книги / Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи
..pdfплуатации объекта до первого его среднего (капитального) ре монта.
Межремонтный ресурс - ресурс, исчисляемый между двумя средними (капитальными) ремонтами объекта.
Послеремонтный ресурс - ресурс объекта, исчисляемый от по следнего среднего (капитального) ремонта до его перехода в пре дельное состояние, соответствующее окончательному превраще нию эксплуатации (списанию).
Полный ресурс - ресурс, исчисляемый от начала эксплуатации объекта до его перехода в предельное состояние, соответствую щее окончательному прекращению эксплуатации (списанию).
Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена незави симо от его состояния. Его обычно устанавливают по среднему ресурсу наиболее слабого звена объекта.
Надежность объекта является сложным свойством, которое в свою очередь характеризуется комплексом свойств: безотказ ность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять ра ботоспособное состояние в течение некоторого времени или на работки. Показатели безотказности различны для невосстанавливаемых и восстанавливаемых объектов. Основными показате лями безотказности невосстанавливаемых объектов являются вероятность безотказной работы P(t), средняя наработка до отка за Гер, интенсивность отказов X(t) и гамма-процентная наработка до отказа t,.
Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет.
Пусть t - время работы изучаемого объекта и Г - случайное время безотказной работы, т.е. время, прошедшее с начала рабо ты до первого отказа. Тогда событие T > t означает, что в тече ние времени t не произойдет ни одного отказа объекта. Для каж дого значения t существует определенная вероятность того, что Т примет значение, большее t, т.е.
Р(0 = &>(Т > t).
Функцию P(t) называют вероятностью безотказной работы. Функция Р(0 является непрерывной функцией времени, об
ладающей следующими очевидными свойствами:
1) Р(0) « 1, т.е. р момент начала работы объекты исправны;
2)P(t) является монотонно убывающей функцией времени;
3)при t -» », P(t) -> 0.
Статистическая оценка для вероятности безотказной работы
характеризуется отношением числа исправно работающих объек тов к общему числу объектов, находящихся под наблюдением:
р*(t\ _ N(t) = ^(0) - w(Q = |_ |
п(р |
(4.1) |
|||
w |
N (0) |
ЛГ(О) |
W (0)’ |
||
где N(0) |
- |
число исправных объектов в момент времени |
t = 0; |
||
N(t) |
- |
число исправных объектов в момент времени t\ |
n(t) - |
||
число отказавших объектов к моменту времени t |
|
||||
Если на основании статистических данных определено эмпи рическое распределение рассматриваемой случайной величины и установлена степень его близости соответствующему теоретиче скому распределению, то вероятность безотказной работы может быть рассчитана по известным математическим зависимостям. Так, если вероятность безотказной работы машины в течение 1000 ч составляет 0,95, то это означает, что в среднем около 5 % машин данной модели потеряет свою работоспособность раньше, чем через 1000 ч работы.
Вероятность отказа - вероятность того, что в заданном ин тервале времени или в пределах заданной наработки возникнет отказ объекта:
Q(t) = P (T < t ).
Из этого выражения видно, что вероятность отказа является функцией распределения случайного времени Т безотказной ра боты.
Статистическая оценка для вероятности отказа - отношение числа объектов, отказавших к моменту времени t, к числу объек тов, исправных в начальный момент времени (т.е. при t = 0), - определяется по формуле
U W ■*(())• |
(4.2) |
Вероятность безотказной работы и вероятность отказа связа ны зависимостью
P(t) + Q(0 = 1.
Средняя наработка до отказа - математическое ожидание на работки объекта до первого отказа
Т’ср= J P(t)dt.
о
Статистическую оценку для средней наработки до отказа
(среднее арифметическое наработок группы объектов до отказа) определяют по формуле
. 1 ы°
,=1 |
(4.3) |
|
где No - число испытываемых (находящихся под наблюдением) объектов; £, - наработка z-ro объекта до отказа.
Для определения меры рассеивания наработок группы объек тов до отказа необходимо применять показатель среднего квадра тического отклонения наработки до отказа, статистическую оцен ку которого рассчитывают по формуле
£• = |
- Т j2 |
(4.4) |
|
|
Интенсивность отказов - условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник. Иными сло вами, интенсивность отказов - условная плотность вероятности отказа объекта для момента времени t
т = |
1 d |
Q(t). |
P(t) dt |
Статистическая оценка для интенсивности отказов - это от ношение числа отказавших объектов в единицу времени к сред нему числу объектов, исправно работавших в рассматриваемый промежуток времени (при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются исправными, т.е. число ис пытываемых или находящихся под наблюдением объектов с те чением времени уменьшается). Она определяется по формуле
W £ \ |
N= (t) - N(t + bt) = |
я ( А О |
|
v ’ |
[лг<0)-п(О]л* |
Ж«)Д£’ |
(4.5) |
где Ы - интервал времени; л(Д£) - число отказавших объектов за время Д£.
Гамма-процентная наработка до отказа (ty) - наработка, в течение которой отказ объекта не возникнет с вероятностью у, выраженной в процентах. По своему физическому смыслу гамма процентная наработка до отказа - односторонняя нижняя дове рительная граница Показателя наработки, указывающая какой y-процент объектов Должен превышать установленную предель ную наработку. Так, если гамма-процентная наработка до отказа 0,90, то это означает, что из большого числа объектов данной
марки у 90 % отказы не возникнут в течение установленной на работки.
Гамма-процентную наработку до отказа определяют из урав нения
Р&) - у/100.
В табл. 4.3 приведены зависимости между рассмотренными основными количественными показателями безотказности P(t), Q(0, Ht) и Тср.
Из табл. 4.3 видно, что между вероятностью безотказной ра боты, вероятностью отказов, интенсивностью отказов и наработ кой до отказа существуют однозначные зависимости.
Характерным для эксплуатации восстанавливаемых объектов является то, что каждый из них начинает работать в некоторый момент времени, принятый за начальный, и, наработав случай ную величину tu отказывает. После отказа объект восстанавли вают, и он вновь работает до отказа, наработав случайную вели чину Î2 и т.д. Основные показатели безотказности восстанавли ваемых объектов - параметр потока отказов co(f) и средняя нара ботка на отказ ^ср-
Параметр потока отказов - отношение математического ожидания числа отказов восстанавливаемого объекта за доста точно малую его наработку к значению этой наработки.
4 7 дг-й> |
Дt |
|
Т аблица 4.3 |
Зависимости между основными количественными показателями безотказности
т
0(0
т
т
i |
- m |
1 |
s |
|
s i |
J
0
0(0 |
|
|
H t ) |
|
|
|
t |
1-0(0 |
exp |
-J X ( t ) d t |
|
|
|
. |
0 |
|
1-exi? |
-J X(t)d< |
|
|
|
|
o |
Q'(0 |
|
|
|
1 -0 (0 |
oo |
|
|
|
|
|
|
JtQXOdf |
Jexp |
-JX(t)d( df |
|
0 |
0 |
|
0 |
где Ar(t) - число отказов за отрезок времени Аt, U < t < t2. Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное
состояние до наступления предельного состояния при установ ленной системе технического обслуживания и ремонта.
Показателями долговечности объектов служат ресурс и срок службы, на которые влияют случайные факторы. Поэтому такие показатели относятся к случайным величинам и законы их рас пределения определяются плотностью вероятности /(£). При этом используют большинство из видов распределений, применяемых при анализе безотказности объекта.
Срок службы - календарная продолжительность эксплуатации от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ре монта до перехода в предельное состояние. Его измеряют в еди ницах времени (месяц, год).
Соотношение значений ресурса и срока службы машин одно го и того же вида зависит от интенсивности их использования. Иначе говоря, машины, имеющие одинаковый ресурс, могут раз личаться по срокам службы. Например, насосы двух марок имет ют одинаковый ресурс 3000 мото-ч. Насос одной марки работает
втечение года 1000 мото-ч, а насос другой марки - 1500 мото-ч.
Вэтом случае срок службы первого насоса равен трем годам, а второго - двум годам.
Основные характеристики закона распределения ресурса (срока службы) объектов - средний ресурс (средний срок служ бы) Rcv и гамма-процентный ресурс (срок службы) Лу.
Средний ресурс (средний срок службы) - математическое ожи дание ресурса (срока службы).
Статистическая оценка для среднего ресурса
где Rj - ресурс у го изделия.
tji - время безотказной работы /-го изделия между г-м и (г +1)-м отказами; п - число отказов изделия в течение рассматриваемого периода эксплуатации; N0 - число испытываемых изделий.
Гамма-процентный ресурс Ry - суммарная наработка, в тече ние которой объект не достигнет предельного состояния с веро ятностью у, выраженной в процентах. По своему физическому смыслу гамма-процентный ресурс так же, как и гамма-процент ная наработка до отказа, - односторонняя нижняя доверительная граница показателя ресурса, указывающая, какой у-процент объ ектов должен превышать установленный предельный ресурс.
Заданный процент объектов у - регламентированная вероят ность. Если, например, у = 90 %, то соответствующий ресурс на зывают 90%-ным ресурсом.
Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспо собного состояния путем технического обслуживания и ремонта.
При опытном определении ремонтопригодности проводят на блюдения за испытанием или эксплуатацией N объектов в задан ных условиях и определяют время £В1 восстановления работоспо собности объекта после отказа. В силу влияния на £В1 случайных факторов организационно-технического характера оно относится к случайной величине. При этом используется большинство из законов распределения, применяемых при анализе безотказности объекта.
Основными характеристиками ремонтопригодности объекта являются: среднее время восстановления £в ср и вероятность вос становления Рв(£).
Среднее время восстановления - математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа
Для определения меры рассеивания времени восстановления изделий необходимо применять показатель среднее квадратиче ское отклонение времени восстановления, статистическая оценка которого определяется по формуле
Вероятность восстановления PB(t) - |
вероятность того, |
что время восстановления работоспособного |
состояния объекта |
£в не превышает заданного значения £. Ее находят из соотно шения Рв(£) = ^(£ в < £).
Аналитический вид зависимости PB(t) определяется видом за кона распределения времени восстановления.
Коэффициент восстановления параметра - отношение значе ния параметра объекта после восстановления к номинальному значению этого параметра
К |
= ^ L |
вп |
я * |
|
ЛЛН |
где |
Пк - обобщенный параметр объекта после восстановления; |
# н - |
обобщенный параметр нового объекта. |
Другую группу основных характеристик ремонтопригодности составляют экономические показатели, характеризующие затраты труда и средств на устранение отказов, ТО и ремонты. К основ ным из них относятся удельная суммарная трудоемкость устра нения отказов, ТО и ремонтов и удельная суммарная стоимость устранения отказов, ТО и ремонтов.
Удельная суммарная трудоемкость устранения отказов, ТО и ремонтов Ту - отношение средней суммарной трудоемкости уст ранения отказов Г0, технического обслуживания Гто и ремонтов Гр к средней суммарной наработке объекта за один и тот же пе риод эксплуатации tct т.е.
Т_ То+ТТО+
уtLc *
Удельная суммарная стоимость устранения отказов, ТО и ре монтов Су - отношение средней суммарной стоимости устране ния отказов С„ технического обслуживания Сто и ремонтов Ср к средней суммарной наработке объекта tc за один и тот же период эксплуатации, т.е.
г_ С, + СТо + ср
ь у -------- 1------- '
1С
К числу дополнительных показателей ремонтопригодности объектов относятся доступность, контролепригодность, легкосъемность, агрегатность, взаимозаменяемость, степень унифика ции и АР-
С позиции эксплуатации в машинах должны быть хорошая доступность к сборочным единицам, а также возможность кон троля их технического состояния различными способами и заме ны с минимальными затратами времени и труда.
Рациональный уровень агрегатирования, взаимозаменяемости и унификации конструктивных элементов машин сокращает но менклатуру применяемых в машинах сборочных единиц, упроща-
4 - 10480 |
97 |
ет и удешевляет их ТО и ремонт и уменьшает число требуемых запасных частей.
Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пре делах значения параметров, характеризующих способности объ екта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Показателем сохраняемости объектов служит срок сохраняе мости. В силу влияния на него случайных факторов он относит ся к случайным величинам, законы распределения которых опре деляются плотностью вероятности Важнейшие численные характеристики закона распределения срока сохраняемости объ екта - средний срок сохраняемости tccp и гамма-процентный
срок сохраняемости Pc(t).
Средний срок сохраняемости tccp - математическое ожидание
срока сохраняемости.
Гамма-процентный срок сохраняемости - срок сохраняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью у, выраженной в процентах. По своему физическому смыслу гамма-процентный срок сохраняемости, так же как и гамма-процентный ресурс, - это односторонняя нижняя доверительная граница показателя срока сохраняемости, указывающая, какой y-процент объектов или их составных частей при испытании или наблюдении дол жен превышать установленный срок сохраняемости.
В табл. 4.4 приведены количественные показатели надежности оборудования для бурения и нефтегазодобычи.
Комплексными показателями надежности восстанавливаемых объектов служат коэффициенты готовности и технического ис пользования. Они характеризуют одновременно несколько свойств, составляющих надежность объекта: безотказность, дол говечность и ремонтопригодность. Необходимость в таких пока зателях возникает, когда нельзя пренебречь простоями объекта вследствие отказов.
Коэффициент готовности КТ - вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых при менение объекта по назначению не предусматривается.
При установившемся режиме эксплуатации, предусматриваю щем немедленное начало восстановления отказавшего объекта, коэффициент готовности Ктопределяют по формуле
Количественные показатели надежности
Свойства |
Количественные показатели надежности |
Невосста- |
Восстанав |
навливае- |
ливаемые |
||
|
|
мые объекты |
объекты |
Безотказ |
Вероятность: |
+ |
+ |
ность |
безотказной работы |
||
|
отказа |
+ |
+ |
|
Интенсивность отказов |
+ |
- |
|
Средняя наработка до отказа |
+ |
- |
|
Средняя наработка на отказ |
- |
+ |
Долговеч |
Параметр потока отказов |
— |
+ |
Ресурс |
- |
+ |
|
ность |
Гамма-процентный ресурс |
- |
+ |
Ремонто |
Срок службы |
- |
+ |
Среднее время восстановления |
|
+ |
|
пригод |
Удельная трудоемкость: |
— |
+ |
ность |
ремонтов |
||
|
устранения отказов |
|
+ |
|
Коэффициент: |
— |
+ |
|
стоимости эксплуатации |
||
|
восстановления ресурса |
— |
+ |
|
восстановления параметра |
~~ |
+ |
Примечание. Знак (+) означает, что данный показатель рекомендуется для оценки свойств объекта, а знак (-) - не рекомендуется для оценки свойств объекта.
где tcр - средняя наработка между отказами; tbср - среднее время восстановления работоспобности объекта (за исключением про стоев на проведение плановых ремонтов и технического обслу живания).
Коэффициент готовности оценивает непредусмотренные оста новки объектов, наличие которых свидетельствует о том, что плановые ремонты и мероприятия по ТО и ремонту не полно стью выполняются. Он показывает, что надежность объектов достигается не только за счет увеличения безотказности и долго вечности, но и в результате повышения ремонтопригодности объекта, что может быть достигнуто снижением среднего време ни восстановления.
Коэффициент технического использования Кш - отношение математического ожидания суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии за некоторый период экс плуатации к математическому ожиданию суммарного времени пребывания объекта в работоспособном состоянии и простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтом за тот же период.
Кгк------— St-------- |
. |
tc +tB+t? + £т о |
|
где tc - суммарная наработка объекта за рассматриваемый про межуток времени; tt, tp и tTO - соответственно суммарное время, затраченное на восстановление, ремонт и техническое обслужи вание за тот же промежуток времени.
Коэффициент технического использования - более полная характеристика ремонтопригодности объекта, так как он учи тывает как плановые, так и непредусмотренные остановки объ ектов.
4.2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ СБОРА И ОБРАБОТКИ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ О НАДЕЖНОСТИ
ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
СБОР ИНФОРМАЦИИ ОБ ОТКАЗАХ ОБОРУДОВАНИЯ
Оценка надежности оборудования производится пу тем сбора, систематизации и обработки статистических данных о наблюдениях за его работой.
Все работы по оценке надежности состоят из четырех основ ных этапов:
1) накопление статистической информации об отказах обору дования;
2) систематизация, анализ и обобщение полученных статисти ческих данных;
3)выбор и обоснование количественных показателей для оценки надежности оборудования;
4)математическая обработка полученных эмпирических дан ных для определения закономерностей отказов анализируемого оборудования.
Система сбора и обработки информации о надежности обо рудования для бурения скважин и нефтегазодобычи представляет собой организационно-методическую структуру для получения достаточной и достоверной информации о надежности оборудо вания (в дальнейшем «информации»), базирующуюся на исполь зовании современных технических средств автоматизированной
системы управления (АСУ) предприятиями нефтегазодобываю щих обществ.
Сбор информации в условиях эксплуатации проводят с це лью:
выявления основных причин возникновения неработоспособ ного и неисправного состояния;
контроля и повышения надежности оборудования;