Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Методика обработки результатов и оценки выработки ресурса надежности по результатам ускоренных результатов шарового крана

Конструкция шаровых кранов

Назначение.

Шаровый запорный кран предназначен для регулирования потоков газов, нефти, воды, пара в трубопроводах соответствующего назначения.

Конструкция шарового крана.

Узел крана состоит из (рисунок 1) двух патрубков 1 и 2 (для кранов с концами под приварку) или двух патрубков 20 и 21 (для кранов с фланцевыми соединениями) скрепленных между собой шпильками 11 и гайками 12. Это соединение образует корпус в котором заключена шаровая пробка 3, имеющая внутреннее продольное проходное отверстие с условным диаметром dy. Нижняя часть пробки имеет опорный выступ, который размещается в опорной втулке 6, снабженный металлофторопластовым вкладышем 10, выполняющим роль подшипника скольжения. Верхняя часть пробки соединяется посредством пальцев 14 со шпинделем 4, который позволяет поворачивать пробку на угол 90° перпендикулярной к трубопроводу оси. В закрытом положении шаровой пробки герметичность затвора достигается благодаря уплотнительным кольцам 16, которые размещены в специальных седлах 13, поджимаемых пружинами 15. Шпиндель 4 герметизируется сальниковыми уплотнителями 8 и 17, размещенных во втулке 5 и поджимаемым фланцем 19 с помощью крепежных винтов 18. Втулка 5 оснащается уплотнительным кольцом 9 и фиксируется от проворачивания с помощью вкладыша 23.

Рисунок 1 – Принципиальная конструкция шарового крана.

1,2 – патрубки с концами по приварку; 3 – пробка; 4 – шпиндель; 5 – втулка; 6 – опорная втулка; 7 – упорное кольцо; 8 – уплотнение шпинделя; 9 – уплотнительное кольцо; 10 – подшипник скольжения металлофторопластовый; 11 – шпильки; 12 – гайка шпильки; 13 – седло; 14 – палец; 15 – пружина; 16 – кольцо уплотнительное; 17 – уплотнение шпинделя; 18 – винт крепежный; 19 – фланец; 20,21 – правый и левый патрубки для кранов с фланцевым соединением; 22 – уплотнительное кольцо седла; 23 – фиксаторы; Д, Д1…Д5 – крепежные и присоединительные размеры; Ду – условный (номинальный) диаметр прохода пробки.

Конструкция испытательного стенда

Ускоренное испытание – это испытание в условиях, когда используются факторы ускоряющие процесс возникновения отказа.

Испытание выполняется в естественных климатических условиях на открытых испытательных площадках (рисунок 2). На монолитном фундаменте 1 устанавливается опорная ферма 2, оснащенная рабочим столом 3 с траповыми лестницами 4 и перильными ограждениями 5 высотой не менее 1,25 м. На рабочей площадке размещается испытуемый кран 6 и соединяется с испытательным трубопроводом 8. Привод 9 испытуемого крана с помощью кабеля связи 11 соединяется с системой автоматического дистанционного управления. Для удобства его реализации монтируется верхняя площадка обслуживания 10.

Полный ресурс крана из расчета 30-ти летней эксплуатации для

dy 100-200 мм - не боде 4000 циклов,

dy 300 мм - не более 2000 циклов,

dy 1200-1400 мм - не более 500 циклов.

Рисунок 2 – Общий вид монтажной схемы для ускоренных испытаний запорных кранов.

1 – основание бетонное; 2 – ферма опорная; 3 – рабочий стол; 4 – трап; 5 – ограждение; 6 – испытуемый шаровой кран; 7 – узел соединения (сварной шов или фланцы); 8 – нагнетательные трубопроводы; 9 – привод; 10 – верхняя площадка обслуживания; 11 – кабель электрической связи.

Методика проведения испытания

Измерение утечек газа осуществляется из дренажного отверстия крана через штуцер с гибким шлангом диаметром 5-10 мм и наконечником с калиброванным отверстием диаметром 5 мм. При утечках газа не более 40 см3/мин замер объема газа проводится путем замера пузырьков газа проходящих через жидкость (DIN 3230) для этого наконечник опускается в прозрачный сосуд с дистиллированной водой на глубину 50 м. отсчет количества пузырьков начинается после 5 минут стабилизации системы. Продолжительность отсчета не менее 60 секунд, а для кранов dy более 500 мм не менее 120 секунд. При этом считают, что 3 пузырька газа составляют объем равный 1см3. При утечке газа более 40 см3/мин замер объема производится с использованием счетчика газа ГСБ-400.

Использование на герметичность затвора выполняется следующим образом:

затвор устанавливается в положение “закрыто”;
дренажное отверстие крана оснащается гибким шлангом калибровочным наконечником для замера объемов утечки;
к подводящей трубе с двух сторон подают газ;
после стабилизации системы 5 минут производят замер утечки газа через уплотнительные седла;
в подводящей трубе слева от крана устанавливается давление газа равное 0,6МПа; справа от крана полость подводящей трубы отсекается от остальных коммуникаций, а газ из этой полости сбрасывается до атмосферного давления через свечной отвод и свеча закрывается;
замеряется протечка газа через левое уплотнительное седло;
давление газа слева от крана поднимается с 0,6МПа до заданного py и вновь замеряется протечка газа через левое седло.

Количество циклов перестановок зависит от условного диаметра сечения шарового крана:

dy 100-300 мм – через каждые 300 циклов;

dy 400-500 мм – через каждые 200 циклов;

dy 700-1000 мм – через каждые 100 циклов;

dy 1200-1400 мм – через каждые 50 циклов.

При этом максимально допустимые протечки газа после наработки полного цикла перестановок должны составлять:

dy 100-300 мм – не более 40 см3/мин;

dy 400-500 мм – не более 100 см3/мин;

dy 700-1000 мм – не более 150 см3/мин;

dy 1200-1400 мм – не более 200 см3/мин.

4. Методика обработки результатов ускоренных испытаний.

Составление протокола ускоренных испытаний шарового крана на надёжность.

Таблица 1 - Протокол ускоренных испытаний шарового крана =300, =8 МПа затворов шаровых кранов на герметичность.

№ п.п.	Шаровой кран Dy 300 мм py=8 МПа
	Количество циклов Nц	Перепад давлений ΔP, МПа	Величина утечек q, см3/мин
			левое седло, qл	правое седло, qп	среднее седло, qср
1 2 3 4 5 6 7	0 400 700 1200 1700 2000 2200	8/0,6 8/0,6 8/0,6 8/0,6 8/0,6 8/0,6 8/0,6	0 2 6 10 12 12 14	0 0 4 8 16 10 10	0 1 5 9 14 11 12

Таблица 2 – Вспомогательная таблица для аппроксимации экспериментальных данных.

№ п.п.	Шаровой кран
	x	y	y2	x2	x·y	y/x=a	Вспом. операция
	Nц	qср, см3/мин	q2ср	N2ц	Nц·qср	qср/ Nц=a	(a-a̅)2
1 2 3 4 5 6 7	0 400 700 1200 1700 2000 2200	0 1 5 9 14 11 12	0 1 25 81 196 121 144	0 160000 490000 1440000 2890000 4000000 4840000	0 400 3500 10800 23800 22000 26400	0 2,5·10-3 7,1·10-3 7,5·10-3 8,2·10-3 5,5·10-3 5,4·10-3	26,01·10-6 6,76·10-6 4·10-6 5,76·10-6 9,6·10-6 0,16·10-6 0,90·10-6
∑N=7	8200	52	568	13820000	86900	36,2·10-3	53,19·10-6

6. Расчёт вспомогательной таблицы 2 аппроксимации эксперименталь-ных данных.

- рассчитываются показатели интенсивности утечек для каждого

интервала наблюдений по формуле (1):

(1)

где

- количество наблюдений;

- среднее значение утечек.

- рассчитывается среднее значение величины интенсивности утечек по формуле (2)

(2)

= .

- рассчитывается значение для определения величины дисперсии выработки:

7. Аппроксимация экспериментальных данных методом регрессионного анализа.

а) Цель: получение математической зависимости, увеличения утечек через уплотнение затвора, функции нарастания числа циклов , его перестановок в соответствии с принципом наименьших квадратов, то есть

или

(1)

можно предполагать, что это выражение является линейной функцией одной переменной, такая функциия как известно из аналитической геометрии имеет вид:

		(2)
где	- постоянные числа.
;		(3)
;		(4)

Коэффициент представляет начальное значение и для рассматриваемых результатов испытаний также равен .

Коэффициент представляет (обозначает) также угол наклона прямой.

Рассчитываем коэффициент , имея ввиду, что x= и y= , отсюда:

(5)

Тогда искомое уравнение регрессии принимает аналитический вид.

(6)

8. Проверка вероятной максимальной утечки газа на момент выработки ресурсов.

а) проверка согласования уравнения регрессии (6) с экспериментальными данными, строится график, характеризующий наилучшее приближение полученного уравнения линейной регрессии к значениям результатов испытаний.

б) Вычисляется коэффициент корреляции характеризующий тесноту функциональной связи уравнения регрессии с экспериментальными данными.

(7)

Теснота функциональной связи удовлетворительной при , применительно к рассматриваемому примеру. Это условие выполняется.

в) Вычисляется коэффициент детерминации , характеризующий вероятность соответствия уравнения регрессии отклонением измеряемых наблюдений

(8)

Вероятность соответствия считается удовлетворительной при применительно к данному примеру. Это условие выполняется.

Таким образом, полученное уравнение репрессии имеет вероятность соответствия экспериментальным данным =0,881 или 88,1%.

9. Расчёт вероятной максимальной утечки газа на момент выработки ресурсов.

Исходные данные.

Шаровой кран =300 мм, =8МПа, установленный ресурс перестановок по паспорту =2200 циклов, допустимая максимальная утечка газа не более 40

Решение:

а) максимальная расчётная утечка на момент исчерпания установленного ресурса =2200 циклов определяется:

(1)

где

=0,05 – уровень значимости;

‒ степень свободы.

‒ t – распределение Стьюдента.

- среднее квадратичное отклонение.

(2)

n=7‒1=6,

Таким образом в момент исчерпания установленного ресурса Вероятная максимальная утечка испытуемого крана составит = 31,55 В этом случае запас шарового крана по герметичности составляет:

(3)

Оценка выработки ресурса надёжности по результатам ускоренных испытаний шарового крана.

В процессе ускоренных испытаний изучается изнашивание уплотнительных элементов затворного устройства по мере нарастания числа циклов его переустановок.

Величина утечки может быть измерена одним из инструментальных методов, например, методом изменения объёмов газа, протекающих через уплотнение в гидравлическую подушку за фиксированный промежуток времени, затем выполняется пересчёт статистических параметров выборки, характеризующий динамику утечек в статистические параметры ресурсных показателей.

б) среднее значение вероятного ресурса перестановок затворного устройства

		(4)
где	‒ величина утечки, ; - среднее значение интенсивности утечек .
		(5)
где	‒ количество наблюдений;
		(6)
где	средняя величина утечки в каждом -наблюдении;

в) величина дисперсии:

(7)

г) величина среднеквадратичного отклонения:

(8)

д) функция распределения наблюдений на отказ (распределение нормальное):

(9)

е) вероятность безотказной работы:

(10)

ж) плотность распределения:

(11)

10. Расчёт показателей надёжности.

Составляется вспомогательная таблица 3.

Определяем среднее значение по формуле (4):

циклов.

Определяем величину дисперсии по формуле (7):

;

Находим величину среднеквадратичного отклонения по формуле (8):

Таблица 3 – Вспомогательная таблица

Шаровой кран Dy 300 мм py=8МПа
№ п.п.	Количество циклов (Nц)	Средняя величина утечек (qут)	Интенсивность утечек	Промежуточное вычисление
1 2 3 4 5 6 7	0 400 700 1200 1700 2000 2200	0 1 5 9 14 11 12	0 2,5·10-3 7,1·10-3 7,5·10-3 8,2·10-3 5,5·10-3 5,4·10-3	26,01·10-6 6,76·10-6 4,1·10-6 5,76·10-6 9,6·10-6 0,16·10-6 0,90·10-6
∑N=7	8200	61	36,2·10-3	53,19·10-6

Составляем таблицу для расчётов показателей надёжности:

а) Находим функцию распределения по формуле (9):

б) Находим вероятность безотказной работы по формуле (10):

в) находим плотность распределения по формуле (11):

Таблица 4 – Для расчётов показателей надёжности

Шаровой кран Dy 300 мм py=8МПа

№

п.п.

Количество циклов (Nц)

Функция распределения F(t)

Безотказность работы

Плотность распредел

f(t)

Интенсивность отказов

400

700

1200

1700

2000

2200

-1,7

-1,6

-1,5

-1,4

-1,3

-1,29

-1,25

0,0446

0,0537

0,0655

0,0793

0,0901

0,1038

0,1151

0,955

0,940

0,939

0,930

0,910

0,896

0,885

2,1·10-5

2,3·10-5

2,6·10-5

3,0·10-5

3,7·10-5

3,9·10-5

4,1·10-5

2,1·10-4

2,4·10-4

2,7·10-4

3,2·10-4

4,0·10-4

4,4·10-4

4,6·10-4

∑N=

8200

-9,98

0,5521

6,446

21,7·10-5

23,4·10-4

Заключение

По результатам ускоренных испытаний установлено, что затворный механизм испытанного крана Dy 300, py=8МПа на момент выработки установленного ресурса (tц=7709) имеет показатель вероятности безотказной работы R(t)= Для условий класса надежности допустимый показатель вероятности безотказной работы составляет R(t)= 0,88

При этом показатель вероятности отказов h(t) на момент выработки ресурса не превышает значение h(t)=

Таким образом качества испытанного крана вполне соответствует высокому качеству изготовления.

Методика обработки результатов и оценки выработки ресурса надежности по результатам ускоренных результатов шарового крана 📙 Контрольная → 🆔 88844