Оценка безотказности элементов химического



Скачать 47.68 Kb.
Дата11.11.2016
Размер47.68 Kb.

Оценка безотказности элементов химического


оборудования при изменении их масштаба

канд.техн.наук Р.Г.Маннапов


(опубликовано в ж. «Химическое и нефтяное машиностроение» № 3 за 1984 г., с.30-32)
Известно, что с увеличением размеров химического оборудования при неизменных технологических параметрах его надежность снижается. Простейшим примером может служить емкостное оборудование, предназначенное для хранения (переработки) агрессивных продуктов. При увеличении размеров такого оборудования без изменения толщины стенки его отказы (сквозные разрушения рабочей поверхности) наступают раньше. В этом случае [1] вероятность РM(t) безотказной работы оборудования с рабочей поверхностью Fм может быть выражена через вероятность Р1(t) безотказной работы оборудования с рабочей поверхностью F1 :

(1)

где M - масштаб изменения размеров (параметров) элемента, влияющих на его безотказность (в приведенном примере М = Fм/ F­1).

Нормируемым показателем безотказности химического оборудования является наработка на отказ [2]. Этот же показатель определяют при сборе эксплуатационной информации о надежности химического оборудования [3]. Для определения наработки на отказ изделия (для неремонтируемых элементов изделия - средней наработки до отказа) с использованием зависимости (1) необходимо интегрирование зависимости Р(t).

С целью нахождения более простого метода оценки средней наработки до отказа было исследовано изменение параметров основных распределений, характерных для наработок до отказа элементов химического оборудования, при изменении их размеров.

Суть метода состоит в следующем. На основании данных об испытаниях плоских образцов определенной площади F до сквозного разрушения от воздействия агрессивной среды определяли параметры генеральной совокупности распределения наработки до отказа этих образцов. Затем из этой генеральной совокупности случайным образом отбирали М значений, из которых оставляли наименьшее, а остальные отбрасывали. Отобранное наименьшее значение наработки до отказа соответствовало площади М·F образца, так как отказом поверхности любой площади является появление первого сквозного разрушения. Таким способом отбирали 200 значений (в соответствии с ГОСТ 11006-74). Полученную выборку, соответствующую распределению наработки до отказа образцов, площадь которых увеличена в М раз, подвергали статистической обработке с определением параметров нового распределения.

По описанному методу были исследованы нормальное распределение и распределение Вейбулла. Эти распределения характерны для наработок до отказов элементов химического оборудования (вследствие коррозии, механического изнашивания, усталостного разрушения и др.) и рекомендованы [4] для оценки надежности элементов (узлов) изделий при проектировании, если законы распределения их ресурсов неизвестны.

Статистическая обработка результатов показала, что коэффициенты вариации υ исследованных распределений с увеличением М не изменяются, а математические ожидания (средние наработки до отказа) уменьшаются (рис.1), причем тем в большей степени, чем выше коэффициент вариации распределения.

Из рис.1 видно, что расхождение кривых нормального распределения и распределения Вейбулла не превышает 2 – 3%. Это позволяет при инженерных расчетах использовать только распределение Вейбулла, так как при описанном масштабном переходе оно является более универсальным (распределение экстремальных значений [5] с возрастанием М стремится к распределению Вейбулла при любом исходном распределении).

Для несмещенного распределения Вейбулла вероятность безотказной работы

(2)

где а и b - параметры распределения; t - случайная наработка до отказа.

Средняя наработка до отказа

(3)

где Г - гамма-функция Эйлера.

Подставляя параметры а1 для элемента масштаба 1 и aM для элемента масштаба М

в формулу (2) и затем в формулу (1), получим

откуда



Заменяя параметры а на средние наработки до отказа Т в соответствии с формулой (3), получим зависимость отношения средних наработок до отказа элементов от их масштаба:

Параметр b определяют по коэффициенту вариации наработки до отказа элемента (рис. 2).





Так как зависимость относительной прочности σм / σ1 образцов от их масштаба идентична зависимости (4), для проверки полученной зависимости были использованы опубликованные в работах [6, 7] экспериментальные данные о средней прочности образцов разного размера. Результаты сопоставления представлены на рис. 3. Как видно, опытные данные согласуются с данными расчета по зависимости (4). Коэффициенты

вариации предела прочности сталей соответствуют коэффициентам вариации предела прочности сталей (0,08 - 0,1), полученным экспериментально в работе [8].

При оценке средней наработки до отказа увеличенного (уменьшенного) элемента по зависимости (4) необходимо правильно выбрать параметр (размер) элемента, определяющий масштаб М в зависимости от причины разрушения (отказов) элемента (см. таблицу).

Необходимо отметить, что зависимость (4) справедлива лишь в тех случаях, когда удельные нагрузки на элементы, технология их изготовления и материалы не изменяются.



По зависимости (4) можно оценить безотказность элементов вновь разрабатываемых типоразмеров химического оборудования до начала конструирования и при необходимости предусмотреть меры по обеспечению требуемой их безотказности. При увеличении размеров (масштаба) сложных видов оборудования, наработка на отказ которых чаще всего имеет экспоненциальное распределение с коэффициентом вариации, равным единице, необходимо учитывать, что их безотказность будет уменьшаться пропорционально масштабу увеличения, и принимать меры по обеспечению требуемой безотказности.
Список литературы
1. Оборудование большой единичной производительности в химических производствах и надежность его функционирования/И.Б.Жилинский, О.С.Чехов.- Журнал ВХО им. Д. И. Менделеева, 1979, т. ХХ1Y, # 4, с. 364 - 369. 2. РД РТМ 2б-01-135-81. Надежность изделий химического и нефтяного машиностроения. Химическое оборудование. Номенклатура нормируемых показателей. Введ. 01.07.1982. 9 с. 3. РД РТМ 2б-01-13б-81. Надежность изделий химического и нефтяного машиностроения. Химическое оборудование. Сбор, обработка и прохождение информации. Введ. 01.07.1982. 16 с. 4. Методические указания. Надежность в технике. Методы расчета надежности технических систем. М.: ВНИИНМАШ, 1979. 72 с. 5. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. М.: Мир, 1980. 604 с. 6. Детали машин. Расчет и конструирование: Справочник. Т.1/Под ред. Н.С.Ачеркана. М.: Машиностроение, 1968. 228 с. 7. Чечулин Б.Б. Масштабный фактор и статистическая природа прочности металлов. М.: Металлургиздат, 1963. 120 с. 8. Вероятностные характеристики прочности авиационных материалов и размеров сортамента / А.А.Кузнецов, О.М.Алифанов, В.И.Ветров и др. М.: Машиностроение, 1970. 567 с.


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница