Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Объекты химического комплекса arrow РД 24-207-06-90  
25.06.2018
    
РД 24-207-06-90

Центральное конструкторское бюро арматуростроения

(ЦКБА)

 

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

 

АРМАТУРА ТРУБОПРОВОДНАЯ. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

 

РД 24-207-06-90

 

Дата введения 01.07.91

 

УТВЕРЖДЕНО

Указанием Минтяжмаша СССР

№ АВ-002-1-8993 от 20.09.90

 

Дата введения 01.07.1991 г.

 

ЛИСТ УТВЕРЖДЕНИЯ

Первый заместитель начальника научно-технического отдела Минтяжмаша

В.А. Мажукин

Начальник сектора

А.Н. Полтарецкий

Главный инженер ЦКБА

М.И. Власов

Заместитель директора по научной работе

Ю.И. Тарасьев

Начальник отдела 161

Р.И. Хасанов

Начальник лаборатории 151

Г.В. Котылевский

Ответственный исполнитель - инженер-конструктор I категории

Т.Г. Потемкин

 

СОГЛАСОВАНО

Представитель заказчика 953

______________М.С. Байбурин

«31» августа 1990 г.

 

Настоящий руководящий документ (РД) устанавливает методику оценки значений показателей надежности (безотказности и долговечности) трубопроводной арматуры, ее узлов и приводных устройств к ней (далее изделие) на этапе проектирования.

СОДЕРЖАНИЕ

 TOC o "1-2" p " " h z ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ

2.1. Первый метод

2.2. Второй метод

2.3. Третий метод

2.4. Оценка наработки на отказ

3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

3.1. Оценка срока службы

3.2. Оценка ресурса

4. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАСЧЕТА

Приложение 1(Справочное). Обозначения, применяемые при расчетах:

Приложение 2(Справочное). Показатели надежности элементов арматуры

Приложение 3(Справочное). Значения коэффициента а1

Приложение 4(Справочное). Поправочные коэффициенты, учитывающие уменьшение интенсивности отказов элементов a2

Приложение 5(Обязательное). Таблицы для проведения расчётов

Приложение 6(Обязательное). Таблицы для проведения расчётов

Приложение 7(Справочное) Классификатор отказов и предельных состояний арматуры

Приложение 8(Справочное) Значение коэффициентов вариации для основных параметров функционирования и механических свойств конструкционных материалов

Приложение 9(Справочное) функция нормального распределения .Ф(x)

Приложение 10(Справочное) Коэффициенты износостойкости материалов

Приложение 11(Рекомендуемое) Примеры расчета показателей надежности

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. В руководящем документе принята терминология по ГОСТ 27.002. Обозначения, применяемые при расчетах, приведены в приложении 1.

1.2. Оценка надежности изделия на этапе проектирования определяется расчетом и основана на использовании опытных данных ЦКБА, а также данных технической литературы о надежности элементов изделия.

1.3. Результаты расчета должны использоваться для предварительной оценки надежности изделия на этапе проектирования и сравнения возможных вариантов конструкции. Полученные расчетные данные должны быть в дальнейшем уточнены и дополнены результатами испытаний на надежность. Окончательный вывод о надежности спроектированного изделия составляется путем сбора и анализа статистических данных о работе изделия в условиях эксплуатации.

1.4. Оценка надежности на этапе проектирования проводится с целью:

- сравнения различных вариантов структурной и конструктивной схем изделия;

- выявления деталей и узлов, комплектующих элементов, лимитирующих надежность изделия;

- проверки соответствия прогнозируемого уровня надежности требованиям технического задания;

- анализа возможности выполнения заданных требований по надежности.

1.5. За количественный критерий безотказности изделия принимается вероятность безотказной работы в течение заданного срока (периода непрерывной работы, гарантийного срока, гарантийной наработки, назначенного ресурса) или наработка на отказ.

1.6. За количественный критерий долговечности принимается ресурс или срок службы изделия по номенклатуре показателей надежности, приведенных в техническом задании (ТЗ) в соответствии с РД 302-07-278-89.

1.7. При составлении расчета должны быть оговорены все принимаемые допущения.

1.8. Расчет показателей надежности выполняется в соответствии с настоящим РД. Метод расчета выбирается исполнителем из изложенных в разделах 2 и 3 исходя из требований ТЗ,

Если изделие состоит из узлов и деталей, информация о надежности которых имеется, то расчет безотказности рекомендуется производить 1 методом или 2 методом.

Если информация о надежности узлов или деталей нового изделия отсутствует, или требования к вероятности безотказной работы выше величины 0,997, то расчет безотказности рекомендуется производить 3 методом. Допускается по согласованию с заказчиком определение показателей безотказности относительно отдельных видов-отказов (2 методом.).

1.9. Вероятность безотказной работы или λ-характеристики комплектующих изделий принимается по данным предприятия-изготовителя комплектующего изделия.

1.10. При отсутствии в приложении 2 данных о вероятности безотказной работы (интенсивности отказов) узлов и деталей при расчётах пользоваться статистическими данными.

2. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ

2.1. Первый метод

2.1.1. Основные допущения, принимаемые при расчете:

а) отказы элементов являются событиями случайными и независимыми;

б) вероятность безотказной работы элементов изделия определяется экспоненциальным законом, если нет достаточного числа опытных данных, свидетельствующих о другом законе распределения;

в) все элементы одного и того же типа имеют одинаковую интенсивность отказов;

г) интенсивность отказов принимается постоянной, то есть из рассмотрения исключаются периоды приработки и износа.

При составлении расчета должны быть оговорены и все другие принимаемые допущения, возникшие в связи со спецификой изделия, условий эксплуатации.

2.1.2. Исходными данными для расчета являются:

а) техническое задание;

б) сборочный чертеж изделия и спецификация;

в) заданный период, в течение которого необходимо определить вероятность безотказной работы арматуры (период непрерывной работы, назначенный ресурс, гарантийная наработка, гарантийный срок и т.д.);

г) время совершения одного цикла;

д) режим работы изделия;

е) интенсивности отказов или ВБР узлов и деталей изделия.

Время совершения одного цикла и режим работы изделия необходимы для расчета времени работы отдельных узлов и элементов изделия.

Необходимо установить, является ли изделие нормально открытым или нормально закрытым и какова продолжительность его пребывания в открытом (или закрытом) положении в процентах от заданного периода.

2.1.3. Методика расчета

2.1.3.1. Расчет вероятности безотказной работы изделия производится, исходя из основной количественной характеристики надежности λ0i, данные о которой для различных элементов и узлов приведены в приложении 2.

2.1.3.2. При расчете изделие условно разбивается на элементы (узлы) и составляется логическая схема соединений элементов (узлов). Логические схемы соединения элементов (узлов) и соответствующие им формы для расчета вероятности безотказной работы изделия Рс по данным вероятности безотказной работы элементов Рj следующие;

а) простая последовательная схема (резервирование отсутствует):

(1)

б) простая параллельная схема с (K-I) резервными элементами:

 

 

(2)

в) последовательно-параллельная схема (резервирование последовательных схем):

 

 

(3)

 

г) параллельно-последовательная схема (поэлементные резервирования):

 

 

(4)

или, если все Pij = Pj, то

(4а)

 

2.1.3.3. Для каждого элемента необходимо определить:

а) время t', в течение которого элемент находится под нагрузкой;

б) время t'', в течение которого элемент находится в ненагруженном состоянии

Причем,

(5)

2.1.3.4. Интенсивность отказов i-го элемента, находящегося под нагрузкой, определяется по формуле;

(6)

где λ0i-

в соответствии с приложением 2;

а1-

в соответствии с приложением 3;

в) интенсивность отказов i-го элемента, не находящегося под нагрузкой, определяется по формуле:

(7)

где а2-

поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности отказов для ненагруженного элемента;

для электрических элементов он выбирается по данным приложения 4; для остальных он равен 1·10-3

2.1.3.5. Вероятность безотказной работы одного i-го элемента рассчитывается по формуле (8), (9), (10).

а) λ0i в единицах 1/час

(8)

б) λ0i в единицах 1/цикл

(9)

в) вероятность безотказной работы i-элемента за фиксированный срок или наработку t*

(10)

2.1.3.6. Вероятность безотказной работы j-ой группы элементов Pj, объединенных по признаку равной продолжительности работы при условии, что все элементы составляют последовательную схему, рассчитывается по формулам:

а) если Pi(t) рассчитывается по формуле (8), то

(11)

б) если Pi(t) рассчитывается по формуле (9), то

(12)

в) если Pi(t) рассчитывается по формуле (10), то

(13)

2.1.3.7. Вероятность безотказной работы всего изделия Pc определяется по формулам (1), (2), (3), (4) в зависимости от схемы соединения элементов в изделии.

2.1.3.8. Для расчета вероятности безотказной работы отдельных элементов необходимо заполнить таблицу 1 приложения 5.

2.1.3.9. Пример расчета показателей надежности данным методом приведен в приложении 2.

2.2. Второй метод

2.2.1. Основные допущения, принимаемые при расчете:

а) отказы элементов являются событиями случайными и независимыми; ,

б) вероятность безотказной работы элементов изделия определяется экспоненциальным законом, если нет достаточного числа опытных данных, свидетельствующих о другом законе распределения;

в) все элементы одного и того же типа имеют одинаковую интенсивность отказов.

2.2.2. Исходными данными для расчета являются:

а) техническое задание;

б) сборочный чертеж изделия и спецификация;

в) критерии отказов и предельных состояний изделия;

г) заданный период, в течение которого необходимо определить вероятность безотказной работы изделия (период непрерывной работы, назначенный ресурс, гарантийный срок и т.д.);

д) интенсивности отказов узлов и деталей изделия.

2.2.3. Методика расчета

2.2.3.1. Вероятность безотказной работы изделия в течение заданного периода t-P11(t) определяется по формуле

(14)

где P2j(t)-

вероятность безотказной работы по каждому виду отказов;

k-

число видов отказов или предельных состояний.

При расчете вероятностей Р2j(t) учитываются только те узлы и детали изделия, которые влияют на данный вид отказа.

2.2.3.2. Для оценки вероятности безотказной работы изделия следует построить схему следующим образом:

1 уровень - состояние изделия (работоспособное, неработоспособное) или событие (отсутствие отказов);

2 уровень - события, состояния, функции, от которых зависит 1 уровень (критерии отказов и продельных состояний);

3 (и последующие) уровни - элементы изделия или события, от которых зависит 2 (предыдущий) уровень.

При построении схемы необходима использовать следующие обозначения:

- состояние, событие, функция (нет исходной информации);

- элементы (детали, узлы) изделия (есть исходная информация - интенсивность отказов);

- "И" (знак: зависимости);

- "не"

- "или"

По схеме заполнить таблицу 2 приложения 5.

2.2.3.3. Если события или элементы изделия связаны знаком "и", то вероятность безотказной работы i-го уровня определяется по формуле

(15)

где n-

число событий или элементов (i+1) уровня, влияющие на наступление события i-го уровня.

Если события или элементы изделия связаны знаком "или", то вероятность безотказной работы определяется по формуле

(16)

2.2.3.4. Вероятность безотказной работы в течение заданного периода t определяется для каждого события, состояния, обозначенного на схеме прямоугольником.

Расчет производится от нижнего уровня к верхнему.

Вероятность безотказной работы элемента Pij в течение заданного периода t определять исходя из данных приложения 2, 3 и 4 по формулам (8)-(10) или соответственно по формулам (11)-(13).

2.2.3.5. Классификатор отказов и продельных состояний арматуры приведён в приложении 7.

2.2.3.6. Пригар расчета по данному методу приведен в приложении II.

2.3. Третий метод

2.3.1. Основные допущения, применяемые при расчете:

а) отказы изделий являются случайными и независимыми событиями

б) распределение значений параметров работоспособности изделий и механических свойств конструкционных материалов подчиняются нормальному закону распределения отказов,

2.3.2. Исходными данными для расчета являются:

а) техническая документация на изделие;

б) критерии отказов и предельных состояний;

в) предельные значения параметров функционирования, соответствующие критериям отказа и предельных состояний;

г) силовой и прочностной расчет изделия;

д) справочные данные о коэффициентах вариации аналогичных выходных параметров изделий - прототипов и механических свойств конструкционных материалов,

2.3.3. Методика расчёта

2.3.3.1. Вероятность безотказной работы изделия в течение заданного периода t определяется по формуле

(17)

где P1(t)-

вероятность неразрушения изделия в течение периода t ;

P2(t)-

вероятность невыхода параметров функционирования за допустимые границы в точение заданного периода t.

2.3.3.2. Расчет вероятности Р1(t).

Расчет вероятности Р1(t) может быть определен двумя способами:

а)

(18)

где P1i(t)-

вероятность неразрушения i-го элемента или узла изделия в течение периода t ;

б)

(19)

Т.е. P1(t) определяется вероятность неразрушения наиболее слабого узла или детали изделия в течение времени t. Наиболее слабый элемент определяется по изделию прототипу или по прочностному расчету (имеющий наименьший запас прочности или текучести).

Величина P1i(t) определяется по формуле

(20)

где φi-

коэффициент запаса, определяемый по формуле

(21)

где MRi и MSi-

ожидаемые средние значения прочности R и нагрузки S;

KRi , KSi-

коэффициенты вариации MRi и MSi соответственно.

Для расчета величин P1i заполняется таблица 1 приложения 6.

По результатам силового и прочностного расчета заполняются графы 1-4 (см.сводную таблицу напряжений).

В графе 5 определяется коэффициент запаса прочности

В графу 6 вносятся значения коэффициент вариации прочности, определяемый по таблице приложения 8 исходя из материала изготовления детали.

В графу 7 вносят значения коэффициента вариации нагрузки KSi. Если нет данных о его величине, то значения KSi выбираются из интервала [0,2÷0,3]

В графе 8 определяют значения P1i(t). Значения функции нормального распределения Ф(x) определяют по таблице приложения 9 в зависимости от x.

2.3.3.4. Расчет вероятности P2(t).

Вероятность невыхода параметров функционирования за допустимые границы в течение периода t определяется по формулам:

a)

(22)

где P2j(t)-

вероятность невыхода значений j-го параметра функционирования за допустимые пределы в течение периода t.

б)

(23)

т.е. P2(t) определяется вероятностью невыхода за допустимые пределы наиболее "слабого" параметра функционирования изделия.

Величина P2j(t) определяется следующим образом:

- если параметр функционирования ограничен сверху

(24)

- если параметр функционирования ограничен снизу

(25)

- если паpaметр функционирования имеет двухстороннее ограничение

(26)

где Ф(…)-

функция нормального распределения, определяемая по приложению 9;

yв, yн-

соответственно верхняя и нижняя допустимые границы значений параметра, заданных в ТЗ;

yi-

ожидаемое среднее значение параметра, определяется по результатам технических расчетов или задается;

kyi-

коэффициент вариации параметра работоспособности, определяемой по приложению 8.

Для расчета значений P2j заполняют таблицу 2 приложения 6.

В графу 1 вносят параметры функционирования изделия.

В графу 2 - средние значения, параметра yi задаваемые ориентировочно по данным конструкторского отдела.

В графу 3 вносят величину, ограничивающую значения параметра функционирования.

Принимается по нормативным документам (ГОСТ 9544-75, ОСТ 26-07-1375-82, ОТТ-87 и др.) или задается заказчиком в техническом задании.

В графу 4 вносят значения коэффициента вариации параметра функционирования kyi;

Величина kyi определяется по таблице приложения 8.

В графа 5 определяют значения аргумента uj функции нормального распределения Ф(uj).

В графе 6 определяют значения вероятности P2j по формулам (24)-(26). Значения функции Ф(uj) определяют по приложению 9 в зависимости от uj.

Примечание. При испытаниях опытных образцов или макетов величину yi следует контролировать и в случае отклонения от принятой в расчете, расчет откорректировать.

2.4. Оценка наработки на отказ

2.4.1. Наработка на отказ изделия определяется по формуле

(27)

где i={1,r}-

число узлов и деталей изделия, лимитирующих наработку на отказ;

Ti-

наработка на отказ или ресурс i-го узла (детали).

2.4.2. Значения Тi определяются по формуле

(28)

где λi-

интенсивность отказов i-го узла или детали, определяется по приложению 2.

При определении наработки на отказ в циклах при расчете принимать λi в единицах 1/цикл, при определении наработки на отказ в часах - в единицах 1/час,

2.4.3. Допускается определение Ti по формулам, приведенным в нормативно-технической документации на узлы и детали.

3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

3.1. Оценка срока службы

3.1.1. Полный средний срок службы изделия Tсл.ср. определяется по формуле

(29)

где Tj-

срок службы корпусных деталей и узлов, не подлежащих замене и ремонту, определяющих долговечность изделия.

3.1.2. Величина Tj определяется по формуле (30) или (31)

(30)

где λj-

интенсивность отказов i-го узла или детали, лимитирующих долговечность изделия.

Величина λj определяется по приложению 2 в единицах измерения 1/час

(31)

где γj-

скорость изнашивания или скорость коррозии детали или узла.

Umax-

максимально допустимый износ.

Скорость коррозии и скорость изнашивания определяются расчетным путем исходя из коэффициентов износостойкости и коррозионной стойкости применяемых материалов.

Величина коэффициента износостойкости определяется расчетно-экспериментальными методами либо по таблицам приложения 10.

Величина Umax определяется расчетным путем исходя из запаса прочности, и приводится в технической документации.

Примечание: Допускается определение Tj по формулам нормативно-технической документации на узлы и детали, лимитирующие долговечность арматуры или по результатам прочностного расчета.

3.1.3. Полный назначенный срок службы Tсл н определяется по формуле

(32)

где n-

коэффициент запаса по сроку службы;

Tсл ср-

полный средний срок службы изделия, определяемый по формуле (29).

Величина n выбирается в зависимости от критичности (значимости последствий) отказа из ряда [2÷13] и согласовывается с заказчиком при необходимости»

3.2. Оценка ресурса

3.2.1. Полный средний рзеурс изделия Тр ср определяется по формуле

(33)

где N-

число ремонтов арматуры;

То изд-

наработка на отказ, определяемая по п.2.4.

Величина Tо изд при определении ресурса регулирующей арматуры должна измеряться, в часах, для остальной арматуры - в циклах.

3.2.2. Полный назначенный ресурс Трн определяется по формуле

(34)

где m-

коэффициент запаса по ресурсу.

Величина m выбирается в зависимости от критичности отказов из ряда [2÷13] и при необходимости согласовывается с заказчиком.

4. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАСЧЕТА

4.1. Расчет надежности на этапе проектирования следует оформлять в соответствии с требованиями ГОСТ 2.105-79.

4.2. Расчет должен содержать следующие разделы:

- задача. расчета;

- основные допущения, принимаемые при расчете;

- исходные данные;

- расчет показателей надежности;

- выводы (заключение).

4.3. В разделе "Выводы" полученное расчетом значение показателя надежности-Up следует сравнить со значением, заданным в техническом задании Uтз

Приложение 1(Справочное). Обозначения, применяемые при расчетах:

 

I Метод

t-

период непрерывной работы, гарантийный срок, гарантийная наработка, назначенный ресурс (час, цикл);

t'-

время, в течение которого элемент в составе эксплуатируемого изделия находятся под нагрузкой, сказывающейся решающим образом на его надежности (час);

t''-

время, в течение которого элемент в составе эксплуатируемого изделия находится в ненагруженном состоянии, не сказывающимся решающим образом на его надежности, или остается ненагруженным (час);

tц-

время совершения одного цикла (час);

λ0i-

интенсивность отказов i-го элемента (узла) (1/час, 1/цикл)

λ'i-

интенсивность отказов i-го элемента (узла), находящегося под нагрузкой в течение времени t' (1/час, 1/цикл);

λi''-

интенсивность отказов i-го элемента (узла), ненагруженного в течение времени t'' (I/час, 1/цикл);

P(t)-

вероятность безотказной работы изделия в течение времени t;

Pi(t)-

вероятность безотказной работы i-го элемента (узла) в течение времени t;

Pj(t)-

вероятность безотказной работы j-ой группы элементов;

m-

число типов элементов в изделии;

a1-

коэффициент, учитывающий увеличение интенсивности отказов нагруженных элементов;

а2-

поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности отказов для ненагруженных элементов;

Т-

наработка арматуры в заданный период (час, цикл)

 

II Метод

Р11(t)-

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: