Определение показателей надежности нефтегазового оборудования

Определение показателей надежности нефтегазового оборудования

 

Методические указания для лабораторных занятий по дисциплинам

 «Оценка надежности нефтегазопромыслового оборудования»,

 «Основы надежности бурового оборудования»

для студентов всех форм обучения

направления 21.03.01 «Нефтегазовое дело»,

профиль «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов»

 

Составители

Петрухин Владимир Владимирович

Кандидат технических наук

Петрухина Надежда Ивановна

 

 

Тюмень

ТИУ

2017

Определение показателей надежности нефтегазового оборудования: метод.

указ. для лабораторных занятий по дисциплинам «Оценка надежности нефтегазопромыслового оборудования», «Основы надежности бурового оборудования» сост. В.В. Петрухин, Н.И. Петрухина; Тюменский государственный нефтегазовый университет.– Тюмень: Издательский центр БИК ТИУ 2017.– 21 с.

 

 

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры Машины и оборудование нефтяной и газовой промышленности

«  1  » декабря 2016  года, протокол № 12.

 

Аннотация

Методические указания для лабораторных занятий по дисциплинам «Оценка надежности нефтегазопромыслового оборудования», «Основы надежности бурового оборудования» предназначены для студентов всех форм обучения направления 21.03.01 «Нефтегазовое дело», профиль «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов».

Приведены основные факторы, влияющие на надежность бурового и промыслового оборудования и машин. Рассмотрен метод изучения надежности таких машин.

Указаны критерии оценки работы студента. Даны методические указания по расчету и вопросы для самопроверки.

 

 

Содержание

 

 

ВВЕДЕНИЕ	4
1 определениЕ показателей надежности МАШИН И    ОБОРУДОВАНИЯ	4
1.1 Исходные данные для расчетов	5
1.2 Определение параметров наработки	6
2 Пример расчета показателей надежности по результатам испытаний	8
Контрольные задания	9
СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ	19
КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ РАБОТЫ СТУДЕНТА	20
ЛИТЕРАТУРА	20

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Изучение основных терминов, понятий и определений, характеристик и особенностей. Методы определения, расчета  и их этапы.

Задачи работы: ознакомить обучающихся с материалами по теме методических указаний, определить показатели надёжности по приведенной методике, закрепить полученные знания.

Методические указания для практических занятий по дисциплинам

«Оценка надежности нефтегазопромыслового оборудования», «Основы надежности бурового оборудования»

 

ОпределениЕ показателей надежности МАШИН И

ОБОРУДОВАНИЯ

 

В настоящее время быстрыми темпами развиваются различные виды техники, создаются новые высокопроизводи­тельные и дорогостоящие машины. При этом постоянно растут требования к каче­ству оборудования и машин. Важнейшим пока­зателем качества является надежность машин, от которой в значительной степени зависит эффективность использования.

Буровые и нефтегазопромысловые машины работают в специфической среде, обслуживаются и управляются человеком, поэтому системная оценка надежности целесообразна и необходима. При формальной оценке надежности машины рассматриваются как система, переходящая из одного со­стояния в другое, что позволяет применить теорию массового обслуживания к определению различных характеристик надеж­ности. При прогнозировании надежности на стадии проектиро­вания принято рассматривать систему человек-машина-окружаю­щая среда.

Факторы, влияющие на надежность оборудования и машин, носят случайный характер, в связи с этим основной метод изучения надежности - ста­тистический. Для решения теоретических вопросов используется теория вероятностей. При изучении и расчете эксплуатационных нагрузок применяется теория случайных процессов, а при ре­шении задач прочности - теория случайных выбросов.

Важными вопросами в теории надежности являются определение показателей надежности машин в эксплуатацион­ных условиях, расчет показателей надежности элементов и си­стем при проектировании, разработка мероприятий по повыше­нию надежности этих машин.

При определении надежности оборудования и машин в процессе эксплуа­тации рассматриваются потоки отказов и восстановлении машин. Использование вероятностных методов расчета, учитываю­щих статистический характер нагрузок и несущей способности деталей и узлов, способствует созданию высоконадежных машин и оборудования. Повышение надежности сводится к снижению уровня нагрузок и напряжений на узлы и детали, повышению несущей способности и износостойкости деталей, упрощению конструк­тивных схем машин, применению резервирования, улучшению технической эксплуатации машин и других мероприятий.

 

Исходные данные для расчетов

 

Исходным материалом для определения показателей на­дежности должны служить таблицы наблюдений и рабочие гра­фики всех одинаковых машин, проходящих испытания на надеж­ность.

Исходными данными для обработки являются:

-число машин, прошедших испытания, N;

-общее число отказов т (всех машин);

-наработка на очередной, i -й отказ для каждой машины;

 

                                          t_i = T_i - T_{i -1},                                              (1.1)

 

где T_i и T_{i -1} – суммарная наработка до момента наступления соответственно i- го и (i - 1 -го) отказа; D_j – ресурс работы каждой j -ой машины до капитального ремонта, т. е. суммарная наработка машины до капитального ремонта; T _{р i} –время устранения неисправности при очередном i -м отказе;  – суммарное время обслуживания (подтяжка, смазка).

 

По исходным данным и по приведенным ниже формулам должны определяться следующие величины:

-опытная средняя наработка на отказ и опытный средний ре­сурс соответственно:

                                  ,                                           (1.2)

 

                                                                                (1.3)

-опытные среднеквадратические отклонения наработки и ресурса соответственно:

                                    S _Т = ,                                   (1.4)

 

                                 S_D = ,                                      (1.5)

 

-опытные коэффициенты вариации наработки и ресурса соответственно:

 

                                       v_T =  ,                                             (1.6)

                                      v_D =  ,                                             (1.7)

 

Для машин, которые не ремонтируются или подвергаются только одному виду ремонта, значения наработок и ресурсов совпадают.

При наличии достоверных статистических данных об эксплуатации более 15 одинаковых машин определение показателей надежности можно произво­дить другими методами математической статистики.

 

В зависимости от полученного коэффициента вариации (v) следует принимать распределение:

при v <0,35 – нормальное, при v >0,35 – Вейбулла.

 

Таблица 2.1 - Данные по наработке на отказ шламовых насосов

Порядковый номер насоса	Суммарная наработка при замере в случае отказа Ti, ч.	Номер отказа		Наработка на очередной отказ ti,ч
		по насосам	общий i
1	2	3	4	5
1	634	1	1	634
	1054	2	2	420
	1796	3	3	742
	2492	4	4	696
	D 1 =3939	5	5	1447
2	551	1	6	551
	765	2	7	214
	2148	3	8	1383
	D2=2512	4	9	364

Окончание табл. 2.1

1	2	3	4	5
3	512	1	10	512
	1022	2	11	510
	3014	3	12	1992
	D 3 =4155	4	13	1141
4	1126	1	14	1126
	1672	2	15	546
	D4 = 2121	3	16	449
5	856	1	17	856
	1907	2	18	1051
	2032	3	19	125
	D 5 =3023	4	20	991

Всего 15750 ч.

 

Для подсчета   S _Т составляется табл. 2.2.

 

Таблица 2.2 - Опытное среднеквадратичное отклонение наработки на отказ

 

№  отказа   i	ti - = ti -788	(ti – 788)2
1	2	3
1	-154	23716
2	-368	135424
3	- 46	2116
4	- 92	8464
5	659	434281
6	-273	74529
7	-574	329476
8	595	354025
9	-424	179776
10	-276	76176
11	-278	77284
12	1204	1449616
13	353	124609

Окончание табл. 2.2

1	2	3
14	338	114244
15	-242	58R64
16	-339	114921
17	68	4624
18	263	69169
19	-663	439569
20	203	41209
		(ti – 788)2  = 4111792

 

S _Т = =  = 465 (ч.)

 

 

Таблица 2.3 - Расчет параметров

 

ti	lg ti	1.75 lg ti	ti  1,75
634	2,802	4,90	79430
420	2,623	4,59	38900
742	2,870	5,02	104700
696	2,843	4,97	93330
1447	3,161	5,53	338800
551	2,741	4,80	63100
214	2,330	4,08	12020
1383	3,141	5.50	316200
364	2,561	4,48	30200
512	2,709	4,74	54950
510	2,708	4,74	54950
1992	3,299	5,77	588800
1141	3,150	5,51	323600
1126	3,052	5,34	218800
546	2,737	4,79	61660
449	2,652	4,64	43650
856	2,933	5,13	134900
1051	3.022	5,29	195000
125	2,097	3,68	4786
991	2.996	5,24	173800

                                         

Нижняя толерантная граница для гамма-процентной наработки: для

g =0,95:

ч.

 

X =

 

lg X = 0,571× lg0,05 =0,571× = -0,571× 1,301 = -0,742=

=  ; T ₉₅ = 147 ч.

 

для g =0,90;

 

 

X =

 

lg X = 0,571× lg 0,106 =0,571× = -0,571× 0,975 = -0,557=

 

X = 0,277; T ₉₀ = 225 ч.

 

Значения T ₉₅ и T ₉₀ округляют до ближайших значений ряда R 10 настоя­щего стандарта.

Окончательные результаты, подлежащие включению в техническую докумен­тацию: T ₉₅ = 160 ч., T ₉₀ = 260 ч.

 

Таблица 2.4 Расчетные данные

 

Порядковый номер	Di	Di -
1	3939	789	622521
2	2512	-638	407044
3	4155	1005	1010025
4	2121	-1029	1058841
5	3023	-127	16129

 

Опытная величина коэффициента вариации:

 

Так как v_D <0,35, то принимают нормальный закон распределения.

 

Определение нижней доверительной границы среднего ресурса:

 

D _ср =

 

Величину  выбирают по справочному приложению для N = 5

 

 (при a = 0,6, a* = 0,8):   =0,421

 

D_ср = 3150 - 0,421 × 882 = 2780 ч.

Найденные величины округляют до ближайшего значения и окончательно получают D_ср = 2500 ч.

 

Определение гамма-процентного ресурса

 

D _j =

Величину k  выбирают по справочному приложению для   N = 5 и величи­ны ¡, принятой заказчиком.  Предположим, что ¡ = 0,75, тогда
k = 1,441.

 

D_j = 3150-1,441 × 880 = 3150—1268 = 1882 ч.

 

Полученную величину округляют до ближайшего значения ряда R 10.

Окончательный результат D ₇₅ = 2000 ч.

 

Контрольные задания

 

На основании результатов испытаний пяти отремонтированных насосов группы надёжности 1 нужно определить показатели надёжности для включения в техническую документацию:

1) опытную величину средней наработки на отказ;

2) опытную величину среднего ресурса;

3) опытное среднеквадратическое отклонение наработки;

4) опытное среднеквадратическое отклонение ресурса;

5) вид закона распределения наработки на отказ;

6) вид закона распределения ресурса;

7) гамма-процентные наработки на отказ;

8) гамма-процентный ресурс;

9) коэффициент технического использования.

 

Данные из таблицы наблюдений за насосами следующие:

 

Вариант – 1

 

1	731; 682; 451; 1523; 633
2	565; 256; 1458; 397
3	519; 521; 1684; 1153; 921
4	1128; 539; 493
5	837; 1026; 163; 973

Т_{п j} = 2%; Т_{р j} = 18% от суммарной наработки

Вариант – 2

 

№ насоса	Наработка на очередной отказ ti, час
1	630; 582; 482; 1163; 612
2	485; 356; 1258; 597
3	510; 781; 1084; 1453; 941
4	927; 539; 693
5	897; 1526; 463; 375

 

Т_{п j} = 3%; Т_{р j} = 19% от суммарной наработки

 

 

Вариант – 3

 

№ насоса	Наработка на очередной отказ ti, час
1	752; 782; 554; 1323
2	560; 356; 1152; 372; 530
3	469; 421; 1633; 1253; 1021
4	829; 639; 3953
5	1037; 1026; 863; 573

 

    Т_{п j} = 5%; Т_{р j} = 25% от суммарной наработки

 

 

Вариант – 4

 

№ насоса	Наработка на очередной отказ ti, час
1	689; 656; 351; 923
2	554; 333; 858; 497
3	510; 420; 584; 1198
4	1100; 530; 603; 691; 800
5	837; 1009; 553; 923

 

    Т_{п j} = 4%; Т_{р j} = 21% от суммарной наработки

 

 

Вариант – 5

 

№ насоса	Наработка на очередной отказ ti, час
1	500; 182; 471; 1313; 553
2	555; 356; 858; 297
3	419; 421; 484; 453; 421
4	228;   511; 422
5	831; 926; 200; 573

 

    Т_{п j} = 9%; Т_{р j} = 18% от суммарной наработки

 

Вариант – 6

 

№ насоса	Наработка на очередной отказ ti, час
1	451; 582; 471; 823; 433
2	565; 656; 558; 597
3	609; 602; 684; 753; 651
4	828; 645; 593
5	837; 826; 763; 573

 

    Т_{п j} = 7%; Т_{р j} = 28% от суммарной наработки

 

Вариант – 7

 

№ насоса	Наработка на очередной отказ ti, час
1	731; 552; 651; 723;    603
2	425; 356; 458; 297
3	319; 321; 684; 553; 421
4	328; 339; 493
5	637; 726; 363; 773

        

Т_{п j} = 10%; Т_{р j} = 30% от суммарной наработки

 

Вариант – 8

 

№ насоса	Наработка на очередной отказ ti, час
1	332; 382; 351; 423; 333
2	365; 356; 458; 367
3	619; 591; 684; 1153; 921
4	228; 339; 323
5	537; 626; 463; 573

    Т_{п j} = 8%; Т_{р j} = 24% от суммарной наработки

 

Вариант – 9

 

№ насоса	Наработка на очередной отказ ti, час
1	735; 662; 551; 523; 639
2	555; 356; 858; 497
3	523; 521; 684; 1253; 521
4	928; 800; 693
5	837; 1026; 663; 673

    Т_{п j} = 11%; Т_{р j} = 29% от суммарной наработки

 

Вариант – 10

 

№ насоса	Наработка на очередной отказ ti, час
1	621; 450; 523; 633
2	565; 256; 1058; 397
3	421; 1684; 1130; 821
4	528; 539; 693; 800; 756
5	777; 826; 463; 573

    Т_{п j} = 6%; Т_{р j} = 12% от суммарной наработки

 

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

 

Значения коэффициентов, k для толерантных границ

нормального распределения,  и r ₃, (при a = 0,8)

 

n (N или m)	k				r3
	g = 0,75	g = 0,9	g = 0,95
3	1.574	2.252	2.683	0.6125	0.70
4	1.502	2.148	2.560	0.489	0.73
5	1.441	2.061	2.456	0.421	0.75
6	1.401	2.004	2.387	0.376	0.76
7	1.370	1.959	2.334	0.342	0.77
8	1.348	1.928	2.297	0.317	0.78
9	1.329	1.902	2.266	0.296	0.79
10	1.314	1.880	2.240	0.279	0.80
11	1.302	1.863	2.220	0.265	0.80
12	1.293	1.849	2.203	0.253	0.81
13	1.283	1.836	2.187	0.242	0.81
14	1.276	1.825	2.175	0.232	0.82
15	1.270	1.816	2.164	0.224	0.83
16	1.264	1.808	2.154	0.217	0.83
17	1.259	1.801	2.146	0.210	0.84
18	1.254	1.794	2.137	0.203	0.84
19	1.250	1.788	2.131	0.198	0.85
20	1.246	1.782	2.124	0.193	0.85
25	1.231	1.761	2.098	0.171	0.86

Коэффициенты распределения Вейбулла

 

v	b	kb		v	b	kb
0.365	3,0	0,893		0,775	1,3	0,924
0,428	2,5	0.887		0.837	1,2	0,941
0.444	2,4	0,887		0.910	1.1	0,965
0.461	2,3	0,886		1,00	1,0	1.00
0,480	2,2	0,886		1.11	0,9	1,05
0,498	2,1	0,886		1,26	0,8	1,13
0,523	2.0	0,886		1,46	0,7	1,27
0,547	1,9	0,887		1,74	0,6	1.50
0,575	1.8	0,889		2,24	0.5	2.0
0,605	1,7	0,892		3,14	0,4	3,32
0,640	1.6	0,897		5.29	0,3	8,86
0,678	1,5	0,903		15,83	0,2	120
0.723	1,4	0,911

КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ РАБОТЫ СТУДЕНТА

 

Виды контрольных мероприятий	Баллы
Выполнение расчетной работы	1
Оформление	1
Защита	2

 

 

ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

1. Мирзаджанзаде А.Ч., Степанова Г.С. Математическая теория эксперимента в добыче нефти и газа. М., Недра, 1977, 228 с.

2. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1974.

3. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М., Наука, 1965, 454 с.

4. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М., Наука, 1980, 976 с.

5. Бабаев С.Г. Надёжность нефтепромыслового оборудования.- М.: Недра, 1987, 264 с.

6. Гнеденко В.В., Беляев Ю.Н., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надёжности.- М.: Наука, 1983.

Дополнительная литература

7. Налбандов В.А. Работоспособность оборудования в условиях Крайнего Севера. Учебное пособие. УПИ, Ухта, 1992, 56 с.

8. Бабаев С.Г., Васильев Ю.А. Методика оценки надежности нефтепромыслового оборудования. РТМ 26-11-101-67 ВНИИПТнефтемаш, М.-1969, 58с.

 

 

Учебное издание

 

 

Определение показателей надежности нефтегазового оборудования

 

Методические указания для лабораторных занятий по дисциплинам

 «Оценка надежности нефтегазопромыслового оборудования»,

 «Основы надежности бурового оборудования»

для студентов всех форм обучения

направления 21.03.01 «Нефтегазовое дело»,

профиль «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов»

 

Составители