1. НАЗНАЧЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ
|
№ |
Наименование отказов |
Классификационный признак |
1 |
Зависимый |
Обусловлен отказом или повреждением другого элемента |
2 |
Независимый |
Не обусловлен отказом других элементов |
3 |
Функциональный |
Объект полностью перестает выполнять свои функции |
4 |
По параметру |
Один или несколько функциональных параметров выходят за пределы нормы |
5 |
Конструкционный |
Возникает в результате нарушения норм конструирования |
6 |
Производственный |
Возникает в результате нарушений в процессе изготовления или при ремонте объекта |
7 |
Приработочные |
Возникают в результате неполного взаимного соответствия элементов объекта вследствие неправильного изготовления, сборки и "приспособления" их к рабочей нагрузке |
8 |
Эксплуатационный |
Возникает в результате нарушения правил или условий эксплуатации объекта |
9 |
Внезапный |
Скачкообразное изменение заданных пара метров и их выход за пределы нормы |
10 |
Постепенный |
Постепенное изменение параметров и их выход на пределы нормы |
11 |
Сбой |
Временный самоустраняющийся отказ |
12 |
Перемежающийся |
Многократно возникающий сбой одного характера |
Дополнительно следует указать, что приработочные отказы возникают в первые часы работы объекта. Применительно к механическим системам влиянием приработочных отказов на надежность, как правило, пренебрегают, так как объекты обычно не ставятся под полную рабочую нагрузку до тех пор, пока не пройдут так называемого периода обкатки, в течение которого устраняются отказы путем замены элементов, регулировки и т.д. Таким образом приработка превращается в дополнительную технологическую операцию изготовления объекта.
Постепенные отказы возникают вследствие постепенного протекания необратимых физических, физико-химических и других процессов, в числе которых можно назвать усталостные разрушения, коррозионный и абразивный износы, старение и др. Они имеют закономерный характер, и поэтому их можно прогнозировать с достаточной степенью достоверности.
Внезапные отказы возникают вследствие причин, которые трудно устранить заранее, например, поломка детали из-за внутренних дефектов, внезапного повышения рабочих нагрузок, коробления от местных перегревов и др. Такие отказы практически невозможно предвидеть путем использования физических закономерностей, так как появление причин их вызывающих носит чисто случайный характер. Единственная их закономерность − постоянная интенсивность во времени (в статистическим смысле). Примерами внезапного отказа могут служить заклинивание подшипника перемешивающего устройства, разрыв трубки теплообменника. Примерами постепенных отказов являются медленное зарастание рабочего объема аппарата отложениями, наростами, отложение накипи на теплообменных трубках в подогревателях выпарных установок, забивка фильтрующей ткани, что ведет к снижению производительности и необходимости остановки аппаратов для очистки.
Таким образом, в общем случае оценка оборудования и исследование его работы в аспекте надежности не могут основываться на детерминированных, строго закономерных явлениях отказа [9]. Отказ в каждый момент является случайным событием, и по этой причине для расчета вероятности состояния оборудования (ситуации работоспособности или отказа) должен быть использован вероятностно-статистический подход. Необходимость такого подхода в решении указанных задач подтверждают следующие обстоятельства:
1) реальная текущая нагрузка обычно отличается от проектной;
даже при наличии автоматического регулирования важнейших параметров их значение колеблется в некотором интервале с частотой, зависящей от свойств объекта и регулятора, поэтому однозначно определенно (детерминированно) предсказать наступление отказа в результате коррозии, абразивного износа, поломки детали и других причин нельзя;
2) прочностные характеристики металла, фактические размеры и другие характеристики также являются величинами случайными по причине существования допусков и определяются с ограниченной точностью; поскольку указанные характеристики существенно влияют на работоспособность оборудования, то их использование также является причиной невозможности детерминированного подхода в оценке надежности;
3) значения кинетических характеристик процессов, которые тем или иным образом приводят к отказу оборудования, известны с ограниченной точностью; причиной тому являются не только физико-химическая сложность процессов, но и, как правило, их статистическая сущность.
Реальные объекты химической промышленности обычно характеризуются наличием полного комплекса причин всех трех категорий, которые тем более не позволяют проводить детерминированную оценку показателей надежности.
При ускоренных испытаниях надежности установленного на предприятиях оборудования и обработке материалов по его отказу используются показатели, которые являются, в основном, вероятностными [2, 3].
Вероятность безотказной работы Р(t) − такая функция времени, которая определяет вероятность того, что к моменту времени t данная единица оборудования ни разу не откажет. Р(t) может быть найдена по числу отказов в контрольной группе из N единиц одинакового оборудования, работающего в одинаковых условиях:
Вероятность безотказной работы можно определить и как отношение числа m(t) исправно работающих аппаратов в течение рассматриваемого времени к общему количеству аппаратов N, находящихся под наблюдением. В инженерной практике задачу определения вероятности решают статистически. Для этого интервал (0, t) разбивают на несколько диапазонов (8 - 12) равной величины и для каждого i - диапазона определяют ni(t) число отказавших аппаратов. Тогда
Для принятия рациональных мер по повышению надежности оборудования в соответствующей организации (конструкторское бюро, завод - изготовитель, служба главного механика завода, эксплуатирующего оборудование) важно накапливать систематическую информацию о его работе. Для этого необходимо вести записи в специальных журналах о результатах наблюдений за изнашивающимися деталями, об отказах, наработках, неисправностях, ремонтах. Важнейшей характеристикой надежности при этом является наработка на отказ.
Наработкой на отказ называется продолжительность работы аппарата до отказа в часах и объем получаемого за это время продукта (в м3, т, циклах и др.). Указанная характеристика не включает время простоев и поэтому не является календарным временем с момента пуска аппарата. Средняя наработка на отказ − математическое ожидание наработки объекта до первого отказа.
Для восстанавливаемых объектов наработка на отказ есть отношение общей ее величины за достаточно большой период эксплуатации к математическому ожиданию числа отказов в течение этого периода.
Характеристикой готовности аппарата к эксплуатации является коэффициент готовности, который находят по уравнению [7]
где Т − наработка на отказ; Тв − среднее время восстановления.
По сути коэффициент готовности − это вероятность того, что объект окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не предусмотрено.
Эффективность использования объекта оценивается в теории надежности коэффициентом технического использования, который представляет отношение математического ожидания времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий времени пребывание объекта в работоспособном состоянии, времени простоев, обусловленных техническим обслуживанием, и времени ремонтов за тот же период эксплуатации [7]:
Другими показателями использования объектов являются коэффициенты использования, экспансивного использования и интенсивного использования.
Коэффициентом экспансивного использования аппарата или машины Kэ называют отношение времени Тф, фактически отработанного, к календарному времени [10]:
Коэффициентом интенсивного использования Kи называют отношение фактической производительности Qф к теоретической или оговоренной в технической документации на аппарат или машину Qтеор
Коэффициент использования Kи представляет собой произведение коэффициентов экспансивного и интенсивного использования [11].
Поскольку коэффициент Kэ <1, обычно Kэ = 0,8…1,0, а коэффициент Kи, может быть больше и меньше единицы (обычно 0,8<Kи<1,2), то коэффициент использования может быть также и больше и меньше единицы (обычно 0,4<K<1,2).
Практика эксплуатации больших групп химического оборудования показывает, что при его работе бывают периоды частых отказов и периоды относительно редких выходов из строя, обычно характерных для нового оборудования в течение одного-двух лет его эксплуатации после установки.
Вероятность отказа связана с вероятностью безотказной работы P(t) простым соотношением [14]
.
Качественные изменения, происходящие в оборудовании во вре мя его эксплуатации, удобно выражать интенсивностью отказов λ(t)
где n(t) − число отказов за время ∆t, N ср (t) − среднее число действующих в этот период аппаратов.
При этом считают, что отказавшие аппараты или машины не ремонтируются и не заменяются новыми.
Сходной характеристикой является также плотность вероятности отказов f(t), представляющая собой отношение числа отказавших аппаратов n(t) к числу первоначально установленных N0 за единицу времени ∆t:
Вероятность безотказной
работы может быть определена с использованием приведенных выше
характеристик. Так с учетом того, что вероятность отказа
,
получаем
или
Применительно к оценке долговечности оборудования важным является понятие ресурса, которое представляет собой наработку аппарата до наступления предельного состояния, оговоренного в технической документации. Под предельным состоянием следует понимать такое нерабочее состояние эксплуатируемого оборудования, при котором возникает нецелесообразность дальнейшего ремонта.
При серийном изготовлении аппаратов и машин фактически не все машины обеспечат указанный в паспорте ресурс. По этой причине приводится также процентный ресурс, который представляет собой обусловленное число процентов машин, показывающих или превышающих выведенный ресурс.
Для разработки и внедрения мероприятий по повышению качества ремонта и эксплуатации оборудования инженер-механик химического производства должен уметь рассчитывать и оценивать показатели его надежности. Всесторонне оценить надежность в целом и отдельные ее свойства можно только на основе качественных измерений.