Министерство образования и науки российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования тюменский индустриальный университет

• Название: Министерство образования и науки российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования тюменский индустриальный университет
• Дата: 11.04.2023
• Размер: 206.16 Kb.
• Имя файла: Bezopasnost_tekhnologicheskikh_processov_Sukhorukov.docx
• Тип: Документы; #1053994

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт транспорта

Кафедра транспорта углеводородных ресурсов

Контрольные задания по дисциплине

«Надежность технических систем и техногенный риск»

Вариант 10


Выполнил:

студент гр. ЭОТб(до)зу-15-4(ИДДО)

Сухоруков Евгений Викторович
Проверил:


Тюмень, 2018

Задание 1

Определить в соответствии с вариантом (табл. 3.1) один из показателей надежности (ве­роятность безотказной работы P(t), время безотказной работы t или интенсив­ность отказов λ в период нормальной эксплуатации).
Таблица 3.1

Задачи по определению надежности объекта

№ вари­анта	Содержание задачи
10	Ограничители передвижений предупреждают аварийные ситуации, определить P(t) для них после работы в течение 14 000 ч (λ =1,65 · 10– 7 ч–1)

Дано: λ =1,65 · 10– 7 ч–1 t = 14000 ч	Решение: Вероятность безотказной работы по экспоненциальному закону равна: .
Найти: P(t)

Задание 2

Зная значения надежности составных элементов, вычислить вероятность безотказной работы системы. Ответить на вопрос: надежна ли данная система. Предложить мероприятия по увеличению надежности, рассчитать систему с ре­зервным элементом.

Элемент	Вероятность безотказной работы Р
	Вариант
	1	2	3
Первый	0,45	0,75	0,9
Второй	0,65	0,6	0,95
Третий	0,9	0,7	0,2
Четвертый	0,3	0,85	0,8
Пятый	0,9	0,8	0,7
Шестой	0,9	0,9	0,6
Седьмой	0,95	0,55	0,75
Восьмой (резервный)	0,95	0,9	0,9

Решение:

Параллельно соединенные элементы соответствуют логической операции «И», а последовательно соединенные – логической операции «ИЛИ».

Соединенные логическим условием «И», объединяются по принципу их перемножения, при этом считается, что параметр головного события рассчитывается как произведение:

_{P = P1 · P2}

Соединенные логическим условием «ИЛИ», объединяются по принципу логического сложения, а их соответствующие параметры образуют в частных случаях, например, для n = 2:

P_{i = 2} = P₁ + P₂ – P₁ · P₂;

Тогда, для первого варианта











Вероятность безотказной работы системы



Для второго варианта











Вероятность безотказной работы системы



Для третьего варианта











Вероятность безотказной работы системы



Мероприятия по увеличению надежности: вероятность безотказной работы первого элемента должна быть как можно выше.

Ре­зервный элемент подключаем параллельно, тогда

Для первого варианта



Для третьего варианта



Для второго варианта



Задание 3

Рассчитать вероятность безотказной работы сложной системы для схем (рис. 3.4).



Рис. 3.4. Расчетные схемы

Элемент	Вероятность безотказной работы P
	Вариант
	2
А	0,9
В	0,5
С	0,6
D	0,7
Е	0,8

Для определения вероятности безотказной работы системы или надёжности её функционирования используют несколько методов. Здесь принят метод прямого перебора. Метод состоит в том, что рассматриваются все возможные способы появления отказов, т. е. не отказал ни один элемент, отказал один элемент, два и т. д.

В системе, изображённой на рис. 3.3, элементы имеют следующие вероятности безотказной работы:

Р(А) = 0,9; Р(В) = 0,5;

Р(С) = 0,6; Р(Д) = 0,7; Р(Е) = 0,8.

Здесь А – событие «элемент А работает безотказно»; тогда Ā – событие «элемент А отказал». Аналогично определяются события для всех остальных элементов. Затем вычисляется вероятность состояния системы для каждого способа появления отказа. Результаты записываются в табл. 3.2.

Р( ) = 0,1; Р( ) = 0,5;

Р( ) = 0,4; Р( ) = 0,3; Р( ) = 0,2.
Таблица 3.2

Расчет надежности

Состояние системы	Число отказавших элементов	Событие, характеризующее состояние системы	Вероятность состояния системы	Отметка о работоспособности системы, изображённой на рис. 3.3
1	0	∩ ∩ ∩ ∩Е	0,1512	+
2	1	∩ ∩ ∩ ∩Е	0,0168	+
3	1	∩ ∩ ∩ ∩Е	0,1512	+
4	1	∩ ∩ ∩ ∩Е	0,1008	+
5	1	∩ ∩ ∩ ∩Е	0,0648	+
6	1	∩ ∩ ∩ ∩	0,0378	+
7	2	∩ ∩ ∩ ∩Е	0,0168	+
8	2	∩ ∩ ∩Е	0,0112	+
9	2	∩ ∩ ∩ ∩ Е	0,0072	+
10	2	∩ ∩ ∩ ∩	0,0042	–
11	2	∩ ∩ ∩ ∩ Е	0,1008	+
12	2	∩ ∩ ∩ ∩ Е	0,0648	+
13	2	∩ ∩ ∩ ∩	0,0378	+
14	2	∩ ∩ ∩ ∩ Е	0,0432	+
15	2	∩ ∩ ∩ ∩	0,0252	+
16	2	∩ ∩ ∩ ∩	0,0162	–
17	3	∩ ∩ ∩ ∩ Е	0,0112	–
18	3	∩ ∩ ∩ ∩ Е	0,0048	+
19	3	∩ ∩ ∩ ∩	0,0018	–
20	3	∩ ∩ ∩ ∩ Е	0,0432	–
21	3	∩ ∩ ∩ ∩	0,0162	–
22	3	∩ ∩ ∩ ∩	0,0028	–
23	3	∩ ∩ ∩ ∩ Е	0,0072	+
24	3	∩ ∩ ∩ ∩	0,0042	–
25	3	∩ ∩ ∩ ∩	0,0252	+
26	3	∩ ∩ ∩ ∩	0,0108	–
27	4	∩ ∩ ∩ ∩ Е	0,0048	–
28	4	∩ ∩ ∩ ∩	0,0028	–
29	4	∩ ∩ ∩ ∩	0,0018	–
30	4	∩ ∩ ∩ ∩	0,0012	–
31	4	∩ ∩ ∩ ∩	0,0108	–
32	5	∩ ∩ ∩ ∩	0,0012	–
		∑	1,0000	0,8668

Таким образом, система со сложным соединением элементов (подсистем) имеет вероятность безотказной работы 0,8668.

Задание 4

Оценить надежность оборудования в период нормальной эксплуатации.

Задание выполнить в следующем порядке:

1) выбрать (в соответствии со специальностью) вид типового оборудования машиностроительного производства, выбор согласовать с преподавателем;

2) построить «дерево неисправностей» или «дерево причин»;

1. 
   рассчитать надежность системы;
   
2. 
   оценить надежность оборудования;
   
3. 
   построить «дерево рисков»;
   
4. 
   рассчитать риск.
   

Вариант 5

Формулировка задания

Найти: 1) вероятность возникновения опасной ситуации при прикосновении человека к корпусу электрооборудования (рис. 3.12, а) или к металлическому корпусу бытового электроприбора (рис. 3.12, б), питающегося от сети с заземлённой нейтральной точкой трансформатора, при нарушении изоляции и пробое фазы на корпус; 2) риск гибели человека при возникновении этой опасной ситуации, по величине которого найти степень безопасности, считая деятельность профессиональной (вариант а) и непрофессиональной (вариант б).


Рис. 3.12. Прикосновение человека к электрооборудованию (а)
и к бытовому электроприбору (б)
Описание причин возникновения опасной ситуации

Вероятность возникновения опасной ситуации при прикосновении человека к корпусу электрооборудования Р_о.с (вентиль «И») определяется вероятностью прикосновения к корпусу Р_пр (СВЛЭ), вероятностью нахождения корпуса под напряжением Р_н (СВЛЭ) и вероятностью отказа систем защиты Р_отк(СВЛЭ).

Вероятность Р_пр («ИЛИ») может быть обусловлена одной из следующих причин:

– неосторожностью Р₁(ИСОДД);

– случайностью Р₂(ИСОДД);

– нарушением правил электробезопасности и инструкций по эксплуатации Р₃ (ИСОДД).

Вероятность Р_н («ИЛИ») обусловлена нарушением изоляции в результате действия следующих причин:

– высокие пусковые токи Р₄ (ИСОДД);

– механические повреждения Р₅ (ИСОДД);

– естественное старение изоляции Р₆ (ИСОДД).

Вероятность Р_отк («инвертор») обусловлена эффективностью срабатывания защиты (зануление или защитное отключение) Р_защ (ИСОДД).

Риск гибели человека при поражении электрическим током R(«И») обусловлен вероятностью возникновения опасной ситуации Р_о.с (ИСОДД), прохождением через человека смертельно опасного тока Р_о.т (СВЛЭ), вероятностью нахождения человека под током длительное время, превышающее допустимое Р_вр (ИСОДД), вероятностью неблагоприятного воздействия психофизиологических факторов Р_п.ф (ИСОДД) и эффективностью применения средств пер- вой помощи при поражении током («инвертор») Р_п.п (ИСОДД). Вероятность
Р_о.т («И») обусловлена вероятностью снижения сопротивления тела человека Р_с.ч (ИСОДД), сопротивления пола Р_с.п (ИСОДД) и обуви Р_с.об (ИСОДД) до значений, которые в сумме приведут к появлению смертельно опасного тока.

Исходные данные для расчёта

Вероятность	Р1	Р2	Р3	Р4	Р5	Р6	Рзащ	Рс.ч	Рс.п
Значение	0,25	0,35	0,40	0,25	0,65	0,85	0,30	0,35	0,35
Вероятность	Рс.об	Рвр	Рп.ф	Рп.п
Значение	0,75	0,80	0,65	0,50

Построение структурных схем

Вероятность возникновения опасной ситуации при прикосновении человека к корпусу электрооборудования



Риск гибели человека


Составление формул, расчёт вероятности возникновения опасной ситуации и риска гибели человека:
=

= Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р₁ · Р₂ – Р₂ · Р₃ – Р₃ · Р₁ + Р₁· Р₂ · Р₃

= Р₄ + Р₅+ Р₆+ Р₄ · Р₅ – Р₅ · Р₆ – Р₆ · Р₄ + Р₄· Р₅ · Р₆

= 1 – 0,30 = 0,70





=
R= )

Р_о.т = Р_с.ч·Р_с.п ·Р_с.об = 0,35·0,35·0,75 = 0,092

R
Вывод: Данная профессиональная деятельность относится к третьей категории безопасности как опасная работа с R = 10^-3 – 10^-2.

Риск гибели человека в данной системе можно уменьшить, прежде всего, увеличением эффективности применения средств первой помощи при поражении током.


Задание 5

1. Определить сокращение продолжительности жизни (СПЖ), риск R и выборку R^–1 для вариантов, представленных в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Исходные данные для определения риска сокращения
продолжительности жизни при радиоактивном загрязнении

Вариант	Начальная плотность загряз­нения П · 10–5, Бк/м2	Коэффициент типа почв К
10	50	0,65

2. Установить связь между размерностями степени загрязнения и дозы облучения.

Решение:

Доза облучения за всю жизнь после образования загрязнения:

D = 2,7·10^-7·К·П = 2,7·10^-7·0,65·50· 10⁵ = 0,8775 Бк/м²

Сокращение продолжительности жизни:

СПЖ = 500·D = 500·0,8775 = 438,75 суток

Величина риска потерь за жизнь:

R = 4·10^-5·СПЖ = 4·10^-5·438,75 = 1755·10^-5 суток

Выборка R^-1:

R^-1 = 1/R = 57 суток^-1

Ответ: D = 0,8775 Бк/м²; СПЖ = 438,75 суток; R = 1755·10^-5 суток; R^-1 = 57 с

Задание 6

Определить величину риска и время, через которое ожидается появление признаков заболевания вибрационной болезнью у работников цеха, приме­няющих при исполнении трудовых обязанностей ручной вибрационный инст­румент (варианты представлены в табл. 3.8).
Результаты расчета представить в графическом виде. Сделать выводы.
Таблица 3.8

Исходные данные для расчета величины риска
и времени ожидаемого появления признаков заболевания
вибрационной болезнью у работников

Вариант	Уровень виброускорения Lw, дБ	Количество работников
10	142	15

Решение:

Риск заболевания от действия локальной вибрации:

R = 10^(0,05·L_w^{- 8)}·

Q(t) = 1/15 = 0,067 (так как 15 работников)

1 работник: R₁ = 10^0,05·142-8· = 0,033

2 работника: R₂ = 10^0,05·142-8· = 0,046

3 работника: R₃ = 10^0,05·142-8· = 0,056

4 работника: R₄ = 10^0,05·142-8· = 0,065 и так далее.

Представим в графическом виде риск заболевания от действия локальной вибрации



Время, через которое ожидается появление признаков заболевания вибрационной болезнью у работников цеха

t₁ = 0,067/0,033 = 2,1 года

t₂ = 0,133/0,046 = 2,9 года

t₃ = 0,2/0,056 = 3,6 года

t₄ = 0,267/0,065 = 4,1 года и так далее



На диаграмме представлена зависимость риска заболевания от времени. На диаграмме видно, что чем дольше работает работник, тем больше вероятность появления признаков заболевания вибрационной болезнью у работников цеха.

Риск заболевания от действия общей вибрации:

R = 10^(0,05·L_w^{- 8,9)}·

1 работник: R₁ = 10^{0,05·142-8,9}· = 0,004

2 работника: R₂ = 10^{0,05·142-8,9}· = 0,006

3 работника: R₃ = 10^{0,05·142-8,9}· = 0,007

4 работника: R₄ = 10^{0,05·142-8,9}· = 0,008 и так далее.



Величина риска, через которое ожидается появление признаков заболевания вибрационной болезнью у работников цеха от действия общей вибрации значительно ниже, чем от действия локальной вибрации.

Время, через которое ожидается появление признаков заболевания вибрационной болезнью у работников цеха

t₁ = 0,067/0,004 = 16,3 года

t₂ = 0,133/0,006 = 23 года

t₃ = 0,2/0,007= 28,2 года

t₄ = 0,267/0,008 = 32,6 года и так далее.



Признаки заболевания вибрационной болезнью у работников цеха от действия общей вибрации проявляются значительно позже, чем от действия локальной вибрации.

Список использованной литературы

1. 
   Сердюк В.С. Надежность технических систем и техногенный риск: конспект лекций / В.С. Сердюк, А.Б. Корчагин. – Омск: Изд-во ОмГТУ,
   2007. – 86 с.
   
2. 
   Надежность технических систем и техногенный риск: метод. указания к самостоятельной работе студентов / сост.: В.С. Сердюк, А.Б. Корчагин. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. – 89 с.
   
3. 
   Надёжность технических систем и техногенный риск: метод. указания к выполнению практ. работ / сост.: В.С. Сердюк, А.Б. Корчагин, М.Г. Нинилина. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. – 20 с.
   
4. 
   Сборник задач по теории надёжности / А.М. Половко [и др.]; под ред. А.М. Половко. – М.: Сов. радио, 1972. – 408 с.