Методы повышения надежности инженерных систем, оборудования и элементов конструкций зданий

Федеральное агентство по образованию РФ

Волгоградский Государственный Архитектурно-Строительный Университет

Кафедра «СКОиНС» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат на тему:

«Методы повышения надежности инженерных систем, оборудования и элементов  конструкций зданий» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

ст.гр. ЭУН 1-06

Котенджи  Д.А. 

Проверил:

Курамшин  Р.Х. 
 
 
 
 

Волгоград, 2010

Содержание

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основные понятия

      Надежность — свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надежность в зависимости от значения изделия и условий его эксплуатации включает безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность изделия в целом и его составных частей. Надежность обеспечивает техническую возможность использования изделия по назначению в нужное время и с требуемой эффективностью.

      Применительно к ограждающим и несущим конструкциям зданий надежность — это свойство, обеспечивающее нормативный температурно-влажностный  и комфортный режим помещений, сохраняющее  при этом эксплуатационные показатели (тепло-, влаго-, воздухо-, звукозащиту) в заданных нормативных пределах, а для архитектурно-конструктивного элемента здания еще и прочность, и декоративные функции в течение заданного срока эксплуатации. При этом предполагается обеспечение для здания в целом (точнее, для всех его помещений) безотказности и долговечности.

      Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять  работоспособность в течение  определенного времени. К этому  показателю относят вероятность  безотказной работы, среднюю наработку  до первого отказа, наработку на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов, гарантийную наработку.

      Долговечность — свойство объекта сохранять  работоспособность до наступления  предельного состояния при установленной  системе технического обслуживания и ремонтов, т. е. с возможными перерывами в работе. Показателями долговечности являются средний срок службы, срок службы до первого капитального ремонта, межремонтный срок службы.

      Таким образом, безотказность и долговечность  — это свойства объекта сохранять  работоспособность, при этом безотказность предусматривает непрерывную работоспособность в течение определенного времени, а долговечность — с возможными перерывами на ремонт.

      Применительно к жилым домам сохраняемость  рассматривается:

      а) сохраняемость изделий (конструкций) как свойство непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение (и после) хранения и транспортировки, способность изделий противостоять отрицательному влиянию неудовлетворительного хранения и транспортировки, старению материалов изделий до их монтажа;

      б) сохраняемость объектов в целом до ввода в эксплуатацию и во время ремонтов (консервации).

      Надежность  жилого дома, его работоспособность  обеспечиваются своевременным ремонтом. Свойство объекта, заключающееся в  доступности и удобстве в проведении мероприятий по предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, а также устранению их путем ремонта и обслуживания, называется ремонтопригодностью. К показателям ремонтопригодности относятся: вероятность восстановления в заданное время, среднее время восстановления, удельная трудоемкость обслуживания и ремонтов, средняя и относительная стоимость ремонтов. 
 

2. Факторы, влияющие на надежность

      Факторы, влияющие на надежность зданий, можно  условно разделить на две группы: внутреннего характера и внешнего воздействия. К первой группе относятся: физико-химические процессы, протекающие в материале конструкций; нагрузки и процессы, возникающие при эксплуатации; конструктивные факторы; качество изготовления конструкций. Ко второй группе причин относятся: климатические факторы (температура, влажность, солнечная радиация, попеременное замораживание и оттаивание и др.); факторы агрессивности окружающей среды (наличие в атмосфере агрессивных компонентов, биологические факторы, ветры, пыль и т.д.), а также качество эксплуатации. Последний фактор имеет в ряде случаев более важное значение, так как по интенсивности износа конструкций может превышать все остальные.

      В качестве примера можно привести наличие протечек и неисправностей в системе водоснабжения и канализации, когда систематические утечки жидкой фазы увлажняют перекрытия, создавая благоприятные условия для возникновения и роста грибковых образований, коррозии арматуры и закладных деталей, нарушения целостности основания фундаментов. Результатом этого процесса при длительном воздействии может быть полная потеря устойчивости здания. Таким образом, следует отметить многообразие факторов, влияющих на надежность здания. При этом выделить группу решающих факторов весьма сложно.

      В общем виде физическая модель надежности зданий может быть представлена в виде блок-схемы.

        
 

3. Классификация отказов

      Понятие безотказности жилого здания в целом  как сложной технической системы шире, чем для его элементов и простых систем, способных находиться лишь в двух состояниях — работоспособном или неработоспособном. Отказы отдельных ограждающих конструкций и технических устройств (кровли, межпанельны> швов, полов и др.) обычно являются частичными отказами. Не приводя к прекращению функционирования объекта в целом, они снижают качество (уровень) функционирования и выходной эффект объекта. Такая адаптация жилого здания к комплексу внешних условий возникает благодаря наличию определенной избыточности — некоторому запасу технических характеристик, сверх минимально необходимых для выполнения заданных функций.

      Согласно  действующим нормам событие, заключающееся  в нарушении работоспособности, называется отказом; таким образом, под отказом понимают прекращение  выполнения конструкциями заданных функций, а эти функции определяются с соответствующими допусками. При назначении нормативной надежности несущих и ограждающих конструкций под отказом понимают техническое состояние элемента, предшествующее исчерпанию несущей способности или полной потери ограждающих функций.

      Отказы  можно классифицировать:

      1) в зависимости от причин возникновения:  внутренние, вызванные недостатком  конструкций; из-за внешних причин (пере-■ рузки, изменение схем  работы и нагрузки и т.п.); 2) в зависимости от скорости  их проявления: последовательные  постепенные; внезапные; 3) в зависимости от диапазона отказов: частичные, связанные с отклонением характеристик от допускаемых пределов и не вызывающие полной утраты работоспособности; полные; 4) по сочетанию предыдущих концепций: каталептические — внезапные и полные; с постепенным ухудшением параметров и характеристик; 5) в зависимости от последствий: незначительные, не приводящие к ухудшению эксплуатационных характеристик, шачительные, критические, приводящие к полному прекращанию выполнения функций и появлению большого риска; 6) в зависимости от срока эксплуатации: преждевременные (часто до монтажа); случайные; износовые.

      Последовательные  постепенные отказы являются функцией времени, обусловленные главным  образом старением материалов, накоплением  внутренних напряжений и т. д. Внезапные отказы вызываются такими изменениями параметров элемента, при которых его следует считать неработоспособным. Такие отказы появляются при перераспределении и суммировании в узлах нагрузок, действия дополнительных внешних нагрузок, их неучтенных сочетаний. При расчете систем с учетом этих двух видов отказов ориентируются на следующие положения: 1) постепенные отказы можно исключить, если учесть все возможные изменения характеристик и параметров во времени; 2) внезапные отказы случайны, их нельзя полностью исключить или предсказать; 3) постепенные и внезапные отказы взаимосвязаны и не являются независимыми. Из последнего вытекает принцип возможного резервирования, широко применяемый в точном приборостроении.

4. Повышение надежности

      Надежность  зданий и сооружений непрерывно формируется на всех этапах их существования. На стадии проектирования определяются нагрузки и воздействия, осуществляется выбор материалов и разрабатывается конструктивное решение, учитывающее основные факторы условий эксплуатации объекта. Тем самым формируется первоначальный уровень долговечности и безотказности здания и его элементов. Принятые в конструктивном решении соединения отдельных элементов формируют ремонтопригодность конструкций и инженерного оборудования. Кроме того, при проектировании закладывается определенный запас в основные параметры объекта (прочность, деформативность и т.п.), который называется начальным резервированием (рис. 1).

      При возведении зданий и сооружений качество монтажных работ, соответствие применяемых материалов проекту и правильное выполнение технологических процессов вносят определенную корректировку в свойства безотказности и долговечности элементов объекта. Выполнение ремонтных работ, замена изношенных элементов в определенной мере восстанавливает уровень безотказности конструкций и оборудования. Использование при ремонтах новых технологий и материалов, предупреждающих износ, повышает долговечность конструкций и оборудования, и наоборот, нарушение правил эксплуатации, несвоевременное проведение предупредительных ремонтов приводят к уменьшению расчетного уровня долговечности.

      Применение  при плановых ремонтах новых конструктивных решений может повысить уровень ремонтопригодности объекта. Оперативное устранение возникающих в процессе эксплуатации дефектов не позволяет им перерасти в отказ, и тем самым обеспечивается требуемый уровень надежности зданий и сооружений.

      При проектировании (см. рис. 1, кривая 2) можно  за счет удорожания объекта достичь  высокого уровня начальной безотказности (ввести начальное резервирование) таким образом, чтобы с учетом снижения во времени безотказность достигла минимально допустимого уровня к концу расчетного срока эксплуатации. Можно предположить объект и без начального резервирования, что экономичнее первого варианта, и предусмотреть такую последовательность капитальных ремонтов (кривая 1), которая бы обеспечивала уровень безотказности не ниже требуемого на всем этапе эксплуатации. Такой подход потребует больших по сравнению с первым вариантом эксплуатационных затрат.

 

      Таким образом, обеспечение требуемого уровня надежности зданий и сооружений в  процессе их существования может выполняться техническими и организационными методами и должен обосновываться комплексными оценками: социальными, техническими, экономическими, экологическими и др.

      При любых, даже самых совершенных технических  решениях, вероятность отказа конструкций  и оборудования всегда остается. Предотвратить отказы или сделать их последствия минимальными, призваны организационные методы обеспечения надежности. Организационным обеспечением надежности зданий и сооружений занимаются эксплуатационные службы, выполняющие две основные задачи:

      • выявление первых признаков возникновения  отказа конструкций или оборудования и предотвращение его дальнейшего  развития;

      • снижение предупредительными мероприятиями (плановые ремонты, техническое обслуживание и т.п.) вероятности возникновения отказов.

      Вероятность безотказной работы является функцией времени. Чем дольше объект находится  в эксплуатации, тем больше вероятность того, что произойдет отказ в его работе. Заблаговременное проведение планово-предупредительных замен конструкций или их элементов до момента возникновения отказа повышает вероятность безотказной работы, но влечет за собой увеличение эксплуатационных затрат. Найти приемлемое соотношение между требуемым уровнем надежности объекта и материальными затратами, связанными с ее обеспечением, можно посредством разработкиоптимальной стратегии выполнения ремонтов.

      Критериями  оптимальной стратегии выполнения ремонтов служат частота возникновения отказов и экономический показатель. Суммарные материальные затраты, связанные с возникновением и существованием отказа, с мероприятиями по его предупреждению и ликвидации, отнесенные к единице времени, называются интенсивностью эксплуатационных затрат.