Значение факторов безопасности в современном мире трудно переоценить, с этим понятием мы сталкиваемся и в повседневной жизни ..... Журнал Безопасность России
Технологии Безопасности-Примеры и Перспективы
Я.З. Месенжник, доктор технических наук ,профессор, Почетный член РАКЦ ,Президент ордена Ломоносова Международной Академии Интеграции Науки и Бизнеса (МАИНБ).
Значение факторов безопасности в современном мире трудно переоценить, с этим понятием мы сталкиваемся и в повседневной жизни ,на уровне ее бытовых проявлений ,и при реализации сложнейших технологических и производственных процессов ,и в строительстве, и на транспорте и т.д. В данном материале эту сложную тему я попытаюсь раскрыть на примере некоторых направлений работ ЗАО «Московское техническое бюро» ( МТБ), которые мне хорошо известны по обсуждению на ежегодных конференциях, проводимых Академией, Коллективным членом которой МТБ ( Ген.директор, д.т.н., проф. Акад. МАИНБ Геча Э.Я., научный руководитель акад. МАИНБ, д.т.н., проф. Геча В.Я.) является уже более 15 лет, а также в некоторых случаях и как их непосредственному участнику Ниже приведены примеры как внедренных в практику разработок МТБ ( в сфере атомной энергетики ), так и перспективных- в направлении антитеррористической безопасности , экологии ,парирования чрезвычайных ситуаций .
1. Безопасность в сфере ядерной энергетики , особенно после трагических событиф на АЭС в Фукусимие , по праву занимает первое место в условном рейтинге, образованном производствами ,связанными с повышенными рисками . Продление ресурса энергоблоков АЭС, введенных в эксплуатацию во второй половине прошлолго века, сопровождается разработкой и внедрением новых систем обеспечения безопасности, особенностью которых является требование совместимости с поколением техники, созданной несколько десятилетий назад.
Ниже приведены несколько примеров внедренных систем обеспечения безопасности технологического процесса ,связанного с перегрузкой ядерного топлива на энергоблоках АЭС с реактормаи ВВЭР. В этом процессе непосредственно участвует машина перегрузочная , зону обслуживания которой включает зоны отсеков бассейна выдержки ,бассейна прегрузки и реактора, и полярный кран ,осуществляющий перемещение грузов над бассейном выдержки и зоной реактора.
1.1 Система защиты от столкновения с препятствием (СЗСП)
Предназначена для исключения столкновения рабочей и телевизионной штанги машины перегрузочной (МП) с границами отсеков и расположенными вдоль нее элементами технологического оборудования ( насососы, трубы, уровнемеры и др).
Необходимость такой системы обусловлена требованиями нормативной документации по модернизации пергрузочных машитн и повышению безопасности энергоблоклов атомных станций с реакторами типа ВВЭР.
Использование СЗСП должно обеспечить повышение безопасности работы и повышение коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) энергоблока за счет сокращения времени транспортно-технологических операций, оптимизации алгоритмов управления и повышения скорости перемещения моста тележки и поворота обоймы телевизионной штанги.
Защита штанг МП от столкновения с препятствиями обеспечивается введением ограничений на скорость перемещения МП в различных участках зоны ее обслуживания .
В зонах, удаленных от препятствий на значительные расстояния, разрешена высокая скорость перемещения . В зонах, приближенных к препятствиям, большая скорость запрещена и МП должна передвигаться с малой скоростью. В непосредственной близости к препятствию движение в его направлении запрещено и должно осуществляться торможение МП таким образом ,чтобы исключить столкновение с препятствием.
При пересечении штангами МП границ перечисленных зон СЗСП вырабатывает соответствующие сигналы и передает их в систему управления машины перегрузочной. На экране монитора пульта управления СЗСП, осуществляется световая индикация зон положения рабочей штанги МП ,а пересечение границы запретной зоны сопровождается звуковым сигналом.
1.2 Система блокировок и ограничительного контроля кругового крана
(CБОКК) распространяется на мост полярного крана, обе тележки крана 400 т и 80 т, таль 5 т (далее «кран») и предназначена для блокировки движения крана с грузом над бассейном и перегрузи топлива и зоной реактора .Оснщение кранов АЭС такими системами направлено на выполнение следующищ требований нормативных документов, в частности НП-043-03: защита кранов ОИАЭ от столкновений ; сигнализации при срабатывании блокировок; дублирование концевых выключателей, ограничавающих ход горизонтальных перемещений грузов; требований по запрещению перемещения грузов над топливными сборками, а также на повышение безопасности персонала.
СБОКК обеспечивает зонный контроль расположения перемещаемого груза над всей акваторией энергоблока и выделяет следующие зоны :
- зону отсеков реактора и бассейна выдержки и перегрузки топлива –запретную зону над которой запрещено перемещение груза;
- зону движения с малой скорость в зону повышенного внимания
- зону, в которой СБОКК не вводит ограничений на скорость перемещения груза-свободную зону.
Карта зоны контроля хранится в памяти контроллера ии допускает редактирование. Граница зоны контроля ( далее по тексту «граница») имеет два уровня –внешний уровень 1, разделяющий зону свободного движения и зону малой скорости, и внутренний уровень 2, разделяющий зону малой скорости и запретную зону.
СБОКК имеет два режима работы по тележкам ( рабочий и информационный) и режим работы по тали 5т.
В рабочем режиме СБОКК контролирует движение одной из тележек крана (400 или 80 т)- рабочей.Тележка считается рабочей (СБОКК начинает осуществлять контроль над ее движением) после того, как машинист крана включает ее привод. При пересечении условно-контрольной точки ,соответствующей положению центра крюка рабочей тележки, первого уровня граница система осуществляет переход на малую скорость движения тележки и моста .При пересечении второго уровня границы система блокирует движение задействованных механизмов в направлении запретной зоны .Управляющие сигналы СБОКК воздействуют непосредственно на приводы моста и тележек крана.
В информационном режиме СБОКК не осуществляет блокировик движения крана –при пересечении первого уровня границы не осуществляет переход на малую скорость движения , при пересечении второго уровня границы не запрещает движение в данном направлении .
В режиме работы тали СБОКК контролирует движение ( поворот) моста крана в пределах угла ( 0-180), что исключает попадание тали в запретную зону .
Во всех режимах на пульте управления СБОКК осуществляется световая индикация зон положения рабочей тележки , а пересечение второго уровня границы сопровождается звуковым сигналом.
1.3 Расширение функциональных возможностей СБОКК
Запланировано дальнейшее расширение функциональных возможностей СБОКК, направленное на выполнение следующих требований НП-043-03: ограничения грузоподъемности крана (п. 2.8) и весоизмерения ;измерения ( ограничения) высоты подъема грузозахватного механизма ( п. 4.3.1.); ограничения скорости опускания(п. 5.2.3.) ;защиты от падения груза и стрелы при обрыве любой из трех фаз питающей электрической сети( п.2.12.15 ПБ 10-382-00); отключения от питающей сети всех двигателей одного механизма при коротком замыкании или перегрузке одного из двигателей ( п. 4.4.6.) ;регистрации параметров необходимых для записи и оценки фактических режимов работы крана (п.5.2.6.), наведения на заданные координаты, а также на повышение безопасности персонала и сокращение времени проведения транспортных операций .
Для повышения безопасности персонала, сокращения дозовых нагрузок и уменьшения времени проведения транспортных операций при ремонет оборудования целеслообразно использоаванрие автоматизированой системы наведения .
Посколььку требования посадки деталей оборудования исчисляются Долями миллиметра, а суммарные деформации в течение ремонта или межремонтного преида строительных конструкций купола реакторного зала и рельсовых путей моста крана существенно превышают эту величину, задача не может быть решена путем наведения на «заданные координаты», подобно тому как, это делается в МП.
Целесообразно двухэтапное «наведение»: на первом этапе с использованием системы блокировок (СБОКК) достигается окрестность заданной точки ,на втором этапе с использованием дополнительно вводимых датчиков вертикали ,устанавливаемых на траверсе ,достигается ее вертикальность в процессе работы.
1.3 Система контроля грузоподъемности (СКГ) на основе доукомплектования системы управления краном блоклм измерения активной мощности ,развиваемой двигателем подъема.Действующей нормативной документацией( НП-43-03) предусмотрено оснащение всех грузоподъемных механизмов кранов системами ограничения грузоподъемности.
В настоящее время производится большое количество типов ограничителей грузоподъемности для кранов с широком диапозоном параметров и предлагаемых функций. Основным функциональным элементом произовдимых и используемых в настоящее время ограничителей грузоподъемности является датчик усилия, устанавливаемый на грузоподъемный механизм .Информация от датчика усилия передается по кабельному или бескабельному каналу связи в блок управления, располагаемый в системе управления крана.
Основное преимущество и отличие предлагаемой МТБ разработки состоит в технической простоте и малом времени монтажа таких систем на действующих кранах-не требуется устанавливать датчик усилия на грузовую тележку или грузовой барабан или грузозахватный механизм и, соответственно ,прокладывать кабели(время монтажа сокращается в десятки раз).
1.4 Системы контроля блокировки и наведения (СКБН) для общепромышленных и специальных кранов. С учетом опыта эксплуатации СБОКК (см. п.1.2) МТБ разработана на этой основе концепция типовой СКБН для общепромышленных и специальных кранов , в том числе –круговых кранов АЭС.
Помимо обеспечения необходимых блокировок движения крана СКБН может также выполнять дополнительные функции : индикацию положения рабочей тележки крана, дополнительные блокировки моста, вывод на пульт управления машиниста крана координат рабочей тележки, наведение на заданные цели.
СКБН основана на использовании бесконтактных – оптических – датчиков, обеспечивающих высокую точность и надежность .Оптические датчики для аналогичных целей применяют такие фирмы, как KONE KRANE ,ISV и др.
Отличие предлагаемой системы от аналогов заключается в использовании разработанных в МТБ специальных программно-аппаратных и технических средств, обеспечивающих повышенные технико-экономические характеристики и надежность.
Предлагаемое МТБ «двухэтапное» наведение позволяет, во-первых, повысить безопасность персонала( стропальщиков) за счет уменьшения дозовой нагрузки на них,во-вторых решить проблемы ,связанные с изменением координат обслуживаемых целей за счет существенных, изменяющихся во времени деформаций элементов строительных конструкций, на которые опираются рельсовые пути крана. Следует отметить, что эта задача не может быть решена путем наведения на «заданные координаты», подобно тому, как это делается в машине перегрузочной(1.1).
Отечественные анаолгии предлагаемой системы отсутствуют.
2. Антитеррористическая безопасность в настоящее время достигается применением устройств , позволяющих заблаговременно обнаружить различного вида угрозы . Для обеспечения безопасности на потенциально опасных объектах городов ( аэропорты, стадионы, торговые центры ,административные здания и т.п . места массового скопления людей )кроме установки в контрольно-пропускных пунктах видеокамер и металлодетектеров, требуется также установка обороудования по обнаружению взрывчатых, наркотических, радиоактивных (делящихся) веществ, объединение этого оборудования в единый управляемый комплекс.
В аэропортах в настоящее время снятие обуви является самым узким местом в процедуре досмотра и решением этой проблемы может стать предлагаемая МТБ модульная (комплексная ) система- «Устройство для сбора и анализа микрочастиц с обуви пассажиров» (НАНОВЕНИК) .
РИСУНОК……
3- D Модель устройства сбора и определения микрочастиц
НАНОВЕНИК может использоваться на потенциально опасных объектах и в местах массового скопления народа (аэропорты, вокзалы, морские и речные порты и др .объекты) для последующего анализа на наличие следов взрывчатых или наркотических веществ на обуви (одежде) как автономно ,так и в составе существующих и перспективных систем комплексной безопасности .
3. Экологическая безопасность крупных населенных пунктов существенно зависит от техническог о уровня мониторинга состояния близкорасположенных полигонов хранения твердых бытовых отходов (ТБО), занимающих большие площади ,в частности наличия на этих объектах Системы Предупреждения Пожара (СПП).
Предлагаемая СПП включает в свой состав ряд удаленных на высоту порядка 150 м наблюдательных платформ (НП), количество которых определяется формой , площадью и рельефом полигона, характеристиками применяемого оборудования, особенностями построения мониторинга.
Ориентировочно ,одна НП покрывает площадь от 4 до 30 Га.
Все НП управляются от единого наземного комплекса (НК) приема и обработки информации.
Часть НК расположена в служебном помещении полигона:
- приемник- передатчик информации от НП ,
- пролграммно-аппаратный комплекс обработки и хранения информации,
- автоматизированное рабочее место оператора, представляющее собой специализированное программное обеспечение ,предназначенное для распознавания пожароопасной ситуации на полигоне ,выдачи рекомендаций ,управления работой НП
- средства связи с начальником полигона и спецслужбами ( МЧС и др.).
Кроме того, НК содержит терминалы для управления высотой и энергообеспечения НП ,которые расположены на периферии полигона и соединены с НП грузонесущими кабелями.
Рис 1 Общий вид наблюдательной платформы (НП) .Вид сбоку .
…….
Рис.5 Участок полигона хранения ТБО с установленной системой СПП
- Защита исполнительного механизма от перегрузок и при ошибках оператора.
- Возможность наземного анализа измеренных данных .
- Запись параметров БИМ, траектории полета, внешних воздействующих факторов ( ускорение, удары и т.д.).
- Телеметрия параметров полета в реальном времени на наземный блок управления .
- Возможность встраивания блока автоматического управления и наведения по заданному курсу ( полетному заданию, без участия оператора) – устанавливается по результатам испытаний.
Рис - Внешний вид БУ СУГПП в защитном кожухе……………
4 .Чрезвычайные ситуации ( наводнения ,пожары, стихийные бедствия и др.) требуют оперативной доставки грузов, в том числе воздушным путем, с использованием грузовых парашютов, что до настоящего времени является не полностью разрешенной проблемой в части точности доставки полезного груза. Одним из возможных путей решения проблемы является использование управляемых планирующих парашютов, которые способны доставлять грузы в заданные координаты с высокой точностью и на большие расстояния от точки сброса , за счет специальной
5 Системы управления грузовым планирующим парашютом (СУГПП). В России подобных систем в настоящее время не производится .
Разработанный МТБ макетный образец СУГПП удовлетворяет следующим требованиям назначения :
- Стропа с пропорциональным управлением
- Количество строп управления-4
- Номинальное усилие на стропе управления, не менее -160 Н
- Рабочий ход стропы управления ,не менее – 1,20 м
- Скорость рабочего хода стропы, не менее – 0,5 м/ с
- Тяга запасного парашюта
- Номинальное усилие на тяге , не менее -160Н
- Рабочий ход тяги не менее – 0,10 м
- Скорость рабочего хода тяги ,не менее -1, 0 м/с
- Суммарное время рабочего хода, не более – 0,1 с
- Время автономной работы работы бортовой части, не менее – 1200 секунд
- Резервные каналы управления – не менее 2
-Уровень допустимых кратковременных динамических перегрузок на стропе управления, не менее -250% от номинала
-Возможность ручного дистанционного радиоуправления оператором.
