книги / Техническая диагностика остаточного ресурса и безопасности
..pdfМЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ДИАГНОСТИКИ |
181 |
ПРОЕКТИРОВАНИЕ Анализ рисков и безопасности
|
Проект 1 | |
Модели |
|
|
|
|
Исходный ресурс |
|
|
^ |
Критерии |
Р, у; N, t , f |
R, е, I, [/V], [Я], [/] ^ |
|
|
|
11рочность, долговечность, |
|
|
I |
|
ОТР, о п о , кво, с во |
|
|
|
(АЭС, ТЭС. ГЭС |
|
||
|
РКК.ЛА.АПЛ, |
|
||
|
МТ, ХП) |
|
||
^ Живучесть, безопасность |
|
|||
|
остаточный ресурс |
|
||
л |
у; /V, /, dl/clN, t, Ф, R, Hj/N |
|
||
|
Критерии, ЭВМ, БЩР, БСР |
|
||
|
Повреждение проекта, остаточный ресурс |
|
||
|
|
Физическийпуск |
|
|
|
ЭКСПЛУАТАЦИЯ |
|
||
|
Отказы, аварии, катастрофы |
|
||
|
ВЫ ВОД ИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ |
|
||
|
________ |
Отказы, аварии |
|
|
ДИАГНОСТИКА: Штатная диагностика (Р,Т,N,/,/) |
- УЗД |
|||
|
Оперативная диагностика аварийных ситуаций |
- САЗ, САОЗ |
||
|
(тензо-, термометрия, АЭ, ТВ, ИМГОЛ) |
Рис. 5.2. Блок-схема анализа прочности и безопасности потенциалыю опасных объектов при штатных и нештатных ситуациях
(ТЗ) с введением базовых требований по прочности, ресурсу и безопасности в соответствии с нормами. Сама разработка проекта состоит из ряда стадий (принципиальные схемы, предэскизный, технический и рабочий проекты). На этой стадии разрабатываются физические и математические модели с примене нием ЭВМ и систем автоматизированного проектирования (САПР) для штатных и аварийных ситуаций.
На стадии проектирования СВО, КВО, ОПО и ОТР новых поколений про водится анализ прочности на основании нормативных и дополнительных расче тов и обосновывается исходный ресурс безопасной эксплуатации с выполнением требований приемлемого риска. Основными критериями и характеристиками таких расчетов являются: эксплуатационные нагрузки Р, температуры Т (0, чис ла циклов N, частоты f характеристики сопротивления материалов R (at, ст», а л„), деформации е, дефекты /.
182Глава 5. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ РЕСУРСА
Вкачестве допустимых обосновываются [А], [Р], [/] с заданными запасами п. По комплексу расчетных и эксплуатационных исследований составляется за ключение о прочности и ресурсе в соответствии с нормами. Дополнительно к расчетам прочности и ресурса на основе определяющих выражений гл. 1-4 дол жен быть проведен анализ живучести, рисков и безопасности.
На стадии изготовления решаются вопросы выбора, обоснования и развития технологий материалов и контроля в соответствии с нормами и правилами. Для изготовленных элементов, систем и объектов в целом устанавливаются исход ные состояния: фактические механические свойства и их отклонения от техни ческих требований, уровень реальной дефектности несущих узлов, геометриче ские формы и их отклонения.
Уточненные данные дефектоскопического контроля заносятся в паспорта и в память ЭВМ. Все эти данные являются исходной информацией о характери
стиках прочности R„,(GB), ЛДад, деформативности А (удлинений 5), Z (сужении \|/), деформациях е, температуре t, скорости роста трещин dl/dN (или dl/dx.). На их основе проводится уточнение проектных параметров прочности и ресурса. Проблемы живучести и безопасности объектов требуют на этой стадии анализа возможных отказов по причинам технологической наследственности.
Стадия испытаний включают различные их виды и комбинации: автоном ное испытание (АИ) узлов, стендовые испытания узлов, агрегатов и изделий, огневые и имитационные испытания. Завершающими оказываются штатные ис пытания головных образцов с воспроизведением реальных эксплуатационных и экстремальных режимов. На этой стадии должен проводиться анализ источни ков и сценариев аварийных ситуаций.
С использование тех же критериев, что и для стадий проектирования и из готовления, проводится дополнительное уточнение допустимых предельных на грузок [Р] и долговечности [N] для штатных и аварийных ситуаций. На этой ос нове составляется заключение о ресурсе, методах последующего контроля и на значаются уточненные режимы эксплуатации, исходя из требований заданных условий рисков.
Для стадии ввода в эксплуатацию осуществляются предпусковые и пуско вые испытания (холодная и горячая обкатка), физический пуск (с корректиров кой всех систем поддержания эксплуатации) и ввод в эксплуатацию по требова ниям норм и правил безопасной эксплуатации. При этом назначается и уточня ется система штатной диагностики основных параметров: нагрузок Р, темпера тур Т, циклов N, частот/ дефектов / (с использованием преимущественно штат ных систем ультразвуковой диагностики). Для объектов высокой потенциальной опасности разрабатываются, создаются и применяются методы и системы штат ной диагностики для нормальных условий эксплуатации, а также и специальные системы оперативной диагностики аварийных ситуаций - с использованием тензо- термометрии, акустической эмиссии (АЭ), термовидения (ТВ), импульсной голографии (ИМГОЛ), способные работать при развитии чрезвычайных ситуа ций. Получаемые при этом данные могут давать исходную информацию для
МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ДИАГНОСТИКИ |
183 |
включения систем автоматической защиты (САЗ) и систем автоматической опе ративной защиты (САОЗ), систем оповещения и эвакуации.
На начальной стадии штатной эксплуатации важно получить информацию по подтверждению или корректировке проектных решений о прочности и ресур се. По мере исчерпания уточненного проектного ресурса необходимо проводить оценку остаточного ресурса безопасной эксплуатации. В целях обобщения ин формации по всем стадиям жизненного цикла объекта следует использовать унифицированные критерии и компьютерные программы. При этом текущие данные о ресурсе в штатных режимах могут выводиться на блочные щиты управления (БЩУ) и бортовые счетчики ресурса (БСР). Для объектов повышен ной безопасности и ресурса в период эксплуатации потребуется обязательное введение комплексных систем защиты с построением новых систем диагности ки, основанных на анализе рисков, когда диагностика осуществляется по пара метрам опасных энергией, веществ и информации.
Применительно к стадии эксплуатации при исчерпании исходного и оста точного ресурса важным научно-техническим и экономическим вопросом ста новится вопрос о безопасном выводе объектов из эксплуатации (особенно в слу чаях накопленных остаточных радиоактивных излучений Ф, химических воз действий, нештатных и аварийных воздействий на объекты, персонал и окру жающую среду). При этом вывод из эксплуатации должен сопровождаться та ким же анализом безопасности и рисков, как и сама эксплуатация.
Вопросы для самопроверки
1.С помощью каких методов диагностики определяются параметры проч ности, ресурса и живучести?
2.Назовите основные расчетные характеристики остаточного ресурса и жи вучести, определяемые расчетными методами и методами диагностики.
3.Какие методы технической диагностики являются наиболее информатив ными при определении остаточного ресурса и безопасности?
4.Каким целям служат штатная и аварийная диагностики состояния технических систем?
5.Как связаны потенциальные опасности объектов и уровень их диагностического контроля?
З А К Л Ю Ч Е Н И Е
Изложенные в настоящем учебном пособии результаты фундаментальных и прикладных исследований по проблемам прочности, ресурса, живучести, рисков и безопасности относятся к таким важным научным дисциплинам, как машино ведение, механика деформирования и разрушения, физика прочности, конструк ционное материаловедение, теория надежности и рисков, техническая диагно стика. При этом фундаментальными, основополагающими для количественного анализа проблем остаточного ресурса и рисков являются:
-уравнения состояния (диаграммы деформирования) при широкой вариа ции условий нагружения (статического, циклического, динамического, длитель ного);
-решение краевых задач в упругой и неупругой постановке для определе
ния напряженно-деформированных состояний в зонах конструктивной концен трации напряжений (определяемых теоретическими коэффициентами концен трации напряжений) и в зонах трещин (определяемых коэффициентами интен сивности напряжений);
-деформационные критерии образования предельных состояний - возник новения трещин в зонах концентрации напряжений и развития возникших или исходных трещин; эти критерии используются для широкого диапазона условий нагружения (по нагрузкам, температурам, временам) и видов разрушения (вяз кого, квазихрупкого, хрупкого);
-детерминированные и вероятностные представления о сопротивлении де формированию и разрушению (обусловленном статистическим рассеянием ос новных механических свойств) и об условиях эксплуатационной нагруженности (обусловленных вариацией номинальных и местных деформаций);
-рассчитанные или назначенные запасы по прочности, деформативности, устойчивости, ресурсу, живучести в детерминированной или вероятностной по становке;
-расчетные или постулированные типы опасных состояний в наиболее на груженных зонах несущих элементов (повреждения, отказы, аварии, катастро фы) и вероятности их наступления в процессе жизненного цикла анализируемых объектов техносферы (объектов технического регулирования, опасных произ водственных объектов, критически важных объектов);
-затраты (ущербы) на предупреждение или ликвидацию указанных выше опасных состояний, зависящие от вида объектов техносферы, источников и сце нариев развития опасных состояний;
-риски возникновения опасных состояний, определяемые как произведение вероятностей их возникновения на соответствующие ущербы и увязанные с ука занными выше запасами в статистической или детерминированной постановке.
На базе перечисленных выше фундаментальных результатов анализа разра батываются и реализуются комплексные прикладные разработки. В них вклю
чаются:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
185 |
-расчетно-обоснованный выбор геометрических форм и размеров несущих элементов конструкций, конструкционных материалов и технологий;
-расчетное нормативное определение запасов исходной прочности и ресур са по данным технических заданий на эксплуатацию, расчетным размерам сече ний и заданным техническими условиями или стандартами характеристикам ме ханических свойств;
-расчетно-экспериментальное обоснование живучести несущих конструк ций с исходными или возникшими повреждениями, выходящими за пределы установленных норм и правил (по степени развития дефектов и трещин, по сте пени образования деформаций и деградации конструкционных материалов);
-расчетно-экспериментальное определение остаточной прочности, ресурса
иживучести по принятой системе запасов после заданной стадии эксплуатации потенциально опасного объекта;
-расчетное определение рисков возникновения опасных состояний на за данной стадии эксплуатации объекта с учетом запасов по прочности, ресурсу и живучести;
-создание и использование универсальных и специальных систем штатной
иаварийной диагностики.
Результаты фундаментальных исследований и прикладных разработок по зволяют научно обосновать и принимать главные базовые решения возможности и допустимости реализации проекта, создании или эксплуатации потенциально опасного объекта:
-по комплексу назначенных и полученных в процессе диагностирования и
врасчетах запасов при оценке прочности, ресурса, живучести и рисков;
-по величинам запасов при оценке рисков возникновения опасных состоя ний с учетом приемлемых уровней рисков для заданной стадии функционирова ния потенциально опасного объекта.
Полученные расчетные величины запасов позволяют разрабатывать и реа лизовывать комплексные конструкторские, технологические, эксплуатационные, контрольные и надзорные мероприятия:
-по обеспечению и управлению исходной и остаточной прочностью, ресур сом и живучестью;
-обеспечению, повышению и управлению безопасностью с использовани ем критериев риска.
Изложенные в настоящем учебном пособии материалы использовались в
лекциях проф. В.В. Москвичева, О.Ф. Чернявского, А.О. Чернявского, А.Н. Полилова, И.Р. Кузеева, Ж.М. Бледновой, С.К. Каргапольцева, А.М. Лепихина, В.Н. Пермякова в ведущих вузах страны и научно-образовательных центрах.
Материалы настоящего учебного пособия могут способствовать переходу к новому этапу исследований, проектирования, создания и эксплуатации объектов техносферы, удовлетворяющих повышенным комплексным требованиям проч ности, ресурса, живучести и безопасности на единой методологической основе.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научнотехнические аспекты : в 34 т. М .: МГФ «Знание», 1997-2009.
2.Достижения и задачи машиноведения. К 70-летию академика К.В. Фро лова. М.: МГФ «Знание». 2006.416 с.
3.Фролов К.В. Избранные труды : в 2 т. М .: Наука, 2007.
4.Неразрушающий контроль : справочник : в 8 т. / под общ. ред.
В.В.Клюева. М .: Машиностроение. 2005.
5.Махутов Н.А. Прочность и безопасность. Фундаментальные и приклад ные исследования. Новосибирск: Наука, 2008. 528 с.
6.Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безо пасность : в 2 ч. Новосибирск: Наука. 2005.
7.Исследования прочности при малоцикловом нагружении : в 8 кн. / под ред. С.В. Серенсена, Н.А. Махутова, М.М. Гаденина. М .: Наука, 1975 - 2006.
8. Исследования напряжений и прочности ядерных реакторов : в 9 кн.
/под ред. Н.А. Махутова, М.М. Гаденина. М .: Наука, 1987 - 2009.
9.Прочность. Механика разрушения. Ресурс. Безопасность технических систем : в 5 кн. Новосибирск: Наука, 2002 - 2006.
10.Машиностроение : энциклопедия : в 30 кн. М. : Машиностроение, 1994
-2010.
11.Гражданская защита : энциклопедия : в 4 т. / МЧС России, М. : 2006 -
2007.
12.Махутов Н.А., Пермяков В.Н. Механика деформирования и разруше ния нефтегазохимических объектов : учеб, пособие. Тюмень : ТГНГУ, 2003. 189 с.
УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ
Николай Андреевич Махутов, Михаил Матвеевич Гаденин
ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА
И БЕЗОПАСНОСТИ
Учебное пособие
Под общейредакцией академика РАН В.В.Клюева
Редактор Н.Н. Морозова
Художественное оформление П.Е. Клейзер
Корректор Н.Н. Морозова
Инженер по компьютерному макетированию Г.Ю. Корабелышкова
ISBN 978-5-904270-68-1
9 7 8 5 9 0 4 270681
Сдано в набор 16.92.2011 г.
Подписано в печать 24.03.2011 г. Формат 70x100 Vi6. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать офсетная.
Уел. печ. л. 15,48. Уч.-изд. л. 10,11. Тираж 400 экз. Заказ 2669
ООО «Издательский дом «Спектр», 119048, Москва, ул. Усачева, д. 35, стр. 1 Http://www.idspektr.ni. E-maiI:info(S'idspektr.ni
Отпечатано в ОАО «Подольская фабрика офсетной печати». 142100, Московская область, г. Подольск,
Революционный проспект, д. 80/42. www.ofsetpodolsk.ni