Глава пятая
ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ КАБЕЛЬНЫХ ТРАСС В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
5.1. Общая постановка задачи
Надежность кабельных трасс как перемонтируемых объектов характеризуется понятиями долговечности и сохраняемости. Долговечность — это свойство изделий сохранять работоспособность до предельного состояния при заданных условиях эксплуатации (ГОСТ 27.002—83). Сохраняемость - это свойство изделий сохранять исправное и работоспособное состояние в течение срока сохраняемости и после него, а также транспортировки в заданных условиях. Долговечность и сохраняемость имеют такие количественные показатели, как наработка, ресурс, сроки службы и сохраняемости,
Ввиду того что в процессе эксплуатации кабельных трасс не возможен учет наработки и ресурса, при диагностике опираются на сроки службы и сохраняемости. Под сроком службы понимается календарная продолжительность эксплуатации кабельных трасс от момента завершения монтажа до наступления предельного состояния. Срок сохраняемости — это календарная продолжительность хранения трасс в заданных условиях, в течение и после которого сохраняются значения заданных показателей в установленных пределах.
Кабельная трасса как система состоит из ряда элементов (см, рис. 1.2). Ввиду отсутствия научно обоснованных и экономически целесообразных методов ускоренных испытаний на долговечность истинные законы распределения сроков службы элементов кабельных трасс неизвестны. Поэтому в практике используется понятие назначенного срока службы — календарной продолжительности эксплуатации кабельных трасс, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено. Назначенный срок службы устанавливают с некоторым запасом на основе опыта эксплуатации аналогичных устройств, а также оценки долговечности конструкционных материалов. После истечения назначенного срока службы возникает задача диагностики технического состояния кабельных трасс с целью прогнозирования остаточного срока их службы.
Судовые кабели относятся к наиболее важному функциональному элементу трассы. Следуя в основном понятиям, введенным В. В. Болотиным [5, 6] в теории надежности, а также в теории прогнозирования ресурса машин и конструкций, можно сформулировать задачу диагностики технического состояния кабельных трасс следующим образом.
Рис. 5.1. Плоскости состояний (а), качества кабелей (б) и внешних воздействий на них (в)
Кабель в трассе рассматривается как объект функционирования и взаимодействия с окружающей средой. Состояние кабеля в каждый календарный момент времени t описывается с помощью вектора и — элемента пространства состояний U. Каждой реализации процесса u(t) соответствует некоторая траектория в фазовом пространстве состояний U.
Как известно, процесс старения кабелей с резиновой оболочкой связан в первую очередь с деструкцией материала оболочки, а затем и изоляции жил Кроме того, на дискретных опорах трасс наблюдается ползучесть материалов оболочки и изоляции и2, Для примера на рис. 5.1 изображены плоскость состояний кабеля, включающего всего лишь два параметра их и м2, а также реализация процесса 17(ί) в этой плоскости,
Внешние воздействия на кабель в трассе характеризуются векторным процессом <?(/), где q — вектор воздействий из соответствующего пространства воздействий Q. В пространство воздействий входят температура окружающей среды qt, влажность воздуха q2, амплитуда вибрации q3, ускорение вибрации ρ4 и т. д, (см. рис/ 5.1, в). Уравнение состояний кабеля можно записать в общем виде: u = D [g], где D — некоторый оператор, реализующий выбранную расчетную схему и метод расчета. При известном процессе нагружения q(t) этот оператор дает значения процесса u(t) изменения состояний кабеля. Начальные условия входят в оператор ДD. Технические условия эксплуатации, требования эффективности накладывают ограничения как на параметры состояния кабеля, так и на некоторые другие параметры, не входящие в число компонент вектора u, но выражаемые через него. Совокупность этих параметров образует вектор качества ν в пространстве качества V. Это пространство также является фазовым: каждой траектории и (t) в пространстве U соответствует траектория ν (t) в пространстве V. Иногда эти пространства совпадают, а иногда V есть подпространство по отношению к U. Так, для измерения деструкции резиновой оболочки их кабелей (см. рис. 5.1, а) в пространстве качества V используется относительное удлинение ν при разрыве образца оболочки, а для наблюдения ползучести и2 — изменение диаметра кабеля v2 на опоре (см. рис. 5.1, б). Связь между вектором состояний кабеля и вектором качества имеет вид V=M[u], где оператор M считается заданным,
Множество значений вектора ν, допустимых по техническим условиям эксплуатации, образует в пространстве качества V область Ω.
Таблица 5.1. Показатели предельного состояния кабелей в трассах
Границе Ω соответствует предельная поверхность Г в пространстве качества V. Пусть по условию при t= t0 вектор v находится в допускаемой области. Тогда первое пересечение процессом v (t) предельной поверхности Г во внешнюю область соответствует наступлению отказа. На рис. 5.1, в в качестве примера показана плоскость качества v1v2 с границей предельного состояния Г и областью Ω. Область предельного состояния кабелей задана показателями, сведенными в табл. 5.1. Ввиду того, что в настоящее время не достаточно изучен оператор D в уравнении состояния кабелей, на практике задача диагностики решается эмпирическим путем.
