КУРС ЛЕКЦИЙ по дисциплине Физические и математические основы надежности технологического оборудования

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Технологические машины и оборудование»

 

 

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Физические и математические основы надежности

технологического оборудования»

 

 

Содержание

		С.
Раздел 1. Теоретические основы надежности
Лекция 1. Понятия и определения надежности. Экономические аспекты надежности. Показатели надежности
Лекция 2. Отказ. Классификация отказов. Энергетическая концепция возникновения отказа. Параметры потока отказов
Лекция 3. Случайные величины. Законы распределения, применяемые в теории надежности. Выбор теоретического закона распределения. Параметры статистического распределения
Лекция 4. Надежность сложных систем. Сложная система и ее характеристики. Структурный анализ систем технологического оборудования
Лекция 5. Методы расчета надежности сложных технических систем
Лекция 6. Резервирование. Методы, способы и типы резервирования. Задачи выбора оптимального числа резервных элементов в системе.
Лекция 7. Классификация машин и аппаратов по надежности. Работоспособность машины: анализ области работоспособности
Лекция 8. Источники информации по надежности. Испытания на надежность: объекты, виды и методы испытаний
Раздел 2. Физические основы надежности
Лекция 9. Старение и износ. Модель старения. Область существования старения
Лекция 10. Износ материалов: природа и классификация. Основные закономерности процесса изнашивания
Раздел 3. Эксплуатационная надежность
Лекция 11. Определение остаточного ресурса оборудования нефтегазопереработки
Лекция 12. Оценка технического состояния оборудования
Лекция 13. Определение остаточного ресурса оборудования при малоцикловых нагрузках
Лекция 14. Определение остаточного ресурса оборудования по критерию коррозионной стойкости
Рекомендуемая литература

Раздел 1. Теоретические основы надежности

Лекция 1.Понятия и определения надежности. Экономические аспекты надежности. Показатели надежности.

 

Понятия и определения надежности

В технической литературе проблемам надежности уделяется значительное внимание, однако, по вопросам надежности, именно, машин и аппаратов химических… Основная литература: 1. Шубин В.С., Рюмин Ю.А. Надежность оборудования химических и нефтеперерабатывающих производств: М.: Изд-во Химия,…

Надежность – это свойство объекта сохранять во времени свою работоспособность.

Основные термины и определения по надежности:

Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Т.е. работоспособность – это не только «способность объекта работать» (выполнять необходимые функции), но и способность его выходных параметров находиться в допустимых пределах.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности.

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

Время работы объекта до отказа, выраженное в часах, называется наработкой до отказа.

Показатели надежности

Безотказность – свойство объекта сохранять работоспособность в течение некоторой наработки без вынужденных перерывов. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к… Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для…

Показатели безотказности.

Вероятность безотказной работы и вероятность отказа образуют полную группу событий: . Допустимое значение выбирается в зависимости от степени опасности отказа. Следует иметь ввиду, что применение без…

Показатели долговечности.

Наработка до отказа Т – время работы объекта в часах до возникновения отказа.

Для некоторых машин может иметь место критическая длительность эксплуатации, начиная с которой при эксплуатации будут резко возрастать затраты на ремонт из-за износа наиболее дорогих узлов машины или опасности ее дальнейшей эксплуатации.

Коэффициент технического использования К_ти, - численно равен вероятности того, что в данный, произвольно взятый момент времени машина работает, а не ремонтируется

К_ти = Т_раб / ( Т_раб + å Т_{рем i}),

где Т_раб- время работы машины за некоторый период эксплуатации;

åТ_рем- суммарная продолжительность ремонтов машины за тот же период эксплуатации.

Коэффициент технического использования является безразмерной величиной

0 < К_ти < 1.

Коэффициент технического использования, взятый за период между плановыми ремонтами и техническим обслуживанием, называется коэффициентом готовности К_г.

Коэффициент готовности К_г численно равен вероятности того, что изделие будет работоспособно в произвольно взятый момент времени в промежутках между плановыми ремонто-профилактическими мероприятиями.

Этот коэффициент оценивает непредусмотренные остановки машины, наличие которых свидетельствует о том, что плановые ремонты и мероприятия по техническому обслуживанию не полностью выполняют свою роль.

Срок службы Т — это календарная продолжительность эксплуатации объекта от ее начала или возобновления после капитального ремонта до наступления предельного состояния.

Ресурс Т_Р — это наработка привода от начала эксплуатации или ее возобновления после капитального ремонта до наступле­ния предельного состояния.

Отличие ресурса от срока службы в том, что первый показатель является оценкой фактической наработки привода, в то время как срок службы характеризует продолжительность существования привода с момента ввода в эксплуатацию независимо от характера его использования.

 

Экономические аспекты надежности

Если затраты будут столь высоки, что эффект от повышенной надежности машины не возместит их, то и суммарный результат от проведенных мероприятий… Как правило, имеется несколько вариантов мероприятий по повышению… Поэтому, при выборе вариантов достижения требуемого уровня надежности, необходимо исходить из получения наибольшего…

Экономические показатели надежности

где - стоимость изготовления машины (стоимость прод); - суммарные затраты на эксплуатацию, ремонт и обслуживание машины, руб.; - период эксплуатации машины, ч.

Рисунок 2.1 - Классификация отказов

1) по причинам возникновения:

Конструкционные отказы обусловлены ошибками, допущенными при проектировании, нарушениями требований государственных стандартов, занижением запасов прочности, ошибками в разработке принципиальных схем и конструкций устройств и т. д.

Производственные отказы вызываются нарушениями технологии изготовления, несоблюдением требований конструкторской документации при изготовлении, применением некондиционных материалов и комплектующих элементов, недостаточным контролем качества в процессе производства и т. п.

Конструкционные и производственные отказы, как правило, выявляются в начальный период эксплуатации. Они могут быть выявлены также в процессе приработочных испытаний в заводских условиях.

Эксплуатационные отказы являются следствием нарушений условий работы, на которые рассчитано нефтеперерабатывающее оборудование, несоблюдения оговоренных в технической документации правил эксплуатации, низкой квалификации обслуживающего персонала, естественного старения, изнашивания и других причин. Эксплуатационные отказы проявляются не только в начальный период эксплуатации, но и в последующее время.

2) по характеру проявления все отказы делятся на внезапные и постепенные. Если в качестве обобщенного параметра, характеризующего работоспособность нефтеперерабатывающего оборудования (давление, расход, и т.д.), то внезапные и постепенные отказы определяются скоростью изменения обобщенного параметра.

К постепенным отказам относятся такие, для которых скорость изменения обобщенного параметра имеет конечную величину. Постепенные отказы нефтеперерабатывающего оборудования являются следствием необратимых изменений его свойств, вызванных старением, износом, накоплением усталостных повреждений и изменением параметров рабочего процесса.

Внезапные отказы характеризуются резким, скачкообразным изменением обобщенного параметра под воздействием одного или нескольких возмущений, вызванных внутренними дефектами, нарушениями режимов работы или ошибками обслуживающего персонала. Обычно появлению внезапных отказов предшествуют скрытые дефекты или изменения свойств элементов, которые не всегда удается заменить и обнаружить.

3) по степени влияния на работоспособность нефтеперерабатывающего оборудования все отказы можно разделить на полные и частичные. При полных отказах происходит потеря работоспособности нефтеперерабатывающего оборудования. При частичных отказах способность нефтеперерабатывающего оборудования к выполнению своих функций сохраняется, однако при этом снижается эффективность их выполнения.

Для нефтеперерабатывающего оборудования, установленного на установке, выполняющих ответственные функции, отказы делятся на опасные и безопасные.

4) по возможности предсказания. При постепенных отказах характеристики нефтеперерабатывающего оборудования изменяются во времени, и, следовательно, принципиально возможно с помощью специальной системы контроля или специальных испытаний прогнозировать момент наступления отказа и принять соответствующие меры, обеспечивающие сохранение работоспособности нефтеперерабатывающего оборудования. Постепенные отказы, которые можно прогнозировать, называются прогнозируемыми.

Так же существует классификация отказов, зависящая от характера причин возникновения отказа. Она делится на две группы.

Первая группа. Отказы, являющиеся следствием дефектов конструкции, технологии производства, эксплуатационно-технической документации, а также других дефектов, повторяющихся для всех экземпляров данной системы или же хотя бы для некоторой группы экземпляров. Поскольку причины отказов данной группы повторяются для всех или части экземпляров системы, испытания отдельного экземпляра могут дать необходимую информацию для устранения причин возникновения таких отказов и, следовательно, для повышения надежности системы. При обнаружении отказов данной группы на отдельных экземплярах системы могут приниматься решения о проведении доработок на остальных или же проведении других мероприятий, исключающих появление подобного вида отказов.

Вторая группа. Отказы, которые вызваны случайным разбросом или ограниченностью сроков службы комплектующих элементов, случайным неблагоприятным сочетанием разбросов параметров элементов в пределах установленных допусков, случайным неблагоприятным сочетанием режимов работы или условий эксплуатации, случайными погрешностями производства и др. Обнаружение отказов второй группы на каком-либо отдельном экземпляре данной системы не дает оснований делать заключение о надежности остальных экземпляров: может случиться, что таких отказов на остальных экземплярах системы не будет. Устранение причин возникновения отказов второй группы вызывает затруднения, так как выявление причин их возникновения требует проведения большего комплекса мероприятий и проведения большего объема испытаний. Для повышения надежности при наличии отказов второй группы необходимо установить статистические закономерности (законы) их распределения.

Анализ причин возникновения отказов в процессе испытаний и эксплуатации систем и классификация отказов по группам являются важнейшими элементами исследования надежности.

Оценка эксплуатационной надежности оборудования установок АВТ проводилась по следующим показателям :

- вероятность безотказной работы;

- средняя наработка на отказ;

- интенсивность отказов;

- параметры потока отказов;

- среднее время восстановления и вероятность восстановления работоспособного состояния;

- коэффициент готовности;

- коэффициент технического использования.

В настоящее время основным источником информации для суждения о надежности объекта является статистика отказов. Отказ - это сигнал обратной связи, дающий представление (к сожалению, иногда с большим опозданием) о том, насколько конструкция, технология и условия эксплуатации обеспечили желаемые показатели надежности.

 

Энергетическая концепция возникновения отказа

Для решения задач надежности необходимо иметь модель формирования отказа, т.е. представить схему с функциональными и стохастическими связями, которая позволяла бы оценить вероятность возникновения отказа. Однако далеко не все виды воздействий на оборудование и не все виды повреждений обязательно приводят к отказу. Поэтому рассмотрим представленные в виде блок-схемы отдельные этапы возникновения отказа.

Возникновение отказа - конечный результат ряда последовательных этапов, которые независимо от вида отказа, имеют общие черты.

Обычно для оценки надежности используют статистические данные по отказам без анализа процессов их формирования. Такой подход не создает основы для прогнозирования надежности и для вскрытия причин возникновения отказов, так как используются лишь конечные результаты явлений.

При эксплуатации трубопровода не него действуют все виды энергии, но для возникновения вредных процессов необходим определенный их уровень. Если этот уровень не превзойден, то предпосылки для возникновения отказа будут устранены в самом начале. Если же процесс возник, то он будет изменять начальные свойства или состояние материалов, из которых создано изделие.

Под действием различных видов энергии могут появляться и развиваться во времени такие процессы, как деформация, изнашивание, коррозия и др. Эти процессы могут привести к повреждению оборудования. Полученное повреждение может влиять или не влиять на выходные параметры трубопровода.

 

Энергия, действующая на объект
Достаточен ли уровень энергии	Нет
для возникновения процесса
	Да
Приводит ли к повреждению	Нет	Отказ
возникший процесс		не возникает
	Да
Приводит ли повреждение к	Нет
изменению выходного параметра
	Да
Находится ли параметр в	Да
допустимых пределах
	Нет
Отказ

Рисунок 2.2 – Схема возникновения отказа

Отказ трубопровода или его элемента может быть предотвращен или отсрочен при выполнении следующих условий:

1. Если уровень воздействий энергии на трубопровод не превосходит значений, при которых могут возникнуть вредные процессы, изменяющие начальные свойства или состояние трубопровода.

Малая энергетическая нагруженность элементов трубопровода - один из главных путей повышения их безотказности, который, однако, связан с повышением стоимости трубопровода.

2. Если возникающие процессы не связаны с теми видами повреждений, которые определяют безотказность работы трубопровода.

Восприятие энергии элементами, не влияющими или мало влияющими на работоспособность трубопровода - второй основной путь повышения их безотказности.

3. Если изменения выходных параметров трубопровода, возникшие в результате повреждения его элементов, не выходят за допустимые пределы.

Для обеспечения этого условия применяется широкий ассортимент методов и средств, направленных на уменьшение интенсивности протекания вредных процессов или на компенсацию возникающих погрешностей функционирования трубопровода.

 

Для возникновения процесса изнашивания, если придерживаться усталостной теории износа необходимо, чтобы давление не превосходило некоторого критического значения . Последнее соответствует контактным напряжениям, возникающим в микровыступах поверхностей при их взаимном внедрении в процессе трения, которые должны быть ниже длительного предела усталости для данной пары материалов.

 

Для оценки возможности возникновения коррозии, которая для направляющих трубопровода связана как с атмосферными влияниями, так и с действием охлаждающей жидкости, необходимо определить термодинамическую устойчивость металла в данной среде.

 

Таким образом, для каждого вида энергии, действующего на трубопроводные коммуникации, можно установить граничные условия для возникновения вредных процессов, которые при их развитии могут привести к отказу.

 

 

Лекция 3. Случайные величины. Законы распределения, применяемые в теории надежности. Выбор теоретического закона распределения. Параметры статистического распределения.

 

Случайные величины. Законы распределения,

Применяемые в теории надежности

Рассмотренные примеры приводят нас к понятию случайной величины. Случайная величина – величина, которая в результате испытаний может принять… Случайные величины, расположенные в возрастающем порядке с указанием вероятности их появления называют распределением…

Определение показателей надежности по эмпирическим данным

, где n – объем выборки. Оценка вероятности безотказной работы определяется:

Параметры статистического распределения.

Для проверки гипотез о виде эмпирического закона распределения наибольшее распространение получили критерии Пирсона и Колмогорова.

Критерий Колмагорова

Строим статистическую интегральную функцию распределения F*(t) и теоретическую интегральную функцию распределения F(t) предполагаемого закона.

Рисунок 3.2 – Теоретическая и экспериментальная функция распределения

Оцениваем максимальную величину расхождения между функциями:

Dmax=max |F*(t) - F(t)|,

где F*(t) – статистическая функция; F(t) – теоретическая функция;

Определяется условная интенсивность:

.

В зависимости от l находится табличное значение вероятности Р(l).

Если Р(l) ³ 0,5, то гипотеза не противоречит опытным данным.

Критерий Пирсона

Если , то гипотеза подтверждается. Доказано, что при n®¥ случайная величина х имеет c2 – распределение:  

Надежность сложных систем. Сложная система и ее характеристики

Понятие сложной системы условно. Это понятие может применяться как к отдельным узлам и механизмам, так и машинам в целом и системам машин.… Сложная система относительно надежности обладает положительными и… Отрицательные свойства:

Структурный анализ систем технологического оборудования

Расчет надежности сложных систем

Надежность системы в целом зависит от надежности входящих в нее элементов, а также от способа их включения в систему.

В теории надежности различают два основных вида соединения элементов: последовательное (рисунок 4.2)и параллельное (рисунок 4.3).

Рисунок 4.1 – Последовательное соединение

Рисунок 4.3 – Параллельное соединение

Последовательное соединение

Пример.На рисунке 4.4 приведена схема реактора с герметическим приводом. Рисунок 4.4. - Схема реактора с герметическим приводом

Чем сложнее система (чем больше элементов в системе) с последовательным соединением элементов, тем ниже ее надежность; при усложнении системы ее надежность будет падать.

 

В частном случае, если система с последовательным соединением элементов состоит из одинаковых элементов, формула (7.3) приобретает вид:

(4.4)

или

(4.5)

l - интенсивность отказов.

На рисунке 4.7 представлены графики изменения надежности последовательно соединенной системы с одинаковыми элементами в зависимости от числа элементов n при различных значениях показателей надежности P(t) отдельного элемента

t

Рисунок 4.7 - Изменение надежности системы от изменения надежности элемента и числа элементов

Как видно из рисунка 4.7, надежность системы очень сильно зависит от числа элементов в системе.

 

Параллельное соединение

Пример такой системы представлен на рис. 7.8. а) б)

Надежность системы с параллельно включенными элементами будет выше, чем надежность отдельного элемента;

Надежность системы увеличивается с увеличением числа элементов.

 

Следовательно, пользуясь таким свойством, можно из малонадежных элементов создать достаточно надежные системы.

Метод очень часто используется в технике, а также характерен для животного мира, где в процессе эволюции выжили, как более надежные, более совершенные, те существа, у которых отдельные важные элементы организма резервированы, дублированы. Это глаза, легкие, уши и т.д.

Если система состоит из n элементов с одинаковой надежностью каждого
элемента, то:

Р_с(t) = 1 - [1 – P₁(t)]ⁿ. (4.11)

 

Комбинированное соединение

Система с комбинированным соединением элементов – это система, у которой часть элементов включены последовательно, а часть параллельно.

В химической промышленности и родственных отраслях в большинстве случаев встречаются устройства, машины, аппараты и технологические схемы именно с комбинированным соединением элементов в смысле надежности.

Для определения показателя надежности всей системы существует следующая методика.

Методика расчета показателя надежности системы с комбинированным соединением элементов

Чтобы составить подобную структурную схему, надо при анализе структурных элементов задавать себе каждый раз вопрос: что будет, если данный элемент… Если откажет вся система, значит, данный элемент в смысле надежности включен…

Методы расчета надежности сложных технических систем

Существуют системы, которые невозможно интерпретировать в виде набора элементов с последовательным или параллельным соединением:

1) система «2 из 3» показана на рисунке 5.1, а - система, которая нормально функционирует только в том случае, если в работоспособном состоянии находятся два любых ее элемента. Отказ системы наступает, когда отказывают два или три элемента

Р_с = 3·Р² - 2·Р³; (5.1)

 

2) система «m из n» показана на рисунке 5.1, б - аналогичная схема, но здесь, допустим, необходимо, чтобы для нормальной работы системы функционировали 2 из 5 или 3 из 5 элементов; в общем виде такие системы - это случаи функционирования m из n элементов;

а б

Рисунок 5.1 - Сложные системы типа:

а) «2 из 3»; б) «m из n»

3) система типа «мостик», рисунок 5.2. Отказ системы будет, когда откажут элементы, например, 1 и 2 или 4 и 5.

Р_с = Р⁵ + 5·F·Р⁴ + 8·F²·Р³ + 2·F³·Р²; (5.2)

Рисунок 5.2 - Сложная система типа «мостик»

4) системы разветвляющегося или размножающегося типа, рисунок 5.3. Эта система перестает функционировать в тех случаях, если отказали, например, элементы 2 и 3 или 2, 6 и 7 и т.д.

Рисунок 5.3 - Схема разветвляющегося типа

 

Метод минимальных путей и минимальных сечений для определения надежности сложных систем

Минимальным сечением называется последовательный набор неработоспособных элементов, который приводит к отказу системы, а восстановление одного из… В сложных системах может быть несколько минимальных путей и несколько… Для системы типа «мостик» (рисунок 5.4):

Резервирование. Методы, способы и типы резервирования

1) повышение надежности элементов системы. Это обычный, легкий путь, но, чтобы им воспользоваться, нужны более надежные комплектующие элементы. Но… 2) конструктивные мероприятия повышения надежности (к примеру, демпфирование… 3) коренное изменение принципа функционирования системы данного назначения. Связан с созданием новой техники, это…

Задачи выбора оптимального числа резервных элементов в системе

В случае нагруженного резерва

Но тогда возникает вопрос: сколько же надо поставить резервных элементов, чтобы получить заданную надежность, считая резерв нагруженным? В простейшем случае задача решается очень быстро. Вспомним выражение для… Рс(t)= 1 – [1 – Рэ(t)]х, (6.2)

Расчет надёжности в случае ненагруженного резерва

Наработка системы до отказа: tc = t1 + t2 +……+ tN (6.10) Пусть все N элементов имеют одинаковое распределение наработки до отказа со средним значением to и дисперсией…

Решение.

; . Таблица 6.6 - Изменение вероятности безотказной работы системы во времени t, ч. …

Классификация машин и аппаратов по надежности

Классификация машин и аппаратов по надежности может производится по двум свойствам: безотказности и долговечности.

Безотказность определяется работой наиболее ответственных узлов и систем (таблица 7.1), так как в любой машине есть узлы, выход из строя которых не приводит к недопустимым последствиям. Например, во время эксплуатации…

Таблица 7.1 - Классификация машин и аппаратов по последствиям отказа (по безотказности)

Последствия отказа	Допустимая вероятность безотказной работы	Тип машины
Катастрофические	Авария Катастрофа Невыполнение ответственного задания	Р (t) 1,00	Подъемно-транспортные машины Машины химического производства
Экономический ущерб	Повышенные простои в ремонте Работа на пониженных режимах Работа с ухудшенными параметрами	Значительный ущерб Р (t) ³ 0,99	Технологическое оборудование
Незначительный ущерб P(t) ³ 0,90
Без последствий (затраты на ремонт в пределах нормы)	P(t) < 0,90	Отдельные узлы и элементы машин

При классификации машин и аппаратов по долговечности (таблица 7.2) указываются в первую очередь причины, приводящие к необходимости направлять машину в ремонт.

Именно потеря основных показателей качества машины определяет как ее ресурс до капитального ремонта, так и затраты времени и средств, необходимых для восстановления работоспособности машины.

Таблица 7.2 - Классификация машин и аппаратов по долговечности

Категория машины	Назначение	Тип машины	Основные параметры, определяющие работоспособность машины
Технологические	Изменение формы и свойств объекта труда	Станки, прессы, сварочные машины	Качество продукции, производительность
Химико-технологические	Получение новых материалов	Машины химических отраслей промышленности	Качество продукции, производительность, безопасность
Транспортные	Перемещение объекта	Автомобили, железнодорожный и водный транспорт, подъемно-транспортные машины	Скорость, безопасность, грузоподъемность
Энергетические	Преобразование одного вида энергии в другой	Электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, турбины	КПД, мощность
Контрольно-измерительные	Контроль параметров объекта	Измерительные приборы и машины, испытательные машины	Точность измерений
Счетно-решающие	Решение математических задач	Электронно-вычислительные цифровые и аналоговые машины	Правильность решений

Восстановление основных характеристик машины требует существенных ремонтных затрат, поскольку обеспечиваются работоспособностью многих узлов, величина которых является критерием для назначения ресурса до планового ремонта.

Работоспособность: анализ области работоспособности

Рисунок 7.1 - Области работоспособности и состояний изделия На рисунке 6.1 показаны две области работоспособности изделия G1—для обычных и G2—для более жестких техниче­ских…

Источники информации по надежности

Основная трудность определения показателей надежности заключается в том, что они оценивают работу машины за длительный промежуток времени, в то… Рассмотрим схему возможных источников информации о надежности машины, начиная… 1) При проектировании машины информацию о надежности изделия можно получить лишь расчетным путем, включая…

Испытания на надежность: объекты, виды и методы испытаний

Знание уровня надежности изделия и его зависимости от основных факторов позволяет решить широкий круг вопросов: - подтвердить установленные характеристики надежности; - выявить слабые мест изделия;

Раздел 2. Физические основы надежности

Лекция 9. Старение и износ. Модель старения. Область существования старения

Старение и износ

С течением времени материалы, из которых изготовляют узлы машины, претерпевают необратимые изменения, порождения: - накоплением деформаций; - межкристаллическими явлениями и другими причинами.

Модель старения. Законы старения. Законы превращения

Поэтому используются физические и химические законы, отражающие наиболее существенные стороны процесса и показатели, по которым можно косвенно… Законы старения – законы, которые раскрывают физическую сущность необратимых… Зависимости, в которых время непосредственно не фигурирует, а отыскивается связь с другими факторами (например,…

Процессы старения, протекающие при контакте поверхностей

- по скорости протекания; - по внешним признакам. Классификация процессов старения по скорости протекания представлена в таблице 9.1.

Классификация процессов старения

Классификация процессов старения по их внешнему проявлению. Поскольку процессы старения характеризуются сложными и разнообразными явлениями, происходящими в материалах деталей машины, их классификацию целесообразно провести в зависимости от того внешнего проявления, к которому привел данный процесс. По внешнему проявлению процесса, т. е. по деформации детали, ее износу, изменению свойств и другим показателям можно судить о степени повреждения материала детали и, следовательно. Оценить близость изделия к предельному состоянию.

Классифицируя необратимые процессы старения, следует также определить ту область, в которой проявляется данный процесс, т. е. затрагивает ли он весь объем материала детали, проявляется лишь в поверхностных слоях или протекает при контакте двух сопряженных поверхностей.

 

В таблице 9.2 приведена классификация процессов старения по их внешнему проявлению и указаны основные разновидности каждого процесса.

Тело детали может подвергаться разрушению, которое является наиболее опасным проявлением процессов старения, деформироваться или изменять свойства материала - его пластичность, электропроводность, магнитные свойства и т. п.

Наиболее часто процессы старения протекают в поверхностных слоях. При этом поверхность детали может подвергаться температурным, химическим, механическим и иным воздействиям внешней среды. В результате могут происходить, явления, связанные с потерей материала поверхности, в результате коррозии, эрозии, кавитации и других процессов, которые объединены одним термином - разъедание поверхности.

На поверхности могут протекать и такие процессы, как адгезия, абсорбция, нагар и другие, которые связаны с присоединением, к поверхности других материалов. Эти процессы будем называть наростом. В результате внешних воздействий возможно также изменение свойств поверхностного слоя - его микрогеометрии, твердости, отражательной способности и др.

Специфические процессы протекают при контакте двух сопряженных поверхностей, что наиболее характерно для механизмов и элементов машин.

В этом случае в подвижных соединениях протекают разнообразные процессы износа, которые включают как истирание поверхности, так и усталость поверхностных слоев и ее пластическое деформирование (смятие).

Для подвижных и неподвижных соединений может произойти изменение условий контакта, что приводит, как правило, к изменению жесткости, коэффициента трения и других параметров сопряжения.

 

Таблица 9.2 – Классификация процессов старения по внешним признакам

Объект	Внешнее проявление процесса (вид повреждения)	Разновидности процесса
Тело детали (объемные явления)	Разрушение	Хрупкое разрушение, вязкое разрушение
Деформация	Пластическая деформация, ползучесть, коробление
Изменение свойств материала	Изменение: структуры материала, механических свойств (пластичность), химического состава, магнитных свойств, газопроницаемости, загрязнение жидкостей (смазки, топлива)
Поверхность (поверхностные явления)	Детали	Разъедание	Коррозия, эрозия, кавитация, прогар, трещинообразование
Нарост	Налипание (адгезия, когезия, адсорбция, диффузия), нагар, облитерация (заращивание)
Изменение свойств поверхностного слоя	Изменение: шероховатости, твердости, отражательной способности, напряженного состояния
Пары	Износ	Износ (истирание), усталость поверхностных слоев, смятие, перенос материала
Изменение условий контакта	Изменение: площади контакта, глубины внедрения микровыступов, сплошности смазки

 

 

Рисунок 9.2 – Примеры разрушения деталей машин: а – скол; б – усталостная поломка вала; в – усталостная поломка зуба шестерни; г – трещина в корпусе; д – разрушение трубопровода; е – разрушение стенки кожуха камеры сгорания

 

Рисунок 9.3 – Примеры разъедания поверхностей: а – щелевая коррозия цилиндра, возникающая под резиновым уплотнительным манжетом; б – участок корпуса центрифуги с интенсивным эрозионным износом; в – кавитация золотника плунжерного насоса; г – прогар

Рисунок 9.4 – Классификация локальных видов повреждения поверхностей

Лекция 10. Износ материалов: природа и классификация. Основные закономерности процесса изнашивания

 

Износ материалов: природа и классификация

Износ, возникающий при трении сопряженных поверхностей, является наиболее характерным видом повреждения большинства машин и их механизмов.

Изнашивание — это процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и (или) его остаточной деформации (ГОСТ 16429—70).

Изнашивание может сопровождаться процессами коррозии и является сложным физико-химическим процессом.

При контакте двух сопряженных поверхностей и их относительном перемещении в поверхностных слоях возникают механические и молекулярные взаимодействия, которые в конечном итоге и приводят к разрушению микрообъемов поверхностей, т. е. к их износу.

Согласно современным представлениям, опирающимся на достижения в области физики твердого тела, теории вязкого и хрупкого разрушения металлов, представлений физико-химической механики, теории поверхностных явлений и специальных исследований в области износа можно оценить основные факторы, определяющие характер и интенсивность протекания процесса изнашивания.

В процессе изнашивания исходный (технологический) микрорельеф преобразуется в эксплуатационный (рисунок 10.1).

Рисунок 10.1 – Схема трансформации технологического рельефа поверхности в эксплуатационный

При этом, устанавливается та шероховатость поверхности, которая соответствует данному процессу разрушения поверхностных слоев в период нормального износа. Она может стать более грубой или более гладкой, чем исходная шероховатость.

Установление технологической шероховатости, близкой к эксплуатационной, сводит к минимуму период приработки.

При различных видах фрикционных связей износ может возникать в результате следующих причин:

1) фрикционной усталости;

2) малоцикловой фрикционной усталости;

3) микрорезания при первых актах взаимодействия. Процессов изнашивания, при которых возникает микрорезание стараются избежать, так как при этом значительно возрастает интенсивность процесса разрушения поверхностных слоев;

4) разрушения (в том числе усталостного) пленок;

5) когезионного (адгезионного) отрыва материала при первых актах взаимодействия. Адгезионное схватывание относится к недопустимым видам и является следствием нарушения нормальной эксплуатации машин или ошибок при подборе материалов.

Основные причины разрушения микрообъемов связаны с усталостными процессами.

Усталостная природа изнашивания. Последние годы все большее распространение получает усталостная (кумулятивная) теория износа, когда основная причина разрушения поверхностных слоев связывается с возникновением усталостных трещин и отделением микроскопических чешуек материала или его окислов. При этом процесс изнашивания рассматривается как кумулятивный, т. е. суммирующий действие отдельных факторов при многократном нагружении фрикционных связей, что приводит в итоге к отделению частицы износа. Как правило, наличие пленки смазки, возникновение окислов, тепловой эффект и ряд других факторов влияют на интенсивность развития усталостного процесса, не изменяя его природы.

 

Классификация видов изнашивания по видам

Согласно стандарту (ГОСТ 16429—70) все виды изнашивания можно разделить на три основные группы (рисунок 10.2):

1.1) 1.2) 2.1) 2.2) 3.1) 3.2)

Рисунок 9.2 – Классификация видов изнашивания

1) механическое изнашивание происходит в результате только механических взаимодействий материалов изделия:

1.1) абразивное изнашивание, при котором на трущихся поверхностях имеются абразивные (твердые) частицы, разрушающие поверхность за счет резания и царапания с отделением стружки. Хотя, как правило, принимаются меры для того, чтобы избежать износа этого вида, обладающего большой интенсивностью, часто имеются причины для его возникновения.

Происходит это вследствие недостаточной фильтрации смазки или наличия абразива на поверхности трения, попадающего из окружающей атмосферы. Часто абразивные частицы являются продуктами износа - твердыми составляющими одного из сопряженных тел. Некоторые детали машин работают непосредственно в абразивной среде ( и др.).

Разновидностью абразивного изнашивания являются гидро- и газоабразивное изнашивание, когда износ происходит в результате воздействия потока твердых частиц. увлекаемых потоком жидкости или газа,. Этот вид изнашивания, а также такие, как эрозионное и кавитационное изнашивание, когда нет контакта двух твердых тел, отнесены к процессам разъедания;

1.2) усталостное изнашивание является следствием циклического воздействия на микровыступы трущихся поверхностей, о чем было сказано выше. Отделение частиц может также происходить в результате наклепа поверхностного слоя, который становится хрупким и разрушается (иногда его называют изнашиванием при хрупком разрушении). Наклеп (нагартовка) - упрочнение металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации. Наклёп сопровождается выходом на поверхность образца дефектов кристаллической решётки, увеличением прочности и твёрдости и снижением пластичности, ударной вязкости, сопротивления металлов деформации противоположного знака (эффект Баушингера).)

2) молекулярно-механическое изнашивание сопровождается также воздействием молекулярных или атомарных сил:

2.1) адгезионное изнашивание связано с возникновением в локальных зонах контакта поверхностей интенсивного молекулярного (адгезионного) взаимодействия, силы которого превосходят прочность связей материала поверхностных слоев с основным материалом. Образование адгезионных связей происходит в процессе механического взаимодействия микровыступов контактирующих тел. Это облегчает проявление атомно-молекулярных сил, которые зависят от природы контактирующих материалов.

При трении металлических пар адгезионное изнашивание приводит, как правило, к схватыванию контактирующих участков, глубинному вырыванию материала, переносу его с одной поверхности трения на другую и воздействию возникших неровностей на сопряженную поверхность. Этот вид износа относится к недопустимым видам повреждения, так как обладает высокой интенсивностью и приводит, как правило, к заеданию и отказу сопряжения.

2.2) изнашивание в условиях избирательного переноса, наоборот, характеризуется атомарными явлениями в зоне контакта и приводит к практически безызносным парам. Образовавшийся на поверхности в результате своеобразных механохимических процессов мягкий и тонкий слой, обогащенный медью, обеспечивает минимальное трение и способствует равномерному распределению давлений по поверхности трения.

3) коррозионно-механическое изнашивание происходит при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой. Эти процессы характеризуются явлениями, вызывающими разрушение микрообъемов материалов при трении и неодинаковой интенсивностью процесса.

3.1) окислительное изнашивание происходит при наличии на поверхности трения защитных пленок, образовавшихся в результате взаимодействия материала с кислородом.

Существуют различные формы окислительного износа:

- при удалении с поверхности трения ультрамикроскопических химически адсорбированных пленок (1-я форма),

- при удалении микропленок твердых растворов и эвтектик химических соединений кислорода и металла (2-я форма)

- при периодическом образовании и выкрашивании сплошных твердых и хрупких слоев химических соединений кислорода и металла (3-я форма).

Следует иметь в виду, что наличие окисных пленок не исключает возможности их усталостного разрушения, а лишь вносит свою специфику, так как разрушается более хрупкий материал.

Особенность окислительного износа при трении качения заключается в том, что наличие больших деформаций в поверхностных слоях облегчает диффузию кислорода и его взаимодействие с металлом. Пластически деформированный и насыщенный кислородом слой под воздействием циклических нагрузок хрупко разрушается, затем этот процесс охватывает следующие слои металла.

3.2) изнашивание при фреттинг-коррозии происходит при относительных колебательных перемещениях контактирующих металлических поверхностей в результате вибраций или периодических деформаций элементов конструкции.

На участках, поврежденных фреттинг-коррозией, протекают процессы схватывания, абразивное разрушение, усталостно-коррозионные явления. Данный процесс является многостадийным:

- вначале происходит упрочнение поверхностей контакта и циклическая текучесть подповерхностных слоев. При этом происходит пластическая деформация микровыступов, схватывание ювенильных участков металла, возникновение и разрушение окисных пленок;

- вторая стадия фреттинг-коррозии (инкубационная) характеризуется развитием коррозионно-усталостных процессов и формированием коррозионно-активной среды вследствие адсорбции на окислах влаги и кислорода. Скорость изнашивания на этой стадии обычно невелика. Износ связан с образованием и удалением из зоны контакта разрушающихся окисных пленок;

- третья стадия фреттинг-коррозии, которая характеризуется высокой интенсивностью процесса, связана с разрушением поверхностных слоев, предварительно разрыхленных усталостными и коррозионными процессами. В зоне контакта может образоваться повышенное количество продуктов износа, что способствует интенсификации процессов разрушения вплоть до абразивного изнашивания. Эта стадия фреттинг-коррозии является недопустимой при эксплуатации изделий.

 

Классификация процессов изнашивания по скорости разрушения

Интенсивность протекания процессов изнашивания зависит от скорости процесса разрушения микрообъема материала при каждом элементарном акте взаимодействия пятен контакта.

По скорости процессов разрушения фрикционных связей все виды изнашивания можно разделить на три группы (таблица 9.1).

Быстро протекающие процессы разрушения микрообъемов, когда при первых же актах взаимодействия происходит отделение продуктов изнашивания. Эти явления приводят к большой интенсивности процесса и износ, как результат этих процессов, относится, как правило, к недопустимым видам повреждения. Исключение может составлять такой случай абразивного износа, когда за счет малой концентрации абразивных частиц на поверхности трения суммарная интенсивность изнашивания поверхности трения невелика.

Процессы средней скорости отделения элементарных микрообъемов материалов характерны при стадийных (циклических) процессах разрушения. К ним относятся процессы, интенсивность которых может изменяться в достаточно широких пределах и поэтому они могут относиться как к допустимым, так и недопустимым видам повреждения,

Таблица 10.1 – Классификация процессов изнашивания по скорости разрушения

 

Медленные процессы разрушения микрообъемов происходят, когда для отделения частицы износа требуется достаточно большое число циклов (усталостное и окислительное изнашивания) или при стабилизации процесса взаимодействия, когда вообще не будет последующего отделения частичек износа (избирательный перенос).

Если при взаимодействии поверхностей имеют место условия для возникновения изнашивания различных видов (таблица 10.1), то протекает тот, который обладает большей скоростью.

Могут быть также многостадийные процессы, если процесс изнашивания, характеризующийся малой скоростью, подготавливает условия для возникновения быстропротекающего процесса, например переход окислительного износа в фреттинг-коррозию.

Для управления процессом изнашивания и расчета на износ сопряжений необходимо знать закономерности его протекания. Для допустимых видов и условия, не допускающие возникновения нежелательных видов изнашивания.

 

 

Раздел 3. Эксплуатационная надежность

Лекция 11. Определение остаточного ресурса оборудования нефтегазопереработки

 

Продление сроков эксплуатации химико-технологического оборудования является огромным резервом повышения эффективности использования оборудования и экономии материальных ресурсов, но при этом возникает серьезная проблема обеспечения надежности и безопасности производства. Одним из основных аспектов решения этих проблем является разработка методологии оценки остаточного ресурса оборудования.

 

Задача определения остаточного ресурса эксплуатируемого объекта включает решение таких задач, как:

- оценка текущего состояния и развитие этого состояния в ближайшем будущем;

- оценка вероятностей наступления отказов и прогнозирование аварийных ситуаций;

- оценка риска по отношению к опасным аварийным ситуациям.

На основе этого прогноза устанавливается предельно допустимый срок эксплуатации оборудования или назначается срок очередного контроля состояния исследуемого объекта.

 

Основой для прогнозирования остаточного ресурса служит следующая информация:

- диагностические данные о состоянии объекта, данные текущего оперативного контроля в процессе эксплуатации;

- данные о нагрузках и условиях воздействия окружающей среды на объект;

- априорная информация об элементах, определяющих ресурс.

 

Существуют два основных направления определения остаточного ресурса:

- первое, основанное на физических предпосылках. Использование чисто физических методов оценки остаточного ресурса ограничено из-за того, что физические методы, как правило, не учитывают многообразие реальных условий эксплуатации, в связи с этим значения показателей ресурса часто во много раз превышают значения, полученные путем обработки статистических данных;

- второе - вероятностные методы оценки остаточного ресурса. Применение вероятностных методов оценки остаточного ресурса требует получение статистической информации о ресурсе анализируемых объектов, что затруднено как экономически, так и во времени. Кроме того, требуется выполнение условия статистической устойчивости, а это для изделий в единичном исполнении сомнительно.

 

Наиболее перспективным направлением определения остаточного ресурса является использование физических представлений о ресурсных свойствах с применением вероятностных методов, то есть методы, основанные на совместном их использовании.

Основные понятия и определения

Под остаточным (после времени t_k) ресурсом объекта понимается его наработка начиная с момента t_k до перехода в предельное состояние при установленных режимах применения и условиях эксплуатации.

Если Т - наработка объекта от начала эксплуатации до перехода его в предельное состояние, то остаточный ресурс τ после времени t_k равен τ = Т - t_k, где Т ≥ t_k. Поскольку τ является случайной величиной, то для ее оценки используются следующие числовые характеристики:

- средний остаточный ресурс T(t_k), определяемый как математическое ожидание остаточного ресурса после времени t_k. Средний остаточный ресурс определяется по формуле:

, (11.1)

 

где t - текущая наработка;

t_k - наработка, начиная с которой определяется остаточный ресурс;

P(t) - вероятность безотказной работы за время t.

- гамма-процентный остаточный ресурс Т_γ(t_к), определяемый как наработка начиная с некоторого момента времени t_k, в течение которого безотказно проработавший объект будет иметь значение условной вероятности безотказной работы:

, (11.2)

где 0 < g < 100.

Гамма-процентный остаточный ресурс Т_γ(t_k) есть корень уравнения P_t(t) = γ (11.2) относительно t = T_γ(t_k) при заданном значении γ.

.

Гамма-процентным ресурсом называется наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ (к примеру, если γ=90%, то ресурс называют «девяностопроцентным» ресурсом).

Гамма-процентный остаточный ресурс используется в том случае, когда продлеваемый период эксплуатации определяется по количеству отказов.

Таким образом, можно провести оценку показателей остаточного ресурса: по формулам (11.1) и (11.2), предварительно устанавливая функцию вероятности безотказной работы P(t).

 

Концепция и принципы оценки остаточного ресурса

Оценка остаточного ресурса действующего оборудования основываются на комплексном научном решении проблемы с использованием последних достижений в… Расчет остаточного ресурса, основанный на комплексном подходе, проводится по… Анализ результатов расчета позволяет выделить определяющий фактор, дающий наименьший остаточный ресурс.

Анализ условий эксплуатации

1) определения возможности достоверного прогнозирования остаточного ресурса оборудования. Возможность прогнозирования остаточного ресурса имеется в… 2) выявления наиболее информативных параметров, необходимых для расчета.… а) измеренные величины:

Характерные повреждения сосудов и аппаратов

Повреждения сосудов могут быть вызваны: - эрозионным истиранием стенок рабочей средой; - коррозией металла (сплошной или общей, межкристаллитной, язвенной, питтинговой, щелевой, контактной,…

Критерии предельных состояний (КПС) сосудов и аппаратов

К примеру, предельным состоянием сосуда (аппарата), подвергающегося при эксплуатации коррозионно-эрозионному разрушению, является уменьшение толщины… Глубина отдельных локальных повреждений (исключая трещины) может значительно… - характера нагрузки на элементы оборудования;

Методы оценки величины повреждений

Остаточный ресурс является прогнозируемой величиной. Прогноз осуществляется на основе анализа: - основных тенденций в изменении технического состояния оборудования - скорости изменения соответствующих параметров технического состояния.

Общие положения

Расчету подлежат аппараты стальные в химической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности. Расчетные формулы применимы при условии: 1) расчетная температура стенки из углеродистой стали не превышает 380°С;

Методика определения остаточного ресурса при малоцикловых нагрузках

Должно выполняться условие: Np ≤ [Np] (13.2)  

Гладкая цилиндрическая обечайка, нагруженная внутренним давлением

Для гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним давлением, допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитывается по формуле:

(13.4)

где D - внутренний диаметр сосуда; мм;

φ_p - коэффициент прочности продольного шва цилиндрической обечайки выбирается по ГОСТ 14249-89 (см. приложение П.3);

S - исполнительная толщина стенки, определяемая из технической документации или в результате измерения; мм;

С - величина прибавки к расчетной толщине (на коррозию, эрозию, технологическая и др.), мм:

С = С₁ + С₂+С₃. (13.5)

 

Гладкие цилиндрические обечайки, нагруженные наружным давлением

Допускаемое наружное давление определяется по формуле:

(13.6)

где [P]_p - допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле:

(13.7)

[P]_E - допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле:

(13.8)

где n_y - коэффициент запаса устойчивости n_y = 2,4;

Е - модуль продольной упругости при расчетной температуре, МПа, ГОСТ 14249-89 (см. приложение П.2).

(13.9)

l - расчетная длина гладкой обечайки, мм.

 

Цилиндрические обечайки с кольцами жесткости, нагруженные внутренним избыточным давлением

[Р]=min{[Р]1;[Р]2}. (13.10) Допускаемое внутреннее избыточное давление, определяемое из условий прочности… (13.11)

Цилиндрические обечайки с кольцами жесткости, нагруженные наружным давлением

[Р]=min{[Р]1;[Р]2}. (13.16) Допускаемое наружное давление, определяемое из условий устойчивости всей… (13.17)

Эллиптические и полусферические днища, нагруженные внутренним избыточным давлением

Допустимое внутреннее избыточное давление следует рассчитывать по формуле:

(13.23)

где S₁ - толщина стенки днища. Радиус кривизны в вершине днища:

(13.24)

Причем:

- R - для эллиптических днищ с Н = 0,25×D;

- R = 0,5 - для полусферических днищ с Н= 0,5×D,

где Н - высота выпуклой части днища без учета цилиндрической части, мм.

Для днищ, изготовленных из целой заготовки, коэффициент φ = 1. Для днищ, изготовленных из несколько заготовок, коэффициент φ следует определять в соответствии с ГОСТ 14249-89 (см. приложение П.3)..

 

Эллиптические и полусферические днища, нагруженные наружным давлением

Допускаемое наружное давление рассчитывается по формуле:

(13.25)

где [P]_p - допускаемое давление из условия прочности:

(13.26)

[P]_Е - допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:

(13.27)

Коэффициент К_э определяется в соответствии с ГОСТ 14249-89 или по формуле (13.28) в зависимости от отношения Н/D и D/(S₁-C):

(13.28)

где

(13.29)

 

Днища и крышки плоские и круглые

Допускаемое давление на плоское днище или крышку определяют по формуле:

(13.30)

где D_R - расчетный диаметр днища (крышки), мм(см), принимают в соответствии с ГОСТ 14249-89.

Величину коэффициента К в зависимости от конструкции днищ и крышек принимают в соответствии с ГОСТ 14249-89.

Величину коэффициента ослабления К_о для днищ и крышек, имеющих одно отверстие, определяют по формуле:

(13.31)

d - диаметр отверстия в днище или крышке, мм, для крышек и днищ, имеющих несколько отверстий:

(13.32)

Величина коэффициента ослабления К_о для днищ и крышек без отверстий принимается равной 1.

 

Гладкие конические обечайки, нагруженные внутренним избыточным давлением

Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитывается по формуле:

(13.33)

где S_к - исполнительная толщина стенки конической обечайки, мм;

D_к - расчетный диаметр гладкой конической обечайки, мм;

α₁ - половина угла раствора при вершине конической обечайки, град.

 

Гладкие конические обечайки, нагруженные наружным давлением

(13.34) где [P]p - допускаемое давление из условия прочности определяется по… (13.35)

Список использованных источников

1. ГОСТ 25859-83 (СТ СЭВ 3648-82) Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках. – М.: Изд-во стандартов, 1983. – 30 с.

2. ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность. – М.: Изд-во стандартов, 1989. – 62 с.

 

Лекция 14. Определение остаточного ресурса оборудования по критерию коррозионной стойкости

 

Общие замечания

Оценка надежности изделий массового производства с использованием традиционных статистических методов для многих видов химического оборудования… Отказом считается нарушение работоспособного состояния объекта. Предельным состоянием объекта считается такое состояние, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или…

Критерии отказов и предельного состояния оборудования

Критерии предельного состояния могут быть: 1) качественными (наличие трещин, коррозионного растрескивания); 2) количественными (величина износа, коррозии и др.).

Методика определения остаточного ресурса химического оборудования по критерию коррозионной стойкости

Этап 1. Получение исходных данных

При обследовании должно быть установлено:

1) отсутствие коррозионного растрескивания;

2) отсутствие недопустимых дефектов на поверхностях оборудования, в сварных швах и околошовной зоне (трещин, глубоких язв);

3) отсутствие других видов локального разрушения.

 

При осмотре оборудования определяют

- характер и ориентировочную величину коррозионных поражений, эрозионного износа поверхностей - сплошной или локальной;

- степень неравномерности;

- возможность измерения неразрушающими методами;

- расположение и площадь пораженных участков.

 

Методы измерения показателей коррозии (см. приложение П.8 и П.9) выбираются в зависимости от разрушения в соответствии с ГОСТ 9.908-85, а толщины покрытий - по ГОСТ 9.303.

Предельная ошибка метода измерения не должна превышать 1/3 среднего значения измеряемой величины:

∆ = 1/3 ·`h

 

Этап 2. Обработка результатов измерений

Статистическая обработка результатов измерений включает следующие этапы:

2.1 определение минимального необходимого числа измерений (объема выборки);

2.2 определение параметров распределения глубины разрушения;

2.3 определение максимальной глубины разрушения с учетом масштаба поверхности.

 

Определение минимального числа точек поверхности для измерений

А. Достоверность расчета надежности

Поэтому уровень достоверности обычно определяется в зависимости от последствий неточности оценки: 1) возникновения организационных неудобств, например, изменение сроков… 2) экономических потерь от отказов;

Б. Оценка однородности выборки

Критерием резкого выделения значения h¢max из выборки является выполнение условия h¢max > `h·[ln(20·N)]V¢h, (14.64) где `h - средняя глубина разрушения

Определение параметров распределения глубин разрушения

Неравномерность разрушения поверхности характеризуется функцией глубин разрушения F(h), определяющей долю поверхности, имеющей глубину разрушения меньше, чем h:

(14.68)

где а - параметр масштаба,

в - параметр формы.

Параметр масштаба а определяется по средней глубине разрушения:

(14.69)

где К_в - коэффициент, зависящий от V_h, определяется по приложению П.11.

Параметр формы в, характеризующий разброс значений h, определяется по приложению П.11 в зависимости от коэффициента вариации V_h.

 

Определение максимальной глубины разрушения

2.3.а. Максимальная глубина разрушения при возможности измерения на всех участках обследуемой поверхности определяется путем непосредственного… 2.3.б. При выборочном измерении глубин разрушения на отдельных участках… (14.70)

Этап 3. Расчет показателей долговечности

Показатели долговечности (остаточный ресурс, установленный остаточный ресурс) рассчитываются по критерию разрушения установленной доли β поверхности на предельно допустимую глубину h_пред (величину прибавки на коррозию и другие запасы).

Расчет ресурса Тр в частном случае при постоянной скорости разрушения С

, мм/год (14.72) где `h - средняя глубина разрушения; t – период эксплуатации до определения ресурса.

Расчет минимального установленного ресурса

Установленный остаточный ресурс - значение ресурса, обеспечиваемое с заданной вероятностью, близкой к единице.

Расчет коэффициент вариации ресурса объекта

(14.75)

где n - число обследований;

V_ni - коэффициент вариации, определенный при i-м обследовании по результатам N_i измерений и приведенный к t. Когда число обследований равно единице,

(14.76)

Расчет минимального установленного ресурса ведется по формуле:

T_{p yст.} = T_p ∙ (1 - 3∙V_т), (14.77)

 

 

Расчет остаточного установленного ресурса

Остаточный ресурс определяется:

Т_{ост. уст.} = T_{p yст.} - t.

 

Рекомендуемая литература

Основная литература:

1. Шубин В.С. Прикладная надежность химического оборудования: Учебное пособие. – Калуга: Изд-во Н.Бочкаревой, 2002. – 296 с.

2. Надежность и ремонт машин. Под ред. Курчаткина В.В., М., Колос, 2000.-776 с.

Дополнительная литература:

1. Сырицин Т.А. Надежность гидро- и пневмопривода. – М.: Машиностроение, 1981. – 216 с.

2. Максименко М.З., Краснов В.И., Кузеев И.Р. Основы надежности оборудования нефтехимических производств. - Уфа: изд. УГНТУ , 1983.

3. Капур К. Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. - М.: Мир, 1980. -604 с.

4. Решетов Д.Н., Иванов А.С., Фадеев В.З. Надежность машин. - М.: Высшая школа, 1988.- 238.

5. Ишемгужин Е.И. Ремонт бурового оборудования. Уфа, УГНТУ, 1986.