Расчет надежности технических средств защиты людей от опасных факторов пожара

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

1. На основании статистических данных, накопленных при эксплуатации однотипных ТСЗЛ, вычисляют параметры потоков скрытых и явных отказов:

ω_c = Σn_c / Σ t_i;                                               (1)

ω_я = Σn_я / Σ t_i,                                               (2)

где Σn_c, Σn_я – суммарное число скрытых и явных отказов, выявленных при эксплуатации m однотипных ТСЗЛ (однотипными считаются ТСЗЛ одинаковой конструкции, функционального назначения и с близкими тактикотехническими параметрами);

t_i – наработка i – го ТСЗЛ.

При отсутствии статистических данных по отказам ТСЗЛ ωc и ωя определяют методом структурной схемы (рис. 2, 3):

ω_c = Σλ_сj;                                                       (3)

ω_я = Σλ_яj.                                                      (4)

 

Рис.2. Блок-схема безотказности. Последовательное соединение элементов TC3Л: 1–j - номера элементов; λ_c, λ_я - интенсивности скрытых и явных отказов соответствующих элементов.

 

Рис 3. Блок-схема безотказности. Смешанное соединение элементов TC3Л:

1– j - номера элементов; элементы 4-6 дублированы при нагруженном резерве;

λ_c, λ_я - интенсивности скрытых и явных отказов соответствующих элементов.

 

Для этого ТСЗЛ представляют структурной схемой, на которой его основные элементы изображают в виде последовательно и параллельно соединенных звеньев, выражающих безотказность отдельных элементов (рис 2,3). Структурную схему составляют с учетом того, что отказ любого основного элемента при последовательном соединении приводит к отказу ТСЗЛ, а при параллельном соединении элементов отказ ТСЗЛ произойдет при отказе не только основного, но и всех резервных элементов, предназначенных для выполнения функций основного элемента в случае отказа последнего.

Метод структурной схемы позволяет вычислять параметры потоков отказов ТСЗЛ по известным интенсивностям отказов составляющих элементов, которые представлены в приложении 4.

При смешанном соединении элементов участок с основными и резервными элементами приводят к эквивалентной интенсивности отказов одного условного элемента с тем, чтобы всю схему можно было представить в виде последовательно соединенных элементов. При равенстве интенсивностей отказов основного и резервного элементов:;

                                   (5)

 

                          (6)

где λ_су(4-5) - эквивалентная интенсивность скрытых отказов одного условного элемента, мыслимого вместо основных и резервных элементов 4, 5 (рис. 3);

λ_яу(6) - эквивалентная интенсивность явных отказов одного условного элемента, мыслимого вместо основного и резервного элементов 6 (рис. 3).

Если интенсивности отказов основного и резервного элементов не равны, то эквивалентная интенсивность отказов одного условного элемента, мыслимого вместо них, равна произведению их интенсивностей отказов.

Далее ω_c и ω_я определяют по схемам с последовательным соединением элементов, причем вместо основных и резервных элементов в схемах изображают условные элементы с эквивалентными интенсивностями отказов (для некоторых типов ТСЗЛ ω_c, ω_я, t_в представлены в прил. 5).

2. Вычисляют интенсивность восстановления μ работоспособности ТСЗЛ:

μ = 1 / t_в.                                             (7)

Среднее время до восстановления t_в работоспособности ТСЗЛ определяют по статистическим данным. Формулу (7) применяют в случае, когда к восстановлению работоспособности ТСЗЛ приступают немедленно после обнаружения явного отказа. Если же к восстановлению работоспособности приступают после некоторого времени задержки, обусловленной административными или иными причинами, в формуле (7) вместо t_в подставляют t_я, которое включает t_в и время задержки по указанным причинам.

Если после обнаружения явного отказа ТСЗЛ немедленно замещается другим работоспособным ТСЗЛ (например, неработоспособное пожарное конатно-спускное устройство заменяют работоспособным), t_в в формуле (7) оказывается равным нулю, а µ → ∞.

3. Величины τ и t_то в общем случае назначают в зависимости от средств, выделяемых на систему технического обслуживания ТСЗЛ. При этом необходимо иметь ввиду, что существует оптимальное время τ_о, при котором вероятность нахождения ТСЗЛ в неработоспособном состоянии будет минимально возможной при данных условиях. Задавшись, с учетом средств выделяемых на техническое обслуживание, временем t_то, вычисляют оптимальное время периодичности технического обслуживания τ_о:

для нерезервированного ТСЗЛ  

 = (2 t_то / ω_c) ^0,5;                                         (8)

для дублированного ТСЗЛ с общим резервированием и нагруженным резервом

 = (3 ω_я t_то / µ ω_c²)^1/3.                                         (9)

Описанная ситуация графически изображена на рис. 4.

 

Рис.4. Зависимость вероятности К неработоспособного состояния ТСЗЛ от дежурного времени: τ; τ⁰ - оптимальное значение τ, при котором достигается минимально возможная вероятность неработоспособного состояния ТСЗЛ.

 

Из рис.4 следует, что одно и то же значение К ^* реализуется при различных значениях τ. Экономически выгодным оказывается большее значение, так как техническое обслуживание необходимо проводить значительно реже.

4. Вычисляют интенсивность требований λ_т на выполнение ТСЗЛ требуемых функций (интенсивность требований предотвращать воздействие ОФП на людей). В каждом случае это число обосновывают с учетом конкретной обстановки, в общем случае вычисляют по формуле (10):

λт = ΣN_пс / ΣN, (10)

где ΣN_пс – суммарное число погибших и травмированных при пожарах людей в однотипных объектах за предыдущий год (или усреднѐнное годовое число за последние два-три года);

ΣN – суммарное номинальное число людей в однотипных объектах.

5. Вычисляют вероятность Р_н того, что ТСЗЛ за время Т = 1 год будет застигнуто пожаром в неработоспособном состоянии и на людей будут воздействовать ОФП (пожарный риск). Если ТСЗЛ предназначено для спасания только одного человека (например, индивидуальное пожарное канатно-спускное устройство), Рн вычисляют по формуле:

Р_н = λ_т Т (К_с + К_я + К_то);                              (11)

К_с = ω_c τ / 2;                                     (11.1)

К_я = ω_я / μ;                                       (11.2)

К_то = t_то / τ.                                      (11.3)

Вычисленное по формуле (11) Р_н сравнивают с нормативным (допустимым) значением 10^-6

Если Р_н ≤ 10^-6, требования Технического регламента соблюдаются, если                 Р_н > 10-6, данное ТСЗЛ надо менять на ТСЗЛ другого типа – более надежное, если же Р_н << 10^-6, надежность ТСЗЛ намного превышает надежность, требуемую данной ситуацией, а достижение этой надежности требует излишних капитальных и эксплуатационных расходов.

Чтобы снизить эксплуатационные расходы, необходимо увеличить дежурное время τ (чем больше τ, тем реже проводят техническое обслуживание). Для этой цели по формуле (12) определяют два значения τ, которые обеспечат Рн = 10^-6. Большее значение τ позволяет обеспечить требуемую Техническим регламентом безопасность людей при минимальных эксплуатационных расходах:

,                    (12)

где  ; N – число людей, жизнь которых защищает данное ТСЗЛ.

Задача 1. Планируется укомплектовать 16 этажную гостиницу на N = 500 мест со второго этажа и выше индивидуальными пожарными спасательными устройствами канатно-спускного типа. Средства, выделяемые на эксплуатационные расходы, позволяют назначить такую стратегию технического обслуживания, которая включает техническое обслуживание устройств с периодичностью не менее τ = 0,5 года (дежурное время) при средней продолжительности технического обслуживания t_то = 8 часов = 0,000913 года. Ранее m = 100 устройств этого типа прошли эксплуатационные испытания в течение t_i = 2 лет каждое, причем за это время на 100 устройств было обнаружено Σn_c = 12 скрытых и Σn_я = 4 явных отказов. Среднее время восстановления работоспособности (время устранения неисправности) устройства составило tв = 3 часа = 0,000342 года, среднее время неработоспособного состояния по причине явных отказов t_я = 6 часов = 0,000685 года.

Вычислить:

1. Индивидуальный пожарный риск Р_н в гостинице при назначенной стратегии технического обслуживания спасательных устройств;

2. Оптимальное значение (дежурное время), при котором индивидуальный пожарный риск в гостинице достигает минимально возможное значение Р_нм;

3. Минимальное и максимальное значения τ (дежурное время), при которых индивидуальный пожарный риск не превышает допустимого Техническим регламентом [1]значения;

4. Результаты вычислений представить в графической и в табличной форме;

5. Сделать заключение о возможности снижения индивидуального пожарного риска в гостинице до допустимого уровня путем снабжения каждого постояльца гостиницы индивидуальным пожарным спасательным устройством, а также о возможности снижения эксплуатационных расходов за счет увеличения дежурного времени τ сверх указанного в условии задачи.

 

6. Если нерезервированное ТСЗЛ предназначено для одновременной защиты от ОФП в среднем N человек круглосуточно в течение года находящихся на объекте (например, автоматическая установка пожаротушения в медицинской барокамере), расчет производят по неравенству: 15. (13) Если ТСЗЛ дублировано (резервирование общее, резерв нагруженный), расчет производят по неравенству (14), которое выведено для случая, когда технические обслуживания резервного и резервируемого ТСЗЛ смещены по времени так, что при техническом обслуживании одного ТСЗЛ другое обязательно находится в режиме дежурства:. (14) Соблюдение неравенств (13) и (14) означает, что уровень обеспечения безопасности людей не ниже требуемого Техническим регламентом [1]. Однако, если левые части неравенств значительно меньше правых, надежность ТСЗЛ в данной ситуации чрезмерна и на поддержание этой надежности тратятся излишние эксплуатационные расходы. Эти расходы можно сократить до минимума следующим образом. Для нерезервированного ТСЗЛ, как описано в п.5, по формуле (12) вычисляют два значения τ. Большее значение позволит обеспечить требуемую Техническим регламентом [1] безопасность людей при минимальных эксплуатационных расходах. Для дублированного ТСЗЛ (резервирование общее, резерв нагруженный) в неравенство (14) подставляют различные значения τ и методом последовательного приближения левой части неравенства к правой вычисляют предельное значение τ, при котором левая часть не будет превышать правую. При необходимости проведения расчетов с перебором большого числа вариантов ТСЗЛ при различных исходных данных (например, при проектировании ТСЗЛ), предельное значение τ можно вычислить из уравнения (15):, (15) где; Это уравнение решается с помощью ПЭВМ с применением стандартной программы. 7. При защите людей на объекте двумя, тремя или четырьмя ТСЗЛ различного типа, например, автоматической установкой пожаротушения (АУП), системой противодымной защиты (ПДЗ), системой пожарной сигнализации (СПС), системой оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре (СОУЭ), расчет производят следующим образом. 7.1. Если все типы ТСЗЛ конструктивно и функционально скомпонованы как единая система противопожарной защиты (СПЗ) объекта так, что срабатывание (от- 16 каз) одного ТСЗЛ, например, АУП, приводит к срабатыванию (отказу) других ТСЗЛ, по формулам (1-6) вычисляют ωc, ωя каждого типа ТСЗЛ. 7.2 Вычисляют ωc (СПЗ) и ωя (СПЗ) единой системы противопожарной защиты: ωc (СПЗ) = ωc (АУП) + ωc (ПДЗ) + ωc (СОУЭ) + ωc (СПС); (16) ωя (СПЗ) = ωя (АУП) + ωя (ПДЗ) + ωя (СОУЭ) + ωя (СПС). (17) 7.3. С учетом п.2 вычисляют интенсивность восстановления µ (СПЗ) единой системы противопожарной защиты:, (18) где tв(i) - среднее время восстановления ТСЗЛ i-го типа; l - число типов ТСЗЛ. В частности, если объект снабжен четырьмя ТСЗЛ различного типа, как указано в п.7:. (19) 7.4. Далее расчет производят по формулам (8,10, 11.1-11.3, 12,13). 7.5. Если все типы ТСЗЛ конструктивно и функционально представляют собой автономные, полностью независимые друг от друга технические средства так, что отказ одного ТСЗЛ не влияет на работоспособность других ТСЗЛ, по формулам (1-8, 11.1-11.3, 12) вычисляют Кс, Кя, Кто каждого ТСЗЛ в отдельности и полученные значения суммируют для определения К(АУП), К(ПДЗ), К(СОУЭ), К(СПС): К(АУП) = Кс(АУП) + Кя(АУП) + Кто(АУП); (20) К(ПДЗ) = Кс(ПДЗ) + Кя(ПДЗ) + Кто(ПДЗ); (21) К(СОУЭ) = Кс(СОУЭ) + Кя(СОУЭ) + Кто(СОУЭ); (22) К(СПС) = Кс(СПС) + Кя(СПС) + Кто(СПС). (23) 7.6. Вычисляют вероятность того, что все четыре типа ТСЗЛ окажутся неработоспособными: К(4) = К(АУП) · К(ПДЗ) · К(СОУЭ) · К(СПС). (24) 7.7. Полученное значение К(4) сравнивают, как описано в п.6, с правой частью неравенства (13):. (25)

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: