4.2.2 Расчёт показателей надёжности поплавкового уровнемера рупт-а.
Уровнемер РУПТ-А состоит из следующих элементов:
- корпус;
- погружной элемент;
- преобразователь электромеханический (в дальнейшем - ПЭ);
- поплавок с постоянными магнитами.
Составляется надежностная схема, представленная на рисунке 4.3.
λ1 – погружной элемент; λ2 – преобразователь электромеханический; λ3 – поплавок с постоянными магнитами
Рисунок 4.3 – Надежностная схема уровнемера РУПТ-А
Интенсивность отказа элементов уровнемера РУПТ-А:
λ1 = 11·10-6 1/ч,
λ2 = 10·10-6 1/ч,
λ3 = 18,5·10-6 1/ч.
Согласно формуле (4.3) интенсивность отказов датчика находится по формуле:
. (4.5)
Подставив значения интенсивности отказов в формулу компонентов, получаем:
1/ч.
(4.6)
Так как мы рассчитываем вероятность безотказной работы P(t) датчика при нормальной эксплуатации при λ (t) = const, то вероятность P(t) будет меняться по экспоненциальному закону. Для рассматриваемого поплавкового уровнемера вероятность безотказной работы рассчитывается по формуле (4.1):
.
График зависимости вероятности безотказной работы уровнемера РУПТ-А представлена на рисунке 4.4.
Рисунок 4.4 – Зависимость P(t) уровнемера РУПТ-А
Для итоговой оценки среднего времени наработки до отказа уровнемера РУПТ-А на основе вычисленных интенсивностей отказов компонентов датчика воспользуемся формулой (4.2):
4.4.3 Расчёт показателей надёжности радарного уровнемера rtg 3940 rex
Радарный уровнемер RTG 3940 REX состоит следующих элементов – антенны, волновода, волноводного соединения, основного блока.
Таким образом, надежностная схема радарного уровнемера будет выглядеть как показано на рисунке 4.5:
λ1 - антенна; λ2 - волновод; λ3 - волноводное соединение; λ4 - основной блок
Рисунок 4.5 – Надежностная схема RTG 3940 REX
Интенсивность отказа элементов радарного уровнемера RTG 3940 REX:
λ1 = 7,5·10-6 1/ч,
λ2 =5,4 ·10-6 1/ч,
λ3 = 4,8·10-6 1/ч,
λ4 =7,3·10-6 1/ч.
Согласно формуле (4.3) интенсивность отказов датчика находится по формуле:
. (4.7)
Подставив значения интенсивности отказов в формулу (4.6) компонентов, получаем:
1/ч.
Так как мы рассчитываем вероятность безотказной работы P(t) датчика при нормальной эксплуатации при λ (t) = const, то вероятность P(t) будет меняться по экспоненциальному закону. Для рассматриваемого радарного уровнемера вероятность безотказной работы рассчитывается по формуле (4.1):
.
График зависимости вероятности безотказной работы радарного уровнемера представлен на рисунке 4.6.
Рисунок 4.6 – Зависимость P(t) радарного уровнемера RTG 3940 REX
Анализ результатов расчетов.
Сравнительная зависимость вероятностей безотказной работы P(t) для поплавкового уровнемера РУПТ-А и радарного уровнемера RTG 3940 REX представлена на рисунке 4.7.
Рисунок 4.7 – Сравнительная характеристика двух уровнемеров
На рисунке 4.7 видно, что надежность радарного уровнемера RTG 3940 REX значительно выше надежности поплавкового уровнемера РУПТ-А.
4.5 Расчет показателей надежности для системы защиты от переполнения
Систему защиты от переполнения можно разделить на подсистемы:
- подсистема контроля уровня в резервуаре;
- подсистема сигнализации предельных уровней в резервуаре;
- подсистема управления задвижками при заполнении и опорожнении резервуара.
Все подсистемы выполняют свои определённые функции обеспечивающие защиту от переполнения резервуара. Подсистемы состоят из элементов. Вычислим параметры надёжности системы защиты от переполнения с уровнемером РУПТ-А и с радарным уровнемером RTG 3940 REX.
Состав элементов и параметры их надёжности приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Состав элементов и параметры их надёжности
|
Тип прибора |
Сокращение |
Интенсивность отказов λ·10-6, час-1 |
|
Модуль питания |
МП |
2,78 |
|
Модуль центрального процессора |
МЦП |
9,50 |
|
Модули ввода/вывода |
МВВ |
20,00 |
|
Модуль связи |
МС |
30,00 |
|
Уровнемер РУПТ-А |
РУПТ |
39,50 |
|
Датчик радарный |
RTG |
25,00 |
|
Сигнализатор уровня ПМП-022 |
ПМП |
30,00 |
|
Горн |
Г |
40,00 |
|
Световое табло |
СТ |
1,01 |
|
Задвижка |
Зд |
37,50 |
Структурная схема надежности любой из подсистем представляет собой либо последовательные, либо параллельное соединение звеньев или элементов.
Функции подсистем представлены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 – Функции подсистем
|
№ функции |
Название функции |
|
F1 |
Функция контроля уровня в резервуаре |
|
F2 |
Функция управления задвижками при заполнении и опорожнении резервуара (открытия или закрытия) |
|
F3 |
Функция контроля предельных уровней сигнализатором |
|
F4 |
Функция подачи сигнала от сигнализатора уровня на световое табло |
|
F5 |
Функция подачи сигнала от сигнализатора уровня в горн |
Расчёт надежностных показателей функции контроля уровня в резервуаре уровнемером РУПТ-А (F1). Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F1 показана на рисунке 4.8.
Рисунок 4.8 – Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F1
Интенсивность отказов для контроллера равна:
=0,00000278+0,0000095+0,00002+
0,00003= 0,00006228 1/ч.
Вероятность безотказной работы при t=10000 для основного контроллера будет равна:
0,537.
Вероятность отказа за время t=10000 для основного контроллера будет равна:
0,462.
Общая вероятность безотказной работы резервного и основного контроллера будет:
=1-(1-
)2=0,786.
Отсюда находим общую интенсивность отказов для основного и резервного контроллеров:
10000,
24·10-6
1/ч.
Интенсивность отказов для функции контроля уровня уровнемером РУПТ-А:
·10-6
1/ч.
Время наработки на отказ функции контроля уровня уровнемером РУПТ-А:
15748
ч.
Вероятность безотказной работы за 10000 часов F1 для функции управления задвижками равна:
=0,53.
Расчёт надежностных показателей функции контроля уровня в резервуаре радарным датчиком RTG 3940 REX (F1). Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F1 показана на рисунке 4.9.
Рисунок 4.9 – Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F1
Интенсивность отказов для функции контроля уровня радарным датчиком RTG 3940 REX равна:
49·10-6
1/ч.
Время наработки на отказ функции контроля уровня радарным датчиком RTG 3940 REX равна:
20408
ч.
Вероятность безотказной работы за 10000 часов F1 для функции управления задвижками равна:
0,613.
Расчёт надежностных показателей функции управления задвижками (F2). Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F2 показана на рисунке 4.10.
Рисунок 4.10 – Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F2
Интенсивность отказов для функции управления задвижками равна:
61,5·10-6
1/ч.
Время наработки на отказ функции F2 равно:
16260
ч.
Вероятность безотказной работы за 10000 часов F2 для функции управления задвижками равна:
0,54.
Расчёт надежностных показателей функции контроля предельных уровней сигнализатором ПМП-022 (F3). Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F3 показана на рисунке 4.11.
Рисунок 4.11 – Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F3
Интенсивность отказов для функции контроля предельных уровней сигнализатором равна:
54·10-6
1/ч.
Время наработки на отказ функции F3 равно:
18518
ч.
Вероятность безотказной работы за 10000 часов F3 для функции контроля предельных уровней сигнализатором равна:
0.58
Расчёт надежностных показателей функции подачи сигнала от сигнализатора уровня на световое табло (F4). Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F4 показана на рисунке 4.12.
Рисунок 4.12 – Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F4
Интенсивность отказов для функции подачи сигнала от сигнализатора уровня на световое табло равна:
25,01·10-6
1/ч.
Время наработки на отказ функции F3 равно:
40000
ч.
Вероятность безотказной работы за 10000 часов F4 для функции подачи сигнала от сигнализатора уровня на световое табло равна:
0.778.
Расчёт надежностных показателей функции подачи сигнала от сигнализатора уровня в горн (F5). Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F5 показана на рисунке 4.13.
Рисунок 4.13 – Структурная схема для расчета надежностных характеристик функции F4
Интенсивность отказов для функции подачи сигнала от сигнализатора уровня в горн равна:
64·10-6
1/ч.
Время наработки на отказ функции F3 равно:
15625
ч.
Вероятность безотказной работы за 10000 часов F5 для функции управления задвижками равна:
0.527.
Результаты расчетов надежности подсистем уровнемером РУПТ-А и радарным уровнемером RTG 3940 REX приведены в таблицах 5.1 и 5.2
Таблица 4.3 – Результаты расчётов надёжности подсистем уровнемером РУПТ-А.
|
№ Функции |
Интенсивность отказа, 10-6 час-1 |
Вероятность безотказной работы |
Время наработки изделия до отказа, ч |
|
F1 |
63,5 |
0,53 |
15748 |
|
F2 |
61,5 |
0,54 |
16260 |
|
F3 |
54 |
0,58 |
18518 |
|
F4 |
25,01 |
0,778 |
40000 |
|
F5 |
64 |
0,527 |
15625 |
|
∑ |
268,01 |
0,685 |
- |
Таблица 4.4 – Результаты расчётов надёжности подсистем с радарным уровнемером RTG 3940 REX
|
№ Функции |
Интенсивность отказа, 10-6 час-1 |
Вероятность безотказной работы |
Время наработки изделия до отказа, ч |
|
F1 |
49 |
0,613 |
20408 |
|
F2 |
61,5 |
0,54 |
16260 |
|
F3 |
54 |
0,58 |
18518 |
|
F4 |
25,01 |
0,778 |
40000 |
|
F5 |
64 |
0,527 |
15625 |
|
∑ |
253,51 |
0,79 |
- |
По результатам расчетов можно сделать вывод, что радарный уровнемер RTG 3940 REX значительно превосходит по надежностным характеристикам уровнемер РУПТ-А.
Рисунок 4.14 – Сравнительная характеристика системы защиты от переполнения с разными датчиками уровня
Надежность повышается из-за отсутствия в радарных уровнемерах контакта с продуктами резервуара. Поэтому для радарных уровнемеров безопасны химически агрессивные вещества и соединения (хлор, сера, фосфор, фтор, аммиак, окислы азота, тетраэтилсвинец и т. д.), выводящие из строя уровнемеры. Следовательно, увеличится срок службы. Радарный уровнемер нуждается в меньшем обслуживании, чем поплавковый. Установка такого уровнемера повысит надёжность системы измерений количества продуктов ЛПДС «Черкассы», что даст возможность избегать аварийных ситуаций.