентиляции и их элементов традиционным методом - статистической обработкой результатов измерений, невозможна. Она может быть произведена на основе анализа физической картины отказов и максимального анализа любого рода информации о причинах возможных отказов, интенсивности отказов отдельных элементов вентиляционных систем, периодах между чистками, осмотрами систем и т.п.
Как уже было сказано в п. 1.4, для систем вентиляции в большей мере характерны отказы постепенного типа. Самые распространенные причины постепенных отказов систем вентиляции представлены на рисунке 2.4.
Рассмотрим каждую из этих причин более подробно. Абразивность - истирание в процессе эксплуатации вентиляционной системы стенок аппаратов и газоходов, вплоть до образования сквозных отверстий. Интенсивный износ стенок аппаратов характерен для сухих инерционных пыле-улавителей, газоходов и воздуховодов в местах поворота запылённого газового потока. В особенности быстро изнашиваются стенки циклонов в верхней части цилиндра и конусов.
Изнашивание стенок пылеочистных аппаратов происходит вследствие абразивных свойств пыли [24], ударяющихся или трущихся о внутренние поверхности пылеулавителей под воздействием инерционных сил.
Износ стенок пылеуловителей и воздуховодов зависит от концентрации пыли и резко возрастает при увеличении скорости газа. Истирание стенок зависит также от абразивных свойств частиц пыли: твёрдости, формы, размера и плотности.
Исследования процесса абразивного воздействия частиц пыли показали, что в первом приближении износ пропорционален концентрации пыли С, времени воздействия г и третьей степени скорости газового потока иг. На основании экспериментальных исследований [49] была предложена расчётная формула для оценки глубины износа г\ поверхности образца при абразивном воздействии пыли: где g-ускорение силы тяжести, м/с ; є -вероятность попадания частиц пыли на изнашиваемую поверхность; Ка - коэффициент абразивности пыли при заданном материале поверхности, м2/кг, зависящий от минералогического состава пыли, от прочности, твёрдости, формы, плотности и размеров частиц [102]. Для наиболее часто встречающихся на практике материалов значения Ки представлены в приложении Б ; ог- скорость движения запылённого воздуха вблизи изнашиваемой поверхности, м/с. усталостный износ
Усталость - процесс изменения состояния и свойств материала под действием повторно-переменных нагрузок [86], приводящих к появлению и развитию трещин и разрушению элементов и узлов вентиляционной системы.
Механизм образования и развития трещин. Механизм процесса разрушения при длительном воздействии нагрузки сводится к постепенному росту микротрещин до критического размера в результате флуктуационного разрыва атомных связей в вершине (устье) трещины.
Трещины образуются вскоре после приложения нагрузки обычно на различного рода дефектах: включениях, неоднородностях, царапинах и т.д., и их развитие занимает основную часть времени до разрыва (напр. в меди 90% времени до разрыва; в пластмассах до 90% времени затрачивается на развитие видимых трещин).
Обычно различают две стадии роста трещины: стадию медленного роста с увеличивающейся скоростью; стадию ускоренного роста , близкой к скорости звука в материале; длительность этой стадии составляет незначительную долю по сравнению с длительностью ускоренной стадии и временем разрыва образца.
Общей особенностью кинетики развития разрывной трещины под действием постоянной (растягивающей) нагрузки является самоускоренный, лавинообразный характер роста трещины. На первой стадии, определяющей временные эффекты разрушения, существенную роль играют тепловые флуктуации атомов и молекул; всегда имеется вероятность того, что некоторые частицы у вершины трещины получат вследствие тепловых флуктуации избыток кинетической энергии, достаточной для разрыва связей между ними; эта вероятность тем больше, чем выше температура и больше упругие напряжения у вершины трещины. Рост трещины на второй, конечной стадии разрушения, в отличии от первой, не зависит от температуры, т.е. представляет собой безактивационный атермический процесс разрушения тела локальными напряжениями, близкими к процессу молекулярной прочности, и связан со скоростью перераспределения упругой энергии.
Экспоненциальная связь между скоростью роста трещины и напряжением определяет лавинообразный характер развития трещин; увеличение длины трещины под действием постоянной нагрузки приводит к постепенному увеличению напряжения, что, в свою очередь, увеличивает скорость роста трещины и вызывает самоускорение процесса её развития.
Экспоненциальный характер зависимости скорости распространения трещины от напряжения объясняет, почему имеющиеся в материале дефекты, создавая локальные перенапряжения, тем самым становятся центрами разрушения. Скорость роста трещины при наличии перенапряжения намного выше средней скорости развития микротрещин в остальном неперенапряженном объеме образца. коррозионный износ
Коррозия - самопроизвольное разрушение металлических материалов, вследствие химического, электрохимического или биохимического взаимодействия их с окружающей средой [40].
Существенными бывают косвенные потери, вызванные коррозией: утечка нефти или газа из подвергшихся коррозии трубопроводов, порча продуктов питания, потеря здоровья, а иногда и жизни людей в тех случаях, когда это вызвано коррозией.
В зависимости от механизма коррозионного процесса коррозия бывает химическая, электрохимическая и биохимическая.
Химическая коррозия — это процесс, протекающий за счет гетерогенной химической реакции [46]. Продукты коррозии образуются непосредственно на корродируемых участках. К этому же виду коррозии относятся: газовая коррозия (окисление металлов при нагревании до высоких температур в газовой атмосфере) протекает в условиях, исключающих наличие влаги на поверхности металла и возникновение электрохимической коррозии. Поэтому в большинстве случаев считают, что газовая коррозия протекает при повышенной температуре, когда вода находится в газовой фазе, или при обычной температуре, но в сухой атмосфере. Газовую коррозию претерпевает также металл, подвергаемый термической обработке. В результате газовой коррозии на поверхности металла образуются соответствующие соединения: оксиды, сульфиды и др. коррозия в неэлектролитах (органические растворители: бензол, толуол, жидкое топливо; неорганические вещества: бром, расплав серы, жидкий фтористый водород) вызывается химической реакцией между металлом и коррозионной средой.
Электрохимическая коррозия — это процесс, возникающий на границе раздела фаз - металл-электролит. Этот вид коррозии не зависит от типа электролита, существенного значения не имеет и количество электролита. Единственное условие, необходимое для осуществления процесса - это возможность совместного протекания двух реакций — анодной и катодной, локализованных на определенных участках поверхности корродирующего металла. Электрохимической коррозии подвергаются, например, канально-проложенные в земле трубопроводы. В результате электрохимической коррозии окисление металла может приводить как к образованию нерастворимых продуктов (например, ржавчины), так и к переходу металла в раствор в виде ионов. Электрохимическая коррозия бывает нескольких видов:
Описание программного комплекса «Systems count»
Математическое моделирование надёжности вентиляционных систем, представленное в п.2., позволило нам разработать методику прогноза величины технологической и санитарно-гигиенической надёжности работы систем вентиляции, пригодную для инженерных расчётов. Блок-схема инженерной методики расчета надёжности представлена на рисунке 3.1. Инженерная методика расчёта надёжности систем вентиляции включает в себя расчёт технологической и санитарно-гигиенической надежности в отдельности. Расчет технологической надёжности состоит из следующих этапов: 1 Определение необходимого объёма работ при расчёте надёжности вен тиляционных систем: расчёт всей системы, когда в расчёте участвуют все подсистемы: улавливания, очистки, транспортирования, рассеивания; выборочный расчёт надёжности по отдельным элементам системы. 2 Определение вида расчёта: точный расчёт - расчет при наличии статистических данных о надёжности рассматриваемой системы или специальных испытаний ее элементов. При таком расчёте определение вспомогательных параметров надёжности (наработка на отказ, интенсивность отказов, среднее время безотказной работы, частота отказов) происходит по (1.3, 1.6, 1.13, 1.18) по зависимостям для обработки статистических данных, по данным экспериментальных исследований. При отсутствии статистических данных о надёжности систем вентиляции и её элементов производится приближенный расчёт надежности, базирующийся на физическом подходе. Для этого производится оценка физической картины отказов элементов системы, заключающаяся в определении преобладающих для данного случая причин отказа (п.1.2., рисунок 1.3, 2.2, таблица 2.1): коррозия, адгезия, абразивность и нарушение герметичности. После чего определяется величина накопления повреждения до отказа г (2.31-2.34) по зависимостям таблицы 2.3 для каждой из рассмотренных ранее причин отказов. Далее по параметру г происходит выбор закона распределения времени безотказной работы по условию (2.30) и определяют величину вероятности безотказной работы. Определение среднего времени безотказной работы для выбранного закона распределения случайной величины происходит с учетом типа производства, с учетом данных приложения Г. При этом учитываются следующие параметры: количество смен работы оборудования, количество дней работы оборудования в неделю. Наименьшее значение вероятности безотказной работы по каждой причине отказов и будет являться значением вероятности безотказной работы для данного элемента (подсистемы). 3 Определение количества и типа элементов (устройство, узел, деталь и т.д.), входящие в рассматриваемую подсистему. Справочные данные представлены в приложении Д. 4 Определение основного соединения элементов в системе и технологической схемы: последовательное соединение (рисунок 2.15), параллельное соединение (рисунок 2.16), комбинированное соединение (рисунок 2.17); 1. Определение величины технологической надёжности вентиляционной системы в целом по выражениям (2.37, 2.38, 2.39). На этом расчёт технологической надёжности всей системы закончен. Расчет санитарно-гигиенической надежности состоит из следующих этапов (рисунок 3.1): 102 Определение необходимого объёма работ при расчёте надёжности вентиляционной системы: общий случай - расчёт всей системы, когда в расчёте участвуют подсистемы: улавливания, рассеивания (очистки). Возможен также частный случай - выборочный расчёт надёжности отдельной подсистемы (улавливания или рассеивания (очистки)). 2 Определение вспомогательных параметров надёжности: Етт определяют из условий (2.40, 2.41); Етах определяют с помощью таблицы 2.4; Е известно из расчёта вентиляционной системы; jE определяют по формуле (2.43, 2.44). 3 Расчёт санитарно-гигиенической надёжности подсистемы (элемента) по формуле (2.42). 4 Определение величины санитарно-гигиенической надёжности всей системы. На этом расчёт санитарно-гигиенической надёжности вентиляционной системы закончен. С целью автоматизации выполнения работ в рамках рассмотренной в п.3.1 методики прогноза и оценки надежности работы систем вентиляции нами разработан программный комплекс «Systems_count». Данный программный продукт предназначен для прогноза надежности работы проектируемых систем вентиляции, а также для оценки надежности работы действующих и реконструируемых вентиляционных систем. Одним из важнейших достоинств предлагаемого программного комплекса является его простота, что позволяет работать с данным комплексом даже неподготовленному пользователю. Простота достигается путем разработки интуитивно-понятного пользовательского интерфейса. Работа в среде программ ного комплекса осуществляется посредством главного и подчиненных ему окон. Каждое окно соответствует некоторой реальной подсистеме, входящей в рассматриваемую систему вентиляции. Пользователь имеет возможность задать конфигурацию и параметры рассчитываемой подсистемы и системы в целом. Примеры работы в среде программного комплекса на различных этапах его реализации представлены на рисунках 3.2 - 3.6. Рассмотрим основные свойства рассматриваемого программного комплекса: 1 Совместимость с основными операционными системами для персонального компьютера. Данный программный комплекс предназначен для работы под управлением операционных систем семейства Windows (Windows 95/98/2000/NT4.0). 2 Универсальность. Программный комплекс позволяет производить расчет систем вентиляции различного состава и конфигурации. Расчет может происходить как для часто используемых элементов, так и для нестандартных. 3 Удобство в работе. Программный комплекс обладает интуитивно понятным интерфейсом. Вся необходимая информация выводится на экран. 4 Развитая справочная система. Программный комплекс обладает системой справочной информации, содержащей систематизированную общетехническую, нормативную и другого рода справочную информацию. 5 Модульность и открытость. Программный комплекс в процессе эксплуатации может расширять свои возможности за счет пополнения новыми объектами и пополнения вспомогательных данных в зависимости от возникающих требований. Инженерная методика прогноза и расчета технологической и санитарно-гигиенической надежности работы систем вентиляции включает в себя пошаговый расчет соответствующих параметров надежности с определением конечного результата и представлена расчетной блок-схемой. 2 Для удобства практического применения инженерной методики прогноза и расчёта надежности работы систем вентиляции разработан программный комплекс «Systems_count». Разработанный программный продукт обладает рядом достоинств, основными из которых являются его универсальность, удобство в работе, надежность, быстродействии и многое другое. В соответствии с основными результатами теоретических исследований (п. 2) пр7оизводственная апробация проведена нами с целью проверки и внедрения созданной на ее базе инженерной методики прогноза и оценки надежности работы систем вентиляции (п. 3). Промышленные испытания включали использование методики и анализ полученных результатов при проектировании, реконструкции, экспертной оценки вентиляционных систем при работе с различными массивами данных. Данные промышленной апробации сведены в таблицу 4.1.
В результате, в каждом из рассмотренных случаев использования методики, обеспечено принятие технических решений по вентиляционным системам, оптимальных с точки зрения их эффективности и безотказности (технологической и санитарно-гигиенической) в конкретных производственно-технологических условиях.
Применение инженерной методики прогноза и расчета надежности работы систем вентиляции при экспертной оценке надежности вентиляционных систем Брянского электромеханического завода
Примером промышленной апробации методики прогноза и оценки надежности работы вентиляционных систем в условиях действующего производства на стадии реконструкции является ее применение при проведении экспертной оценки надежности работы системы вентиляции деревообрабатывающего участка механического цеха Брянского электромеханического завода (БЭМЗ) (приложение Л). БЭМЗ [125] расположен в г. Брянске и выпускает следующую продукцию: радиоэлектронная аппаратура и радиотехнические комплексы.
На данном предприятии проведена экспертная оценка системы вентиляции деревообрабатывающего участка в связи с увеличивающимися экс плуатационными затратами на чистку системы (забивание местных отсосов и воздуховодов).
На участке выполняются работы по изготовлению изделий и приспособлений производственного назначения из древесины хвойных и лиственных пород. В помещении участка установлено 2 станка: универсальный деревообрабатывающий ИЭ-6009АУ 3.1; универсальный деревообрабатывающий УС-2М. Оборудование периодического действия (коэффициент одновременности К=0,5). Основными ЗВ выступают: опилки, стружка и древесная пыль.
Действующая система местной механической вытяжной вентиляции представлена аксонометрической схемой на рисунке 4.9.
Реализация методики прогноза и оценки надежности работы систем вентиляции, имевшая целью прогноз и повышение надежности действующей системы вентиляции, осуществлена посредством программного комплекса «Systems_count» и включает следующие основные этапы: 1 Определен объем работ при расчете надежности. В расчете участвуют следующие подсистемы: очистки, улавливания, транспортирования (для удобства наглядного представления рассчитываемой системы нами приведена схема на рисунке 4.10). Так как подсистема рассеивания представляет собой часть воздуховода, то эта система отдельно не будет рассматриваться и при расчете будет учтена как часть воздуховода системы транспортирования. 2 Вид расчета. Производится точный расчет - при наличии статистических данных (рисунок 4.11). В качестве исходного материала для расчета использованы данные по времени межремонтных циклов за последние 3 года эксплуатации системы БЭМЗ, выписка из журнала выпуска продукции деревообрабатывающего участка представлена в приложении М. В ней учтен график работы деревообрабатывающего участка: пятидневная рабочая неделя, односменная и восьмичасовой рабочий день. 3 Количество и тип элементов подсистемы (рисунок 4.12). Подсистема очистки (двухступенчатая, последовательная): уловитель крупных отходов (пылеосадительная камера, степень очистки 60 %); циклон (Ц-730, степень очистки - 95-97 %). Подсистема улавливания - встроенные местные отсосы различных модификаций. Аэродинамические характеристики местных отсосов от станков сведены в таблицу 4.4.
Подсистема транспортирования сеть воздуховодов (данные представлены в таблице 4.5); вентиляционная установка (вентагрегат центробежный, пылевой марки ВЦП7-40 № 5 исполнения № 6 на клиноременной передаче, скорость вращения колеса вентилятора принята 2200 об/мин, ротора эл. двигателя 1455 об/мин.; электродвигатель 4А132Б4УЗ N=7,5 квт, п=1455 об/мин., производительность 3800мЗ/час при полном напоре 300кг/м2). 4 Основное соединение элементов. Все подсистемы, составляющие функционирующую вентиляционную систему, соединены между собой последовательно. безотказной работы системы в целом) составила 57,3%.
Теперь необходимо сравнить фактическую величину надежности и требуемое значение надежности (вероятность безотказной работы технологического оборудования). Для этого используются данные по среднему вре 122 мени безотказной работы станков (673 часа), которые сведены в таблицу 4.6 и коэффициент одновременности, равный 0,5.
Из этого следует, что вероятность безотказной работы станков составила 63%. Значение требуемой надежности вентиляционных систем превышает фактическую величину технологической надежности данной системы вентиляции 57,3 %.
Из анализа существующей системы вентиляции видно, что ее технологическая надежность падает за счет сложного (комбинированного) соединения элементов улавливания, поэтому для повышения значения надежности предложено более простое соединение этих элементов (схемный способ повышения надежности (п.2.6)). При этом предлагается следующая схема (рисунок 4.13 - аксонометрическая схема) системы вентиляции.
После замены комбинированного соединения элементов подсистемы улавливания на их параллельное соединение пересчет технологической надежности дает величину вероятности безотказной работы равной 67,6 %, что удовлетворяет требуемому значению надежности 63%.
Поэтому в качестве рекомендаций, направленных на повышение надежности работы вентиляционной системы деревообрабатывающего участка, предлагается использовать именно этот способ, как основной. В качестве дополнительного способа могут быть использованы конструктивные (создание благоприятных режимов работы вентиляционной системы и её элементов) и
Похожие диссертации на Прогноз и повышение надежности работы систем местной вытяжной вентиляции
