Основы надежности и технические измерения

Вопрос 1. Цели и задачи теории надежности.

Современное развитие техники характеризуется разработкой и эксплуатацией изделий, представляющих собой сложные технические системы и комплексы. Важным свойством таких систем является надёжность.

Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.

Теория надёжности – это наука о методах обеспечения и сохранения надёжности при проектировании, изготовлении и эксплуатации изделий.

При проектировании и расчете машины закладывается ее надежность. Она зависит от конструкции машины и ее узлов, применяемых материалов, методов защиты от различных вредных воздействий, системы смазки, приспособленности к ремонту и обслуживанию и других конструктивных особенностей.

При изготовлении (производстве) машины обеспечивается ее надежность. Она зависит от качества изготовленных деталей, методов контроля выпускаемой продукции, возможностей управления ходом технологического процесса, от качества сборки машины и ее узлов, методов испытания готовой продукции, и других показателей технологического процесса.

При эксплуатации машины реализуется ее надежность. Показатели безотказности и долговечности проявляются только в процессе использования машины и зависят от методов и условий эксплуатации машины, принятой системы ее ремонта, методов технического обслуживания, режимов работы и других эксплуатационных факторов.

Развитие наука о надежности происходило по следующим основным направлениям.

Первое направление, которое возникло в радиоэлектронике, связано с развитием математических методов оценки надежности, особенно применительно к сложным системам, со статистической обработкой эксплуатационной информации, с разработкой структур сложных систем, обеспечивающих высокий уровень надежности. (50-е годы)

Второе направление, которое возникло в машиностроении, связано с изучением физики отказов (износа, усталостной прочности, коррозии), с разработкой методов расчета на прочность, износ, теплостойкость и др., с применением технологических приемов, обеспечивающих необходимую надежность машины. (60-е годы)

Третье направление: процесс взаимного слияния этих двух направлений, перенесение рациональных идей из одной области в другую и формирование на этой основе единой науки о надежности изделий (с 70-х годов).

Вопрос 2. Особенности эксплуатации нефтепромыслового оборудования.

В процессе эксплуатации в деталях оборудования возникают различного рода напряжения под действием статической, динамической и знакопеременной нагрузок. Многие детали находятся под воздействием абразивных и агрессивных сред, а также значительных постоянных или циклически изменяющихся температур.

Условия эксплуатации оборудования специфичны и тяжелы — это стесненность рабочего пространства, пыльная, в некоторых случаях влажная и коррозионно-агрессивная среда, периодическое перемещение установок и оборудования, многократный монтаж и демонтаж оборудования, необходимость соблюдения особых требований техники безопасности и др. Климат влияет на тепловой режим агрегатов и оборудования, коррозионную активность окружающей среды, трудоемкость и качество, технического обслуживания и ремонта.

При эксплуатации в условиях низких температур возникает опасность разрушения металлоконструкций и деталей механизмов, вызванная повышением хрупкости материалов, выхода из строя устройств для осушения сжатого воздуха и удаления жидкого конденсата, систем управления. В результате преждевременного разрушения или изменения свойств материалов уплотнений, шлангов нарушается работа систем смазки, что вызывает интенсивный износ деталей и механизмов.

При эксплуатации в условиях высоких температур воздуха возможно преждевременное разрушение деталей, изготовляемых из резины и полимерных материалов. Может также возрастать износ трущихся поверхностей деталей в связи с повышением "запыленности" воздуха.

Спуск и подъем НКТ и насосных штанг составляют основную работу подъемного механизма установок. При этом нагрузки на крюке и продолжительность их действия изменяются. Нагрузка на крюке при наибольшем весе колонны, допустимом из условия обеспечения нормальной длительности работы номинальную грузоподъемность. А с учетом несистематических и случайных нагрузок, воспринимаемых установкой при подъеме и спуске колонн и ликвидации аварий, определяется другой важный параметр установки — максимальная грузоподъемность.

Многие детали скважинного оборудования и фонтанной арматуры изнашиваются под воздействием добываемой продукции скважины.

В процессе добычи кислородсодержащие компоненты нефтей интенсивно адсорбируются на металлических поверхностях деталей оборудования с образованием граничных слоев. В результате износ металлов в нефтяных и водонефтяных средах существенно зависит от их состава, в том числе от солей в пластовых водах. А в процессе эксплуатации скважин, пробуренных на пласты, сложенные песками или слабосцементированными песчаниками, при определенных скоростях движения нефти и газа износ деталей усугубляется абразивным воздействием песка, находящегося в продукции скважин.

Требования, предъявляемые к нефтепромысловому и буровому оборудованию:

1. Высокий уровень общей функциональной надежности (безотказности) изделий в различных неблагоприятных условиях эксплуатации.

2. Устойчивость параметров технической характеристики во времени и сохранение работоспособности в течение технологически замкнутого цикла эксплуатации.

3. Высокий уровень ремонтопригодности оборудования.

4. Ограниченные минимально необходимым числом типоразмеров конструктивно-нормализованные ряды изделий.

5. Высокий уровень унификации и взаимозаменяемости и в первую очередь для наиболее уязвимых (быстроизнашивающихся) деталей и узлов.