Инженерная сущность проблемы надежности

План:

1. Основные группы отказов.

2. Меры по уменьшению интенсивности от­казов оборудования.

3. Методы исследование надежности различных типов оборудования.

4. О надежности сосудов высокого давления.

1. Основные группы отказов

Машина или аппарат могут считаться надежными только в том слу­чае, если в течение заданного времени они работают безотказно. Сле­довательно, при оценке надежности оборудования решающее значение имеет тщательное изучение характера возможных отказов, правиль­ное понимание их физической сущности.

Различают три характерные группы отказов, присущих любому изделию или системе:

▪ приработочные;

▪ внезапные;

▪ износовые.

Эти отказы различаются не только своей физической сущностью, но и способами их устранения и пре­дупреждения. На основании опытных данных можно получить кри­вую интенсивности отказов λ(t) в процессе работы практически любого изделия (рис. 1.1). На этом рисунке явно выражены три периода работы изделия: первый – приработочный, второй – нормальной эксплуатации, третий – износовый.

λ(t)

I II III

λ = const

t

Рисунок 1.1 – График интенсивности отказов

Приработочные отказы являются результатом наличия в из­делии дефектных элементов и ошибок, допущенных при сборке и монтаже. Повышенное число отказов в первый период работы изделия иногда может объяснять­ся, его недостаточной освоенностью обслуживаю­щим персоналом. Отказы дефектных элементов рас­пределяются экспоненци­ально, со средней нара­боткой на отказ в нес­колько раз меньшей, чем у остальных элементов.

В процессе приработки изделия, после отказа каждого дефектного эле­мента, он будет заме­няться нормальным, бездефектным, и число остающихся в изделии дефектных элементов будет уменьшаться. Таким образом, при постоянной интенсивности приработочных отказов каждого элемента общая интенсивность отказов всего изделия в период приработки будет уменьшаться до тех пор, пока не будет заменен последний, дефектный элемент. Пока в изделии будет оставаться хотя бы один дефектный элемент, надежность изделия не может быть выше надежности этого последнего, дефектного элемента.

Продолжительность периода приработки различна для разных из­делий и устанавливается опытным путем, при этом любое время при­работки, определенное для того или иного изделия, будет всего лишь средним временем приработки. Поэтому в некоторых случаях, когда требуется обеспечить особо высокую надежность изделия, действи­тельное время приработки увеличивают в несколько раз. Время приработки, в общем, ограничивается обычно несколькими десятками, а в редких случаях – сотнями часов.

После окон­чания приработки наступает второй период – период нормальной эк­сплуатации изделия, представляющий наибольший интерес. Его про­должительность во много раз превышает период приработки. Период нормальной эксплуатации изделия измеряется обычно в тысячах часов. Внезапные отказы, которые возникают в этот период, обусловлены в основном пиковыми нагрузками и грубыми ошибками обслуживающего персонала при эксплуатации. Основной путь повышения, вероятности безотказной работы изде­лия в период его нормальной эксплуатации, это повышение наработки на отказ (снижение интенсивности отказов) всех, используемых в нем элементов. В решении этой задачи принимают участие конструкторы, технологи и эксплуатационщики. В период нормальной эксплуатации изделия заменять в нем элементы до наступления их внезапного от­каза нецелесообразно, так как это не способствует повышению на­дежности. Ведь вероятность внезапных, случайных отказов, подчи­няющихся экспоненциальному закону распределения, не зависит от возраста элемента.

Интенсивность внезапных отказов изделия в этот период мини­мальна, уровень ее постоянный, а вероятность безотказной работы будет одинаковой для любых равных отрезков времени в течение всего этого периода. Минимальная интенсивность отказов тогда, когда период приработки уже закончен, а период износа еще не наступил.

При проектировании конструктор должен предусмотреть блоки­ровочные и защитные устройства, обеспечивающие безопасность и надежность эксплуатации оборудования, в частности, сигнализацию (звуковую и световую) при отклонениях от технологического режима или аварийном состоянии оборудования.

Вероятность возникновения износовых, постепенных отказов, под­чиняющихся часто нормальному закону распределения, непосред­ственно зависит от возраста элемента. Интенсивность таких отказов, для равных промежутков времени в период износа, непостоянна, и по­вышается, по мере увеличения срока эксплуатации и приближения его к среднему сроку службы изделия.

Для предотвращения износо­вых отказов применяют профилактическую замену элементов до на­ступления периода их износа. Но когда нужно производить такую замену? Как выбрать такое время, чтобы, с одной стороны, макси­мально использовать в работе каждый элемент, с другой – обеспе­чить требуемый уровень безотказности изделия? Для этого, прежде всего надо знать параметры нормального закона распределения.

Очень образно о различных периодах работы машин писал еще К. Маркс, рассматривая развитие машинного производства: «По­вреждения, которым подвержены отдельные части машин и т.д., по природе своей случайны, а поэтому так же случаен и обусловливае­мый ими ремонт. Однако из массы этих ремонтных работ выделяют­ся два вида, которые имеют более или менее постоянный характер и приходятся на различные периоды жизни основного капитала: бо­лезни детства и несравненно более многочисленные болезни возра­ста, вышедшего за пределы средней продолжительности жизни. На­пример, какой бы совершенной конструкции машина ни вступила в процесс производства, при ее употреблении на практике обнаружи­ваются недостатки, которые приходится исправлять дополнительным трудом. С другой стороны, чем больше вышла она за предел своего среднего возраста, следовательно, чем больше сказывается действие нормального изнашивания, чем больше изношен и старчески ослаб материал, из которого она сделана, тем многочисленнее и значи­тельнее становятся ремонтные работы, необходимые для того, чтобы поддержать существование машины до конца периода средней про­должительности ее жизни;...» Маркс К. и Энгельс Ф. Соч., т. 24, с. 196.