Содержание A. Специальная часть дипломной работы. Введение.

Содержание
A. Специальная часть дипломной работы. ................................................. 3
Введение. ............................................................................................................. 3
1. Теоретические аспекты измерения давления. ........................................ 5
1.1. Понятие давления. ..................................................................................... 5
1.2. Единицы измерения давления. ............................................................... 5
1.3. Манометры. Классификация манометров. .......................................... 6
1.3.1. Необходимые метки на манометрах. .................................................. 9
1.4. Манометры с трубчатой пружиной. ..................................................... 13
1.4.1. Принцип действия и конструкции. ................................................... 14
1.5. Метрологические характеристики манометров................................ 16
2. Расчетная часть дипломной работы. ...................................................... 18
Расчет метрологической надежности. ........................................................ 18
2.1. Понятие метрологической надежности. .............................................. 18
2.2. Оценка метрологической надежности манометров на основании
поверочных и справочных данных. ............................................................ 19
2.2.1. Методика поверки и результаты поверки технических
манометров. ...................................................................................................... 20
2.3. Расчет безотказности технических манометров. ............................... 24
2.4. Расчет ремонтопригодности технических манометров. .................. 26
2.5. Расчет долговечности технических манометров. .............................. 27
3. Экспериментальная часть дипломной работы. .................................... 28
3.1. Исследование влияния перегрузки на метрологические
характеристики технических манометров. ............................................... 28
3.2. Анализ материалов. ................................................................................. 34
3.3. Экономический анализ целесообразности использования
золотниковых клапанов по сравнению с заменой или ремонтом
манометра. ........................................................................................................ 36
4. Анализ полученных данных о метрологической надежности. .......... 38
4.1. Сбор дополнительных данных для исследования. ........................... 38
4.2. Построение причинно- следственных диаграмм............................... 41
5. Рекомендации по улучшению технологического процесса на
основании полученных данных. .................................................................. 42
5.1. Основные предложения по совершенствованию технологического
процесса производства. .................................................................................. 42
5.2. Основные рекомендации предприятиям, использующих технические
манометры данных фирм. ............................................................................. 44
Б. Экологическая часть и безопасность жизнедеятельности................. 44
6. Инструкция по безопасности при работе с техническими
манометрами. ................................................................................................... 44
Заключение....................................................................................................... 47
Библиографический список. ......................................................................... 50
2
Приложение 1. Результаты поверки технических манометров фирмы
“Wika” с верхним пределом 16 bar и классом точности 2,5. ........... Error!
Bookmark not defined.
Приложение 2. Результаты поверки технических манометров фирмы
“Росма” с верхним пределом 16 bar и классом точности 2,5. ......... Error!
Bookmark not defined.
Приложение 3. Результаты поверки технических манометров фирмы
“Метер” с верхним пределом 16 bar и классом точности 2,5.......... Error!
Bookmark not defined.
Приложение 4. Результаты поверки технических манометров МПЗ-У с
верхним пределом 16 bar и классом точности 1,5. .. Error! Bookmark not
defined.
3
A. Специальная часть дипломной работы
Введение
Измерение давления является важным аспектом на любом предприятии где используются трубопроводы. В первую очередь измерение давления
в производственных трубопроводах позволяет избежать аварийных ситуаций
из-за несоответствия давления в трубах техническим требованиям. Измерение давления в промышленных трубопроводах должно быть достаточно точным, даже небольшая погрешность в измерении может привести к серьезной
аварии. Таким образом выбор средства измерения давления является важной
задачей для производственного предприятия где используются трубопроводы.
Именно поэтому исследование средств измерения давления является
актуальной проблемой. Проанализировав метрологическую надежность,
экономические показатели и качество средств измерения давления, мы сможем не только выявить оптимальный вариант, но и проанализировать процесс производства самих средств измерения и дать рекомендации по улучшению производства.
Объектом исследования являются технические манометры трех самых
распространенных фирм по производству манометров в России - “Wika”(
Германия), “Росма”(Россия), “Метер”(Россия) а также манометры еще советского производства- МПЗ-У. Технические характеристики у всех 4 групп
манометров одинаковы.
Таким образом целью дипломной работы является выявление оптимального варианта из этих четырех групп, а также анализ качества производства и повышение метрологической надежности технических манометров.
Для достижения указанных целей поставлены следующие задачи:
1) Рассчитать параметры метрологической надежности данных манометров.
2) Проанализировать производственный процесс данных манометров.
3) Выявить основные причины метрологического отказа манометров.
4) Провести испытания на перегрузку.
Методами исследования являются сравнительный анализ и анализ статистических данных.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней мы оцениваем
метрологическую надежность, основываясь на данных большой выборки
4
каждой группы манометров по истечении их межповерочного интервала. Ранее подобные исследования проводились только на предприятияхпроизводителях манометров, но их в их исследованиях использовались данные послепроизводственной поверки. То есть они собирали данные по манометрам, которые еще не эксплуатировались. Таким образом из моего исследования мы сможем проанализировать реальную картину метрологической надежности манометров в эксплуатации.
Также в исследовании влияния перегрузки я буду искать не только
значение критической перегрузки, когда будут изменяться метрологические
характеристики чувствительного элемента, но и критическое время такой
перегрузки. Ранее были испытания только на кратковременную перегрузку,
результатом, которых была исследована перегрузка, при которой уже наступал метрологический отказ. В моем же исследовании можно будет выявить
не только перегрузку при которой начинается изменение метрологических
характеристик, но и какой продолжительности должна быть такая перегрузка, чтобы случился метрологический отказ.
В первой главе работы рассматриваются основные теоретические аспекты измерения давления. Вторая глава посвящена метрологической
надежности технических манометров. В третьей главе мы проанализируем
полученные данные о метрологической надежности. Четвертая глава содержит рекомендации по улучшению процесса производства манометров и рекомендации для предприятий использующих данные манометры. В пятой
главе описаны основы техники безопасности работы с манометрами. В заключении будут подведены итоги всего исследования и сформулированы
окончательные выводы по рассматриваемой теме.
5
1. Теоретические аспекты измерения давления
1.1. Понятие давления
Давление P среды или вещества (жидкости, твердого тела или газа) это сила , равномерно действующая на площадь поверхности.
В теплотехнических измерениях в основном используют абсолютное
давление рабс , избыточное давление ризб, вакуумметрическое давление рв .
Абсолютное давление- это суммарное давление, которое воздействует на
вещество. Оно определяется формулой:
рабс= ратм+ ризб ,
(1.1)
где ратм – атмосферное давление; ризб – избыточное давление;
Избыточное же давление определяется разностью абсолютного и атмосферного давления:
ризб= рабс- ратм ,
(1.2)
Вакуумметрическое давление – является давлением разряженного газа и
определяется разностью между атмосферным и абсолютным давлением, которое должно быть ниже атмосферного:
рв= ратм- рабс .
(1.3)
Численное значение давления вакуума указывается со знаком “минус”.
В данной работе нас будет интересовать в основном избыточное давление. Из формулы (1.2) мы видим, что приборы, которые измеряют избыточное давление являются измерителями дифференциального давления. На
чувствительный элемент, к примеру на трубчатую пружину, изнутри действует измеряемое давление, а снаружи действует атмосферное давление.
Таким образом на шкале прибора как раз и будет разница между измеряемым (абсолютным) давлением и атмосферным давлением.
1.2. Единицы измерения давления
Основной единицей давления в системе СИ является паскаль (Па).
«Один паскаль - это давление на 1м 2 плоской поверхности под действием
силы, которая направлена перпендикулярно и равномерно распределена к
поверхности и равняется 1 Ньютону». [2 c. 13]
На практике используют килопаскаль (кПа) или мегапаскаль (МПа),
так как единица Па слишком мала.
В эксплуатируемых в настоящее время манометрах также используется
единица системы МКГСС (метр, кило-грамм-сила, секунда) килограмм-сила
6
на квадратный метр ( кгс / м 2 ) и внесистемные единицы измерения к примеру килограмм-сила на квадратный сантиметр( кгс / см 2 ).
Также распространенной единицей измерения является бар (1 бар =10
Па = 1,0197 кгс/см ). Именно в барах градуированы исследуемые манометры.
Соотношения между единицами измерения давления можно вычислить
по формуле:
P1=K×P2 ,
(1.4)
где P1- давление в нужных единицах; P2 – давление в исходных единицах.
Значение коэффициента K приведены таблице 1.1.
Таблица 1.1.
1.3. Манометры. Классификация манометров
ГОСТ 8.271-77 определяет манометр как прибор или измерительную установку для определения действительного значения давления
или разности давлений. [12, с. 3]
Манометры классифицируются по следующим характеристикам:
• типу давления, на которое рассчитан манометр;
• принципу действия манометра;
• назначению манометра;
7
классу точности манометра;
• особенностям измеряемой среды;
Классифицируя манометры по типу измеряемого давления, можно разделить на:
- измеряющие абсолютное давление;
- измеряющие избыточное давление;
- измеряющие разряженное давление, которые называются вакуумметры;
Большинство выпускаемых манометров предназначены для измерения
избыточного давления. Их особенность заключается в том, что при воздействии атмосферного давления на чувствительный элемент, приборы показывают “ноль”.
Также существует множество вариаций приборов, объединенных единым названием “манометр”, например мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, дифнанометры.
Мановакуумметр-манометр, с возможностью измерения как избыточного
давления, так и давление разреженного газа (вакуума).
Напоромер-манометр, позволяющий измерить сверхмалые значения избыточного давления (до 40 кПа).
Тягомер-вакуумметр, позволяющий измерить малые значения вакуумметрического давления (до -40 кПа).
Дифнанометр-прибор, предназначенный для измерения разности давления
в двух точках.
«По принципу действия манометры классифицируются на:
- жидкостные;
- деформационные;
- грузопоршневые;
- электрические;». [2, с. 15]
•
К жидкостным относят манометры, принцип
действия которых основан на разности давлений давлением столба жидкости. Примером такого манометра
являются U- образные манометры. Они состоят из градуированных сообщающихся сосудов, в которых измеряемое давление можно определить по уровню жидкости в одном из сосудов.
Рис. 1.1. U-образиый жидкостный стеклянный мановакуумметр:
1 — U-образная стеклянная трубка; 2 —скобы крепления; 3 — основа; 4 —
шкала.
Деформационные манометры основаны на зависимости степени деформации чувствительного элемента от давления, подаваемого на этот элемент. В основном в качестве чувствительного элемента выступает трубчатая
пружина. О них поподробнее мы узнаем далее.
8
Электрические манометры работают на основе зависимости электрических параметров чувствительного элемента преобразователя от давления.
В грузопоршневых манометрах в качестве рабочего тела используется жидкость, которая создает давление. Это давление уравновешивается массой поршня и грузов.
По количеству грузов, необходимых для равновесия мы и определяем
давление, которое создает жидкость.
Рис. 1.2. Принципиальная схема грузопоршневого манометра:
1—бак для масла, 2—насос, 3—клапаны, 4, 5, б —вентили подвода, слива и измерительной колонки соответственно, 7—измерительная колонка, 8, 9—стойки, 10, 11—вентили стоек, 12—пресс.
По назначению манометры подразделяются на общетехнические и эталонные. Общетехнические предназначены для проведения измерений в
процессе производственной деятельности. В общетехнических конструктивно предусмотрена виброустойчивость к частотам находящимся в пределах
10-55 Гц. Также предусматривают устойчивость к внешним воздействиям
таких как:
- попадание внешних предметов;
- температурные воздействия;
- попадание воды;
«Эталонные манометрические приборы предназначены для хранения
и передачи размера единиц давления для обеспечения единства, достоверности и гарантии высокой точности измерений давления». [9, c. 3]
«По особенностям измеряемой среды все манометры классифицируются на:
• общетехнические;
• коррозионно-стойкие (кислотостойкие);
• виброустойчивые;
• специальные;
9
кислородные;
• газовые». [6, c. 50]
Общетехнические манометрические приборы ориентированы на измерения в нормальных условиях. Изготавливаются из алюминия и медных
сплавов.
Коррозионно-стойкие приборы изготавливаются из химически стойких материалов таких как сталь различной маркировки. Также снабжаются
каленым многослойным стеклом.
Специальные манометры предназначены для измерения сред с отличными от нормальных условий, например для измерения давления вязких веществ или содержащих твердые частицы.
Виброустойчивые манометры используются в условиях эксплуатации,
где частота вибрации превышает 55 Гц. Внутренний объем таких манометров заполняют вязкой жидкостью, например глицерином или силиконом.
Корпус в виброустойчивом манометре должен быть герметичным и содержать в себе специальные уплотнители из каучуковых резин.
В газовых манометрах применяется ряд конструктивных решений, которые должны обеспечить безопасность в случае разрыва чувствительного
элемента. Устанавливается разделительная перегородка между шкалой и
чувствительным элементом. Смотровое окно в таких манометрах многослойное с упрочнением. На задней стенке предусмотрен разгрузочный клапан, который в случае превышения допустимого давления раскрывается и
сбрасывает давление. При производстве особое внимание уделяют материалам т.к многие газы обладают специфическими свойствами.
«Кислородные манометры применяются для измерения давления в
средах с долей кислорода 23% и более»[13, с. 3]. Так как при контакте кислорода с некоторыми органическими веществами и минеральными маслами
он детонирует к ним предъявляют строгие требования у чистоте от масел .
Конструктивно не отличаются от общетехнических манометров.
•
1.3.1. Необходимые метки на манометрах
На циферблате манометра обязательно должны быть нанесены:
1) Единицы измерения;
2) Рабочее положение прибора;
3) Класс точности;
4) Наименование измеряемой среды в случаем специального исполнения
прибора;
Рекомендуется также наносить:
-товарный знак предприятия изготовителя;
-знак Государственного реестра;
В таблице 1.2 указаны основные обозначения на циферблате
манометров.
10
Таблица 1.2
11
Также должны обозначаться метки об устойчивости к внешним условиям.
Таблица 1.3
12
И также обозначается степень защиты от внешних воздействий.
Таблица 1.4.
13
1.4. Манометры с трубчатой пружиной
В основе большинства манометров, применяемых на производстве,
лежит зависимость деформации упругого чувствительного элемента от подаваемого давления. Такие приборы называются деформационными манометрами.
Основываясь на ГОСТ 8.271-77 можно дать следующее определение:
«Прибор для измерения давления, основанный на зависимости деформации
чувствительного элемента от измеряемого давления называется деформационным манометром». [12, c. 4]
Впервые оценивать давление по отклонению упругой оболочки, на которую действует измеряемое давление предложил Р.Шинц в 1846 г. Позже
французский ученый Э. Бурдон впервые использовал согнутую плоскоовальную трубку для измерения давления. Эта трубка была названа его именем.
Деформационные чувствительные элементы подразделяются на мембранные, сильфонные и самые распространенные трубчатые элементы.
Рис. 1.3. Разновидности упругих чувствительных элементов, использующихся в манометрах:
а —пружина Бурдона; б —трубчатая пружина многовитковая ; в — геликоид; г —пружина спиральная;
6 — мембрана; е — мембранная коробка; ж — сильфон
Одновитковые трубчатые пружины Бурдона (рис. 1.3, а), имеют
плоскоовальную и эллиптическую форму поперечного сечения. Они являются наиболее распространенными чувствительными элементами манометров
для малых и средних давлений.
Многовитковые, объединяют под общим названием 1,5- и 2,5витковые трубчатые пружины, которые производятся из круглых трубок.
Применяются в манометрах предназначенных для измерения высоких и
сверхвысоких давлений.
14
Геликоид (см. рис. 1.3, в), которому свойственны большие перемещения свободного конца, применяется в качестве чувствительного элемента в
самопишущих приборах. Изготавливается из плоскоовальных трубок.
Спиральная пружина (см. рис. 1.3, г) изготавливаются из сплющенной
трубы. Используется манометрах-индикаторах с малым диаметром корпуса
— 25—30 мм. Преобразователи, основанные на спиральных пружинах в основном используются в манометрических термометрах.
Мембраны (см. рис. 1.3, д) применяются для измерений низких значения давления. Давление в таких приборах измеряется с помощью прогиба
центра мембраны под действием подаваемого давления.
На основе мембран в основном функционируют измерители низкого
давления.
Сильфоны (см. рис. 1.3, е) представляют собой осесимметричную
трубчатую гофрированную оболочку. Сильфоны применяются для измерения низких давлений.
Чувствительные элементы изготавливаются с применением термического отжига трубки, который обеспечивает ее подвижность, изгиб и профилирование. Также обязательно проводится температурная нормализация для
снятия напряжения после деформаций.
Трубчатые пружины являются самими распространенными чувствительными элементами в манометрических приборах. Простая конструкция,
удобство при эксплуатации и высокая надежность определили их широкое
распространение. Рассмотрим поподробнее приборы основанные на трубчатых пружинах.
1.4.1. Принцип действия и конструкции
В основном показывающие манометрические приборы с трубчатой
пружиной — это устройства прямого преобразования т.е. давление в таких приборах преобразуется в перемещение чувствительного элемента и
связанного с ним механически показывающего
устройства.
Трубчатая пружина в манометрах среднего и
малого давления имеет вид ¾ окружности. Трубчатая пружина формируется с определенными
внутренним и внешним радиусом, которые зависят от диаметра корпуса манометра и от требуемого класса точности. Один конец трубки запаян, а
другой конец соединен с штуцером, с помощью
которого трубка сообщается с областью измеряемого давления.
15
Рнс. 1.4. Принципиальная схема
чувствительного элемента манометра в виде одно- внтковон трубчатой пружины: 1 — пружина; 2
— держатель
Под действием избыточного давления трубка стремится к распрямлению, а под действием вакуумметрического давления наоборот к закручиванию. В ходе данного процесса происходит изменение внутреннего r и внешнего радиуса R пружины. Результатом такого изменения является уменьшение угла закручивания пружины φ. Это вызывает изменение положения свободного конца на некоторую величину £. В свою
очередь это приводит к перемещению показывающей стрелки с помощью передаточного механизма. Это перемещение пропорционально измеряемому давлению.
Рис. 1.5. Схема геометрических
изменений трубки Бурдона.
В общетехнических манометрах на основе трубчатых пружин наиболее
распространены передаточные механизмы с зубчатым сектором (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Упрощенные схемы передаточных механизмов пружинных манометров:
а — секторный; б — рычажный; 1 — трубчатая пружина; 2 — поводок; 3 — зубчатый сектор; 4 — трибка; 5
— стрелка.
16
«Зубчатый механизм работает следующим образом (рис. 1.6, а). При
перемещении свободного конца трубчатой пружины изменение геометрии
пружины через тягу 2 передается зубчатому сектору 3. Зубчатый сектор в
свою очередь приводит во вращение трибку 4 на которой закреплена стрелка
5. Таким образом величина перемещения свободного конца пружины преобразуется в перемещение стрелки». [2 c. 48]
Манометры с таким механизмом просты в регулировке, имеют малую
виброчувствительность. Они просты в изготовлении и относительно дешевы.
Классы точности манометров с зубчатым передаточным механизмом – 2,5 и
4,0.
Основным недостатком трубчато-пружинных приборов являются остаточные деформации. То есть в ходе измерения давления при одном действительном значении давления манометрический прибор будет показывать разные значения. Это объясняется наличием гистерезиса, который при работе в
ограниченном диапазоне давлений по прошествии определенного времени
исчезает.
1.5. Метрологические характеристики манометров
Основными метрологическими характеристикам чувствительных элементов манометров являются:
- Рабочий ход;
- Нелинейность упругой характеристики;
- Изменение начального положения;
- Гистерезис;
- Чувствительность;
- Постоянство упругой характеристики;
- Условная линейная характеристика;
- Переустановочное усилие;
Рабочий ход определяется перемещением заданной точки чувствительного элемента при подаче на него номинального давления.
Гистерезисом, как уже говорилось выше, называют свойство системы
сохранять в “памяти” силы, действующие ранее. Реакция таких систем зависит от собственной истории. Свойство гистерезиса определяется многими
факторами, такими как материал системы, интенсивность эксплуатации
и.т.д. Оценить эффект гистерезиса можно с помощью коэффициента запаса
π, который можно определить по формуле
где σy- предел упругости; σ - рабочее напряжение металла упругого элемента. Чем больше значение коэффициента запаса, тем меньше явление гистерезиса влияет на результат измерений.
17
Чувствительность определяется отношением приращений перемещения определенной точки чувствительного элемента и соответствующего
приращения давления. Чувствительность можно вычислить по формуле:
где p- значение действующего давления; λ - величина перемещения определенной точки чувствительного элемента.
Упругой характеристикой называют зависимость перемещения определенной точки чувствительного элемента от возрастающего или убывающего давления.
На рисунке представлены варианты упругих характеристик для разных упругих чувствительных элементов.
Идеальная характеристика изображена на рисунке прямой 4, реальные характеристики чувствительных элементов могут
только приближаться к идеальной. Эта характеристика также именуется как условная линейная.
Возрастающе-затухающая
характеристика
обычно характерна для преобразователей чувствительным элементом которых является трубчатая пружина.
Затухающая характеристика обычно присуща
мембранным и сильфонным преобразователям.
Рис. 2.1. Характеристики деформационных чувствительны
элементов:
1 — затухающая; 2 — возрастающая; 3 — возрастающе-затухающая; 4 — идеальная
Условная линейная характеристика определяется как характеристика, которая отражает прямую пропорциональность между перемещением и
давлением. Начальные и конечные точки такой характеристики совпадают с
начальными и конечными точками упругой характеристики.
Нелинейность упругой характеристики определяется как отклонение при прямом ходе упругой характеристики от идеальной характеристики.
Переустановочное усилие также является важнейшей характеристикой, это усилие, развиваемое чувствительным элементом, которое направлено на преодоление сопротивления передаточного механизма. Оно зависит от
размеров чувствительного элемента и характера его деформации под действием давления.
При использовании упругих чувствительных элементов в измерительных приборах в качестве первичных преобразователей, к ним предъявляют
особые требования к характеристикам упругости и стабильности. В этом
случае используют понятие метрологической надежности.
18
2. Расчетная часть дипломной работы
Расчет метрологической надежности
2.1. Понятие метрологической надежности
Средства измерений в процессе эксплуатации неизбежно претерпевают
изменения их характеристик и параметров. Эти изменения могут носить нерегулярный изменяющийся или случайный монотонный характер. В любом
случаем эти изменения рано или поздно приводят к отказу системы, то есть к
невозможности средства измерения выполнять свою функцию. Отказы подразделяются на метрологические и неметрологические.
Неметрологическими называют отказы, причины которых не связаны с
изменением метрологических характеристик. Такие отказы проявляются
внезапно и носят явный характер, то есть их можно обнаружить без специальной проверки.
Метрологическим является отказ, который вызван выходом метрологических характеристик из установленного допуска. Такие отказы намного
чаще случаются, чем неметрологические. Именно поэтому постоянно проводятся разработки специальных методов обнаружения и прогнозирования
метрологических отказов. Метрологические отказы могут быть постепенными и внезапными.
Внезапный отказ характеризуется скачкообразными изменениями метрологических характеристик. Данные отказы нельзя прогнозировать, а их
последствия легко выявляются в процессе использования. Для анализа таких
отказов используют классическую теорию надежности.
Постепенным называют отказ, который характеризуется монотонными
изменениями метрологических характеристик. Такие отказы носят скрытый
характер и выявляются только с помощью периодической проверки средств
измерений. Нас интересуют именно постепенные отказы.
Таким образом метрологический отказ, из-за изменений метрологических характеристик, является условным, поскольку он определяется установленным допуском метрологических характеристик. Также зафиксировать
момент наступления отказа невозможно из-за скрытого характера. В связи с
этим было введено понятие метрологической надежности средства измерения.
«Метрологическую надежность можно определить как способность
средства измерения сохранять определенное значение метрологических характеристик в течение заданного времени». [1 c. 170]
19
В отношении метрологической надежности не работает классическая
теория надежности. Это связано с тем, что классическая теория надежности
предусматривает только 2 состояния: неработоспособное и работоспособное.
А постепенный отказ предусматривает множество работоспособных состояний с разным уровнем приближения погрешности к допустимой погрешности.
Метрологическая надежность характеризует поведение средства измерения с течением времени. Она включает в себя ряд характеристик:
- Безотказность;
- Стабильность;
- Ремонтопригодность;
- Долговечность;
- Сохраняемость;
Стабильность является качественной характеристикой, которая отражает неизменность метрологических характеристик во времени.
Безотказность это свойство сохранять непрерывное рабочее состояние в течение определенного времени.
Долговечность определяется как свойство СИ сохранять работоспособное состояние до того момента, когда его применение уже недопустимо.
Ремонтопригодность способность к восстановлению СИ в случае отказа путем ремонта или технического обслуживания.
Сохраняемость определяется как способность сохранять значения
безотказности, ремонтопригодности, безотказности не только в ходе эксплуатации, но и в процессе транспортирования и хранения.
Расчет надежности – это определение показателей надежности прибора
методами, основанными на вычислении по справочным данным и другой
информации о СИ.
В результате такого расчета определяют количественные значения показателей надежности.
2.2. Оценка метрологической надежности манометров на основании поверочных и справочных данных
Для того, чтобы оценить метрологическую надежность технических
манометров, я руководствуясь методикой поверки, которая будет описана
далее, провел поверку 4-х тысяч манометров (по 1000 манометров каждой
группы) фирм “Wika” “Росма” “Метер” а также манометров МПЗ-У выпущенных еще при СССР.
20
2.2.1. Методика поверки и результаты поверки технических манометров
Методика процесса поверки технических манометров.
1. Основные операции поверки.
1) Внешний осмотр прибора.
2) Корректировка стрелки на ноль.
3) Определение допустимой погрешности на основании класса точности и верхнего предела шкалы.
4) Основные процессы поверки манометра.
2. Основные средства для поверки технических манометров.
Для поверки технических манометров применяются следующие измерительные приборы и устройства:
a) Манометр грузопоршневой образцовый по ГОСТ 8291-83.
b) Манометр грузопоршневой с мультипликатором измерений класса
точности 0,2 и с верхним пределом измерений до 1500 МПа.
c) Задатчик давления автоматический.
d) Манометры и вакуумметры образцовые деформационные.
e) Термометр с погрешностью не более 0,1 °С и пределами измерений
15-25 °С согласно ГОСТ 28498-90.
f) Другие устройства для создания давления.
Все образцовые приборы, которые применяются при поверке, должны
быть поверены и аттестованы в органах метрологических служб.
3. Условия поверки и предварительные операции подготовки к поверке.
3.1. Температура воздуха в лаборатории должна быть не меньше 20 и
не больше 23 ºС с допускаемым отклонением:
±2 °С – для манометров с классами точности 0,6 и 1; ±5 °С – для
манометров с классом точности 1,5; 2.5 и 4.
3.2. Вибрация в лаборатории не должна приводить к размаху колебаний стрелки больше 0,1 предела допускаемой погрешности манометра, если иное не указано в нормативно-технической документации на прибор.
3.3. Манометр должен быть корректно присоединен к устройству для
создания давления и находится в положении, которое соответствует
обозначению на манометре или обозначению в документации. Если
21
обозначение отсутствует, то прибор должен быть установлен таким
образом, чтобы плоскость циферблата была вертикальна, и знаки и
цифры были расположены без видимого наклона.
3.4. Для приборов с верхним пределом до 250 кПа включительно,
имеющих обозначение «Г», давление должно создаваться с помощью воздуха или нейтральным газом если другое не указано в документации прибора.
Для манометров, на циферблате которых имеется обозначение состояние среды, рабочими средами должны быть:
a) Для манометров с обозначением "Г" – воздух или нейтральный газ.
b) Для манометров с обозначением "Ж" – жидкость.
3.5. Рабочие среды образцовых манометров также должны соответствовать нормативно-технической документации.
Допускается использование других рабочих сред, если они не вызывают коррозию деталей и узлов образцового манометра, если они также указаны в документации на поверяемый манометр.
3.6. При специальном изготовлении манометра, ориентированном на
измерение определенной рабочей среды, поверка на средах указанных в п 3.5 не допустима. В таких случаях применяют разделительную камеру.Погрешность, которую вносит разделительная камера,
не должна превышать 0,2 предела допускаемой погрешности поверяемого манометра.
3.7. Манометры, которые предназначены для измерения давления
кислорода, обязательно должны сопровождаться письменной гарантией о том, что приборы прошли обезжиривание. Если этой письменной гарантии нет, то поверка таких манометров запрещена. В
качестве рабочей среды для поверки кислородных манометров используется вода или воздух. Категорически не допускаются среды с
органическими примесями.
Допускается поверять кислородные манометры без разделительной
камеры, при условии, что образцовый прибор должен быть обезжирен и заполнен чистой водой. Обезжиривание образцового манометра, также должно
быть документально подтверждено.
Допускается в качестве рабочей среды кроме воды и воздуха использовать другие жидкости и газы, которые безопасно взаимодействуют с кислородом.
22
3.8. Устройство, создающее давление, должно обеспечивать плавное
изменение давления, а также должно постоянно держать нужное
давление во время снятия показаний и выдержке манометра.
3.9. Поверяемый манометр должен предварительно выдерживаться в
нерабочем состоянии при температуре окружающего воздуха, которая указана в п. 3.1.,не менее:
12 часов – если разница температур в лаборатории и местом эксплуатации прибора составляет более 10 ºС;
1 часов –если разница температур в лаборатории и местом эксплуатации прибора от 1 до 10 ºС;
При разнице температур менее 1 °С выдерживать прибор не требуется.
3.10.Манометры, на циферблате которых есть знак & ("Внимание”),
принимаются на поверку только с сопроводительной документацией.
4. Требования безопасности при поверке.
4.1. Необходимо соблюдать требования эксплуатации.
4.2. Запрещается создавать давление, которое превышает верхний
предел измерений
поверяемого прибора.
4.3. Запрещается снимать манометр с устройства создающего давления при значениях давления 50 кПа.
5. Проведение поверки.
5.1. Внешний осмотр.
5.1.1. При внешнем осмотре должно быть выявлено:
a) Отсутствие механических повреждений корпуса манометра.
b) Отсутствие повреждений штуцера.
с) Отсутствие повреждений стекла и циферблата. Стекло и циферблат должны быть чистыми и без дефектов, препятствующих правильному отсчету показаний.
d) Соединение держателя и корпуса должно быть прочным и не
допускать смещения корпуса.
e) Манометры, прошедшие ремонт, должны иметь пометку
“ремонт” в паспорте или на приборе, а также знак предприятия, на котором
производился ремонт.
f) Манометры, забракованные на стадии внешнего осмотра, поверке не подлежат.
5.2. Корректировка стрелки на ноль.
5.2.1. Перед корректировкой или проверкой положения стрелки, манометр необходимо выдержать под давлением, составляющим 90100% верхнего предела измерений в течение 1-2 минут.
23
5.2.2. Стрелка манометра, имеющего корректор нуля, при отсутствии давления должна находиться посередине нулевой отметки.
5.3. Определение допустимой погрешности.
5.3.1. Основную абсолютную погрешность манометра определяют как разность между измеренным значением и действительным значением давления по образцовому прибору.
5.3.2. Метрологическая служба производит выбор образцовых
приборов, основываясь на технических возможностях и техникоэкономических расчетах.
5.3.3. Поверка манометров осуществляется одним из следующих способов:
a) Нужное давление устанавливают по образцовому прибору,
показания снимают по поверяемому манометру.
b) Стрелку поверяемого прибора выставляют на поверяемую
отметку, а действительное давление отсчитывают по образцовому прибору.
5.3.4. Снятие показаний должно осуществляться с точностью
до 0,1 цены деления.
5.3.5. Число проверяемых точек шкалы должно быть:
a) Для класса точности 0,6-не менее 8 точек.
b) Для классов точности 1; 1,6; 2,5-не менее 5 точек.
c) Для класса точности 4-не менее 3 точек.
Обязательно включать нижний и верхний предел шкалы. Поверяемые точки
должны быть распределены равномерно по всей шкале.
5.3.6. В ходе поверки давление сначала плавно повышают и
проводят считывание показаний. Далее манометр выдерживают 5 минут под
давлением после чего давление плавно понижают и снимают показания на
тех же отметках шкалы, что и при повышении давления.
5.3.7. Стрелка должна двигаться плавно и не должна касаться
стекла и циферблата.
5.3.8. После того как давление будет полностью спущено и
поверяемый манометр будет отсоединен от устройства для создания давления, стрелка должна находиться на нуле. Допускается отклонение предусмотренное в техдокументации манометра.
5.3.9. Кислородные манометры в обязательном порядке после
поверки встряхивают штуцером над листом бумаги с целью дополнительной
проверки на наличие масла. Если на листе после высыхания выявляются жировые пятна, то данный прибор бракуют, а все оборудование для поверки
должно быть обезжирено.
6. Обработка результатов поверки.
6.1. Если прибор положительно проходит поверку, то на сам прибор или в его паспорте, ставится поверительное клеймо. В документах на
манометр делают пометку о годности прибора с указанием даты поверки.
24
6.2. Если же прибор не проходит поверку, то поверительное клеймо на приборе, находившемся в эксплуатации, гасится и в паспорте или документе, его заменяющем, делают запись о непригодности прибора.
Результаты поверки представлены в приложении.
В таблице 2.1 приведены итоговые данные.
Таблица 2.1
Модель
Класс точности
Верхний предел
Допустимая погрешность
Единицы измерения
Общее число манометров
Число не прошедших
поверку
WIKA
111.10
2,5
16
МЕТЕР
НД 63
2,5
16
РОСМА
ТМ-110
2,5
16
0,4
0,4
0,4
0,24
bar
bar
bar
bar
1000
1000
1000
1000
247
351
306
46
МПЗ-У
1,5
16
2.3. Расчет безотказности технических манометров
Безотказность это свойство сохранять непрерывное рабочее состояние в течение определенного времени. Безотказность определяется двумя
параметрами: вероятностью безотказной работы интенсивностью отказов.
Вероятность безотказной работы — это вероятность того, что в заданном интервале времени отказ СИ не возникает. Показатель вероятности безотказной работы определяется с помощью статистических данных по формуле:
P(t)= 1-(n(t)/N0) ,
где N0-исходное число работоспособных; n(t)- число отказавших в указанный период времени.
Таблица 2.2
Wika Росма Метер МПЗ-У*
25
Число отказов при t=2 года(окончание межпо247
306
351
верочного интервала)
Исходное число работоспособных объектов
1000
Вероятность безотказной работы в указаный период времени
0,753 0,694 0,649
46
0,954
*Так как мы не можем узнать данные о числе отказов по окончанию
межповерочного интервала МПЗ-У, мы возьмем информацию за 2 последних
года.
Интенсивность отказов — соотношение числа отказавших объектов к
среднему числу объектов, исправно работающих в данный отрезок времени
при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются исправными.
Интенсивность отказов можно определить по формуле:
λ(t)= n(t)/(Nср*Δt) ,
где Nср-среднее число исправно работающих образцов в данный период времени; Δt-период времени; n(t)-число отказавших в данный период времени.
Таблица 2.3
Росма
Метер
247
306
351
46
753
694
649
954
0,164011
0,220461
0,270416
0,024109
Wika
Число отказов при t=2
года
Среднее число исправно
работающих образцов в
интервале
Интенсивность отказов,
1/год
МПЗ-У*
*Так как мы не можем узнать данные о числе отказов по окончанию
межповерочного интервала МПЗ-У, мы возьмем информацию за 2 последних
года.
26
2.4. Расчет ремонтопригодности технических манометров
Ремонтопригодность СИ определяется вероятностью и средним временем восстановления работоспособности СИ. Вероятность того, время ремонта СИ не превысит определенное значение называется вероятностью восстановления работоспособности состояния. Данный параметр представляет собой значение функции распределение времени восстановления при
t=Tзад, где Tзад это заданное время восстановления. Математическое ожидание времени восстановления СИ называется средним временем восстановления.
Для рассмотренных технических манометров эти параметры идентичны. Вероятность восстановления работоспособности может быть представлена в виде графика.
Где P(t) – вероятность восстановления работоспособного состояния, а t –
время ремонта в днях.
Среднее время восстановления работоспособности для всех, исследуемых в данной работе, технических манометров составляет Tср=5 рабочих
дней.
Также в ремонтопригодности следует учитывать экономическую целесообразность. Иногда выгоднее купить новый прибор, чем чинить старый.
Экономическую целесообразность ремонта можно определить с помощью отношения средней стоимости ремонта Ср к стоимости нового СИ Сн.
Данная величина С называется относительной глубиной ремонта и определяется формулой:
C=Cр/Cн;
Данные по глубине ремонта представлены в таблице 2.4.
27
Таблица 2.4
WIKA
111.10
Средняя цена на прибор, руб
236
Средняя цена ремонта,
руб
Глубина ремонта
0,826271186
МЕТЕР НД
63
РОСМА
ТМ-110
МПЗУ
127
155
355
195
1,535433071 1,258064516 0,549296
Чем выше показатель глубины ремонта, тем более экономически выгодно купить новый прибор вместо ремонта старого.
Если показатель глубины ремонта превышает 0,5, то можно сделать
вывод, что манометры данной модели ориентированы на одноразовое использование до метрологического отказа.
Изучив техническую документацию на манометры фирмы “Wika” было выявлено, что корпус для них делается без возможности вскрытия. То
есть ремонтопригодность данных манометров равняется 0.
2.5. Расчет долговечности технических манометров
Долговечность манометров можно оценить с помощью срока службы
СИ, который определяется как календарное время, прошедшее с момента изготовления до окончания эксплуатации.
Средний срок службы можно определить по формуле:
Tср= с  w0  a ,
где с – глубина ремонта, w0 – частота отказов на момент изготовления; a –
ускорение процесса старения.
Информация о значении w0 предоставлена предприятиями изготовителями на 1000 штук продукции.
Значения глубины ремонта были рассчитаны в разделе “ремонтопригодность”.
Значения ускорения процесса были рассчитаны из формулы:
(ln(2a)-1)/a=n/w0 ,
где n- среднее число работающих в периоде времени.
Данные о числе отказов взяты из экспериментальных данных поверки.
28
Манометры МПЗ-У оценке долговечности не подлежат, так как нету
данных о W0 и числе отказов сразу после истечения межповерочного интервала.
Таблица 2.5
w0
Wika
0,01
Росма
0,025
Метер
0,03
число отказов при t=2 года(окончание межповерочного
интервала)
a, год-1
Глубина ремонта
Tср
247
0,22
0,826271
4,32
306
0,18
1,258065
3
351
0,15
1,535433
2,76
3. Экспериментальная часть дипломной работы
3.1. Исследование влияния перегрузки на метрологические характеристики технических манометров
Для оценки метрологической стабильности нам необходимо провести ряд
экспериментов, чтобы оценить способность манометров сохранять свои метрологические характеристики во времени во время эксплуатации.
Так как основной причиной изменения метрологических характеристик манометров является перегрузка, я провел ряд экспериментов для анализа влияния такого воздействия.
Основные принципы проведения эксперимента:
1) Для эксперимента было приобретено по 2 манометра фирм “Wika”,
“Метер”, “Росма” и манометры советского производства МПЗ-У.
Верхний предел всех манометров равняется 16 bar, класс точности 2,5
кроме МПЗ-У с классом точности 1,5.
2) Предварительно была проведена калибровка всех манометров. Результаты калибровки представлены в таблице 2.6.
29
3) У манометров рабочая зона составляет 2/3 шкалы, если давление
больше, то прибор отправляют в метрологическую службу предприятия на калибровку. Поэтому в эксперименте мы будем изучать влияние
давления выше 70% шкалы, то есть давление выше 11 bar. Также, перегрузка выше 40% от верхнего предела уже приведет к внезапному
отказу, в следствии выхода из строй передаточного механизма или
разрыва трубки в местах спайки. Следовательно в эксперименте нас
будет интересовать давление от 11 bar до 21 bar.
4) Далее на один манометр каждой фирмы мы подаем кратковременную
(5 мин) перегрузку на каждую контрольную точку начиная с 11 bar.
После кратковременной перегрузки манометр, следует оставить без
нагрузки на час. Этого достаточно, чтобы избавиться от временных
остаточных явлений.
5) Также после каждой такой кратковременной перегрузки проводим калибровку манометра и отмечаем, при каком значении давления перегрузки погрешность изменилась. Данные исследования представлены в
таблице.
30
31
Далее, найдя значение давления при котором начинают меняться метрологические характеристики прибора, нам нужно выяснить сколько манометр может выдерживать такую перегрузку без метрологического отказа.
Для этого мы фиксируем давление на уровне, где начались изменения
погрешности и начинаем варьировать время. Данным критическим значением является давление 19 bar. После такой перегрузки уже наблюдаются существенные изменения погрешности.
Именно с этим значением мы проведем выше описанный эксперимент
с вариацией времени воздействия. Очень важно между замерами выдерживать прибор час без нагрузки чтобы устранить временные остаточные явления.
Также, для чистоты эксперимента стоило бы использовать для каждого
замера каждый раз новый манометр, но в этом случае нам понадобилось бы
16 приборов, что становится очень финансово затратно и технически трудно
осуществимо. Результаты испытаний представлены в таблице.
32
33
Выводы из эксперимента:
1) Все испытуемые манометры выдержали кратковременные перегрузки без
метрологического отказа, т.е. погрешность не превысила допустимую.
Однако у манометров фирм “Росма” и “Метер” наблюдается самый большой прирост погрешности после воздействия перегрузки. В первую очередь это связано с материалом чувствительного элемента.
2) Критическим значением перегрузки для данных манометров является 19
bar, при этом значении наблюдается значительное повышение погрешности.
3) Испытания на долговременные перегрузки не прошли манометры фирм
“Росма” и “Метер”, так как погрешность превысила допустимое значение.
Также из результатов видно, что чувствительный элемент потерял свойства материала, так как при обратном ходе спустя 5 минут выдержки погрешность повысилась.
4) Критическим временем, когда наблюдается значительный прирост погрешности, является 45 минут. Очевидно, что при перегрузке 21 bar
(130%) критическое время будет уменьшаться и уже при длительности
25-35 минут погрешность начнет значительно повышаться.
Как мы видим перегрузка является существенной проблемой. Для исключения последствий перегрузки используются специальные устройства
для защиты от перегрузки. Они представляют из себя золотниковый клапан,
который перекрывает давление на манометр, если оно превысит определенное значение.
Для выяснения причин такого различия в реакции чувствительных
элементов мы проанализируем материалы из которых они выполнены.
34
3.2. Анализ материалов
Основными причинами метрологических отказов манометрах являются следующие факторы:
1) Изменение механических свойств материала чувствительного элемента
и передаточного механизма вследствие воздействия явления гистерезиса.
2) Кратковременная перегрузка чувствительного элемента подачей давления больше предельно допустимого.
3) Изменение механических свойств материала чувствительного элемента
и передаточного механизма вследствие многоциклового усталостного
разрушения.
4) Изменение механических свойств материала передаточного механизма..
5) Неоднородный химический состав металла чувствительного элемента.
6) Неоптимальный термический режим обработки трубчатой пружины
при изготовлении.
Для того, чтобы проанализировать столь низкую стабильность манометров от фирм “МЕТЕР” и “РОСМА” также стоит оценить первые две причины метрологического отказа. Все манометры, взятые для исследования,
эксплуатировались в схожих условиях и были выпущены почти в одно время
(кроме отечественных). Также размеры самих манометров и трубок Бурдона
в них идентичен.
Нам понадобятся понятия упругой деформации, предела пропорциональности и понятие предела выносливости.
Деформация, которая возникает при небольших напряжениях и которая исчезает после снятия этого напряжения, называется упругой. Участок
упругой деформации имеет прямолинейный вид. Но и при упругой деформации в металле происходит процесс усталости. Усталость это процесс
накопления повреждений металла. На степень усталости влияют такие показатели как:
1) Модуль упругости.
2) Предел выносливости.
3) Предел пропорциональности.
Чем меньшую упругую деформацию претерпевает материал под действием нагрузки, тем выше жесткость. Жесткость характеризуется модулем
упругости первого рода (модулем упругости). От модуля упругости зависят
не только такие параметры как чувствительность и постоянство упругой характеристики, но и усталостные характеристики.
35
Предел выносливости – это максимальное напряжение, которое может
выдержать материал без деформации при большом числе повторнопеременных нагружений. Предел выносливости связан с пределом прочности:
1) Для стали он составляет половину от предела прочности.
2) Для медных сплавов 0,25 от предела прочности.
Предел прочности - это механическое напряжение, выше которого
происходит фатальная деформация материала.
Предел пропорциональности - это максимальная величина напряжения, при котором деформация тела прямо пропорциональна приложенной
силе. Чем ближе нагрузка к данному показателю, тем больше будет погрешность измерений.
Также для оценки надежности нам понадобится твердость материала
из которого сделан передаточный механизм.
Твердость - это свойство материала оказывать сопротивление деформаций при местных контактных воздействиях.
Для оценки нам нужно знать конкретный материал, который используется для изготовления чувствительного элемента, а также конкретную марку
металла. Информация по материалам представлены в таблицах 2.6 и 2.7.
Таблица 2.6
Модель
WIKA
111.10
Материал чувствительного
элемента
Латунь,
ЛН65-5
Материал передаточного механизма
Латунь,
ЛН65-5
МЕТЕР
НД 63
Медный
сплав,
МНЦ15-20
РОСМА
ТМ-110
Медный
сплав,
МНЦ15-20
Медный
сплав,
МНЦ15-20
Медный
сплав,
МНЦ15-20
МПЗ-У
Латунь, ЛН655; Бронза,
БРОФ4-0,25
Латунь, ЛН655; Бронза,
БРОФ4-0,25;
Сталь, 10
36
Таблица 2.7
Сталь
марки 10
Твердость по
143x10-1
Бринеллю
МПа
Предел пропор216 МПа
циональности
Модуль упруго- 2,1x10-5
сти первого рода
МПа
Предел прочно420 МПа
сти
Предел выносливости
210 МПа
Латунь
марки
ЛН65-5
170x10-1
МПа
Медный сплав
марки МНЦ15-20
Бронза марки
БРОФ4-0,25
157x10-1 МПа
155x10-1 МПа
105 МПа
163 МПа
150 МПа
1,12x10^5 МПа
1,35x10-5 МПа
1x10-5 МПа
750 МПа
690 МПа
700 МПа
187,5
МПа
172,5 МПа
175 МПа
Таким образом, исходя из данных можно сделать следующие выводы:
1) Материалы чувствительных элементов и передаточного механизма
фирмы “WIKA” обладают низким модулем упругости.
2) Материалы чувствительных элементов и передаточного механизма
фирмы “Росма” и “Метер” обладают относительно низкой упругостью и низким пределом прочности.
3) Материалы чувствительных элементов и передаточного механизма
манометров МПЗ-У обладают обладают низкой упругостью и низким пределом прочности.
4) Материалы передаточного механизма МПЗ-У обладают низкой
твердостью.
3.3. Экономический анализ целесообразности использования
золотниковых клапанов по сравнению с заменой или ремонтом
манометра
Из поверочных данных мы выяснили, что из 1000 манометров разных
фирм по истечении межповерочного срока вышло из строя следующее количество манометров разных фирм. Также известно, что этих метрологических
отказов можно избежать используя защитный клапан, защищающий от перегрузок.
В этом разделе мы экономически рассчитаем выгодно ли использовать
эти клапаны или же выгоднее будет отремонтировать или купить новый манометр.
Из расчета, что межповерочный интервал 2 года почитаем сколько в
среднем нужно будет менять манометров за 6 лет (средний срок службы
37
клапана) и сравним с затратами на закупку и установку защитных клапанов.
Результаты расчета представлены в таблице 2.8.
Таблица 2.8
Общее число манометров
Число не прошедших поверку
Средняя цена манометра
Средняя цена ремонта
Средняя цена клапана
Средний срок службы клапана, лет
Затраты на замену
за 6 лет
Затраты на ремонт
за 6 лет
Затраты на установку клапанов под
1000 манометров
Wika
Метер
Росма МПЗ-У
1000
1000
1000
1000
247
351
306
46
236
127
155
355
195
150
6
174876
133731
142290
48990
Ремонт не возможен
205335
179010
26910
150000
Из таблицы мы видим, что для манометров МПЗ-У выгоднее будет
провести ремонт вышедших из строя приборов. Для манометров фирм “Метер” и “Росма” выгоднее будет заменить вышедшие из строя. И только для
манометров “Wika” использование золотниковых предохранительных клапанов экономически оправдано.
38
4. Анализ полученных данных о метрологической надежности
4.1. Сбор дополнительных данных для исследования
Для исследования под руководством технического консультанта были
разработаны анкеты и розданы представителям фирм производителей. Данные анкеты ориентированы на выявление явных факторов, которые влияют
на качество манометров, на производстве.
В опросной анкете представителям фирм нужно было выделить аспекты производства, где по их мнению необходимы изменения. Для этого они
должны расставить баллы по 14 пунктам.
Основные аспектами являются:
1) Квалификация персонала - совокупность умений и знаний, которые
необходимы для выполнения определенной работы. Уровень квалификации определяется опытом работы и теоретической базой
персонала.
2) Организация труда на предприятии - система мероприятий, которые
направлены на обеспечение благоприятных условий труда.
3) Внимательность персонала – в данном случае имеется в виду пренебрежение незначительными технологическими аспектами производства. Например слабая закрутка болтов, удерживающих верхнюю часть корпуса манометра.
4) Рабочие места – здесь имеется в виду соответствие рабочего места
работника всем требованиям производства, а также достаточное
обеспечение оборудованием для производства на местах.
5) Контроль за персоналом – комплекс мероприятий направленных на
координацию деятельности и мотивации персонала. При этом используются такие методы, как наблюдение, индивидуальные беседы, собрания и обсуждения, аудиты.
6) Безопасность труда - мероприятия, способствующие защите здоровья и жизни персонала.
7) Физическое состояние оборудования – данный параметр характеризует состояние производственного оборудования.
8) Соблюдение условий эксплуатации – соблюдение эксплуатационных условий указанных в технической документации производственного оборудования. Не соблюдение данных условий может
повлиять как на качество продукции, так и на само оборудование.
9)
Соблюдение температурного режима процесса – при термической
обработке трубки Бурдона очень важна стабильность и значение
температуры, снижение значения температуры в экономических
целях может повлиять на качество трубки.
39
10) Качество сырья – соответствие сырья всем предъявленным требованиям.
11) Послепроизводственный контроль – готовый манометр специалист должен поверить его и проверить качество сборки. В целях
экономии времени на опрашиваемых фирмах послепроизводственная поверка производится всего по 2 точкам, что не соответствует методике поверки, поэтому данный контроль нельзя считать достоверным.
12) Соблюдение времени процесса - термическая обработка трубки
должна происходить строго определенное время для получения
заданных характеристик. При нарушении времени процесса будут
получены уже другие характеристики.
13) Хранение материалов – соблюдение условий хранения сырья для
производства.
14) Соблюдение времени нормализации - нормализация термически
обработанной трубки должна происходить строго определенное
время для получения заданных характеристик. При нарушении
времени процесса будут получены уже другие характеристики.
Результаты опроса представлены в таблице 2.9.
40
Из анкеты мы видим что:
1) Основными проблемными местами на производстве фирмы “Wika”
являются:
a) Органиизация труда на предприятии.
b) Внимательность персонала.
c) Соблюдение условий эксплуатации.
d) Послепроизводственный контроль.
e) Соблюдение времени процесса.
2) Основными проблемными местами на производстве фирмы “Росма”
являются:
a) Органиизация труда на предприятии.
b) Рабочие места.
c) Физическое состояние оборудования.
d) Соблюдение температурного режима процесса.
e) Послепроизводственный контроль.
f) Соблюдение времени нормализации.
3) Основными проблемными местами на производстве фирмы “Метер”
являются:
a) Органиизация труда на предприятии.
b) Внимательность персонала.
c) Рабочие места.
d) Контроль за персоналом.
e) Физическое состояние оборудования.
f) Соблюдение условий эксплуатации.
g) Соблюдение температурного режима процесса.
h) Послепроизводственный контроль.
i) Соблюдение времени нормализации.
41
4.2. Построение причинно- следственных диаграмм
На основании полученных данных из расчетов параметров метрологической надежности, данных полученных в ходе поверки, данных полученных из анализа материалов и дополнительной информации из опросных анкет, мы можем составить причинно-следственные диаграммы, чтобы наглядно увидеть основные факторы влияющие на столь низкую метрологическую
надежность.
Причинно-следственная диаграмма. WIKA.
Персонал
Технология
Время процесса
Невнимательность
Недостаточный контроль
Организация труда
Низкая
метрологическая
надежность
Относительно низкая
упругость материалов ЧЭ
Условия эксплуатации
Низкий предел
пропорциональности
Оборудование
Материалы
Причинно-следственная диаграмма. Росма.
Персонал
Технология
Нарушения температурного
режима
Рабочее место
Организация труда
Недостаточное время
нормализации
Низкая
метрологическая
надежность
Физический износ
оборудования
Относительно низкая
упругость материалов ЧЭ
Низкая твердость материалов
передаточного механизма
Оборудование
Материалы
Низкий предел
выносливости материалов
Низкий предел прочности
материалов
42
Причинно-следственная диаграмма. МЕТЕР.
Персонал
Технология
Невнимательность
Рабочее место
Нарушения температурного
режима
Недостаточный контроль
Недостаточное время
нормализации
Организация труда
Низкая
метрологическая
надежность
Физический износ
оборудования
Относительно низкая
упругость материалов ЧЭ
Низкая твердость материалов
Нарушения условий передаточного механизма
эксплуатации
Оборудование
1)
2)
3)
4)
5)
Низкий предел
выносливости материалов
Низкий предел прочности
материалов
Материалы
Из диаграммы Исикавы мы можем сделать выводы:
На первый взгляд первостепенно следует устранять нарушения в технологическом процессе.
Исходя из пропорций цена-качество оптимально будет использовать
для производства латунь марки ЛН65-5.
В фирме производителе “Метер” необходимо провести аудит персонала и устранить нарушения.
В фирме производителе “Wika” необходимо провести курсы по повышению квалификации для устранения нарушений организации труда.
На предприятиях “Росма” и “Метер” необходима замена оборудования.
5. Рекомендации по улучшению технологического процесса на основании полученных данных
5.1. Основные предложения по совершенствованию технологического процесса производства
Анализ манометров трех фирм производителей показал, что их метрологическая надежность очень низка. В основном они ориентированы на одноразовое использование т.е. как только будет выявлена погрешность выше
допустимой их ремонтировать не станут, а просто утилизируют.
В принципе, сам процесс производства организован достаточно продуманно с технической и экономической стороны и пропорции ценакачество соблюдены корректно. Тем не менее необходимо усовершенствовать процесс производства для повышения метрологической надежности.
Совершенствование процесса производства в компаниях “Wika” “Метер” “Росма” необходимо проводить в направлениях совершенствования организации труда.
43
А именно для фирм “Росма” и "Метер” необходимо усовершенствование организации и обслуживания рабочих мест:
1) Необходимо пересмотреть рациональность планировки рабочих мест и их
цепочки по участку, цеху;
2) Необходимо проанализировать и принять меры по рационализации организационно-технической оснащенности рабочих мест;
3) Рекомендуется пересмотреть эффективное использование совокупного рабочего времени основных и вспомогательных рабочих;
5) Рекомендуется нормализовать санитарно-гигиенические условия на рабочих местах, это позволит повысить эффективность работников;
Для фирм “Wika” и “Метер” необходимо провести ряд мероприятий
для рациональной организации стимулирования труда для повышения внимательности и ответственности персонала:
o Рационализация режима труда и отдыха;
o Рациональная сменность по предприятию и его подразделениям;
o Эффективное использование внерабочего времени и мероприятия по его
обеспечению;
o Изучение и внедрение передовых приемов и методов труда;
o Рациональная организация стимулирования труда;
o Повышение удовлетворенности трудом;
В фирме производителе “Метер” необходимо провести аудит персонала и устранить нарушения.
На предприятиях “Метер” и “Росма” необходима замена оборудования так как физический износ уже существенно влияет на продукцию.
В фирмах “Wika” “Метер” необходимо провести аудит условий эксплуатации производственного оборудования и устранить нарушения.
Так как технология производства чувствительного элемента является
самой важной частью производственного процесса необходимо устранить
все нарушения в этой сфере.
Отдельно в фирме “Wika” стоит повысить послепроизводственный
метрологический контроль, так как они проводят метрологический контроль
технических манометров только по 2 точкам шкалы, что является недостаточным.
В отношении материалов исходя из пропорций цена-качество оптимально будет использовать для производства латунь марки ЛН65-5.
44
5.2. Основные рекомендации предприятиям, использующих технические
манометры данных фирм
Метрологическим службам предприятий, использующих манометры
фирм “Росма” “Метер” “Wika” данного типа, следует проводить регулярную
калибровку, так как данные показывают, что 20-30% манометров вышли из
строя в следствии метрологического отказа, выявленного в ходе поверки по
истечении 2-летнего межповерочного интервала. Также это сигнализирует о
том, что предприятия производители должны пересчитать межповерочный
интервал и сделать его меньше, а не повышать его в погоне за конкурентоспособностью.
Также предприятия, зафиксировавшие давление превышающее 70% от
шкалы манометров, должны демонтировать манометры, находящиеся в узле, где произошло повышение, и передать их в мтерологическую службу.
Предприятия, использующие технические манометры фирмы “Wika”,
должны приобрести устройства защищающие от перегрузок, например золотниковые защитные клапаны. Это позволит сократить издержки на замену
вышедших из строя манометров, в долгосрочной перспективе.
Б. Экологическая часть и безопасность жизнедеятельности
6. Инструкция по безопасности при работе с техническими манометрами
Для увеличения срока службы манометра и безопасности его эксплуатации для персонала необходимо знать требования к технике безопасности
при работе с манометрами. Для этого на предприятии, где используются манометры должны быть разработаны инструкции, которые должны быть доступны персоналу. Инструкции должны включать в себя описание:
1) Рабочего давления, продолжительность рабочего состояния, используемая среда.
2) Расположение точки подачи давления к манометрам и его рабочее расположение.
3) Место установки и способ установки золотниковых клапанов (если их
использование предусмотрено) и манометров.
4) Порядок открытия и закрытия клапанов.
Инструкция должны быть составлена компетентным лицом. Любые
изменения в инструкциях и процедурах должны быть согласованы в письменной форме с компетентным лицом.
По возможности, к инструкциям должны прилагаться планы установки
приборов и чертежи, описывающие расположение клапанов.
45
Основные правила безопасности при работе с техническими манометрами.
Для увеличения срока службы манометра и безопасности его эксплуатации для персонала необходимо знать требования к технике безопасности
при работе с манометрами. Для этого на предприятии, где используются манометры должны быть разработаны инструкции, которые должны быть доступны персоналу. Инструкции должны включать в себя описание:
5) Рабочего давления, продолжительность рабочего состояния, используемая среда.
6) Расположение точки подачи давления к манометрам и его рабочее расположение.
7) Место установки и способ установки золотниковых клапанов (если их
использование предусмотрено) и манометров.
8) Порядок открытия и закрытия клапанов.
По возможности, к инструкциям должны прилагаться планы установки
приборов и чертежи, описывающие расположение клапанов.
Основные правила для безопасного обслуживания манометрических
приборов.
Данная инструкция распространяется на манометры устанавливаемые
как на газопроводы, водопроводы горячего и холодного водоснабжения так и
другие трубопроводы.
Установка манометров на трубопровод.
1. Устанавливаемый манометр должен содержать на шкале или стекле информацию, определяющую его назначение.
2. Манометр должен быть монтирован так, чтобы его показания легко считывались с рабочего места.
5. Технический манометр должен подбираться так, чтобы предел измерения
рабочего давления находился во второй трети шкалы. Рекомендуется наносить на циферблат манометров красную черту, которая соответствует допустимому рабочему давлению. Манометры, которые устанавливаются на высоте от 2 до 5 м от уровня наблюдени, должен иметь диаметр не менее 160
мм.
6. Если в сети присутствует пульсирующее давление, то в штуцер манометра необходимо вкрутить предохранительный клапан.
7. После установки манометра необходимо убедиться, что утечка из под
штуцерного соединения отсутствует.
8. На манометре должно стоять не просроченное поверочное клеймо.
46
Снятие манометра с трубопровода.
1. Отключать манометр следует закрытием первичных кранов на
линиях.
2. В том случае если трубопровод должен остаться под давлением, то
необходимо установить заглушку и пустить снова давление.
3. Отсутствие давления в отключенной линии должно проверяться путем
соединения линии с атмосферой. Если на линии не имеется устройств
для продувки, отсутствие давления проверяется отсоединением этой
линии от датчика: накидную гайку, присоединяющую линию к датчику, необходимо осторожно отвернуть гаечным ключом так, чтобы изпод гайки появилась измеряемая среда. Далее необходимо Выждать 30
- 40 секунд и отвернуть гайку на полоборота-оборот и окончательно
снять давление. Гайку следует отворачивать так , чтобы после полного
снятия давления она была завернута на штуцер на три-четыре оборота.
Если при процедуре, давление не падает, то следует вернуть гайку в
исходное положение и принять меры к полному отключению линии.
Все операции необходимо выполнять в рабочих рукавицах.
47
Заключение
В заключение проведенного нами исследования мы можем сделать
следующие основные выводы по теме:
Измерение давления на производстве является очень важным аспектом. Даже небольшое превышение допустимой погрешности может привести
к серьезной аварии или остановке на производстве.
Также важно, чтобы манометры не теряли своих метрологических характеристик под воздействием непредвиденных перегрузок давления в трубопроводе.
Именно эти два вопроса мы рассмотрели в данном исследовании. В
ходе исследования мы рассмотрели четыре выборки технических манометров фирм “Wika”,”Росма”,”Метер” и манометры, произведенные еще в СССР
и использующиеся в производстве и по сей день, МПЗ-У. Для исследования
я поверил все 4 выборки по истечении межповерочного интервала. По результатам поверки было выявлено, что 24,7% манометров “Wika”, 30,6% манометров “Росма”, 35,1% манометров “Метер” и 4,6% манометров МПЗ-У не
прошли поверку. На основе полученных данных, справочных материалов и
информации полученной у фирм-производителей я рассчитал параметры
метрологической надежности. Результаты представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1
Wika
Росма Метер МПЗ-У
Параметры безотказности
Вероятность безотказной работы в указанный период времени
0,753
0,694
0,649
0,954
Интенсивность отказов, 1/год
0,164
0,2205 0,2704 0,0241
Параметры ремонтопригодности
Глубина ремонта
0,8263 1,2581 1,5354 0,5493
Параметры долговечности
Средний срок службы, год
4,32
3
2,76
Из таблицы мы можем сделать следующие выводы:
1) Манометры фирмы “Wika” обладают оптимальными параметрами безотказности и долговечности, но как писалось выше ремонтопригодность данных манометров сводится к нулю из-за того, что корпус не
вскрывается.
2) Из исследования мы рассчитали средний срок службы данных манометров. Так как исследования среднего срока службы на предприятиях-производителях не проводились, данные значения являются новыми и полезными для предприятий использующих данные манометры в
производстве. Средний срок службы мы не смогли рассчитать только
48
для манометров МПЗ-У, так как данные о частоте отказов на момент
изготовления получить уже никак не получится.
3) Хоть и из результатов видно, что манометры МПЗ-У обладают более
высокими показателями надежности, они не могут конкурировать с
другими группами манометров так как данные манометры уже не производятся по технологии СССР, а для исследования отбирались только
МПЗ-У произведенные в СССР. Одноименные манометры МПЗ-У на
современном рынке изготовляются по удешевленной технологии без
добавления хрома в материал. Показатели надежности МПЗ-У, произведенных в России приближены к показателям манометров фирмы
“Росма”.
Из выше сказанного следует, что манометры фирмы “Wika” обладают самыми высокими показателями метрологической надежности на
современном рынке.
Также было проведено исследование влияния перегрузок на манометры этих четырех групп. Из него мы можем сделать следующие выводы:
1) При перегрузке в 18,75% от верхнего предела уже начинает наблюдаться изменение метрологических характеристик манометров данного
типа.
2) Заданные кратковременные перегрузки, хоть и привели к изменению
метрологических характеристик, не привели к метрологическому отказу.
3) Долговременные перегрузки привели к метрологическому отказу
только манометры двух фирм “Росма” и “Метер”. Проведя анализ материалов манометров мы выяснили, что в манометрах этих двух групп
манометров в качестве материала чувствительного элемента используется медный сплав, который обладает более низкими показателями
упругости и низким пределом прочности чем латунь из которой сделаны чувствительные элементы манометров “Wika”.
4) Из данного исследования мы смогли оценить метрологическую стабильность манометров всех 4 групп. Кратковременные перегрузки без
метрологического отказа выдержали все 4 группы, но самые большие
изменения погрешности наблюдаются у манометров ”Метер”. Самыми
стабильными оказались манометры МПЗ-У произведенные в СССР,
но по причинам описанным выше их мы не рассматриваем для массового использования, поэтому манометры фирмы “Wika” обладают самым большим показателем стабильности.
5) Долговременную перегрузку в 18,75% от верхнего предела выдержали
только манометры фирмы “Wika” и МПЗ-У. Метрологический отказ у
49
манометров “Метер” наступил после 30 минут воздействия. У манометров “Росма” отказ случился только на 45 минуте воздействия.
Несмотря на то, что почти по всем параметрам манометры “Wika” превосходят манометры “Росма” и “Метер”, приоритетный выбор не очевиден
из-за всего одного фактора - параметров ремонтопригодности. При метрологическом отказе манометра есть три варианта решения проблемы:
1) Заменить манометр.
2) Отремонтировать манометр.
3) Предотвратить метрологический отказ посредством использования золотникового клапана.
Для выявления оптимального решения с экономической точки зрения я
провел анализ целесообразности использования золотниковых клапанов по
сравнению с заменой или ремонтом манометра. Из анализа мы выяснили,
что так как ремонт для манометров “Wika” невозможен единственным оптимальным вариантом для них является установка защитного клапана. Это
экономически дороже, чем замена на новые манометров “Метер” или “Росма”.
Таким образом несмотря на то, что метрологическая надежность манометров “Wika” выше по сравнению с манометрами других групп, за исключением референтной группы манометров МПЗ-У, выбор не однозначен
так как при выборе манометров для производства имеют значение и другие
показатели. Но данная работа позволит предприятиям сформировать представление по крайней мере по метрологической надежности технических
манометров самых популярных на российском рынке фирм.
50
Библиографический список
Основные книги.
1. Сергееве А.Г. Метрология: Учебник.- М.: Логос, 2005.- 272 c.
2. Мулёв Ю.В. Манометры: Производственно-практическое издание.- М.:
МЭИ, 2003.- 280 c.
3. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших
технических учебных заведений. – 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 c.
4. Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. Материаловедение: Учебник для вузов. Изд.
4-е, перераб. и доп. – СПБ.: ХИМИЗДАТ, 2007. – 784 c.
5. Гонек Н. Ф. Манометры.- М.: Машиностроение, 1979.-176 c
6. Осипович Л. А. Датчики физических величин, манометры.- М.: Машиностроение, 1979.-160 c
7. Справочное издание в 3-х книгах. Измерения в промышленности. Под
ред. П. Профоса, пер. с нем., - М.: Машиностроение, 1979.
8. Граменицкий В. Н. Грузопоршневые измерительные приборы. - М.: Издательство стандартов, 1973.
Стандарты, нормы.
9. ГОСТ 2405-88. Манометры, вакуумметры, мановакуумметры: Общие технические условия.
10.ГОСТ 8.092-73 ГСИ. Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, тягомеры, напоромеры и тягонапоромеры с унифицированными электрическими
(токовыми) выходными сигналами. Методы и средства поверки.
11.ГОСТ 8291-83. Манометры избыточного давления грузопоршневые. Общие технические требования.
12.ГОСТ 8.271-77 ГСИ. Средства измерений давления. Термины и определения.
13.ГОСТ 12.2.052-81. Система стандартов безопасности труда. Оборудование, работающее с газообразным кислородом. Общие требования безопасности
Ссылки на сайты.
14. http://wika.ru
15. http://meter.ru
16. http://rosma.spb.ru
17. http://quality.eup.ru
18. http://www.splav-kharkov.com
19. www.rostest.ru
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66