В. Ф. Резинских, А.Г. Тумановский
ОАО «Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт», Москва

АННОТАЦИЯ

Представлены некоторые из наиболее значимых малозатратных технических предложений ОАО «ВТИ», направленные на повышение надежности и эффективности эксплуатации установленного оборудования ТЭС.

1. ВВЕДЕНИЕ

Одной из основных задач института является обеспечение надежной и эффективной эксплуатации действующего оборудования. Еще длительное время будет эксплуатироваться установленное на электростанциях в 60-80-е годы прошлого века оборудование. Несмотря на солидный возраст ещё не исчерпаны в полной мере ресурсы по повышению его надежности и эффективности эксплуатации. Ниже приводится описание некоторых быстроокупаемых технических решений, разработанных ОАО «ВТИ», которые позволят генерирующим компаниям более эффективно эксплуатировать тепломеханическое оборудование ТЭС.

2. ОПТИМИЗАЦИЯ ГРАФИКОВ РЕМОНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ ТЭС

Значительная часть затрат, связанных с производством тепловой и электрической энергии ложится на ремонт тепломеханического оборудования. При проведении ремонтов преследуются две цели: сохранение на приемлемом уровне надежности оборудования и его экономичности. Сроки проведения ремонтов и их объемы регламентируются отраслевыми нормативными документами, которые устанавливают единые требования к типовому оборудованию без учета его технического состояния. Как правило, эти требования носят консервативный характер. Для конкретного оборудования имеется возможность сокращения ремонтных работ и/или смещения сроков ремонтов. В то же время не исключена ситуация, когда для оборудования, отработавшего назначенный ресурс сроки и объемы ремонтов, предписанные системой планово-предупредительных ремонтов, уже не будут обеспечивать надежность и эффективность его эксплуатации. В этом случае потребуется сокращение межремонтного ресурса и увеличения объема ремонтных работ.

Целью данной работы является оптимизация затрат генерирующей компании при эксплуатации тепломеханического оборудования ТЭС на проведение ремонтов.

Для реализации указанной цели решаются следующие задачи:

Оценка технического состояния оборудования энергоустановок ТЭС по данным об отказах оборудования, результатов диагностики и выполненных ремонтах;

Технический аудит энергоустановок с прогнозом деградации показателей их работы в межремонтный период;

Оценка рисков, связанных с изменением регламента контроля металла и ремонта оборудования;

Экономическое обоснование перехода на новый регламент ремонта тепломеханического оборудования;

Разработка нормативных документов по контролю металла основных элементов котлов, турбин и трубопроводов и регламенту их ремонтов.

На сегодня имеющийся в ОАО «ВТИ» опыт проведения данной работы на ряде электростанций на энергоблоках мощностью 200-800 МВт пока позволил увеличить ресурс между капитальными ремонтами до 50 тыс.ч.

3. МОДЕРНИЗАЦИЯ ГАЗО-МАЗУТНЫХ БЛОКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРОГАЗОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

В связи с выработкой ресурса работы блоков перспективным представляется их модернизация, которая может быть выполнена путем:

Демонтажа и замены на ИГУ;

Модернизации по парогазовому циклу. Чтобы данная модернизация была максимально

эффективна, ОАО «ВТИ» предлагает выполнение данного проекта в следующей последовательности:

1) разработка инвестиционного проекта;

2) разработка технических требований на оборудование;

3) оптимизация тепловой и пусковой схем и алгоритма управления;

4) совершенствование водоподготовки и водно-химических режимов;

5) разработка природоохранных мероприятий;

6) пуско-наладочные и гарантийные испытания.

4. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ПЕРЕВОДА ДЕЙСТВУЮЩИХ КОТЛОВ НА СЖИГАНИЕ НЕПРОЕКТНЫХ ТОПЛИВ

В связи с хозяйственными изменениями в стране многие электростанции вынуждены использовать непроектные топлива.

При переводе действующих котлов на сжигание непроектного топлива возникают проблемы, которые могут быть успешно преодолены только при

комплексном их решении: разработке мероприятий по подготовке топлива к сжиганию (топливоподача, сушильно-мельничные системы), организации сжигания в топке котла, очистке дымовых газов от вредных выбросов с обеспечением надежности работы оборудования и достижением требуемых норм по экологическим и экономическим показателям

В результате реализации этих мероприятий удается обеспечить работоспособность котлов, снижение вредных выбросов до требуемых норм, повышение надежности и экономичности работы конкретных котлов.

5. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ КОМПЛЕКСНОГО МЕТОДА СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА ДЛЯ КОТЛОВ, РАБОТАЮЩИХ НА УГЛЕ И ПРИРОДНОМ ГАЗЕ

Во многих энергосистемах Европейской части России и Урала пылеугольные котлы в течение весенне-летнего и осеннего периода работают на природном газе и только 2-3 месяца вынуждены сжигать твердое топливо. Для таких котлов по экономическим соображениям нерационально сооружать установки по очистке дымовых газов от NOX даже в тех случаях, когда загазованность атмосферы от других источников высока.

Значительного снижения выбросов можно достичь путем трехступенчатого сжигания с восстановлением NOX за счет создания в топке локальной восстановительной зоны.

ОАО «ВТИ» предлагает реализацию проекта, позволяющего при минимальных затратах силами энергосистем снизить при сжигании угля выбросы ΝΟΧ на 75 %.

6. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ГАЗОВОЙ КОРРОЗИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА КОТЛОВ

При эксплуатации котлов на высокосернистых твердых, жидких и газообразных топливах наблюдается коррозия экранов топочных камер, пароперегревателей, экономайзеров и хвостовых поверхностей нагрева. Основное соединение, вызывающее коррозию топочных экранов (сероводород), образуется в зоне активного горения при недостатке окислителя. Ликвидация образования H2S в факеле многократно снижает скорость коррозии.

Пароперегреватели могут подвергаться интенсивной высокотемпературной газовой коррозии вследствие аэродинамической неравномерности потока горячих газов и гидродинамической неравномерности расхода среды через отдельные змеевики. Хвостовые поверхности нагрева подвергаются сернистой коррозии, скорость которой определяется температурой металла и концентрацией паров серной кислоты в газах

Предлагается снизить скорость коррозии экранов за счет:

Интенсификации смешения пылегазовых потоков в объеме топочной камеры и на выходе из горелок;

Оптимизации коэффициента избытка воздуха горелок;

Рационального выбора температур в зоне активного горения;

пароперегревателей за счет:

Устранения неравномерностей потоков газов с внешней поверхности труб и расхода пароводяной среды между отдельными змеевиками - с внутренней;

воздухоподогревателей за счет:

Рационального выбора температуры металла, его качества, пассивных защит (эмалирование и др.)

7. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ШЛАКОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА НА УГОЛЬНЫХ КОТЛАХ

Шлакование поверхностей нагрева является распространенной проблемой угольных котлов. ОАО «ВТИ» разработал рекомендации по снижению шлакования поверхностей нагрева на угольных котлах.

Снижение шлакования экранов и конвективных поверхностей нагрева достигается за счет интенсификации воспламенения частиц угольной пыли на выходе из горелок, оптимизации температурного режима в зоне активного горения, ликвидации зон с восстановительной газовой средой. Интенсивность шлакования и прочность отложений может быть снижена в 2-5 раз.

8. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ НА КОТЛАХ ДЕЙСТВУЮЩИХ БЛОКОВ СКД ПОЛНОПРОХОДНЫХ ИЛИ ВСТРОЕННЫХ СЕПАРАТОРОВ С ВЕРХНИМ ВЫХОДОМ ПАРА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НАГРЕВА В РЕЖИМАХ ПУСКА

Установлено, что при существующих встроенных сепараторах котлов блоков СКД, имеет место заброс воды в пароперегревательные поверхности нагрева, что резко снижает их надежность. При применении полнопроходных сепараторов существенно упрощается пусковой узел с ликвидацией сложной арматуры. (ВЗ; Др-1 и Др-3).

Для конкретных объектов предлагается разработать новые конструкции сепараторов (полнопроходных и встроенных с верхним выходом пара). При применении полнопроходных сепараторов будут усовершенствованы гидравлические схемы па-рогенерирующей части тракта для ведения пусков на скользящем давлении во всем тракте.

9. ВНЕДРЕНИЕ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ С БЛОКАМИ СКД МОЩНОСТЬЮ 300-800 МВТ РЕЖИМОВ ПУСКОВ НА СКОЛЬЗЯЩЕМ ДАВЛЕНИИ ВО ВСЕМ ПАРОВОДЯНОМ ТРАКТЕ КОТЛОВ

Пуски блоков СКД 300 и 800 МВт на скользящем давлении во всем тракте котлов из различных тепловых состояний в отличие от пусков по типо-

вой инструкции показали, например, на блоках 800 МВт с котлами ТПП-804 следующие основные преимущества: повышение надежности, сокращение времени пуска из различных тепловых состояний и упрощение пусковых операций, экономия топлива, возможность пусков блоков «собственным» паром

ОАО «ВТИ» предлагает разработку новых типовых эксплуатационных инструкций при внедрении режимов пуска на скользящем давлении во всем тракте котлов, а также графиков-заданий для оптимизации таких пусков из различных тепловых состояний.

10. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ОЧИСТКИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ И ШАРИКОВОЙ ОЧИСТКИ КОНДЕНСАТОРНЫХ ТРУБОК

Существующие конструкции самоотмывающегося автоматизированного фильтра, шарикоулавли-вающего устройства, разгрузочных камер и другого оборудования имеют недостатки, обнаруженные в процессе эксплуатации, что отрицательно сказывается на надежности их работы.

ОАО «ВТИ» предлагает разработку и внедрение усовершенствованных конструктивных элементов оборудования шариковой очистки с использованием гидропривода для фильтра; разработку рабочей документации, авторский надзор за изготовлением и монтажом.

11. ТИПОВЫЕ РЕШЕНИЯ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ РАСПОЛАГАЕМОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ТУРБИН ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ТЕПЛА В КОНДЕНСАТОРЕ

При работе теплофикационных турбин с полностью закрытыми регулирующими диафрагмами для обеспечения допустимого теплового состояния предусматривается определенный вентиляционный пропуск пара в ЧНД, проектная величина которого составляет 20-30 т/ч. В случае охлаждения конденсатора циркводой тепло этого пара полностью теряется. Предлагается комплекс мероприятий, позволяющий увеличить располагаемую тепловую нагрузку турбин мощностью 50-185 МВт за счет снижения в 5-10 раз этого пропуска пара. Комплекс мероприятий включает в себя модернизацию регулирующих диафрагм с целью их уплотнения и установку новой системы охлаждения выхлопной части. Эти мероприятия прошли апробацию на ряде турбин. Внедрение их увеличивает располагаемую тепловую нагрузку на 7-10 Гкал/ч и позволяет получить экономию топлива не менее 1 τ у. т/ ч. При этом экономический эффект достигается без снижения надежности, маневренности и располагаемой электрической мощности

ОАО «ВТИ» готов разработать техническую документация по уплотнению регулирующей диафрагмы и системе охлаждения для теплофикационных турбин мощностью 50-185 МВт, а также организовать ее внедрение.

12. РАЗРАБОТКА РЕЖИМНЫХ И КОНСТРУКЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ЭРОЗИОННОГО ИЗНОСА ЧНД ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ТУРБИН

Входные кромки рабочих лопаток частей низкого давления (ЧНД) подвергаются значительному эрозионному износу не только в последних, но и в первых ступенях ЧНД. Этот износ связан с особенностями работы в переменных режимах первой ступени ЧНД, имеющей регулирующую поворотную диафрагму. Действительный процесс в ней существенно отличается от процесса дросселирования, что приводит к увеличению теплового перепада на ступень и, как следствие, к повышению степени влажности в ступенях ЧНД. Анализ реальных режимов работы турбин на конкретной ТЭЦ (по давлению в нижнем отборе, тепловой нагрузке, степени открытия диафрагмы и др.) позволяет организовать такие режимы и конкретные мероприятия, при внедрении которых снижается весовое количество влаги в ступенях ЧНД разных турбин, что обеспечивает более надежную и долговечную работу

ОАО «ВТИ» готово провести анализ режимов работы турбины и разработать рекомендации по их оптимизации, а также подготовить техническую документацию по конструкционным мероприятиям.

13. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ И ДИАГНОСТИКИ (АСКВД) ТУРБОАГРЕГАТОВ, ВКЛЮЧАЯ АРМ ПО ВИБРАЦИОННОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Разработана и внедрена на ряде ТЭС АСКВД, обеспечивающая выполнение всех требований ПТЭ и ГОСТов по контролю вибрационного состояния турбоагрегатов. Используя сетевые технологии, в составе АСКВД реализованы АРМ по вибрационному обслуживанию и контролю оборудования. Многолетний опыт эксплуатации на семи турбоагрегатах Конаковской ГРЭС подтвердила эффективность использования АСКВД для выявления развивающихся дефектов, предотвращения аварийных ситуаций, проведения виброналадочных работ.

ОАО «ВТИ» готово поставить системы, сдать АСКВД и АРМ в эксплуатацию «под ключ» на базе имеющейся штатной виброаппаратуры или в комплекте в новой; провести адаптацию системы к действующему оборудованию (программ мониторинга, диагностики, балансировки, анализа архивных данных и др.); выполнять сервисное обслуживание системы и ее техническое сопровождение, обучение персонала.

14. ВНЕДРЕНИЕ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПАРОПРОВОДОВ

Замена паропровода, исчерпавшего свой ресурс, является весьма дорогостоящей и трудоемкой операцией. Вовремя и правильно проведенная восстановительная термообработка (ВТО) может полно-

стью восстановить ресурс металла паропровода. ОАО «ВТИ» имеет многолетний положительный опыт проведения ВТО.

В рамках проведения данной работы ОАО «ВТИ» готово выполнить определение целесообразности и режимов проведения ВТО, организацию ВТО, определение ресурса восстановленного паропровода. Восстановительная термообработка увеличивает ресурс паропровода примерно в два раза.

15. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ПРОТИВОЭРОЗИОННЫХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ЛОПАТОЧНОГО АППАРАТА ПАРОВЫХ ТУРБИН

Эрозионный износ входных и выходных кромок лопаток последних ступеней конденсационных и теплофикационных турбин является основной причиной для преждевременного выхода их из строя и последующей замены новыми. Существующие методы защиты входных кромок лопаток ненадёжны. Титановые лопатки в виду специфических свойств титановых сплавов вообще не имеют защиты от эрозионного воздействия паро-капельного потока.

ОАО «ВТИ» разработал и успешно применяет в течение около 10 лет технологию нанесения противоэрозионных защитных покрытий на стальные и титановые лопатки паровых турбин, основанную на технологии электроискрового легирования. Технология позволяет восстанавливать лопатки без разлопачивания ротора в сроки проведения капитального ремонта турбины.

Накопленный к настоящему времени опыт ВТИ позволяет увеличить ресурс лопаток последних ступеней не менее, чем в 2 раза. В настоящий период времени в эксплуатации находятся более 20 000 лопаток последних ступеней турбин К-200-130 ЛМЗ, К-300-240 ХТГЗ, К-300-240 ЛМЗ, К-220-44 ХТГЗ, К-800-240 ЛМЗ Ставропольской ГРЭС, Костромской ГРЭС, Рязанской ГРЭС, Березовской ГРЭС-1, ГРЭС-24, Заинской ГРЭС, Ириклинской ГРЭС, Кольской АЭС и др.

16. ОБСЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ ВПУ С РАЗРАБОТКОЙ ПРЕДЛОЖЕНИЙ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ИХ РАБОТЫ И ПРОВЕДЕНИИ НАЛАДОЧНЫХ РАБОТ

Условия работы ВПУ многих ТЭС значительно изменились, появились на рынке новые материалы, реагенты, ионообменные смолы. Внедрение их позволяет получить значительный экономический эффект без реконструкции ВПУ.

Специалисты ОАО «ВТИ» выполняют обследование ВПУ, разрабатывают малозатратные мероприятия по оптимизации работы ВПУ и оказывают помощь при их внедрении. Результатами проведенных мероприятий становятся новые режимные карты работы оборудования, пересмотренные инструкции по эксплуатации.

17. ПРОВЕДЕНИЕ ПАРОВОДОКИСЛОРОДНЫХ ОЧИСТОК, ПАССИВАЦИИ И КОНСЕРВАЦИИ ПАРОВЫХ КОТЛОВ, ТУРБИН И ИНОГО ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЭС

Применение пароводокислородных обработок энергетических котлов и энергоблоков в целом позволяет решить одновременно проблемы частичной очистки поверхностей нагрева и проточной части турбин, пассивации и консервации оборудования практически без применения химических реагентов.

ОАО «ВТИ» разработаны методические указания (МУ) по применению этой технологии как для предпусковых очисток оборудования, так и для эксплуатационных. В связи с тем, что характер эксплуатационных отложений может быть чрезвычайно разнообразным, технологию и схему обработки необходимо выбирать применительно к каждому объекту. Для конкретного объекта разрабатываются технологический регламент и технологическая схема. Оказывается техническая помощь при внедрении технологии.

18. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ КОНСЕРВАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ДЛИТЕЛЬНЫХ ПРОСТОЯХ

ОАО «ВТИ» предлагает способы консервации энергетических и водогрейных котлов пленкообразующими ингибиторами коррозии или воздухом.

Консервация пленкообразующими ингибиторами

Достоинства консервации этими ингибиторами заключается в следующем:

консервация проводится при комнатной температуре;

консервирующий раствор может использоваться повторно, т.е. оборудование может консервироваться по очереди одним и тем же раствором ингибитора, что дает существенную экономию;

после создания защитной пленки консервирующий раствор может быть слит (это дает возможность проводить ремонт или замену оборудования) или оставлен до окончания срока консервации.

ОАО «ВТИ» предлагает консервацию энергетических котлов малотоксичными ингибиторами коррозии Н-М-1 и Д-Щ и консервацию водогрейных котлов нетоксичным ингибитором Минкор-12.

Срок защитного действия ингибиторов при сливе растворов составляет 6 месяцев, при нахождении раствора ингибитора в объеме на все время консервации - до двух лет.

Консервация воздухом

Данная технология позволяет:

консервировать оборудование с первых суток останова;

защищать внутренние поверхности от атмосферной коррозии безреагентным методом на длительный период простоя;

осуществлять текущие ремонтные работы на законсервированном оборудовании;

сокращать время восстановления водно-химического режима до норм ПТЭ при пуске после простоя.

ОАО «ВТИ» предлагает вентиляционные возду-хоосушительные установки типа ВОУ и вентиляционные осушительно-нагревательные установки типа БОНУ, предназначенные для консервации котлов и турбин, а также свои услуги при проведении консервации.

19. РАЗРАБОТКА НОРМАТИВОВ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ И ВРЕМЕННО СОГЛАСОВАННЫХ ВЫБРОСОВ (ПДВ И ВСВ) ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ДЛЯ ТЭС

ОАО «ВТИ» много лет разрабатывает проекты ПДВ для ТЭС с проведением инвентаризации выбросов загрязняющих веществ и согласованием в органах Роспотребнадзора и Ростехнадзора.

Реконструкция и модернизация оборудования ТЭС сопровождается экологическим обоснованием и корректировкой действующих документов по нормированию выбросов загрязняющих веществ. Кроме того, возможна корректировка границ СЗЗ, если по экологическим показателям с учетом ввода нового оборудования это необходимо. При корректировке тома ПДВ устанавливаются нормативы удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по методике, разработанной ВТИ и рекомендованной МПР к применению в 2009 г.

Введение нового более эффективного золоулавливающего оборудования позволяет во многих случаях обосновать уменьшение коэффициента оседания золы в атмосфере и скорректировать норматив ПДВ в сторону его увеличения без нарушения природоохранных требований. Это особенно актуально в связи с увеличением доли твердого топлива в структуре топливного баланса.

20. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО МАЛОЗАТРАТНОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ ДЕЙСТВУЮЩИХ ТЭС

Установленные на угольных ТЭС электрофильтры морально и физически устаревших типов ПГД, ДГПН, ПГД, ПГДС с высотой электродов до 7,5 м к настоящему времени выработали ресурс, имеют недостаточные габариты для обеспечения нормативных выбросов летучей золы в атмосферу и нуждаются в существенной реконструкции с целью многократно снизить выбросы летучей золы. Более новые аппараты типов УГЗ, ЭГА, ЭГБ и ЭГД с высотой электродов 9-12 м, как правило, также не обеспечивают проектных показателей очистки и нуждаются в модернизации, которая обеспечит снижение выбросов летучей золы в 2-3 раза. В связи с этим необходима разработка технических решений, позволяющих без увеличения габаритов, при умеренных затратах снизить выбросы золы и повысить надежность работы аппаратов. К таким решениям можно отнести:

Установку приставки микросекундного разряда к агрегатам питания;

Установку системы автоматического контроля и оптимизации режимов электропитания и отряхивания электродов;

Установку автоматизированной системы выгрузки золы.

Результатом работы будет техническая документация по модернизации электрофильтров; комплектация, поставка и наладка оборудования. Ожидается снижение выбросов летучей золы в 2-3 раза и расхода воды на гидрозолоудаление в 2 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные технические решения не исчерпывают всего пакета предложений ОАО «ВТИ», направленного на повышение надежности и эффективности эксплуатации установленного оборудования ТЭС. Мы готовы внимательно изучать пожелания заказчиков и находить оптимальные решения по обозначенным проблемам.

В понятие эффективности входит отношение результата деятельности к целям, которое некоторые исследователи называют "целевой эффективностью". Отношение результата к целям является определенной мерой соответствия результата и цели. Это соответствие принято считать надежностью. Таким образом, если система функционирует надежно, т. е. результат ее деятельности соответствует целям, то отношение результата к цели близко к максимальному.

Если при определении эффективности рассмотреть предельный случай, задав большой приоритет частного критерия, характеризующего отношение результата к целям, то получим тождественность эффективности и надежности. В общем случае повышение надежности может различным образом отразиться на повышении эффективности: последняя может остаться без изменений, повыситься или понизиться - здесь многое зависит от того, как возрастут затраты, т. е. что произойдет с экономической эффективностью, и как поведут себя ценностная и потребностная составляющая эффективности. Повышение эффективности в общем случае также не вызывает неизбежного повышения надежности. Первое может произойти независимо от второго, за счет увеличения других отношений, определяющих эффективность. Однако, в последнее время именно надежность, выраженная в отношении результата к целям, начинает играть доминирующую роль в определении эффективности. В подтверждение этому можно привести достаточно аргументов.

Выясним, куда мы должны отправиться "в поисках эффективного управления". Воспользуемся здесь советом авторов одноименной книги, которые сделали свои выводы на основании исследования опыта лучших компаний. Их совет таков: "Качество прежде всего!" Что же они понимают под качеством? Оказывается, вот что - бездефектная (безошибочная) работа, отсутствие брака как непосредственно на стадии продукта, так и на всех других стадиях производственного процесса. Но безошибочность является одним из главных условий надежности. Значит первое и основное требование к эффективному управлению сегодня, его, так сказать, необходимое условие, как показывает опыт лучших компаний, есть надежность как свойство, обеспечивающее соответствие процесса функционирования системы его норме. Вторым требованием к эффективному управлению, по мнению авторов, является партисипативный стиль управления, который они определяют как "взаимную ответственность в системе взаимоотношений руководителей и подчиненных". Итак, основными требованиями, предъявляемыми к эффективному управлению, являются надежность и ответственность или, как это формулируется у Т. Питерса, Р. Уотермена, Дж. Харрингтона, У. Деминга, качество и ответственность.

Мы упоминали, что в управлении понятие "качество" стало использоваться самостоятельно позднее, чем понятия "эффективность" и "надежность". Его появление было во многом обусловлено тем, что количество произведенной продукции, так называемый вал, перестало гарантировать успех на рынке, что в конечном счете не позволяло обеспечивать соответствующее "качество жизни" и безопасность страны. Поэтому на смену количеству пришло качество. Именно оно стало тем новым идеалом, на достижение которого предполагалось бросить все основные силы и ресурсы. Предметом профессиональной ответственности менеджеров провозглашалась качественная работа. Основным содержанием понятия "качество" в управлении стала бездефектность. Почему именно данное содержание стало основным в понятии качества в сфере управления? Стремление удовлетворить растущий спрос, который после второй мировой войны значительно превышал предложение, приводило к расширению производства как в сфере увеличения производственных площадей, закупки нового оборудования, так и в сфере привлечения новой, часто не достаточно обученной рабочей силы. Все это вместе с усложняющейся технологией приводило к появлению большого количества брака. Какое-то время это считалось естественным. Поэтому при планировании производства заранее предусматривали участки по обнаружению и исправлению дефектов. Эти участки комплектовались самыми квалифицированными рабочими, поскольку всегда значительно сложнее что-то переделывать, чем сразу делать правильно. Быстрое устранение дефектов считалось более предпочтительным, чем разработка долгосрочных мероприятий по их предотвращению. Такое положение считалось нормальным, пока это приносило успех.

Но увеличение предложения на рынке товаров и услуг привело к тому, что продукцию с наличием даже незначительных дефектов потребители перестали покупать даже по сниженным ценам. Эмпирические замеры показали, что "высококачественная продукция приносит примерно на 40% больше прибыли на инвестированный капитал, чем продукция низкого качества". Поэтому инвесторы стремились вкладывать финансы туда, где качество продукции было выше, стимулируя таким образом иное отношение к наличию дефектов в выпускаемой продукции. В конце концов, именно более высокое качество привело к повышенному спросу на японские товары во всем мире и обеспечило Японии успех в конкурентной борьбе на мировом рынке товаров и услуг.

В условиях превышения предложения над спросом потребитель диктует свои условия производителю. В первую очередь его начинают волновать "качество и надежность по умеренной цене", что косвенно находит свое подтверждение в содержании рекламы. "Качество" и "надежность" стали одними из ключевых слов, используемых в рекламных целях.

Итак, поскольку потребителя все больше начинает не удовлетворять наличие дефектов в продукции, и корпорации теряют достаточно большие деньги на бракованной продукции (так, в 1984 г. США потеряли на этом свыше 7,8 млрд. долл.), то основным содержанием понятия "качество" в управлении становится именно отсутствие дефектов, правильность, безошибочность. Последние, как мы отмечали, являются одними из условий надежности. Поэтому, по существу, такое содержание понятия качества было узким и превращало качество в один из критериев надежности.

С другой стороны, указанное содержание понятия "качество" совпадает с тем, которое Котарбиньский вкладывал в понятия правильности и эффективности, поскольку соответствует введенным им критериям полезности, точности, искусности и чистоты. Следовательно, понятие качества, сложившееся в управлении, становится тождественным понятию эффективности, введенному Котарбиньским.

Однако, самой распространенной точкой зрения по поводу соотношения качества и эффективности в управлении является признание того, что качество является одним из критериев эффективности. "Одним из оптимальных способов повышения эффективности является всемерное повышение качества". В теории менеджмента сформировался новый подход - "управление качеством", основными представителями которого считаются Ф. Б. Кроссби, У. Э. Деминг, А. В. Фейгенбаум, К. Исикава, Дж. М. Джуран, Дж. Харрингтон и др. Методологической основой данного подхода является признание в качестве основополагающих принципов деятельности фирмы следующих двух:

1. Работники, выполняющие порученную им работу, должны понимать ее суть и нести ответственность за качество результатов своей деятельности.

2. Необходимо создать механизм контроля эффективности труда каждого исполнителя с одновременным правом внесения изменений в процессе труда и обеспечением его средствами постоянного повышения качества работы.

Если говорить кратко, то ключевыми моментами любой деятельности они провозглашали качество и ответственность, причем ответственность рассматривалась ими как необходимое условие обеспечения качества.

Необходимо отметить, что сторонники этого подхода принципиально не стремились к единой трактовке понятия "качество". "Первым основным правилом" они провозгласили: "Качество - это субъективное понятие, и каждый определяет его по-своему". Так, например, Ф. Кроссби определяет его как "соответствие требованиям", У. Деминг считает, что качество - это "соответствие запросам рынка", Дж. Джуран рассматривает качество как "соответствие назначению", А. Фейгенбаум называет качество "совокупностью сложных рыночных технических, производственных и эксплуатационных характеристик изделия (или услуги), благодаря которым используемое изделие (или услуга) отвечает ожиданиям потребителя", Дж. Харрингтон определяет качество как "удовлетворение или превышение требований потребителя по приемлемой для него цене" и т. д.

Важно подчеркнуть следующее. Несмотря на разнообразие формулировок при определении понятия "качество" в управлении, цель совершенствования, сформулированная в "третьем основном правиле", едина для всех - устранение ошибок. Подобное единство цели вполне естественно. Поскольку качество всегда определяется как соответствие чему-либо, то "не качество" определяется как "несоответствие", а несоответствие трактуется затем как ошибка. Таким образом, устранение ошибок есть устранение несоответствий, это есть устранение "не качества", т. е. повышение качества.

Часто происходит отождествление понятий "ошибка" и "отказ" или, по крайней мере, ошибки считаются основной причиной наступления отказа. Такая тенденция имеет свои корни в отождествлении функционирования человека и техники. Именно на этом основании, например, традиционная для социальной психологии проблематика ошибок в профессиональной деятельности была включена в возникшую гораздо позднее проблематику надежности. Исходя из этого мы можем констатировать, что проблематика качества в управлении, связанная преимущественно с устранением ошибок, включается в более общую проблематику надежности.

Следует особо подчеркнуть следующий факт. В теории надежности признается объективный характер ошибок, ошибки рассматриваются как "нормальное" явление, тем самым косвенно постулируется принцип, что безошибочной деятельности не бывает, "не ошибается тот, кто ничего не делает". Поэтому в теории надежности основной акцент делается на то, как при наличии ошибок в функционировании отдельных элементов системы добиться требуемого функционирования системы в целом. Это приводит к тому, что особую роль в обеспечении надежности начинает играть устранение последствий ошибок, а не причин.

В управлении в теоретических разработках по проблеме качества акценты ставятся совершенно иные. Это связано с тем, что там признается преимущественно субъективный характер ошибок. Следовательно, более целесообразно устранять причины ошибок, а не бороться с их последствиями. "Возможно, человеку и свойственно ошибаться, но платить ему за это может только бог. Наш деловой мир принимал ошибки как само собой разумеющееся". Но деловой мир вынужден был сменить такое отношение к ошибкам как только стало ясно, что это экономически не выгодно. Принцип "качество требует денег" изжил себя и был заменен иным принципом - "качество приносит деньги", смысл которого состоит в том, что затраты на повышение качества окупаются сторицей.

Если в теории надежности исходят из того, что возможно построить надежную систему из ненадежных элементов, то в разработках по управлению качеством особое значение придается тому, что недостаточно говорить о качестве продукции (некоторой целостной характеристике фирмы), необходимо требовать высокого качества от каждого элемента системы. Только качественная работа всех элементов может действительно обеспечить качество продукции.

Если исходить из влияния ошибок на качество и надежность, то можно утверждать, что и качество, и надежность системы существенным образом связаны с безошибочностью. Однако, теория надежности и теория "управления качеством" занимают противоположные позиции как по отношению к главным причинам ошибок, так и по отношению к влиянию ошибок отдельных элементов на ошибки всей системы. Это делает их методологически различными и взаимно дополняющими. В теории надежности исповедуется холистский принцип, что "целое больше своих частей"; управление качеством основывается на том, что "качество системы складывается из качества ее элементов", т. е. руководствуется принципом редукционизма. Выявленные нами различия во многом детерминируются тем, что указанные теории развивались в рамках различных направлений исследования управления. Теория надежности первоначально формировалась в области управления техническими системами, а управление качеством разрабатывалось в менеджменте. Различие объектов управления, предметов исследования и сложившейся методологии обусловили отмеченные существенные различия в отношении ошибок в теории надежности и в управлении качеством.

Можно признать, что разработки в области управления качеством принесли определенные практические результаты, на основании чего попытались сделать вывод о его теоретической значимости. В целом теория качества осталась разработанной весьма неудовлетворительно, что и привело впоследствии к тому, что очередная мода в управлении постепенно сошла на нет.

Прежде всего эта неудовлетворительность, на наш взгляд, связана с весьма ограниченной трактовкой качества, которое было сведено, по существу, к безошибочной работе. Попытки контроля качества на каждом рабочем месте и за каждым производственным процессом позволили первоначально добиться определенных результатов, но затем они стали все менее заметны. Это вполне объяснимо. В этом вполне проявляется принцип системности (команда звезд не есть команда звезда). Повышение качества в отдельных элементах системы не всегда приводит к повышению качества системы в целом, а иногда даже снижает его, поскольку изменение качества отдельного элемента требует перестройки всей системы, которая не может осуществиться мгновенно. Более того, подобная перестройка может привести к существенному изменению качества других элементов, которое не всегда возможно предвидеть и оценить и которое может снизить качество системы в целом. Использование понятия "качество" в управлении должно существенно опираться на философско-методологический анализ категории качества, в котором выявляются такие ее необходимые признаки, которые, с одной стороны, выражают универсальные связи вещей и явлений объективного мира, а с другой - позволяют понять все смысловые оттенки различных ситуаций, в которых может использоваться это понятие. Драчева Е.Л., Юликов Л.И. Менеджмент: Учебное пособие. - М.: Академия, 2005.

Гегель определил качество как тождественную с бытием определенность. Несмотря на всю абстрактность этого определения, оно позволяет сделать ряд выводов, характеризующих наиболее существенные аспекты качества. Качество, будучи тождественной с бытием определенностью, не отделимо от существования соответствующего объекта, поэтому оно отделяет его от всех других объектов и тем самым является границей его существования. Теряя качество, объект становиться чем-то другим. Поэтому качество характеризует объект с точки зрения сохранения его определенности. Поскольку одним из существенных аспектов управления является функциональный, то качественная определенность как системы управления, так и ее элементов преимущественно связана с функциями, которые выполняются ими. Именно через функции и выражается качество системы управления. Система остается данной системой, т. е. обладает своим качеством, лишь постольку, поскольку она выполняет свою функцию. В управлении, следовательно, самотождественность объекта связана с его способностью выполнять заданные функции, а не с иными проявлениями его существования. Таким образом, особый интерес к функционированию в управлении обусловил выделение функционального аспекта качества системы. (Заметим, что в этом вновь проявляется "техническая" ориентация управления.) Анализ качественной определенности в ее функциональном аспекте позволяет ввести понятие эффективности. Это возможно на том основании, что функциональность предполагает наличие вполне определенного эффекта (действия) в тех взаимодействиях, в которых проявляется качественная определенность объекта. Таким образом, становится легко усматриваемой связь эффективности и качества. Именно качество элементов принципиально ограничивает возможности функционирования синтезированной из них системы. Определенное качество системы в целом и ее отдельных элементов обусловливает эффективность как самой системы, так и ее отдельных элементов. Сама возможность изменить эффективность системы зависит о изменения качества ее элементов или ее структуры.

Поскольку заданное функционирование системы может быть обеспечено только вполне определенным качеством, то проблема качества в управлении должна решиться в единстве как с проблемой эффективности, так и с проблемой надежности.

Большую роль при исследовании качества играет переход к количественным оценкам. Здесь можно отметить, что среди всех работ, связанных с исследованиями эффективности, надежности и качества, подавляющее большинство посвящено именно количественным методам оценивания.

Гегель определил количество как определенность, безразличную к бытию. Тем самым он в общей форме выразил относительную независимость количественной определенности от качества тех же объектов. Это определение фиксирует двоякий аспект независимости количества от качества. Во-первых, одна и та же количественная определенность присуща качественно различным объектам. И, во-вторых, количественная определенность может иметь смысл и логично мыслиться даже в тех случаях, когда не существует объектов с такой качественной определенностью.

Однако, относительную независимость количественной определенности от соответствующего качества нельзя переоценивать. Существует определенное единство качества и количества, которое Гегель назвал мерой.

Мера как единство качества и количества имеет несколько аспектов, находящих свое отражение в трех законах меры, которые кратко можно сформулировать следующим образом. Согласно первому закону любое количественное изменение является изменением качественным. Из второго закона следует, что всякое количественное изменение не затрагивает множества свойств данного объекта, и именно потому оно количественное. Третий закон заключается в том, что количественные изменения любого свойства материального объекта необходимо имеют верхнюю и нижнюю границу. В общем случае эта граница определена как поверхность, разделяющая пространство меры для соответствующего качества и пространство мер других качеств. Переход от одного качественного состояния к другому сам образует некоторое пространство состояний. Поэтому возникает вопрос о выделение некоторого признака, который характеризует типы состояний объекта. Одним из таких признаков является устойчивость.

Таким образом, устойчивость является результатом развития понятия меры. Универсальность понятия меры ведет к универсальности понятия устойчивости. Именно поэтому всякая наука, исследующая свою область с точки зрения закономерной связи количественных и качественных изменений, обязательно сталкивается с понятием устойчивости. Устойчивость характеризует способность объектов сопротивляться внешним воздействиям, когда они достаточно малы. Интересно отметить, что проблема устойчивости приобретала значение в конкретной науке только тогда, когда были открыты основные законы, которыми описывается поведение объектов данной области исследования. При рассмотрении качественной определенности объектов на уровне устойчивости мы выходим на уровень целостности. Это косвенно отражает тот факт, что понятие устойчивости играет завершающую роль в системе категорий меры. Драчева Е.Л., Юликов Л.И. Менеджмент: Учебное пособие. - М.: Академия, 2005.

Основ­ными источниками экономической эффективности в сфере эксплуа­тации являются повышение надежности техники, повышение ее производительности, снижение сопутствующих капитальных затрат, снижение затрат эксплуатационных материалов, затрат на техни­ческое обслуживание и ремонт.

Все перечисленные источники могут проявляться самостоятель­но, но чаще всего взаимосвязаны между собой. Так, повышение надежности техники увеличивает ее производительность, хотя по­следняя после стандартизации может возрасти и в силу других причин - изменения конструкции, автоматизации отдельных эле­ментов, использования прогрессивных материалов и пр.

Учет экономического эффекта, возникающего в результате по­вышения надежности техники, является исключительно сложным процессом. Для его раскрытия необходимо более детально рас­смотреть составляющие его элементы.

Надежность техники является комплексным показателем и ха­рактеризуется такими свойствами изделий, как безотказность, дол­говечность, ремонтопригодность и сохраняемость. По каждому из этих свойств установлен ряд показателей, характеризующих на­дежность изделия и регламентированных в НТД на продукцию и, в частности, в государственных стандартах. Основные показатели надежности техники отражены в табл. (3.4).

В целом повышение надежности меняет производительность техники, ее срок службы, эксплуатационные затраты, размер ка­питаловложений, т. е. все составляющие, используемые при расчете экономического эффекта от использования новой техники. Однако каждое из отдельных свойств надежности вносит свой вклад в по­лучение народнохозяйственного эффекта, и поэтому методы его расчета имеют свою специфику.

Экономический эффект от повышения безотказности определя­ется по формуле:

где C 1 и C 2 - себестоимость единицы продукции до и после повы­шения надежности; K 1 и K 2 - удельные капитальные вложения в производственные фонды до и после повышения надежности; Е Н - нормативный коэффициент экономической эффективно­сти; В 1 и В 2 - годовые объемы продукции (работы), производимой одной машиной до и после повышения надежности; и- годовые эксплуатационные издержки потребителя до и после повышения надежности в расчете на объем продукции (работы), производимой машиной с повышенной надежностью;и- сопутствующие капитальные вложения потребителя (без учета стоимости машины) до и после повышения надежности в расчете на объем продукции (работы), производимой машиной с повышен­ной надежностью;Р 2 -доля отчислений от балансовой стоимости на полное восстановление (реновацию) машины с повышенной надежностью;А 2 - годовой выпуск машин повышенной надежно­сти.

Таблица 3.4

Комплексный подход к изучению надежности

Основные свойства надежности	Характеристика свойств надеж­ности единичного изделия	Основные показатели надежности	изме­рения
Безотказность	Наработка на от­каз Наработка до от­каза	Установленная безотказ­ная наработка Средняя наработка на отказ
Долговечность	Срок службы	Установленный ресурс Средний ресурс. Уста­новленный срок службы. Средний срок службы	Часы работы, циклы, км.пробега
Ремонтопри­годность	восстанов­ления	Среднее время восста­новления. Удельная трудоемкость восстановления	Месяцы, годы,
Сохраняемость	Срок сохраняемо­сти	Установленный срок со­храняемости. Средний срок сохраняе­мости

В некоторых случаях коэффициент учета роста производитель­ности (B 2 /B 1) может быть представлен в виде:

где Т 1 и Т 2 - время работы оборудования до и после повышения надежности;

где δ - коэффициент загрузки оборудования; Ф об - эффективный годовой фонд времени.

Специфика расчетов экономической эффективности повышения надежности по каждому из его свойств проявляется не только в методе расчета самого эффекта, но и необходимых затрат, связан­ных с повышением того или иного показателя. Поэтому по каждо­му из описываемых элементов надежности необходимо рассмот­реть методы расчета затрат на достижение повышенных показа­телей надежности.

Затраты на повышение безотказности и методы их расчета можно представить в следующем виде:

единовременные затраты, включающие проведение проектных работ, увеличение затрат на установку более безотказных комп­лектующих деталей, узлов, агрегатов, осуществление резервирова­ния отдельных узлов и механизмов, определяются по формуле:

(3.59)

где К ПР - стоимость проектных работ; - увеличение стоимости отдельных деталей, узлов, агрегатов;п - количество деталей,узлов и агрегатов, подлежащих модернизации; - стоимость дополнительных устройств и механизмов;m

Разница в текущих затратах , складывающихся за счет более частого проведения профилактических осмотров, более тщатель­ного диагностирования технического состояния деталей, узлов, агрегатов и машины в целом, определяется по формуле:

(3.60)

где и-годовые эксплуатационные издержки до и после повышения надежности;B 2 /В 1 - коэффициент учета роста произ­водительности.

Экономический эффект от повышения долговечности определя­ется по формуле:

где С 1 и С 2 - себестоимость единицы продукции до и после повы­шения долговечности; K 1 и К 2 - удельные капитальные вложения в производственные фонды до и после повышения долговечности; Е - нормативный коэффициент экономической эффективно­сти; Р 1 и P 2 - доли отчислений от балансовой стоимости на полное восстановление (реновацию) до и после повышения долговечности; и- годовые эксплуатационные издержки до и после повы­шения долговечности;и- сопутствующие капитальные вложения потребителя до и после повышения долговечности;А 2 - годовой выпуск продукции с повышенной долговечностью.

Затраты на повышение долговечности также следует разделить на единовременные и текущие затраты.

Единовременные затраты, включающие стоимость проектных работ, увеличение стоимости отдельных деталей, узлов, агрегатов, введение дополнительных узлов и механизмов, определяются по формуле:

(3.62)

где К ПР - стоимость проектных работ; - увеличение стоимости отдельных деталей, узлов, агрегатов;- стоимость дополнительных устройств и механизмов;п - количество деталей, узлов и агрегатов, подлежащих модернизации; m - количество допол­нительных устройств и механизмов.

Текущие затраты, складывающиеся за счет более частого про­ведения профилактических осмотров и ремонтов, более тщатель­ного диагностирования технического состояния деталей, узлов, аг­регатов и машины в целом, определяются по формуле:

где Р 1 i и Р 2 j - количество осмотров и ремонтов одного видаi -го или j -го в год; З 1 и З 2 - затраты на проведение осмотров и ремонтов каждого вида; п и m - количество видов осмотров и ремонтов до и после повышения долговечности.

Экономическая эффективность повышения ремонтопригодности определяется по формуле:

где C 1 и С 2 - себестоимость единицы продукции до и после повы­шения ремонтопригодности; K 1 и К 2 - удельные капитальные вло­жения в производственные фонды до и после повышения ремонто­пригодности; Е Н - нормативный коэффициент экономической эффективности; B 1 и В 2 - годовой объем продукции (работы), про­изводимой машиной с повышенной ремонтопригодностью; Р 2 - до­ля отчислений от балансовой стоимости на полное восстановление (реновацию) машины с повышенной ремонтопригодностью; и- годовые эксплуатационные издержки до и после повыше­ния ремонтопригодности;и- сопутствующие капитальные вложения потребителя до и после повышения ремонтопригодности;А 2 -годовой выпуск продукции с повышенной ремонтопригод­ностью.

Затраты на повышение ремонтопригодности разделяются на единовременные, включающие стоимость проектных работ и затра­ты на разработку ремонтной документации, и текущие, связанные с увеличением стоимости отдельных узлов и механизмов, изготов­ленных с учетом требований повышения их приспособленности к техническому обслуживанию и ремонту. В результате повышения ремонтопригодности достигается:

уменьшение годовых эксплуатационных издержек:

увеличение коэффициента роста производительности:

И, наконец, последними являются показатели сохраняемости изделий. Источниками экономии в связи с повышением сохраняе­мости являются: уменьшение затрат на монтаж; сокращение сро­ков освоения проектной мощности.

Экономический эффект от повышения сохраняемости определя­ется по формуле:

где С 1 и С 2 - себестоимость единицы продукции до и после по­вышения сохраняемости; К 1 и К 2 - удельные капитальные вложе­ния в производственные фонды до и после повышения сохраняемости; Е Н - нормативный коэффициент экономической эф­фективности; и- годовые эксплуатационные издержки до и после повышения сохраняемости;и- сопутствующие капитальные вложения потребителя до и после повышения сохра­няемости;Р 2 - доля отчислений от балансовой стоимости на пол­ное восстановление (реновацию) машины с повышенной сохраня­емостью; А 2 - годовой выпуск продукции с повышенной сохраня­емостью.

Затраты на повышение сохраняемости образуются за счет:

увеличения стоимости проектных работ, в результате чего вы­рабатываются более совершенные конструктивные решения;

использования более эффективных методов консервации и упа­ковки;

улучшения условий хранения.

На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ

ЛАМП БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В

ВЫХОДНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ СПУТНИКОВ СВЯЗИ

Ученый секретарь

диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность разрабатываемой проблемы.

В бортовой аппаратуре космических аппаратов различного назначения широко используются широкополосные лампы бегущей волны (ЛБВ) О - типа со спиральными замедляющими системами (ЗС). Надёжность, электрические и массогабаритные параметры этих ЛБВ в значительной мере определяют качество бортовых радиопередатчиков.

8. , Шалаев свидетельство № 000 на изобретение "Лампа бегущей волны". Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 15 августа 1989 г. Заявка № 000. Приоритет изобретения от 01.01.01 г.

9. , Шалаев свидетельство № 000 на изобретение "Лампа бегущей волны". Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 3 января 1992 г. Заявка № 000. Приоритет изобретения от 4 августа 1989 г.

Публикации в других изданиях

10. Шалаев П. Д. Результаты экспериментальных исследований спиральной ЛБВ с высоким электронным КПД в двухчастотном режиме работы / , //9-я Международная научно-техническая конференция Актуальные проблемы электронного приборостроения. АПЭП-2010" Саратов. Изд. СГТУ. 22 – 23 сентября 2010 . С. 157 – 162.

11. Шалаев П. Д. Результаты исследования амплитудных характеристик спиральной ЛБВ с высоким КПД электроники / , // Материалы научно-технической конференции "Электронная и вакуумная техника: Приборы и устройства. Технология. Материалы". Саратов. ОАО "НПП "Контакт". Изд. Саратовского ун-та. 24 – 25 сентября 2009. Выпуск 3. С

12. Шалаев П. Д. Технология и обеспечение качества ЛБВ для бортовой аппаратуры космических платформ. / , // Материалы научно-технической конференции "Электронные приборы и устройства СВЧ". .Саратов. ФГУП "НПП "Алмаз". Изд. Саратовского ун-та. 28 – 30 августа 2007. С.

13. Шалаев П. Д. Об анализе направлений повышения КПД ЛБВ / Шалаев П. Д // Материалы международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения. АПЭП-2006". Саратов. Изд. СГТУ. 20 – 21 сентября 2006. С. 120 – 127.

14. Об одной возможности оценки конструктивных ограничений электронного КПД спиральных ЛБВ / Шалаев П. Д. // Материалы международной научно-технической конференции " Радиотехника и связь". Саратов. Изд. СГТУ. 18 – 20 мая 2005 . С. 372 – 377.

15. Шалаев П. Д. О корреляции флуктуаций расчётных параметров многоступенчатых коллекторных систем с погрешностями численной модели/ , // Материалы международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения. АПЭП-2000". Саратов. Изд-во СГТУ. 2000. С. 159 – 164.

16. Шалаев П. Д. Результаты разработки образца ЛБВ средней мощности в трёхсантиметровом диапазоне с КПД до 69%. / // Материалы научно-технической конференции "Перспективы развития электроники и вакуумной техники на период 2001 – 2006 гг." Саратов. ГНПП "Контакт". Изд. Саратовского ун-та. 22 – 23 февраля 2001. С 6

17. Шалаев П. Д. Малогабаритный усилитель СВЧ-мощности Х-диапазона частот с большим КПД и повышенной линейностью характеристик / , // Материалы научно-технической конференции "Электронные приборы и устройства нового поколения". Саратов. Изд. Саратовского ун-та. 14 – 15 февраля 2002. С.

18. Шалаев П. Д. Исследование амплитудно-фазовых характеристик спиральных ЛБВ средней мощности с высоким электронным КПД / , // Материалы научно-технической конференции "Перспективные направления развития электронного приборостроения". Саратов. ФГУП "НПП "Контакт". Изд. Саратовского ун-та. 18 – 19 февраля 2003. С

19. Shalaev P. D. High-Perveance Electron Optic System with Low-Voltage Non-Gridded Control / Babanov G. N., Morev S. P., Shalaev P. D.// Proceeding of the Fourth International Vacuum Electron Sources Conference. Saratov, Russia, July 15-19, 2002. Saratov: Publishing House of the State Educational & Scientific Center “College”, 2002. P.315-316.

20. Шалаев П. Д. Новые технологии в ЛБВ для бортовых и наземных систем спутниковой связи / , // Материалы научно-практической конференции РАСУ "Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления". Саратов. ФГУП "НПП "Алмаз". Изд. Саратовского ун-та. 22 – 25 сентября 2003 . С. 274 – 286.

_____________________________

1 Кац в лампах с бегущей волной. Часть 1. Лампа с бегущей волной О-типа / , // Изд. СГУ. 1964. С. 143.

1.4.1. Введение. Самодействующие клапаны поршневых компрессоров

Клапан - самостоятельная сборочная единица в составе ступени компрессора. Он служит для периодического подключения рабочей камеры к полостям всасывания и нагнетания.

Рис. 5.9. Принципиальная схема клапана.

1 – седло, 2 – ограничитель, 3 – пружина, 4 ­– запорный орган.

Несмотря на многообразие конструкций клапанов, их можно свести к единой принципиальной схеме, показанной на рис. 5.9. В общем случае клапан состоит из седла 1, ограничителя 2, запорного органа 4, и одной или нескольких пружин 3, а также содержит элементы крепления седла с ограничителем. В некоторых конструкциях в качестве запорного органа применяют упругий элемент, одновременно выполняющий и функции пружины. В собранном виде запорный орган клапана прижат к седлу и отделяет полости с различным давлением относительно друг друга.

В соответствии с рис. 5.9 поток газа через клапан возможен лишь при перемещении запорного органа на величину 0 < h ≤ h кл в случае р 1 > р 2 . Условием начала перемещения запорного органа является превышение газовой силы , действующей на запорный орган, над упругой силой пружин .

Упругая сила пружин при определяется соотношением

Из данного выражения следует, что при известном числе пружин , действующих на пластину клапана, их жесткости и предварительном натяге в собранном клапане величина .

Сила определяется давлениями газа, действующими с обеих сторон на лобовую поверхность запорного органа , т.е.

где - коэффициент, учитывающий форму эпюры давлений на поверхностях запорного органа, определяемый, как правило, экспериментальным путем. Примем: – давление газа в цилиндре ступени компрессора переменное по углу поворота вала при давлении нагнетания . При выполнении условия клапаны компрессорных ступеней автоматически открываются. По этому признаку их и называют самодействующими, т.е. автоматически открывающимися при определенной разности давлений в полостях, разделенных клапаном. При снижении действующего перепада давлений клапан автоматически закрывается под действием пружин.

По конструктивному исполнению проточная часть клапана представляет собой совокупность одного или нескольких каналов близких по закономерности изменения сечений в направлении потока газа к соплово­му. При этом сечения каналов на входе (со стороны седла) и выходе (со стороны ограничителя) постоянны, в то время как сечение в щели клапана минимально, зависит от перемещения запорного органа и меняется в процессе работы в диапазоне , где – максимальная величина геометрического сечения щели для полностью открытого клапана. Объем газа, содержащийся в каналах клапанов, составляет основную долю мертвого объема ступени компрессора и с этой точки зрения подлежит минимизации.

По сути протекающих физических процессов клапан можно рассматривать как местное сопротивление с геометрическим сечением и эквивалентным сечением , где – коэффициент расхода газа через клапан, зависящий от формы каналов клапана.

Особенностью работы клапанов является возникновение ударных напряжений в элементах клапана при контакте запорного органа с седлом и ограничителем, величина которых зависит в первую очередь от высоты перемещения запорного органа и частоты вращения вала компрессора n.

На проталкивание газа через клапан требуется дополнительная затрата работы пропорциональная действующему перепаду давления

,

где –плотность газа на входе в каналы клапана;

m – массовый расход газа через клапан.

Из приведенного выражения следует, что для снижения величины эквивалентное сечение щели клапана должно выбираться максимально возможным. Однако это приводит к увеличению мертвого пространства в каналах клапанов и, как правило, сопровождается увеличением высоты перемещения запорных органов, что ухудшает показатели эффективности и надежности работы ступени компрессора.

Учитывая сказанное, к конструкции клапанов предъявляется ряд требований. Выделим среди них основные:

1. Высокий уровень эффективности работы клапанов, обеспечиваемый за счет максимально возможного увеличения сечения щели при заданных поверхностях ступени компрессора, на которых размещаются клапаны. При этом обычно ограничивают дополнительные затраты энергии в клапанах величиной для стационарных компрессоров и 12÷15% для передвижных и специальных компрессоров высокого давления от индикаторной мощности.

2. Гарантируемый уровень надежности, показателем которого обычно является расчетная наработка клапана до первого отказа. В современных конструкциях поршневых компрессоров эта величина лежит в диапазоне от 2 до 10 тысяч часов, где верхний предел соответствует крупным стационарным компрессорам, а нижний - высокооборотным малорасходным компрессорам.

Указанные требования вступают в противоречие друг с другом. В частности, желание повысить эффективность обычно приводит к снижению надежности работы клапана. Поэтому при проектировании клапанов, как правило, идут по пути отыскания компромиссного решения.

Кроме указанных выше, к клапанам предъявляется ряд дополнительных требований, среди которых отметим следующие:

Динамическая герметичность, т.е. своевременность их за­крытия;

Статическая герметичность клапанов в закрытом состоянии;

Минимальное мертвое пространство в каналах клапанов;

Удобство монтажа, демонтажа и ремонтопригодность, особенно в случаях работы на загрязненных газах и при отсутствии смазки цилиндров;

Минимальные массогабаритные параметры, стоимость и сроки поставки;

Гарантированное сервисное обслуживание фирмой-изготовителем.

Характеризуя конструкцию клапанов, обычно рассматривают 2 основных сечения каналов для прохода газа: сечение в седле и в щели полностью открытого клапана. В общем случае величина определяется уравнением

F щ = П∙h кл,

где П – уплотняемый периметр закрытого клапана;

– максимальная величина перемещения пластины клапана.

Величины П и для основных типов клапанов приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Параметры сечения щели самодействующих клапанов.

Примечание: L(l), B(b) – размеры запорного органа;

– средний диаметр кольцевой пластины;

– диаметр отверстия на входе в клапан;

Z – число подвижных элементов клапана.

Основной задачей при предварительном обосновании конструкции клапана выбранного типа для рассматриваемой ступени компрессора является определение требуемого сечения щели зависящего от числа клапанов Z, активной площади поршня , его средней скорости с п, температуры газа на входе в клапан Т , газовой постоянной R и показателя адиабаты k. Связь указанных параметров для полностью открытого клапана описывается критериальной зависимостью

,

где М – критерий скорости потока газа в клапане. Его величина для современных конструкций клапанов лежит в диапазоне ;

– коэффициент расхода клапана.

Величину для конкретного типа клапана обычно определяют экспериментальным путем, рассматривая ее зависящей от текущей высоты перемещения клапанных пластин. Для полностью открытых клапанов можно рекомендовать величины, приведенные в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Коэффициент расхода основных конструкций клапанов

В справочной литературе клапан характеризуется эквивалентным сечением . Его величина согласно приведенной выше критериальной зависимости будет равна

По найденной величине Ф подбирается стандартный клапан или разрабатывается новый со специфическими геометрическими параметрами.

Подобный метод подбора клапанов не гарантирует требуемого уровня показателей эффективности и надежности. Поэтому на заключительном этапе целесообразно выполнение расчетного анализа работы выбранных клапанов в составе реальной ступени компрессора. Для этого используют апробированные программы расчета, предусматривающие математическое моделирование комплекса рабочих процессов и динамики движения запорных органов, которые позволяют на стадии проектирования обосновывать оптимальное сочетание геометрических параметров элементов клапанов применительно к компрессору с заданной геометрией ступеней, известными режимными параметрами и свойствами рабочего вещества.

Показателем надежности разработанных клапанов, сформировавшимся в результате многолетнего опыта ряда поколений исследователей, изготовителей и потребителей компрессорной техники, является выполнение условия: расчетная (на стадии проектирования) или экспериментально определённая скорость посадки пластин клапана на седло W с ≤ 1.5 м/с .

Окончательно оценка эффективности и надежности клапанов принимается на основании расширенных теплотехнических испытаний компрессоров, предусматривающих определение производительности, потребляемой мощности, температур нагнетания по ступеням и наработку до 1-го отказа.

В приведенных ниже материалах автор ставит и решает задачу разработки, исследования и создания самодействующих клапанов, эффективность и надежность которых обосновываются на стадии проектирования при использовании модернизированной программы КОМДЕТ-М.

1.4.2. Основы оптимизации клапанов поршневых компрессоров

Выбор характерных параметров клапанов по величине эквивалентного сечения в щели полностью открытых клапанов Ф щ не гарантирует оптимального сочетания конструктивных параметров клапанов (толщины δ пл и массы m пл подвижных клапанных пластин, их максимального перемещения h кл, жесткости С пр, числа Z пр и предварительного натяга пружин h 0 , действующих на отдельные пластины клапана), а следовательно, не позволяет прогнозировать действительный уровень статической ν пр и динамической ν пер не герметичности клапанов с выбранными в ходе предварительного термодинамического расчета габаритными размерами или посадочными диаметрами d 1 . Следствием такого подхода является расхождение в той или иной степени между расчетной и фактической производительностью, мощностью на валу машины и показателями надежности и эффективности работы ступеней и агрегата в целом.

С учетом указанных факторов целесообразным является выполнение комплексного поверочного расчета в виде численного эксперимента , в ходе которого проводится сравнительный анализ вариантов ступени компрессора укомплектованного клапанами различного конструктивного исполнения. По результатам численного эксперимента рекомендуется «оптимальныйвариант » клапанов, при которых обеспечивается требуемая производительность ступени, современный уровень эффективности и надежности клапанов при работе на номинальном и других режимах.

Подробно данный аспект работы представлен в разделе 7.

1.4.3. О целесообразности применения клапанов грибкового типа

в составе ступеней оппозитных компрессоров

Под «грибковыми» клапанами в литературе понимают индивидуальные клапаны с запорным органом в виде круглой пластины, поверхность которой со стороны седла выполнена по профилю, обеспечивающему минимальное газодинамическое сопротивление при течении газа по каналам клапана. Подвижный орган клапанов внешне напоминает грибок со «шляпкой» сферической формы, обращенной в сторону седла клапана. Конструктивно грибковые клапаны практически не отличаются от клапанов с пластинами сферической формы (см. рис. 5.10-А и 5.10-Б). В силу ряда особенностей клапаны подобного типа находят применения, как правило, в малорасходных машинах объёмного действия и на ступенях высокого давления с малыми диаметрами цилиндров. Существующие методы расчета сферических клапанов вполне применимы и при анализе работы ступеней компрессоров укомплектованных грибковыми клапанами.

В настоящем разделе работы автор анализирует целесообразность применения грибковых клапанов в ступенях современных высокооборотных (n ≥ 750 об/мин) оппозитных компрессорах с поршнями двойного действия, что предопределяет боковое расположение индивидуальных клапанов с посадочным диаметром d 1 на боковых стенках цилиндра.

Поскольку грибковые клапаны конструктивно идентичны сферическим, то их расчетный анализ может быть выполнен на основе прикладной программы КОМДЕТ-М. Программа хорошо зарекомендовала себя в практике расчетных и конструкторских подразделений ОАО «КОМПРЕССОР» г. С.Петербург на стадии разработки и обоснования оптимальных вариантов малорасходных компрессоров низкого, среднего и высокого давления на У-образных базах.

Рис. 5.11. Наборный грибковый клапан

с неметаллическими запорными органами

с посадочным диаметром 125 мм (Z кл =20)

Главным преимуществом клапанов тарельчатого типа (грибковых и сферических) с неметаллическими запорными органами считается их повышенная герметичность в закрытом состоянии.

Главный недостаток – низкий коэффициент использования лобовой поверхности клапанной плиты с посадочным диаметром d 1 , в пределах которой устанавливается n-е количество сферических или грибковых клапанов (см. рис. 5.11).

В качестве объекта исследования выбрана I ступень газового компрессора 4ГМ2.5-6.67/4-50С с поршнями двойного действия. Рабочие полости ступени (А и Б) могут быть укомплектованы разнотипными индивидуальными клапанами с посадочным диаметром ø125 мм с размещением их на боковой поверхности цилиндра. В ходе численного эксперимента оценивалась эффективность работы ступени при комплектации её прямоточными (ПИК), ленточными (ЛУ), полосовыми (ПК) и грибковыми клапанами при сохранении режимных параметров.

На предварительном этапе исследования определялась оптимальная величина подъёма запорного органа грибкового клапана. Результаты исследования приведены в табл. 5.6. Их анализ позволил обосновать оптимальный вариант клапана ГрК125-20-14 -2.0 с диаметром отверстия в седле d с = 14 мм и высотой подъёма запорного органа h кл.опт = 2 мм.

Результаты 2-го этапа исследования, приведенные в табл. 5.7 и на рис. 5.12 в виде текущих и интегральных параметров ступени компрессора укомплектованной клапанами различного типа, позволяют сделать следующие выводы:

1. Наборные грибковые клапаны, смонтированные в плите с посадочным диаметром ø125, при расположении на боковой поверхности цилиндра проигрывают клапанам других типов по основным показателям, включая:

Снижение производительности - на 4.3 %;

Увеличение суммарных относительных потерь в клапанах χ вс+нг в 2 раза;

Снижение изотермного индикаторного КПД η из.инд - на 8.0 %;

Повышение температуры нагнетаемого газа - на 14 К.

Таблица 5.6

Интегральные параметры I ступени компрессора 4ГМ2.5-6.67/4-50С при комплектации клапанами грибкового типа с переменной высотой подъёма h кл

Параметры	Размер-ность	Число и тип установленных клапанов:
Z кл = 1 вс + 1 нг, тип – Грибковые
Обозначение клапана I ст.	-	ГрК125- 20-14-1.5	ГрК125- 20-14-1.8	ГрК125- 20-14-2.0	ГрК125- 20-14-2.2	ГрК125- 20-14-2.5
h кл	мм	1.5	1.8	2.0	2.2	2.5
р нг / р вс	МПа	1.2 / 0.4
П = р нг /р вс	-	3.0
а	0.34
Т вс	К
T ст	345.2	334.9	343.1	342.9	342.7
T нг.ц	433.5	430.3	428.3	427.8	427.4
m 1.А	кг/ч	513.44	517.26	519.94	518.58	523.88
V н.у.1А	нм 3 /мин	7.1011	7.154	7.1911	7.1723	7.2455
N инд.1А	кВт	20.470	20.150	19.961	19.826	19.974
N ном.1А	16.736	16.781	16.841	16.796	16.938
∆N ∑	3.634	3.369	3.120	3.030	3.036
χ вс	-	0.118	0.108	0.103	0.103	0.100
χ нг	0.105	0.093	0.082	0.077	0.079
L уд	кДж/кг	143.5	140.2	138.2	137.6	137.3
h вс	528.87
h нг. S	637.43
h нг	670.56	667.33	665.24	664.66	664.33
η из.инд	-	0.643	0.658	0.667	0.670	0.672
λ	0.5304	0.5344	0.5372	0.5358	0.5412
λ д	0.9521	0.9632	0.9664	0.9609	0.9709
λ т	0.9619	0.9631	0.9642	0.9658	0.9639
λ о	0.5669	0.5733	0.5746	0.5719	0.5769
∆λ вс	- 0.0225	- 0.0123	- 0.0104	- 0.0139	- 0.0131
∆λ нг	0.0026	0.0021	0.0007	0.0005	0.0041
ρ 3	кг/м 3	9.919	9.962	9.988	9.984	10.005
ρ 1	4.362	4.418	4.437	4.419	4.458
ρ 3 /ρ 1	-	2.274	2.255	2.251	2.259	2.244
W с.вс	м/с	1.14	0.91	0.96	1.21	2.26
W с.нг	1.94	1.93	1.39	1.42	2.42

Шифр варианта - ГМ25-6.7-4-12-Г. Рабочая полость– А .

ВОЗДУХ,D ц. I = 200 мм, S п = 110 мм, L ш = 220 мм, n = 980 об/мин, с п = 3.593 м/с

Таблица 5.7

Параметры I ступени дожимающего компрессора 4ГМ2.5-6.67/4-50С

при комплектации клапанами различного типа

Z кл = 1 + 1, δ усл.кл = 1 мкм, ρ вс.реальная = 4.7635 кг/м 3

Параметры	Размер-ность	Вариант исполнения I ступени
А	Б	В	Г
Тип клапанов	-	ПИК125- 1.0БМ-1.5	ЛУ125-9- 96-8-0.6-1.8	ПК125-9- 96-8-0.6-1.8	ГрК125- 20-14-2
Т нг	К	412.9	414.6	413.7	428.3 + 14 К
m 1.А	кг/ч	532.3	545.4	542.2	519.9
V н.у.1А	нм 3 /мин	7.362	7.544	7.499	7.191 - 4.3%
V вс.1А	м 3 /мин	1.862	1.908	1.897	1.819
N инд.1А	кВт	18.221	18.809	18.568	19.961
∑∆N кл	1.036	1.502	1.392	2.957 в 2 раза
χ вс	-	0.034	0.048	0.044	0.103
χ нг	0.026	0.039	0.037	0.082
η из.инд	0.749	0.743	0.748	0.667 -8%

Рис. 5.12. Текущие параметры I ступени компрессора

4ГМ2.5-6.67/4-50С при n = 980 об/мин

ГрК125-20-12-2 ------ ПК125-9-96-8-0.6-1.8

2. Высокая частота и амплитуда колебаний клапанных пружин в периоды всасывания и нагнетания (см. рис. 5.12) способствуют преждевременному выходу их из строя.

Обобщая полученные данные, следует указать, что применение набора грибковых клапанов в клапанной плите круглой формы в составе ступеней крупных оппозитных компрессоров с поршнями двойного действия при высоких частотах вращения вала не целесообразно. Исключение могут составлять отдельные случаи применения грибковых клапанов при комплектации ступеней низкооборотных компрессоров, сжимающих «тяжёлые»-«легкие» газы (например, ВОЗДУХ - Водород и Водород-содержащие смеси) в период пуско-наладочных испытаний.

Список литературы

1. Прилуцкий И. К., Прилуцкий А.И. Расчет и проектирование

поршневых компрессоров и детандеров на нормализованных базах:

Учебное пособие для студентов вузов. – СПбГАХПТ, 1995 . – 194 с.

2. Поршневые компрессоры: Учебное пособие для студентов вузов.

Б.С. Фотин, И.Б. Пирумов, И.К. Прилуцкий, П.И. Пластинин.

– Л.: Машиностроение, 1987. - 372 с.

3. Френкель М. И. Поршневые компрессоры.

– Л.: Машиностроение, 1969. - 744 с.

– М.: Машиностроение, 1979. - 616 с.

4. Каталог электродвигателей. Филиал ООО «Элком». – Москва, Россия

Ворошилов - Рыжков :

1. Дожимающие компрессоры без охлаждения цилиндров -

тепловая задача (эксперимент и Колеснев) +

оребрение крышек (эксперимент с участием представителя ККЗ и Галяева??)

2. Унификация клапанов I и II ступеней компрессора 4ГМ2.5-6.67/11-64

3. Рациональные технические решения Маша, Демпфирование, Унификация – Z кл 3:1 (ПАИ)

4. Прямоугольные клапаны транспортных компрессоров - альтернатива индивидуальным клапанам круглой формы форсированных по средней скорости поршня и частоте вращения вала (УКЗ-Демаков и ККЗ)

5. Разработка форсированной по средней скорости базы 4У4 ………….

6. Достигнутый технический уровень компрессоров.

Перспективы его дальнейшего повышения

7. Комплексный расчетно-теоретический анализ (2ВМ2.5-14/9) ………..