До ЛЕКЦІЇ №1, 2

Основні поняття теорії надійності

Основні поняття і терміни надійності можна поділити на чотири групи:

1) об'єкти;

2) стани і події;

3) властивості;

4) кількісні показники.

Об'єкт - це система, споруда, машина, пристрій чи будь-який їх елемент, що розглядається з погляду надійності як самостійна одиниця. До об'єктів відносяться поняття "виріб" і "деталь". Деталь - це виріб, що виготовлений з однорідного матеріалу без застосування складальних операцій. Виробами і їх деталями називають об'єкти, що є предметом дослідження або розрахунку надійності.

Вироби складаються з деталей. Поняття виробу і деталі відносні. Наприклад, циліндрова втулка і шток насоса різних заводів-виробників можуть бути або виробом, або деталлю (якщо завод їх виготовляє, то - деталі, якщо ремонтує - то вироби). Вироби можуть бути ремонтовані і неремонтовані (одноразового використання). Ремонтований виріб - це виріб, ремонт якого можливий і передбачений нормативною, ремонтною чи конструкторською документацією, перемонтований - ремонт ніякою документацією не передбачений.

Багато видів деталей і вузлів бурового обладнання відносяться до неремонтованих: гальмівні колодки лебідки, бурові долота, поршні насоса, калібратори, сальники, підшипники кочення тощо.

Ремонтовані вироби призначені для тривалої роботи, для них документацією передбачена можливість ремонту в процесі експлуатації.

Стани і події - експлуатація обладнання - це сукупність усіх фаз його існування: зберігання, транспортування, використовування, обслуговування і ремонту. В зв'зку з обмеженою надійністю обладнання при його експлуатації виникають несправності.

Несправність - стан виробу, при якому він не відповідає хоча б одній із вимог технічної документації.

Важливим поняттям є роботоздатність - стан виробу, при якому він здатний виконувати задані функції з параметрами, встановленими вимогами технічної документації.

Між справністю і роботоздатністю існує різниця. Справність передбачає виконання виробом всіх вимог, що відносяться до основних і другорядних характеристик і параметрів, а роботоздатність - виконання виробом тільки тих вимог, що відносяться до основних, вимоги, що відносяться до другорядних параметрів, можуть не виконуватися. Якщо виріб справний, то він обов'язково роботоздатний. Роботоздатний же виріб може бути несправним. Наприклад, буровий насос при роботі забезпечує основні паспортні характеристики -подачу і тиск рідини, тобто є роботоздатним, але при несправності компенсатора буде створювати пульсації в напірній лінії. Аналогічно вертлюг - при підтіканні масла через сальник буде роботоздатним, але несправним.

Одним із основних понять теорії надійності є відмова. Відмова - це подія, що заключається в порушенні роботоздатності виробу.

За походженням відмови можуть бути: конструктивними, технологічними і експлуатаційними. Крім цього, відмови можуть бути раптовими і поступовими.

Раптова відмова виникає в результаті скачкоподібної зміни одного або декількох параметрів виробу, що визначають його якість. Причиною таких змін можуть бути: випадкове зростання механічних навантажень, які перевищують розрахункові значення; недотримання правил експлуатації виробу тощо. Передбачити і попередити раптові відмови неможливо, але вони підпорядковуються певним закономірностям, так що інтенсивність відмов протягом тривалої експлуатації виробу буде приблизно постійною.

Поступова відмова виникає в результаті поступової зміни одного або декількох параметрів виробу і призводить до зростаючої втрати роботоздатності окремих його деталей. Основною причиною відмов є спрацювання деталей і їх природне старіння.

До настання граничного спрацювання спряжених пар, яке обумовлює відмову, відбуваються прояви прямих та побічних ознак (збільшення зазорів в спряженнях, поява стуку, заїдань тощо), що дозволяє передбачити виникнення поступової відмови.

Принципової різниці між описаними відмовами немає. Раптові - відмови часто є наслідком поступових, але прихованих від спостерігача змін параметрів і технічних характеристик виробів (наприклад, проходить поступове накопичення надлишкових втомних напружень в насосній штанзі до настання її раптової відмови). Раптові і поступові відмови характеризуються певним видом статистичного розподілу.

За характером виникнення відмови можуть бути явними, окритими, залежними і незалежними.

Явна відмова проявляється зразу після її виникнення або через незначний час, скрита - може бути непоміченою тривалий час. Так, попадання бурового розчину в масляну ванну ротора внаслідок відмови лабіринтного ущільнення виявиться не зразу, а тільки після виходу з ладу основної опори стола ротора. В даному випадку відмова з причини попадання у ванну розчину класифікується як скрита.

Незалежна відмова виникає з будь-яких причин, незалежно від. того, чи мали місце відмови інших деталей виробу. Залежна - виникає в результаті відмови іншої деталі, наприклад, промивання циліндрової втулки бурового насоса з причини руйнування гумового ущільнення поршня. Відмова порш­ня - незалежна відмова, відмова втулки - залежна.

Виходячи із ситуації подальшого використання розрізняють повні і часткові відмови. Повна - це така відмова, до усунення якої використовувати виріб за призначенням неможливо. Наприклад, обрив ланцюгової передачі в приводі ротора виключає можливість його подальшої експлуатації.

Часткова відмова - це відмова, при якій виріб можна використовувати за призначенням з тими, чи іншими обмеженнями. Так, якщо в коробці швидкостей приводу лебідки відмовила шестерня, що забезпечувала одну з передач, то лебідку тимчасово можна використовувати за призначенням, переключивши її на іншу передачу. Надійність обладнання не можна розглядати як суму всіх відмов, завжди треба виділяти найбільш суттєві відмови.

2 Властивості і показники надійності

Якість виробу оцінюють за його здатністю зберігати початкові параметри і технічні характеристики регламентовані стандартами або технічними умовами на протязі певного проміжку часу. Ця здатність визначається надійністю виробу. Якщо виріб немає необхідної надійності, то решта показників його якості втрачають практичне значення.

Таким чином, надійність - це властивість виробу виконувати задані функції, зберігаючи свої експлуатаційні показники в заданих межах, на протязі певного проміжку часу або наробітку.

Наробітком (напрацюванням) називають тривалість чи обсяг роботи об'єкта. Наробіток може бути як безперервною величиною (тривалість роботи в годинах, кілометрах пробігу тощо), так і цільночисельною величиною (кількість робочих циклів, запусків тощо).

В процесі експлуатації або випробування виробу розрізняють добовий наробіток, місячний наробіток, наробіток до першої відмови, наробіток між відмовами тощо.

Технічний • ресурс об'єкта - сумарний наробіток від початку його експлуатації ( чи поновлення після ремонту) до переходу в граничний стан.

Призначений ресурс - сумарний наробіток, при досягненні якого експлуатацію об'єкта необхідно припинити незалежно від його технічного стану.

Термін служби - календарна тривалість експлуатації об'єкта від початку роботи чи її поновлення після ремонту до переходу в граничний стан.

Надійність виробу обумовлюється такими показниками: безвідмовністю; довговічністю; ремонтопридатністю і збережуваністю.

Властивість виробу зберігати роботоздатність на протязі деякого наробітку без вимушених переривів називається безвідмовністю.

Безвідмовність характеризує надійність виробів тільки з однієї сторони. Не можна плутати поняття безвідмовності з поняттям надійності. В деяких випадках, наприклад, для перемонтованих виробів їх надійність обумовлена безвідмовністю. Більшість виробів нафтопромислового машинобудування використовується тривалий час (від 6 років до 15 років), і при порушенні безвідмовності роботоздатність цих виробів може бути відновлена при технічному обслуговуванні та ремонті.

Властивість виробу зберігати роботоздатність до граничного стану з необхідними переривами для технічного обслуговування і ремонтів називається довговічністю. Граничний стан виробу визначається неможливістю його подальшої експлуатації, зниженням ефективності, вимогами техніки безпеки і обумовлюється в технічній документації на виріб.

Для ремонтованих виробів, роботоздатність яких підтримується при технічному обслуговуванні і ремонтах, важливим показником є ремонтопридатність,

Ремонтопридатність - властивість виробу, що полягає в його пристосованості до попередження, виявлення і усунення відмов і несправностей шляхом проведення технічного обслуговування і ремонтів (під усуненням відмов слід розуміти відновлення роботоздатності виробу).

Нормальна експлуатація обладнання багато в чому визначається його збережуваністю.

Збережуваність - властивість виробу зберігати обумовлені експлуатаційні показники протягом і після терміну зберігання і транспортування, встановленого в технічній документації. Надійність бурового обладнання залежить від багатьох факторів і випадкових обставин, обумовлених об'єктивними і суб'єктивними причинами. Тому процес виникнення відмов, яй і інші характеристики надійності обладнання, за фізичною природою є випадковими.

Найбільш ефективним є дослідження надійності бурового обладнання з використанням математичних методів теорії ймовірностей і математичної статистики.