При эксплуатации

ПОДДЕРЖАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ

Низкая надежность оборудования, как правило, приводит к увеличению эксплуатационных расходов и времени простоя. Кроме того, при недостаточной надежности внезапные отказы сборочных единиц и деталей из-за нарушений установленной технологии могут привести к тяжелым авариям, затраты на ликвидацию которых весьма велики. Однако повышение надежности связано с усложнением оборудования и повышением его стоимости, поэтому необходимо установить некоторую оптимальную надежность, исходя из критерия минимальной стоимости проектирования, изготовления и эксплуатации оборудования. Проектирование и изготовление высоконадежного оборудования требует дополнительных средств. Однако с увеличением надежности уменьшается число отказов, время вынужденного простоя, необходимое количество запасных частей, что позволяет снизить эксплуатационные расходы. Таким образом, с увеличением надежности оборудования растет стоимость проектирования и изготовления, но уменьшается стоимость эксплуатации. При этом существует некоторая (оптимальная) надежность, при которой суммарная стоимость проектирования, изготовления и эксплуатации минимальна. Такой оптимальный уровень надежности называется нормой надежности.

В табл. 4.9 приведены классы надежности для бурового оборудования и оптимальные значения уровня безотказности, разработанные на основании обобщения статистического материала об отказах оборудования буровых установок для бурения глубоких скважин на нефть и газ.

Требования повышения безотказной работы оборудования, связанные с обеспечением установленной оптимальной надежности, настолько высоки, что удовлетворить этим требованиям, не прибегая к специальным мерам по повышению его надежности, часто не представляется возможным.

Надежность оборудования закладывается при проектировании, реализуется при изготовлении, монтаже и наладке и расходуется при эксплуатации.

Все методы обеспечения надежности оборудования принципиально могут быть сведены к следующим основным:

резервированию;

уменьшению интенсивности отказов элементов системы;

сокращению времени непрерывной работы;

уменьшению времени восстановления;

выбору рациональной периодичности и объема контроля системы.

Реализация указанных методов осуществляется при проектировании, изготовлении и в процессе эксплуатации оборудования. От работы проектировщика в первую очередь зависит как будет работать оборудование в тех или иных условиях эксплуатации. Из этого вовсе не следует, что процесс эксплуатации не влияет на надежность объекта. При эксплуатации обслуживающий персонал может существенным образом изменить надежность систем.

В процессе проектирования используются схемные и конструкционные методы обеспечения надежности систем.

Схемные методы включают:

анализ прототипов;

создание схем с минимально необходимым числом элементов;

применение резервирования;

разработку схем, не допускающих опасных последствий отказов их элементов;

оптимизацию последовательности работы элементов схемы;

предварительный расчет надежности проектируемой схемы.

Классы надежности бурового оборудования

Класс надежности	Характеристика отказов	Наименование неисправного оборудования, сборочной единицы, детали	Последствия из-за отказа	Оптимальное значение вероятности безотказной работы
I	Внезапные отказы основных деталей и частей, недопустимые в процессе бурения	Несущие элементы талевой системы, тормозное устройство буровой лебедки, устройства для захвата и подвешивания труб	Возможные человеческие жертвы, значительный материальный ущерб	P { L = = 5000м)}> > 0,99
II	Внезапные отказы основных деталей и частей, обеспечивающих выполнение основных технологических операций при проводке скважин	Оборудование, обеспечивающее циркуляцию промывочной жидкости, привод и подъем инструмента	Возможность аварий и прихватов при бурении со значительным материальным ущербом	P { L > > 5000 м}> > 0,99
III	Отказы основных деталей и частей, приводящие к досрочной замене оборудования в период бурения	Основная опора вертлюга, основная и вспомогательная опоры ротора, детали приводной части бурового насоса и др.	Длительные простои и досрочная смена (до отработки установленного ресурса) оборудования в период бурения	P { L > > 5000 м}= = 0,88
IV	Отказы оборудования из-за выхода из строя быстроизнашивающихся деталей и частей	Детали гидравлической части буровых насосов, грязевый сальник вертлюга	Простои оборудования, связанные со сменой быстроизнашивающихся деталей в период бурения	P { t > > 200 ч} = = 0,80
V	Отказы вспомогательного оборудования и инструмента	Части гидроциклонных установок, мешалок, смесителей и др.	Непродолжительные простои оборудования с незначительным материальным ущербом	P { t > > 200 ч} ≈ ≈ 0,75

Уменьшение числа элементов при прочих равных условиях приводит к увеличению вероятности безотказной работы системы, а также благоприятно сказывается на ее массе, габаритах и стоимости.

Однако при этом необходимо помнить, что сокращение числа элементов не должно увеличивать коэффициент нагрузки у оставшихся элементов, в противном случае эффект может быть прямо противоположным.

Под оптимизацией последовательности работы элементов схемы понимается согласование тактов автоматической работы схем не только по времени, но и по достижении тем или иным параметром заданного значения.

При создании схем с ограниченным последействием отказов применяется включение в схемы специальных защитных и предохранительных устройств, которые предотвращают аварийные последствия отказов.

Резервирование - один из наиболее эффективных методов повышения надежности объектов. При резервировании в конструкции заранее предусматривается замена неисправного элемента исправным.

Резервирование, как средство повышения надежности, наиболее целесообразно применять для повышения надежности оборудования, предназначенного для непрерывной работы в течение короткого времени. Использование резервирования для повышения надежности оборудования, предназначенного для длительной работы, часто связано с высоким резервированием или с применением специальных способов резервирования. Повышение надежности оборудования путем его резервирования приводит к ухудшению таких характеристик как масса, габаритные размеры, стоимость, условия обслуживания (увеличение частоты проверок, числа запасных деталей и частей) и поэтому ограничивает использование этого метода при конструировании оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи.

В число конструкционных методов повышения надежности входят:

упрощение кинематической схемы; обеспечение равнопрочности основных деталей и сборочных единиц;

правильный выбор материалов;

использование элементов с малыми значениями интенсивности отказов при заданных условиях эксплуатации (выбор элементной базы);

обеспечение благоприятного режима работы элементов;

рациональный выбор совокупности контрольных параметров;

рациональный выбор допусков на изменение основных параметров элементов и системы в целом;

защита элементов от вибрации и ударов;

унификация элементов и системы в целом;

разработка эксплуатационной документации с учетом опыта применения системы, подобной конструируемой;

обеспечение эксплуатационной технологичности конструкции (применение встроенных контрольных устройств, автоматизация контроля и индикация отказов, удобство подходов для обслуживания и ремонта).

На стадии конструирования необходимо выбрать такие размеры деталей и обеспечить такие условия их работы, при которых интенсивность разрушения будет минимальной. В этом случае необходимо определить соответствующие нагрузки и скорости относительного перемещения трущихся поверхностей, предусмотреть наиболее совершенные устройства для смазки, выбрать оптимальные посадки в сопряжениях и т.п.

Для повышения долговечности машины конструктор обязан предусмотреть высокую ремонтопригодность ее основных частей, т.е. обеспечить простоту обслуживания и ремонта машины.

Одна из эффективных мер в этом направлении - максимальная унификация сборочных единиц и деталей, которая дает возможность изготовить машины из типовых сборочных единиц и агрегатов, благодаря чему можно быстро и просто заменить в них вышедшие из строя элементы на местах эксплуатации и ремонтировать в централизованном порядке на хорошо оснащенных специализированных предприятиях. Перспективным направлением в повышении долговечности машин является создание саморегулирующихся и самовосстанавливающихся сборочных единиц и систем. Сущность подобных решений заключается в обеспечении постоянства основных конструктивных параметров сопряжения в процессе работы посредством их автоматической регулировки и подналадки.

Значительная доля отказов оборудования обусловлена производственно-технологическими причинами. Анализ статистических данных позволяет сделать вывод о том, что производственными причинами снижения надежности оборудования являются: несоответствующее качество полуфабрикатов, комплектующих элементов и агрегатов; нарушения технологии изготовления и сборки, отсутствие стабильности технологических процессов из-за отклонения параметров и недостаточной надежности оборудования; недостатки системы контроля качества на всех этапах производства оборудования, его монтажа и наладки.

Основные способы обеспечения надежности оборудования на этапе его производства приведены на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Структура мероприятий по обеспечению надежности

Дата добавления: 2014-01-04