Logo holodilshchik
интернет-выпуск № 2(38), февраль, 2008 г.
ПЕРВАЯ В РОССИИ ИНТЕРНЕТ-ГАЗЕТА ПО ХОЛОДИЛЬНОЙ И БЛИЗКОЙ ЕЙ ТЕМАТИКЕ

Грамотно преподнести себя через рекламу - тоже искусство!
ЭКСПЛУАТАЦИЯ УСТАНОВОК
Ю.Д. Румянцев
НАДЕЖНОСТЬ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

    

Любой объект со временем переходит в неработоспособное состояние, и важно, чтобы период нахождения его в работоспособном состоянии был достаточно большим. Свойство объекта сохранять во времени работоспособность в заданных условиях применения, технического обслуживания, ремонта (а в общем случае еще хранения и транспортирования) называется надежностью.

Надежность является важным свойством, характеризующим качество объекта, так как совокупность других свойств, например пригодности, экономичности, технологичности, не может быть эффективно реализована, если часто нарушается его работоспособное состояние, а восстановление работоспособности требует больших затрат, например временных, финансовых.

Надежность - это комплексное свойство объекта, состоящее в общем случае из безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Значимость частных свойств для объекта зависит от назначения, условий эксплуатации и последствий отказов. Если отказ объекта может привести к ситуации, опасной для жизни людей, к большому материальному ущербу, то для этого объекта важна безотказность - свойство непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного промежутка времени. Но в большинстве случаев отказы холодильных установок не имеют столь катастрофических последствий. Поэтому, хотя отказы и являются нежелательными, но важнее долговечность объекта, т. е. свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с необходимыми перерывами для проведения технического обслуживания и ремонта.

При всем очевидном значении безотказности и долговечности важным является и ремонтопригодность. Это свойство объекта заключается в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособности. Оно связано в основном с конструкционным решением объекта, отражает технологичность его при техническом обслуживании и ремонте и влияет на затраты, связанные с техническим обслуживанием и ремонтом. Сохраняемость объекта характеризуется его способностью противостоять негативному влиянию условий и времени хранения и транспортирования на его безотказность, долговечность и ремонтопригодность.

Показатели надежности. Для исследования надежности объектов и разработки научно обоснованных мероприятий по обеспечению их надежности необходимо иметь количественные характеристики этого свойства. Количественной характеристикой одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта, являются показатели надежности.

Особенностью показателей является то, что они имеют вероятностный характер. Это связано с тем, что работоспособность объекта зависит от большого количества воздействующих факторов: начальных характеристик, рабочей нагрузки, скорости изменения характеристик, условий эксплуатации и других, причем действующих одновременно и, самое неприятное, с неизвестной закономерностью. Если на объект воздействуют недетерминированные факторы, то и состояние будет неопределенным. Прогнозировать состояние такого объекта можно только с вероятностных позиций. Следовательно, показатели надежности являются случайными величинами и задаются законом распределения.

Распределение - это однозначное соответствие между значениями случайной величины и вероятностями, которые принимают эти случайные численные значения. За случайную величину обычно принимают время работы объекта (наработка, ресурс) или поток отказов. Существует много показателей надежности единичных, относящихся к одному из свойств надежности, и комплексных. Показатели выбирают с учетом степени и характера их влияния на выполнение возложенных на объект функций. Например, для холодильного оборудования выбрана номенклатура показателей надежности, характеризующих три свойства - безотказность, долговечность и ремонтопригодность, с учетом основного процесса, приводящего к потере работоспособности вследствие изнашивания (компрессоры и компрессорные агрегаты), коррозии (абсорбционные машины, теплообменные и емкостные аппараты), изнашивания и коррозии (компрессорно-аппаратные агрегаты и машины).

А конкретно в номенклатуру входят показатели:

  • безотказности - средняя наработка на отказ (для ремонтируемых объектов), интенсивность отказов (для неремонтируемых объектов);

  • долговечности - средние ресурсы до капитального, среднего и текущего ремонтов (для ремонтируемых объектов), гамма-процентный ресурс (для неремонтируемых объектов);

  • ремонтопригодности - среднее время восстановления работоспособности, объединенная удельная оперативная трудоемкость технического обслуживания и ремонта.

Средняя наработка на отказ τн.от (ч) - это отношение суммарной наработки объекта к математическому ожиданию количества его отказов в течение этой наработки. Интенсивность отказов λ(τ)(ч-1) - это условная плотность вероятности возникновения отказа, определяемая для какого-то момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник. Средний ресурс до капитального τк (ч), среднего τс (ч), текущего τт (ч) ремонтов представляет собой суммарную наработку объекта, при достижении которой применение его по назначению должно быть прекращено для проведения восстановительных работ.

Средний и капитальный ремонты позволяют частично или полностью восстановить ресурс, поэтому отсчет наработки при исчислении технического ресурса возобновляют после окончания ремонта. Если при достижении предельного состояния объект снимают с эксплуатации, то показатель долговечности называется полным средним ресурсом τп (ч).

Показатели долговечности могут быть выражены календарной продолжительностью и называться: средний срок службы до i -го ремонта, полный средний срок службы. Гамма-процентный ресурс τγ(ч) - это наработка, в течение которой объект не достигнет предельного состояния с заданной вероятность γ, выраженной в процентах. Объединенная удельная оперативная трудоемкость технического обслуживания и ремонта определяет трудозатраты s у.о.т (чел.-ч), приходящуюся на 1000 ч наработки за цикл технического обслуживания и ремонта. Среднее время восстановления τв (ч) работоспособности представляет собой математическое ожидание времени восстановления работоспособности. Указанная номенклатура показателей надежности входит во все документы, определяющие требования к качеству холодильного оборудования.

Кроме показателей надежности, содержащихся в номенклатуре, для решения задач надежности целесообразно использовать и другие показатели, например, безотказности:

  • вероятность безотказной работы объекта;

  • средняя наработка до отказа;

  • коэффициент готовности.

Вероятность безотказной работы Р (τ) - это универсальный и удобный для расчетов показатель, характеризующий вероятность того, что в пределах заданной наработки отказа объекта не возникнет. Средняя наработка до отказа τд.от (ч) является математическим ожиданием наработки объекта до первого отказа. Она является величиной, равной λ-1. Коэффициент готовности Кг - это комплексный показатель, характеризующий вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, но этот момент времени не может приходиться на периоды, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается, т. е.

Формула

где λраб - суммарное время пребывания объекта в работоспособном состоянии.

Показатель Кг наиболее достоверно отражает безотказность сложных объектов, так как учитывает относительное время простоев объекта вследствие отказов, в отличие от Р (τ). Значения показателей надежности, входящих в номенклатуру, определяют по теоретическим или статистическим зависимостям. Точность приближения последних зависит от объема используемых статистических данных: чем больше объем, тем выше точность.

Надежность в процессе функционирования. Процесс функционирования объекта можно представить так: сданный в эксплуатацию объект работает до отказа, отказ устраняют, восстанавливая работоспособность, и объект работает до следующего отказа и т. д. Моменты отказов образуют поток, называемый потоком отказов. Характеристикой потока отказов является математическое ожидание числа отказов М [r(τ)] за наработку τ. Опыт показывает, что скорость возникновения отказов различна в процессе работы.

Типичный характер изменения интенсивности отказов (или условной плотности вероятности отказов) в зависимости от наработки объекта представлен на рис. 1. В зависимости от характера изменения скорости появления отказов можно выделить три участка кривой. На первом участке от 0 до τ1 интенсивность отказов наибольшая и уменьшающаяся в процессе наработки. Это связано с отсутствием приработки в трущихся сопряжениях, присутствием дефектных деталей, наличием дефектов сборки узлов. По мере приработки, замены дефектных деталей скорость появления отказов уменьшается. Этот участок называется периодом приработки. Например, для поршневых компрессоров период приработки составляет 200-1000 ч, а скорость износа деталей в 3- 15 раз выше, чем в установившемся значении во втором периоде.

Интенсивность отказов в процессе эксплуатации

Рис. 1. Интенсивность отказов в процессе эксплуатации

На втором участке от τ1 до τ2, называемом периодом нормальной работы, интенсивность отказов достигает минимального значения и остается постоянной. Дело в том, что в этот период проявляются отказы, характеризующиеся скачкообразным изменением контролируемых параметров объекта (в виде деформации, разрушения, заклинивания деталей) и вызванные случайным стечением многих неблагоприятных обстоятельств, воздействие которых превышает возможности (предел прочности и текучести) объекта. Такие отказы называются внезапными. Основным признаком внезапного отказа является независимость вероятности его возникновения от предыдущей наработки объекта.

На последнем участке (τ > τ2) интенсивность отказов монотонно возрастает, поскольку в объекте к этому времени накапливаются необратимые изменения, вызванные процессами ползучести, усталости, изнашивания и коррозии материалов. Эти отказы, называемые постепенными, составляют большую часть отказов холодильных объектов. Вероятность их возникновения тем выше, чем больше наработка объекта.

Деление технического ресурса объекта на три периода в зависимости от характера изменения скорости появления отказов имеет важное практическое значение, поскольку позволяет построить математическую модель, описывающую надежность работающего объекта, а также предусмотреть технические мероприятия, обеспечивающие работоспособное состояние объекта. Существующая практика использования объектов ориентирована на обеспечение их надежности, начиная с момента времени τ1. Для периода нормальной работы характерным является постоянство интенсивности отказов 1 = const, поэтому можно использовать экспоненциальный закон распределения наработки, для которого вероятность безотказной работы за наработку τпр


Р (τпр) = ехр (-λτпр),

а математическое ожидание наработки τд.от = λ-1.

Время (наработка) проверки работоспособности объекта τпр принимают с учетом того, чтобы вероятность безотказной работы была не ниже допустимого значения. Значения Р (τпр) при различных τпр/τд.от при постоянстве τд.от таковы:

τпр/τд.от ................     1,0        0,1        0,01        0,001
Р (τпр) ................       0,368     0,905     0,990     0,999

Из приведенных данных следует, что к моменту проверки состояния объекта через наработку τпр=τд.от возникнет 63,2 % отказов и только 36,8 % позднее. Чтобы обеспечить вероятность безотказной работы объекта Р(τ) = 0,9, что принимают для оборудования при незначительном экономическом ущербе от его отказа, техническое состояние следует контролировать через наработку τпр=0,1τд.от.

Рассмотренные выше зависимости для неремонтируемых объектов справедливы и для ремонтируемых, но с учетом того, что показателями безотказной работы для них являются наработка на отказ τн.от и параметр потока отказов ω(τ) = τ-1н.от. На последнем участке (при τпр > τ2) заданное время проверки технического состояния объекта определяется также исходя из того, что вероятность безотказной работы должна быть не ниже допустимой. Но для количественной оценки нужно знать закон распределения ресурса (наработки).

Закономерности распределения ресурса определяются закономерностями процессов, вызывающих изменение свойств объекта. Например, экспериментально установлено, что ресурсы большинства деталей компрессоров подчиняются нормальному закону распределения или закону Вейбулла. Распределение обычно подчиняется нормальному закону, если на изменение случайной величины влияют многие приблизительно равнозначные факторы. Нормальное распределение является универсальным и удобным для практических расчетов, имеет два независимых параметра (τр.ср и σ). Вероятность безотказной работы может быть определена так:

Формула

или при наличии табличных значений вычисленных интегралов в виде F0-функции - Р(τ) = F0(u), где σ - среднее квадратическое отклонение ресурса (мера рассеивания значений ресурсов относительно среднего); u - квантиль нормального распределения.

Кривая плотности вероятности отказов f(τ) зависит от σ, а ее положение - τр.ср (рис. 2). Площадь под кривой выражает вероятность отказов (или их отсутствия). Площадь под кривой, выходящая за пределы наработки τн=τр.ср -3σ составляет всего 0,135 %.

Характеристики нормального закона распределения

Рис. 2. Характеристики нормального закона распределения

Зависимость от Р(τ) заданного времени проверки работоспособности τпр = τр.ср - uσ такова:

uσ ................        0        1        2            3
Р(τ) ................       0,500     0,841     0,978     0,999

Из приведенных данных следует, что время проверки работоспособности должно назначаться через наработку τпр < τр.ср. При совместном действии внезапных и постепенных отказов вероятность безотказной работы объекта, учитывая независимость этих событий за наработку τпр, Р(τпр) =Pв (τпр) Pп (τпр). Вероятность безотказной работы сложного объекта (системы), состоящего из п элементов за τпр.

Формула

Таким образом, важной характеристикой надежности объектов является интенсивность их отказов. Увеличение интенсивности отказов за наработку свидетельствует о старении объекта.

Для обеспечения требуемого уровня надежности следует:

контролировать техническое состояние объекта через целесообразный интервал наработки; при λ(τ) ≠ const компенсировать старение объекта его заменой новым (при λ = const замена объекта по наработке неэффективна, так как надежность нового объекта будет не больше замененного, поскольку она не зависит от наработки).

Конечно, может возникнуть сомнение - выгодна ли замена теряющего работоспособность, но еще не достигшего предельного состояния объекта новым. Надо иметь в виду, что технический объект состоит из деталей, имеющих различные, причем существенно различающиеся, средние ресурсы.

Следовательно, замена стареющих деталей будет производиться в течение значительного промежутка времени (нескольких лет), а значит, и затраты средств, связанные с заменой, будут распределены по времени. В общем случае для разрешения такого сомнения необходимо знать характеристики надежности, процесса изменения технического состояния и других воздействующих факторов для определения целесообразной наработки до предупредительной замены деталей (объектов).




Приглашаем ученых и инженеров, аспирантов и студентов, а также,
заинтересованные институты, фирмы, организации и частных лиц, принять участие в размещении
информации в интернет-газете, посвященной холодильной и близкой ей тематике.

Учредитель и издатель интернет-газеты: ООО "АВИСАНКО" (Москва).
Адрес редакции: Россия, 115551, Москва, Шипиловский проезд, д.47/1, офис 67-А.
Тел./факс: +7 (495) 343-43-71, тел.: +7 (495) 343-43-48, 223-60-50 доб. 132.

Головной сайт: www.avisanco.ru.

E-mail: info@holodilshchik.ru

Первый выпуск первой в России интернет-газеты по холодильной и
близкой ей тематике - "Холодильщик.RU" - вышел в свет в январе 2005 г.
Руководитель проекта и Главный редактор: Маргарян С.М. (АВИСАНКО, ООО)
За содержание рекламных материалов редакция ответственности не несет.
При перепечатке статей, ссылки на их авторов и интернет-газету обязательны.
Разместите на своем сайте нашу кнопку... Rambler's Top100 Многоязыковая поисковая система...


Авторские права © 2005-2017 // MARGARY@N

Партнеры: