Mentenanta Si Reabilitarea Sistemelor Tehnice

TRAIAN FLEER prof.dr.ing.

MENTENANA I REABILITAREA

SISTEMELOR TEHNICE

I A COMPONENTELOR MECANICE

EDITURA SUDURA TIMIOARA

2008

Lucrarea are ca suport financiar contractul CNCSIS A 358/2007-2008.

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei

FLEER, TRAIAN Mentenana i reabilitarea sistemelor tehnice i a componentelor mecanice / Traian Fleer. - Timioara : Sudura, 2008 Bibliogr. Index. ISBN 978-973-8359-54-3 658.58

Autorul, TRAIAN FLEER este absolvent al Facultii de Mecanic din Timioara, specializarea TCM, promoia 1970. Este doctor n tiine tehnice din anul 1981. In perioada 1970-1991 a fost ncadrat la ISIM Timioara, la laboratorul de Incercri i control al materialelor i produselor sudate. In prezent este profesor la Facultatea de Mecanic din Timioara, Catedra Tehnologie Mecanic. Este titular al disciplinelor: Echipamente de proces: calcul i construcie, Tehnologia fabricaiei, mentenan, recuperare utilajelor tehnologice, Fiabilitatea i riscul n exploatarea sistemelor tehnice, Expertiza i evaluarea sistemelor tehnice. Este autor a 18 cri, a peste 140 lucrri tiinifice publicate, a 8 invenii, expert tehnic judiciar, extrajudiciar i consultant n domeniul sistemelor tehnice mecanice.

Adresa: Facultatea de Mecanic din Timioara, B-dul Mihai Viteazu, nr. 1, Tel 0256-403595, 0722967080,

e-mail : trfleser @ mec.upt.ro, [email protected]. Copyright Editura Sudura Toate drepturile sunt rezervate editurii. Nici o parte din aceast lucrare nu poate fi reprodus, stocat sau transmis prin indiferent ce form, fr acordul prealabil scris al Editurii Sudura.

PREFA

Evoluia tehnic i tehnologic cunoate o accelerare semnificativ n contextul resurselor materiale limitate. Se impune reconsiderarea posibilitilor de reabilitare a sis-temelor tehnice pentru a utilizarea la nivele ct mai ridicate caracteristicile disponibile mbuntite. Tendina evident este de utilizare a cantitii tot mai reduse de material, dar n-globnd o cantitate sporit de inteligen. Orientarea lucrrii este de dezvoltare a conceptelor de tehnologicitate, fiabilitate, eficien optim tehnic, tehnologic i economic, n contextul construirii calitii, calificrii proceselor i produselor corelat cu sistemele actuale de mana-gement al calitii.

Lucrarea se constituie un ghid practic pentru tineri la nceputul pregtirii tehnice, i pentru personalul cu experien n domeniul ingineriei mecanice. Din aceste considerente, iniial sunt tratate aspecte privind degradarea componentelor sistemelor tehnice n contextul fiabilitii i riscului n exploatare. Ulterior sunt detaliate aspecte specifice elaborrii tehno-logiilor pentru reabilitarea componentelor mecanice. Exemplele practice sunt un sprijin efectiv pentru nelegerea aspectelor teoretice i tehnice pentru aplicabilitate industrial, co-relat cu ncadrarea n prevederi normative specifice. Procedeele de procesare incluse sunt pre-zentate de la elementele primare spre aplicare industrial, evideniind cteva dintre proble-mele mai importante pe care utilizatorul trebuie s le rezolve. Se acord atenie aspectelor economice ale activitilor de reabilitare. Securitatea i sntate n munc a operatorilor impli-cai n activitile de reabilitate, este tratat n finalul lucrrii.

Cartea este structurat pe mai multe niveluri de adresabilitate, ncepnd cu studenii la primii pai n percepia noiunilor tehnice de reabilitare n domeniul ingineriei mecanice, cu trecerea treptat la prezentarea situaiilor practice aplicate. Utilitatea vizeaz de asemenea personalul tehnic cu atribuii n conceperea, pregtirea, monitorizarea proceselor tehnologice, calificarea acestora i serviciilor realizate, prin concepte specifice mentenanei i reabilitrii sistemelor tehnice din domeniul ingineriei mecanice.

Autorul adreseaz mulumiri Colectivului Catedrei de Tehnologie Mecanic de la Facultatea de Mecanic din Timioara, pentru sprijinul n pregtirea materialului inclus n aceast lucrare.

Autorul mulumete editurii pentru analiza i asumarea rspunderii de materializare a crii.

Autorul mulumete celor care s-au aplecat asupra crii, au analizat i utilizat cele coninute, dar i pentru aprecierile i sugestiile transmise.

Traian Fleer, prof.dr.ing.

CUPRINS

Capitolul 1. Conceptul de disponibilitate a sistemelor tehnice ............................................ 7 1.1. Disponibilitatea sistemelor tehnice................................................................................... 7 1.2. Degradarea componentelor sistemelor tehnice............................................................... 12

1.2.1. Tipuri de uzare ............................................................................................................12 1.2.2. Clasificarea modurilor de apariie i manifestare a defeciunilor..............................17 Capitolul 2. Riscul tehnic....................................................................................................... 21 2.1. Definirea, identificarea, evaluarea riscului..................................................................... 21 2.2. Statistica unor avarii i distrugeri la echipamente tehnice ............................................. 23 2.3. Cuantificarea riscului acceptabil..................................................................................... 25 2.4. Parametrii riscului........................................................................................................... 27 Capitolul 3. Evaluarea degradrii i fiabilitii................................................................... 30 3.1. Noiunea de degradare n sens determinist ..................................................................... 30 3.2. Noiunea de degradare n sens probabilist ...................................................................... 31 3.3. Criterii fenomenologice liniare pentru cumularea degradrii......................................... 32 3.4. Elemente privind evaluarea fiabilitii sistemelor tehnice industriale............................ 36

3.4.1. Obiectivele fiabilitii............................................................................................ 36 3.4.2. Evaluarea fiabilitii previzionale ......................................................................... 37 3.4.3. Evaluarea fiabilitii operaionale ........................................................................ 46

3.5. Fiabilitatea i sistemul de management al calitii ......................................................... 60 Capitolul 4. Aplicaie privind mecanisme de degradare .................................................... 65 4.1. Scopul activitilor.......................................................................................................... 65 4.2. Cerine............................................................................................................................. 65 4.3. Clasificarea degradrilor generale ale sistemelor tehnice .............................................. 65 Capitolul 5. Termeni reprezentativi ..................................................................................... 74 Capitolul 6. Strategii de mentenan ................................................................................... 75 6.1. Concepte de baz ............................................................................................................ 75 6.2. mbuntirea corectiv .................................................................................................. 75 6.3. ntreinerea funcional curent ...................................................................................... 76 6.4. ntreinerea periodic preventiv planificat .................................................................... 79 6.5. Inspecii tehnice i reparaii preventiv planificate.......................................................... 82 6.6. Reparaii de tip paleativ .................................................................................................. 86 6.7. Intervenii de tip accidental ............................................................................................ 87 6.8. Calitatea activitilor de mentenan .............................................................................. 87 6.9. Mentenana productiv total (TPM).............................................................................. 88 6.10. Organizarea sistemelor de mentanen ........................................................................... 90 Capitolul 7. Factori care afecteaz uzarea pieselor .................................................................94 7.1. Calitatea suprafeelor n contact ...........................................................................................94 7.2. Construcia i condiiile de exploatare .................................................................................95

4

Capitolul 8. Evaluarea uzrii componentelor echipamentelor mecanice ..............................96 8.1. Criterii de evaluare a limitelor de uzur...............................................................................96 8.2. Uzura i jocul limit..............................................................................................................98 8.3. Metode i aparate pentru evaluarea uzurii..........................................................................101 8.4. Durata optim de utilizare a utilajelor................................................................................103 Capitolul 9. Modernizarea echipamentelor tehnologice ........................................................106 9.1. Definirea aciunii .......................................................................................................... 106 9.2. Indicatori ai modernizrii utilajelor tehnologice .......................................................... 107 9.3. Managementul activitilor de modernizare a utilajelor ....................................................108 Capitolul 10. Recuperarea i reabilitarea componentelor mecanice...................................111 10.1. Importana aciunii ..............................................................................................................111 10.2. Criterii de recondiionare....................................................................................................112 10.3. Pregtirea aciunilor de reabilitare................................................................................ 112

10.3.1. Operaii premergtoare reabilitrii ................................................................... 112 10.3.2. Curirea utilajului ............................................................................................ 113 10.3.3. Demontarea utilajelor ....................................................................................... 114

Capitolul 11. Reabilitarea componentelor mecanice ........................................................ 127 11.1. Metoda reabilitrii la trepte de reparaie ............................................................................127 11.2. Metoda reabilitrii pieselor la dimensiuni nominale .........................................................131 11.3. Metoda de reabilitare a pieselor prin folosirea compensatoarelor de uzur......................133 11.4. Metoda de reabilitare a pieselor prin nlocuirea prilor uzate ..........................................135 11.5. Metoda reabilitrii pieselor prin deformare plastic ..........................................................136 11.6. Metode de refacere a ajustajelor mobile ............................................................................137 11.7. Procedee de reabilitare........................................................................................................137

11.7.1. Reabilitarea pieselor prin deformare plastic.........................................................138 11.7.2. Reabilitarea pieselor prin lipire ..............................................................................141 11.7.3. Reabilitarea pieselor prin sudare ............................................................................147 11.7.4. Reabilitarea prin metalizare....................................................................................167 11.7.5. Reabilitarea prin depuneri de aliaje dure prin sudare i metalizare.......................175 11.7.6. Reabilitarea pieselor prin acoperiri galvanice i chimice ......................................178 11.7.7. Reabilitarea cu materiale sintetice..........................................................................187 11.7.8. Reabilitarea pieselor prin bucare ..........................................................................190 11.7.9. Reabilitarea prin achiere .......................................................................................192 11.7.10. Reabilitarea componentelor prin prelucrri neconvenionale..............................193 11.7.11. Domenii de utilizare i soluii noi de realizare a straturilor depuse pe

suprafee ..............................................................................................................................194 11.8. Criterii pentru alegerea procedeelor i materialelor pentru reabilitare..............................195 11.9. Proiectarea proceselor tehnologioce de ncrcare..............................................................202 11.9.1. Nominalizarea parametrilor tehnologici de ncrcare............................................202 11.9.2. Tratamente termice post ncrcare prin sudare ......................................................205 11.10. Atestarea calitii lucrrilor de reabilitare a componentelor metalice..............................206 11.10.1. Evaluarea dimensional........................................................................................206 11.10.2. Verficarea integritii materialului piesei.............................................................208 11.10.3. ncercrile mecanice .............................................................................................209 11.10.4. Verificarea etaneitii ..........................................................................................210

5

Capitolul 12. Eficiena aciunilor de reabilitare .....................................................................214 12.1. Cheltuieli pentru reabilitare ................................................................................................214 12.2. Costul reabilitrii pieselor prin sudare sau metalizare.......................................................215 12.3. Creterea eficienei activitilor de mentenan i reabilitare...........................................216 Capitolul 13. Securitatea muncii n activitile de reabilitare ..............................................221 Bibliografie ..................................................................................................................................227

6

1.1. Disponibilitatea sistemelor tehnice.

Capitolul 1. Conceptul de disponibilitate a sistemelor tehnice


Gradul de satisfacere de ctre un utilaj industrial a condiiilor pentru care a fost realizat, probabilitatea ca acesta s fie ntrebuinat se numete disponobilitate. Se exprim prin:

D = Tf /( Tf + Tm) (1.1)

n care Tf , Tm sunt durate de funcionare, respectiv cea aferent aciunilor de mentenan /h/.

Distribuia n

timp: ncrcare rezisten Suprapunere

Tens

iune

Timp

Figura 1.1. Distribuia i suprapunerea parametrilor asupra componentei.

Disponibilitatea nglobeaz componentele: fiabilitate i mentenabilitate. n teoria fiabilitii i mentenabilitii, conceptul de baz este cderea sau defectarea utilajului. Durata de utilizare a sistemelor tehnice se exprim n ore, cicluri tehnologice, kilometrii, uniti de producie obinute, etc. Dependent de destinaia, condiiile de exploatare, frecvena apariiei aleatoare a defeciunilor se elaboreaz studiile pentru oportunitatea utilizrii siste-melor redondante sau a celor de prevenire a defeciunilor, prin aciuni adecvate de mente-nan. n practic exist un numr limitat de domenii n care se aplic asemenea concepte.

Fiabilitatea este o proprietate esenial a unui utilaj tehnologic pe ansamblu, dar i a componentelor sale, ntr-un interval de timp n condiii prescrise: pe o anumit perioad de exploatare, realizeaz sigurana tehnic, tehnologic i indici funcionali stabilii, n concor-dan cu cerinele de calitate prescrise prin normativele tehnice i legislative. Fiabilitatea reprezint unul din parametri principali ai calitii oricrui produs, privit prin aspectul:

- calitativ fiabilitatea reprezint capacitatea unui sistem de a funciona fr defeciuni, ntr-un anumit interval de timp, n condiii iniial specificate,

- cantitativ, fiabilitatea reprezint probabilitatea ca un sistem s-i ndeplineasc funcia cu anumite performane i fr defeciuni, ntr-un anumit interval de timp i n condiii date de exploatare.

Conform STAS 8174/2-97, mentenabilitatea este aptitudinea unui echipament, utilaj, dispozitiv, n condiii date de utilizare, de a fi meninut sau restabilit n starea de a-i ndeplini funcia specificat, atunci cnd mentenana se efectueaz n condiii date, cu procedee i

7

Cap. 1. Conceptul de disponibilitate a sistemelor tehnice.

remedii specificate. Mentenabilitatea este proprietatea pe care trebuie s o aib o main, un utilaj sau

instalaie pe toat durata de via, pentru meninerea n stare de funcionare prin ntreinere, revizii i reparaii simple i uor de realizat. Aceasta presupune o pregtire anticipat i realizarea obiectivului cu cheltuieli reduse i productivitate ridicat.

Potrivit STAS 8174/3-97 disponibilitatea este ,,aptitudinea unui dispozitiv sub aspecte combinate de fiabilitate, mentenabilitate i de organizare a aciunilor de mentenan de a-i ndeplini funcia specificat, la un moment dat sau intr-un interval de timp dat".

Evident c n condiiile actuale utilajele trebuie imobilizate durate ct mai reduse. Aceasta impune o pregtire temeinic, detaliat viznd atingerea nivelului calitativ prescris. Deci, disponibilitatea nglobeaz urmtoarele componente: disponibilitate: - fiabilitate, - mentenabilitate: - accesibilitate, - piese de schimb, - service. Structura timpului de mentenan a unui utilaj este prezentat n figura 1.2.

Timp pentru: - localizare defeciune - pregtire intervenie - stabilire cauze - asigurare

Timp de nefuncionare

logistic

Timp activ de mentenan

Timp datorat deficienelor

organizatorice

Durata de inactivitate a

utilajului

Figura 1.2. Structura timpului de mentenan a unui utilaj

Necesitatea de a asigura un nivel optim de siguran i posibilitatea de reabilitare a componentelor, respectiv sistemelor tehnice este permanent actual n toate sectoarele de activitate. n concepia actual, activitile de inspecie i mentenan trebuie tratate ca ele-mente prioritare ale politicii manageriale. Obiectivul este asigurarea disponibilitii sistemelor tehnice la indicatori ridicai tehnic i economic. n acest scop sunt elaborate normative, instruciuni i exist refereniale deosebit de detaliate, pentru domenii dintre cele mai diverse de activitate. n fapt, programul managerial impune eforturi considerabile i de amploare pentru organizarea i optimizarea resurselor economice i sociale care s contribuie la meninerea unui nivel suficient de siguran a utilajelor, a instalaiilor. Problema capt acuitate deosebit n sectoare cu regimuri severe de exploatare a utilajelor, industria nuclear, energetic, chimic, petrochimic, etc. Aciunile sunt poziionate n programele de mente-nan, cu activiti punctuale, zilnice, sau cu ocazia opririlor periodice sub multiple aspecte. Degradarea componentelor sub multiplele forme de manifestare afecteaz forma, dimensiunile, integritatea prin apariia unor discontinuiti ( fisuri, pori, etc.) n materialele de baz, respectiv n mbinrile sudate, datorit modificrii proprietilor fizice i chimice, respectiv caracteristicilor mecanice. Aceste situaii impun evidenierea trasabilitii com-

8


portrii mecanice a materialelor din care sunt executate componentele absolut necesar pentru corelarea cu evenimentele din exploatare. Pe aceast baz, se elaboreaz metodologii (proceduri ) de evaluare a rezistenei sau a durabilitii structurilor respective. Mecanismele de degradare n timp i de cedare final a componentelor, a materialelor acestora care conin forme de degradare (uzare, discontinuiti) difer n raport cu condiiile i cu modul de aplicare a solicitrilor mecanice ( staionar sau variabil ).

Conceptul durabilitii garantate a ctigat o larg audien. n cadrul lui nu se admite rabat de la nivelele de calitate de fabricaie, de la tehnologiile de exploatare, existena defectelor, ci conform principiului de baz, structura metalic n totalitate, sau parial, este nlocuit la expirarea duratei de utilizare proiectat.

Prezena mediilor active favorizeaz dezvoltarea unor mecanisme suplimentare de degradare: coroziunea simpl, coroziunea sub tensiune, atacul hidrogenului, a substanelor chimic active. Aciunea factorilor de exploatare ( temperatura, solicitarea mecanic static/dinamic, mediile active ) se manifest n rare cazuri individual, dar cel mai frecvent n combinaii care depind de destinaia i rolul componentei metalice.

Componente ale sistemelor tehnice, instalaiilor, mainilor, pot s fie expuse degradrilor cumulate prin mecanisme specifice solicitrilor mecanice statice, ocurilor + uzurii + oboselii + coroziunii.

Cunoaterea modului de aciune a mecanismelor de degradare posibile n cazul oelurilor sau aliajelor, materialelor nemetalice, a posibilitilor de cuantificare a degradrilor pe care le produc aceste mecanisme i determinarea unor caracteristici de material n prezena defectelor, reprezint la ora actual un obiectiv major al cercetrilor din domeniul tiinei materialelor metalice de care proiectantul i utilizatorul trebuie s in cont. Rezultatele acestor cercetri sunt concretizate n introducerea n practica testrii materialelor sau a certificrii unor procedee de execuie, a celor mai adecvate metode experimentale. Acestea, la rndul lor sunt ntr-o permanent actualizare i perfecionare. Abordarea are la baz prezena inevitabil n materialele reale ale componentelor a unor discontinuiti geometrice de modificare a seciunilor, ceea ce are asociat concentratori de tensiune, respectiv ale integritii prin discontinuiti volumice de tipul golurilor, respectiv fisuri. Nocivitatea acestora este evaluat prin simularea teoretic i experimentri practice pe probele coninnd tocmai defectele i determinarea mrimilor caracteristice privind rezistena materialelor la iniierea i propagarea respectivelor defecte n condiii specifice: ocuri, vibraii, oboseal, sau suprapunerea efectelor acestora n prezena unor medii active. Sunt de menionat n acest context normele ASTM elaborate pentru urmtoarele obiective:

- factori implicai n germinarea discontinuitilor din materiale, - determinarea vitezei de cretere a fisurii, - msurarea vitezei de cretere a fisurii, - determinarea valorii de prag a variaiei factorului de intensitate a tensiunii la vrful

fisurii n prezena mediilor active. Evaluarea ponderii mecanismelor de degradare care se manifest n cazul combinrii

solicitrilor de tip oc + oboseal + uzur + coroziune sau oc + coroziune, s-a dovedit mai dificil. Ca urmare, aceasta a fcut ca pn n prezent s fie emise concepte i s fie deduse mrimi univoce, posibil de verificat experimental. n aceast privin, cercetrile se afl ntr-un proces continuu de experimentare i de evaluare a rezultatelor. Trebuie precizat c n nelegerea mecanismelor de degradare n prezena defectelor, n condiii de solicitare mecanic static/dinamic a adoptrii metodelor de testare a materialelor metalice n aceste condiii i a definirii unor caracteristici de material n prezena defectelor, un rol fundamental l-au avut conceptele i criteriile de rupere elaborate n cadrul mecanicii

9


ruperii. n acest context, concepte precum factorul de intensitate a tensiunii la vrful fisurii (KI), tenacitatea la rupere (KIC), viteza de propagare la oboseal a fisurii (da / dN), specifice mecanicii ruperii i criteriile de rupere formulate pe baza acestor concepte, au permis introducerea n evaluarea comportrii metalelor a unor mrimi caracteristice noi: integrala de contur ( C* ), viteza de cretere a fisurii n condiii specifice de solicitare, etc.

Posibilitatea evalurii pe baza caracteristicilor de utilizare n prezena defectelor din materialele metalice a stimulat elaborarea unor refereniale pentru estimarea acceptabilitii defectelor n materialele metalice i sudurile. Diminuarea duratei de imobilizare a echipamentelor tehnologice i evaluarea costurilor aferente este domeniul managementului organizaional: definirea echipamentelor implicate, evidenierea strii tehnice, detalierea, etapizarea i efectuarea lucrrilor, probe funcionale, modul de atestare a calitii. La planificarea activitilor se au n vedere prevederile normative specifice utilajelor i proceselor tehnologice, starea tehnic, condiiile de utilizare, evenimente tehnice proprii i ale instalaiilor similare. n acest context, analiza pe baza riscului gsete un teren propice pentru aplicare. Apelarea la documente normative recunoscute i larg aplicate (API 581, BS 5810, ASTM seciunea IX, etc.) constituie ghiduri care s confere credibilitate n pregtirea programelor de investigaii, analiza i formularea concluziilor asupra rezultatelor indicatorilor de fiabilitate, risc i disponibilitatea sistemelor tehnice.

Bazat pe criterii de tehnologicitate a soluiei constructive a produsului, respectiv repe-relor, componentelor, proiectantul trebuie s gseasc soluii adecvate pentru accesul la reperul incriminat, iar recondiionarea reperului s fie posibil i eficient. Pe ansamblu, durata de inactivitate a utilajului datorit inspeciilor, reviziilor, evenimentelor tehnice (defec-iuni, avarii) trebuie s fie ct mai redus. Pe durata de via a utilajului fiabilitatea este afectat. In general, de la nivelul de referin iniial apar deteriorri care au repercusiuni asupra performanelor din exploatare (figura 1.3). Aplicarea unui sistem necorespunztor de mentenan (1) (traseul IV, VII, VII, IX, X) aduce prejudicii sensibile asupra fiabilitii. Situaia normal a evoluiei fiabiliti urmeaz traseul IV, V, VI. Interveniile pentru aciuni de mentenan (2) au rolul de a reface aptitudinile de funcionare ale reperului sau produsului n ansamblu. Dup o perioad de exploatare (T) n variantele corespunztoare (3), fiabilitatea atinge nivelul limit (B). Dac sistemul de exploatare i mentenan a urmat traseul (1), nivelul de fiabilitatea atins (A) dup aceeai durat de utilizare (T) este inadmisibil, chiar dac s-a efectuat intervenia de reabilitare (2).

Nivel limit de fiabilitate

Nivel fiabilitate ideal Nivel fiabilitate specificat

Nivel fiabilitate proiect

Nivel fiabilitate potential

I II

III

IV V

VI

VII

VIII

IX

X

Mar

ketin

g

Con

cept

ie

Fabr

icat

ie

Utilizare

0 tIV txFaze viata

A

B

1 2

3

Niv

el fi

abili

tate

Figura 1.3. Nivelul de fiabilitate corelat cu fiabilitatea n timp

10


Trebuie acordat atenie acestei probleme ntruct activitile enumerate ating pondere de pn la 30% din costul de producie.

Atingerea parametrilor i caracteristicilor tehnice prescrise pentru un fond fix, utilaj, instalaie, aparat, dup punerea n funciune pentru prima dat sau dup reparaie nu se consider suficiente pentru a defini calitatea acestora. Este esenial ca aceste performane s se menin o perioad ct mai ndelungat, chiar pe ntreaga durat normat de exploatare.

Durata de exploatare se poate stabili pe ore, cicluri tehnologice, kilometri, uniti de producie obinute, etc. Prin corelarea acestora cu condiiile de lucru se decid aciunile de mentenan prin revizii tehnice, ntreinere i reparaii, raportat la specificaiile din manualul de utilizare sau cartea tehnic a echipamentului. Dependent de destinaia, de condiiile de exploa-tare, frecvena apariiei defeciunilor aleatoare, se ntocmesc studii pentru elucidarea aplicrii sistemelor redondante sau a sistemelor de prevenire i nlturare a defeciunilor prin aciuni adecvate de mentenan. La reparaii se stabilesc cauzele defectrilor, limitele pn la care se pot folosi utilajele fr a se periclita funcionalitatea.

Informaiile provenite cu ocazia reviziilor tehnice, a ntreinerilor periodice sunt de real ajutor pentru pregtirea complex a interveniilor ulterioare. Avariile/cedrile se analizeaz i prin prisma stabilirii soluiilor pentru mbuntirea calitii reperelor i utilajului n ansamblu, respectiv prin msuri propuse proiectantului i/sau productorului. La analiza problemei n cauz trebuie abordat i economicitatea aciunilor ntreprinse. Imobilizarea utilajelor cost proprietarul att prin pierderile de producie, ct i prin cheltuielile aferente repunerii n funciune. Se poate formula o opinie pentru obinerea costurilor minime conform, figuri 1.4. Se au n vedere costurile pentru cercetare i proiectare (1), costurile de producie (2), cele aferente aciunilor de mentenan(3), rezultnd costurile totale (4).

.

Cx

Nfx Fiabilitate

1

2

4

3

Cos

turi

a b c

0 t1 t2 t3 Timp

Inte

nsita

tea

defe

ciu

nilo

r

Figura 1.4. Dependena costurilor Figura 1.5. Intensitatea gradului de de fiabilitatea utilajelor defectare funcie de durata de exploatare

Pe durata exploatrii utilajului, intensitatea defectrilor se manifest diferit (figura 1.5). Dup punerea n funciune a utilajului nou sau reparat se manifest aa numitele "boli ale copilriei", prin defectri datorate rodrii pieselor, uzurii iniiale, etc. (a). Intensitatea lor scade n timp, iar utilajul intr n perioada normal de funcionare n care intensitatea defectrilor, inclusiv uzrii, este aproximativ constant (b). Accidental sunt posibile anumite defectri chiar i n aceast perioad de utilizare. Spre sfritul acestei perioade crete intensitatea uzri nct n perioada teriar de exploatare (c) se manifest sensibil defectrile accidentale i de uzur. Aceasta se mai numete perioada uzrii de avarie, ntruct neluarea la timp a msurilor adecvate conduce la scoaterea intempestiv din funciune a utilajului.

11


Disponibilitatea utilajelor nglobeaz i aciunile de regenerare, recondiionare a reperelor, subansamblelor. Aciunea este necesar ntruct: - consumul de piese de schimb crete sensibil n timp, - stocarea pieselor de schimb nsemneaz costuri,

- lipsa pieselor de schimb genereaz perturbri n procesul de producie. Informaiile concludente provenite din toate etapele de via ale utilajului trebuie

analizate de sectoarele specifice pentru a proceda la modificri, modernizri n scopul evitrii neconformitilor i mbuntirea performanelor. In concluzie, mentenabilitatea ca parte integrant a disponibilitii caracterizeaz posibilitatea detectrii defectelor, nlturrii lor n timp scurt, n condiiile meninerii ulterioare a utilajului la parametrii funcionali. Deci, nedefectarea, durabilitatea, reparabilitatea i meninerea caracteristicilor funcionale definesc fiabilitatea i calitatea din punctul de vedere al aptitudinilor de utilizare.

1.2. Degradarea componentelor sistemelor tehnice. 1.2.1. Tipuri de degradare.

Prin degradarea utilajelor tehnologice se nelege modificarea dimensiunilor, a formei, a

caracteristicilor fizico-mecanice ale materialului reperului, a caracteristicilor constructive i funcionale ale unui sistem tehnic component datorit aciunii factorilor de natur, chimic, termic, electric, de conjunctur, etc. Consecina aciunii lor este afectarea parametrilor funcionali i calitativi ai procesului tehnologic, creterea cheltuielilor de exploatare.

Solicitrile din exploatare sunt cauzele principale ale degradrii, dar i factorii atmosferici pot avea efecte semnificative. Spectrele de solicitare pot s fie:

- staionare: constante i repetitive pe termen lung i induc tensiuni: - staionare: traciune, compresiune, ncovoiere, forfecare, torsiune, - variabile: alternante, pulsatorii (figura 1.6),

- nestaionare (aleatoare), care acioneaz nerepetitiv.

a) b)

Figura 1.6. Parametrii de solicitare

Solicitrile la oboseal la parametrii constani induc solicitri variabile staionare. Soli-

citrile din exploatare sunt nestaionare, deoarece spectrele de tensiuni nu se repet identic la intervale prestabilite, deoarece parametrii de lucru au variabilitate, iar efectele se intercon-diioneaz.

Tensiunea este o funcie periodic de timp. Ansamblul valorilor tensiunilor n timpul unei perioade se numete ciclu de solicitare, caracterizat prin:

- tensiunea (S): maxim / minim, (Smax / Smin),

12

1.2. Degradarea componentelor sistemelor tehnice.

- perioada (T), - tensiunea medie:

Sm = (Smax + Smin) / 2 (1.2) - amplitudinea ciclului :

Sa = (Smax Smin) / 2 (1.3) - coeficientul de asimetrie al ciclului:

r = Smin / Smax (1.4) - caracteristica ciclului:

R = Sv / | Sm | (1.5) n consecin:

Smax = Smed + Ra/2; Smin = Sm - Ra/2. (1.6)

n figura 1.7 este prezentat variaia coeficientului de asimetrie a ciclului de amplitudinea (Sa) i tensiunea medie (Smed).

Figura 1.7. Corelarea coeficientului de asimetrie a ciclului (R), de amplitudinea (Sa) i

tensiunea medie (Smed).

Spectrele de solicitare aleatoare complexe reflect cel mai apropiat situaiile din ex-ploatare.

Din punct de vedere al degradrii fizice a componentelor se disting urmtoarele categorii de uzare: a). Uzarea fizic static - se manifest prin aciunea agenilor atmosferici externi sau modificrilor interne, care au loc pe toat durata de existen a utilajului i determin limita extrem de via. In aceast perioad utilajul nu este n funciune.

b). Uzarea fizic dinamic - se manifest n timpul funcionrii utilajului prin: modificarea strii suprafeelor n contact, a dimensiunilor, poziia reciproc a pieselor, modificarea microstructurii, a proprietilor fizico-mecanice. Pe durata de via a utilajului, aceast categorie de uzare este localizat dup perioada iniial, de rodaj, cnd uzura este liniar n timp.

c). Uzarea moral prin depreciere valoric - se apreciaz prin scderea valorii absolute a utilajului n urma apariiei unuia cu performane echivalente, dar la pre mai redus.

d). Uzarea moral prin nvechire economic - se apreciaz pe baza economicitii utilajului ca urmare a apariiei unuia nou ce asigur eficiena economic mai mare, produc-tivitate, rate de amortizare mai favorabil, etc.

Prin activitatea de reparaii se asigur nlturarea uzurii fizice, iar prin modernizare se diminueaz uzura moral. Situaia cea mai favorabil se ntlnete cnd nu mai sunt necesare aciuni de reparaii sau modernizare:

durata de utilizare economic = durata aferent uzrii fizice = durata aferent uzrii morale.

Degradarea utilajului datorit uzrii care apare n procesul de exploatare a utilajelor

13


tehnologice poate s fie normal sau consecina unei avarii. Uzarea normal a reperelor sau subansamblelor este rezultatul aciunii ndelungate a

factorilor: frecare, temperatur, modificarea parametrilor de lucru, agenilor chimici, a fenomenelor electrochimice, dar i a ansamblului de fenomene care acioneaz n condiii reale de exploatare.

Uzarea ( u ) se poate exprima prin viteza de evoluie a unui parametru reprezentativ, funcie de timp (figura 1.8):

u = f ( u ) dt (1.7) Procesul de uzare poate s fie apreciat astfel: - zona I - corespunde perioadei de rodaj, - zona II - corespunde perioadei de utilizare normal, - zona III - corespunde creterii accelerate a intensitii uzurii. Zonele I i II corespund uzurii normale, iar zona III perioadei de intrare spre uzura de

avarie. Este posibil cuprinderea n relaii matematice de forma:

- zona I: f( U1 ) = a t1n (1.8) - zona II: f( U2 ) = b ( t2 - t1 ) (1.9) - zona III: f( U2 ) = c (t3 - t2 ) m (1.10)

n care: - a, b, c sunt coeficieni de proporionalitate. - m, n exponenii funciilor

C M

Inte

nsita

te u

zare

Inte

nsita

te u

zare

K

I II III timp /h/ timp /h/

Figura 1.8. Curba de variaie a Figura 1.9. Forme de manifestare a uzrii pieselor uzrii pieselor n exploatare

Uzura total este suma acestor funcii. Viteza de uzare este dat de derivata funciilor anterioare:

- zona I V ( U1 ) = a n t1n-1 (1.11) - zona II V ( U2 ) = b (1.12)

- zona III V ( U2 ) = c m (t2 - t2)m-1 (1.13 )

Caracterul i viteza de uzare a pieselor se coroboreaz cu coeficientul ce exprim tangenta unghiului de nclinare a dreptei de uzare din zona a II-a i abscis. Din punctul de vedere al intensitii uzrii, componentele utilajului pot s aib uzare: rapid (OC), medie (OM), lent (OK) ( figura 1.9 ).

Relaiile anterioare dau o imagine general asupra procesului de uzare. In realitate,

14


viteza d

manifestare a modific

aderen (contact): este rezultatul aciunii forelor de frecare ce apar prin

omponentelor lagrelor de alunecare, segmenilor i

siunea de gripare se manifest la urmtoarele valori:

. particulelor disperse, dure, pe suprafaa

fluide, utilajelor de construcii,

Uzarea de impact: este rezultatul impulsului care se produce la ciocnirea a dou

r nu este important. Materialele cu tenacitate ridicat, care au capacitate de

cific elementelor active ale concasoarelor, a utilajelor

a

e uzare la fiecare din zonele menionate nu este constant. Astfel, n perioada de rodaj, prin modificarea sarcinii, curba are o configuraie n trepte. In perioada normal de utilizare, viteza de uzare se modific concomitent cu parametrii i condiiile de exploatare.

Dependent de factorii care genereaz uzarea, precum i modul de rilor geometrice, respectiv structurale ale reperelor, se disting urmtoarele tipuri

principale de uzare: a). Uzarea dedeplasarea relativ a dou corpuri, precum i a punilor de sudur ntre suprafeele pieselor conjugate. Funcie de natura uzrii, uzarea de aderen este generat de frecarea de alunecare, respectiv de rostogolire. Explicaia const n aceea c microdenivelrile suprafeelor ptrund n masa corpului cu care vin n contact formnd puni de sudur, iar datorit deformrilor plastice repetate, a presiunii i deplasrii relative, se rup formnd particule disperse. Astfel, are loc transferul de material, iar uzarea evolueaz. Acest tip de uzare este caracteristic ccilindrilor motoarelor, compresoarelor, pompelor, tijelor supapelor i ghidajelor acestora, etc. Ungerea insuficient, regimurile tranzitorii de lucru, calitatea i cantitatea lubrifianilor, condiiile grele de funcionare normal, favorizeaz evoluia uzrii de aderen. Coroborat cu condiiile concrete, acest tip de uzare evolueaz difereniat de la trecerea particulelor de pe o suprafa pe alta, la griparea pieselor. In cazul ungerii insuficiente, pre - bronz cu font > 7 N / mm2, - font cu oel forjat > 5,5 N/ mm2, - oel cu font > 5 N / mm2, - otel forjat cu otel forja > 1,5 N / mm2 b). Uzarea abraziv: este rezultatul aciuniipieselor. Se manifest prin deformarea plastic superficial, datorit microparticulelor metalice. Modificarea dimensiunilor pieselor depinde de proprietile fizico-mecanice ale materialelor, de presiunea specific, de spaiul parcurs, de natura particulelor abrazive. In general, uzura abraziv acioneaz dup legile procesului de achiere a metalelor. Dimensiunile particulelor sunt foarte mici, iar forma geometric deosebit de neregulat. Acest tip de uzare este specific componentelor parcurse dearticulaiilor neetane. Utilizarea unor elemente de filtrare adecvate i eficiente contribuie sensibil la diminuarea fenomenului de degradare prin uzare, deci prelungete durata de via a utilajului. c). corpuri. Impactul pe o suprafa deformeaz plastic zona, apar microfisuri, se desprind particule fine. Solicitarea repetat acest tip de degradare. Mrimea microfisurilor este determinat de natura i valoarea forelor de coeziune ale structurii metalice. La metalele cu plasticitate ridicat pot s ating 1 m. Duritatea particuleloamortizare a ocului au comportare mai bun dect materialele casante. Stratul superficial are o structur caracteristic fenomenului de oboseal, n care se formeaz microfisuri, care progreseaz n desprinderi de material. Aceast variant de degradare este spesupuse la ocuri, la traseele de conducte pentru transportul pneumatic al particulelor dure, etc. d). Uzarea prin oboseal: este rezultatul aciunii forelor de frecare de rostogolire, celor de impact, a aciunii solicitrilor variabile n timp. Apariia este semnalat dup o anumit durat de exploatare a utilajelor. Se manifest prin microfisuri, exfolieri de material, modificri

15


structurale, etc. Principalele forme de manifestare a acestei degradri sunt: pittingul, exfolierea, fretarea,

) Pittingul: este rezultatul aciunii forelor de frecare de rostogolire care genereaz la uprafa

enilor, dinilor roilor dinate,

ilor remanente minu

de exploatare se cu tensiunile anterioare, genernd

superficiale ale

mentare, nitrurare,

suprafeelor montate prin strngere. Sarcinile

act se cumuleaz efectul de oboseal i coroziune, existnd dificulti n

dinamic care genereaz

ulice, suprafeele exterioare ale cilindrilor motoarelor n

rezultatul reaciilor chimice produse datorit contactului

etale de natur metalurgic diferit, aflate n contact, poate s apar

exemplu, prezena sulfului n produsele

menul de coroziune

cavitaia. d.1s a pieselor microdeformri plastice, tensiuni interne, modificri structurale, microfisuri. Pe suprafaa piesei apar cratere cu dimensiuni pn la cca. 4 mm. Fenomenul este specific elementelor componente ale rulmfusurile crucilor cardanice, etc. Pe suprafaa n contact se nregistreaz eforturi unitare pulsatorii. Solicitarea de compresiune atinge 1000-1500 N/mm2. Totodat, tensiunile remanente, care sunt foarte importante, provin din prelucrri necorespunztoare. Peste acestea se suprapun solicitrile din exploatare. Creterea tensiundi eaz mobilitatea atomilor metalului, reduce forele de coeziune molecular favoriznd desprinderea particulelor de material. Ecruisarea materialului n procesul microfisuri. Lubrifiantul ptrunde n acestea i disloc particulele de material. d.2) Exfolierea: este rezultatul concentrrii tensiunii din straturilepieselor. Mobilitatea atomilor din reea este redus, concomitent cu diminuarea forelor de coeziune molecular. Particulele metalice sunt desprinse sub form de solzi. Aceast form de degradare este specific pieselor tratate termic (clire, ceetc.) n mod neadecvat. Deosebirea dintre "pitting" i "exfoliere" const tocmai n natura cauzelor care genereaz respectivele degradri. d.3) Fretarea: genereaz degradarea variabile exterioare fac s deplasri cu amplitudini mici ntre suprafeele n contact. Cu contribuia oxigenului au loc reacii de oxidare a materialelor. Compuii sunt ndeprtai datorit deplasrilor relative reduse, dar n timp jocul ia amploare. Deci, ajustajul nu i mai ndeplinete rolul funcional. In zona de contstabilirea limitelor reale de rezisten la oboseal n asemenea condiii. d.4) Cavitaia: este rezultatul aciunii pulsatorii de natur hidrodesprinderea particulelor de metal. Efectul se materializeaz prin apariia unor adncituri i cratere locale pe suprafaa pieselor. Paletele turbinelor, pompelor hidracontact cu apa de rcire, sunt locuri predispuse la degradare prin cavitaie. Prezena bulelor de aer, a particulelor dure, favorizeaz i sunt elemente determinante pentru apariia fenomenului de cavitaie. Cteva zeci de ore de funcionare a unor repere n condiii de cavitaie sunt suficiente pentru degradarea complet. e). Uzarea prin coroziune: estedintre suprafaa reperelor i fluidele active de lucru. Aciunea mediului ambiant asupra suprafeelor exterioare ale utilajelor se manifest prin coroziunea materialului insuficient protejat anticoroziv. Intre dou mcoroziunea electrochimic datorit formrii unei pile electrice. Metalul cu potenial negativ mai ridicat va fi cel corodat. Starea suprafeei, prezena microfisurilor superficiale, creterea temperaturii favorizeaz coroziunea electrochimic. La utilajele din industria petrochimic, depetroliere are un efect deosebit de nociv. Intensitatea uzrii este aproape proporional cu concentraia sulfului din carburani, indiferent de forma chimic a acestuia. Prezena asperitilor pe suprafaa piesei, a tensiunilor interne, face ca feno

16


s fie mai activ. f). Uzarea prin oxidare: este rezultatul ptrunderi oxigenului n stratul superficial al

ateria

east form de degradare este rezultatul creterii peste limitele admise a jocurilor. In

inat de evoluia degradrilor

ascunse n materialul piesei se manifest prin cedarea

en refereniale ale organismelor de supraveghere tehnic, utilizate ca

tipurile i mecanismele de degradare, e,

gurarea compatibi-

Ghaz termenii i definiiile de baz precum i procesul

analizerea datorat sarcinilor mecanice.

i apos.

egradrii. Practic dare prin uzare acioneaz interdependent, iar

1.2.2. Clasificarea modurilor de apariie i manifestare a defeciunilor.

Degradarea unui reper sau subansamblu poate s intervin pe toat durata de via, de la proiect

ea spontan a caracteristicilor utilajului printr-o

m lului i apariia unei soluii solide de oxigen sau de combinaii chimice. Amploarea fenomenului depinde de: tipul de frecare, parametrii i condiiile de utilizare (viteza relativ de deplasare, presiunea, solicitarea mecanic, temperatura, compoziia chimic a fluidelor n contact, etc.), proprietile materialelor n cauz, etc. Progresnd oxidarea, se desprind particule care pot s aib n continuare rol abraziv, intesificnd degradarea suprafeelor prin fenomene specifice. Acaceast situaie, uzura se accelereaz rapid, tensiunile pe seciunea rmas cresc, apar deformaii remanente, iar n final piesa cedeaz, chiar sub forma avariei. g). Degradarea prin avarie: poate s fie determanterioare, n mod independent sau intercondiionate, dar pot s intervin i urmtoarele cauze: abateri de la tehnologia de fabricaie, depirea uzurii limit, abateri de la prescripiile tehnice de exploatare, respectiv de ntreinere. Suprasolicitrile din exploatare, vicii brusc, n multe cazuri fr o avertizare prealabil. Se consider defeciune de avarie dac utilajul devine nefuncional, necesitnd o perioad pentru reparaie, urmate de probe pentru repunerea n funciune. Au ctigat audidocumente de lucru. Astfel, VDI 3822 este un ghid cu scopul de:

- a defini conceptele, - a denumi i a descrie- a furniza procedura sistematic pentru o analiz de degradar- de creare a condiiilor eseniale pentru documentarea prin asilitii diferitor examinri/analize. idul const din ase pri:

- Analiza degradrii: furnizei cedrii. - Degrada- Degradarea datorat coroziunii i mediulu- Degradarea datorat sarcinilor termice. - Degradarea datorat uzrii. - Achiziia de date i analiza d

a a dovedit c, n general, tipurile de degraefectul lor individual este dificil de decelat. O prezentare sintetic i corelaii dintre tipurile de degradare este prezentat n tabelul 1.1.

are i pn la dezafectarea utilajului. In orice etap pot s apar erori inevitabile i imposibil de prevenit, n multe cazuri. O clasificare a modurilor de apariie i manifestare a defeciunilor poate s fie fcut dup urmtoarele criterii: a). Modul de apariie a defectrilor: - defectri brute: genereaz modificardeteriorare mecanic (rupere, fisurare, blocare, etc.), avnd drept cauze suprasolicitarea sau defecte n material, neidentificate la timp,

17


- defectri progresive: sunt rezultatul avansrii treptate a uzurii, iar parametrii funcionali se

riorrii pieselor: e, fie datorit nerespectrii instruciunilor tehnice de

tare, dar

n, n cazul cnd o pies cedeaz i genereaz deteriorarea unor piese

radul de reducere a capacitii de funcionare: - defec ur performanele impuse prin

Tabelul 1.1. Tipuri de degradare in-service i specificul lor.

modific lent. Este cazul degradrii reperelor datorit uzrii, coroziunii, mbtrnirii materialului. Foarte important este s se prelimine rezerva pe care un reper o are pentru continuarea exploatrii.

b). Cauzele dete - datorit utilizrii necorespunztoar

exploatare, fie slabei calificri profesionale a personalului de exploatare, de ntreinere, - datorit deteriorrii inerente coroborat cu condiiile specifice, corecte de exploapot s intervin unele erori de proiectare, de execuie, nesesizate la timp, evideniate cu siguran n funcionare, - datorit degradrii n laconjugate.

c). Giunile pariale, intervin cnd utilajul nu mai asig

documentaia de execuie, fr a se pierde complet capacitatea de funcionare, defeciuni totale, genereaz pierderea capacitii de funcionare, deci imposibilitatea continurii exploatrii.

Caz, problem, articol

Tipul degradrii sau Subtipuri/specific/dperturbaii/abateri, probleme funcionale

etalii viitoare/exemple

I. Degradare legat de coroziune/eroziune/mediu, ce acioneaz sau conduce la:

I.A.1. Coroziune general, oxidare, eroziune, uzur, subiere extins.

I.A. Pierdere volumic de

ng, prin material pe suprafa (de ex. subiere). I.A.2. Coroziune local (prin pitti

crevas sau galvanic). I.B.1. Fisurare coroziv sub tensiune (n clorur, n sod caustic). I.B.2. Degradare indus de hidrogen (inclusiv formarea de bule i atac de hidrogen HT).

I.B. Fisurare (n principal pe

coroziv.

suprafa).

I.B.3. ObosealI.C.1. Degradare termic (globulizare,

). grafitizare, etc. inclusiv topire incipientI.C.2. Carburare, decarburare, de aliere.

I.C. Slbirea i/sau

de

fragilizarea materialului.

I.C.3. Fragilizare (inclusiv durificare, mbtrnire prin deformare, fragilizarerevenire, fragilizarea de la metal lichid).

II. Sarcini mecanice sau termomecanice care conduc la: II.A.1. Uzur prin alunecare. II.A. Uzur II:A.2. Uzur prin cavitaie. II.B.1. Suprasolicitare, fluaj. II.B. Deformaie /modificri

lare. dimensionale. II.B.2. Degradare prin manipuII.C.1. Fluaj.

Probleme e

boseal.

legate ddegradarea materialului

II.C. Formarea microgolurilor. II.C.2. Fluaj-o

18


Tabelul 1.1. Tipuri de degradare in-service i specificul lor (continuare)

0 1 2

II.D.1. Oboseal (HCF, LCF), oboseal termic, (oboseal coroziv).

II.D. Microfisurare, fisurare

l-fluaj. II.D.2. oc termic, fluaj, obosea II.E.1. Suprasolicitare. II.E. Rupere.

II.E.2. Rupere fragil.

III. Alte mecanisme de degradare structural. IV. Lovire/depunere (fr perturbaii ale curgerii de fluid). V. Perturbarea curgerii fluidului. V.A. Curgere de fluid: nalt/joas (HFF/LFF). V.B. Fr curgere de fluid (NFF). V.C. Alte probleme de curgere de fluid (OFFP). VI. Vibraie (VIB). VII. Dimensionare neadecvat, jocuri improprii. VIII. Sabotaj, atacuri teroriste i perturbaii umane. IX. Incendii, explozii i evenimente similare. X. Degradare i/sau pierderea funciei datorit cauzelor: X.A. Scurgere extern (EXL). X.B. Pornire i/sau oprire neadecvat nereuit la pornire/oprire (FTS*). X.C. Cedare n timpul prelucrrii (FWR). X.D. Supranclzire (OHE).

Probleme

legate de perturbareamaterialului (nelegate de structura sa)

X.E. Altele (OTH).

Consecinele dcionarea utilajului, dar nendeprtarea lor poate avea

tdeauna tot aa de uor de nlturat, al

i dispare fr intervenia operatorului la intervale lungi,

i, caracterizat prin scderea ratei de defectare pe msura

d). efeciunilor: - minore, care nu mpiedic funulterior consecine nefavorabile prin agravarea strii tehnice, iar costul reparaiei crete, - majore, care nu mpiedic practic continuarea funcionrii utilajului, dar parametrii de lucru sunt sensibil afectai, - defeciuni critice, genereaz distrugeri importante de bunuri materiale, putnd afecta i sntatea personalului de deservire sau din mprejurimi. e). Uurina depistrii:

r de depistat, dar nu nto - defeciuni evidente, uo - defeciuni ascunse, greu de depistat, reclamnd profesionalism i dotarea materiperformant. f). Durata defeciunii: - temporar, cnd apare - intermitent, datorit condiiilor de lucru anormale, contacte electrice nesigure, - stabile, sunt clare, evidente.

ata de folosire a produsului: g). Defeciuni plasate pe dur - perioada defectrilor timpuri

19


sporirii duratei de exploatare, mult afectata aceast perioad de efectuarea corect a rodajului,

exploatare. In fiecare dintre acestea emen

- perioada defectrilor cu rat constant, conine un nivel sczut, sensibil constant al defectrilor, corespunztor perioadei normale de utilizare a utilajului, - perioada defectrilor trzii, se caracterizeaz prin creterea rapid a numrului defec-iunilor datorit uzurii, oboselii, mbtrnirii materialelor. Se poate concluziona c degradarea reperelor i utilajelor n ansamblu este consecina factorilor de concepie, fabricaie, exploatare i service nel tul uman are un rol esenial. Prelungirea duratei de utilizare dup constatarea degradrilor individuale ale reperelor sau de ansamblu este nsoit de agravarea defeciunilor cu consecine tehnice i economice greu de preliminat.

20

2.1. Definirea, identificarea, evaluarea riscului

Capitolul 2. Riscul tehnic

2.1. Definirea, identificarea, evaluarea riscului. Produsele oferite pieei trebuie s prezinte siguran n funcionare pentru a ine sub

control nivelul riscurilor asumate de productor i utilizator. Pentru multe domenii i activiti sunt statuate proceduri clare, eficiente. Situaia nu se aplic pentru sigurana n funcionare. Aceasta este un termen complex care necesit analiz profund. Sunt implicate noiunile de risc i siguran.

Riscul este combinaia probabilitii (PoF) i a consecinei cedrii (CoF) pentru un scenariu dat:

R = PoF x CoF (2.1) n conceptul de Inspecie i Mentenan Bazat pe Risc (IMBR) nceputul scenariului

const n mecanismul de degradare activ care conduce la cedare. Cedarea va avea consecine. Consecinei Cedrii este rezultatul implicrii prin:

- siguran (CoFsafety), - sntate (CoFhealth), - mediu (CoFenvironment), - afaceri (eficien economic) (CoFbusines). Majoritatea consideraiilor privind riscul i sigurana ajung n final la dou elemente

opuse, comparate printr-o procedur special. Rezultatul este apoi evaluat conform cerinelor privind sigurana sau evitarea riscului. n termenii integritii structurale, datele privind ncr-carea unei structuri metalice se compar cu cele privind rezistena mecanic a componentei. Evaluarea procedurii poate fi o simpl comparaie, sau un calcul al cumulrii degradrilor (figura 2.1).

Exploatarea instalaiilor tehnologice, n condiii de securitate tehnic se accept ca trebuind s asigure funcionarea continu n limitele caracteristicilor de proiectare.

Parametrii de ncrcare a componentei, respectiv de rezisten ai materialului sunt, n general, variabile aleatoare. Dac se presupune totui distribuia logaritmic

ncrcare Rezisten Concluzii privind

sigurana n exploatare

Procedura de evaluare

Figura 2.1. Evaluarea primar a siguranei n funcionare.

normal, ea se poate descrie n termenii abaterii medii i standard. n practica inginereasc, pe lng descrierea cu precizie matematic, caracteristicile de material sau de utilizare a componentelor, trebuie s fie specificat n termeni statistici. Despre un sistem tehnic se spune c este fiabil dac pe o perioad de exploatare, realizeaz sigurana tehnic, tehnologic i indicii funcionali stabilii, cu respectarea cerinelor de calitate prevzute n normative tehnice i legislative. Ceea ce permite definiia: Fiabilitatea exprim probabilitatea funcio-

21

Cap.2. Riscul tehnic

nrii corespunztoare a utilajului tehnologic n ansamblu, dar i a componentelor sale, ntr-un interval de timp i n condiii prescrise.

Exploatarea instalaiilor industriale presupune o anumit probabilitate de defectare, respectiv un risc. n sens practic, acesta se poate identifica cu pierderea potenial de producie ntr-un anumit interval de timp. Asemenea situaii anormale sunt identificate aleator i se materializeaz prin accidente tehnice i/sau umane, cedri ale componentelor instalaiilor, deranjamente ale ciclului tehnologic, uneori cu afectarea instalaiilor nvecinate sau a mediu-lui nconjurtor.

Conceptul de risc tehnic a fost studiat mai profund dup anii 1970, ntruct: - cedri de amploare deosebit ale unor instalaii au devenit tot mai frecvente, - pagubele n instalaii proprii, dar i la cele din apropiere sunt semnificative, - afectarea mediului n urma avariilor este tot mai grav, - cererile i valoarea despgubirilor s-au nmulit.

Conjunctura tehnic i economic din perioada menionat a impus mutaii concep-tuale n tratarea aspectelor specifice ale riscului:

- parametrii de exploatare ai instalaiilor sunt tot mai ridicai, - volumul investiiilor n instalaii noi, cu grad ridicat de risc este limitat, - sistemele de optimizare a parametrilor de exploatare i conducerea automat a proce-

selor tehnologice sunt aplicate la un numr redus de instalaii, - se ncearc uneori s se obin eficien n utilizarea investiiilor n detrimentul

dotrii cu sisteme de siguran i supraveghere automat a proceselor tehnologice. Pentru aprecierea corect a riscului, n toat amploarea sa, este nevoie de o definiie

care s cuprind toate posibilitile de apariie i consecinele defectelor din structura sistemului tehnic. Cea mai simpl exprimare este sub forma:

Riscul = Frecvena x Severitatea. (2.2)

n aceast viziune riscul nglobeaz pierderea probabil anual. Frecvena nglobeaz numrul probabil de accidente anuale. Severitatea se refer la pierderea medie la un asemenea accident. Frecvena evenimentelor este dependent de:

- profilul tehnologic, - amplasamentul industrial, - conjunctura tehnico-economic, - metodologia de proiectare, - modalitatea de supraveghere tehnic, - condiiile de securitate.

Pe baza acestor elemente, se poate determina sau deduce frecvena evenimentelor, astfel: - din datele statistice privind dezastrele nregistrate( seismice, climatice, etc.), - pe baza codurilor i legislaiei de proiectare, - valorificarea datelor stocate la societi, uniti economice aflate n zon, - din datele stocate de unitile economice, de birourile de securitate a muncii, date clasificate funcie de cauzele ntreruperilor de producie, evenimente mecanice, electrice, etc., - din datele stocate privind riscul estimat al pierderilor de fluide prin sprturile conductelor magistrale, - pe baza analizelor statistice privind accidente datorit prezenei n zona instalaiilor tehnologice a persoanelor strine, sau efectuarea de aciuni de diversiune, etc.

22

2.2. Statistica unor avarii i distrugeri la echipamente tehnice.

Este evident c pentru a se ajunge la determinarea unei limite acceptabile a riscului, adic diminuarea sa sub un anumit nivel social tolerat, se impune: - identificarea, - evaluarea (cuantificarea), - msuri pentru combaterea riscului.

n practic, eliminarea complet a riscului ar deveni posibil numai dup ntreruperea complet i sigur a funcionrii sistemului tehnologic. Exist situaii cnd nici o asemenea situaie nu asigur garanii complete asupra pericolului ce l prezint sistemul tehnologic. Probleme sunt generate de conservarea sau dezafectarea necorespunztoare. Printr-o analiz de risc efectuat competent, documentat i temeinic, se pot emite decizii care s favorizeze atingerea i meninerea unei fiabiliti optime. Astfel se ctig ncrederea oamenilor, respectiv a societii, chiar n condiiile unui risc acceptabil cuantificat. n vederea identificrii riscurilor, pericolele utilizrii instalaiilor tehnologice se grupeaz astfel:

A. Pericole cunoscute, relativ uor de depistat, pentru a cror combatere se prevd msuri nc din fazele de proiectare i de execuie. Msurile primare vizeaz: montarea de AMC-uri compatibile cu parametrii tehnologici, cu mediile de lucru, echiparea cu sisteme de protecie i siguran, asigurarea prin etanare i protecie mpotriva pierderilor de substane toxice, dotarea cu sisteme pentru depistarea scurgerilor, etc. B. Pericole necunoscute sau care nu pot s fie anticipate n etapele de proiectare, execuie sau exploatare: efectul substanelor noi, sau combinaii ale acestora asupra oamenilor i instalaiei, aciunea coroziv a fluidelor de lucru n regimuri tranzitorii sau diferite de cele normale, eficiena funcionrii sistemelor de protecie, etc. C. Pericole datorit condiiilor de exploatare, cu precdere n situaii limit de imposibilitate a meninerii parametrilor procesului tehnologic, utilizarea materiilor prime sau semifabricatelor cu abateri calitative de la caracteristicile normale. D. Pericole implicate de nefuncionarea corect, n caz de situaie critic, a sistemelor de protecie antiavarie.

Analiza avariilor poteniale, dar i a celor care au avut deja loc, inclusiv efectuarea studiilor de caz, presupune disponibilitatea unui volum important de informaii referitoare la ntregul sistem sau numai la anumite elemente componente. Pericolele i prejudiciile trebuie identificate i evaluate, inclusiv analizarea aspectelor i alternativelor cu implicaii asupra personalului, a mediului, a instalaiei n discuie, respectiv a celor din apropiere.

Studiile de caz pot s fie abordate prin modaliti diferite, specifice, dar trebuie s rezulte: - aprecierea parametrilor riscului, - pierderile implicate pe eveniment i pe anumit perioad, - pierderea medie anual pentru fiecare eveniment, - preliminarea frecvenei evenimentelor (numrul probabil anual de avarii),

2.2. Statistica unor avarii i distrugeri la echipamente tehnice

Un studiu efectuat de Comitetul britanic pentru servicii tehnice, s-a bazat pe datele experimentale ale exploatrii a 12700 de recipiente sub presiune. Acestea au nsumat 100000 ani de utilizare. Evenimentele tehnice ale acestor recipiente au fost clasificate astfel: a. catastrofale, care au necesitat aciuni capitale de mentenan corectiv sau nlocuiri

importante de elemente componente, b. potenial periculoase, care au impus aciuni rapide de mentenan preventiv i de

combatere a evoluiei unei stri iminente de defectare. Programul de investigaii la punerea n funciune a recipientelor noi sau reparate

23

Cap. 2. Riscul tehnic.

impune efectuarea controalelor nedistructive, urmate de ncercarea la suprapresiune. Investigaiile au depistat: - n timpul execuiei, fisurarea tablelor i/sau a mbinrilor sudate la 40 % din cazuri, - degradri importante n timpul fabricaiei la 20 % din cazuri, - fisurarea mbinrilor sudate la prima punere n funciune la 20 % din cazuri, - fisurarea mbinrilor sudate n timpul ncercrii la suprapresiune la 10 % din cazuri, - distrugerea catastrofal a recipientului n timpul ncercrii la suprapresiune la 10 % din cazuri.

Concluzia studiilor este c mbinrile sudate sunt vinovate de cca. 70 % din defectrile puse n eviden nainte de punerea n funciune a recipientelor. Acestea constituie cele mai probabile surse poteniale de cedare.

Aciuni similare efectuate n Germania au scos n eviden c cca. 75% din defectrile potenial periculoase cumulate n procesul de fabricaie au fost depistate n cursul presurizrii hidraulice la rece. Pe de alt parte, cca. 89 % din cazurile de defectare pe durata exploatrii, au fost generate de fisurile amorsate sub incidena mbinrilor sudate ale nveliurilor, a elementelor de racordare ataate la corpul recipientului. Evenimente de genul celor prezentate se puteau evita prin: - utilizarea de soluii adecvate de calcul i construcie, - utilizarea tehnologiilor de fabricaie adecvate, - realizarea i exploatarea recipientelor ntr-un regim de asigurare a calitii.

Exploatarea necorespunztoare a recipientelor aduce o cot de cca. 60 % defectri catastrofale, coroborat cu: reglarea incorect a AMC-urilor, nendeplinirea funciilor tehnolo-gice prevzute, nerespectarea tehnologiei de exploatare. Analiza statistic a datelor dispo-nibile privind avarierea recipientelor sub presiune, permite urmtoarele concluzii: - riscul major de defectare corespunde zonelor sudate, dar mai ales ZIT, - peste 50 % din totalul avariilor recipientelor sub presiune sunt datorate abaterilor de la condiiile de exploatare prescrise, - perioada cu cea mai mare probabilitate de manifestare a unor defecte ascunse, respectiv perioada defectrilor precoce, este de 2-3 ani de exploatare, dup care riscul de defectare este mic i rmne constant n timp ndelungat (chiar 30 de ani de exploatare), - riscul cedrii ca urmare a destrmrii lamelare sau stratificrii tablelor laminate are acelai ordin de mrime ca riscul defectrilor prin oboseal i/sau coroziune. ntr-un program de fiabilitate efectuat de MobilOilCorp. New York au fost analizate 132 de avarii a cror prejudiciu este de cca. 20 milioane de dolari. Ponderea utilajelor implicate /%/ este urmtoarea:

a. Utilaje rotative 38% b. Cazane de abur i cuptoare 17% c. Schimbtoare de cldur 17% d. Rezervoare, recipiente 11% e. Conducte tehnologice 10% f. Aparate electrice 7% La utilajele rotative defectrile provin din: erori umane - 70%, proiectare i mente-

nan preventiv necorespunztoare - 20%, uzare mecanic - 10%. Prejudiciile nsemnate au impus demararea i aplicarea unui program amplu de fiabilitate, mbuntit pe parcursul aplicrii. Numai definirea conceptelor i selectarea indica-torilor de fiabilitate a necesitat studierea a peste 100 de cazuri reprezentative de defectare.

24

2.3. Cuantificarea riscului acceptabil

Contrat ateptrilor, cele mai multe defectri nu au aprut la utilajele tehnologice nvechite, uzate moral sau cu uzuri mecanice avansate, datorate strii tehnice. Ponderea mare a defectrilor a fost pus pe seama nerespectrii tehnologiilor de exploatare, calificarea neco-respunztoare a personalului.

Statisticile ofer urmtoarele valori ale frecvenei medii a riscului n cazul unor activiti productive: a. Nefuncionarea unei supape de siguran 1.10-5/comand b. Nefuncionarea uni ventil telecomandat 1. 10-3/comand c. Nereceptarea de ctre operator a semnalului acustic de alarm 3. 10-4/comand d. Cedarea unei armturi 1. 10-8/h e. Cedarea unei flane 1. 10-8/h f. Deteriorarea unui compresor/pomp 1. 10-8/h g. Avarierea unei conducte tehnologice(Dn =150 mm) 1,8. 10-9/an h. Avarierea(ruperea) unui recipient 1. 10-6/an i. Incendiu sau explozie la rezervor cu GPL 3,3. 10-6/an j. Pierderi, scurgeri de gaz ntr-un depozit de GPL 3. 10-4/an k. Incendiu sau explozie ntr-o instalaie tehnologic ce prelucreaz iei1,4. 10-4/an l. Incendii la rezervoare de hidrocarburi (petrol, benzin, etc.) 3,3. 10-4/an

n cazul analizei riscului de deces / 1/om.an/ pentru personalul uman, situaia se prezint astfel: a. Riscuri voluntare: motociclism oferi fotbal alpinism fumat (20 igri/zi) 2.10-2 17.10-5 4. 10-2 4. 10-2 5. 10-3b. Riscuri involuntare: gripa explozii recipiente sub presiune prbuiri aeronave 2. 10-2 0,5. 10-7 1. 10-7

2.3. Cuantificarea riscului acceptabil n viaa cotidian, oamenii sunt expui la riscuri ce provin din aplicarea tehnologiilor actuale. In prezent riscurile nalte pot fi reduse considerabil, astfel nct riscul general n via s fie mai sczut dect cu muli ani n trecut. Probabilitatea de apariie a riscurilor, funcie de consecinele degradrii, se prezint sub forma unei matrici (tabelul 2.1). Tabelul 2.1. Matricea de risc.

Probabilitatea de apariie Nivel de risc

Mare Risc nalt

Medie Risc mediu

Mic Risc mic

Nul Fr risc

Consecinele degradrii

Reacia societii la diferite niveluri de risc nu este relevant. Accidentele fatale ntm-pltoare sunt acceptate mai mult ca rezultat al unor forme de risc. Oamenii sunt dispui s-i asume riscuri nalte, cu un factor de risc de aprox. 5, dac acest fapt le aduce beneficii econo-mice sau numai un ctig oarecare.

25

Cap. 2. Riscul tehnic

n exploatarea unui sistem tehnic, n spe a utilajelor tehnologice nu se poate asigura securitatea tehnic absolut (S 1), ceea ce conduce la risc tehnic nul (R 0). Aceast situaie trebuie acceptat deoarece n oricare situaie practic este exclus posibilitatea funcionrii n condiii reale a instalaiilor fr defiabilitate (F 0), ceea ce ar conduce la cerina unei fiabiliti totale.

ntr-o asemenea conjunctur obiectiv, ingineria are obligaia de a aduce rspunsuri fundamentate la ntrebarea: ct de mult merit s se cheltuiasc pentru ca securitatea tehnic s se apropie de unitate, iar drept urmare riscul corespunztor s tind spre zero. Adoptarea oricror msuri tehnico-organizatorice viznd ameliorarea securitii tehnice, i deci a siguranei n funcionare, este de competena i implicarea efectiv a tuturor factorilor de la concepie pn la utilizarea instalaiei. Msurile adoptate sunt limitate de posibiliti i/sau limite raionale. Astfel, nu se poate recurge la o cheltuial orict de mare pentru sporirea factorului de securitate tehnic, cum ar fi investiii suplimentare. Toate acestea se regsesc n costurile produciei, nivelul beneficiului, care pot avea efecte financiare nefavorabile peste anumite limite (figura 2.2).

Efectele sunt cresctor favorabile ncepnd cu stadiul 1, dar activitatea este economic avantajoas numai n stadiile 1 i 2. n stadiul 4 beneficiul tinde spre zero, iar n stadiul 5 unitatea economic funcioneaz n pagub, deoarece produsele devin scumpe, neatractive pentru pia.

Exist opinia c limita acceptabil a riscului s se cuantifice prin compararea riscului industrial cu acela pe care oamenii sunt dispui s i-l asume n viaa cotidian, bineneles n condiiile acelorai modaliti de exprimare i uniti de msur.

Figura 2.2. Corelarea beneficiului cu costurile pentru securitatea tehnic a instalaiilor.

1-efecte tehnico-economice, foarte favorabile, 2- idem, modeste, 3-idem, defavorabile, 4-idem, foarte defavorabile, 5-idem, negative

Deocamdat, activitatea inginereasc nu dispune de o soluie, metod universal, oficial pentru cuantificarea riscului tehnic acceptabil, dar nici a riscului acceptat pentru industrie de ctre societile de asigurare sau autoriti.

De obicei, dup apariia uni eveniment tehnic, avarie, sunt numite comisii de specia-liti pentru analizarea cauzelor. Acetia au obligaia de elaborare i a msurilor tehnico-organizatorice care s previn repetarea respectivelor evenimente. Se nelege c prin activitatea comisiilor de expertiz, riscul tehnic nu devine zero, ci este numai diminuat, eventual pn la niveluri sociale acceptabile.

Impunerea unui nivel zero pentru riscul tehnic este echivalent cu cerina de zero defecte, sau dup unele opinii garanie etern pentru un produs. Viziunea tehnico-economic actual impune conceptul de durat limitat de via pentru produsele industriale, de acceptare a unui nivel de neconformiti, ceea ce se coreleaz cu AQL - nivelul de calitate acceptabil, din cadrul SAC. Pentru acesta exist premise de calcul clare pe care le convin iniial productorul i utilizatorul utilajelor tehnologice.

26

2.4. Parametrii riscului

Exploatarea instalaiilor tehnologice, n condiii de securitate tehnic se accept ca trebuind s asigure funcionarea continu n limitele caracteristicilor de proiectare. Pentru aprecierea corect a riscului, n toat amploarea sa este nevoie de o definiie care s cuprind toate posibilitile de apariie i consecinele defectelor din structura sistemului tehnic. 2.4. Parametrii riscului Se utilizeaz frecvent urmtorii parametrii ai riscului :

a. Rata riscului: Rr = Rs x Tmf (2.3)

n care: -Rs este rata solicitrii, - Tmf - timpul mort fracionar.

b. Funcia de risc: exprim probabilitatea de cedare pentru intervale de cedare foarte mici de timp, presupunnd c mai nainte n-au existat cedri. Aceasta este asociat cu funcia convenional a cedrilor sau funcia intensitii cedrilor:

H(T) = f(T)/[1-F(T)] (2.4)

n care: - f(T) este funcia densitii de probabilitate, - F(T) funcia de distribuie, - T momentul presupus al cedrii.

c. Factorul [1-F(T)] reprezint probabilitatea de lucru a produsului, fr cedare pn la momentul T, dar de posibil cedare n intervalul T + dT. n acest context H(T) nglobeaz cota componentelor care i pstreaz capacitatea de utilizare pn la momentul T, dar este posibil cedarea n intervalul T + dT. In accepiunea general, funcia de risc se reprezint sub forma grafic a czii de baie (figura 2.3).

H(T)

I II III

0 t1 t2 t3 t

Figura 2.3. Funcia de risc.

n perioada iniial intensitatea cedrilor H(T) este relativ mare, dar scade cu trecerea duratei de utilizare. n intervalul de funcionare normal intensitatea cedrilor este aproxi-mativ constant. Obiectivul utilizatorului este ca aceast perioad s fie ct mai lung, deci viteza intensitii cedrilor s fie ct mai mic. Intrarea perioadei de utilizare n zona a treia face ca intensitatea cedrilor s creasc accelerat. Asociat noiunii de risc tehnic este necesar s se introduc i cea de cedare n con-cordan cu terminologia adoptat n raportul Comitetului pentru Supravegherea Siguranei Reactoarelor, n dou ipostaze: - cedare, nensoit de rupere cedarea care poate conduce la rupere n condiii determinate

27

Cap. 2. Riscul tehnic.

de vitez de cretere a dimensiunii defectelor sau a fisurii, putnd s ating ulterior stadiul critic, urmat de cedare; dar pn la atingerea acestui stadiu scurgerea de fluid lipsete, sau este nesemnificativ, - cedare, ce nsoete ruperea: decompactarea (dezermetizarea) ca urmare a ruperii corpului, capacelor, tuurilor, mbinrilor cu boluri (prezoane), urmat de scurgerea rapid a unei mari cantiti de fluid sub presiune.

d. Limita superioar a probabilitii de cedare: nglobeaz dup distribuia Poisson numrul de evenimente, n condiiile n care intervalul dintre evenimente are distribuia exponenial.

Funcia de risc F(T) pentru cea de a i-a form de cedare, sau probabilitatea cedrii, se poate exprima sub forma:

T F(T) = 1 exp.[ - Hi ( T Ti ) dt] (2.5)

0 n care Ti este intervalul de timp dup care se poate produce cea dea a i- a form de cedare.

Dac i 5, atunci Hi ( T i ) constant , de unde:

Hi ( T Ti ) dt = T (2.6) n acest mod:

F(T) = 1 exp. (-T); -ln [ 1 F(T) ] = T(forma exponenial). (2.7)

n care exprim intensitatea cedrii.

e. Funcia densitii de probabilitate pentru timpul de bun funcionare pn la cedare are forma :

DF(T) / dT = . exp (-T) (2.8)

Funcia de risc se poate determina pentru diferite distribuii. n cazul distribuiei expo-neniale are forma: T H(T) = f(T)/ [1 F(T) ] = .exp (-T)/ [ 1 - .exp(-T) dT ] = exp.(-T) /exp (-T) = 0 (2.9) De remarcat faptul c la valori mici ale lui T este:

T H(T) =1 - . exp(-T) dT (2.10) 0 exact pentru majoritatea problemelor de fiabilitate:

F(T, ) =1 - exp(-T) T (2.11)

f. Durata de bun funcionare pn la cedare (denumit i durata medie de bun funcionare) este E(T) = = 1/.

Aceast modificare a funciei exponeniale de distribuie este funcia Weibull, adoptat adesea n calculul cedrii recipientelor sub presiune:

F(T) = 1 exp (-1 . T) (2.12)

28

2.4. Parametrii riscului

Corelaia dintre 1 i durata medie de bun funcionare pn la cedare, conform distribuiei Weibull are forma:

1 = [1 + (1/)]i (1/Ti) (2.13)

n care este funcia Gama, Ti durata medie de bun funcionare pn la cedarea conform mecanismului Weibull de ordinul i.

g. Intensitatea cedrii se exprim sub forma:

F(T)i = 1 exp.(-1i. T) (2.14)

h. Fiabilitatea sau sigurana n exploatare se determin cu relaia:

R(T) = exp. (-1 . T) = 1 F(T) (2.15)

i. Abaterea medie patratic standard exprim intensitatea cedrilor Z(T) luat cu semn invers fiabilitii asigurate n derulare, mprit la momentul specificat de timp:

Z(T) = - [1/R(T)]. dR(T)/dT (2.16)

De remarcat c funcia Z(T) coincide cu funcia H(T). ntruct R(T) = exp.(-1. T) rezult:

Z(T) = - [ 1/ exp.(-1. T)] . d exp.(-1. T)/ dT = - [ 1/ exp.(-1. T)] . exp.(-1. T) . (-1. T-1) (2.17)

Z(T) = 1. T-1 = H(T) (2.18)

j. Intervalul de ncredere - se determin cunoscnd durata total T pe baza intensitii cedrilor v, apelnd la tabelele de distribuie a parametrului 2 intervalele de ncredere pentru probabilitatea de cedare acceptat.

Este evident c pentru a se ajunge la determinarea unei limite acceptabile a riscului, adic diminuarea sa sub un anumit nivel social tolerat, se impune: - identificarea, - evaluarea (cuantificarea), - msuri pentru combaterea si prevenirea repetrii evenimentului tehnic.

n acest context, ntr-un sens larg se definesc: fiabilitatea i disponibilitatea sistemului tehnic.

29

Cap. 3. Evaluarea degradrii i fiabilitii

Capitolul 3. Evaluarea degradrii i fiabilitii 3.1. Noiunea de degradare n sens determinist.

Metodele fenomenologice abordeaz studiul evoluiei proceselor localizate la nivelul reelei de baz a metalelor( atomi, molecule, etc.) cu reflectare asupra efectelor detectabile la nivel macroscopic. Evoluia degradrii la nivel macroscopic poate s fie descris n termeni cantitativi, dac se pot asocia strilor evolutive de degradare parametrii de stare ntr-o coresponden biunivoc. Aceasta are coresponden ntre stri de degradare echivalente printr-un parametru unic de stare.

n sensul noiunii fenomenologice de degradare cumulativ, se nelege c sub aciunea solicitrilor repetate, aa cum se deruleaz orice proces de exploatare a instalaiilor tehno-logice, n materialul componentelor se produc transformri de natura unei degradri evolutive. n acest sens, unei solicitri cu amplitudinea (Ri) pe durata a (nij) cicluri, i corespunde o stare de degradare (Sij). Indicele i se refer la nivelul tensiunii, iar j la secvena de solicitare. Corespondena se noteaz prin relaia:

(Ri, nij ) Sij (3.1)

Spaiul strilor de degradare { Sij } nglobeaz mulimea strilor de degradare posibile. Pentru descrierea cantitativ a strii de degradare este necesar asocierea unui parametru de degradare i stabilirea unei relaii care s descrie modificarea respectivului parametru funcie de parametrii externi Ri, nij care caracterizeaz solicitarea. Descrierea cantitativ este univoc dac la parametrii de degradare egali corespund stri de degradare echivalente. n cazul instalaiile tehnologice cu termen lung de exploatare, solicitrile curent se repet, fiind important stabilirea echivalenei dintre dou stri de degradare. Deci, dou stri de degradare Sij i Sije produse de solicitri repetate cu amplitudini constante (Ri, nij ), respectiv (Ro, noje) sunt echivalente, dac la solicitarea subsecvent la nivelul de referin Ro, se nregistreaz aceeai durabilitate remanent pn la rupere. Aceasta se exprim cu relaia:

(Ri, nij ) ~ (Ro, noje) sau Sij ~ Soj (3.2)

Dac aceast relaie este simetric, reflexiv i tranzitiv, ea exprim echivalena n spaiul strilor de degradare. Evident c ea este reflexiv, dar asupra ndeplinirii celorlalte dou proprieti numai concordana dintre rezultatele teoretice i cele experimentale este determinant. Existena relaiei de echivalen anterioare implic i existena unei partiii unice a spaiului strilor de degradare {Sij} n clase de echivalen disjuncte Aj. O stare de echivalen Aj este o parte a spaiului strilor de degradare care conine strile echivalente cu o stare de referin Sije . ntruct elementul Ro este constant, rezult c fiecrei clase de echivalen Aj i corespunde o valoare unic noje, deci i o valoare unic a durabilitii remanente la nivelul Ro egal cu (No - noje) ( figura 3.1). n acest mod se stabilete, prin intermediul unei funcii f, o coresponden biunivoc ntre mulimea claselor de echivalen {Aj} i mulimea durabilitilor remanente { (No - noje) }: f: { Aj } { (No - noje) } (3.3)

30

3.2. Noiunea de degradare n sens probabilist.

RI

R0

Am

plitu

dine

a te

nsiu

nii R

nij n0je Nj N0Cicluri n, N

Sij e

Sij

Figura 3.1. Schema echivalrii strilor de degradare Sij i Sije

n acest mod se pune n eviden faptul c strile de degradare cuprinse n aceeai clas de echivalen nu se deosebesc n ncercrile ulterioare pn la rupere, efectuate la nivelul R0.

Prin relaia anterioar s-a precizat procedeul de difereniere a strilor de degradare, respectiv de separare cantitativ prin coresponden biunivoc cu mulimea durabilitilor remanente {(No - noje) }, avnd la baz partiia unic a spaiului de degradare n clase de echivalen. Pe de alt parte ns, mulimea durabilitilor remanente {(No - noje) } constituie o mulime de numere reale ordonat natural. Pe baza corespondenei biunivoce precizat mai sus, relaia de ordonare din mulimea { (No - noje) } se transmite i n mulimea claselor de echivalen { Aj }. Aceasta poate s fie ordonat ntr-un ir, n care o clas s o precead pe alta, iar succesiunea claselor s se fac n aceeai ordine ca i succesiunea elementelor corespondente din { (No - noje) }.

Mulimea { (No - noje) } definete un parametru numeric care caracterizeaz degra-darea i reprezint o msur a mulimii generate de clasele de echivalen { Aj }. Pentru convenien se consider mulimea{ ( noje / No )} care este definit pe intervalul (0, 1). Aceasta la rndul su se afl n coresponden biunivoc cu mulimea { (No - noje) } i reprezint de asemenea o msur a mulimii generat de clasele de echivalen { Aj }, fiind deci un parametru de degradare.

Prin stare de degradare se nelege o stare global a materialului n care durabilitatea iniial este modificat. Reperarea cantitativ a degradrii este posibil prin partiia strilor de degradare n clase de echivalen. Acestea sunt totodat n coresponden biunivoc cu mulimea durabilitilor remanente la nivelul de referin.

3.2. Noiunea de degradare n sens probabilist.

Experiena evideniaz c rspunsul materialelor la solicitrile repetate din exploatare se caracterizeaz printr-o dispersie apreciabil. Aceast comportare este inerent date fiind variabilitatea factorilor de exploatare, dar i neomogenitatea materialelor. n consecin, la un anumit moment al exploatrii instalaiilor se poate preciza doar probabilitatea cu care se realizeaz o anumit stare de degradare. Deci, unei solicitri (Ri, nij ) i corespunde o dis-tribuie a strilor de degradare caracterizat prin variabila aleatoare ( S ) definit pe cmpul de probabilitate generat de mulimea strilor de degradare, dar i cu funcia de repartiie definit de relaia:

F ( ) = P ( { S : ( S ) < }) (3.4)

Definirea durabilitii n sens probabilist, pe baza echivalenei strilor de degradare eviden-

31

Cap. 3. Evaluarea degradrii i fiabilitii

iaz c solicitrile (Ri, nij ), respectiv (Ro, noje) genereaz degradri echivalente, descrise de aceeai variabil aleatoare ( S ), dac la solicitarea subsecvent pn la rupere la nivelul de referin Ro, se genereaz aceeai variabil aleatoare (No - noje) a durabilitii remanente. Strile de degradare provocate de solicitrile (Ri, nij ), respectiv (Ro, noje), bazat pe aceeai variabil aleatoare i deci aceeai funcie de repartiie F ( ) permit dependenele:

F ( ) = P ( { Sij : (Sij ) < }) (3.6)

F ( ) = P ( { Soje : (Soje ) < }) (3.7)

Deci, pentru un nivel de probabilitate P, strilor de degradare echivalente:

SijP ~ SojPe (3.8)

le corespunde aceeai P - cuantil P. Din relaia de echivalen anterioar se genereaz n spaiul strilor de degradare o clas de echivalen AJp, care la rndul su se afl de asemenea n coresponde

Documents

Mentenanta Si Reabilitarea Sistemelor Tehnice