Критерии и показатели эксплуатационной надежности
Эксплуатация и ремонт машин и оборудования НиГ промыслов.
Лекция 3.
Критерии и показатели эксплуатационной надежности.
Одним из важных свойств, характеризующих качество и технический уровень буровых машин и оборудования является их надежность. Согласно принятой терминологии (ГОСТ 24002-83), надежностью называют свойства технического объекта сохранять во времени в установленных изделиях значения всех параметров, способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
На основании теории надежности устанавливаются закономерности возникновения отказов и восстановления работоспособности, прогнозируются возможные отказы, выявляются способы повышения надежности при конструировании, изготовлении и эксплуатации различных объектов, а так же разрабатываются методы сбора, учета и анализа статистических данных, необходимых для расчета показателей надежности. Уровень надежности закладывается при проектировании, обеспечивается в процессе изготовления и поддерживается в эксплуатации.
Основное направление исследований надежности буровых машин и оборудования - изучение наиболее важных её аспектов на основе общей теории надежности, практических достижений в смежных областях теории и накопленных статистических данных. Расширение работы в этой области имеет первостепенное значение для дальнейшего роста эффективности бурения нефтяных и газовых скважин и сокращения капитальных затрат на создание промысловых ремонтных служб и заводов, занятых изготовлением сменного бурового оборудования, запасных частей и деталей.
1. Термины и определения основных понятий.
Рекомендуемые материалы
Термины и определения основных понятий надежности, принятые в науке, технике и производстве, установлены ГОСТ 27002-83 и обязательны для применения в документации всех видов. Рассматриваемые термины и определения применимы к БУ в целом, а также и отдельным агрегатам, деталям и оборудованию. При изучении свойств и показателей надежности пользуются понятиями, характеризующими техническое состояние объекта и событие. Различают следующие состояния: исправное, неисправное, работоспособное, неработоспособное и предельное.
В предельном состоянии объект соответствует всем требованиям нормативно-технической и конструкторской документации, в неисправном – не соответствует хотя бы одному из этих требований. Работоспособность – это состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской документаций. Работоспособность объекта характеризуют совокупностью определенных признаков, нахождением значений заданных параметров объектов в пределах допусков, установленных для этих параметров. Работоспособность объекта характеризуют рядом качественных признаков нормальной работы. В неработоспособном состоянии значение хотя бы одного из параметров не соответствуют указанным требованиям. Понятие «исправность» шире понятия «работоспособность»: исправный объект удовлетворяет всем требованиям, а работоспособность лишь тем, которые обеспечивают нормальное функционирование объекта. Работоспособный объект может быть неисправным, например не удовлетворять эстетическим требованиям, если ухудшение внешнего вида объекта не препятствует его применению по назначению. Предельным называют такое состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно. Предельные состояния возникают в случае неустранимого нарушения требований безопасности (оборваны проволоки каната), неустранимого превышения заданных параметров (износ канавок шкивов), неустранимого снижения эффективности эксплуатации (износ цилиндровых втулок), при необходимости проведения текущего или капитального ремонтов.
Отсюда следует, что переход объекта в предельное состояние влечет за собой временное или окончательное прекращение применение объекта по назначению. К понятию «событие» относятся повреждение и отказ, вследствие которых происходит переход объекта из одного состояния в другое. Повреждением называют событие, заключающиеся в нарушении исправности при сохранении работоспособного состояния. Отказ – событие, заключающиеся в нарушении работоспособного состояния. Признаками возникновения отказа являются недопустимые изменения признаков работоспособности. Наряду с износом, коррозией и усталостными разрушениями отказы могут быть вызваны грубыми нарушениями технологии изготовления, правил эксплуатации и технического обслуживания. При решении задач надежности важное значение имеют анализ и классификация отказов. По части отказов, присущей данному объекту и условиям эксплуатации, различают единичныеотказы и повторяющиеся отказы.
Явления, процессы, события и состояния, обусловленные возникновением отказа, называются последствиями отказов. Отказы буровых машин и оборудования условно можно разделить на три вида. К первому относятся отказы, вызывающие только материальные затраты, связанные со сменой и ремонтом отказавшего оборудования.
Второй вид отказов характеризуется экономическими потерями вследствие вынужденных простоев.
К третьему виду относятся отказы, вызывающие большие экономические потери, возможные аварии, угрожающие безопасности персонала.
По возможности устранения отказов машины и оборудование подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Восстанавливаемые – объекты, для которых восстановление работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической и конструктивной документации. К невосстанавливаемым относятся: талевый канат, тормозные накладки, клапаны бурового насоса, долота, пружины, подшипники и т.д. их восстановление не предусмотрено технической документацией.
Наряду с этим различают ремонтируемые и неремонтируемые объекты. К ремонтируемым относятся объекты, для которых проведение ремонтов предусмотрено в технической документации.
Надежность объекта определяется его безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.
Безотказность – это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени или некоторой наработки. Безотказность может рассматриваться не только в режиме работы объекта, но и при хранении и транспортировке его.
Долговечность – это свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (неустранимого отказа) при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Это состояние может наступать вследствие износа, поломки, коррозии и т.д. наработка объекта от начала его эксплуатации до наступления предельного состояния называется техническим ресурсом. Календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта до перехода в предельное состояние называется сроком службы.
Ремонтопригодностью называют свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонтов. Для бурового и промыслового оборудования имеется в виду их приспособленность к ремонтам в полевых условиях. Количественно ремонтопригодность определяется затратами труда и средств. Ремонтопригодность определяется доступностью, контролируемостью, легкосъемностью, взаимозаменяемостью, степенью унификации и т.д.
Сохраняемость – свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течении или после хранения и транспортировки. Сохраняемость имеет две составляющих: одна во время хранения, другая – во время применения после хранения.
Срок сохраняемости – такая продолжительность пребывания объекта в режимах хранения и транспортирования при которых при которой изменения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности находятся в допустимых пределах. Сохраняемость характеризует сопротивляемость объекта воздействию влажности, атмосферного давления и температуры, загрязненности рабочего места. Высокие показатели сохраняемости достигаются путем герметизации, покраска, применения заглушек, опор и т.д.
Важное понятие, относящееся к надежности - резервирование. Под ним понимается средство повышения уровня надежности введением дополнительных средств и возможностей. Цель резервирования – обеспечивать отказоустойчивость объекта в целом. В БУ используются следующие виды резервирования: общее – когда объект резервируется в целом – компрессоры. Раздельное – когда резервируются отдельные объекты оборудования – противовыбросовое; замещение –при котором функции объекта выполняются другим – автоматическая подача долота. Отношение числа резервных изделий к числу резервируемых называется кратностью резервирования. Резервирование с кратностью равной единице называется дублированием.
Различают единичные и комплексные показатели надежности. Единичный показатель количественно характеризует одно из свойств, составляющих надежность объекта. Комплексный не менее двух. Например безотказность и ремонтопригодность.
Основным показателем безотказности является вероятность безотказной работы Р (t0), определяющая вероятность того, что в заданном интервале времени t0=Т не возникнет отказ объекта. Значение Р (t0) как всякой вероятности находится в пределах 0≤ Р (t0)≤1.
Например, если вероятность безотказной работы машины за время Т=1000 ч равна 0,95, то это означает, что из общего числа однотипных конструкций в среднем около 5% будут иметь отказы раньше чем через 1000 ч работы. Так как безотказная работа и отказ взаимопротивоположные события, то сумма их вероятностей равна 1.
Р (t0)+Q(t0)=1, 0≤t≤1.
К показателям безотказности относятся средняя наработка до отказа, гамма-процентная наработка до отказа, средняя наработка на отказ, интенсивность отказов и параметр потока отказов. В случаях легко устранимых отказов показателем безотказности является средняя наработка на отказ, определяемая отношением наработки восстанавливаемого объекта к ожидаемому числу его отказов в течении этой наработки. Средняя наработка на отказ означает наработку восстанавливаемого объекта в среднем на один отказ в рассматриваемом интервале суммарной наработки или определенной продолжительности эксплуатации.
Параметр потока отказов определяется отношением среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки.
Термин интенсивность отказов означает условную плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемую для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник. Для талевых канатов, подшипников и других невосстанавливаемых объектов показателем безотказности является средняя наработка до отказа.
В качестве показателей долговечности используется средний ресурс, гамма-процентный ресурс. Средним ресурсом называют математическое ожидание ресурса.
Гамма-процентный ресурс – наработка, в течении которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ- гамма выраженной в процентах.
Для невосстанавливаемых объектов ответственного назначения показатели долговечности является назначенный ресурс (срок службы). Показателем ремонтоспособности является среднее время восстановления. Время восстановления слагается из времени обнаружения, поиска причины отказа и устранения последствий отказа. Для оценки сохраняемости изделий пользуются показателем средний срок сохраняемости – означает ожидаемый срок сохранности, включающей продолжительность хранения, транспортировки объекта в заданных условиях, в течении и после которой сохраняется значение заданных показателей в установленных пределах.
К комплексным показателям надежности относится коэффициент готовности
где Т0- наработка на отказ;
ТВ- среднее время восстановления.
Коэффициент готовности характеризует два свойства: безотказность и ремонтируемость. Время на восстановления работоспособности в условиях эксплуатации принято считать простоем.
Для оценки надежности буровых машин может служить коэффициент технического использования, выражающий отношение времени пребывания объекта в работоспособном состоянии к сумме времени в работоспособном состоянии и времени обслуживания и ремонтов.
.
Экономическим показателем надежности буровых машин и оборудования может служить сумма затрат на проведения технического обслуживания за время бурения скважин.
2. Выбор номенклатуры показателей надежности буровых машин и оборудования.
Номенклатура показателей надежности выбирается в зависимости от технических, эксплуатационных и экономических параметров и особенностей рассматриваемых машин и оборудования. Число выбранных параметров надежности должно быть минимальным, но достаточным для оценки. В зависимости от последствий отказа, ремонтопригодности и признаков определяющих необходимость прекращения эксплуатации, буровые машины и оборудование подразделяются на отдельные группы.
I группа объединяет ремонтируемые и эксплуатирующиеся до определенного состояния машины и оборудование, последствием отказов которых, являются потери от вынужденных простоев. Это БУ в целом, ОЦС, буровые насосы, лебедки. Экономический эффект от эксплуатации этих машин зависит от длительности их безотказной работы и времени простоев за основные показатели надежности этой группы машин принимаются:
1) Коэффициент готовности или коэффициент технического использования.
2) Наработка на отказ.
3) Средний ресурс до капремонта или полный средний ресурс.
II группа – вышка, талевый канат – испытывающие циклические нагрузки. Нормируемым показателем надежности в связи с этим являются:
1) Вероятность безотказной работы за время t.
2) Средний ресурс и средний срок службы.
III группа – ремонтируемое оборудование первый отказ которого совпадает с наступлением его предельного состояния и отдельные элементы оборудования, которые эксплуатируются до первого отказа не подлежат ремонту. К этому оборудованию относится ротор.ю а к элементам – уплотнения, поршни, клапаны. В качестве показателей надежности принимаются:
1) Средний ресурс до капремонта.
2) Средний ресурс.
IV группа – наиболее многочисленная, эксплуатируемая до предельного состояния. Сюда относятся узлы талевого механизма, цепные передачи, вертлюги, запорные устройства.
Показателями надежности являются:
1) Коэффициент готовности или коэффициент технического использования.
2) Средний ресурс до капитального ремонта либо полный средний ресурс.
V группа – ремонтируемое оборудование, эксплуатируемое до предельного состояния, после которого необходим капитальный ремонт. Отказы этой группы не вызывают простоев БУ. сюда относятся: компрессорные блоки, установки очистки раствора. Основными показателями надежности являются:
1) Наработка на отказ.
2) Средний ресурс до капитального ремонта.
VI группа – устройства, используемые для обеспечения безопасности и устранения аварий. Для этой группы характерны режимы ожидания работы характерны режимы ожидания работы (противовыбросовое оборудование, ограничитель подъема тальблока) показаниями надежности являются:
1) Коэффициент оперативной готовности.
2) Назначенный ресурс.
Весь период эксплуатации оборудования состоит из трех:
"15.3 Английский роман XVIII века" - тут тоже много полезного для Вас.
I. Период повышенного значения потока отказов (вследствие скрытых дефектов конструкторского и производственного характера).
II. Период нормальной эксплуатации, накопление повреждений и редкие отказы.
III. Период интенсивного роста отказов.
В большинстве случаев наработка оборудования измеряется машинным временем в часах. Факторы влияющие на надежность бурильных машин и оборудования нося случайный характер. В этой связи основной метод изучения надежности – статистический, а для решения теоретических задач используется теория вероятностей.
Литература:
1. Баграмов Р.А. «Буровые машины и комплексы», изд. Недра 1988.
