ргр. Составление логических схем и расчеты надежности технического объекта
 Скачать 0.55 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет» Кафедра «Промышленная экология и безопасность» ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ по дисциплине: «Надежность технических систем и техногенный риск» на тему: «Составление логических схем и расчеты надежности технического объекта» Выполнил: студент группы НД-202 Кравченко Д.Л. Проверил: ст. преп. Меркулов В.В. ________________________________ (подпись, дата) Омск, 2023 г. Содержание
Задание Определить надежность оборудования в период нормальной эксплуатации. Задание выполнить в следующей последовательности: 1. Выбрать вид типового оборудования (согласовать с преподавателем). 2. Прорисовать конструктивную схему выбранного оборудования, выделив все элементы (узлы). Описать выполняемые функции (основные и дополнительные). 3. Оценить вероятность безотказной работы каждого элемента (узла) на момент времени 5500 ч., при допущении об экспоненциальном распределении наработки до отказа всех элементов. 4. Составить структурную схему выбранного оборудования. Определить вероятность безотказной работы согласно структурной схеме. 5. Представить логическую последовательность событий в графическом виде (методом «Дерево отказов») и определить вероятность безотказной работы. 6. Сравнить результаты расчета, сделать выводы. 7. Приложения. Ссылки на интенсивности отказов. Введение Надежность – это способность технической системы выполнять свои функции в течение определенного времени без отказов и сбоев. Она является важным показателем качества технической системы и связана с безопасностью, экономической эффективностью и удобством использования. Расчеты надежности необходимы для определения вероятности отказа или сбоя технической системы в различных условиях эксплуатации. Это позволяет предотвратить возможные аварии и снизить риски для жизни и здоровья людей, а также снизить экономические потери. Надежность технических систем имеет прямое отношение к производству, так как отказы оборудования могут привести к остановке производственного процесса и значительным экономическим потерям. Кроме того, надежность технических систем важна для жизни человека, так как от нее зависит безопасность автомобилей, самолетов, медицинских приборов и других устройств, которые используются в повседневной жизни. Развитие теории надежности помогает человеку повышать уровень безопасности и экономической эффективности в различных областях жизни. Например, в автомобильной промышленности разработка надежных автомобилей позволяет снижать количество аварий на дорогах и повышать безопасность пассажиров. В медицинской отрасли разработка надежных медицинских приборов и оборудования способствует повышению точности диагностики и эффективности лечения. В промышленности разработка надежных производственных систем позволяет снижать риски аварий и сбоев, а также повышать производительность и эффективность производства. В целом, развитие теории надежности способствует повышению качества жизни и безопасности людей. В данной работе рассмотрено выбранное оборудование – трёхфазный асинхронный электродвигатель. Целью данной расчетно-графической работы является определение надежности выбранного оборудования в период нормальной эксплуатации. Задачи: - прорисовать конструктивную схему асинхронного электродвигателя; - описать выполняемые им функции; - оценить вероятность безотказной работы каждого элемента; - составить структурную схему асинхронного электродвигателя; - сравнить результаты расчета, сделать выводы. 2. Схема изделия 2.1. Конструктивная схема  Рис.1 – Асинхронный электродвигатель Конструктивная схема представлена на рисунке 1. На рисунке 1: 1 – Вал ротора 2 – Крышка подшипника 3 – Подшипник 4 – Подшипниковый щит 5 – Корпус 6 – Обмотка статора 7 – Сердечник статора 8 – Короткозамкнутый ротор 9 – Вентилятор 10 – Кожух 11 – Коробка выводов 12 – Выводы обмотки статора 13 – Обмотка ротора 2.2. Описание принципа работы асинхронного электродвигателя Асинхронный электродвигатель – это устройство, которое используется для преобразования электрической энергии в механическую. Он состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор представляет собой неподвижную обмотку, которая создает магнитное поле. Ротор – это вращающаяся часть, которая находится внутри статора и имеет обмотку, которая также создает магнитное поле. Статор трёхфазного асинхронного электродвигателя состоит из трёх фазных обмоток, которые располагаются на равном расстоянии друг от друга по окружности. Каждая обмотка создает своё магнитное поле, которое вращается вокруг оси статора. Направление вращения магнитного поля зависит от направления тока в обмотке. Ротор трёхфазного асинхронного электродвигателя состоит из сердечника и магнитных полюсов. Магнитные полюса ротора создаются за счет намагниченности материала ротора. Когда на статор подается трёхфазное переменное напряжение, то в каждой обмотке создается свое магнитное поле, которое вращается вокруг оси статора. Магнитные поля статора вызывают индукционные токи в роторе, которые создают свои магнитные поля. Магнитные поля ротора начинают вращаться вокруг оси ротора и взаимодействуют с магнитными полями статора. Это взаимодействие вызывает вращение ротора. Однако, чтобы ротор начал вращаться, необходимо создать разность скоростей между магнитными полями статора и ротора. Эта разность скоростей называется скольжением. Чем больше скольжение, тем больше ток индукции, который вызывает вращение ротора. На начальном этапе работы электродвигателя ротор вращается с небольшой скоростью, так как его магнитные полюса не совпадают по положению с магнитными полями статора. Но по мере увеличения скорости вращения ротора, его магнитные полюса приближаются к магнитным полям статора и начинают совпадать с ними. Когда магнитные полюса ротора и статора совпадают, то возникает явление блокировки ротора, когда он перестает вращаться. Для того чтобы этого не произошло, трёхфазный асинхронный электродвигатель имеет особую конструкцию ротора, который имеет небольшой зазор между своими магнитными полюсами и магнитными полями статора. Это позволяет ротору продолжать вращаться и не блокироваться. 3. Расчёт вероятности безотказной работы каждого элемента 3.1. Выбор основных и вспомогательных элементов В системе асинхронного двигателя, представленного на рисунке 1, не все элементы являются основными. Так, второстепенными окажутся: 9 – Вентилятор. Осуществляет принудительное охлаждение электродвигателя, выделяющего большие объёмы тепла при работе. Однако, при исключении этого элемента из системы, её работоспособность не нарушится, хоть и сократится общий срок службы. 10 – Кожух вентилятора. На работоспособность системы не влияет, закрывает вращающийся вентилятор, представляющий опасность для человека, взаимодействующего с электродвигателем. Основными же будут все оставшиеся элементы: 1 – Вал ротора. Передает вращающийся момент, создаваемый электродвигателем следующей системе. 2 – Крышки подшипников. Служат для предотвращения попадания пыли и грязи внутрь корпуса и в подшипниковые узлы, и для передачи на корпус осевых усилий. 3 – Подшипники. Выполняют роль поддерживающих опор. Они воспринимают действия силы тяжести ротора, силы одностороннего притяжения, сил, возникающих от несбалансированности ротора и дополнительных продольных нагрузок от приводных механизмов. 4 – Подшипниковые щиты. Служат в качестве соединительных деталей между станиной и якорем, а также опорной конструкцией для якоря, вал которого вращается в подшипниках, установленных в щитах. 5 – Корпус. Предназначен для компоновки элементов системы, служит опорой для некоторых из них. 6 – Обмотка статора. Предназначена для возбуждения магнитного потока машины. 7 – Сердечник статора. Обеспечивает сцепление магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, со вторичной обмоткой. 8 – Короткозамкнутый ротор. Является движущейся частью двигателя, создает вращающий момент. 11 – Коробка выводов. Предназначена для выхода выводов обмотки статора. 12 – Выводы обмотки статора. Предназначены для соединения электродвигателя с электрической сетью. 13 – Обмотка ротора. Обеспечивает отсутствие подвижных контактов. 3.2. Справочные данные В таблице 1 представлены данные об интенсивности отказов каждого из 11 элементов
Таблица 1 Все справочные таблицы, из которых были взяты значения для таблицы 1, представлены в приложении 1. 3.3. Расчёт вероятности безотказной работы каждого элемента Примем в качестве допущения экспоненциальное распределение наработки до отказа всех элементов. Тогда вероятность безотказной работы каждого элемента на момент времени t = 5500 ч можно найти по формуле (1):  где P(t) – вероятность безотказной работы на момент времени t; λ – интенсивность отказа на момент времени t, ч-1. Рассчитаем вероятности безотказной работы каждого элемента на момент времени t = 8500 ч по формуле (1). Результаты запишем в таблицу 2.            Результаты расчета вероятности безотказной работы на момент времени t = 5500 ч
Таблица 2 4. Структурная схема Составим структурную схему (рис. 2).  Рисунок 2. Структурная схема На структурной схеме на рисунке 2 видно, что существует две параллельных группы элементов, в каждой из которых они соединены последовательно. Первая группа состоит из элементов 12, 11, 6, 7, 13, 8. Обозначим первую группу римской цифрой I. Вторая группа состоит из элементов 4, 3, 2. Обозначим вторую группу римской цифрой II. Для расчёта вероятности безотказной работы группы I воспользуемся формулой  Где РI – вероятность безотказной работы первой группы элементов; Р12 – вероятность безотказной работы выводов обмотки статора; Р11 – вероятность безотказной работы коробки выводов; Р6 – вероятность безотказной работы обмотки статора; Р7 – вероятность безотказной работы сердечника статора; Р13 – вероятность безотказной работы обмотки ротора; Р8 – вероятность безотказной работы короткозамкнутого ротора. Для расчёта вероятности безотказной работы группы II воспользуемся формулой  Где РII – вероятность безотказной работы второй группы элементов; Р4 – вероятность безотказной работы подшипниковых щитов; Р3 – вероятность безотказной работы крышек подшипников; Р2 – вероятность безотказной работы подшипников. Для расчёта общей вероятности безотказной работы групп I и II воспользуемся формулой  Где РI, II – вероятность безотказной работы первой и второй групп элементов; РI – вероятность безотказной работы первой группы элементов; РII – вероятность безотказной работы второй группы элементов. Для расчёта общей вероятности безотказной работы всей системы воспользуемся формулой  Где Рc – вероятность безотказной работы всей системы; Р5 – вероятность безотказной работы корпуса; Р3 – вероятность безотказной работы групп I и II; Р2 – вероятность безотказной работы вала ротора. 5. Дерево отказов Составим дерево отказов (рис. 3).  Рисунок 3. Дерево отказов. Вероятность отказа i-го элемента определяется по формуле:  Где Рi – вероятность безотказной работы i-го элемента Тогда, согласно методу «дерева отказов» вероятность отказа всей системы будет определяться по следующей формуле:  Проверим правильность решения. Для этого сложим значение вероятности безотказной работы системы, полученное в результате расчета структурной схемы в пункте 4 и значение вероятности отказа, полученное методом дерева отказов в пункте 5:  что свидетельствует о правильности решения. Вывод В данной расчетно-графической работе провели расчет надежности работы асинхронного двигателя с помощью структурной схемы, а также методом дерева отказов. Для этого рассчитали вероятности безотказной работы каждого элемента системы на момент времени t = 5500 ч, построили структурную схему и дерево отказов, провели расчет общей вероятности безотказной работы системы, а также вероятности отказа системы. При сложении вероятностей (полученных разными методами) противоположных событий получили 1, что свидетельствует о правильности решения. Из проведенных расчетом можно сделать вывод о том, что вероятность безотказной работы каждого элемента (узла) на момент времени 5500 составит  .Приложение 1     |