Uszkodzenia obiektu

Rozwiązanie wielu zadań z zakresu niezawodności wymaga precyzyjnego zdefiniowania pojęcia uszkodzenia obiektu.

Ogólnie przez uszkodzenie rozumie się zdarzenie losowe polegające na przejściu obiektu dwustanowego ze stanu zdatności do stanu niezdatności. Przez stan zdatności rozumie się stan, w którym obiekt techniczny jest zdolny do wykonywania wyznaczonych funkcji w sposób zgodny z wymaganiami zawartymi w dokumentacji technicznej kryteriów poprawnego działania obiektów oraz ich zespołów i elementów.

Występujące, a następnie rejestrowane w toku badań uszkodzenia, wymagają krytycznego podejścia w ocenie istotności ich wpływu na niezawodność badanych obiektów. Celowym jest dokonanie klasyfikacji uszkodzeń na grupy, różniące się istotnością wpływu uszkodzeń elementów na uszkodzenie obiektu.

W celu dokonania takiego podziału przydatne jest wyróżnienie wielkości opisujących obiekt według stopnia ich ważności. Wykorzystać tu można klasyfikację przyjętą przez Europejską Organizację Sterowania Jakością, wyróżniającą wielkości krytyczne, ważne, małoważne i nieistotne.

Bardziej szczegółowy opis, w sensie niezawodnościowym , własności obiektów mechanicznych znajduje się w pracy, natomiast w zbiorze normalizacyjnym podano dziesięć różnych określeń dotyczących pojęcia uszkodzenia.

W pracy podaje się następujące określenie: uszkodzenie jest to zdarzenie, po wystąpieniu którego obiekt (element, przyrząd, urządzenie, system) przestaje wypełniać swoje funkcje.

Uszkodzenie jest naruszeniem zdolności do poprawnej pracy. W Przypadku obiektów złożonych celowym jest wyróżnianie dwóch grup uszkodzeń :

- zdarzenia, które powodują niedopuszczalne odchylenia wielkości krytycznych i ważnych – nazywane uszkodzeniami,

- zdarzenia, które powodują zmianę wielkości małoważnych i nieistotnych – nazywane niesprawnościami.

Powyższe uwagi wskazują na różnorodność opisów zdarzeń eksploatacyjnych, powodowaną złożnością procesów uszkadzania się obiektów.

Dokonanie odpowiedniego podziału występujących uszkodzeń ma określoną wartość praktyczną. Ogranicza rozrzut wyników, który może być spowodowany różnorodną interpretacją występujących zdarzeń, a tym samym wpływa na poprawę porównywalności uzyskanych w różnych okresach, lub dla różnych typów i odmain konstrukcyjnych obiektów technicznych.

Poza uściśleniem samego pojęcia uszkodzenia, celowym jest także dokonanie jakościowej klasyfikacji uszkodzeń , przez którą rozumie się klasyfikację postaci i przyczyn uszkodzen, a ponadto charakterystykę następstw oraz sposobów usuwania uszkodzeń.

Rodzaje uszkodzeń

Zewnętrzne przejawy towarzyszące uszkodzeniom , wyrażające się charakterystycznymi zmianami funkjonowania obiektów określają rodzaje lub postacie uszkodzeń.

Ogólna klasyfikacja uszkodzeń

Kryterium kwalifikacji	Rodzaje uszkodzeń
Stopień wpływu na zdolność do poprawnej pracy	Całkowite, Częściowe
Fizyczny charakter powstawania uszkodzenia	Katastrofalne, Parametryczne
Związek z innymi uszkodzeniami	Niezależne, Zależne
Charakter procesu pojawiania się uszkodzenia	Nagłe, Stopniowe
Czas występowania uszkodzenia	Stałe, Chwilowe, Chwilowe wielokrotne

W Obiektach złożonych uszkodzenie elementu nie oznacza, że cały obiekt natychmiast zawodzi. Jednym z rezultatów uszkodzenia elementu w systemie złożonym jest pogorszenie się właśności pozostałych elementów. Proces ten prowadzić może do „lawiny uszkodzeń”.

Drugim rezultatem może być ogólne pogorszenie się własności, co prowadzi do skrócenia trwałości pozostałych części składowych i całego obiektu.

Możemy wówczas mówić o uszkodzeniu pierwotnym i uszkodzeniu wtórnym.

Ogólnie klasyfikować można uskzodzenia w zależności od:

- rozległości skutków,

- wpływu na parametry ruchu,

- zmian chech fizycznych elementów i zespołów,

- lokalizacji,

- naprawialności,

- zagrożeń zdrowia i życia,

- konieczności rezerwowania urządzeń,

- wpływu na transportowany ładunek.

Najczęściej spotykana klasyfikacja uszkodzeń w zależności od rozległych skutków jest następująca:

- niesprawność,

- uszkodzenie,

- awaria,

- katastrofa.

Pojęcia te określone zostały w literaturze specjalistycznej z dziedziny niezawodności oraz literaturze prawniczej.

Siłownia okrętowa stanowi zespół mechanizmów i urządzeń energetycznych o określonej niezawodności działania, których uszkodzenia rozpatrywać można według różnych kryteriów. Ze względu na to, że specyfika napędu okrętowego wymaga uwzględnienia w pierwszym rzędzie wzajemnego związku rodzajów uszkodzeń i zmian parametrów ruchu statku, wydaje się celowe rozpatrywanie podstawowych uszkodzeń w dwóch zasadniczych aspektach, według następujących pytań kryterialnych:

- czy rodzaje uszkodzeń siłowni mogą wpływać na zmainy parametrów ruchu statku?

- czy w przpadku szczególnym , mogą one spowodować całkowite unieruchomienie statku?

Obie wymienione grupy uszkodzeń wymagają ponadto rozważań, w jakim stopniu uszkodzenia te mogą być usuwane przez załogę statku w czasie rejsu. Z tych względów dalszy podział uszkodzeń siłowni dokonany być może w dwóch zbiorach:

- uszkodzenia możliwe do usunięcia w czasie rejsu statku,

- uszkodzenia wymagają remontów stoczniowych.

Tak dokonany podział narzuca dokładniejszą interpretację ustalonych pojęć. Można bowiem zakładać, że każdy rodzaj uszkodzenia, nie zmieniający w żadnym stopniu parametrów pracy urządzeń, może w określonej sytuacji, przy specyficznym zbiegu okoliczności, spowodować całkowite unieruchomienie statku. W przeprowadzonej analizie należy więc przewidywać typowe rodzaje uszkodzeń siłowni i typowe, możliwe do przewidywania ich skutki. Naprawialność zaistniałych uszkodzeń w czasie trwania rejsu jest także problematyczna. Uszkodzenia naprawialne w normalnych, typowych warunkach eksploatacyjnych mogą być uszkodzeniami nienaprawialnymi na przykład w warunkach sztormowych. Z tego względu przyjęta została zasada, że pod pojęciem uszkodzeń naprawialnych rozumieć się będzie uszkodzenia siłowni tego rodzaju, które mogą być usuwane siłami załogi, za pomocą typowego sprzętu zainstalowanego na statku oraz z wykorzystaniem normalnie spotykanego na statkach zapasu części zamiennych.

Najbardziej groźne w skutkach są te uszkodzenia, które powodują zatrzymanie statku. Będą to uszkodzenia głównie tych urządzeń siłowni, które służą bezpośrednio do wytwarzania mocy napędowej oraz pośredniczą w jej transmisji pomiędzy silnikiem napędowym i śrubą napędową. W tym przypadku należy więc rozważać głównie uszkodzenia następujących urządzeń:

- głównego silnika napędowego,

- układów współpracujących z głównym silnikiem napędowym,

- wału napędowego,

- łożyska wyjściowego wału napędowego,

- śruby napędowej.

Uszkodzenia tych mechanizmów i urządzeń nie są jedynymi uszkodzeniami eliminującymi ruch statku. Statek może zostać unieruchomiony także w wyniku uszkodzeń elementów peryferyjnych, nie wchodzących w skład wymienionych urządzeń. Uszkodzenia te mogą występować w określonych sytuacjach , np. po kolizji z innym statkiem, po wejściu na mieliznę, przy czym prawdopodobieństwo ich występowania jest niewielkie. Mało prawdopodobne jest również uszkodzenie jednoczesne wszystkich urządzeń peryferyjnych. Urządzenia te na ogół są instalowane jako wielokrotne i usytuowane w różnych przedziałach, a ich jednoczesne uszkodzenie, może wystąpić w sytuacjach katastrofalnych wykluczających w ogóle dalszy ruch statku, niezależnie od sprawności mechanizmów i urządzeń siłowni.

W tych rzpadkach, w których uszkodzenia, powodujące zatrzymanie statku, są naprawialne w czasie trwania rejsu, przerwa w ruchu statku może trwać dłużej lub krócej, w zależności od rodzaju uszkodzenia, jego lokalizacji i rozmiarów.

Po naprawie uszkodzenia możliwe są dwie ewentualności:

- uszkodzone urządzenie może pracować w zakresie parametrów znamionowych,

- dalsza praca urządzenia wymaga zmiany parametrów jego ruchu, a tym samym związaną z koniecznością zmiany parametrów ruchu statku.

Występowanie uszkodzeń powodujących zmiany parametrów ruchu nie koniecznie jest związane z jego wcześniejszym zatrzymywaniem i naprawą występujących wcześniej uszkodzeń. W siłowni statku występować mogą bowiem uszkodzenia łatwe do diagnozowania i lokalizaji, które mogą zostać usunięte w czasie ruchu statku, ale wymagają ograniczenia górnej granicy parametrów pracy urządzeń napędowych.

Uszkodzenia te dotyczyć mogą również urządzeń do wytwarzania i transmisji mocy.

Okrętowe silniki spalinowe, stanowiące element siłowni,przystosowane są do długotrwałej pracy. Specyfika napędów okrętowych wymaga niezawodnego działania silnika głównego ze względu na bezpieczeństwo statku i dlatego uszkodzenia nienaprawialne silnika w określonej sytuacji traktować można jako wypadek katastrofalny.

Jedynym elementem, którego uszkodzenia wykluczają dalszą pracę silnika jest wał korbowy. Uszkodzenia wału korbowego, występują szczególnie w przypadku niewykrytych wcześniej uszkodzeń układu tłokowo – korbowego względnie uszkodzeń wału napędowego. Charakter tych uszkodzeń może mieć postać:

- złamania lub pękniećia czopów głównych, korbowodowych lub ramion wykorbień,

- skręcenia korby w wyniku rozluźnienia połączenia skurczowego.

Inne uszkodzenia, wykluczające pracę silnika, w rodzaju pęknięcia podstawy fundamentalnej, stojaków pośrednich i bloków cylindrowych, występują rzadko i są najczęściej związane z wadami produkcyjnymi tych elementów, które skutecznie eliminowane są w nowoczesnych zakładach wytwórczych przez udoskonaloną technikę defektoskopii.

Wszystkie inne uszkodzenia silnika mogą w skrajnym przypadku prowadzić do wyłaczenia jednoego lub dwóch cylindrów z ruchu, po czym silnik może w dalszym ciągu pracować, rozwijając moc mniejszą od mocy znamionowiej.

Przyczyny powstawania uszkodzeń

Przyczyny powstawania uszkodzeń złożonych obiektów są różnorakie. W każdym przypadku uszkodzenia wiadomo jednak, że jego źródłem są czynniki wymuszające.

Czynnikami wymuszającymi są, na ogół zmianne w czasie, parametry środowiska w jakim przebywa obiekt. Do zbioru tych parametrów można dołączyć dane charakteryzujące warunki w jakich obiekt został wyprodukowany i w jakich jest eksploatowany. Wyboru tych wielkości, które należy uwzględnić przy badaniu niezawdoności obiektu, powinni dokonać eksperci, zawodowo związani z badaniem zjawisk towarzyszących wytwarzaniu i eksploatacji tego obiektu. Najważniejsze staje się wówczas ujęcie przede wszystkim tych czynników wymuszajacych, które w największym stopniu sprzyjają zużywaniu się podzespołów badanego obiektu.

Czynniki wymusząjce bezpośrednie zależą od czynników wymuszających pośrednich i parametrów związanych z obiektem. Czynniki wymuszające pośrednie zależą od cyklu eksploatacji statku, który zależy od parametrów, związanych ze statkiem.

W ten sposób badanie zależności czynników wymuszających bezpośrednich od parametrów związanych ze statkiem i parametrów związanych z obiektem, sprowadza się do badania zależności pośrednich i do odpowiedniego złożenia wyników tych badań.

Przyjęcie szczegółowej struktury dla konkretnego obiektu wymaga przeprowadzenia analizy istotności wpływu poszczególnych czynników na własności niezawodnościowe tego obiektu.

Wracając do przykładu , rozwijanego w tym tekście należy powiedzieć, że w wyniku analizy wpływu poszczególnych czynników, na właśności niezawodnościowe silnika, wykonano klasyfikację przyczyn powstawania uszkodzeń. Wyodrębniono następujące grupy przyczyn:

- produkcyjne,

-związane z naprawami,

- związane z użytkowaniem,

- pochodzące od obciążeń mechanicznych,

- wynikające z obciążeń na skutek korozji.

Sposoby usuwania uszkodzeń

O wpływie uszkodzenia na niezawodność złożonego obiektu decyduje między innymi sposób usunięcia tego uszkodzenia.

Organizacja napraw zależy od rodzaju elementu, który uległ uszkodzeniu, rozmiaru i zakresu uszkodzenia, wpływu uszkodzenia na parametry i bezpieczeństwo ruchu, czasu i okoliczności powstania uszkodzenia itp. Klasyfikacji sposobów usuwania uszkodzeń, w aspekcie organizacyjnym, dokonać można według różnych kryteriów, na przykład w odniesieniu do siłowni okrętowej zależnie od:

A) wykonawcy usuwającego uszkodzenie,

B) trybu w jakim usunięto uszkodzenie,

C) miejsca postoju statku w czasie remontu.

Ad. A Remonty i naprawy elementów siłowni okrętowej wykonywane mogą być przez załogę, zakłady specjalistyczne lub stocznie remontowe. Stocznie remontowe, jako zakłady specjalistyczne, wykonują wszelkie naprawy wchodzące w zakres remontów statku. Część prac remontowych stocznia lub armator zlecić mogą zakładowi specjalistycznemu np. producentowi silników, który w zakresie swej specjalności wykona pewne prace. Załoga statku zajmuje się głównie bieżącą naprawą i remontami konserwacyjnymi. W przypadku jednak uszkodzeń awaryjnych załoga wykonuje wszelkie prace zmierzające do zachowania ciągłości ruchu i przywrócenia pełnej zdatności uszkodzonemu elementowi. Zakres prac załogi w tym przypadku jest ograniczony jedynie możliwościami materiałowymi, narzędziowymi i technologicznymi.

Zależnie od wykonawcy usuwającego uszkodzenia, podzielić je można na:

1.Uszkodzenia usuwane przez załogę:

- wachtową,

- dniówkową,

- nadetatową,

- śrdkami własnymi

- przy współudziale środków obcych,

- w godzinach zajęć służbowych,

- w nadgodzinach.

2.Uszkodzenia usuwane przez zakład specjalistyczny:

- w nadzorze stałym,

- na zlecenie.

3.Usuwanie usuwane przez stocznię:

- przez grupy remontowe na statku,

- w warsztatach lądowych.

Ad. B Podstawę racjonalnej eksploatacji siłowni okrętowej stanowią planowe przeglądy i remonty konserwacyjne wykonywane siłami załogi, przez stocznie remontowe lub zakłady specjalistyczne. W praktyce zachodzi niekiedy konieczność dokonania remontów i napraw w trybie doraźnym lub nagłym. W zależności od trybu dokonywanych napraw rozróżnia się:

1.Uszkodzenia usuwane w ramach remontu planowanego, a to:

- remontu dla potwierdzenia klasy

- remontu dla odnowienia klasy

- remontu kapitalnego po trzech klasach czteroletnich.

2.Uszkodzenia usuwane w ramach remontu nieplanowanego, a to:

- remontu interwencyjnego,

- remontu awaryjnego.

Ad. C Ze względów ekonomicznych pożądanym jest, aby remont odbywał się możliwie bez wyłączenia statku z eksploatcji tj. w portach lub stoczniach krajowych.

Uwzględniając powyższe można dokonać podziału uszkodzeń na usuwane przez stocznię lub zakład specjalistyczny:

- w kraju:

- na statku będącym w eksploatacji, w ramach:

- remontu planowego,

- remontu nieplanowego,

- na statku wyłączonym z eksploatacji, w ramach:

- remontu planowego,

- remontu nieplanowego.

- za granicą:

- na statku będącym w eksploatacji,

- na statku wyłączonym z eksploatacji.

Inny sposób klasyfikacji podaje kryterium technologiczne. Możliwe jest tutaj wyróżnienie następujących sposobów usuwania uszkodzeń:

1.Prace monterskie:

- przygotowanie narzędzi i urządzeń pomocniczych,

- prace przygotowawcze,

- demontaż przyrządów i armatury,

- usunięcie zabezpieczeń śrub,

- rozłączenie połączeń śrubowych,

- rozłaczenie połączeń klinowych, wypustowych, wciskowych,

- weryfikacjia części,

- transport demontowanych części,

- mocowanie części,

- działania montażowe,

- próby ruchowe po naprawie,

- porządkowanie narzędzi.

2.Działania ręczne w pracach naprawczych:

- prace ślusarskie,

- łączenie metali,

- obróbka cieplna,

- obróbka plastyczna,

- prace odlewnicze,

- prace pomocnicze i porządkowe.

3.Czynności z zakresu mechanicznych prac naprawczych:

- toczenie,

- frezowanie itp.