Проблема обеспечения надёжности технических объектов и основные пути её решения

1. Вводная лекция Проблема обеспечения надёжности технических объектов и основные пути её решения Вопросы лекции: 1. Введение 2.

Надёжность сложных
технических объектов
Вводная лекция
Проблема обеспечения надёжности технических
объектов и основные пути её решения
Вопросы лекции:
1. Введение
2. Методы расчёта показателей надёжности
3. Заключение
Рыбалко В. В. http://www.ribalco.exponenta.ru

2.

Экологичность
Мощность
Масса и габариты
Экономичность
…
Надёжность
…
Живучесть
Качество объекта
Свойства объекта
2

3. Основные понятия и определения

Надёжность – свойство
объекта сохранять во времени в
установленных пределах значения
всех параметров, характеризующих
его способность выполнять
требуемые функции в заданных
режимах и условиях применения,
технического обслуживания,
хранения и транспортирования
ГОСТ 27.002-89 Надёжность в технике. Основные понятия и определения.

4. Условия надёжной эксплуатации энергетического объекта

1. Проектирование
по нормам надёжности
2. Изготовление
с учётом требований
по надёжности
3. Обеспечение
надёжности в
эксплуатации
4

5. Государственные стандарты «Надёжность в технике»

ГОСТ 27.000- 00
ГОСТ 27.100- 00
ГОСТ 27.200- 00
ГОСТ 27.300- 00
ГОСТ 27.400- 00
ГОСТ 27.500- 00
Общие вопросы надёжности
Нормирование надёжности
Методы расчёта надёжности
Методы обеспечения надёжности
Испытания и контроль надёжности
Сбор и обработка информации по
надёжности
ГОСТ 27.600- 00 – 27.900- 00 Резерв
5

6.

Государственные стандарты
по вопросам надёжности
энергетических объектов
ГОСТ 28775–90 Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным
приводом. Общие технические условия.
Госстандарт России.
– М: Издательство стандартов. 1991
ГОСТ 29328–92 Установки газотурбинные для привода
турбогенераторов. Общие технические
условия. Госстандарт России.
– М: Издательство стандартов. 1992 г.
6

7. Задачи теории надёжности:

1. Изучение закономерностей возникновения отказов.
2. Оценка влияния внешних и внутренних факторов на
надёжность технических объектов.
3. Установление количественных характеристик и методов
расчёта надёжности.
4. Разработка методов испытаний на надёжность.
5. Определение методов обеспечения надёжности при проектировании и в процессе изготовления.
6. Разработка методов поддержания надёжности в эксплуатации.
7

8. Содержание свойства «надёжность»

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять
работоспособное состояние в течение некоторого времени
или наработки;
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта;
Сохраняемость – свойство объекта сохранять в заданных
пределах значения параметров в течение и после хранения
и транспортирования;
Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособности путём технического обслуживания и ремонта.
8

9. Состояния объекта

Работоспособное - состояние объекта, при котором
значения всех параметров, характеризующих способность
выполнять заданные функции, соответствуют требованиям
НТД;
Частично неработоспособное – состояние, при котором
объект способен частично выполнять требуемые функции;
Неработоспособное – состояние объекта, при котором
значение хотя бы одного параметра, характеризующего
способность выполнять заданные функции, не соответствует
требованиям НТД;
Предельное - состояние объекта, при котором его
дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна,
либо восстановление его работоспособного состояния
9
невозможно или нецелесообразно.

10. Связь между техническими состояниями объекта

10

11. Отказы технических объектов

11

12. Показатели надёжности

единичный
комплексный
расчётный
Показатели
экспериментальный
эксплуатационный
экстраполированный
12

13. а) комплексные показатели надёжности

K Г - коэффициент готовности
KОГ - коэффициент оперативной готовности
KТИ - коэффициент технического использования
K эф - коэффициент сохранения эффективности
13

14. Коэффициент готовности объекта

Коэффициент готовности – вероятность того,
что объект окажется в работоспособном
состоянии в произвольный момент времени,
кроме планируемых периодов, в течение
которых применение объекта по назначению не
предусматривается
cp
kГ
t
tcp tвосст
, где
tcp – средняя наработка до отказа, ч;
tвосст. – среднее время восстановления после отказа,
14
ч;

15. Коэффициент технического использования объекта

Коэффициент технического использования –
отношение времени пребывания объекта в
работоспособном состоянии к суммарному
времени работоспособного состояния и
простоев, обусловленных техническим
обслуживанием и ремонтом
kТИ
tcp
tcp tвосст tТО
, где
tcp – средняя наработка до отказа, ч;
tвосст. – среднее время восстановления после отказа, ч;
tТО - среднее время технического обслуживания и планового ремонта 15
,ч.

16. б) единичные показатели: - показатели безотказности

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что
в пределах заданной наработки отказ не возникнет;
Средняя наработка до отказа – математическое
ожидание наработки объекта до первого отказа;
Гамма-процентная наработка до отказа - наработка, в
течение которой отказ объекта не возникает с вероятностью g ,
выраженной в процентах;
Интенсивность отказов – плотность вероятности
возникновения отказа, определяемая при условии, что до
рассматриваемого момента времени отказ не возник.
16

17. Основные зависимости между показателями надёжности

p (t ) N N (t ) N 1 N (t ) N 1 Q (t );
dp (t )
1 d N (t )
f (t );
dt
N dt
N (t ) d N (t )
dp (t )
i
;
dt
N N i (t )dt
(1)
(2)
(3)
dp (t )
p (t ) (t );
dt
(t ) p (t ) p (t );
(4)
f (t ) p (t ) (t );
(5)
t
p (t )
0
1
d
dp(t )
ln p(t );
p(t )
t
p(t ) exp( d );
0
(6)
17

18. Вероятность безотказной работы

18

19. Анализ уровня безотказности

19

20. Вероятность безотказной работы и стоимость восстановления объекта

20

21. Интенсивность отказов

Ni
, где
ti Nисп.(i 1)
i
Ni
ti
число отказов в i- м интервале;
ширина i-го интервала;
Nисп.(i 1)
количество исправных объектов к
началу i-го интервала;
21

22. Изменение интенсивности отказов при увеличении наработки объекта

22

23. Расчёт показателей безотказности технической системы

M
Принципиальная схема энергоблока
23

24.

Структурная схема энергоблока
Объект представляется
в виде единой
структурной схемы,
состоящей из суммы
ТН
КА и
ЗК
КН
последовательных
ТН№1
№1
№1 КА
№1
параллельных звеньев
№1
№1
События,
ТН
ЗК
КН
КА
изображённые
№2 в
№1 КА
№2
№2
ТНвиде
звеньев структурной
№2
№2
схемы должны быть
независимыми
Все элементы объекта
рассматриваются как
одноотказовые
M
Т
К
Т
ЦН
К
К №1
Т
К №2
24

25. Расчёт безотказности объектов с последовательной структурой

Вероятность
безотказной работы
объекта при
последовательном
соединении элементов
равна произведению
вероятностей
элементов.
Средняя наработка до
отказа объекта равна
минимальной средней
наработке элементов
1
3
2
...
n
pc t p1 t p2 t p3 t
n t
i 1 0
pn t ;
p t exp i d
c
c t i t .
;
n
i 1
25

26. Пример расчёта безотказности объекта с последовательной структурой элементов

Необходимо обеспечить безотказное функционирование с
вероятностью р = 0,95 тепловой сети, состоящей из 40
последовательно соединённых элементов.
Рассчитать требуемую вероятность безотказной работы одного
элемента
Решение:
pоб (t ) pэ (t ) ;
n
pэ (t ) pоб (t )
1
n
0.95
1
40
0.9987;
Ответ: Каждый элемент должен иметь вероятность безотказной работы не
менее 0,9987.
26

27. Расчёт безотказности объектов с параллельной структурой

Вероятность отказа
объекта, состоящего из
параллельно
соединённых элементов,
равна произведению
вероятностей отказов
элементов
Средняя наработка до
отказа объекта равна
максимальной наработке
до отказа элементов
1
2
.
.
.
.
.
.
n
qc t q1 t q2(t) qn t ;
pc t 1 qc t ;
n
pc t 1 1 exp t .
27

28. Пример расчёта безотказности объекта с параллельной структурой элементов

Исходная информация :
1
p1 0,9; p2 0,8; p3 0,7
Алгоритм расчёта :
2
q1 1 p1 1 0,9 0,1; q2 1 p2 1 0,8 0,2;
q3 1 p3 1 0,7 0,3;
qc q1 q2 q2 0,1 0,2 0,3 0,006;
3
pc 1 qc 1 0,006 0,994.
Ответ : Вероятность безотказной работы
объекта равна pc 0,994.
28

29. Характеристики безотказности объектов сложной структуры

29

30. Обеспечение безотказности объектов путём резервирования элементов

1)
pп 1 1 ;
3
pc pп p2 p3 p4 ;
2)
3
pп 3 2 1 1 ;
pc pп p2 p3 p4 ;
30

31. Пример. Оценка безотказности объекта при горячем резервировании элементов

Исходная информация :
pk1 pk 2 0,9;
pt 0,8;
К №1
Т
К №2
Алгоритм расчёта :
1. qk1 1 pk1 1 0,9 0,1; qk 2 1 pk 2 1 0,9 0,1;
2. pпар 1 qk1 qk 2 1 0,1 0,1 0,99;
3. pоб pпар pt 0,99 0,8 0, 792.
Ответ : Вероятность безотказной работы
объекта равна pоб 0, 792.
31

32. Пример. Оценка безотказности объекта при горячем резервировании элементов

Исходная информация :
pk1 pk 2 0,9; p 0,95; pk 0, 7; pt 0,8;
ТНА
ТН
КА
№1
№1
ТН
КА
№1
№2
Т
Алгоритм расчёта :
1. pka1 pk1 p 0,9 0,95 0,855; pka 2 pka1 ;
ТНА
2. qka1 1 pka1 1 0,855 0,145; qka 2 qka1 0,145;
3. pпар 1 qka1 qka 2 1 0,145 0,145 0,989;
4. pоб pпар pt pk 0,989 0,8 0, 7 0,548.
Ответ : Вероятность безотказной работы
объекта равна pоб 0,548.
32
К

33. Пример. Расчёт показателей надёжности энергоблока при холодном резервировании котлоагрегата

Исходная информация :
К №1
k1 k 2 0, 0001; k1 k 2 0,1; pt 0,8;
Т
К №2
Алгоритм расчёта :
pпар
2
2
) 1
2
2
0, 0001
1 0,1 1
pоб pпар pt 0,99 0,8 0, 7992.
(1
0,999;
Ответ : Вероятность безотказной работы
объекта равна pоб 0, 7992.
33

34. Заключение

Расчёт показателей надёжности объектов
теплоэнергетики при проектировании
выполняется с целью проверить соответствие
создаваемого объекта требованиям НТД.
При расчёте объект представляется в виде
множества последовательных и параллельных
звеньев, объединённых в общую структуру.
Расчёт надёжности объектов, имеющих
структурно-сложных схему соединения
элементов, выполняется с использованием
логико-вероятностных моделей.
34

35. Благодарю за внимание!

35