книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации

Как видно из рис. 57, экспериментальные Р* и рас­

четные Р сН и Ров значения вероятностей безотказной работы электроагрегатов АД-75 и АД-20 хорошо согла­ суются, что подтверждает еще раз правильность опре­ деления закона распределения времени безотказной ра­ боты. Кроме того, по этим графикам удобно определять нижнюю и верхнюю доверительные границы вероятно­ сти безотказной работы за любое время работы элект­ роагрегатов. При этом всегда следует иметь в виду, что значения вероятностных характеристик безотказной ра­

и назначения питаемых от электроагрегатов потребите­ лей и от технических возможностей электроагрегатов. Как известно, неавтоматизированные дизель-электриче- ские агрегаты в соответствии с техническими условиями

должны быть остановлены для осмотра и, если необхо­ димо, проведения технического обслуживания.

При определении значения вероятности безотказной работы по графикам рис. 57 следует иметь в виду, что время t при экспоненциальном законе распределения отказов не измеряет текущего времени или общей сум­ марной наработки электроагрегата с начала эксплуа­ тации, а представляет собой часы произвольно вы­ бранного периода работы (время выполнения задания), причем /= 0 означает начало выполнения этого задания. Величина Р\*}0 = 1 означает, что электроагрегат нахо­

дится в работоспособном состоянии к началу выполне­ ния задания. Необходимо помнить, что таким свойством обладает только экспоненциальный закон распреде­

ления.

Для определения среднего времени ремонта электро­ агрегатов АД-20 и его доверительных пределов с раз­ личной достоверностью а воспользуемся эксплуатацион­ ными данными и следующей формулой:

191

Доверительные пределы среднего времени ремонта для различной вероятности а определяем по формулам (50) и (51) и получаем следующие результаты:

Для удобства определения доверительных пределов среднего времени ремонта по этим данным на рис. 58 построен график, позволяющий определять дове­ рительные пределы Трем практически с любой досто­ верностью а. Как следует из этого графика, для сред­

него времени ремонта прак­ тически сохраняются те же закономерности изменения в

сят от большого количества факторов и являются слу­ чайными величинами. Поэтому теория вероятностей и математическая статистика являются основным матема­ тическим аппаратом для исследования надежности электроагрегатов и их элементов на всех этапах — про­ ектирования, изготовления и эксплуатации.

Вероятностные характеристики надежности наиболее полно и всесторонне характеризуют надежность элект­ роагрегатов и их элементов, а поэтому являются основ­ ными. Однако для их определения необходимо знать

192

законы и параметры распределения -времени безотказ­ ной работы и времени ремонта.

Теоретический выбор законов распределения времени безотказной работы и времени ремонта электроагрега­ тов с учетом характера потока отказов может быть сде­ лан лишь предварительно. Для более точного опреде­ ления законов распределения случайных величин, харак­ теризующих надежность электроагрегатов, необходим достаточно большой объем экспериментальных данных.

Время работы электроагрегатов между отказами в период гарантийного срока их службы с достаточной для практики точностью может быть выражено экспо­ ненциальным законом распределения. Время ремонта (трудозатраты при отыскании и устранении отказов электроагрегатов) хорошо выражает закон гамма-рас­ пределения. При длительной эксплуатации электроагре­ гатов вероятность их безотказной работы может быть выражена композицией двух законов: экспоненциаль­ ного и усеченного нормального.

Количественные характеристики надежности, опреде­

практически оценивать электроагрегаты по их надеж­ ности. Это позволяет правильно выбрать источник электропитания и определить надежность электроснаб­ жения любого потребителя, получающего питание от данного электроагрегата.

Статистические данные результатов эксплуатации электроагрегатов на реальных объектах позволяют опре­ делить не только количественные характеристики на­ дежности электроагрегатов, но и исследовать ряд других важных вопросов, а именно: выявить основные причины отказов и установить их характер; определить надеж­ ность основных комплектующих изделий, входящих в со­ став электроагрегатов; наметить пути повышения на­ дежности серийных и разрабатываемых электроагрегатов.

В связи с изменением характеристик надежности электроагрегатов во времени необходимо периодически проводить сбор и обработку данных по результатам их эксплуатации. Это позволит своевременно и эффектив­ но разрабатывать и внедрять мероприятия, направлен­ ные на повышение надежности электроагрегатов и ком­ плектующих их изделий, узлов и деталей.

7 В, А- Андрейкой и др.

Глава IV

ЗНАЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ И ИХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, УПРАВЛЕНИЯ, КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ

§18. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ТИПОВ

ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ

В соответствии с методикой, изложенной в гл. III, по результатам длительной эксплуатации были опреде­ лены значения средней наработки на отказ всех типов электроагрегатов серии АД за гарантийный срок их службы. Установлено, что в этих типах электроагрега­ тов в течение гарантийного срока службы возникает значительное количество внезапных отказов, которые снижают величину их надежности. Электроагрегат АД-20 имеет самую низкую надежность из электроагрегатов этой серин. Величина его наработки на отказ при дове­ рительной вероятности а =0,9 находится в пределах 236—326 ч.

Электроагрегаты мощностью 5 и' 10 кет имеют не­ сколько большую величину средней наработки на отказ, которая превышает в 1,2—1,5 раза значение средней наработки на отказ электроагрегатов АД-20. Электроаг­ регаты АД-30 и АД-50 имеют относительно высокую надежность, практически равную надежности электро­ агрегатов АД-75. Эти. типы электроагрегатов являются наиболее надежными и величина их средней наработки на один отказ составляет не менее 500 ч.

Теперь кратко рассмотрим количественное значение ремонтопригодности электроагрегатов серии АД. В табл. 12 представлены величины среднего времени ремонта электроагрегатов и доверительные пределы это-

194

го времени, определенные с достоверностью а, равной 0,9 и 0,95.

электроагрегаты АД-20. Это объясняется в основном тем, что они имеют в своем составе дизель Д-40А с пу­ сковым бензиновым двигателем ПД-10. Пусковой двига­ тель с муфтой, передающей вращение дизелю, с одной стороны, усложняет конструкцию электроагрегата и яв­ ляется причиной ряда отказов, а с другой стороны, силь­ но затрудняет доступ к отдельным элементам электроагрегата для их осмотра, регулировки и замены при ремонте. Поэтому время на отыскание и устранение отказов в АД-20 больше, чем в других типах электро­ агрегатов. Значительное время на отыскание и устра­ нение отказов затрачивается и в электроагрегатах АД-30. В конструкциях других типов доступ к отдель­ ным элементам для их осмотра и замены несколько лучше, а поэтому среднее время их ремонта значительно меньше и практически равно 10 чел.-час.

Кроме электроагрегатов унифицированной серии, в народном хозяйстве находят широкое применение н электроагрегаты ДЭС и ЖЭС. Эти электроагрегаты ме­ нее сложны в конструктивном отношении, имеют в своем составе дизели и генераторы относительно ранних выпу­ сков и вырабатывают электроэнергию более низкого качества по сравнению с электроагрегатами АД. Как показывает предварительная обработка некоторых ста-

7* 195

тнстическнх данных результатов работы этих типов элекгпоагрегатов, величина их средней наработки на отказ на 15—20% меньше, чем соответствующих по мощности электроагрегатов АД.

В начале 60-х годов были разработаны стационарные дизель-электрические агрегаты АСД мощностью 5, 12, 20 и 50 кет, где в качестве первичных двигателей при­ менены дизели 24-8,5/11, 44-8,5/11, 44-10,5/13 н 64-12/14 и синхронные самовозбуждающиеся генераторы ЕСС. Электроагрегаты АСД предназначены для элект­

Так, точность регулирования напряжения в этих элект­ роагрегатах составляет -±2% среднерегулируемого, а нестабильность .напряжения и частоты тока ±1% . Электроагрегаты поставляют комплектно отдельными блоками (моноблок дизель-генератор, узел охлаждения и щит управления), а затем монтируют на объекте в

единую электротехническую установку.

Таблица 13

Ввиду небольшого срока производства этихтипов электроагрегатов в настоящее время отсутствуют дан­ ные о результатах их эксплуатации на реальных объек­ тах. В табл. 13 представлены расчетные данные надеж­ ности электроагрегатов АСД, определенные по резуль­ татам эксплуатации опытных образцов и установочной партии серийного производства.

196

Наработки на отказ электроагрегатов серии АСД и АД, как видно из табл. 12 и 13, практически равны, а трудоемкость выполнения-ремонтов у электроагрегатов АСД несколько ниже, чем у АД. При этом наблюдается, что с увеличением мощности электроагрегатов АСД тру­ доемкость их ремонтов увеличивается.

Вслед за электроагрегатами АСД были разработаны стационарные автоматизированные дизель-электриче- ские агрегаты АСДА мощностью 5, 12, 20 и 50 кет, се­ рийный выпуск которых начат с 1965 г. Электроагре­ гаты АСДА разработаны в соответствии с требованиями ГОСТа 10032—62 и имеют систему автоматизации, вы­ полненную на электромагнитных реле и электромехани­ ческих датчиках. Конструкция и примененные комплек­ тующие узлы и материалы обеспечивают нормальную работу электроагрегатов при температуре окружающего воздуха от + 8 до +50° С и относительной влажности (при+20° С) до 98%.

Система автоматизации электроагрегатов АСДА вы­ полняет ряд важных функций по их управлению'и конт­ ролю, в результате чего автоматизированные электро­ агрегаты имеют технико-эксплуатационные преимуще­ ства по сравнению с неавтоматизироваными. В настоящее время отсутствуют статистические данные о результатах длительной эксплуатации автоматизированных электро­ агрегатов. Поэтому в табл. 14 приведены результаты определения надежности опытных образцов электроагрегатов АСДА с пересчетом на серийное производство (без учета тех отказов, причины возникновения которых были устранены в ходе подготовки серийного производ­ ства). Как видим, надежность автоматизированных электроагрегатов находится практически на уровне на­ дежности неавтоматизированных электроагрегатог» серий АД и АСД. Это объясняется тем, что несмотря на более высокую сложность, автоматизированные электро­ агрегаты создают наиболее оптимальные режимы для работы как электроагрегата в целом, так и отдельных его узлов.

Для сравнения были собраны и обработаны эксплуа­ тационные данные электроагрегатов ДГА-24, которые с 1958 г. работают на объектах Министерства связи в качестве резервных источников электропитания радио­ релейных линий. Были исследованы результаты экс-

197

плуатации десяти образцов ДГА-24, которые в общей сложности отработали 9630 ч, имея 20 зафиксированных

191 чел.-час. Следовательно, среднее время одного ремонта составило 9,6 чел.-час.

Сравнивая показатели надежности автоматизирован­ ных электроагрегатов ДГА-24 с равными по мощности электроагрегатамн АСДА-20, нетрудно увидеть, что АСДА-20 имеют несколько лучшие значения основных критериев надежности. Приведенные количественные характеристики надежности электроагрегатов не охва­ тывают все типы существующих источников электро­ питания и дают лишь некоторые представления о зна­ чениях этих характеристик. Следует также помнить, что

Изменение надежности электроагрегатов во времени происходит под влиянием многочисленных факторов, основные из которых следующие: изменение уровня про­ изводства электроагрегатов и их изделий и узлов; изме­ нение условий эксплуатации и качества технического

198

тацин и т. л. Поэтому определением характеристик на­ дежности электроагрегатов и их основных узлов и дета­ лей необходимо заниматься систематически, а не от случая к случаю. Все это позволит контролировать уро­ вень производства и эксплуатации электроагрегатов, своевременно выявлять и эффективно устранять имею­ щиеся в них недостатки и принимать конкретные меры по повышению надежности электроагрегатов.

Эти задачи, по нашему мнению, должны выполнять

впервую очередь заводы-изготовители электроагрегатов

иих комплектующих изделий с участием отраслевых научно-исследовательских институтов. Только при этих условиях можно по-настоящему решать вопросы повы­ шения надежности электроагрегатов.

§19. НАДЕЖНОСТЬ ОСНОВНЫХ КОМПЛЕКТУЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ

ИУЗЛОВ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ

Дли определения надежности основных комплектую­ щих изделий и узлов электроагрегатов можно пользо­ ваться методом их сравнительной оценки или опреде­ лять действительные значения параметров надежности каждого. В качестве сравнительной оценки надежности

199

основных комплектующих изделий и узлов электроагре­ гатов воспользуемся величиной коэффициента отказов, происшедших по причине ненадежной работы данного узла, к общему количеству отказов всего электроагре­ гата. Как показала практика эксплуатации электро­ агрегатов, в течение гарантийного срока службы отказы распределяют между основными комплектующими изде­ лиями и узлами в соотношении, данном в табл. 15.

Величины коэффициента отказов Ко основных ком­ плектующих изделий дизель-электрических агрегатов мощностью до 100 кет, определен­ ные по данным табл. 15, приведе­ ны на рис. 59, где даны нижние (штриховые линии) и верхние (сплошные линии) пределы измене­ ния коэффициента отказов, выра­ женного в процентах, для дизеля, генератора, щита управления. Для

Рис. 59. Значения коэффициента отказов основных комплектующих изделий дизельэлектрических агрегатов мощностью до 100 кет:

Д — д и зе л ь ; Г — г е н е р а т о р ; Щ — щ и т у п р а в л е н и я ; М — с о е д и н и т е л ь н а я м у ф т а ; Р — р а м а э л е к т р о - а г р е г а т а

соединительной муфты и рамы электроагрегата показа­ на средняя величина коэффициента отказов, обозначен­ ная сплошной горизонтальной линией.

Как видим, большинство отказов (75—87%) в этих электроагрегатах происходит по причине ненадежной работы дизеля. Электрические генераторы и щиты управления являются практически одинаковыми с точки зрения надежности работы и на их долю приходится 4—18% отказов. Соединительные муфты и рамы электроагрегатов имеют относительно низкий коэффи­ циент отказов — 2—4%.

Таким образом, подобная сравнительная оценка ос­ новных комплектующих изделий н узлов электроагрега­ тов мощностью до 100 кет дает цаглядцое представле-

200