Прогноз и повышение надежности работы систем местной вытяжной вентиляции

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:

1 Систематизированы существующие методы определения надежности сложных технических систем применительно к условиям и особенностям эксплуатации систем вентиляции и разработана классификация отказов.

2 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 системыопределены области применения и получено условие для выбора закона распределения вероятности безотказной работы вентиляционных систем по величине накопления повреждений до отказапредложен 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 промышленностиобеспечением 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 системпрограммного комплекса «Systemscount», 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 — Донупри разработке рекомендаций по повышению надежности систем вентиляции деревообрабатывающего участка Брянского электромеханического завода г. Брянскав 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 отказовзависимости 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 работыспособы повышения надежности работы систем вентиляции включают мероприятия трех основных групп методов: схемного, конструктивного и организационноготребуемый уровень надежности работы вентиляционных систем не должен быть ниже надежности работы основного технологического оборудования, обслуживаемого этими системамиинженерная 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 расчетовпрограммный комплекс «Systemscount» позволяет автоматизировать расчеты технологической и санитарно-гигиенической надежности работы систем вентиляции.

4.5 Выводы.

1 Результаты промышленной апробации методики прогноза и оценки надежности работы систем вентиляции, предусматривавшие проведение производственных испытаний и анализ полученных результатов, подтвердили правильность положенных в ее основу модели.

2 Представленные примеры практического применения методики и реализующего ее программного комплекса «Systemscount» свидетельствуют о возможности их использования: на стадиях проектирования и реконструкции систем вентиляциина предприятиях различных отраслей промышленности, в научных исследованиях и учебном процессепри работе с различным объемом данных.

3 В результате в каждом из рассмотренных случаев обеспечено принятие технических решений систем вентиляции, наилучших по эффективности и надежности в конкретных производственных условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе представлено решение задачи прогноза и повышения надежности работы систем вентиляции, имеющей существенное значение в области вентиляционной техники. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1 Систематизированы существующие методы определения надежности сложных технических систем применительно к условиям и особенностям эксплуатации систем вентиляции и разработана классификация отказов.

2 Разработана математическая модель прогноза и повышения 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 и адгезионного износов элементов системыопределены области применения, получено условие для выбора закона распределения времени безотказной работыпредложен подход к определению требуемой надежности работы вентиляционных систем.

3 Сформулирована и аналитически решена задача повышения надежности работы систем вентиляции, включающая: разработку инженерной методики прогноза и оценки надежности работы вентиляционных системразработку программного комплекса «Systemscount», предназначенного для работы под управлением операционных систем семейства Windows (Windows 95/98/2000/NT4.0).

4 Разработаны способы повышения надежности работы систем вентиляции в рамках трех основных групп методов (схемный, конструктивный и организационный).