Общие положения. Среди ряда показателей качества электрической машины надежность — основной

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Среди ряда показателей качества электрической машины надежность — основной. Если надежность задана, то расчет должен ее подтвердить. Чтобы спроектировать электрическую машину с экономически оптимальными показателями надежности, необходимо расчет провести для ряда вариантов. Оптимальные значения показателей надежности должны быть получены в результате технико-экономических расчетов. Для расчета надежности электрических машин необходимо прежде всего ознакомиться с некоторыми основными понятиями, терминами и определениями из области надежности, соответствующими ГОСТ 27.002—89.

Надежность электрической машины — свойство машины выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования,

технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения машины и условий ее эксплуатации может включать в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость в отдельности или определенном сочетание этих свойств как для машины, так и для ее узлов.

Безотказность — свойство машины непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Долговечность — свойство машины сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность — свойство машины, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения ее отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемость — свойство машины непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Состояние электрической машины характеризуется следующими понятиями.

Исправное состояние (исправность) — состояние машины, соответствующее всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией, даже таким второстепенным, как качество окраски.

Неисправное состояние (неисправность) — состояние машины, противоположное исправному.

Работоспособное состояние (работоспособность) — состояние машины, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Неработоспособное состояние (неработоспособность) — состояние машины, противоположное работоспособному.

Предельное состояние — такое состояние машины, при котором дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности, или неустранимого ухода заданных параметров за установленные пределы, или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой, или нецелесообразности проведения среднего или капитального ремонта. Признаки (критерии) предельного состояния устанавливаются нормативно-технической документацией на данную машину.

Рассмотрим два события: повреждение и отказ.

Повреждением называется событие, заключающееся в нарушении исправности машины или ее узлов вследствие влияния внешних воздействий, превышающих уровни, установленные нормативно -технической документацией на машину. Повреждение может быть существенным и являться причиной нарушения работоспособности и несущественным, при котором работоспособность машины сохраняется.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности машины. Отказы могут быть внезапные и постепенные, независимые и зависимые, перемежающиеся, конструктивные, производственные и эксплуатационные.

Электрические машины могут быть восстанавливаемые и невосстанавливаемые, ремонтируемые и неремонтируемые.

Почти любая электрическая машина может быть отремонтирована. Однако это не означает, что к любой машине можно применить термин

«восстанавливаемая». Причина в том, что восстановление электрической машины должно быть экономически оправдано. Если стоимость ремонта превышает стоимость изготовления новой машины на специализированном электромашиностроительном заводе, то такую, машину считают «невосстанавливаемой» низковольтные асинхронные двигатели небольшой мощности считаются «невосстанавливаемыми». Подавляющее большинство отказов этих двигателей составляют отказы обмоток. Поэтому ремонт двигателей требует полной замены обмотки, но в условиях эксплуатации перемотка двигателей стоит дороже изготовления нового.

Наработкой называется продолжительность или объем работы машины. Обычно наработка электрической машины выражается в единицах времени, но может выражаться и в других единицах; например для генератора — в киловатт • часах вырабатываемой электроэнергии.

Технический ресурс (ресурс) — наработка машины от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего или капитального ремонта до наступления предельного износа.

Срок службы — календарная продолжительность эксплуатация машины или ее узлов от начала или ее возобновления после среднего или капитального ремонта до наступления предельного состояния.

Срок сохраняемости — календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования машины в заданных условиях, в течение или после которой сохраняются значения заданных показателей в установленных пределах.

Показатель надежности — количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность машины. Эти показатели могут быть единичными или комплексными. Единичный показатель надежности относится к одному из свойств, составляющих надежность машины, а комплексный — к нескольким свойствам.

Рассмотрим единичные показатели надежности. Безотказность характеризуется следующими показателями. Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ машины не возникает; средняя наработка до отказа — математическое ожидание наработки машины до первого отказа; интенсивность отказов — условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемой машины, определяемая для рассматриваемого момента времени при условии, что до этого момента отказ не возник; параметр потока отказов — плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемой машины, определяемая для рассматриваемого момента времени; наработка отказ — отношение наработки восстанавливаемой машины к математическому ожиданию числа ее отказов в течение этой наработки.

Перечисленные показатели безотказности могут быть определены по статистическим данным об отказах следующим образом.

Вероятность безотказной работы и отказ соответственно будут

(6-1)

Здесь N — количёство машин в начале испытаний; n_отк(t) —

количество машин, отказавших за время t; F(t) — интегральная функция времени работы до отказа.

Следовательно, дифференциальный закон (плотность) распределения:

(6-2)

где

(6-З)

- частота отказов.

Следовательно,

(6-4)

Интенсивность отказов

(6-5)

где N_ср – среднее количество машин, исправно работающих в интервале времени .

Нетрудно показать, что

(6-6)

Средняя наработка до отказа

(6-7)

где t_i – время безотказной работы i - й машины.

Средняя наработка до отказа равна площади под кривой вероятности безотказной работы.

Средняя наработка на отказ

. (6-8)

Долговечность характеризуется следующим показателем. Гамма-процентный ресурс машины — наработка, в течение, которой машина не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью процентов:

(6-9)

Левая часты уравнения (6-9) определяется по (6-1).

Кроме того, используются показатели: средний и назначенный ресурс, гамма-процентный, назначенный и средний срок службы.

Ремонтопригодность характеризуется следующими показателями. Вероятность восстановления в заданное время - вероятность того, что время восстановления работоспособности машины не превысят заданного. При этом под временем восстановления понимается время, затрачиваемое на обнаружение, поиск причины отказа и устранения последствий отказа.

Среднее время восстановления — математическое ожидание времени восстановления работоспособности.

Сохраняемость характеризуется следующими двумя показателями: гамма-процентным и средним сроком сохраняемости.

Среди комплексных показателей надежности применительно к электрическим машинам представляют интерес следующие показатели. Коэффициент готовности — вероятность того, что машина окажется работоспособной в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование машины по назначению не предусматривается. Коэффициент готовности

(6-10)

где t_p — наработка на отказ; t_В — среднее время восстановления.

Коэффициент технического использования — отношение математического ожидания времени пребывания машины в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий времени пребывания машины в работоспособном состоянии, времени простоев, обусловленных техническим обслуживанием, и времени ремонтов за тот же период эксплуатации. Коэффициент технического обслуживания

, (6-11)

где t_c — суммарная наработка за рассматриваемый период времени; t_рем - время простоев на ремонт; t_об — время простоев на техническое обслуживание.

Трудоемкость и стоимость технического обслуживания (ремонта) - также комплексные показатели надежности; они бывают средние и удельные.

Дата добавления: 2015-05-10