CC BY
16
УДК 621.313.684
ИНФОРМАЦИОННО-ЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МНОГОАМПЕРНЫЕ КОНТАКТЫ ПИТАЮЩИХ ПРИЧАЛЬНЫХ КОЛОНОК
МОРСКОГО ПОРТА
Лицкевич С.А., аспирант, ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова», г. Новороссийск,
e-mail: lion_novoross@mail.ru
Лицкевич О.Н., аспирант, ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова», г. Новороссийск,
e-mail: olga28.a@mail.ru
Лицкевич А.П., к.т.н., профессор, ФГБОУ ВО «Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова», г.
Новороссийск
В статье синтезирована информационно-логическая модель для оценки влияние дестабилизирующих факторов морской среды Новороссийского района на многоамперные электрические контакты колонок питающих современную погрузочно-разгрузочную технику морского порта. В работе анализируется также влияние агрессивных факторов нефтяного терминала, который расположен вблизи исследуемых объектов.
Ключевые слова: информационно-логическая модель; внешние дестабилизирующие факторы, надежность электрических контактов контактных колонок; лингвистические переменные с терминальным множеством.
ASSESSMENT OF DESTABILIZING FACTORS IN THE MARINE ENVIRONMENT FOR ELECTRIC CONTACT SYSTEM PORT
Litskevich S., the post-graduate student, FSEIHE «Admiral Ushakov Maritime University», e-mail: lion_novoross@mail.ru.
Litskevich O., the post-graduate student, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime University», e-mail: olga28.a@mail.ru Litzkevich A., candidate of technical sciences, Professor, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime University»
The article synthesized the information-logical model to evaluate the influence of destabilizing factors of the marine environment of the Novorossiysk region at high current electrical contacts of the supply columns modern cargo handling equipment marine port. The paper examines also the influence of aggressive factors of an oil terminal, which is located close to the studied objects.
Keywords: information and logical model; external destabilizing factors, the reliability of the electrical contacts of the contact columns; linguistic is the belt with the terminal set.-
Эксплуатация электрического оборудования в условиях морского порта имеет специфику, отличную от условий эксплуатации его на промышленных предприятиях. Анализ причин неработоспособности электрооборудования, расположенного на морских причальных сооружениях, например, контактных колонок (КК) питающих мощную подъемно-перегрузочную технику, показывает, что неработоспособность возникает вследствие действия внешних дестабилизирующих факторов. Морские пирсы и причалы находятся непосредственно в море и подвержены действию, как морской влаги, так и воздушно-капельной среды, которая образуется из-за ударов морских волн о причал. Поскольку на причале всегда присутствует воздушный поток из-за градиента температур «Суша-Море», то движущийся воздушный поток, а при волнении моря и воздушно-капельная среда (насыщенная химически активными веществами) проникает в электрооборудование и осаждается на его уязвимых частях, вызывая их деструкцию. При сильном ветре (Новороссийская «бора») морская волна может полностью накрывать контактные колонки, и осаждаться на проводящих поверхностях контактов.
Описанные явления носят случайный характер, и однократно не ведут к внезапным отказам, но, действуя многократно, вызывают коррозию, которая через некоторое время ведет к постепенным отказам. Наличие большого количества электрических колонок на причале (и большого количества причалов в порту) дестабилизирующие факторы наносят существенный ущерб в работе порта.
Электрические контакты (КК) функционируют в условиях агрессивной среды, содержащей также химически активные вещества. Наличие таких веществ обусловлено тем, что на разгрузочных площадках порта практически всегда находятся как пылеобразующие, так и насыщающие морскую влагу химически активные вещества, которые благодаря постоянному перемещению увлажненного воздушного потока "море - суша" оседают на электрических контактах (КК), вызывая их ускоренную коррозию и рост переходного сопротивления электрических контактов. Это в свою очередь ведет к увеличению тепловыделения на контактах и дальнейшему их разрушению.
Исследования отработавших свой срок электрических контактов (КК) показали, что морская атмосфера, вблизи терминалов, благодаря
наличию большого содержанию хлоридов (солей, содержащих хлор), кислорода °2, диоксида серы S°2, агрессивных, пылевидных частиц с/х удобрений, характеризуется высокой способностью вызывать коррозию электрических контактов. Морская коррозия контактов протекает по электрохимическому механизму преимущественно с кислородной деполяризацией и смешанным диффузионно-кинетическим катодным контролем. Разрушение электрических контактов в морской влажной атмосфере происходит наряду с общей равномерной коррозией, и наблюдается в виде язв и питтинга. Измеренная по потере массы коррозия металлов в Новороссийском порту, достигает 0,20 мм/ год, а язвенная коррозия - до 1 мм/год. На скорость коррозии контактов в морской влажной атмосфере оказывает влияние ряд факторов. Так общая соленость морской воды не сильно влияет на интенсивность коррозионного процесса, в то время как наличие сероводорода (характерного для Черного моря) или различных агрессивных примесей, как показывают исследования, проведенные в порту, увеличивают скорость коррозии в несколько раз. При обследовании контактных колонок в различных частях порта обнаружено, что те (КК), на которые длительно в процессе эксплуатации оказывал влияние движущийся воздушный поток, увеличивающий скорость доставки кислорода к поверхности контактов, соответственно существенно возрастала и их коррозийная поврежденность.
При значительных скоростях движения воздушных масс (для Новороссийска и порта в частности характерны сильные ветра, до 45 м/сек), содержащих капли морской воды, появляются коррозионно-эрозионные разрушения. Коррозия сильно ускоряется вследствие разрушения воздушно-капельным потоком защитной пленки на металлах электрических конструкций. К таким разрушениям особенно склонны медные элементы контактов. При очень быстром движении воздушно-капельного потока наблюдается коррозионная кавитация, когда наряду с коррозионным процессом происходит механическое разрушение меди ударным воздействием водных капель при смыкании вакуумных пузырьков. Исследования отработавших свой срок контактов показал, что на отдельных участках коррозионная кавитация достигала единицы миллиметров в год, т.е. происходила ударная коррозия.
Для анализа коррозийных свойств меди, из которых изготовлены электрические контакты колонок была попытка использования модели,
разработанной Михайловым А.А., Титбладом Дж, Кучерой изложенной в [1]. Однако такая модель не учитывает факторы, приведенные выше, которые существенным образом влияют на работоспособность электрических контактов (КК). Проблемным обстоятельством является то, что количественные значения дестабилизирующих функционирование контактов факторов неопределенны, и классическим математическим анализом вычислить степень их влияния на работоспособность контактной системы практически невозможно. Поэтому для обоснованности влияния этих факторов нами использован информационно-логический аппарат, дополненный теорией нечетких переменных.
Информационно-логический анализ (ИЛА) был разработан французским физиком лауреатом Нобелевской премии по физике Г. Каст-лером. Основным достоинством (ИЛА), которым мы воспользовались, являлась возможности с его помощью оценивать многочисленные и самые разнообразные деструктивные факторы, оказывающие влияние на любые явления в частности: на распространение агрессивных веществ по территории причалов, оценка количества опасных факторов на различных площадках, и т.д., а также решать задачи по прогнозированию этих явлений.
В данной статье рассмотрена задача оценки влияния влияние дестабилизирующих факторов на электрическую контактную систему на Восточном пирсе, которая расположена вблизи нефтяного терминала, в атмосфере которого содержится значительное количество диоксидов серы. На площадках Восточного пирса происходит выгрузка навалом различных химических активных с/х удобрений, содержащих азотистые соединения, серы, угля, железной руды и др. веществ. Восточная часть пирса с находящимся на нём электрооборудованием во время штормового волнения накрывается морской волной, и морская вода попадает на (КК). При умеренном волнении (волны до 1 м.) происходят удары волн о бетонный причал, и происходит их разбрызгивание и атмосфера на пирсе насыщается не только морской воздушно-капельной смесью, но и содержит и компоненты химически агрессивных веществ, разрушающих медные пластины электрических контактов. Поскольку умеренное волнение в этом районе порта наблюдается 9-10 месяцев в году, то электрические контакты находятся в тяжелых условиях работы. Предельная наработка (КК) наиболее удаленных от воды и агрессивных веществ не превышает 40000-45000 часов, а те экземпляры (КК), которые находятся в неблагоприятных условиях, их наработка (с учетом обслуживания и ремонтов) составляет 20000-22000 час. Схема расположения электрических контактных колонок приведена на рис. 1.
Выше было сказано, что для обоснованности влияния дестабилизирующих работу электрических контактов нами применен информационно-логический аппарат (информационно-логическая модель), дополненный теорией нечетких множеств. Теория нечетких множеств позволяет ранжировать наблюдаемые, но нечеткие переменные, входящие в матрицы инфомационно-логической модели. В соответствие с методикой и правилами действий в теории нечетких множеств мы вводим лингвистическую переменную с терминальными множествами, отображающую состояние контактной системы по наработке, а также лингвистическую переменную с терминальным множеством, отображающую степень воздействия (концентрацию) дестабилизирующего фактора.
Рисунок 1. Схема расположения электрических колонок (ККЭ) на Восточном пирсе (выгрузка серы, с/х удобрений, угля, железной руды)
В таблице 1 приводятся лингвистические переменные с терминальными множествами (
ах, а2, аз, а4, а5) и (b,, b3, Ь5
Таблица 1. Лингвистические переменные с терминальными множествами
6, - «очень большая концентраци
а, - «очень большая наработка», а, - «большая наработка», а,- «средняя наработка», о,- «малая наработка», о, - «очень малая наработка»,
Ь, - «большая концентрация», Ь3 - «средняя концентрация», Ь„ - «малая концентрация», />., «очень малая концентрация».
Для построения математической модели с целью получения обоснованной оценки влияния дестабилизирующих факторов на коррозийные процессы в контактах воспользуемся описанием состояния морской окружающей среды на Восточном пирсе и химическими активными веществами, которые могут вызвать дестабилизацию работы электрической контактной системы. Воспользуемся следующими факторами:
- химически-агрессивные примеси в атмосфере - HIM ;
- морская воздушно-капельная взвесь -MKW;
- морская влажность - MVL;
-температура контактов (КК) - TKON;
В соответствие с методикой построения информационно-логической модели необходимо сформировать следующие информационные матрицы:
- для фактора (HIM), обозначающего химически-агрессивные примеси в атмосфере;
- для фактора (MKW;), обозначающего морская воздушно-капельная взвесь;
- для фактора (MVL) обозначающего морская влажность;
- для фактора (TKON;) обозначающего температура контактов;
Сформируем информационную матрицу для фактора (HIM), обозначающего химически-агрессивные примеси в атмосфере табл. 2. Обработку вероятностной матрицы из таблицы 1. произведем в программном режиме в системе Mathcad. Результатом программного вычисления является коэффициент влияния исследуемого фактора, представленного лингвистической переменной «концентрация» с тер-
b b2 b3 b4 b5
минальным множеством ( 1, 2 , 3 , 4 , 5 ), на выходной определяющий параметр, определенный как «наработка», с терминальным
множеством ( Программ KIP1(N, Wn) :=
).
Программы определения коэффициента эффективности передачи информации в системе Mathcad.
Wp --Wn
N
rows(Wp)
PA ^ V (Wp)
<i)
i = 1
r°ws(WpT) , .<i) PB ^ V VWpTJ
i=1
rows(PA) (
HA-- V PA
i=1 V
rows(PB) (
hb V PB. ■ i
i=1
ln,
(PAi)'
1 ln(2) ln(PBi)
KIP(N, Wn) :=
S ^ (PA PB HA HB) R1 ^
i ln(2) T
k ^ 0
for j e 1.. cols(Wp) <<)
Wp
r ^
for i e 1.. 5
if x Ф 0 i
zk
k + 1
^ x
rows(R1) ln(R1i)
HAB ^ - V R1. —
¿-t i ln(2) i=1
T ^ KIP1(N, Wn)3 + KIP1(N, Wn)4 - HAB
K ^
T
KIP1(N, Wn).
T T V
KIP1(N, Wn) T KIP1(N, Wn) T T K
N
где: - общее число колонок на Восточном пирсе
W
а К
- матрица, элементами которой являются числа соответствующие совпадениям термов лингвистических переменных и
Результатом вычислений по разработанной программе являются:
1) расширенная матрица (соответствующая таблице 1);
2) количество информации Т(А'В) ;
В А
3) коэффициент эффективности передачи информации от фактора к параметру ^ .
z
r
Таблица 2. Информационная матрица для фактора, обозначающего химически-агрессивные примеси в атмосфере
А В "2 о. аА «5 Р ь„
Ь, 0 0 0 0.098 0.244 0.342
ь2 0 0 0 0.024 0.244 0.268
Ь, 0.049 0.073 0.049 0.049 0 0.220
К 0.049 0.049 0 0 0 0.098
"5 0.049 0.024 0 0 0 0.073
Р а, 0.147 0.146 0,049 0.171 0.488 1
Результат вычисления коэффициента эффективности передачи информации от фактора «химически-агрессивная среда»
.шы
явлению «наработка электрических контактов КК» имеет вид
К (А, Н1Ы) = 0.485
К1Р
41,
0 0 0 4 10
0 0 0 1 10
2 3 2 2 0
2 2 0 0 0
у2 1 0 0 0
0
0 0 0.098 0.244 0.341
0 0 0 0.024 0.244 0.268
0.049 0.073 0.049 0.049 0 0.22 0.049 0.049 0 0 0 0.098 0.049 0.024 0 0 0 0.073
0.146 0.146 0.049 0.171 0.488 1
0.954 0.485
Результат вычисления коэффициента эффективности передачи информации от фактора «морская влажность» - ЫVL к явлению
К (А, ЫУТ) = 0.319
К1Р
^ 0 0 5 8 1 Л
«наработка электрических контактов КК» имеет вид
00
0 0 0.122 0.146 0 0.049 0.098 0.073 0.024 0.073 0 0
41,
00560 02430 1 3 0 0 0
V1 1 1 0 V
0.122 0.195 0.024 0.341
0.024 0.024 0.024 0
0.268 0.22 0.098 0.073
0.049 0.146 0.366 0.415 0.024 1
0.577 0.319
Результат вычисления коэффициента эффективности передачи информации от фактора «морская вводно-капельная взвесь» -
К (А, ыш) = 0.264
ыуш
к явлению «наработка электрических контактов КК» имеет вид
К1Р
41 ,
00842
00461 03330 112 0 0 0 0 0 1 2
0 0 0.195 0.098 0.049 0.341
0 0 0.098 0.146 0.024 0.268
0 0.073 0.073 0.073 0 0.22
0.024 0.024 0.049 0 0 0.098
0 0 0 0.024 0.049 0.073
0.024 0.098 0.415 0.341 0.122 1
0.497 0.264
ТКОЫ
Результат вычисления коэффициента эффективности передачи информации от фактора «Температура среды» к явлению
«наработка электрических контактов КК» имеет вид
К (А, ТКОИ) = 0.311
К1Р
41,
^28400^
2 2 7 0 0 4 5 0 0 0 2 0 2 0 0
ч° 0 1 1
0.049 0.195 0.098 0 0 0.341
0.049 0.049 0.171 0 0 0.268
0.098 0.122 0 0 0 0.22
0.049 0 0.049 0 0 0.098
0 0 0.024 0.024 0.024 0.073
0.244 0.366 0.341 0.024 0.024 1
0.565 0.311
К (А, Н1Ы) = 0.485 К (А, ЫVL) = 0.319
- химически-агрессивные примеси в атмосфере; - морская влажность окружающей атмосфере;
к
K (A, MVW) = 0.264
v ' - морская вводно-капельная взвесь;
K (A, TKON) = 0.311
v ' - температура среды.
Выводы:
Результаты вычислений показали эффективность информационно-логической модели дополненной элементами теории нечетких множеств в анализе степени влияния деструктивных факторов, которые не имеют приборно-измеренных величин выражения на нечетко определенный параметр «наработка» электрической контактной системы.
Из четырех рассмотренных коэффициентов эффективности передачи информации от факторов к явлению
K (A, HIM) = 0.485
v ' - химически-агрессивные примеси в атмосфере;
K (A, MVL) = 0.319
v ' - морская влажность окружающей атмосферы;
K (A, MVW) = 0.264
- морская вводно-капельная взвесь;
K (A, TKON) = 0.311
- температура среды.
Набольшее дестабилизирующее влияние на наработку электрической контактной системы оказывают два фактора:
, K (A, HIM) = 0.485
- химически-агрессивные примеси в атмосфере, ;
, K (A, MVL) = 0.319
- морская влажность окружающей атмосфере, .
Исходя из полученных результатов, следует сделать вывод о не размещении электрических контактных колонки вблизи площадок с химически активными веществами. С целью защиты колонок от морской влаги необходимо принять меры по их герметизации, а также увеличить частоту технического обслуживания электрических контактов.
Литература:
1. Михайлов А.А., Титблад Дж, Кучера В. Классификационная система стандарта ИСО 9223 и функции доза ответ для оценки корро-зионности атмосфер //Защита металлов. 2004 Т. 40. №6. С.601-610
2. Пузаченко Ю.Г., Мошкин А.В. Информационно-логический анализ в медико-географических исследованиях / Итоги науки т.3, ВИНИТИ 1969 г.
3. Ярушкина Н.Г. Основы теории нечетких и гибридных систем. /Учеб. Пособие.- М.: Финансы и статистика, 2004.
4. Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических исследованиях. Учеб. Пособие для студ. вузов /Юрий Георгиевич Пузаченко.-М.:Издательский центр «Академия», 2004.
5. Морская коррозия. Справочник. М. Металлургия. 1983.г. 512 с.
6. Дружинин Г.В. Теория надёжности радиоэлектронных систем в примерах и задачах: учеб. пособие для вузов. - М.: Энергия, 1976. - 448 с.
7. Бредихин А.Н., Хомяков М.В.Электрические контактные соедине-ния -М.: Энергия, 1980. 168 с.
