Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет

„Харківський політехнічний інститут”

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання розрахункової роботи по курсу

Теорія технічних систем

для студентів спеціальностей: «Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів» та «Обладнання переробних і харчових виробництв»

Затверджено

редакційно-видавничою радою університету, протокол

№ від ________-р.

Харків

НТУ „ХПІ”

2013

Методичні вказівки до виконання практичних занять та розрахункової роботи для студентів спеціальностей 6.0505038 «Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів» та 6.0505039 «Обладнання переробних і харчових виробництв» / Уклад.: О.В. Шестопалов, Т.Б. Новожилова, Д.І. Нечипоренко – Х.: НТУ «ХПІ», 20113. –

Укладачі: О.В. Шестопалов І.В.,

Т.Б. Новожилова,

Д.І. Нечипоренко

Рецензент М.О. Подустов

Кафедра хімічної техніки та промислової екології

Содержание

Затверджено 1

редакційно-видавничою радою університету, протокол 1

№ від ________-р. 1

Харків 1

НТУ „ХПІ” 1

2013 1

Методичні вказівки до виконання практичних занять та розрахункової роботи для студентів спеціальностей 6.0505038 «Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів» та 6.0505039 «Обладнання переробних і харчових виробництв» / Уклад.: О.В. Шестопалов, Т.Б. Новожилова, Д.І. Нечипоренко – Х.: НТУ «ХПІ», 20113. – 2

Введение 4

1. Общие понятия и определения теории надежности 4

4. Последовательность расчета технических систем 11

5. Надежность параллельно–последовательных структур 13

5.1. Расчет надежности системы с последовательным соединением элементов 13

5.2. Расчет надежности системы с параллельным соединением элементов 17

6. Способы преобразования сложных структур 20

6.1. Преобразование сложной системы с эквивалентной заменой треугольника на звезду и обратно 20

6.2. Способ разложения сложной структуры по базовому элементу 23

7. Надежность резервированной системы 26

7.1. Параллельное соединение резервного оборудования системы 26

7.2. Включение резервного оборудования системы замещением 27

8.1. Задание на выполнение индивидуальной расчетной работы 30

8.3. Пример выполнения расчетной работы 32

Структурные схемы к вариантам контрольных заданий 41

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 49

Исходные данные к вариантам контрольного задания 49

Харків 51

Введение

Теория надежности – сравнительно молодая научно-техническая дисциплина, формирование которой в современном виде относится к 50-ым годам ХХ столетия. Первые шаги в области исследований надежности были связаны со сбором статистических данных о надежности радиоэлементов, а все усилия специалистов были направлены на определение причин ненадежности. Следующими шагами стали развитие физической надежности (физики отказов) и развитие математических основ теории надежности, явившихся обязательным атрибутом разработки и проектирования сложных и ответственных технических систем. В этом ракурсе под теорией надежности понимают научную дисциплину, которая изучает закономерности сохранения во времени техническими системами свойства выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов и транспортирования.

1. Общие понятия и определения теории надежности

Основные вопросы, которые изучает теория надежности – отказы технических элементов (средств, систем); критерии и количественные характеристики надежности; методы анализа и повышения надежности элементов и систем на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации; методы испытания технических средств на надежность.

В конкретных областях техники разрабатывались и продолжают разрабатываться прикладные вопросы надежности, вопросы обеспечения надежности данной конкретной техники (радиоэлектронные приборы, средства вычислительной техники, транспортные машины, продуктопроводы, атомные и химические реакторы и т.д.). При этом решается вопрос о наиболее рациональном использовании общей теории надежности в конкретной области техники и ведется разработка таких новых положений, методов и приемов, которые отражают специфику данного вида техники. Так возникла прикладная теория надежности.

Обеспечение надежности является серьезной задачей для специалиста, эксплуатирующего сложные технические системы, отказ которых может привести к авариям и чрезвычайным происшествиям. Первый аспект надежности связан с безопасностью для людей и окружающей среды. Во-вторых, он должен рассмотреть последствия каждого отказа. Неучтенные отказы могут стать причиной невыполнения производственной программы. В-третьих, частые отказы или длительные периоды неисправного состояния могут привести к полной потере работоспособности системы и ее непригодности к последующей эксплуатации.

Очевидно, без знания основных вопросов математической теории надежности невозможно реализовать наилучшие условия проектирования технических систем и решить задачи безопасности при эксплуатации. Рассмотрение вопросов теории надежности ограничивается рассмотрением понятий, законов распределения отказов, способов резервирования, и основных методов расчета надежности систем до первого отказа.

Надежность – важный показатель качества объекта. Его нельзя ни противопоставлять, ни смешивать с другими показателями качества. Явно недостаточной, например, будет информация о качестве очистительной установки, если известно только то, что она обладает определенной производительностью и некоторым коэффициентом очистки, но неизвестно, насколько устойчиво сохраняются эти характеристики во времени при ее работе. Бесполезна также информация о том, что установка устойчиво сохраняет присущие ей характеристики, но неизвестны значения этих характеристик. Вот почему в определение понятия надежности входит выполнение заданных функций и сохранение этого свойства при использовании объекта по назначению.

В зависимости от назначения объекта понятие надежности может включать в себя в различных сочетаниях безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Например, для невосстанавливаемого объекта, не предназначенного для хранения, надежность определяется его безотказностью при использовании по назначению. Информация о безотказности восстанавливаемого изделия, длительное время находящегося в состоянии хранения и транспортировки, не в полной мере определяет его надежность (при этом необходимо знать и о ремонтопригодности, и сохраняемости). В ряде случаев очень важное значение приобретает свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния (снятие с эксплуатации, передача в текущий или капитальный ремонт), т.е. необходима информация не только о безотказности объекта, но и о его долговечности.

Техническая характеристика, количественным образом определяющая одно или несколько свойств, составляющих надежность объекта, именуется показателем надежности. Он количественно характеризует, в какой степени данному объекту или данной группе объектов присущи определенные свойства, обусловливающие надежность. Показатель надежности может иметь размерность (например, среднее время восстановления) или не иметь ее (например, вероятность безотказной работы).

Надежность – в общем случае комплексное свойство, включающее такие понятия, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Для конкретных объектов и условий их эксплуатации эти свойства могут иметь различную относительную значимость.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторой наработки или в течение некоторого времени.

Ремонтопригодность – свойство объекта быть приспособленным к предупреждению и обнаружению отказов и повреждений, к восстановлению работоспособности и исправности в процессе технического обслуживания и ремонта.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния с необходимым прерыванием для технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость – свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение (и после) хранения и (или) транспортировки.

Для показателей надежности используются две формы представления: вероятностная и статистическая. Вероятностная форма обычно бывает удобнее при априорных аналитических расчетах надежности, статистическая – при экспериментальном исследовании надежности технических систем. Кроме того, оказывается, что одни показатели лучше интерпретируются в вероятностных терминах, а другие – в статистических.