CC BY
22
Определение надежности систем аспирации
Н.И. Галкина, К.А. Варельджан Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону
Аннотация: Рассматриваются вопросы, связанные с определением технологической надежности систем аспирации. Предложены зависимость для определения величины накопления повреждений до отказа при наличии и отсутствии экспериментальных данных.
Ключевые слова: система аспирации, технологическая надежность, отказ, износ, повреждение, закон распределение случайной величины, величина накопления повреждений.
Расчет надёжности систем аспирации предполагает в первую очередь определение технологической надежности. А затем, при достижении требуемого уровня последней, и расчет санитарно-гигиенической надежности, так как санитарно-гигиеническая надёжность является ужесточающим требованием, оценивающим работоспособности системы [1].
В связи с этим, имеет смысл более подробно остановиться на определении технологической надежности аспирационных систем, а именно ее математическом описании [2].
Для описания технологической надежности технических систем, в целом, используется ряд законов распределения случайной величины как классических, так и производных, в зависимости от причин отказов системы, что иллюстрирует рис.1.
При анализе большинства предложенных законов речь идет о накапливающихся повреждениях аспирационных систем [3,4]. Для количественной оценки степени этого накопления используется понятие величины накопления повреждения до отказа — г.
Значения величины г позволяют определить закон распределения случайной величины, по которому и будет оценена технологическая надежность системы аспирации:
Рис. 1. - Схема математического описания надёжности систем аспирации
- при г = 1 причиной отказа являются мгновенные повреждения, описываемые экспоненциальным законом;
- при г> 1 износ наступает при постепенном накоплении повреждений, что учитывает гамма распределение;
- при г = 9 гамма распределения заменяется нормальным законом распределения, что обеспечивает погрешность в оценке вероятности безотказной работы не более 10 %;
- при г = 12 погрешность в оценке вероятности безотказной работы составляет менее 5 %, что говорит о возможности перехода к нормальным законам распределения случайной величины:
1, экспоненциальный (внезапный отказ) г = < 1 -12, гамма - распределение (износовый отказ) > 12, нормальный, лог - нормальный
Оценить параметр г в зависимости от подхода к оценке надежности возможно двумя способами [5]:
- расчёт по экспериментальным данным о времени безотказной работы (при их наличии) по формулам (1, 2, 3):
—2
Т
г = —, (1)
где Т2 - матожидание времени безотказной работы; - среднеквадратичное
отклонение времени безотказной работы.
— 1 п
Т=1I, (2)
п I=1
где ^ — время исправной работы I - го элемента; п — общее число испытываемых элементов.
I 1 п
=^-1) Г)' (3)
- приближённый расчёт по г (при отсутствии экспериментальных данных) [6,7] по формуле (4):
М
г = —, (4)
У
где М - текущая величина максимально возможного повреждения; у -единичное повреждение за один цикл, либо за единичный интервал времени.
Для основных факторов отказов аспирационных систем представлены приближенные зависимости [8] определения величины накопления повреждений до отказа элементов систем:
- химическая коррозия внутренних поверхностей:
104.
U„ Т
r
(5)
где дст - толщина стенки поверхности износа, м; икк- скорость химической коррозии, мм/год; Т- период воздействия, год.
- абразивный износ внутренних поверхностей [9]:
^ ст §
r ст
sCuKr (6)
n в a
где § - ускорение свободного падения, м/с2; б- вероятность попадания частиц пыли на поверхность износа; Сп- концентрация пыли, мг/м3; ив- скорость движения запылённого воздуха вблизи поверхности износа, м/с; ка-коэффициент абразивности, м /кг; т - время воздействия, с.
налипание пылевых частиц на внутренние поверхности:
103 L
r
®адТ
(7)
где L- линейный размер живого сечения для прохода воздуха, м; а)ад скорость адгезионного взаимодействия пыли, мм/год.
- нарушение герметичности [10]:
r = kl
QDmtP 067
D2v (8)
где к — коэффициент, зависящий от класса воздуховода; l - длина воздуховодов учитываемой части системы, м; Dv - диаметр воздуховода в месте присоединения к вентилятору, м; Q - расход воздуха в системе, м /с; Dmt - средний диаметр воздуховодов учитываемой части системы, м; p, -избыточное статическое давление в месте его присоединения к вентилятору, Па; v - скорость воздуха в воздуховоде в месте его присоединения к вентилятору, м/с.
Таким образом, посчитав величину r для характерной причины отказов системы аспирации, определяем необходимый закон распределения случайной величины, по которому и рассчитываем значение технологической надежности системы аспирации.
Литература
1. Галкина Н.И. Прогноз и повышение надежности работы систем местной вытяжной вентиляции. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук - Ростов-на-Дону, 2004 - 23с.
2. Галкина Н.И. Моделирование процесса прогноза и повышения надежности работы систем вентиляции// Инженерный вестник Дона, 2013, № 4 URL: ivdon.ru/ru /magazine/archive/ n4y2013/2086.
3. Галкина Н.И. КПД систем вентиляции// Инженерный вестник Дона, 2017, № 2 URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2017/4106.
4. Новгородский Е.Е., Трубников А.А. Анализ подходов к оценке эффективности улавливания вредностей и прогноза загрязнения воздуха рабочих зон // Инженерный вестник Дона, 2013, № 4 URL: ivdon.ru/ru /magazine/archive/ n3y2012/961.
5. Скорик Т.А., Соколова Г.Н., Галкина Н.И. Обоснование требований к системам пылеулавливания// Инженерный вестник Дона, 2016, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3887.
6. Галкина Н.И. Надежность работы систем местной вытяжной вентиляции// Науковедение, 2013, № 5 URL: naukovedenie.ru/PDF/08trgsu513.
7. Strategic Planning for Energy and the Environment of the Association of Energy Engineers. Vol.16, № 4, 1997. Atlanta, Georgia, USA. 98р.
8. Страхова Н.А., Журавлев В.П. Надежность как критерий выбора систем защиты воздушного бассейна// Изв. акад. пром. экологии. - М.: Изд-во АПЭ, 1998. - № 1. - С. 64-67.
9. Jaakkola1, Olli P. Mechanical Ventilation in Office Buildings and the Sick Building Syndrome. An Experimental and Epidemiological Study. Prague. 2004. 12.р.
10. Саранчук В.И. Системы борьбы с пылью на промышленных предприятиях/ В.И. Саранчук, В.П. Журавлев, Н.А. Страхова и др.- Киев: Наукова думка, 1994. - 191 с.
References
1. Galkina N.I. Prognoz i povyshenie nadezhnosti raboty system mestnoj vytjazhnoj ventiljacii [The prognosis and improving the reliability of systems of local exhaust ventilation]. Avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoj stepeni kand. tehn. nauk Rostov-na-Donu, 2004. 23p.
2. Galkina N.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/ n4y2013/2086.
3. Galkina N.I. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2017, № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2017/4106.
4. Novgorodskij E.E., Trubnikov A.A., Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/ n3y2012/961.
5. Skorik T.A., Sokolova G.N., Galkina N.I Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016, № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2016/3887.
6. Galkina N.I. Nadezhnost' raboty sistem mestnoj vytjazhnoj ventiljacii [The reliability of systems of local exhaust ventilation]. Naukovedenie, 2013, № 5 URL: naukovedenie.ru/PDF/08trgsu513.
7. Strategic Planning for Energy and the Environment of the Association of Energy Engineers. Vol.16, № 4, 1997. Atlanta, Georgia, USA.98 р.
8. Strahova N.A., Zhuravlev V.P. Nadezhnost' kak kriterij vybora sistem zashhity vozdushnogo bassejna [Reliability as a criterion for the selection of systems of protection of air pool]. Izv. akad. prom. jekologii. M.: Izd-vo APJe, 1998. № 1. p. 64-67.
9. Jaakkola 1, Olli P. Mechanical Ventilation in Office Buildings and the Sick Building Syndrome. An Experimental and Epidemiological Study .Prague. 2004. 12p.
10. Saranchuk V.I. Sistemy bor'by s pyl'ju na promyshlennyh predprijatijah [System dust control at industrial enterprises]. V.I. Saranchuk, V.P. Zhuravlev, N.A. Strahova i dr. Kiev: Naukova dumka, 1994. 191 p.
