книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации

аккумуляторных батарей и батареи автоматики. Такой блок имеет необходимую для этого аппаратуру и при­ боры.

Дистанционный пульт управления шестижильным ка­

а также реле выбора режима управления (дистанцион­ ное или автоматическое). Блок вспомогательных уст­ ройств БВУ имеет в своем составе приборы управления

чики, исполнительные механизмы) расположены непо­ средственно на моноблоке дизель-генератор и провода­ ми соединены со щитом автоматического управления. При расчете надежности их также следует учитывать или в составе системы автоматизации, или в составе дизеля.

В 'неблочиой системе автоматизации использованы те же приборы и аппаратура, однако конструктивно они смонтированы в общем щите автоматического управле­ ния. Неблочная система автоматизации может быть представлена расчетной моделью, где каждый условный элемент изображает группу приборов, аппаратов и проводов, обеспечивающих выполнение той или иной технологической операции (пуск, аварийную защиту по каждому контролируемому параметру, включение на­ грузки, остановку и т. д.). Естественно, что на подоб­ ные элементы может быть разделена и система автома­ тизации блочного исполнения. Каждый условный эле­ мент или отдельный блок системы автоматизации мо­ жет быть, в свою очередь, представлен на расчетной модели состоящим из реальных элементов. В зависи­ мости от цели расчета надежности и этапа разработки, степень дробления системы автоматизации на расчетной модели может быть доведена до отдельного контакта реле.

В качестве примера на рис. 62, б показана расчет­ ная модель цепи аварийной защиты дизеля от пониже­ ния уровня воды в системе охлаждения. При срабаты­ вании датчика уровня воды ДУВ сигнал по соедини­ тельным проводам поступает на реле уровня РУВ, кото­

231

рое, в свою очередь, срабатывает и включает реле аварийной защиты РОА. Последнее своим контактом, включает цепь питания соленоида нормального оста­ нова СО, который прекращает подачу топлива в дизель, выключая рейку топливного насоса. Электроагрегат останавливается. В данном случае элементы цепи ава­ рийной защиты включены последовательно. При отказе любого из них произойдет отказ всей цепи аварийной защиты, и электроагрегат может выйти из строя. При необходимости цепь аварийной защиты также может быть изображена на расчетной модели более подробно вплоть до 'отдельного контакта на протяжении; всего пути прохождения-команды: от датчика до исполнитель­ ного элемента.

Подобные расчетные модели могут быть составлены и для всех других цепей системы автоматизации. Знание расчетных моделей системы автоматизации электроаг­ регатов позволяет определять их надежность, пользуясь методами и расчетными формулами, указанными в гл. III. Следует указать, что для выполнения таких рас­ четов необходимо также знать характеристики надеж­ ности всех элементов, входящих в состав системы авто­ матизации и влияющих на ее надежность. И чем точнее определены эти характеристики, тем выше будут ре­ зультаты расчета надежности электроагрегатов.

§ 25. ХАРАКТЕР РАСЧЕТОВ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ

АВТОМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ

ИХ РАЗРАБОТКИ

Предварительные замечания. Инженерные расчеты надежности электроагрегатов и составляющих их узлов и систем следует применять при разработке новых ти­ пов электроагрегатов и их узлов, причем, в зависимости от этапа разработки, нужно использовать тот или иной метод расчета. Расчету на надежность должен предше­ ствовать выбор элементов с точки зрения удовлетворе­ ния ими всех основных условий работы в составе элек­ троагрегатов. Если электроагрегат или отдельный его узел спроектирован так, что какое-либо из этих основ­ ных требований не удовлетворяется, то нет смысла и рассчитывать на надежность. В этом случае необходимо внести в состав и конструктивное исполнение узлов или

232

электроагрегата в целом изменения, которые бы низво­ дили обеспечить требуемые характеристики, и только после этого приступить к расчету надежности.

Анализ создания новых источников электропитания в специализированных конструкторских бюро и некото­ рых научно-исследовательских институтах промышлен­ ности показывает, что при разработке электроагрегатов и их систем автоматизации целесообразно проводить приближенный и окончательный расчеты на надежность.

Это также подтверждает опыт, имеющийся в других отраслях техники (например, в радиоэлектронике), где инженерные методы расчета уже нашли значительное распространение. В радиоэлектронике находит приме­

нение еще и так называемый прикидочный метод рас­ чета. Однако ом в основном применим лишь к таким устройствам, в которых имеется небольшая номенкла­ тура входящих в них элементов. Этот вид расчета мож­ но применять на начальной стадии разработки изделия (например, при согласовании требований по надеж­ ности, заложенных в техническом задании).

Рассмотрим кратко методику расчета систем автома­ тизации электроагрегатов по каждому из рекомендуе­ мых методов.

Приближенный расчет надежности. При таком ме­ тоде расчета надежности систем автоматизации электроагрегатов и их основных узлов учитывают за­ висимость надежности от количества и типов используе­ мых в них элементов. При этом принимают следующие допущения:

все элементы работают в номинальном режиме, пре­ дусмотренном техническими условиями;

интенсивность отказов всех типов элементов не зави­ сит от времени, т. е. Л0ДО =Л03= const;

все элементы работают одновременно; элементы данного типа равнонадежны.

Для приближенного расчета надежности системы ав­ томатизации электроагрегата необходимо знать типы применяемых в ней элементов, количество элементов каждого типа, величину интенсивности отказов l 0j эле­ ментов, а также способы их соединения в 1электроагрегате (расчетную модель). Расчет надежности следует про­ водить последовательно, начиная от простых и переходя к более сложным узлам ii блокам.

233

Расчет целесообразно оформлять в виде таблицы, где для каждого типа элементов указывать минималь­ ные и максимальные значения интенсивностей отказов, а также количество элементов каждого типа. При отсут­ ствии таких данных пользуются ‘средними значениями интенсивностей отказов. Затем определяют суммарную величину интенсивностей отказов узлов, блоков to систе­

мальных и минимальных значений вероятности безот­ казной работы Р0 от времени t Полученные значения сравнивают с заданными в технических требованиях или техническом задании величинами надежности и делают вывод. Если расчетная надежность оказалась ниже за­ данной, то ее повышают подбором более надежных эле­ ментов, применением их резервирования, 'созданием бо­ лее облегченных режимов работы элементов или други­ ми возможными способами. В 'гл. IV уже отмечалось, что при обеспечении надежности электроагрегатов в хо­ де проектирования никогда нельзя ограничиться лишь одной какой-либо мерой повышения надежности. Наи­ более ощутимый 1результат получается при комбиниро­ ванном применении этих методов. После проведения по­ добных мероприятий вновь рассчитывают надежность узла или системы в целом. И если результат удовлетво­ рительный, т. 'е. полученная величина надежности 'равна или выше заданной, то предварительный расчет Ьадежности на этом заканчивают. В противном случае вновь изыскивают пути повышения надежности, и расчет по­ вторяют !до получения .удовлетворительных результатов.

Приближенный расчет надежности электроагрегатов целесообразно проводить на 'этапе эскизно-технического проектирования, когда определяют состав электроагре­ гата и выбирают основные 'его элементы, а также ‘прово­ дят конструктивно-компоновочную проработку электро­ агрегата и обеспечивает выполнение требований по ос­ новным техническим параметрам. Этот вид расчета по­ зволяет провести сравнительную 'оценку надежности раз­ рабатываемых вариантов 'электроагрегатов 'или его от­ дельных узлов и выбрать наиболее оптимальный. Одна­ ко следует помнить, что приближенный расчет не обеспе­

234

чивает достаточной точности, так как не .учитывает дей­ ствительные режимы работы и величину нагрузки эле­ ментов электроагрегатов.

В качестве примера 'сделаем приближенный рас­ чет надежности щитов Автоматического управления элек­ троагрегатов АСДА, выполненных по второй степени ав­ томатизации. Как известно, указанный щит автоматиче­ ского управления ЩАУ2 состоит из трех блоков: блока автоматизации JBA2, зарядного блока Б32 и пульта ди­ станционного управления ДПУ. В соответствии с прин­ ципиальной электрической схемой системы автоматиза­ ции и анализом технологических функций, выполняемых ею, определим те элементы .ЩАУ2, которые влияют на надежность работы электроагрегата. Кроме того, отме­ тим, что все элементы в ЩАУ2 с точки зрения надеж­ ности соединены последовательно. Будем 'рассчитывать надежность ЩАУ2 поблочно. Среднее значение интен­ сивностей отказов Xoj элементов определим по справоч­ ным данным и частично экспериментально. Результаты приближенного расчета надежности блока автоматиза­ ции БА2 представлены в табл. 27.

Аналогичным методом выполнен приближенный рас­ чет надежности зарядного блока Б32 и пульта дистан­ ционного управления ДПУ. Вероятность безотказной работы блоков Б32 и ДПУ составляет соответственно:

Яобз-2 (1) = e~m o)w! е-ыг.г.ю-* в 0,999;

Родпу (1) = e -‘*xojwi = е- ы ,81-ю-5 = 0,999;

235

при t — 150 ч:

Робз-2(150) ««Н50.12.2.1О-* = 0,982;

Р одпу (150) = 6 -1 5 0 .1 .8 1 10 -6 = 0,997.

Кроме указанных блоков, система • автоматизации электроагрегатов имеет ,еще 'элементы, размещенные не­ посредственно на (моноблоке дизель — генератор: четыре датчика температур КР и датчик давления, реле скоро­ сти вращений РЦ-3, реле уровня воды РУС-3, два соле­ ноида остановки дизеля РС-41.

т

Выполним приближенный расчет надежности Исходя из того, что с точки зрения надежности элементы со­ единены последовательно. Величину интенсивностей их отказов будем приближенно считать: для датчиков — равной интенсивности отказов реле КМ-25 и МКУ-48С, для проводов и паек — соответствующей данным, при­ меняемым в радиоэлектронике 1,5 • 1(Н ч~\ для солено­ идов РС-41— 1,5-10-5 ч_ |. Для соленоидов эта величина была предварительно определена по эксперименталь­ ным данным. Тогда суммарная интенсивность отказов датчиков и реле РС-41 составит

liKjWj = 12,1-10-5 «И.

Суммарная интенсивность отказов проводов и паек всей системы автоматизации (ориентировочно 200 про­ водов и 400 паек) составит

IfrojW =200-1,5-10-8+ 400-1 - 10-е = з .ю -б +

+ 4 -10~6 = 7-10-6 ч~{.

Вероятность безотказной работы датчиков и реле РС-41, расположенных на моноблоке дизель-генератор, с учетом интенсивностей отказов проводов и паек со­ ставит:

при t = 1 ч

Po{\)=e~m oFi = e-i 1м - ю -5= о,999;

при t= 150 ч

Вероятность безотказной работы Рол всей системы автоматизации электроагрегатов будет равна произведе­

нию вероятностей всех блоков, входящих в ее состав: при t= 1 ч

Роа(1) = Роба-2 (1)-Робз-2 (1)-Родпу (1) *Ро (1) —0,999 X

X 0,999-0,999-0,999 = 0,995;

при /= 150 ч

Рол(150) = Роба-2 (150)-Робз-2 (150)-Родпу (150) X

Х Ро (150) = 0,963-0,982-0,997-0,98 = 0,921.

237

Отметим, ;что при наличии более точных показателей надежности элементов системы автоматизации и учета нижних и верхних пределов интенсивностей отказов каждого элемента можно получить нижние и верхние расчетные значения характеристик надежности системы автоматизации для наиболее удобного и полного срав­ нения с эксплуатационными данными. Естественно, что при разработке новых электроагрегатов и их систем ав­ томатизации подобное сравнение может быть проведено лишь по результатам эксплуатации .серийных электро­ агрегатов, которые к этому времени уже .частично уста­ ревают. Поэтому основным мерилом при разработке новых электроагрегатов и их систем автоматизации яв­ ляются требования по надежности, приведенные в техни­ ческом задании. Следует стремиться к тому, чтобы ниж­ няя расчетная граница вероятности безотказной работы электроагрегата при заданной доверительной вероятно­ сти ja совпадала или была выше требуемого значения надежности.

Приближенный расчет надежности может быть вы­ полнен подобным образом и для других комплектующих изделий и узлов, входящих в состав электроагрегата. Однако !в некоторых узлах, кроме внезапных отказов, подчиняющихся экспоненциальному закону распределе­ ния, возникают и изиосные отказы, особенно при дли­ тельной эксплуатации электроагрегатов. Эти особенно­ сти следует учитывать при выполнении расчетов надеж­ ности таких узлов.

Расчетные таблицы и номограммы. При практиче­ ском выполнении расчетов надежности узлов, комплек­ тующих изделий и систем автоматизации электроагрега­ тов получаются довольно громоздкие вычисления. Чем сложнее .изделия и чем ,больше элементов входит в их состав, тем .более громоздким будет расчет надежности. С целью облегчения этих расчетов пользуются таблица­ ми, составленными заранее для предполагаемого закона распределения отказов.

Однако и дри табличном ^методе не удается полно­ стью избежать математических расчетов, так как для определения вероятности безотказной работы электро­ агрегата по вероятностям безотказной работы входящих в него узлов .требуется перемножение этих вероятностей. А для определения средней наработки на отказ при воз-

239

Действии как внезапных, так И постепенных отказов не­ обходимо опять-таки пользоваться расчетными формула-

расчета необходимо «дробить» электроагрегат или си­ стему на относительно мелкие узлы, в которых содер­ жатся элементы, имеющие практически одинаковые ин­ тенсивности отказов A,0j, средние сроки службы T0j и их квадратические отклонения <j0j- В противном случае нельзя пользоваться расчетными таблицами, что опять приводит к необходимости выполнения расчетов.

Следует также иметь в виду, что для удовлетворения широкой номенклатуры узлов, входящих в состав элек­ троагрегата, требуется довольно большое количество подобных таблиц на весь диапазон параметров (Я0д Toj, a0j, W, t и т. д.), ,от которых зависит надежность изде­ лий. Это также не позволяет широко применять на прак­ тике подобные методы расчета надежности.

Табличные методы расчета можно, естественно, при­ менять и для определения других характеристик надеж­ ности, в частности, параметров ремонтопригодности. Все сказанное выше остается в силе и в этом случае.

Для полного устранения математических вычислений на стадии проведения приближенных и прикидочных расчетов надежности узлов и электроагрегата в целом целесообразно пользоваться номограммами. На рис. 63 представлена номограмма, построенная по формуле экс­

нижняя горизонтальная — шкала сложности электро­ агрегата, выражаемая количеством элементов W, непо­ средственно влияющих на надежность-

диагональ, проведенная из левого нижнего в правый верхний угол номограммы, — шкала интенсивностей от­ казов К0) элементов в ч-1.

240