автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.09, диссертация на тему:Управление проектной надежностью поршневых и мембранных компрессоров химических производств

уфимский нефтяной институт

На правах рукописи КАЛАШНИКОВ Владислав Федорович

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТНОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ ПОРШНЕВЫХ И МЕМБРАННЫХ КОМПРЕССОРОВ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ; 05.04.09 - «Машины и агрегаты нефтеперерабатывающих и химических производств»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени '. доктора технических наук

- " ; / / \ )

УФА _ 1991

Работа выполнена на кафедре Технология металлов Московок текстильного института им. А. Н. Косыгина

Официальные оппоненты:

доктор -технических наук, профессор МАКСИМЕПКО Михаил Захаров! доктор технических наук, профессор ПЛАСТИНИН Павел Иванович, доктор технических наук, профессор ЧЕРВОНЫИ Андрей Акниовнч

Ведущее предприятие'. Московский компрессорный завод сБорец».

Защита состоится 6 декабря 1991 года в 1Ё>часов на заседании си циализнрованного совета Д063.09.03 при Уфимском нефтяном институ по адресу: 450062, БАССР, Уфа, Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в технической архиве Уфккско нефтяного института.

Автореферат разослан < 46. X __ 1991 г.

Учений секретарь спец. сонета, профессор

Заказ 370г

Типография Полиграфлес

Тираж 1С

Актуальность проблемы. В настоящее ъ^емя-в стране эксплуатируются свыше 500 тызяч промышленных компрессоров, кото- . рыв потребляют более 25^ вырабатываемой электроэнергии, а на современной машиностроительное предприятии до ЗСРь всей расходуемой мощности вдет на выработку сжатого воздуха.

Если с 'гочки зрения затрат энергии поршневые и мембранные компрессоры имеют преимущества пзред всеми другими типами компрессоров, то по металлоемкости, габаритным размерам, ремонтопригодности и межремонтному циклу они уступают другим машинам.

В материалах YM о'езда КПСС и в последующих Постановлениях ЦК КПСС и СМ СССР кок одно из важных направлений развития машиностроения отмечается необходимость существенного повышения надежности техники, что в полной-мере относится j-c поршневым и мембранным компрессорам химических производств.

Важность этой проблемы обусловлено тем, что надежноств определяется как одно из основных свойств компрессора, характеризующее его способность выполнять заданные функции в процессе эксплуатации.

Надежность компрессора закладывается при проектировании, обеспечивается при его изготовлении и реализуется при эксплуатации. Ко, ак поквзызает опыт разработки высоконадежно" авиационной, ракетной и космической техники, устранение тех или иных конструкторских Просчетов, снижавших нвдсжность изделия, на этапе опытной отработки обычно трвбуе.т на порядок больших-затрат, чем при проектировании, а при доработке серийных образцов в условиях эксплуатации расходы.возрастут на два-три порядка. Гвкоо же положение имеет место и при создания поршневых и ыембранных компрессоров. А это в свои очередь означает, что'васоку» надежность компрессора желательно закладывать уже на ранних этапах его создания - при проектировании, что требует решения целого ряда методических и расчетных вопросов,.

Цель и задачи работы. Цель исследования - разработке основ управления проектной надежностью пориневах и мембранных компрессоров и их элементов. При этом под управлением проектной надежностью понимается разработка методов анализа надежности компрессора в целом и его элементов на разных-этапах проектирования, разработка методик расчета надежности компрзс-оора в целом и его элементов, анализ д'зградационных процессов и разработка соответствующих моделей и методик расчета, выявление факторов, наиболее сильно влияющих на надежность кок-

. прзсооров, рассмотрение вопросов оптимизации параметров и рабочих характеристик элементов и компрессора в целом с точки зрения надежности.

Задачи, исследования ди.ктуйтся необходимостью комплексного решения проблей, связанных с созданием единых основ теоретических и экспериментальных исследований надежности ком-рессора как сложной системы на различных этапах, проектирования.

По отноиенив к реальным условиям эксплуатации серийного образца компрессора анализ надежности на этапах его создания можно представить как многоэтапный Процесс педалирования комплекса "компрессор - условия его эксплуатации" с увеличиваю-' щейся от атапа к бтапу адекватности модели: математическая модель комплекса при расчетах надежности на этапах проектирования; полунатурная модель комплексе при расчетах и испытаниях надежности на этапах опытной отработки и производства; натурная модель комплекса при определении реального уровня надежности в условиях эксплуатации.

Задачи диссертационной работы:

- разработка метода анализа надежности компрессора в целом и его элементов на разных этапах проектирования; -

- разработка методик расчета проектной надежности компрессора в целом и его элементов;

- анализ дегрэдациошшх процессов в компрессорах химических производств;

- разработка моделей деградационных. процессов и методик, позволяющих учитывать влияние деградационных процессов на проектную надежность компрессоров и их элементов;

выявление факторов, наиболее сильно влияющих на надежность компрессоров в целом по производительности и потреб,-л^еиой электрической моцноати;

- разработка критерия оптимизации конструктивно-технологических решение при лроэктлровании компрессора с учетом требований надежности;. - разработка понятия "запаса" надеянооти компрессора

по его основным рабочим характеристикам (производительности и потребляемой электрической мощности);

выполнение расчетов проектной надежности компрессора в целом и его элементов.

Научная новизна и практическая ценность работы. В диссертационной работе впервые: :

- разработан метод расчета проектной параметрической надежности компрессора в целом и его элементов, позволяющий установить уровень надежности для любого периода работы;

- разработана методика расчете проектной параметрической надежности компрессора з целом и его элементов;

- выполнен расчет начальной проектной параметрической надежности ряда промышленных компрессоров по производительности и потребляемой мощности;

- выполнен расчет и анализ проектной параметрической'надежности ряда элементов кшпроссоров;

- предложен критерий выбора эффективных конструктивно-технологических решений при проектировании компрессора с учетом требований надежности; ■

- выявлена взаимосвязь основных рабочих- характеристик-и параметров компрессора о уровнем требуемых пояззателой надежности, позволяющих вести проектирование с Солее полным учетом требований надежности.

Практическое значение етевт:

- сравнительный расчет и анализ начальной проектной параметрически надежности по производительности и потребляемой мощности советского и австрийского поршневых компрессоров (совместно с кафедрой Э--5 МГТТ им, й, З.Баумана .для Ю "Мелкгополь-холодмвш");

- расчет и анализ начальной проектной параметрической надежности по производительности мембранного компрессора- (для НИИхиммаи);

- расчет и анализ проектной параметрической надежности поршневого гелиевого-компрессора и его элементов (для завода "Борец").

Апрбация полученных результатов. Результаты проделанной работы внедрены с экономическим эффектом з оуиме 223 тыс', руб; дэльнейшре внедрение анализа и расчетов надежности в практику проектирования поршневых и мембранных компрессоров может быть осуществлено нэ компрессорных заводах-изготовителях данных машин (Пенза, Краснодар, Сумы) и на соответствующих кафедрах вузов (Москва, Ленинград).

На защиту выкосится:

- метод расчета проектной параметрической надежности компрессора в целом и его элементов;

- методика расчета проектной параметрической надежности компрессора в целом и его плекситов;

' - результаты расчета начальной проектной параметрической нр'пежности рада промышленных компрессоров по производительности и потребляемой мощности;

- результаты расчета и анализа проектной параметрической надежности ряда элементов компрессоров;

- критерий выбора эффективных крнструкгивно-технологичес-ких решений при проектировании компрессора с учетом требований, надежности;

- взаимосвязь основных рабочих характеристик и параметров компрессора с уровней требуемых показателей надежности.

Работе состоит из введения, шести глав, заключения и приложений. Об'ем диссертации составляет 290 станиц машинописного текста.

Введение посвящено»рассмотрению общих вопросов управления надежностью компрессоров, первым этапом которого является проектная надежность; сформулировано содержание управления, проектной надежностью компрессоров.

Принятая в 1985 г. Прогрзмма по коренному повышению технического уровня, качества машиностроительной продукции и развитию машиностроения как основы научно-технического прогресса предусматривает осуществление большого комплекса мер, направленных на коренное обновление производимой продукции, на придание качественно нового состояния организационно-техническому уровню и всему потенциалу отраслей машиностроительного комплекса. Предстоит осуществить перестройку системы научно-технической информации, укрепление лабораторно-зкспериментальной а г{8учйо~исследовагельской базы, совершенствование системы организации оплаты и повышение фондовооруженности инкенерного труда, освоение прогрессивных методов проектирования и поиска новых технических решений. Вое это в полной мере относится и к конпрессоростроению.

Чтобы обеспечить успешную, о следовательно, в своевременную реализацию програкыы модернизации отечественного машиностроения как ыагериалану» гарантия осущзсгмяеиой в стране перестройки, необходимо в корив изменить стратеге» управленца

б

развитием машиностроения. И одни« из важных'элеыентов этой стратегии является система управления совокупными затратами ' ресурсов, занятых в полном жизненном цикле техники. При этом жизненный Ш'.кл изделия (машины) должен рассматриваться как единое целое - ог научных исследований и разработки нового образца до истечения срока его производительиого использования, включая утилизацив.

В любом случае прядется исходить из того, что совокупные затраты на создание и использование компрессора в принципе не могут превьгаять потенциально возможный эффект от его будущего применения, 'Отсюда следует, что увеличение доли одного из участников в совокупных затратах возможно линь за _ счет уменьшения ее по другим стадиям жизненного цикла машины. И необходимо- стремиться к уменьшению совокупных затрат, ка создание и использование компрессора.

В связи с этим управление надежность» компрессоров, как часть проблей управления машиностроением, является веяной яэродохозяйстзенной задачей. В свою очередь проектная надежность, представляющая собой первый этап управления надежностью, должна пользоваться вниманием разработчиков, так-как на этапе проектирования требуются наименьшие затраты -на выявление и устранение дефектов конструкции компрессора.

Пзрвзя глава посвящена рассмотрении состояния вопроса использования параметрического подхода при, .оценке надежности. С этой цельи проанализирован ряд работ в различных от- ■ раслях техники.

Параметрический метод характеризует способность системы сохранять уровень рабочей характеристики з поле допуска в течение требуемого времени при заданных режимах и условиях работа. Характеристики параметрической надежности системы могут быть получены на основе знания интегральной или дифференциальной функций распределения рабочей характеристики в,начальный момент времени и функции ее изменения во времени. Функция надежности будет результатом временного изменения распределения рабочей характеристики.

' Таким образом, в формальном плане основы параметра-, ческой нвдеиности физически обоснованы, достаточно .ооэд и, яз первый взгляд, сравнительно просты. Однако при решении многих практических проблем параметрической надежности нередко приходится сталкиваться со значительными трудностями энзоотического и методического характера.-.

Количественной мерой параметрической надежности есть вероятность того, что за время функционирования системы параметры состояния (рабочие характеристики) не выйдут за допустимые пределы, являющиеся координатами поверхности предельных состояний, В'общей случае параметры состояния являются случайными функциями времени. Кромо того, существует квазистатичес-кпя постановка задачи, ногдв пренебрегают изменением парапетов состояния во времени, то есть считают параметры состояния случайными величинами.

Законы распределения параметров состояния в общем случае могут быть различными.

В первой главе показано, что для расчета параметрической надежности при, известных законах распределения параметров состояния необходимо иметь следующие их числовые характеристики: в квазисгатической постановка - математические ожидания, дисперсии и коэффициенты корреляции; при подходе к параметрам состояния как случайным процессам - математические ожидания и корреляционные функции С а для стационарных процессов -спектральные плотности).

Для расчета параметрической надежности системы на этапе проектирования возникает задача нахождения числовых характеристик распределения параметра состояния по известным числовым характеристикам возмущающих параметров, обусловливающих стохастический характер функционирования рассматриваемой системы. Данная задача возникает в силу того,.чго числовые харак-терисг'ки параметров состояния системы (математические они?-дания, дисперсии и др.), необходимые для расчета параметрической надежности, на этапе проектирования, как правило, еще неизвестны. •

Во второй части первой главы рассмотрены поршневые и мембранные компрессоры, используемце в различных химических • производствах", выявлены дегродациочные процессы и особенности об'емных компрессоров химических производств с т.очки зрения проектной иадееносги; сформулированы цели и задачи исследования.

Об'емныэ компрессоры относятся к основному универсальному технологическому оборудованию химических производств.

Лоиывеиие надежности современного химического оборудования имеет особое внвчевие, так квк егв эксплуатация в оолывинство случаев еввавнв с обработкой токсичных, похаро-и взрывоопасных веществ и осуществляется в широком диапазоне

температур, давлений и скоростей их ггеремецёния,

Воздушные компрессоры представляют больную опасность, ' чем газовые, так как б них возможно образование взрывоопасных смесей в результате соединения даже с неболызими количествами горючих газов, поповиих в компрейсорную установку с забираемым воздухом, или смешения продуктов разложения смазочных касел с кислородом сжимаемого воздуха.

Как показывает проведенный анализ, компрессор в целой является слояной технологической ыамной-орудием, обладающей болызим числом основных рабочих характеристик (производительность, потребляемая мощность и др.), связанных в свою очередь с совокупностью первичных рабочих параметров (характеристики газов и жидкостей, свойства конструкционных материалов и т.д.). Рабочие параметры, со своей стороны, находятся под воздей^ви-ем эксплуатационных фзкторов-возиуцекпй (силовые воздействия, колебания давления, температуры, влажности огсружаюцей Среды и др.).

• - По характеру взаимосвязи элементов с точки зрения надек-ности компрессор представляет собой систему.с основным (как правило) соединением элементов, когда отказ любого элемента-является отказом компрессора в целом. ... •

По хз, ,ктеру функционирования компрессор является подтемой циклического действия с длительными периодами непрерывной работы; включающей динамические и установившиеся ражимы.

Отказы компрессора носят характер-.внезапных и. постепенных; кратковременные самоустраняющиеся отказы нетипичны и маловероятны.

Характер деградационных процессов в компрессоре таков, что лзраметры его технического состояния изменяются медленно; Зто позволяет считать компрессор в целом квэзистащюварной (квазистатической) системой.

Для восстановления работоспособности 'компрессора после отказа применяется система ремонтов.

Разбросы геометрических характеристик компрессора подчиняются', как правило, нормальным законам.

' Проведенный анализ показывает, что компрессор в целом и его элементы в начальный период работы обладают существен- • • нш запасом параметров, который расходуется в последующей эксплуатации. Это позволяет, в начальный период работы считать основные рабочий характеристики компрессора некоррелированными, а корреляции учитывать ливь в последуящие периоды ра~

боты компрессора.

В об'емных компрессорах, как правило, имеют место следующие деградациоиные процессы:

1. Нагарообразование - один из важных фвкторов в работе компрессора, могущий при определенных условиях стать причиной взрыва.

2. Коррозия металлических поверхностей газовых и водяных трактов компрессоров, результатом чего может явиться потеря прочности и герметичности, ухудшение теплоотдачи и производительности.

3. Образование загрязнений на поверхности теплообмена •холодильников компрессора, приводящее к ухудшению теплоотдвт .

чи и снижению производительности. • - •

4.- Разрушение пленки смазочного масла на стенках цилиндра высокого давления.

5. Усталостные разрушения - процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием повторно-переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению ■ деталей. ,

6. Изнашивание трущихся поверхностей сопряженных деталей, совершающих вращательное, качательное, возвратно-поступательное движение, результатом чего является изменение характеристик сопряжения.

7. Изменение характеристик контакта с возрастанием времени приложения нагрузки:'при этом изменяется фактическая площад-. контакта и сближение металлических поверхностей.

Вторая глава посвящена общим вопросам надежности компрессора как сложной системы: в нее включено рассмотрение по-зателей надежности компрессора, изменение надежности, компрессора в процессе его создания, причем особое внимание уделено анализу экономической эффективности этапа проектирования; приведена классификация состояний и отказов компрессоров химических производств; рассмотрены допущения и особенности метода расчета проектной параметрической надежности компрессора в целом.

В этой главе показано, что при уменьшении об'ема рао-четов проектной надежности компрессора и перенесении центра тяжэоти определения надежности на этап испытаний, происходит сникзниз нххвей границы вероятности безотказной работы компрессора в начала етапа испытаний; и для выходе на требуемый

' уровень надежности необходимо будет увеличить интенсивность проведения испытаний и доработок. :

Кроме того, в данной главе рассмотрена экономическая целесообразность получения оценки надежности компрессора, начиная с этапа проектирования. ¡Сак известно, жизненный цикл системы охватывает ряд стадий и этапов проектирования, испытаний, изготовления и эксплуатации.

Стоимость повышения надежности определяется стоимостью каждого этапа, которая зависит от числа выявленных дефектов на данном этапе и стоимостью устранения одного дефекта на данном этапе.

Исходя из опыта отдела компрзссоростроенля ННхшиаш и завода "Борец", принимается следующее соотношение: число выявленных дефектов при проектировании, изготовлении и •эксплуатации компрессора составляет по от общего числа выявленных дефектов на всех этапах жизни компрессора, а число • выявленных дефектов при испытании компрессора-тогда составит соответственно от их общего числа,

Ь литературе по надежности швзтея соотношение между стоимостями устранения одного дефекта при проектировании, при испытаниях, при изготовлении и при эксплуатации как 1:10;10^:

10°, Расч, л), проведенные в работе при этих исходных д-н-. них, позволили получить следувдяе результаты:

1) когда все отказы компрессора, которые когли быть выявлены при проектировании, выявляется д испытаниях, стоимость

повышения нвдецносги составляет 1,007 стоимости варианта при максимальной эффективности гтэпа проектирований;

2) когда проектные отказы выявляются поровну в испытаниях и в изготовлении, стоимость повышения надежности составляет 1,045 стоимости-варианта при максимальной эффективности этапа проектирования;

3) когда проектные отказы выявляются 'поровну в испытаниях, изготовлении и эксплуатация, стоимость повышения надежности составляет 1,305 стоимости варианта при максимальной эффективности 'этапа проектирования.

Расчеты, проваленные в работа, позволили установить слабое влияние соотношения между стбимостями устранения одного -дефекта на различных этапах жизни компрессора в диапазоне величин 1:1:10:100.

Характер результатов говорит о существенном вкладе этапа проектирования в повышение надежности компрессора; лрене-

брежеиио этапом проектирования увеличивает стоимость повышения надежности компрессора.

В последней части главк рассмотрены особенности метода расчета проектной параметрической надежности, компрессора в це--лом: вероятностная основа метода, случайные факторы и параметры, принятые допущения и их обоснованность.

Метод расчета параметрической составляющей надежности (вероятности безотказной роботы) позволяет решить целый ряд задач, обеспечивающих более полный анализ работы компрессора на всех этапах проектирования:

- определение степени влияния колструктивных и других параметров на запас надежности;

- отыскание сочетания параметров, обеспеч"вающих максимум запаса надежности;

- нахождение оптимального запаса надежности.

Все эти задачи подробно рассмотрены в шестой главе работы.

Третья глава посвящена моделям проектной надежности компрессора и его элементов; так как на этапе проектирования непосредственному расчету поддаются лишь вероятность безотказной рао'оты, наработка до отказа и ресурс компрессора, то гяавнйз внимание уделяется моделям безотказности и ресурса; рассмотрены принципы выбора как вида предельного состояния проектируемого компрессора, так и ремонтных ситуаций; для обоснования выбора показателей надежности .компрессора, его сборочных единиц л деталей введено деление компрессоров на три группы по особенностям г. сплуатации; рассмотрена структурная схема надежности и введены понятия "параметрический", и "функциональный" элементы компрессора, облегчающие структурный анализ.

При определении надежности компрессора по'характеристикам надежности его элементов используется структурная схема надежности СССН), Но возмонев и другой подход к оценке надежности 'компрессора с использованием ССН, когда роль условных расчетных элементов будут играть его основные рабочие характеристики:

- производительность,

т потребляемая мощность,

- вибрационно-акустические характеристики,

волновые яьления во всасывающем и нагнетательном трубопроводах и др.

При данном подходе компрессор, с точка зрения надежности, б}до! представлять собой сочетание условных расчетных элементов двух: типов, оаксываицих рабочий процесс в компрессоре и

описывающих состояние элементов и узлов компрессора под влиянием механических и других воздействий, показателями чего являются прочность, деформация и др.

Под параметрическими понимаются такие элементы компрессора рабочие характеристики которых могут быт^ определены совокупностью измеряемых параметров: всасывающие и нагнетатстьпые клапаны, подкачивающий масляный насос Су мембранного компрессора) и,т.п. Параметрический элемент компрессора в общом случае мажет иметь одну или несколько основных рабочих характеристик, описывающих рабочий процесс в элементе:' перепад давления, производительность, конечное давление, потребляемая мощность и др.

Параметрический элемент компрессора, кроме основных, может иметь одну или несколько вспомогательных рабочих характеристик (прочность, деформация, износ и др.), описывающих состояние элемента и его деталей под влиянием механических и других воздействий.

, Под функциональными понимаются такие элементы компрессора, рабочие характеристики которых не могут быть определены совокупностью измеряемых параметров. Применительно к мембранному компрессору функциональными элементами являются: ограничительный и распределительный диски, мембрана мембранного блока, корпус с гидроцилиндром, болты, шпильки, коммуникации и т.п.

Функциональный элемент компрессора, в отличие от параметрического, может .иметь одну или несколько только основных рабочих характеристик, к числу которых относятся прочность, деформация, износ и др.

Четвертая глаза посвящена основам расчета проектной надежности компрессора в целом; рассмотрены обпие вопросы методики расчета безотказности на различных этапах проектирования: выбор рабочих характеристик компрессора, установление условий и функций работоспособности, определение возмущений и первичных параметров; приведены исходные зависимости для расчета вероятности безотказной работы ряда, компрессоров (в том числе и химических производств) по производительности и потребляемой мощности. "

Как отмечено в третьей главе, раочет проектной надежности компрессора в целом основывается на эго'ССН о применением двух подходов:

- пря первом подхода используются характористики надежности реальных элементов компрессора,

- при I¡торт' подходе используются характористики нвде»:-

ности условных расчетных элементов первого и второго типов.

На этапе технического предложения использование первого подхода практически невозможно в силу целого ряда ограничений:

- отсутствие конструктивной проработки элементов компрессора ,

- отсутствие силовых условий функционирования элементов компрессора,

- отсутствие выбранных технологических процессов и т.п.

Использование второго подхода на этапе технического предложения возможно только применительно к условным расчетным элементам первого типа, а именио - производительности компрессора и потребляемой мощности, так кок по остальным рабочим характеристикам компрессора на этапе'технического предложения необходимые материалы отсутствуют', расчет надежности по условный расчетным элементам второго типа невозможен по тем же причинам, что и в случае первого подхода.

Таким обрзои, получаемая по второму подходу оценка надежности компрессора в целом является сугубо ориентировочной (завышенной) и не может служить целям подтверждения заданного уровня надежности, но должна использоваться при дальнейшем проектировании компрессора.

Использование первого подхода для получения оценки надежности компрессора в целой на этапе рабочего проектирования необходима сопроводить следующим замечанием:

- конструктивная проработка реальных элементов компрессора, выбор конструкционных материалов, технология изготовления, условия функционирования и другие факторы позволяют поставить задачу использования имеющихся данных по надежности элементов-аналогов; но вопрос аналогии элементов в смысле надежности является весьма серьезным. .Во-первых, это - возможные технологические раз;, .чип проектируемых элементов и их. аналогов, которые вызывают различия в уровнях их функциональной составляющей по внезапным отказам, не учитываемые параметрической составляющей надежности. Во-вторых, если все же удается получить данные по надежности элементов-8налогов¿'то свое влияние на достоверность оценки надежности анализируемого ком-

'прессопа мокет оказать тот фант, что элементы-аналоги могут значительно отставать от элементов анализируемого компрессора • по времени разработки; это отставание включает технологию, свойства материалов и другие факторы, оказывающие существенное влияние на надежность элементов и компрессора в целом.

■ Иопольэование-на этапе рабочего проектирования второго подхода для получения оценки надежности компрессора возможно либо через рабочие характеристики компрессора (производительность, потребляемая мощность и др.), либо через рабочие характеристики его реальных элементов.

В пятой главе рассмотрены основы проектной над<юности элементов компрессора - методика расчета вероятности безотказной работы и ресурсе; в состав методики расчета вероятнооти безотказной работы элементе входят те же позиции, что и в аналогичной методике для компрессора в целом; в состав методики расчета ресурса входит: усыновление требований к ресурсом сборочных единиц, поиск "слабого" узла компрессора, определяющего ремонтный цикл (на данном этапе расчет надежности смыкается с прямым проектированием узлов компрессора); рассмотрены все необходимые зависимости для расчета надежности целого ряда элементов компрессора: всасывающего клапана, подкачивающего масляного насоса, клапана постоянного перепада, крейцкопфов, пальцев, шатунов, ■шатунных болтов,'подшипников скольжения; проанализированы условия возникновения ряда деградэционных процессов (нагарообраэо-вание, загрязнения холодильников, коррозия, износ, усталостные разрушения) и их влияние на надежность элементов компрессора.

На этапе рабочего проекта, в зависимости от характера исходных данных, может определяться как начальная безотказность, так и безотказность г функции возмущающих факторов.

Особенностью (и достоинством) расчета вероятности безотказной работы элемента компрессора является возможность учета влияния на его безотктзность большого числа первичных параметров, возможно.сть выявления наиболее сильно влияющих параметров и возмущающих факторов. А так как расчет надежности, в большинстве случаев, является проверочным, то указанная особенность расчета позволяет, в случае необходимости, вносить определенные изиенения-в конструкцию и режимы работы элементов компрьс- • сора.

Шестая глава посвящена рассмотрении вопросов оптимизации надежности компрессоров: использование метода малых отклонении , в анализе нэдежности, расчет ыакоиыума "запаса" надежности компрессора по производительности, разработке критерия эффективности конструктивно-технологических решений при проектировании компрессора с учетом требований надежности, анализ связи параметров элементов коыпрессора о уровнем требуемых показателе.'! надежности.

Использование метода малых отклонений позволяет определить уровень влияния различных параметров на "запас" .рабочей характеристики компрессора (отношение среднего значения рабочей характеристики к квадратному корны из ее дисперсии). Этот "запас" расходуется в процессе эксплуатации компрессора и в связи с этим может являться некоторой характеристикой" долговечности компрессора.

Отыскание максимума ук8занного"гапаса" позволяет при сравнительно небольших изменениях параметров, связанных с рабочим процессом компрессора, получить существенный прирост "запаса" по сравнению с его исходным значением, полученным по материалам проекта, что может явиться одним из резервов повышения долговечности компрессора,

В приложениях приведены результаты расчетов надежности как компрессоров в целом, так и отдельных элементов.

Заключение.

1. Как известно в теории надежности, для расчета параметрической надежности при известных законах распределения пара- ■ метров состояния необходимо знать их числовые характеристики:

в квазистатической постановке - математические ожидания, дисперсии и,коэффициенты корреляции; при подходе к параметрам состояния как случайным процессам - математические ожидания и корреляционные функции (для стационарных процессов - спектральные плотности). Проведенные в работе исследования показывают, что отказы компрессоре нооят характер внезапных и постепенных, а кратковременные самоустраняющиеся отказы нетипичны и маловероятны; параметры технического состояния компрессора под влиянием деградационных процессов изменяются медленно, что позволяет считать компрессор в целом квэзиствционарной (квазистатической) системой; разброд геометрических характеристик компрессора подчиняются, как правило, нормальным законам; компрессор в целом и его элементы в начальный период работы обладают существенный запасом рабо'-т*х характеристик, который расходуется в последующей эксплуатации, что позволяет в начальный период работы считать их рабочие характеристики некоррелированными, а корреляций учитывать лишь в послёдующие периоды работы компрессора.

2. Как известно в теории надежности,'для расчета параметрической надежности системы должны быть установлены параметры состояния, определяющие ее функционирование в условиях.случай-

1С

них возмущений. Исследования, проведенные в работе, показывают целесообразность использования в качестве параметров состояния компрессора в целом его основных (производительность, потребляемая мощность и др.) и вспомогательных рабочих характеристик (прочность, деформация и др.) отдельных згалей и узлов компрессора.

Таким образом, компрессор, с точки зрения надежности, будет представлять сочетание условных расчетных элементов двух типов: описывающих рабочий процесс в компрессоре и описывающих состояние деталей и узлов компрессора под влиянием механических и других воздействий, показателями чего являются прочность, деформация и др.

Аналогичный подход оказался целесообразным применительно к анализу проектной надежности отдельных элементов компрессора.

5, В компрессоростроекии до настоящего времени проектирование и определение надежности практически связаны лишь через уровень надежности компрессоров, заявляемый в эксплуатации, а расчет надежности при проектировании выполняется по данным о надежности элементов компрессоров-аналогов с использование!! структурных схем надежности. Полученные в работе результаты позволяют включить вопросы надежности в единый процесс проектирования компрессоров и их элементов, увязывая уровень их конструктивных и других параметров с требуемым уровнем показателей надежности; разработанный метод расчета позволяет: 1) определить проектную надежность (вероятность безотказной работы) отдельных элементов и компрессора в целом (как начальную, так и эксплуатационную); 2) выполнить сравнительный анализ уровней параметрической надежности нескольких компрессоров, необходимый при выборе аналогов (отечественных и зарубежцых); 3) определить влияние конструктивных и других параметров на проектную надежность компрессора в делом и его элементов; 4) используя понятие "запаса" рабочей характеристики, определить максимум этого "запаса" как функцию изменения конструктивных и других-параметров как компреосора в целом, так и его элементов; 5) определить эффективность конотруктивно-гехяологических решений при проектировании компрессора (с точки зрения надежности) о использованием предложенного кратера?; 6) определить ресурс элементов компрессора о учетом влияния деградационных процессов; 7) провести анализ взаимосвязи параметров элементов компрессора о уровнем требуемых показателей надежности.

Вез приведенные особенности и возможности рааработанного

методе сопровождаются расчетами и анализом проектной надежности компрессора 2ГИ4-12/31, 2ВТ-1,8/26111, ЫК-20/12-200 Свое отечественные) и V 18/3317 L 3 (Австрия).

4. Результаты работы внедрены с экономическим эффектом

в сумме 223 тыс. руб.; кроне того, методическим внедрением является разработка РД 25-11-14-8?'1. Методические указания. Методы расчета проектной параметрической надежности (безотказности) мембранных компрессоров и их элементов.

5. Проделанная рэбота позволяет сформулировать направления дальнейших исследований проектной надежности: 1) разработка системы автоматизированного проектирования компрессора в целом и его элементов с учетом требований надежности; 2) продолжение исследований надежности компрессора по рабочим характеристикам (вибро-акустическны характеристикам и волновым процессам во всасывающем и нагнетательном патрубках); 3) продолжение исследований надежности элементов компрессора (газовые клапаны, поршневые кольца, масляный насос и др.).

По теме диссертации опубликованы работы:

1. Калашников В.Ф., Коцибеикова Е.В., Мусликова Б.Т. Математическая модель надежности устройства // Груды НИИТП,- Ü., 1967. С. 4-6.

2. Калашников В.Ф, Способ расчета проектной надежности// Сб. статей ЦНШМАШ.- П., 1968. С. 8-17.

3. Калашников В.Ф., Макеев Е.В, 0 проектной надежности устройства// Сб. статей ЦШМАШ.- М., 1970. С. 4-6.

4. Калашников В.Ф., Акиакин А.й. Вопросы подобия в проектной надежности// Сб^ статей ЦШМАШ.- Ii., 1970. С. S-8.

5. Калааников В.Ф,, Петров В.В}, Караев Ф.Б. О параметрической надежности механизма// Кзжвуз. сб. МГИ,- М., 1983. С.3-5.

6. Калашников В.Ф. Проектная надежность ^мембраны мем-ранного компрессора// Сб. научн. трудов ШШхгашаш,- И., 1983. С. 53-59. '

7. Калашников В.Ф., Антонова Д.И. О законах распределения времени безотказной работы некоторых узлов мембранного компрессор// Сб. научн. трудов НИЙхиииаш.- М., 1983. С. 60-62.

8. Калашников В.Ф. Вопросы теории и расчета проектной надежности поршневых и мембранных компрессоров// Тезисы докладов Ш Всесоюзной научно-технической конференции по коыпрес-соростроению.- Kaasfif^ WSö, С,

9. Калашников В.Ф. Проектная надежность клапана постоянного перепада мембранного компрессора.-il.s ЦИНГИхимнефтемаш.

1986. 16 1503. 10 с.

10. Калашников В.Ф. Основы теории и оасчета проектной надежности поршневых и мембранных компрессоров.-SI.: ЦИНГИхии-нефтемаш. 1986. № 1614. 39 с.

11.- Калашников Б.Ф. Расчет проектной параметрической надёжности мембранного компрессоре.-М.: ЦШГ;Ьсимнефтемаш. 1986. te 1С04. 10 с.

12. Калашников В.Ф. Модель проектной надежности компрессора// Химическое и нефтяное машиностроение. 1387. te 4. С.4-5.

13. Калашников В.Ф., Антонова Л.П., Дегтярева Г.С. Расчет надежности параметрических и функциональных элементов мембранного компрессора// Химическое и нефтяное машиностроение.

1987. te 4. С. 5-7.

14. Калашников В.Ф,, Антонова Л.И. Расчет проектной параметрической надежности поршневого компрессора// Химическое и нефтяное машиностроение. 1987. К 4. С.7-9,

15. Калашников В.Ф., Кузнецов В.Д. Особенности расчета проектной надежности коипрессора высокого (сверхвысокого) давления// Химической и нефтяное машиностроение. 1987. № 4.-С.9-10,

16. Калашников Е.Ф., Дегтярева Т.С. Расчет проектной надежности всасывающего клапана мембранного компрессора// Химическое и нефтяное машиностроение. 1987. te 4. С. 10-11.

17.'Калашников В.Ф,, Антонова Л,Я* Расчет проектной надежности подмачивающего масляного насоса мембранного компрессора// Химическое и нефтяное машиностроение. 1987. te 4. С.12-13.

18. Калашников В.Ф,, Антонова Л.И., Кузнецов В.Д. Расчет надежности мембраны коипрессора при переменной нагружвн-ности// Химическое и нефтяное машиностроение. 1987. № 4. С. 1315.

19. Калашников В.Ф, Отваг учаотникац дискуссии "Проектная надежность компрессоров и их элементов"// Химическое н нефтяное машиностроение. 1988. № 4. С. 22-23.

20. Калашников З.Ф., Гальперин Я,Я., Кюзис Е.М.Об оценка влияния конструктивных а других параметров на проектную надежность гелиевого компрессора// Химическое и нефтяное иааиьо-

отроение. 1988. » 4". С. 24-25.

21, Калашников Б.Ф., Аяювова Л.1., Кузнецов В.Д, и др, РД 26-11-14-87. Методические указания. Методы расчета проектной параметрической надежности (Сейотказности) мембранных компрессоров и их элементов. М,, 1Э88. £6 с,

23. КаСйбКльКоУ .МосЦ£ о^

е^иввИид'^в^Уогк.Ов? voEAъin.^lt, р-^о-ля.

23. УТ., An.ton.oVa Ь.Х.^е^^ачеУа'ГЙ. СаИсиСоЫок о^-Циг о|1ке ;

аги! ре^оС'еит. е^иге'е*^" .Жг-мТ

Уогкг'.^а?,^.«, пЛ р.Шнза.

24. У.Р.,Ау^оУгоУй1.1.СаСсибайоп, Соуп.р^еббог. аас! ре'&гл&еит.епчЬИееЫпо",

25. Кс^Ж-ЩКоУ У.Е) КитеЬшШ СаСси&хЦоп.

«"¿е^биъе сотР'ге-^о^СЬе^са^ апЛ ресгс^еи*« еуг<з сугеегид", лЫ УоЖ ^ЖЛЪ, пМ, р. №46о.

26. Ка£а41гп.иСо^ У.Е,Яе^сцемТЬ СаСси^ои ¿ебчрп о} 5ис£и>п у'аб/е о^а. с)йа.р\г~

Ъ&^т Gom.pt« реЪъоСеит.

аее^^", УеиГ уЖ.ГЬ,пМ,р'.{.

27. Ка&АЬШйлг/.Б, АкЬпоУа Ы. СаРсиРаИяц о^Ьл<з. рагаупе^«: геДа^ЕгЪ/ о^а рШоН. ссУчр^е^оЪ./СНетилЕ- ре'СъоРесего еггч1)гее--

28. КоМтсЫ VF hntoïiova UI. KuïftetioV У.Э. Calculation ojtke. beVLaßlicty o-\ corn.-j^e^o*. ftiapkta^vn. uacU*, VoMabte toading "Ckem.Cca6 «.nd pettofeum evtQ l tieeUrta " Jfenf '

2Э. Ka&xsknUcoV VR^ GatpeU* Цу fy«*¿4 E. M.

iinj^uencc de-JUrç. and otket pcOavnetefci on.-Иг« га-tec/ VeClaSiÎiû kiPiurn co^ted-5o^i/Ckemlcxi6 and oétíotewm ",

МЫ УогЮ ( í ô 8g, Vol. дlj} a ^ p. {^-éf. *