Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Надежность технических систем. 2

Реферат

Курсовой проект: 31 страниц, 8 рисунков, 1 таблица, 8 источников.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА, РЕЗЕРВИРОВАНИЕ, ОТКАЗ, ОБРАЗЕЦ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, БЕЗОТКАЗНОСТЬ, РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ,
МЕТОД

Курсовая работа включает в себя решение двух заданий. Первое задание связано с построением структурной схемы надёжности технологической схемы (технологического процесса). Так же производится расчет надёжности данной системы.

Второе задание связано с преобразованием заданной согласно варианту структурной схемы и определением показателей надёжности. А так же разработка вариантов повышения надёжности данной схемы.

Содержание

Нормативные ссылки........................................................................................	5
Введение.............................................................................................................	6
1 Теоретическая часть.......................................................................................	8
1.1 Основные понятия, термины и определения.........................................	8
1.2 Показатели надёжности...........................................................................	9
1.3 Основы расчёта надёжности...................................................................	10
1.3.1 Цели расчета надёжности...............................................................	11
1.4 Методы повышения надёжности технических систем.........................	12
2 Расчётная часть...............................................................................................	14
2.1 Расчет структурной схемы надёжности.................................................	14
2.2 Преобразование заданной структурной схемы и определение показателей надёжности..........................................................................	17
Заключение.........................................................................................................	30
Список использованных источников...............................................................	31

Нормативные ссылки

При выполнении курсовой работы использованы следующие нормативные документы:

ГОСТ 2.104-68 ЕСКД. Основные надписи

ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Основные требования к текстовым документам

ГОСТ 2.301-68 ЕСКД. Форматы

ГОСТ 2.316-68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и оформление таблиц

ГОСТ 7.1-2003 СИБИД. Библиографическое описание документа. Общие правила и требования составления документа

ГОСТ 2.004-2002 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ

ГОСТ 2.106-96 ЕСКД. Текстовые документы.

ГОСТ 27.002—89 «Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения».

ГОСТ 27.301-95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. Минск, 1995. С. 12

Введение

Вторая половина XX века характерна появлением машин и систем высокой конструктивной сложности, способных выполнять ответственные задачи. В процессе их функционирования стало расти число отказов. Если нет устойчивого образования связанных между собой элементов, то не имеет смысла рассматривать какие-либо другие свойства машины или системы: качество, эффективность, безопасность, живучесть, управляемость, устойчивость. Ибо каждое из приведенных свойств имеет смысл при наличии изначального свойства любой системы – надёжности. Поэтому было естественным явлением становление в 50-е годы XX века новой научной дисциплины – теории надёжности как науки о закономерностях отказов различных систем: сначала технических, а затем и биологических, экономических и других классов систем.

Для решения задач обеспечения надёжности, безопасности, живучести и экономической эффективности сложных систем информация о работоспособности оборудования и оперативного персонала имеет первостепенное значение. Все последние катастрофы в мире, такие как гибель космического корабля «Челленджер» (США), взрыв на химическом комбинате в Бхопале (Индия), разрушение активной зоны на ядерных реакторах АЭС «Three Mile Island-II» (США) и в IV блоке Чернобыльской АЭС (СССР), разрывы магистральных трубопроводов (Россия, США), многочисленные авиационные катастрофы, гибель кораблей и паромов и другие, свидетельствуют о неблагополучии в человеческом обществе при эксплуатации сложных и высокоопасных систем.

Проблема обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации сложных систем ещё далека от полного решения. Человеческие жертвы, радиоактивное заражение больших участков местности, огромные экономические потери – вот характерные результаты отказов сложных систем.

Особенностью проблемы надёжности является её связь со всеми этапами "жизненного цикла" технических систем от зарождения идеи создания до списания: при расчете и проектировании изделия его надёжность закладывается в проект, при изготовлении надёжность обеспечивается, при эксплуатации – реализуется. Поэтому проблема надёжности – комплексная проблема и решать её необходимо на всех этапах и разными средствами. На этапе проектирования изделия определяется его структура, производится выбор или разработка элементной базы, поэтому здесь имеются наибольшие возможности обеспечения требуемого уровня надёжности технических систем. Основным методом решения этой задачи являются расчеты надёжности (в первую очередь – безотказности), в зависимости от структуры объекта и характеристик его составляющих частей, с последующей необходимой коррекцией проекта. Некоторые способы расчета структурной надёжности рассматриваются в данной работе.

1 Теоретическая часть

1.1 Основные понятия, термины и определения

Надёжность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Интуитивно надёжность объектов связывают с недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в «узком» смысле –свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Иначе говоря, надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле – комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.

Для количественной оценки надёжности используют так называемые единичные показатели надёжности (характеризуют только одно свойство надёжности) и комплексные показатели надёжности (характеризуют несколько свойств надёжности).

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Долговечность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния, то есть такого состояния, когда объект изымается из эксплуатации.

Сохраняемость – свойство объекта сохранять работоспособность в течение всего периода хранения и транспортировки.

Живучесть – свойство объекта сохранять работоспособность в экстремальных ситуациях.

Отказ – событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Сбой – самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.

Наработка – время или объём работы.

Ресурс – наработка от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

Срок службы – календарная продолжительность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

1.2 Показатели надёжности

Показатели надёжности количественно характеризуют, в какой степени данному объекту присущи определенные свойства, обуславливающие надёжность.

Показатели надёжности (например, технический ресурс, срок службы) могут иметь размерность, ряд других (например, вероятность безотказной работы, коэффициент готовности), являются безразмерными.

Количественной характеристикой только одного свойства надёжности служит единичный показатель.

Количественной характеристикой нескольких свойств надёжности служит комплексный показатель.

Единичные показатели надёжности:

1) Показатели безотказности:

а) вероятность безотказной работы P(t);

б) средняя наработка до отказа Тср;

в) средняя наработка на отказ То;

г) гамма-процентная наработка до отказа Тγ;

д) интенсивность отказов λ(t);

е) параметр потока отказов ω(t);

ж) средняя доля безотказной наработки I(t);

з) плотность распределения времени безотказной работы f(t).

2) Показатели долговечности:

а) средний ресурс;

б) гамма-процентный ресурс;

в) назначенный ресурс;

г) средний срок службы;

д) гамма-процентный срок службы;

е) назначенный срок службы.

3) Показатели ремонтопригодности:

а) вероятность восстановления работоспособного состояния;

б) среднее время восстановления работоспособного состояния;

в) интенсивность восстановления.

4) Показатели сохраняемости:

а) средний срок сохраняемости;

б) гамма-процентный срок сохраняемости.

Комплексные показатели надёжности:

1) коэффициент готовности – Кг;

2) коэффициент оперативной готовности – Kог;

3) коэффициент технического использования – Кти;

4) коэффициент планируемого применения – Кп;

5) коэффициент сохранения эффективности – Кэф.

1.3 Основы расчёта надёжности

Расчёт надёжности – это процедура определения значений показателей надежности объекта с использованием методов, основанных на их вычислении по справочным данным о надежности элементов объекта, по данным о надежности объектов-аналогов, данным о свойствах материалов и другой информации, имеющейся к моменту расчета.

В результате расчета определяются количественные значения показателей надёжности.

1.3.1 Цели расчета надёжности

Решение вопросов надежности и безопасности современных структурно-сложных технических систем и объектов осуществляется на всех стадиях жизненного цикла, от проектирования и создания, производства, до эксплуатации, использования – и утилизации. При этом могут преследоваться следующие цели:

а) обоснование количественных требований к надежности объекта или его составным частям;

б) сравнительный анализ надежности вариантов схемно-конструктивного построения объекта и обоснование выбора рационального варианта, в том числе по стоимостному критерию;

в) определение достигнутого (ожидаемого) уровня надежности объекта и/или его составных частей, в том числе расчетное определение показателей надежности или параметров распределения характеристик надежности составных частей объекта в качестве исходных данных для расчета надежности объекта в целом;

г) обоснование и проверку эффективности предлагаемых (реализованных) мер по доработкам конструкции, технологии изготовления, системы технического обслуживания и ремонта объекта, направленных на повышение его надежности;

д) решение различных оптимизационных задач, в которых показатели надежности выступают в роли целевых функций, управляемых параметров или граничных условий, в том числе таких, как оптимизация структуры объекта, распределение требований по надежности между показателями отдельных составляющих надежности (например, безотказности и ремонтопригодности), расчет комплектов ЗИП, оптимизация систем технического обслуживания и ремонта, обоснование гарантийных сроков и назначенных сроков службы (ресурса) объекта и др.;

е) проверку соответствия ожидаемого (достигнутого) уровня надежности объекта установленным требованиям (контроль надежности), если прямое экспериментальное подтверждение их уровня надежности невозможно технически или нецелесообразно экономически.

На этапе проектирования расчёт надёжности проводится с целью прогнозирования надёжности работы проектируемой системы.

На этапе испытаний и эксплуатации расчёт надёжности проводится для оценки количественных показателей надёжности спроектированной системы.

1.4 Методы повышения надёжности технических систем

Все методы повышения надёжности оборудования принципиально могут быть сведены к следующим основным:

а) резервированию;

б) уменьшению интенсивности отказов элементов системы;

в) сокращению времени непрерывной работы;

г) уменьшению времени восстановления;

д) выбору рациональной периодичности и объема контроля систем.

Реализация указанных методов может осуществляться при проектировании, изготовлении и в процессе эксплуатации оборудования.

Резервирование – это один из наиболее эффективных методов повышения надёжности объектов. При резервировании в конструкции заранее предусматривается замена неисправного элемента исправным [5].

Уменьшить интенсивность отказов системы можно следующими способами:

а) упрощение системы;

б) выбор наиболее надёжных элементов;

в) облегчение электрических, механических, тепловых и других режимов работы элементов;

г) тренировка элементов и систем;

д) создание схем с ограниченными последствиями отказов элементов;

е) стандартизация и унификация элементов и узлов;

ж) совершенствование технологии производства;

з) автоматизация производства;

и) статистический контроль качества продукции;

к) проведение профилактических мероприятий при эксплуатации аппаратуры, направленных на предупреждение отказов.

Наиболее эффективными и многочисленными методами повышения надёжности являются методы, которые применяются при проектировании аппаратуры. К таким методам относятся:

а) резервирование;

б) упрощение системы;

в) выбор наиболее надёжных элементов;

г) создание схем с ограниченными последствиями отказов' элементов;

д) облегчение электрических, механических, тепловых и других режимов работы элементов;

е) стандартизация и унификация элементов и узлов;

ж) встроенный контроль;

з) автоматизация проверок [3].

2 Расчётная часть

2.1 Расчет структурной схемы надёжности

Для расчета используется технологическая схема аминовой очистки газа с разветвлёнными потоками раствора разной степени регенерации, представленная на рисунке 2.1.

1 – абсорбер; 2, 5, 13 – холодильник; 3, 4 – экспанзеры; 6, 8, 9, 15 – насосы;

7, 11 – теплообменники; 10 – ёмкость регенерированного амина; 12 – десорбер;

14 – рефлюксная ёмкость; 16 – кипятильник.

Потоки: I – газ на очистку; II – очищенный газ; III – кислый газ; IV – тонко регенерированный амин; V – грубо регенерированный амин; VI – насыщенный амин;

VII, VIII – экспанзерные газы; IX – водяной пар

Рисунок 2.1 – Схема аминовой очистки газа с разветвлёнными потоками

раствора разной степени регенерации

Исходное сырье проходит бокситную осушку в колоннах 1 и поступает в реакторы 2. Реакторы применяются трубчатого типа, с водяным охлаждением, так как реакция протекает при 20 – 40° С. На некоторых установках реакторы конструктивно объединены с отстойниками. Особенность установок фтористоводородного алкилирования – наличие системы регенерации катализатора. Алкилат после отстоя от основного объема фтористоводородной кислоты поступает в колонну-регенератор 4, где циркулирующий изобутан отделяется в виде бокового погона. Колонна-регенератор 4 обогревается внизу посредством циркуляции остатка через печь 3. При этом от алкилата отпаривается изобутан, пропан и катализатор. При нагреве остатка до 200 – 205° С разрушаются также органические фториды, образующиеся в качестве побочного продукта реакции. С верху колонны-регенератора 4 уходят пары пропана, фтористого водорода и некоторое количество изобутана. После конденсации часть этой смеси возвращают в реакторы, часть подают на орошение колонны 4, а остальной поток направляют в пропашную колонну 6, с верху которой уходит отпаренная фтористоводородная кислота, а с низу – пропан со следами изобутана.

Для еще более полного возврата катализатора предусмотрена также регенерация в отдельном блоке части кислотного слоя из отстойника. Алкилат с низу колонны 4 после охлаждения проходит через бокситные колонны, где освобождается от остатка фтористых соединений. В результате хорошей регенерации расход катализатора не превышает 1 кг/т алкилата.

Для расчетов параметров надёжности удобно использовать структурно-логические схемы надёжности технической системы, которые графически отображают взаимосвязь элементов и их влияние на работоспособность системы в целом. Структурная схема надёжности установки аминовой очистки газа с разветвлёнными потоками раствора разной степени регенерации изображена на рисунке 2.2.

1 – абсорбер; 2, 5, 13 – холодильник; 3, 4 – экспанзеры; 6, 8, 9, 15 – насосы;

7, 11 – теплообменники; 10 – ёмкость регенерированного амина; 12 – десорбер;

14 – рефлюксная ёмкость; 16 – кипятильник

Рисунок 2.2 – Структурная схема надёжности установки

аминовой очистки газа

Сначала упростим эту схему. Для начала заменим последовательно соединённые элементы 6 и 2 квазиэлементами А и последовательно соединённые элементы 10, 9 и 5 – квазиэлементами В. Преобразованная схема изображена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Преобразованная структурная схема надёжности

Вероятность безотказной работы квазиэлемента А равна произведению вероятностей безотказной работы последовательно соединённых составляющих его элементов:

(2.1)

Аналогично вероятность безотказной работы квазиэлемента В:

(2.2)

Заменим теперь параллельно соединённые квазиэлементы А квазиэлементом C и параллельно соединённые квазиэлементы В – квазиэлементом D. Преобразованная схема изображена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Упрощённая структурная схема надёжности

Вероятность безотказной работы квазиэлемента C равна:

(2.3)

Вероятность безотказной работы квазиэлемента D равна:

(2.4)

Вероятность безотказной работы всей системы:

(2.5)

Полученная вероятность является вероятностью безотказной работы исходной схемы.

2.2 Преобразование заданной структурной схемы и определение показателей надёжности

Исходные данные для расчета

Рисунок 2.5 – исходная система надежности

λ₁ =0.5*10^-6 1/ч

λ_2-6=6*10^-6 1/ч

λ_7-10=2*10^-6 1/ч

λ₁₁=0.8*10^-6 1/ч

λ₁₂=5.2*10^-6 1/ч

λ_13-14=1*10^-6 1/ч

λ₁₅=6.2*10^-6 1/ч

λ₁₆=2*10^-6 1/ч

λ₁₇=3*10^-6 1/ч

λ₁₈=4*10^-6 1/ч

γ=60%

t = 0.01*10^-6 ч; t = 0.05*10^-6 ч; t = 0.1*10^-6 ч;

1. Вероятность безотказной работы элементов с 1 по 16 подчиняются экспоненциальному закону

Рассчитаем Р для всех элементов по формуле:

P = exp^-λt (2.6)

при t = 0.01 *10⁶ ч

P₁= exp^-0.5*0.01= 0.9950

P_2-6 = exp^-6*0.01= 0.9418

P_7-10 = exp^-2*0.01= 0.9802

P₁₁ = exp^-0.8*0.01= 0.9920

P₁₂ = exp^-5.2*0.01= 0.9493

P_13-14 = exp^-1*0.01= 0.9900

P₁₅ = exp^-6.2*0.01= 0.9399

P₁₆ = exp^-2*0.01= 0.9802

P₁₇ = exp^-3*0.01= 0.9704

P₁₈ = exp^-4*0.01= 0.9608

при t =0.05 *10⁶ ч

P₁= exp^-0.5*0.05= 0.9753

P_2-6 = exp^-6*0.05= 0.7408

P_7-10 = exp^-2*0.05= 0.9048

P₁₁ = exp^-0.8*0.05= 0.9608

P₁₂ = exp^-5.2*0.05= 0.7711

P_13-14 = exp^-1*0.05= 0.9512

P₁₅ = exp^-6.2*0.05= 0.7334

P₁₆ = exp^-2*0.05= 0.9048

P₁₇ = exp^-3*0.05= 0.8607

P₁₈ = exp^-4*0.05= 0.8187

при t = 0.1 *10⁶ ч

P₁= exp^-0.5*0.1= 0.9512

P_2-6 = exp^-6*0.1= 0.5488

P_7-10 = exp^-2*0.1= 0.8187

P₁₁ = exp^-0.8*0.1= 0.9231

P₁₂ = exp^-5.2*0.1= 0.5945

P_13-14 = exp^-1*0.1= 0.9048

P₁₅ = exp^-6.2*0.1= 0.5379

P₁₆ = exp^-2*0.1= 0.8187

P₁₇ = exp^-3*0.1= 0.7408

P₁₈ = exp^-4*0.1= 0.6703

В исходной схеме элементы 2,3,4,5,6 соединение “3 из 5”, которое заменяем элементом А. Так как, то для определения вероятности безотказной работы элемента F можно воспользоваться комбинаторным методом.

Вероятность безотказной работы Р при соединение “m из n” определяется по формуле:

(2.7)

где - биномиальный коэффициент, называемый “числом сочетаний по k из n“

Биномиальный коэффициент определяется по формуле:

(2.8)

По формуле 2.8 определим биномиальный коэффициент

Рассчитаем по формуле 2.7 вероятность безотказной работы Р_А

при t = 0.01 *10⁶ ч

при t = 0.05 *10⁶ ч

при t = 0.1 *10⁶ ч

В исходной схеме элементы 7,8,9 образуют последовательное соединение. Заменим их квазиэлементом В. Учитывая, что , определим Р по формуле:

(2.9)

при t = 0.01 *10⁶ ч

при t = 0.05 *10⁶ ч

при t = 0.1 *10⁶ ч

В исходной схеме элементы 10,11 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом С. определим Р по формуле:

(2.10)

при t = 0.01 *10⁶ ч

при t = 0.05 *10⁶ ч

при t = 0.1 *10⁶ ч

В исходной схеме элементы 12,13,14 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом D. определим Р по формуле:

(2.11)

при t = 0.01 *10⁶ ч

при t = 0.05 *10⁶ ч

при t = 0.1 *10⁶ ч

В исходной схеме элементы 15,16,17,18 образуют параллельное соединение. Заменяем их квазиэлементом Е. определим Р по формуле:

(2.12)

при t = 0.01 *10⁶ ч

при t = 0.05 *10⁶ ч

при t = 0.1 *10⁶ ч

Преобразованная схема представлена на рисунке 2.6

На рисунке 2.6 элементы образуют последовательное соединение 1,А,В,С,D,E. Определим вероятность безотказной работы Р по формуле:

(2.13)

при t = 0.01 *10⁶ ч

при t = 0.05 *10⁶ ч

при t = 0.1 *10⁶ ч

Надежность технических систем. 2 📙 Курсовая → 🆔 135937