Пути снижения количества аварийных отказов судовых машинно-движительных комплексов

1.

1
ФГБОУ ВО «Астраханский государственный технический университет»
Кафедра «Эксплуатация водного транспорта»
МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
«ПУТИ СНИЖЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА АВАРИЙНЫХ
ОТКАЗОВ СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ
КОМПЛЕКСОВ»
Выполнил обучающийся группы ДТУОм-21:
Рзаев Нураддин Садраддинович
Руководители работы:
К.т.н., доцент, доцент кафедры «ЭВТ» Сибряев Константин Олегович
К.т.н., доцент кафедры «ЭВТ» Горбачев Максим Михайлович

2.

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Согласно мировой и российской статистике, наибольшую долю (43%) среди
опасностей для судов представляет потеря хода и управляемости. Это является
подтверждением актуальности повышения обеспечения надежности судовых
машинно-движительных комплексов (далее - МДК), в том числе при развитии опасных
крутильных колебаний (далее - КК) и других видов колебаний и вибраций.
Одним из инструментов оценки рисков, в том числе для качественной оценки и для
расчета экономических показателей риска, является матрица рисков, однако для
количественного анализа и детальной оценки причинно-следственной связи матрица
рисков не подходит по ряду причин.
Анализ рисков возникновения отказов технических систем и механизмов (в том числе
по рекомендациям Российского морского регистра судоходства (РМРС) и Российского
классификационного общества (РКО)) чаще всего производится на основе анализа
дерева событий и дерева неисправностей (отказов). При отсутствии четких
статистических данных необходимо имитационное моделирование, например,
матрицами Маркова, которое лучше всего производить при помощи программных
продуктов в связи с большим количеством анализируемых вариантов. В целом
программные продукты позволяют рассчитать большое количество вариантов
возникновения рисков при влиянии отдельных единичных факторов или их
сочетания.
Одной из бесплатных программ, при помощи которой можно осуществить оценку
рисков, является «Fault Tree Analyser» от компании «ALD» (бесплатная он-лайн
версия), которая позволяет проанализировать дерево отказов с необходимыми
исходными данными. Таким образом, тема магистерской диссертации является
важной, актуальной и необходимой.
2

3.

ВВЕДЕНИЕ
Целевая установка:
Повышение безопасности мореплавания путем снижения отказов судовых
МДК, вызванных усталостным разрушением от КК с применением теории
оценки рисков.
Задачи исследования:
- Провести анализ статистики случаев отказов судовых МДК по данным
международных и отечественных контролирующих органов;
- Выделить основные причины отказов судовых МДК и определить долю
влияния на данные отказы опасных КК;
- Провести анализ частоты и тяжести рисков отказов судовых МДК от КК;
- Провести анализ рисков отказов судовых МДК от КК при помощи матрицы
рисков, дерева неисправностей и программного продукта «Fault Tree Analyser»
от компании «ALD» (бесплатная он-лайн версия);
- По результатам проведенного исследования предложить технические
решения для снижения рисков возникновения отказов судовых МДК.
3

4.

АНАЛИЗ СТАТИСТИКИ ОТКАЗОВ СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Статистика отказов судовых пропульсивных
комплексов по данным
«European Maritime Safety Agency»
Статистика отказов судовых пропульсивных
комплексов по данным Управления
государственного морского и речного
надзора Ространснадзора РФ
4

5.

АНАЛИЗ СТАТИСТИКИ ОТКАЗОВ СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Статистика по аварийным событиям собранная
по данным РМРС
1 – самоходные суда для генгруза; 2 – нефтеналивные суда и
химовозы; 3 – рудовозы и навалочные суда; 4 -нефтерудовозы;
5 – накатные грузовые суда; 6 – контейнерные суда; 7 –
рефрижераторные суда; 8 – грузопассажирские суда; 9 –
пассажирские (круизные) суда; 10 – пассажирские бескоечные
суда; 11 – суда обеспечения буровых платформ.
Распределение аварийных случаев по видам
опасностей
5

6.

6
ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Поломки элементов судовых МДК
Области излома вала от усталостных
разрушений: 1 – зона усталостного
разрушения; 2 – зона хрупкого излома

7.

7
ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Доля усталостных разрушений гребных валов для судов типа «Волгонефть»
Год статистики
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Среднее
Всего, шт.
10
7
12
12
9
2
52
Усталостный
износ, шт.
7
6
10
12
5
1
41
Процент
усталостного
износа, %
70,0
85,7
83,3
100,0
55,6
50,0
78,8

8.

8
АНАЛИЗ ЧАСТОТЫ И ТЯЖЕСТИ РИСКОВ ОТКАЗОВ СУДОВЫХ МАШИННОДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ОТ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Количественное выражение риска R определяется по
формуле:
R=P∙C, (3.1)
где P – вероятность возникновения риска;
С – экономические потери при возникновении риска.
Блок-схема методологии Формализованной оценки
безопасности ИМО
25
20
15
10
5
5
Катастрофа
Серьезная авария
10
15
20
8
12
16
6
9
12
4
6
8
2
3
4
2
3
4
Уровень последствий
Авария
5
4
3
2
1
1
Происшествие
5
4
3
2
1
Незначительное
происшествие
Очень высокая
Высокая
Средняя
Низкая
Очень низкая
Вероятность
события
Матрица рисков

9.

9
ПРИМЕНЕНИЕ МАТРИЦЫ РИСКОВ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗМОЖНЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ
0,0001
0,00001
500000
50000
5000
500
50
1250000
125000
12500
1250
125
2500000
250000
25000
2500
250
500000
750000
5000000 12500000
25000000
Очень высокая
Высокая
Средняя
Низкая
Очень низкая
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
50000
5000
500
50
5
150000
15000
1500
150
15
1000000
100000
10000
1000
100
2000000
200000
20000
2000
200
70000000
7000000
700000
70000
7000
500000
1500000
10000000
20000000
700000000
Двухмерная матрица рисков для
буксира типа «ОТ»
Очень высокая
Высокая
Средняя
Низкая
Очень низкая
Вероятность
события
Матрица рисков для судна типа «Волгонефть»
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
50000
5000
500
50
5
150000
15000
1500
150
15
500000
50000
5000
500
50
1000000
100000
10000
1000
100
2000000
200000
20000
2000
200
500000
1500000
5000000
10000000
20000000
Катастрофа
Серьезная авария
Авария
Происшествие
Двухмерная матрица рисков для
буксира типа «ОТ»
Незначительное
происшествие
Уровень последствий
Незначительное
происшествие
Катастрофа
Уровень последствий
Серьезная
авария
Авария
Происшествие
Двухмерная матрица рисков для
буксира типа «ОТ»
Незначительное
происшествие
Уровень последствий
Катастрофа
Очень низкая
0,001
75000
7500
750
75
7,5
Серьезная авария
Низкая
0,01
50000
5000
500
50
5
Авария
Средняя
0,1
Происшествие
Высокая
Вероятность
события
Очень высокая
Вероятность
события
Матрица рисков для буксира типа «ОТ»
Матрица рисков для буксира типа «ОТ»

10.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА УСЛОВНЫХ РИСКОВ
Дерево неисправностей МДК от КК буксиров типа ОТ проектов 428.1, 428.2, 3290, 3291
10

11.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА УСЛОВНЫХ РИСКОВ
Дерево неисправностей МДК от КК танкеров проекта RST-27, RST-27M
11

12.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА УСЛОВНЫХ РИСКОВ
Дерево неисправностей МДК от КК для судов типа «Волгонефть»
12

13.

АНАЛИЗ РИСКОВ ОТКАЗОВ СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ОТ13
КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА
«FAULT TREE ANALYSER»
дерево неисправностей для буксира типа ОТ
при нормальном и экспоненциальном распределении отказов

14.

14
АНАЛИЗ РИСКОВ ОТКАЗОВ СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ОТ
КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА
«FAULT TREE ANALYSER»
дерево неисправностей для танкера RST-27
при нормальном и экспоненциальном распределении отказов

15.

15
АНАЛИЗ РИСКОВ ОТКАЗОВ СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ОТ
КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА
«FAULT TREE ANALYSER»
дерево неисправностей для танкера типа «Волгонефть»
при нормальном и экспоненциальном распределении отказов

16.

16
АНАЛИЗ РИСКОВ ОТКАЗОВ СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ОТ
КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ ПОМОЩИ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА
«FAULT TREE ANALYSER»
Результаты расчета вероятности рисков для буксира типа
«ОТ», танкера проекта RST-27, танкера типа «Волгонефть»
при использовании нормального закона распределения
вероятности отказов
Вид отказа
Потеря хода и
Буксир
Танкер проекта
Танкер типа
типа ОТ
RST-27
«Волгонефть»
0,062
0,0091
0,491
управляемости
Отказ главного
валопровода
Вид отказа
Потеря хода и
Буксир
Танкер проекта
Танкер типа
типа ОТ
RST-27
«Волгонефть»
0,063
0,0091
0,425
0,0566
0,003
0,0566
0,0037
0,0061
0,369
управляемости
0,0583
0,003
0,0583
двигателя
Отказ
Результаты расчета вероятности рисков для буксира типа
«ОТ», танкера проекта RST-27, танкера типа «Волгонефть»
при использовании экспоненциального закона
распределения вероятности отказов
Отказ главного
двигателя
0,0037
0,0061
0,433
Отказ
валопровода
Как видно из таблиц, наиболее сильные риски потери хода и управляемости от развития КК наблюдаются у танкеров
типа «Волгонефть», далее со снижением 6,75 раз для буксиров типа «ОТ» и далее со снижением в 46,7 раз для
танкеров проекта RST. Однако, по риску отказов валопровода буксиры типа ОТ имеют наименьшие риски среди
рассмотренных судов. Учитывая разные подходы по оценки рисков, отметим, что применение дерева неисправностей
по методике условных рисков Емельянова М.Д. и применение дерева неисправностей при помощи программного
продукта «Fault Tree Analyser» дают практически аналогичные качественные результаты.

17.

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ РИСКОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОТКАЗОВ
СУДОВЫХ МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ
17
Силиконовые и пружинные демпферы снижают КК моторной формы, то есть, характерные для самих судовых дизелей (в системе
«демпфер – двигатель - маховик»), а упругие муфты снижают КК валопроводной формы, характерные для всей крутильноколеблющейся системы судового МДК. Таким образом, это два эффективных элемента, от которых зависит снижение рисков от
развития опасных КК, поэтому, их надежная работа при выполнении данной задачи, влияет на надежность всего МДК.
Величина напряжений в КВ ГД буксиров типа
«ОТ» в зависимости от наработки
Величина напряжений в гребных валах судов типа
«Волга» (на резонансной частоте вращения 250
об/мин) в зависимости от наработки ГД
Разработанной методики для оценки технического состояния нет как для упругих муфт, так и для пружинных демпферов крутильных
колебаний, что приводит к проблематике имеющей два решения:
1.
Разработка методик по аналогии с существующей методикой оценки технического состояния силиконовых демпферов крутильных
колебаний;
2.
Установка систем постоянного мониторинга крутильных колебаний и оценки технического состояния, подобной системы TVS серии
MARK от компании «Geislinger».

18.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
18
По итогам магистерской работы можно сделать следующие выводы:
1. Согласно мировой и российской статистике, наибольшую долю (43%) среди опасностей для судов
представляет потеря хода и управляемости. Это является подтверждением актуальности повышения
обеспечения надежности судовых машинно-движительных комплексов (далее - МДК), в том числе при развитии
опасных крутильных колебаний (далее - КК) и других видов колебаний и вибраций.
2. Анализ рисков возникновения отказов технических систем и механизмов (в том числе по рекомендациям
Российского морского регистра судоходства (РМРС) и Российского классификационного общества (РКО)) чаще
всего производится на основе анализа дерева событий и дерева неисправностей (отказов). Расчеты лучше всего
производить при помощи программных продуктов в связи с большим количеством анализируемых вариантов. В
целом программные продукты позволяют рассчитать большое количество вариантов возникновения рисков при
влиянии отдельных единичных факторов или их сочетания.
3. Одной из бесплатных программ, при помощи которой можно осуществить оценку рисков, является «Fault
Tree Analyser» от компании «ALD» (бесплатная он-лайн версия), которая позволяет проанализировать дерево
отказов с необходимыми исходными данными.
4. Тоннаж мирового флота за 2021 год увеличился на 3,04%, при этом лидерами по тоннажу остаются
грузовые суда (балкеры), танкеры и контейнеровозы, то есть суда, которые выполняют важные задачи по
перевозке грузов и отказ МДК которых может привести к огромным убыткам судовладельцев как из-за
дорогостоящего ремонта, так и от длительного простоя.
5. Количество отказов судовых МДК достигает 30% от общего числа аварий, как по отечественной, так и по
зарубежной статистике и за последние годы была тенденция на рост подобных отказов.
6. Наибольшую долю (43%) среди опасностей для судов представляет потеря хода и управляемости. Это
является очень важным подтверждением актуальности повышения обеспечения надежности судового МДК, в
том числе при развитии опасных КК и других видов колебаний и вибраций.

19.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
7. Поломки судовых МДК от совокупности различных факторов, в том числе от влияния КК, периодически
происходят и в настоящее время. Решение проблемы снижения КК осложняется многообразием конструкций
и условий работы современных судов.
8. Допустимая величина напряжений от КК может быть определена по требованиям РМРС согласно
документа «Правила классификации и постройки морских судов. Часть VII. Механические установки. НД №2020101-174» [32].
9. Усталостные разрушения являются одной из основных причин разрушения гребных валов, что
подтверждает актуальность нашего исследования.
10. В работе произведена оценка рисков возникновения аварийных ситуаций от развития опасных КК для
судов следующих типов: буксиры «ОТ», танкеры проекта RST-27, танкеры типа «Волгонефть». Оценка рисков
произведена тремя методами: матрицей рисков для оценки экономических потерь; методом условных
рисков на базе исследований Емельянова М.Д.; анализом дерева неисправностей при помощи программы
«Fault Tree Analyser».
11.
Полученные результаты при помощи программы «Fault Tree Analyser» говорят, что наиболее сильные
риски потери хода и управляемости от развития КК наблюдаются у танкеров типа «Волгонефть», далее со
снижением 6,75 раз для буксиров типа «ОТ» и далее со снижением в 46,7 раз (по сравнению с танкерами
типа «Волгонефть») для танкеров проекта RST. Однако, по риску отказов валопровода буксиры типа ОТ
имеют наименьшие риски среди рассмотренных судов.
12. Для получения достоверных результатов по оценке рисков необходимы точные статистические данные
по отказам конкретных типов судовых МДК.
19

20.

20
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!