Реферат на тему «Классификация отказов бурового оборудования по возможности устранения»

Введение Одним из важных свойств, характеризующих качество и технический уровень буровых машин и оборудования является их надежность. Согласно принятой терминологии (ГОСТ 24002-83), надежностью называют свойства технического объекта сохранять во времени в установленных изделиях значения всех параметров, способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. На основании теории надежности устанавливаются закономерности возникновения отказов и восстановления работоспособности, прогнозируются возможные отказы, выявляются способы повышения надежности при конструировании, изготовлении и эксплуатации различных объектов, а также разрабатываются методы сбора, учета и анализа статистических данных, необходимых для расчета показателей надежности. Уровень надежности закладывается при проектировании, обеспечивается в процессе изготовления и поддерживается в эксплуатации. Основное направление исследований надежности буровых машин и оборудования – изучение наиболее важных её аспектов на основе общей теории надежности, практических достижений в смежных областях теории и накопленных статистических данных. Расширение работы в этой области имеет первостепенное значение для дальнейшего роста эффективности бурения нефтяных и газовых скважин и сокращения капитальных затрат на создание промысловых ремонтных служб и заводов, занятых изготовлением сменного бурового оборудования, запасных частей и деталей. Цель исследования – рассмотреть особенности отказов бурового оборудования по возможности устранения.

 Сущность отказов оборудования по возможности устранения

Изделие – наиболее общее понятие об объектах. К изделиям относятся машины, механизмы, агрегаты, их элементы, которые являются предметом исследования или расчета надежности. Изделия и детали – понятия относительные. Так, для завода, изготовляющего буровые насосы, поршни, цилиндровые втулки, клапаны являются деталями, а для заводов, производящих запасные части к буровым насосам – изделиями [Мамедов, 2017; с. 267]. С точки зрения теории надежности любой технической объект (система, устройство, элемент) можно охарактеризовать его свойствами, техническим состоянием и приспособленностью к восстановлению после потери работоспособности (рис. 1). При этом важнейшим комплексным свойством ТС является его надежность [Кравченко, 2014; с. 7]. Рисунок 1 – Основные характеристики ТС Ремонтоспособностью называется свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонта и технического обслуживания. Данное свойство является очень важным, т.к. оно характеризует степень стандартизации и унификации элементов ТС, удобство их размещения с точки зрения доступности для контроля и ремонта, приспособляемость к регулировочным операциям и т.д. Техническое состояние ТС в данный момент времени характеризуется исправностью или неисправностью, работоспособностью или неработоспособностью, а также предельным состоянием. Исправным состоянием (исправностью) ТС называется такое ее состояние, при котором она соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией (НТД). Если ТС не соответствует хотя бы одному из этих требований, то она находится в неисправном состоянии. Если ТС находится в состоянии, при котором она способна выполнить заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных НТД, то она находится в работоспособном состоянии. Неработоспособным состоянием ТС называется состояние, при котором значение хотя бы одного заданного параметра, характеризующего их лакокрасочное покрытие, способность выполнять заданные функции, не соответствует установленным требованием НТД. Понятие исправности шире понятия работоспособности. Неисправная ТС может быть работоспособной и неработоспособной – все зависит от того, какому требованию НТД не удовлетворяет данная ТС. Так, например, если погнут кожух или шасси, нарушено их лакокрасочное покрытие, повреждена изоляция проводников, однако параметры аппаратуры находятся в пределах нормы, то ТС считается неисправной, но в то же время работоспособной. Исправная ТС всегда работоспособна. При длительной эксплуатации ТС может достигнуть предельного состояния, при котором ее дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности, при уходе заданных параметров за установленные пределы, или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой, или необходимости проведения среднего или капитального ремонта. Исходя из возможности дальнейшего использования после отказа и приспособленности к восстановлению, все ТС классифицируются следующим образом (рис. 1.3) [Кравченко, 2014; с. 8]. Рисунок 2 – Классификация объектов ТС Таким образом, по возможности устранения отказов машины и оборудование подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Восстанавливаемые – объекты, для которых восстановление работоспособного состояния предусмотрено в нормативно-технической и конструктивной документации. К невосстанавливаемым относятся: талевый канат, тормозные накладки, клапаны бурового насоса, долота, пружины, подшипники и т.д. их восстановление не предусмотрено технической документацией. Само понятие «восстановление» следует понимать не только как корректировку, настройку, пайку или иные ремонтные работы по отношению к тем или иным техническим средствам, но и замену этих средств. Подавляющее большинство систем, применяющихся для автоматизации технологических процессов, как правило, подлежит восстановлению после отказа, после чего они вновь продолжают работу [Копесбаева, 2016; с. 6]. Для восстановления изношенных деталей бурового оборудования, а также для увеличения срока их службы широко применяют сварку и наплавку путем нанесения износостойкого слоя. При помощи наплавки восстанавливают изношенные клапаны, цилиндрические втулки, штоки буровых насосов, тормозные шкивы лебедок, стволы вертлюгов и другие детали. В. Лесничий (1981) дал краткое описание области и технологии применения сварки и наплавки при ведении буровых работ, приведены и описаны марки наплавочных проволок и электродов. Рисунок 3 – Схема основных состояний и событий восстанавливаемой системы Наряду с этим различают ремонтируемые и неремонтируемые объекты. К ремонтируемым относятся объекты, для которых проведение ремонтов предусмотрено в технической документации. Неремонтируемыми называются такие изделия, которые в случае возникновения отказа не подлежат или не поддаются ремонту. К неремонтируемым изделиям относятся многие детали бурового и нефтегазопромыслового оборудования. Отдельные части машин и механизмов, а также сами машины и механизмы в некоторых случаях можно рассматривать как перемонтируемте изделия. Например, большинство видов инструмента, в том числе породоразрушающий инструмент, также целесообразно рассматривать как неремонтируемые изделия. Ремонтируемыми называются такие изделия, которые можно ремонтировать в случае возникновения отказа [Мамедов, 2017; с. 267]. Различают две группы показателей ремонтопригодности. Первая группа аналогична показателям безотказности. К ним относятся «вероятность восстановления» т.е. вероятность того, что продолжительность восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданное значение. Квантиль этой вероятности – продолжительность времени, в течение которого восстановление работоспособности будет осуществлено с вероятностью у, выраженной в процентах, – называют гамма-процентным временем восстановления. Аналогично вводят среднее время восстановления, интенсивность восстановления и параметр потока восстановления. Другая группа показателей ремонтопригодности характеризует затраты по поддержанию работоспособного состояния объекта. К ним относят среднюю трудоемкость восстановления, которую обычно измеряют в человеко-часах. Большинство показателей этого типа м численные характеристики трудоемкости технического обслуживания, ремонта, диагностирования и т.п., строго говоря, не относятся к показателям надежности [Кириакиди, 2009; c. 26]. Немаловажную роль в сохраняемости надежности и долговечности оборудования играет система ТО и Р, под которой понимается совокупность мероприятий, проводимых в целях обеспечения его безотказной работы. Система ТО и Р предупреждает прогрессирующий износ оборудования, снижает вероятность выхода его из строя, создает необходимые предпосылки для более эффективного использования оборудования, увеличения времени его работы, уменьшения интенсивности износа деталей. Восстанавливаемой ТС называется такая ТС, работоспособность которой в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемой ситуации. Если же в рассматриваемой ситуации восстановление работоспособности данной ТС при ее отказе по каким-либо причинам признается нецелесообразным или неосуществимым, то система называется невосстанавливаемой. Ремонтируемой ТС называется система, неисправность или работоспособность которой в случае возникновения отказа или повреждения подлежат восстановлению. В противном случае объект называется неремонтируемым (простейшим примером неремонтируемого объекта служат электролампочки). Неремонтируемое устройство всегда является и невосстанавливаемым (например, резистор, конденсатор и т.п.). В то же время ремонтируемое устройство может быть как восстанавливаемым, так и невосстанавливаемым – все зависит от существующей системы технического обслуживания и ремонта, конкретной ситуации в момент отказа. Например, в условии эксплуатации телевизоров отказавший кинескоп является изделием не восстанавливаемым, но на ремонтном заводе – уже восстанавливаемым; отказавший силовой трансформатор может оказаться в руках радиолюбителя восстанавливаемым элементом, если отсутствует запасной трансформатор. Общим понятием является понятие ремонтопригодности. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к выполнению его ремонта и техобслуживания. На практике часто бывают такие ситуации, в которых требуется, чтобы устройство, находясь в режиме ожидания и потом начав работать в произвольный момент времени, проработало бы безотказно в течение требуемого промежутка времени. Состояние работоспособности устройства в произвольно выбранный момент времени называется готовностью. Если при этом работоспособность устройства будет сохраняться в течение заданного интервала времени, то тогда обеспечивается так называемая оперативная готовность устройства [Кравченко, 2014; с. 10].

 Показатели ремонтопригодности

Восстановление работоспособного состояния объекта включает: идентификацию отказа (определение его места и характера), наладку или замену отказавшего элемента, регулирование и контроль технического состояния данной системы и контроль работоспособности объекта в целом. Аналогично характеристикам безотказности при заданном времени восстановления в t_В для объектов с восстановлением используются характеристики: вероятность восстановления, интенсивность восстановлений, среднее время восстановления и средняя трудоемкость восстановления. Под вероятностью восстановления понимают вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния объекта не превысит заданное значение, т.е. где f(t_В) – функция плотности распределения вероятностей времени восстановления объекта. Интенсивность восстановлений – это условная плотность вероятности восстановления работоспособного состояния объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени, при условии, что до этого момента восстановление не было завершено. где f(t_В) – функция плотности вероятности восстановлений. Под средним временем восстановления понимается математическое ожидание времени восстановления работоспособного состояния объекта после отказа [Бабаев, 2015; с. 52]. Для статистической оценки среднего времени восстановления пользуются формулой где t_вi – время восстановления объекта после i -го отказа; n – число отказов за определенный период работы объекта. Если под наблюдением находятся несколько агрегатов (систем) однотипного оборудования, то среднее время восстановления определяется по формуле где t_вij – время восстановления j-го объекта между (i – 1)-м и i-м отказами; n_j – число отказов j-го объекта. Среднее время восстановления является одним из наиболее наглядных количественных характеристик, позволяющих оценивать ремонтопригодность изделий, рассчитанных на длительное использование. В качестве количественной характеристики процесса восстановления применяется также функция восстановления H(t), определяемая как математическое ожидание числа восстановлений в течение определенного времени. Поэтому для любого ординарного потока отказов в качестве характеристики потока восстановлений может применяться и функция h(t) = dH(t) / dt – плотность восстановления. Средняя трудоемкость восстановления – это математическое ожидание трудоемкости восстановления объекта после отказа. Для комплексной оценки ремонтопригодности допускается также дополнительно использовать показатели: удельная трудоемкость ремонта и удельная трудоемкость технического обслуживания [Бабаев, 2015; с. 53].

 Показатели восстанавливаемости

Когда происходит отказ, и объект теряет свою работоспособность, возможны две ситуации. Первая − объект не ремонтируют и больше не используют по назначению. Такой объект называется невосстанавливаемым. Он работает только до первого отказа. Данная стратегия использования объекта применяется, если восстановление его технически невозможно или экономически невыгодно. Вторая ситуация – выполняется ремонт объекта, который снова используется по назначению. Такой объект называется восстанавливаемым. Большинство систем автоматики, телемеханики и связи являются восстанавливаемыми, обслуживаемыми системами [Ушаков, 1975]. Для восстанавливаемых систем важнейшими показателями надежности являются среднее время восстановления Т_в, а также коэффициент готовности К_г (вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени), который определяется по формуле: Среднее время безотказной работы (средняя наработка на отказ), ч Статистически интенсивность отказов определяется по формуле, ч ^—1 где N_cр − среднее число элементов, работоспособных в интервале времени Δt; n(Δt) − количество отказавших элементов за период времени Δt; Δt − рассматриваемый интервал времени в часах.

Выводы

В процессе исследования были сделаны следующие выводы: Каждая исправная машина, в том числе и буровая, в зависимости от ее технического состояния обладает определенной работоспособностью. Под работоспособностью понимается способность машины выполнять в определенных условиях работу с допустимыми отклонениями от параметров, установленных техническим паспортом машины. Каждая машина имеет свою рабочую характеристику в виде установленной мощности, грузоподъемности, скорости подъема, производительности, к.п.д. и т. д. Снижение этих параметров от установленных техническим паспортом говорит о снижении работоспособности машины и о наличии в ней неисправностей. Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов. В процессе эксплуатации машины ее работоспособность непрерывно снижается вследствие нарушения ее регулировки, износа деталей и других причин. Использование машин, имеющих неисправности, неэффективно, так как снижается производительность машины, ее надежность и безопасность работы и увеличиваются эксплуатационные расходы. Так, например, при большом износе поршней бурового насоса снижается его производительность, давление нагнетания и к. д. д. Для того чтобы увеличить объем добываемого природного газа и нефти необходимо соответствующее увеличение буровых работ, а также исходя из этого происходит увеличение затрат на буровое оборудование. В результате этого огромное значение уделяется проблеме продления сроков службы и надежности оборудования. Что в свою очередь делает необходимым снижение затрат на эксплуатацию данного механизма. Для того чтобы повысить надежность и усовершенствовать конструктивные параметры буровой установки необходимо выявить причины отказов. Как известно, буровое оборудование является восстанавливаемым. Также оно требует проведения периодического технического обслуживания.

Перечень источников

1. Бабаев С. Г., Основы теории надежности нефтепромыслового оборудования : учебник / под общей ред. С. Г. Бабаева. – Баку : изд. АГНА, 2015. – 400 с.
2. Гусев А.С. Надежность механических систем и конструкций при случайных воздействиях / А. С. Гусев, А. Л. Карунин, Н. А. Крамской. – М. : МГТУ «НАМИ», – 576 с.
3. Кахаров С. К. Повышение надежности гидравлического оборудования буровых установок для сооружения геотехнологических скважин : дис. … кандидата технических наук : 25.00.14 / С. К. Кахаров. – М., 2015. – 104 с.
4. Копесбаева А. А. Надежность приборов и систем : конспект лекций для студентов специальности 5В071600 «Приборостроение» / А. А. Копесбаева. – Алматы : АУЭС, 2016. – 75 с.
5. Кравченко Е. Г. Надежность технических систем в машиностроении : учеб. пособие / Е. Г. Кравченко. – Комсомольск-на-Амуре : ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», 2014. – 126 с.
6. Лесничий В. С. Применение сварки и наплавки для повышения надежности и износостойкости бурового оборудования и бурильного инструмента / В. С. Лесничий. – М. : Недра, 1981. – 380 с.
7. Надежность летательных аппаратов : учеб. пособием / С. К. Кириакиди. В. А. Сатин и др. – Воронеж : Изд-во ВГТУ, 2009. – 107 с.
8. Ремонт и восстановление нефтепромыслового оборудования : учебник / Васиф Талыб оглы Мамедов, Осман Гасан оглы Мирзоев. – Баку : АДНА, 2017. – 427 с.
9. Ушаков А. И., Козлов Б. А. Справочник по расчету надежности радиоэлектроники и автоматики / А. И. Ушаков, Б. А. Козлов. – М. : Советское радио, 1975. – 471 с.