Zbigniew MATUSZAK. 1. Wprowadzenie. 1. Introduction. 2. Charakterystyka metody dekompozycji do szacowania gotowości układów energetycznonapędowych

Transkrypt

1 Zbgew MATUSZAK Oszacowae gotowośc systemu eergetyczo-apędowego techologczego statku rybackego w wybraych staach pracy Estmato of the avalablty of the power-propulso ad techologcal system of a fshg vessel at selected operatoal model Scharakteryzowao system eergetyczo-apędowy techologczy (SENT) jedostek rybackch. Dokoao ogólej charakterystyk metody dekompozycj możlwej do zastosowaa przy szacowau gotowośc systemu eergetyczo-apędowego techologczego jedostek rybackch. Zaprezetowao uzyskae wyk szacowaa gotowośc dla astępujących staów pracy jedostk rybackej: podróż morska, wydawae wyberae sec, operacja trałowaa, poławae w dryfe lub postój w porce. Słowa kluczowe: gotowość techcza, statek ryback, stay pracy jedostk rybackej. The power-propulso ad techologcal system (PPTS) of fshg vessels wll be characterzed. The decomposto method wll be descrbed terms of ts use for the estmato of fshg vessel PPTS avalablty. The results of avalablty estmato wll be preseted for the followg modes of fshg vessel operato: sea passage, rug out ad haulg ets, trawlg operato, drft fshg or stay at a port. Keywords: avalablty, fshg vessel, modes of fshg vessel operato.. Wprowadzee Dla potrzeb aalzy ezawodośc gotowośc systemów eergetyczo-apędowych techologczych (dalej określaych jako SENT) jedostek rybackch, zamodelowao struktury tych systemów a podstawe uproszczoego schematu przedstawoego a rys.. Poszczególe elemety systemu mogą być załączae wyłączae z pracy w zależośc od stau eksploatacyjego statku [3]. Poadto e wszystke elemety muszą występować w omawaych systemach, co uzależoe jest od kokretego rozwązaa techczego zastosowaego w projekce jedostk. Zaprezetowae w dalszej częśc modele pozwalają a aalzę ezawodośc gotowośc systemów w różych kombacjach struktury elemetów składowych dla różych staów eksploatacyjych. 2. Charakterystyka metody dekompozycj do szacowaa gotowośc układów eergetyczoapędowych statków rybackch Rozpatrując gotowość systemu, przyjmuje sę, że system ma elemetarą strukturę gotowośc wtedy, gdy steje taka lczba k (r, ), dla której system zajduje sę w stae gotowośc, gdy co ajmej k spośród elemetów systemu zajduje sę w stae gotowośc, przy czym dla systemu o szeregowej strukturze gotowośc k =, atomast dla systemu o rówoległej strukturze gotowośc k = r. System o strukturze elemetarej moża zastąpć układem jedoelemetowym scharakteryzowaym zmeą losową H, przyjmując wartość H = z prawdopodobeństwem A p oraz wartość rówą H = 0 z prawdopodobeństwem - A p. Przyporządkowae systemow o strukturze elemetarej układu jedoelemetowego azywa sę redukcją systemu.. Itroducto To carry out a aalyss of the relablty ad avalablty of power-propulso ad techologcal systems (further referred to as PPTSs) of fshg vessels, the PPTSs structures have bee modeled as show a smplfed dagram Fgure. Elemets of the system may be swtched o/off depedg o the vessel s operatoal mode [3]. Besdes, the systems uder cosderato do ot ecessarly cota all the compoets, as ths depeds o a partcular techcal soluto troduced the vessel desg. The models here preseted allow the relablty ad avalablty of the system to be aalyzed varous combatos of elemets ad for varous operatoal modes. 2. Characterstcs of the decomposto method for the estmato of fshg vessel power-propulso system avalablty Cosderg the system avalablty, we assume that the system has a elemetary structure of avalablty whe there exsts such umber k (r, ) for whch the system s the state of avalablty whe at least k elemets of the system are the state of avalablty, provded that for the system wth a seres avalablty structure k =, whle for the system wth parallel avalablty structure k = r. The system wth a elemetary structure ca be replaced by a sgle elemet system characterzed by the radom varable H, provded that the value H = wth the probablty A p ad the value H = 0 wth the probablty - A p. The assgmet of a sgle elemet system to a elemetary structure system s called the system reducto. Mateace ad Relablty r /200 49

2 NAUKA I TECHNIKA Rys.. Schemat ogóly SENT jedostek rybackch: slk apędu główego (SG) + stalacje pomoccze; 2 kolektor wydechowy SG; 3 układ wymay ładuku (fltr chłodca powetrza, turbosprężarka); 4 sprzęgło wału pośredego; 5 przekłada; 6 la wałów (wał pośred śrubowy, łożyska uszczelee pochwy wału); 7 śruba astawa lub stała; 8 dysza Korta śruby apędowej; 9 prądca wałowa prądu przemeego; 0 prądca wałowa prądu stałego; pompa r ; 2 pompa r 2; 3 hydraulczy układ apędowy wdy trałowej; 4 przekłada wdy trałowej apędzaej układem 3; 5 bębe wdy trałowej apędzaej układem 3; 3 hydraulczy układ apędowy (pompa-slk) wdy trałowej; 3a slk elektryczy wdy trałowej; 4 przekłada wdy trałowej apędzaej układem 3; 4a przekłada wdy trałowej apędzaej slkem 3a;5 bębe wdy trałowej apędzaej układem 3; 5a bębe wdy trałowej apędzaej slkem 3a;6 hydraulczy układ apędowy wdy secowej; 6a slk elektryczy wdy secowej; 7 przekłada wdy secowej apędzaej układem 6; 7a przekłada wdy secowej apędzaej slkem 6a;8 bębe wdy secowej apędzaej układem 6; 8a bębe wdy secowej apędzaej slkem 6a; 9 pompa (pompy) wody morskej (obsługa systemów eergetyczych techologczych); SAC sprzęgło rozłącze prądcy wałowej prądu przemeego; SDC sprzęgło rozłącze prądcy wałowej prądu stałego; SP sprzęgło rozłącze pompy r ; SP2 sprzęgło rozłącze pompy r 2; SW sprzęgło rozłącze pompy hydraulczego układu apędowego wdy 5; SW2 sprzęgło rozłącze pompy hydraulczego układu apędowego wdy 8; SH sprzęgło rozłącze slka hydraulczego układu apędowego wdy 5; SH2 sprzęgło rozłącze slka hydraulczego układu apędowego wdy 8; SWL sprzęgło rozłącze wału apędowego; x zespół (zespoły) elektroeergetyczy zaslay slkem spalowym; y e odbory elektrycze Fg.. A geeral dagram of PPTS of a fshg vessel: ma ege (ME) + auxlary stallatos; 2 exhaust mafold of ME; 3 charge exchage system (flter ad ar cooler, turbocharger); 4 termedate shaft couplg; 5 gearg; 6 shaftg (termedate ad propeller shafts, beargs ad shaft packg); 7 cotrollable or fxed ptch propeller; 8 Kort ozzle of the propeller; 9 AC shaft geerator; 0 DC shaft geerator; pump No. ; 2 pump No. 2; 3 hydraulc propulso system of trawl wch; 4 gearg of trawl wch drve by system 3; 5 trawl wch drum drve by system 3; 3 hydraulc propulso system (pump-motor) of trawl wch; 3a electrc motor of trawl wch; 4 gearg of trawl wch drve by system 3; 4a gearg of trawl wch drve by motor 3a;5 drum of trawl wch drve by system 3; 5a drum of trawl wch drve by motor 3a;6 hydraulc propulso system of et wch; 6a electrc motor of et wch; 7 gearg of et wch drve by system 6; 7a gearg of et wch drve by motor 6a;8 drum of et wch drve by system 6; 8a drum of et wch drve by motor 6a; 9 sea water pump (pumps) (servg power ad techologcal systems); SAC AC shaft geerator clutch; SDC DC shaft geerator clutch; SP pump No. clutch; SP2 pump No.2 clutch; SW hydraulc propulso system pump clutch of wch 5; SW2 hydraulc propulso system pump clutch of wch 8; SH hydraulc propulso system motor clutch of 5; SH2 hydraulc propulso system motor clutch of wch 8; SWL propulso shaft clutch; x electrc power ut (uts) powered by a desel ege; y other electrc recevers. Przyjmuje sę, że system ma prostą strukturę gotowoścową, jeżel metodą redukcj może być przekształcoy w system o strukturze elemetarej. W przecwym raze mów sę, że system ma złożoą strukturę gotowoścową. System ma strukturę gotowoścową prostą perwszego rzędu, jeżel metodą jedostkowej redukcj może być przekształcoy w system o strukturze elemetarej. System ma strukturę gotowoścową k-tego rzędu, jeżel metodą k-krotej redukcj może być przekształcoy w system o strukturze elemetarej. It s assumed that the system has a smple avalablty structure f t ca be coverted to a system wth elemetary structure by the reducto method. Otherwse t s sad that the system has a complex avalablty structure. The system has a smple avalablty structure of the frst order f by the method of ut reducto t ca be trasformed to a elemetary structure system. The system has a avalablty structure of the k-th order f by the method of k-fold reducto t ca be coverted to a elemetary structure system. 50 Eksploatacja Nezawodość r /200

3 Scece ad Techology Dekompozycja welokrota systemu została wykoaa za pomocą wyodręboego podzboru elemetów m, jeżel gotowość wyrażoa jest wzorem: m 2 A= P( X ) P( A X ) () = 0 p gdze: X - -ty sta gotowoścowy wyodręboego podzboru elemetów, X α - zbór staów gotowoścowych, tego podzboru, przy czym X X α. Jeżel X α = X dokoaa została dekompozycja zupeła. Jeżel wyodręboy podzbór elemetów jest podzborem jedoelemetowym, to występuje dekompozycja jedokrota. Metoda dekompozycj w sposób stoty upraszcza proces aalzy gotowośc systemów. Prawdopodobeństwo warukowe P A X pozwala wyzaczyć gotowość systemu przy steu ( p ) określoej formacj wstępej S p (S p - system początkowy - perwsza faza stea systemu) o rozważaym systeme. P A X wyzacza sę Prawdopodobeństwo warukowe ( p ) w te sposób, że każdemu wyodręboemu elemetow x W p (W p - zbór wszystkch zasobów przedmotowych - początkowo) w przypadku, gdy zajduje sę o w stae gotowośc przyporządkowuje sę operację zweraa, atomast w przypadku gdy system jest w stae egotowośc - operację rozweraa (przerywae elemetu w systeme). Rzeczywste systemy mają szeregową strukturę gotowośc podsystemów o strukturze typu k z. Wyka z tego, że poszczególe fukcje systemu realzowae są przez róże podsystemy. Odośe każdego podsystemu postawoe są wymagaa dotyczące lczby elemetów, z których podsystem powe sę składać oraz mmalej lczby elemetów k, pożej której system e może efektywe fukcjoować. Gotowość systemu w opsaej strukturze wyzaczaa jest ze wzoru: P( A) = P( A) (2) = gdze: P(A ) - prawdopodobeństwo zdarzea polegające a tym, że -ty podsystem systemu jest zdoly do rozpoczęca przygotowaa do realzacj zadań: j j P( A) = a ( a) k j (3) gdze: a - prawdopodobeństwo zdarzea polegające a tym, że elemet -tego podsystemu jest zdoly do rozpoczęca przygotowaa do realzacj zadań. Elemet systemu, w czase swego stea, przebywa w zborze E różych staów gotowoścowych. Dla urządzeń techczych są to stay: pracy, oczekwaa a pracę, przeglądu techczego, aprawy, tp. W zborze staów gotowoścowych E moża rozróżć podzbór staów gotowośc E + egotowośc E -. Ze zborów staów E + moża wydzelć podzbór staów e + E +, z którego elemet przechodz do zboru staów E -. Aalogcze, ze zboru E - moża wydzelć podzbór staów e - E -, z którego elemet przechodz do zboru staów E +. Elemet z puktu wdzea gotowośc jest opsay, jeżel zadae są: prawdopodobeństwa p j przejść elemetu z -tego do j-tego stau oraz dystrybuaty F j (t) czasu przebywaa elemetu w -tym stae pod warukem, że elemet przechodz do j-tego stau (, j =, 2,..., N; N - lczba staów gotowoścowych elemetu). The multple decomposto of the system s performed by a separated subset of elemets m, f the avalablty s expressed by ths formula: m 2 A= P( X ) P( A X ) () = 0 p where: X - -th avalablty state of a separated subset of elemets, X α - set of avalablty states of the subset, where X X α. If X α = X, the decomposto s complete. If a separated subset of elemets s a sgle elemet subset, the we deal wth a sgle decomposto. The decomposto method sgfcatly smplfes the aal- P A X yss of system avalablty. The codtoal probablty ( p ) allows to determe the avalablty of a system whe there exsts certa tal formato S p o the cosdered system (S p tal system frst phase of system exstece). P A X s determed The codtoal probablty ( p ) such a way that each separated elemet x W p (W p set of all objects - tally) the case t s the state of avalablty s assged the operato of swtchg o, whereas the case of system beg the state of uavalablty the operato of swtchg off (dscoectg the elemet the system). Actual systems have a seres avalablty structure of subsets wth the structure of k. It follows that partcular system fuctos are realzed by varous subsystems. Each subsystem has to meet requremets referrg to the umber of elemets, that the subsystem should cosst of, ad to the mmum umber of elemets k, below whch the system caot fucto effectvely. The system avalablty the descrbed structure s determed from ths formula: P( A) = P( A) (2) = where: P(A ) - probablty that the -th subsystem s capable of startg to get ready to the executo of tasks: j j P( A) = a ( a) k j (3) where: a - probablty of a evet reflectg the fact that the -th elemet of the subsystem ca start gettg ready to the executo of tasks. A system elemet durg ts exstece remas the set E of varous avalablty states. For techcal tems these states are as follows: operatg, stadby, mateace, repar etc. The subsets of avalablty states E + ad uavalablty E - ca be dstgushed the set of avalablty states E. Furthermore, from the sets of states E + we ca separate the subset of states e + E +, from whch a elemet passes to the set of states E -. Smlarly, from the set E - we ca separate the subset of states e - E -, from whch a elemet passes to the set of states E +. From the perspectve of avalablty, a elemet s descrbed whe the followg are preset: probabltes p j of trastos of a elemet from the -th to j-th state ad the dstrbuto fuctos F j (t) of the tme the elemet remas the -th state, o codto that the elemet passes to the j-th state (, j =, 2,..., N; N umber of avalablty states of the elemet). Mateace ad Relablty r /200 5

4 NAUKA I TECHNIKA Jeżel T + ozacza wartość oczekwaą czasu przebywaa elemetu w podzborze E +, a T - wartość oczekwaą czasu przebywaa elemetu w podzborze staów E -, gotowość elemetu systemu określoa jest wówczas wzorem: T+ lm a( t) = a= t T + T + Wartość oczekwaa czasów przebywaa elemetu w podzborach staów E + E - wyzaczyć moża ze wzorów: T+ = PT P pj E+ e+ j E (4) (5) T = PT P pj E e+ j E (6) gdze: T - wartość oczekwaa czasu przebywaa elemetu w -tym stae: gdze: N T = p T (7) j j Tj - wartość oczekwaa czasu przebywaa elemetu w -tym stae pod warukem, że elemet przejdze do j-tego stau: Tj = [ Fj ( t) ] dt (8) 0 Prawdopodobeństwo wystąpea -tego stau ozaczoe jest P wyrażoe wzorem: P = N D gdze: D - macerz uzyskaa z macerzy D[a j ]; a j = p j dla j; a j = - p j dla = j przez wykreślee -tej kolumy -tego wersza. W odeseu do wększośc systemów, a w szczególośc systemów zawerających dużą lczbę elemetów, jako kryterum ch gotowośc lub egotowośc przyjmuje sę ustaloy z góry procet elemetów, które powy zajdować sę w stae gotowośc, ażeby określoy system jako całość był w stae gotowośc. Waruek tak może być zapsay wzorem: D A A A gdze: = c, c +,..., -,, j (9) c ( c) k = ( ) c = = c c (0)! = c ( c)! [ ( c) ]! Zwększee gotowośc systemu w przypadku, kedy składa sę o z dużej lczby elemetów o gotowośc A > k/ zwększa jedye marges wymagaej gotowośc, atomast e wpływa a jej wzrost. Zwększee gotowośc systemu w przypadku, kedy składa sę o z dużej lczby elemetów o gotowośc A < k/ zmejsza jedye dystas, jak występuje pomędzy gotowoścą wymagaą, a gotowoścą rzeczywstą systemu, atomast e wpływa a jej wzrost. If T + deotes the expected tme of the elemet remag the subset E +, ad T - the expected value of tme the elemet remas the subset of states E -, the the avalablty of system elemet s descrbed wth ths formula: T+ lm a( t) = a= t T + T + The expected values of tmes the elemet remas the state subsets E + ad E - ca be determed from these formulas: T+ = PT P pj E+ e+ j E (4) (5) T = PT P pj E e+ j E (6) where: T - expected value of tme the elemet remas the -th state: N T = p T (7) j j where: Tj - expected tme whch the elemet wll rema the -th state o codto that the elemet passes to the j-th state: Tj = [ Fj ( t) ] dt (8) 0 The probablty that the -th state occurs, deoted as P, s expressed by ths formula: P = N D where: D - matrx obtaed from the matrx D[a j ]; a j = p j for j; a j = - p j for = j by deletg the -th colum ad -th row. I referece to most systems, partcularly those cotag a great umber of elemets, the crtero for system avalablty or uavalablty s assumed to be a predetermed percetage of those elemets that should be avalable order for a gve system as a whole to be the state of avalablty. Ths codto ca be wrtte as: D A A A where: = c, c +,..., -,, j (9) c ( c) k = ( ) c = = c c (0)! = c ( c)! [ ( c) ]! Icreased avalablty of a system that cossts of a great umber of elemets wth the avalablty A > k/ creases oly the marg of requred avalablty, but does ot crease the avalablty tself. Icreased avalablty of the system that cossts of a great umber of elemets wth the avalablty A < k/ decreases oly the tme legth that exsts betwee requred avalablty ad the actual avalablty of the system, but t does ot crease the avalablty tself. 52 Eksploatacja Nezawodość r /200

5 Scece ad Techology Maksymale zmay gotowośc systemu występują w poblżu wartośc A = k/ ± A, będącej wartoścą progową daego systemu. Szczególym przypadkem systemów typu k z są systemy typu z (k = ) oraz systemy typu z (k = ). Dla systemów typu z przyjmuje sę, że zajdują sę oe w stae gotowośc, jeżel przyajmej jede spośród obektów systemu zajduje sę w stae gotowośc. Gotowość systemu typu z moża zapsać wzorem: A z = ( A ) () = W przypadku gdy rozważoy system zawera wyłącze elemety jedorode, jego gotowość wyraża sę wzorem: A = ( A) (2) z Dla różych wartośc, z których wyka, że w marę jak lczba elemetów w systeme rośe, wzrasta róweż gotowość systemu, przy czym dla dużych wartośc system zajduje sę w stae absolutej gotowośc (A z = ) bez względu a gotowość jego elemetów (0 < A <). Dla systemów typu z przyjmuje sę, że zajdują sę oe w stae gotowośc jedye wówczas, gdy wszystke elemety systemu zajdują sę w stae gotowośc. Gotowość systemu typu z moża zapsać jako: A z = A (3) a w przypadku, kedy zawera o wyłącze elemety jedorode: Az = = A (4) wykoać a ( k ) W zależośc od rodzaju systemu moża stosować dekompozycję jedo- lub welokrotą. Dekompozycję k-krotą moża różych sposobów. Wybór krotośc dekompozycj oraz określoego podzboru elemetów podlegających dekompozycj (elemetów dekompoowaych) decyduje o lośc oblczeń. Waży wpływ a lość oblczeń ma róweż przyjęty sposób przeprowadzaa dekompozycj redukcj. Zaps aaltyczy struktury złożoe moża uzyskać poprzez dekompozycję struktur meszaych. Przeprowadza sę to drogą: --dekompozycj prostej, --dekompozycj złożoej. Dekompozycja prosta schematu blokowego -elemetowego systemu o strukturze złożoej prowadzoa jest względem jedego wybraego elemetu tego systemu zwaego elemetem dekompozycyjym. Blok odwzorowujący te elemet ależy usuąć ze schematu zastępując go kolejo stałym połączeem oraz przerwą. Zastąpee -tego bloku stałym połączeem jest rówoważe ze zdarzeem, że -ty elemet systemu zajduje sę w stae zdatośc (-ta współrzęda realzacj wektora staów jest rówa r). Zastąpee r-tego bloku przerwą jest rówoważe ze zdarzeem, że r-ty elemet systemu zajduje sę w stae ezdatośc (r-ta współrzęda realzacj wektora staów jest rówa 0). W wyku otrzymuje sę dwa schematy składające sę z - bloków. Elemet dekompozycyjy ależy doberać w tak sposób, aby schematy blokowe, uzyskae w wyku dekompozycj były schematam struktur meszaych. Maxmum chages system avalablty occur close to the value A = k/ ± A, beg the threshold value of a gve system. Systems of the (k = ) type ad systems of (k = ) type are a specal case of the systems k. It s assumed that systems are the state of avalablty f at least oe of system tems s the state of avalablty. avalablty ca be wrtte dow wth ths formula: A z = ( A ) () = Whe the cosdered system cotas oly homogeous elemets, ts avalablty s expressed as follows: A = ( A) (2) z The system avalablty creases for those varous values of whch mply that as the umber of elemets the system creases, the system avalablty also creases; for hgh values of the system the state of absolute avalablty (A z = ) regardless of the avalablty of ts elemets (0 < A <). For systems t s assumed that they are the state of avalablty oly whe all the system elemets are the state of avalablty. The avalablty of ths kd of system ca be wrtte as: A z = A (3) = whle the case t cotas oly homogeous elemets: Az = A (4) ( k ) Depedg o the kd of system, we ca use sgle or multple decomposto. The k-fold decomposto ca be performed ways. The choce of decomposto multplcty ad specfc subset of elemets subject to decomposto (elemets to be decomposed) determes the quatty of computato. Ths quatty also cosderably depeds o the adopted method of decomposto ad reducto. The aalytcal record of a complex structure ca be obtaed by the decomposto of mxed structures. The partcular steps clude: --smple decomposto, --complex decomposto. The smple decomposto of a block dagram of -elemet complex structure system s performed relatve to a selected elemet of that system called the decomposto elemet. The block represetg that elemet has to be deleted from the dagram ad replaced, subsequetly, by a costat coecto ad a dscoecto. The replacemet of a -th block by a costat coecto s equvalet wth a evet such as the -th elemet of the system s up state (-th coordate of state vector equals r). The replacemet of the r-th block by a dscoecto s equvalet wth a evet that the r-th elemet s dow state (r-th coordate of state vector equals 0). Cosequetly, we obta two dagrams cosstg of - blocks. The decomposto elemet should be chose such a way that the block dagrams obtaed from decomposto are dagrams of mxed structures. Mateace ad Relablty r /200 53

6 NAUKA I TECHNIKA 3. Oszacowae gotowośc systemu eergetyczoapędowego techologczego statku rybackego w wybraych staach pracy Podstawę do aalzy gotowośc systemu eergetyczo-apędowego techologczego statku rybackego staow schemat systemu przedstawoy a rys.. Ważejsze (podstawowe) stay pracy systemu to:. Podróż morska (statek ryback przemeszcza sę pomędzy łowskam /lub portam pracują wszystke elemety systemu za wyjątkem wd trałowych secowych). Możlwy jest przypadek pracującego slka główego apędzającego poprzez przekładę erozłączaly wał apędowy śruby, śrubę stałą lub o zmeym skoku z dyszą Korta, prądcę wałową prądu przemeego w pozycj zasprzęgloej, zastalowae w systeme ale rozsprzęgloe pompy wałowe wdy wałowe oraz ezastalowae lub wyłączoe wdy elektrycze. 2. Wydawae wyberae sec (pracują wszystke elemety systemu). Przypadek pracującego slka główego apędzającego poprzez przekładę erozłączaly wał apędowy śruby, śrubę stałą lub o zmeym skoku z dyszą Korta, prądcę wałową prądu przemeego w pozycj zasprzęgloej, zastalowae w systeme zasprzęgloe pompy wałowe wdy wałowe oraz ezastalowae wdy elektrycze. 3. Operacja trałowaa (pracują wszystke elemety systemu oprócz wd secowych). Przypadek pracującego slka główego apędzającego poprzez przekładę erozłączaly wał apędowy śruby, śrubę stałą lub o zmeym skoku z dyszą Korta, prądcę wałową prądu przemeego w pozycj zasprzęgloej, zastalowae w systeme zasprzęgloe pompy wałowe, zastalowaą zasprzęgloą wdę trałową oraz zastalowae rozprzęgloe wdy secowe wałowe ezastalowae wdy elektrycze. 4. Poławae w dryfe lub postój w porce (pracują zespoły prądotwórcze - e pracują wdy a apęd główy statku). Przypadek pracującego slka główego apędzającego poprzez przekładę prądcę wałową prądu przemeego przy rozsprzęgloym będącym w stae rozsprzęgloym wale apędowym śruby, śruby stałe bez dyszy Korta, zastalowae w systeme zasprzęgloe pompy wałowe, zastalowae rozsprzęgloe wdy wałowe ezastalowae lub ezałączoe wdy elektrycze. Ze względu a specyfkę strukturę pracy, wszystke elemety tworzą strukturę ezawodoścową szeregową, której gotowość określa zależość (3). Oszacowaa gotowośc systemu w opsaych powyżej staach dokoao a podstawe wartośc gotowośc zestawoych w tab. (wartośc gotowośc oraz tesywośc uszkodzeń przyjęto w oparcu o formacje zawarte w [4, ], a dla elemetów, których e wyszczególoo w [4, ] występują w przedstawoym modelach, przyjęto wartośc tesywośc uszkodzeń oraz gotowośc dla elemetów o ajbardzej zblżoych fukcjach /lub warukach pracy [, 2]. Uwzględając możlwość załączea poszczególych elemetów systemu w poszczególych staach pracy systemu oszacowae gotowośc dla wybraych przypadków. Podróż morska Dla przypadku pracującego slka główego apędzającego poprzez przekładę erozłączaly wał apędowy śruby, śruby 3. Estmato of the avalablty of power-propulso ad techologcal system of a fshg vessel selected operatoal modes The dagram Fgure provdes a bass for a aalyss of the avalablty of the power-propulso ad techologcal system of a fshg vessel. Major modes of operato of the system clude:. Sea passage (fshg vessel s movg betwee fshg grouds ad/or ports; except for trawl ad et wches all system elemets are operato). I oe case, the ma ege may ru drvg through gearg a dsegagable propeller, fxed or cotrollable ptch propellers wth the Kort ozzle, coupled AC shaft geerator; shaft pumps ad wches stalled the system are dsegaged, electrc wches are ether ustalled or swtched off. 2. Rug out ad haulg ets (all system elemets are operato). Ths s the case whe the ma ege through gearg drves the seedly coupled propeller shaft, fxed ptch propeller or cotrollable ptch propeller wth the Kort ozzle, coupled AC shaft geerator, stalled ad coupled shaft pumps ad trawl wches ad ustalled electrc wches. 3. Trawlg operato (except for et wches, all system elemets are operato). Ths s the case whe the ma ege through gearg drves the steadly coupled propeller shaft, fxed ptch propeller or cotrollable ptch propeller wth the Kort ozzle, coupled AC shaft geerator, stalled ad coupled shaft pumps, stalled ad coupled trawl wch, ad stalled ad ucoupled shaft-drve et wches ad ustalled electrc wches. 4. Drft fshg or stay port (all geeratg sets are rug, ether wches or ma propulso system are workg). Ths s the case whe the rug ma ege through gearg drves a AC shaft geerator whle the propeller shaft s dsegaged, the fxed ptch propeller does ot have the Kort ozzle, shaft pumps are stalled the system ad coupled, stalled shaft wches are ucoupled, whle electrc wches are ustalled or swtched off. Due to the specfc character ad structure of operato, all the elemets form a seres relablty structure, whose avalablty s descrbed by the relato (3). The system avalablty the above operatoal modes was estmated from the values of the avalablty lsted Table (values of avalablty ad falure rate are those gve [4, ], whle for elemets preset the models but ot cluded [4, ], the assumed values of falure rate ad avalablty are those of elemets wth possbly smlar fuctos ad/or operatg codtos [, 2]. The avalablty values for selected cases take to accout the possblty of swtchg o each elemet of the system partcular modes of operato. Sea passage I the case the ma ege drves through gearg a dsegagable propeller, fxed or cotrollable ptch propeller wth 54 Eksploatacja Nezawodość r /200

7 Scece ad Techology stałej lub o zmeym skoku z dyszą Korta, prądcę wałową prądu przemeego w pozycj zasprzęgloej, zastalowae w systeme, ale rozsprzęgloe pompy wałowe wdy wałowe oraz ezastalowae lub wyłączoe wdy elektrycze, a gotowość wpływają astępujące pracujące elemety systemu:, 2, 3, 9, SW2, 9, SAC, SW. 5, 8, 7, 6, 4, y, x (z rys. ). Gotowość dla tak połączoych elemetów o gotowoścach z tabel, tworzących szeregową strukturę ezawodoścową wyos 0,9823. Z kole, jeżel w układze apędowym e ma dyszy Korta, a gotowość wpływają astępujące pracujące elemety systemu:, 2, 3, 9, SW2, 9, SAC, SW. 5, 7, 6, 4, y, x (z rys.. Gotowość dla tak połączoych elemetów o gotowoścach z tabel, tworzących szeregową strukturę ezawodoścową wyos róweż 0,9823. Tab.. Tab.. Symbol Wartośc gotowośc tesywośc uszkodzeń elemetów systemu eergetyczo-apędowego techologczego statku rybackego. The values of avalablty ad falure rate of elemets of a power-propulso ad techologcal system of a fshg vessel. Ops elemetu / Elemet descrpto the Kort ozzle, coupled AC shaft geerator; shaft pumps ad wches stalled the system are dsegaged, electrc wches are ether ustalled or swtched off, the avalablty s affected by the followg operatg elemets of the system:, 2, 3, 9, SW2, 9, SAC, SW. 5, 8, 7, 6, 4, y, x (Fg. ). For thus coected elemets avalabltes Table makg up a seres relablty structure, the avalablty equals If, tur, the propulso system does ot have the Kort ozzle, the avalablty s affected by the followg operatg elemets of the system:, 2, 3, 9, SW2, 9, SAC, SW. 5, 7, 6, 4, y, x (Fg. ). The avalablty for thus coected elemets avalabltes Table makg up a seres relablty structure also amouts to Gotowość Avalablty a [-] Itesywość uszkodzeń Falure rate λ [0-6 h] Slk apędu główego stalacje pomoccze / Ma ege ad auxlary stallatos 0, Kolektor wydechowy slka apędu główego / Exhaust gas mafold of ma ege 0, Układu wymay ładuku / Charge exchage system 0, Sprzęgła wału pośredego / Itermedate shaft couplgs 0, ,3 5 Przekłada / Gearg 0, ,9 6 La wałów / Shaftg 0, , 7 Śruba apędowa / Propeller 0, ,3 8 Dysza śruby apędowej / Propeller ozzle ,2 9 Prądca wałowa prądu przemeego / AC shaft geerator 0, ,4 0 Prądca wałowa prądu stałego / DC shaft geerator 0, ,4 Pompa r / Pump No. 0, ,9 2 Pompa r 2 / Pump No. 2 0, ,9 3 Hydraulczy układ apędowy wdy trałowej / Trawl wch hydraulc propulso system 0, ,2 4 Przekłada wdy trałowej / Trawl wch gearg 0, ,9 5 Bębe wdy trałowej / Trawl wch drum 0,999993, 6 Hydraulczy układ apędowy wdy secowej / Hydraulc propulso system of et wch 0, ,2 7 Przekłada wdy secowej / Net wch gearg 0, ,9 8 Bębe wdy secowej / Net wch drum 0,999993, 3a Slk elektryczy wdy trałowej / Electrc motor of trawl wch 0, ,9 4a Przekłada wdy trałowej / Trawl wch gearg 0, ,9 5a Bębe wdy trałowej / Trawl wch drum 0,999993, 6a Slka elektryczwdy secowej / Electrc motor of et wch 0, ,9 7a Przekłada wdy secowej / Net wch gearg 0, ,9 8a Bębe wdy secowej / Net wch drum 0,999993, 9 Pompa wody morskej wraz z stalacją / Sea water pump ad stallato 0, ,5 SAC Sprzęgło rozłącze prądcy wałowej prądu przemeego / AC shaft geerator clutch 0, ,9 SDC Sprzęgła rozłącze prądcy wałowej prądu stałego / DC shaft geerator clutch 0, ,9 SP Sprzęgła rozłącze pompy wałowej r / Shaft pump clutches 0, ,9 SP2 Sprzęgła rozłącze pompy wałowej r 2 / Shaft pump 2 clutches 0, ,9 SW Sprzęgła rozłącze pompy hydraulczej apędu wdy trałowej Hydraulc pump clutches of trawl wch drve 0, ,9 SW2 Sprzęgła rozłącze pompy hydraulczej apędu wdy secowej Hydraulc pump clutches of et wch drve 0, ,9 SH Sprzęgło rozłącze slka hydraulczego apędu wdy trałowej Ege clutch of trawl wch hydraulc drve 0, ,9 SH2 Sprzęgło rozłączego slka hydraulczego apędu wdy Ege clutch of et wch hydraulc drve secowej 0, ,9 SWL Sprzęgło rozłącze wału apędowego statku / Shp s propeller shaft clutch 0, ,9 x Pomocczy zespół elektro-eergetyczy / Auxlary geeratg set 0, ,7 y Ie odbork eerg elektryczej / Other electrc power recevers 0, ,9 Mateace ad Relablty r /200 55

8 NAUKA I TECHNIKA W przypadku, gdy wał apędowy ma możlwość rozsprzęglea od apędzającego go slka apędu główego gotowość określają astępujące pracujące elemety systemu:, 2, 3, 9, SW2, 9, SAC, SW, 5, SWL, 8, 7, 6, 4, y, x lub, 2, 3, 9, SW2, 9, SAC, SW, 5, SWL, 7, 6, 4, y, x (z rys. ). Gotowość dla tak połączoych elemetów o gotowoścach z tabel, tworzących szeregową strukturę ezawodoścową, wyos po 0,982. Rodzaj śruby apędowej (stała lub o zmeym skoku) e ma wpływu a zmaę struktury a może meć jedye wpływ a wartośc gotowośc. Wydawae wyberae sec W przypadku pracującego slka główego apędzającego poprzez przekładę erozłączaly wał apędowy śruby, śruby stałej lub o zmeym skoku z dyszą Korta, prądcę wałową prądu przemeego w pozycj zasprzęgloej, zastalowae w systeme zasprzęgloe pompy wałowye wdy wałowe oraz ezastalowae wdy elektrycze, a gotowość wpływają astępujące pracujące elemety systemu:, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, 7, 8, 6, SH2, SW2, 2, SP2, 5, 8, 7, 6, 4, y, x (z rys. ). Gotowość dla tak połączoych elemetów o gotowoścach z tabel, tworzących szeregową strukturę ezawodoścową wyos 0,979. Jeżel w systeme e występuje dysza Korta, a gotowość wpływają astępujące pracujące elemety systemu:, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, 7, 8, 6, SH2, SW2, 2, SP2, 5, 8, 7, 6, 4, y, x (z rys. ), a gotowość dla tak połączoych elemetów o gotowoścach z tabel, tworzących szeregową strukturę ezawodoścową wyos róweż 0,979. Dla podsystemu techologczego wyposażoego tylko w wdy z apędem elektryczym a gotowość wpływają astępujące pracujące elemety systemu:, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 2, SP2, 5, 8, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a,y, x, lub, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 2, SP2, 5, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a,y, x (z rys. ), a gotowośc dla tak połączoych elemetów o gotowoścach z tabel, tworzących szeregową strukturę ezawodoścową wyoszą po Z kole jeżel jedostka rybacka wyposażoa jest zarówo w elektrycze jak apędzae od slka apędu główego wdy trałowe secowe to a gotowość wpływają astępujące pracujące elemety systemu:, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, 7, 8, 6, SH2, SW2, 2, SP2, 5, 8, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a,y, x, lub, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, 7, 8, 6, SH2, SW2, 2, SP2, 5, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a,y, x ( z rys. ), a gotowośc dla tak połączoych elemetów o gotowoścach z tabel, tworzących szeregową strukturę ezawodoścową wyoszą po 0,9770. Operacja trałowaa W operacj trałowaa pracujący slk główy apędzający poprzez przekładę erozłączaly wał apędowy śruby, śruby stałej lub o zmeym skoku z dyszą Korta, prądcę wałową prądu przemeego w pozycj zasprzęgloej, zastalowae w systeme zasprzęgloe pompy wałowe, zastalowaa zasprzęgloa wda trałowa oraz zastalowaa rozprzęgloa wda secowa wałowa ezastalowae wdy elektrycze tworzy szeregową strukturę ezawodoścową o elemetach, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, SW2, SDC, 5, 8, 7, 6, 4, y, x (z rys. ) gotowośc 0,9805, a w przypadku braku dyszy Korta tworzy strukturę o elemetach, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, SW2, SDC, 5, 7, 6, 4, y, x (z rys. ) róweż gotowośc 0,9805. I the evet the propeller shaft ca be dscoected from the ma ege, the avalablty depeds o the followg elemets:, 2, 3, 9, SW2, 9, SAC, SW, 5, SWL, 8, 7, 6, 4, y, x or, 2, 3, 9, SW2, 9, SAC, SW, 5, SWL, 7, 6, 4, y, x (Fg. ). For thus coected elemets avalabltes Table makg up a seres relablty structure, each avalablty equals The type of propeller (fxed or cotrollable ptch) does ot cause a chage of the structure, although t may affect the value of avalablty. Rug out ad haulg ets I the case whe the ma ege through gearg drves the steadly coupled propeller shaft, a fxed ptch propeller or cotrollable ptch propeller wth the Kort ozzle, coupled AC shaft geerator, stalled ad coupled shaft pumps ad trawl wches ad ustalled electrc wches, the avalablty depeds o the followg operatg elemets of the system:, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, 7, 8, 6, SH2, SW2, 2, SP2, 5, 8, 7, 6, 4, y, x (Fg. ). For thus coected elemets avalabltes Table makg up a seres relablty structure, the avalablty equals If there s o Kort ozzle the system, the avalablty s affected by the followg operatg system elemets:, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, 7, 8, 6, SH2, SW2, 2, SP2, 5, 8, 7, 6, 4, y, x (Fg. ), ad for thus coected elemets avalabltes Table makg up a seres relablty structure, the avalablty equals For the techologcal subsystem equpped wth electrcallydrve wches oly, the avalablty depeds o these operatg system elemets:, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 2, SP2, 5, 8, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a,y, x, lub, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 2, SP2, 5, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a,y, x, ad the values of avalablty for thus coected elemets makg up a seres relablty structure are equal to each case. If a fshg vessel s ftted wth both electrc ad ma ege shaft-drve trawl ad et wches, the avalablty wll deped o the followg operatg system elemets:, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, 7, 8, 6, SH2, SW2, 2, SP2, 5, 8, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a,y, x or, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, 7, 8, 6, SH2, SW2, 2, SP2, 5, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a,y, x (Fg ). The respectve avalablty for thus coected elemets avalabltes Table makg up a seres relablty structure each case equals Trawlg operato Whe the shp s egaged trawlg, the ma ege through gearg drves the steadly coupled propeller shaft turg a fxed ptch propeller or cotrollable ptch propeller wth the Kort ozzle, coupled AC shaft geerator, stalled ad coupled shaft pumps, stalled ad coupled trawl wch, ad stalled ad ucoupled shaft-drve et wches ad ustalled electrc wches. Ths seres relablty structure cossts of these elemets:, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, SW2, SDC, 5, 8, 7, 6, 4, y, x (Fg. ) ad ts avalablty equals Whe there s o Kort ozzle, ts structure cossts of, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, 4, 5, 3, SH, SW, SW2, SDC, 5, 7, 6, 4, y, x (Fg. ) ad the avalablty s also Eksploatacja Nezawodość r /200

9 Scece ad Techology Jeżel podsystem techologczy wyposażoy jest tylko w wdy z apędem elektryczym to strukturę szeregową tworzą elemety, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, SDC, 5, 8, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, y, x lub, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, SDC, 5, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, y, x (z rys. ) o gotowoścach po 0,9805. Z kole jeżel jedostka rybacka wyposażoa jest zarówo w elektrycze jak apędzae od slka apędu główego wdy trałowe secowe, to strukturę szeregową tworzą elemety, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, SDC, 5, 8, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 4, 5, 3, SH, SW, SW2, y, x lub, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, SDC, 5, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 4, 5, 3, SH, SW, SW2, y, x (z rys. ) o gotowoścach po 0,9794. Poławae w dryfe lub postój w porce W czase poławaa w dryfe lub podczas postoju w porce pracują zespoły prądotwórcze (e pracują wdy a apęd główy statku). Szeregową strukturę ezawodoścową tworzą elemety, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 2, SP2, 5, SWL, 4, x, y ( z rys. ), której oszacowaa gotowość wyos 0,9805. W przypadku pracy prądcy wałowej prądu stałego szeregową strukturę ezawodoścową tworzą elemety, 2, 3, 9,, SP, 2, SP2, 0, SDC, 5, SWL, 4, x, y (z rys. ), której oszacowaa gotowość wyos róweż 0,9805. Jeżel statek e ma możlwośc rozsprzęglea wału apędowego, aby slk główy w czase dryfowaa lub postoju w porce mógł apędzać prądcę wałową, wówczas eerga elektrycza produkowaa jest wyłącze poprzez pomoccze zespoły prądotwórcze jest szacowaa tylko ch gotowość. 4. Podsumowae Zaprezetowaa aalza przedstawa oszacowae gotowośc dla jedego z ajprostszych przypadków gotowośc, gdy struktura elemetów w czase różych staów pracy jest szeregowa. Zdecydowaa wększość kutrów rybackch pracujących a polskm wybrzeżu Bałtyku charakteryzuje sę opsaym staam pracy. Bardzej złożoe systemy ezawodoścowe aalzowae są w pracach [5, 6, 7, 8, 9, 0]. Róweż prace te zawerają ops zastosowae ych bardzej złożoych metod użytych do szacowaa ezawodośc gotowośc systemów techczych słow okrętowych. If the techologcal subsystem s equpped wth electrc wches oly, the seres structure cossts of these elemets:, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, SDC, 5, 8, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, y, x or, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, SDC, 5, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, y, x (Fg. ) ad ether case the avalablty equals If a fshg vessel s ftted wth both electrc ad ma ege shaft-drve trawl ad et wches, the seres structure cludes the elemets, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, SDC, 5, 8, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 4, 5, 3, SH, SW, SW2, y, x or, 2, 3, 9, 2, SP2, 9, SAC, SDC, 5, 7, 6, 4, 3a, 4a, 5a, 4, 5, 3, SH, SW, SW2, y, x (Fg. ), both presetg the avalablty equal Drft fshg or stay the port Whle drft fshg or stayg the port, shp s geeratg sets are operato (ether wches or ma ege are rug). The seres relablty structure cossts of the elemets, 2, 3, 9,, SP, 9, SAC, 2, SP2, 5, SWL, 4, x, y (Fg. ). The estmated avalablty of ths structure s equal to Whe the DC shaft geerator s swtched o, the seres relablty structure s composed of the elemets, 2, 3, 9,, SP, 2, SP2, 0, SDC, 5, SWL, 4, x, y (Fg. ), ad ts estmated avalablty also amouts to If the vessel propeller shaft caot be dsegaged, so that the ma ege wll drve the shaft geerator durg drftg or stayg alogsde the berth, the electrc power s produced oly by auxlary geeratg sets ad ther avalablty oly s estmated. 4. Summary The above aalyss presets the estmato of avalablty for ts rather smple case,.e. whe varous operatoal states represet a seres structure. Most of the vessels operatg off the Polsh Baltc coast are characterzed by such operatoal state. More complex relablty systems have bee aalyzed the works [5, 6, 7, 8, 9, 0], whch also clude a descrpto ad use of more sophstcated methods for the estmato of relablty ad avalablty of mare power plat systems. 5. Refereces. Ave T. Relablty/Avalablty Academcs of Coheret Systems Based o Mmal Cut Sets. Relablty Egeerg 985; 3: Ave T. Relablty Academc of Multstate Systems wth Multstate Compoets. IEEE Trasactos o Relablty 985; 5(R- 34): Balcersk A, Bocheńsk D. Układy techologcze eergetycze jedostek oceaotechczych. Gdańsk: Wyd. Poltechk Gdańskej, Duda-Gwazda J. Nezawodość okrętowych słow spalowych. Sformułowae problemu propozycja jego rozwązaa. Raport Techczy Nr RT-95/T-0. Gdańsk: Cetrum Techk Okrętowej, Matuszak Z. Sposób ocey stau techczego urządzeń słow okrętowej. Gdya: Materały XIII Mędzyarodowego Sympozjum Słow Okrętowych 99; Matuszak Z. Szacowae ezawodośc słow okrętowych metodą przekrojów ezdatośc dekompozycj. Gdya: Materały XIII Mędzyarodowego Sympozjum Słow Okrętowych 99; Matuszak Z. Szacowae ezawodośc stalacj słow okrętowej jako systemu odpowedzalego za pracę slka główego. Gdya: Materały Koferecj Naukowo-Techczej EXPLO-SIL 92 Eksploatacja slków spalowych o zapłoe samoczyym. Cześć 2: 992; Matuszak Z. Szacowae ezawodośc systemu zaslaa palwem urządzeń słow. Gdańsk: Materały a X Sympozjum Palw Płyych Produktów Smarowych w Gospodarce Morskej. Jarosławec 993; Referat r Matuszak Z, Polek W. Program do wstępego szacowaa ezawodośc elemetów stalacj słow okrętowych. Gdya: Mateace ad Relablty r /200 57

10 NAUKA I TECHNIKA 0.. Materały XV Mędzyarodowego Sympozjum Słow Okrętowych 993; Matuszak Z. Wybór metody do szacowaa ezawodośc stalacj słow okrętowych.. Nezawodość Bezpeczeństwo. Problemy Eksploatacj 993; 7: OREDA. Offshore Relablty Data Hadbook. Høvk: 3-rd Edto. Det Norske Vertas, 997. Dr hab. ż. Zbgew MATUSZAK Zakład Słow Okrętowych Istytut Techczej Eksploatacj Słow Okrętowych Akadema Morska w Szczece Ul. Wały Chrobrego r -2, Szczec, Polska e-mal: zbgma@o2.pl 58 Eksploatacja Nezawodość r /200