Элементы теории надежности

Виды технических состояний

Техническое состояние - состояние, которое характеризуется в определенный момент времени при определенных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект

Виды технических состояний

Исправность – состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической документации (НТД).

Неисправность– состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической документации.

Повреждение – событие, заключающееся в нарушении исправности объекта при сохранении его работоспособности

Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять заданные функции соответствует требованиям НТД.

Неработоспособное состояние – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего его способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям НТД.

Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта

Отказы

Случайные отказы и их причины – это непредусмотренные перегрузки, дефекты в материале и погрешности изготовления, не обнаруженные контролем ошибки обслуживающего персонала или сбои системы управления.

Примером случайных причин отказов могут служить следующие: некачественный монтаж турбоагрегата или некачественно выполненные регламентные работы, неисправность системы автоматики и т.д.

Систематические отказы – причинами таких отказов являются закономерные явления, вызывающие постепенное накопление повреждений, например, влияние среды, времени, температуры, нагрузок и т. д.

Примерами такого влияния являются коррозия, эрозия, старение материала, усталость, ползучесть и др.

Классификация отказов

1. По характеру развития и проявлению:

· внезапные;

· постепенные по развитию, внезапные по проявлению;

· постепенные.

2. По причинам возникновения: конструкционные;

· технологические;

· эксплуатационные.

3. По последствиям:

· легкие,

· средние,

· тяжелые;

тяжелые с катастрофическими последствиями.

4. По возможности дальнейшего использования объекта до устранения отказа:

· полные;

· частичные.

Отказы парка ГПА (2003-2007)

1.Разрушения рабочих лопаток ОК, ТВД, ТНД

2. Разрушение подшипников роторов двигателя и ЦБН

3. Разрушение элементов камеры сгорания (характерно для турбин конвертированных авиационных и судовых)

4. Разрушение металлорукавов системы смазки и уплотнений

5. Повышенная температура газов на выхлопе ГТУ

6. Повышенная вибрация двигателя и ЦБН

7. Повышенный осевой сдвиг роторов двигателя и ЦБН

8. Помпаж ОК и ЦБН

9. Повышенный расход масла для смазки двигателя и ЦБН

10. Отказы системы АСУ

Авария и инцидент

Аварией называется повреждение проточной части турбины, разрушение цилиндров, прогиб роторов и т.д., приведшие к повреждению конструкций здания и вынужденному останову турбины на срок 25 сут и более.

Инцидент – отказ или повреждение технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, отклонение от режима технологического процесса, нарушение положений федеральных законов и нормативных актов РФ, а также нормативно-технических документов, устанавливающих правила проведения работ на опасном производственном объекте.

Отказы делятся на функциональные и технологические.

Предельное состояние
это состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно

При оценке предельного состояния

• оцениваются реальные условия эксплуатации за весь период использования детали, рассчитывают полную наработку объекта.

Наработка до предельного состояния зависит от:

· неучтенных напряжений

· температуры эксплуатации

· воздействий окружающей среды (коррозия, эрозия)

· свойств металла, отличных от среднемарочных

· проектных ошибок.

· ошибок персонала

· режима работы

• повторный расчет на прочность с учетом данных эксплуатации;

• выборочная инструментальная диагностика металла в наиболее напряженных местах оборудования методами неразрушающего контроля (дефектоскопия, УЗК), для лабораторных исследований могут использоваться методы разрушающего контроля.

• Оценивают выработанный ресурс с учетом фактического состояния металла.

• Принимается решение о продлении ресурса или демонтаже объекта.

Надежность

свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах, условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования

Надежность является внутренним свойством объекта, определяющим эффективность его функционирования.

С одной стороны она зависит от совершенства оборудования, а с другой – от уровня технического обслуживания, от организации и качества ремонта.

Термины

Наработка – продолжительность или объем работы объекта.

Ресурс – суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние.

· Назначенный

· Межремонтный

· Средний

Частные свойства надежности

1. Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течении некоторого времени или наработки
2. Долговечность– свойство объекта сохранять работоспособность до перехода в предельное состояние с возможными перерывами для технического обслуживания и ремонта.
3. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, к восстановлению работоспособности путем проведения технического обслуживания и ремонта
4. Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять исправное или работоспособное состояние в течение и после режима ожидания, хранения и транспортирования

Показатели безотказности

n Вероятность безотказной работы

– вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникнет. Определяется на основе статистических данных по отказам.

P(t) – вероятность безотказной работы к моменту времени t

N(t) – число работоспособных объектов к моменту времени t

N₀ – число работоспособных объектов в начальный момент времени

r(t) – число отказавших объектов к моменту времени t, r(t) = No - N(t).

n Средняя наработка на отказ – отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки.

Определение этой величины требует обязательного указания интервала наработки (месяц, год, до первого капитального ремонта и т. п.)

Т_О – средняя наработка на отказ;

Т_н – наработка, на базе которой определяется наработка на отказ;

М_О – математическое ожидание числа отказов;

r_п – число отказов п-го объекта за наработку Т_н

n Интенсивность отказов

Интенсивность отказов— соотношение числа отказавших объектов в единицу времени к среднему числу объектов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются исправными. Интенсивность отказов численно равна числу отказов в единицу времени, отнесенное к числу узлов, безотказно проработавших до этого времени.

1 — период приработки;

2 — период нормальной эксплуатации;

3 — период старения

- частота отказов

- вероятность безотказной

работы

Показатели долговечности

Гамма-процентный ресурс, Т_р.γ– наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью g, выраженной в процентах.

2. Средний ресурс, Т_р.ср – математическое ожидание ресурса, определенное на основе статистической информации:

где Т_р.п – ресурс n-го объекта полной выборки, состоящей из N объектов.

3. Средний срок службы – средняя календарная продолжительность эксплуатации объекта от начала эксплуатации или возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние

Показатели ремонтопригодности

Средняя оперативная трудоемкость (продолжительность, стоимость) технического обслуживания или ремонта – математическое ожидание оперативной трудоемкости (продолжительности, стоимости) одного технического обслуживания или ремонта данного вида за определенный период эксплуатации или наработку.

Показатели сохраняемости

1. Гамма-процентный срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения или транспортирования, в течение и после которой показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности объекта не выйдут за установленные пределы с вероятностью γ, выраженной в процентах.

2 . Назначенный срок хранения – календарная продолжительность хранения в заданных условиях, по истечении которой применение объекта по назначению не допускается независимо от его состояния.

Комплексные показатели надежности

Коэффициент готовности

Коэффициент технического использования

t _n - наработка объекта

- оперативная продолжительность восстановления

T_o – средняя наработка на отказ

- средняя оперативная продолжительность восстановления

- средняя оперативная продолжительность техобслуживания

- средняя оперативная продолжительность ремонта

Правила создания конструкций

Проектирование

1. Максимально возможное число деталей, узлов и систем создаваемой турбины должно быть ранее проверено на практике. Коэффициент новизны не должен превышать 0,4.

2. Рекомендуются использование модульного принципа конструирования, широкое использование стандартных и унифицированных деталей.

3. Турбина должна содержать защитные и сигнальные устройства, предупреждающие о нарушениях нормальной работы.

4. Каждый узел или система и турбина в целом должны быть удобны для ремонта.

5. Нагруженные детали турбины должны подвергаться тщательному расчету на статическую и динамическую прочность.

6. Установленные нормы прочности, регламентирующие допустимые запасы прочности и необходимый объем экспериментальных исследований, должны учитывать возможный разброс свойств материалов, вероятность нагрузок различной величины, продолжительность и число циклов нагружения и т. п.

Производство и испытания

1. Целесообразно проводить опережающие исследования и испытания отдельных узлов и деталей турбины в лабораторных и стендовых условиях.

2. Головные образцы турбин в обязательном порядке должны проходить стендовые испытания и исследования в эксплуатационных условиях.

3. В процессе производства головных и серийных образцов турбин допустимо вносить изменения в конструкцию и технологию только в том случае, если эти изменения не снижают надежность.

4. В процессе накопления опыта эксплуатации головных и серийных турбин в конструкцию и технологию производства должны вноситься изменения, направленные на устранение выявленных отказов и неисправностей.

5. Конструкторские решения и разработанные технологические процессы должны обеспечивать стабильность производимых изделий.

6. Следует максимально широко использовать систему входного качества контроля для материалов, комплектующих изделий, узлов и систем.

Эксплуатация и ремонт

1. Эксплуатация турбины должна соответствовать техническим условиям и специальным руководствам.

2. В высшей степени целесообразныразработка и оснащение турбины системой технической диагностики.

3. Система обслуживания должна содержать регламентные работы, профилактические осмотры и ремонты.

Диагностика и диагностирование

Техническая диагностика – область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта, это наука о распознавании технического состояния объекта, включающая широкий круг проблем, связанный с получением и обработкой информации.

Цели технической диагностики

• Обнаружение повреждений или дефектов на начальной стадии их развития

• Определение причин, вызвавших дефект

• Оптимизация режимов эксплуатации, позволяющая безопасно эксплуатировать агрегат до вывода в ремонт

• Организация ТО и ремонтов по техническому состоянию (вместо регламента)

Техническое диагностирование – определение технического состояния объекта.

Задачи технического диагностирования:

• Контроль технического состояния

• Поиск места и определение причин отказа

• Прогнозирование технического состояния

Виды диагностики

В зависимости от постановки задачи различают следующие :

• функциональную

связана с определением изменения основных энергетических показателей агрегата (например, его мощности и КПД)

• структурную

оценивает характер и степень повреждений деталей механизма

• визуальную

оценивает причины разрушения деталей при их осмотре

• прогнозную

предсказывает характер протекания износа деталей и время выхода их из строя

Методы диагностики

Параметрическая диагностика

Основа метода – определение изменения параметров технического состояния агрегата или его отдельных элементов по изменению его технологических и топливно-энергетических показателей - мощности, производительности, КПД привода и нагнетателя в процессе эксплуатации.

1. Сравнение режимных характеристик с эталонными

2. Расчет коэффициентов технического состояния

Принципиальные задачи для эффективной диагностики ГПА:

• обеспечить необходимый объем и требуемую точность измерений параметров ГПА;

• разработать методическое и программное обеспечение для автоматизированных расчетов по определению технического состояния ГПА с использованием ПЭВМ.

Показатели сохраняемости

1. Гамма-процентный срок сохраняемости – календарная продолжительность хранения или транспортирования, в течение и после которой показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности объекта не выйдут за установленные пределы с вероятностью γ, выраженной в процентах.

2. Назначенный срок хранения – календарная продолжительность хранения в заданных условиях, по истечении которой применение объекта по назначению не допускается независимо от его состояния.

Методы параметрической диагностики

Виброакустическая диагностика

Основным физическим носителем информации о состоянии элементов работающего оборудования является виброакустический сигнал - собирательное понятие, включающее информацию о колебательных процессах (вибрационных, гидро- или газодинамических и прочих) и акустическом шуме механизма в окружающую среду. Анализ сигнала лежит в основе диагностирования данным методом.

Диагностируемые дефекты и повреждения:

• Неуравновешенность ротора

• Несоосность или излом осей

• Задевания

• Автоколебания вала в подшипниках

• Дефекты подшипников качения и скольжения

• Износ, дефект лопаток

Проблемы:

Полнота и достоверность измеренных параметров

Алгоритмы диагностирования

Методы диагностирования

Методы диагностирования – это основные принципы, на основании которых выполняется поиск и обнаружение дефектов.

Методы диагностирования используют определенный подход:

Детерминированный

Используются логические связи между признаками и состоянием объекта, стоится дерево рассуждений, возможные ответы только «да» или «нет», поэтому используются только очень характерные признаки дефекта и даются четкие, однозначные ответы.

Сравнение – это так называемый «быстрый» эксперт, который сообщает причину дефекта в очень общем виде

Статистический

Создается среднестатистический образ дефекта, который сравнивается с существующим дефектом. Дефект идентифицируется по принадлежности его признаков к какой-либо группе.

Сравнение – эксперт практик, обладающий опытом работы, он сопоставляет признаки с имеющимися примерами.

Вероятностный

Данный метод опирается на статистику проявления дефекта и учитывает еще и совпадение различных признаков, характерных для данного дефекта. Оценка признаков осуществляется с использованием нечеткой логики «скорее да чем нет».

Сравнение- эксперт, знакомый с опытом других экспертов и умеющий обнаружить признаками и устранить кажущиеся противоречия.

Наиболее распространен метод Байеса.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: