Библиографическое описание:

Ташматов Х. К. Оценки надёжности контрольно-измерительных приборов Таваксайской ГЭС // Молодой ученый. — 2016. — №2. — С. 241-243.

 

В статье рассматриваются основные аспекты вероятности безотказной работы при эксплуатации узлов контрольно-измерительных приборов (КИП) гидроэнергетических станций. Показана взаимосвязь механической и метрологической надежности, которая тесно связана со способом нормирования и законом распределения погрешностей.

Ключевые слова:гидротехника, вероятность безотказной работы, датчики и преобразователи, механическая надежность,метрологическая надежность КИП.

 

Автоматизация и контроль в таких важных отраслях народного хозяйства Республики Узбекистан, как гидромелиорация, гидротехника, гидроэлектрические станции, системы водного хозяйства и водоресурсосбережение требуют применения современных, высоконадёжных датчиков и преобразователей, что позволит сэкономить большое количество оросительной воды, улучшить условия труда, повысить безопасность гидротехнических сооружений, рационально использовать водные, энергетические и материальные ресурсы.

Вероятность безотказной работы Р (t) есть вероятность того, что при эксплуатации узлов контрольно-измерительных приборов (КИП) гидроэнергетических станций (ГЭС), за определенный заданный промежуток времени не произойдет ни одного отказа. Функция Р (t) является убывающей функцией. При t = 0 Р (0) = 1, а при t = ∞ Р (∞) = 0. Таким образом, Р(t) изменяется в пределах 0 ≤ P ≤ 1.

Вероятность безотказной работы определяется по приближенной формуле [1]:

где N0 — число узлов КИП в ГЭС на начало эксплуатации; ni — число объектов, вышедших из строя; t — интервал времени, в который вышли из строя объекты; t -время, для которого определяется вероятность безотказной работы.

Противоположностью вероятности безотказной работы является вероятность отказов:

По заданному Р(t)зад определяется технический ресурс. При практических расчетах вероятность безотказной работы определяется по формуле:

где n(t) — число объектов (узлов), отказавших в течение времени t. Точные формулы вероятности безотказной работы, имеют вид:

        для нормального распределения

;

        для экспоненциального распределения

;

        для распределения Вейбулла

,

где σ — среднее квадратичное отклонение; Тср — среднее время (математическое ожидание) наработки на отказ; λ — интенсивность отказов; k коэффициент асимметрии распределения.

Интенсивность отказов определяется отношением

,

числа отказавших узлов n(t) за единицу времени в интервале t от t — ∆t/2 до t + ∆t/2 к среднему числу изделий продолжающих исправно работать.

,

здесь Ni-1и Ni — число исправно работающих объектов в конце и в начале интервала времени ti. Обычно зависимость имеет три характерных участка кривой: — приработочный (до двух лет нормальной эксплуатации); — резкого износа; — старения узлов объекта.

Характер кривой интенсивности отказов зависит от эксплуатационных режимов работы объектов. Интенсивность отказов объекта выражена в виде зависимости:

,

где λн интенсивность отказов для оптимальной (расчетной) нагрузки; а1 -коэффициент, учитывающий среднюю степень нагрузки объекта; зависит от отношения Кнсредней допустимой нагрузки объекта Рср за рассматриваемый период к оптимальной; а2 коэффициент, учитывающий частоту переходных режимов (цикл/ч) за рассматриваемый период эксплуатации узла КИП в ГЭС; а3 коэффициент, учитывающий уровень v загрузки узлов КИП в ГЭС при установившихся режимах.

Точные формулы для интенсивности отказов имеют вид:

        для нормального распределения

;

        для экспоненциального распределения

;

        для распределения Вейбулла

,

где

функция Гаусса или интеграл вероятностей определяется по z. Средняя наработка на отказ — среднее арифметическое время безотказной работы узла между соседними отказами:

где ti — время безотказной работы между i- 1 и i отказами; n — число отказов за время эксплуатации.

Средняя наработка на отказ характеризует повторяемость отказов i узлов КИП в ГЭС при условии, что объект восстанавливается (ремонтируется). Поэтому первоначальное число узлов объекта остается постоянным.

Среднее время безотказной работы

где N0 число узлов объекта до первого отказа для заданной партии. Точная формула времени безотказной работы объектов, и имеет вид:

        для нормального распределения

;

        для экспоненциального распределения

;

        для распределения Вейбулла

,

где Г — гамма-функция.

Дисперсия случайной величины выражается:

.

Следовательно, при экспоненциальном законе распределения среднее квадратичное отклонение σ совпадает со средним временем безотказной работы.

Частота отказов представляет собой:

т. е. отношение числа nотказавших узлов объекта в интервале времени t от до к первоначальному числу эксплуатирующихся узлов объекта N0 при условии, что отказавшие узлы не заменяются и не восстанавливаются. Частота отказов характеризует надежность насосов до их первого отказа.

Точные формулы частоты отказов узлов КИП в ГЭС, имеют вид:

        для нормального распределения ;

        для экспоненциального распределения ;

        для распределения Вейбулла

При суперпозиции нескольких законов распределения значения показателей надежности узлов КИП в ГЭС определяются по формулам:

          вероятность безотказной работы ;

          частота отказов ;

          интенсивность отказов;

          среднее время безотказной работы ,

где .

При расчетах вероятности безотказной работы при последовательном соединении элементов, узлов КИП в ГЭС теория надежности предусматривает применение теоремы умножения вероятностей. В этом случае отказ любого из элементов вызывает отказ всей системы объекта.

При расчетах вероятности безотказной работы узлов КИП в ГЭС необходимо также учитывать, что имеется и параллельное соединение узлов, при котором отказ одного из элементов не приводит к отказу остальных элементов. Так, обозначив вероятность безотказной работы каждого узла КИП в ГЭС через РГЭС, а вероятность появления отказов через QГЭС(t), будем иметь:

; .

Очевидно, ГЭС в целом откажет в работе в том случае, если откажут все узлы, объекты КИП. Так как, вероятности безотказной работы узлов КИП являются несовместимыми событиями, то можно записать при равнонадежности объектов QГЭС = Qn, откуда:

Надежность КИП, целесообразно рассматривать в двух аспектах: механическом и метрологическом.

Механическая надежность определяется вероятностью неразрушения конструкции элементов всего преобразователя в течение заданного времени. А метрологическая надежность определяется вероятностью непревышения реальными погрешностями нормированных значений в течение заданного времени.

Расчет механической надежности ТРВ на стадии проектирования выполняется на основе структурно-функциональной схемы преобразователя. Исходными данными для расчета служат:

        перечень элементов, из которых состоит преобразователь;

        режимы работы элементов;

        показатели надежности элементов.

Расчетные формулы для определения механической надежности хорошо известны и известны также (в основном) сведения о показателях надежности элементов преобразователей.

Характеристику механической надежности можно принять при проектировании КИП за основу, если внезапные отказы преобладают в общем количестве отказов. Однако, при эксплуатации КИП существенное значение имеют постепенные отказы и поэтому важную роль играет метрологическая надежность КИП, которое тесно связана со способом нормирования и законом распределения погрешностей, КИП как правило, работают в условиях воздействия большого числа влияющих факторов и закон распределения результирующей среднеквадратической погрешности можно считать нормальным. Согласно для заданного допустимого значения погрешности γдоп считая закон распределения реальной погрешности нормальным, можно найти вероятность непревышения погрешностями заданного значения [2]

Рн = Фл (γдоп /),

где, Фл — функция Лапласа.

Кроме рассмотренных составляющих надежности КИП Рмех и Рмет, можно ввести составляющую Рд, определяющую вероятность отсутствия внезапных отказов различных дополнительных элементов (соединительных контактов, пайки, провода и т. п.), тогда общая надежность ТРВ (при независимости этих составляющих) будет

Р∑ = Рмех · Рмет· Рд.

Оценка Р∑ дает следующее значение

Р∑ = 0,97.

Таким образом, приведенные данные свидетельствует о высокой надежности КИП, которая достаточна для работы в условиях гидроэнергетических систем.

Следовательно, параллельная и точная работа объектов КИП повышает надежность эксплуатации Таваксайской ГЭС в целом.

 

Литература:

 

  1. Мирцхулава Ц. Е. Надёжность гидромелиоративных сооружений. — М.: Колос, 1974. — 277 с.
  2. Ташматов Х. К. Расчет надежности теплового расходомера воды. Сборник материалов РНПК. Карши. КарГУ,2008.С.24–25.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle