Эксплуатационная надежность санитарно-технической арматуры

А. П. Свинцов, д-р техн. наук, Российский университет дружбы народов

С. В. Гусаков, д-р техн. наук, Российский университет дружбы народов

Ю. П. Рыбаков, д-р физ.-мат. наук, Российский университет дружбы народов

В настоящее время непосредственное обследование состояния санитарно-технической арматуры в жилых зданиях сопряжено со значительными трудностями организационного характера. В этой связи наиболее доступными источниками данных о повреждениях и неисправностях санитарно-технической арматуры служат журналы диспетчерской службы, в которых фиксируется следующая информация: дата поступления заявки, адрес, где замечена неисправность, номер контактного телефона, содержание заявки, время поступления заявки, время выполнения работы, фамилия ремонтирующего сантехника, расход материалов.

В большинстве квартир жилищного фонда установлен стандартный набор санитарно-технического оборудования: мойка со смесителем, ванна и умывальник с одним общим смесителем, унитаз со смывным бачком.

Опыт эксплуатации систем внутреннего водопровода показывает, что смесители чаще всего выходят из строя из-за неисправностей следующих элементов: запорная пара вентильной головки поршневого типа, уплотнение шпинделя, переключатель потока смесителя для умывальника и ванны, уплотнительное кольцо в узле крепления излива к корпусу смесителя, гибкий шланг смесителя для умывальника и мойки, душевая сетка на гибком шланге. На рис. 1 представлены вентильные головки смесителей, наиболее широко применяемых в системах санитарно-технического оборудования жилых зданий. Запорная пара вентильной головки поршневого типа чаще выходит из строя из-за истирания или смятий резиновой уплотнительной прокладки, образования неровностей на рабочей поверхности от кавитационных раковин в седле запорного элемента. Указанные повреждения приводят к утечкам воды, а также к непроизводительным ее расходам в процессе регулировки требуемого расхода и температуры воды.

Нарушение уплотнения шпинделя, узла соединения излива с корпусом, гибкого шланга, а также неисправность переключателя потока относятся к незначительным неисправностям арматуры и не приводят к заметным потерям воды, а также к нарушениям в бесперебойности водоснабжения домохозяйства в целом.

Рисунок 1. Вентильные головки смесителей а – поршневого типа; б – шайбового типа; 1– рукоять; 2 – гайка; 3 – уплотнение шпинделя ; 4 – шпиндель; 5 – корпус; 6 – запорная пара; 7 – резиновая прокладка; 8 – керамические диски

Снижение значений показателей надежности смывных бачков

Образование кавитационных раковин на рабочих поверхностях запорной пары поплавкового клапана приводит к утечкам воды, интенсивность которых изменяется со сменой режима водоразбора и, соответственно, давления в сети внутреннего водопровода.

Утечки воды через спускную арматуру образуются из-за деформации рабочей поверхности донного клапана, а также из-за его смещения с посадочного гнезда.

В настоящей работе представлены результаты исследования закономерностей изменения показателей безотказности смесительной арматуры для моек и умывальников, а также наполнительной и спускной арматуры для смывных бачков в жилом микрорайоне Юго-Западного административного округа г. Москвы. Исследования проводились на основе анализа регистрационных журналов диспетчерской службы за 2005–2008 годы. В сферу обслуживания диспетчерской входит 3231 квартира в 9 жилых домах.

При анализе записей получены данные за четырехлетний период наблюдений и установлены основные неисправности, случайное совпадение которых приводит к отказам. После идентификации повреждений санитарно-технической арматуры выполнена предварительная статистическая обработка данных: вычисление выборочных средних, среднеквадратических отклонений и доверительных интервалов. Другим важным этапом статистической обработки был отсев грубых погрешностей, возможных при переписывании данных в протоколы наблюдений. Для эффективного и корректного использования данных наблюдений выполнена проверка статистических гипотез по определению закона распределения.

Нарушение работы санитарно-технического оборудования обусловлено различными случайными событиями и процессами. В этой связи единственным методом оценки показателей надежности является сбор, изучение и анализ статистической информации о работе арматуры в эксплуатационных условиях.

По характеру исполнения и функционирования санитарно-техническая арматура относится к восстанавливаемому оборудованию, т. к. ее работоспособность может быть восстановлена после проведения ремонта и технического обслуживания. Количественным показателем свойства безотказности за период t служит показатель P(t) – вероятность безотказной работы от начала работы до отказа. При этом поток отказов санитарно-технической арматуры является ординарным, поскольку следующий отказ может произойти только после восстановления устройства. В этой связи выражения, определяющие основные показатели надежности, имеют вид:

(1)

Отдельные детали санитарно-технической арматуры, способные выполнять локальные функции в приборе, называются элементами. Деление арматуры на элементы позволяет выявить наименее износоустойчивые из них и количественно оценить их вклад в показатели надежности. В табл. 1 представлены данные об интенсивности отказов санитарно-технической арматуры и ее элементов, полученные на основе анализа работы в эксплуатационных условиях. Доверительная вероятность при вычислении интенсивности отказов λ принята δ = 0,95. Данные таблицы могут быть использованы для составления прогнозов изменения состояния санитарно-технической арматуры в зависимости от условий эксплуатации.

Таблица 1

Наименование арматуры и ее элементов Интенсивность отказов λ·10-4, сут.-1 λмин λср λмакс Смеситель для мойки: 4,79 6,34 8,43 вентильная головка поршневого типа 4,43 5,39 5,97 резиновая прокладка запорной пары 3,83 4,04 4,25 посадочное гнездо запорной пары 0,02 0,024 0,05 уплотнительное кольцо шпинделя 0,58 1,33 1,67 вентильная головка шайбового типа 0,66 0,92 1,84 шайба запорной пары 0,08 0,13 0,38 уплотнительное кольцо шпинделя 0,58 0,79 1,46 узел крепления излива к корпусу 0,36 0,95 2,46 уплотнительные кольца 0,33 0,92 2,42 прижимная гайка 0,03 0,03 0,04 Смеситель для умывальника и ванны: 5,90 8,23 13,36 вентильная головка поршневого типа 4,43 5,39 5,97 резиновая прокладка запорной пары 3,83 4,04 4,25 посадочное гнездо запорной пары 0,02 0,024 0,05 уплотнительное кольцо шпинделя 0,58 1,33 1,67 вентильная головка шайбового типа 0,66 0,92 1,84 резиновая прокладка запорной пары 0,08 0,13 0,38 уплотнительное кольцо шпинделя 0,58 0,79 1,46 узел крепления излива к корпусу 0,78 0,95 2,46 уплотнительные кольца 0,75 0,92 2,42 прижимная гайка 0,03 0,032 0,04 переключатель потока 0,34 0,94 2,47 клапан 0,004 0,006 0,008 пробка 0,004 0,005 0,006 золотник 0,004 0,013 0,033 уплотнительные кольца 0,33 0,92 2,42 гибкий шланг 0,35 0,947 2,46 резиновый шланг 0,01 0,014 0,02 металлическая оплетка 0,004 0,008 0,010 уплотнительная прокладка 0,004 0,005 0,008 уплотнительное кольцо 0,33 0,92 2,42 штуцер – – – Наполнительная арматура для смывного бачка: 0,06 0,08 0,11 резиновая прокладка запорной пары 0,05 0,06 0,08 рычаг 0,01 0,01 0,02 поплавок 0,001 0,01 0,012 Спускная арматура для смывного бачка: 0,394 0,435 0,49 донный клапан 0,05 0,06 0,10 ось клапана 0,34 0,37 0,38 рукоять клапана 0,004 0,005 0,006

По многочисленным экспертным оценкам, наиболее нагруженной в эксплуатационном аспекте является смесительная арматура для мойки на кухне. В этой связи главным признаком надежности смесителей является безотказность. Анализ статистических данных об отказах отдельных элементов смесителей с вентильными головками поршневого типа показывает, что интенсивность отказов λ колеблется от λ_мин = 4,79·10^-4 сут.^-1 до λ_макс = ·10^-4 сут.^-1 при среднем значении λ_ср = 6,34·10^-4 сут.^-1 На рис. 2 представлена обобщенная диаграмма эмпирического распределения интенсивностей отказов смесителей с вентильными головками поршневого типа.

Рисунок 2. Изменение интенсивности отказов смесителей в эксплуатационных условиях

Низкие значения показателя интенсивности отказов с апреля по август могут быть связаны с весенне-летним периодом ритма жизни населения: началом дачного сезона и летних отпусков. Резкое возрастание интенсивности отказов в осенний период связано с возобновлением активного использования санитарно-технической арматуры. Кроме того, часть потребителей готовит к зиме инженерное оборудование своего домохозяйства и обращается за услугами к специалистам. Мелкий ремонт, заключающийся в замене прокладок или уплотнения сальниковой набивки, а иногда даже в замене вентильных головок смесителя, в замене вентильных головок смесителя, в некоторых случаях производится потребителями самостоятельно.

Одним из важнейших свойств санитарно-технической арматуры систем водоснабжения жилых зданий является безотказность – свойство приборов непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени эксплуатации. Событие, заключающееся в нарушении работоспособности арматуры, называется отказом. Критерии надежности раскрываются через систему формальных и объективных показателей, характеризующих ее нормативную работоспособность в режиме активного использования потребителями водопроводной воды. Количественное определение показателей надежности санитарно-технической арматуры выполнено на основе экспоненциального закона распределения данных о неисправностях того или иного типа. При этом формулировка отказа санитарно-технической арматуры заключается в следующем: P(t) > 0,7. Снижение вероятности безотказной работы арматуры следует считать ее отказом.

На рис. 3 представлены диаграммы распределения вероятности безотказной работы смесителей в эксплуатационных условиях. Из диаграмм видно, что эмпирическое распределение вероятности безотказной работы смесителей по обобщенным фактическим данным находится в диапазоне пределов гарантированной работы.

Рисунок 3. Распределение вероятности безотказной работы смесителей во времени

По данным эксплуатации, гарантированная вероятность безотказной работы смесителей с вентильными головками поршневого типа составляет не менее Р = 0,746, что выше критического значения, установленного в формулировке отказа.

Значительная часть утечек воды (до 90 %) происходит через поплавковые клапаны смывных бачков. Утечки воды через поплавковый клапан можно разделить на два основных типа:

• круглосуточные – из-за неисправности арматуры или неправильной ее регулировки;
• периодические – из-за повышенных напоров перед клапанами противодавления.

Опыт эксплуатации внутренних водопроводов жилых зданий показывает, что круглосуточные утечки в большинстве случаев вызваны кавитационными раковинами на запорной паре. На рис. 4 представлены диаграммы изменения интенсивностей отказов поплавковых клапанов для смывных бачков.

Рисунок 4. Распределение интенсивностей отказов поплавковых клапанов

Анализ диаграмм показывает, что средние значения интенсивности отказов поплавковых клапанов характеризуются относительной стабильностью, достигая максимальных значений в зимний и летний периоды. На рис. 5 представлены диаграммы изменения вероятности безотказной работы поплавковых клапанов смывных бачков.

Рисунок 5. Изменение вероятности безотказной работы поплавковых клапанов

Гарантированный уровень безотказной работы наполнительной арматуры смывных бачков составляет Р ≥ 0,973, что существенно выше показателя, установленного при формулировании отказа.

Таким образом, показатели эксплуатационной надежности санитарно-технической арматуры систем водоснабжения жилых зданий могут быть определены на основе анализа, статистической обработки данных регистрации и неисправностей в журналах диспетчерской службы, а также при их рассмотрении на основе теории надежности.