книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации

гих изделий электроагрегата. Все детали, узлы и изде­ лия, из которых состоит электроагрегат, можно рассмат­ ривать как статистическую совокупность, общим качест­ венным признаком которой является принадлежность к данному электроагрегату.

Выше отмечалось, что детали и узлы элекгроагрегата в процессе эксплуатации могут выходить из строя, т. е. прекращать выполнение возложенных иа них функ­ ций. В зависимости от назначения детален и узлов, а также их места в электрических цепях или конструкции электроагрегата, выход из строя той пли пион детали или узла может привести с точки зрения надежности электроагрегата к различным последствиям.

Например, выход из строя одной из таких деталей и узлов, как коленчатый вал, масляный, топливный или водяной насосы дизеля, подшипники, обмотки статора или ротора генератора и т. п., приводит к полной потере работоспособности электроагрегата, так называемому полному отказу. Выход из строя других деталей .и уз­ лов (например, распылителя форсунки одного из цилинд­ ров дизеля, сопротивления щита управления, реостата уставки напряжения и т. п.) приводит к невыполнению электроагрегатом одной или нескольких основных функ­ ций, т. е. к частичному отказу. Так, при выходе из строя распылителя одного из цилиндров дизеля электроаг­ регат может не обеспечить отдачу номинальной мощно­ сти или будет вырабатывать электроэнергию более низ­ кого качества (например, с большой нестабильностью частоты тока). При выходе из строя реостата уставки напряжение генератора «уходит» за допустимые по тех­ ническим условиям пределы.

При полных отказах электроагрегата все потребите­ ли, естественно, лишаются электроэнергии и прекра­ щают нормальное функционирование. При возникнове­ нии некоторых частичных отказов лишь часть «неответ­ ственных» потребителей может остаться в работе и нор­ мально функционировать. Подавляющее же большинст­ во потребителей даже при частичных отказах не могут нормально работать. Рассмотрим, например, лампы освещения. Они практически нормально функционируют при отклонениях частоты питающего тока в довольно больших пределах, тогда как весьма чувствительны к колебаниям напряжения электроагрегата. При повыше­

Н 2

нии напряжения питающего тока резко снижается срок службы электроламп, при понижении — сильно сокра­ щается отдаваемый световой поток.

В качестве другого примера рассмотрим работу тако­ го весьма распространенного потребителя, каким яв­ ляются короткозамкнутые асинхронные электродвигате­ ли, используемые в качестве привода многих механиз­ мов. При частичном отказе в электроагрегате («увод» напряжения за допустимые пределы) вращающий мо­ мент, развиваемый таким электродвигателем, будет ме­ няться в довольно широких пределах, так как этот мо­ мент пропорционален квадрату напряжения питающего тока.,

Если же рассматривать такие потребители электро­ энергии, как электронные вычислительные машины, ап­ паратура автоматизации и управления, средства связи, медицинская аппаратура и т. п., то сразу станет ясной их высокая требовательность к качеству электроэнергии.

Исходя из изложенного можно констатировать, что при исследовании надежности электроагрегатов следует учитывать как полные, так и частичные отказы. И лишь в редких случаях, когда от электроагрегата получают питание только «неответственные» потребители, при ис­ следовании надежности следует учитывать только полные отказы.

Кроме подавляющего большинства узлов, выход из строя которых приводит к отказу, в электроагрегате имеются также отдельные детали и узлы, отказ в рабо­ те которых не приводит к потере работоспособности электроагрегата и невыполнению им своих основных функций. Например, выход из строя сигнальных и осве­ тительных ламп на щите управления, звукового сигна­ ла на пульте дистанционного управления, защитного ко­ жуха ремня привода вентилятора, некоторых крепежных деталей и т. д. не приводит непосредственно к отказам, и электроагрегат в таких случаях останется в работо­ способном состоянии. Выходы из строя таких деталей или узлов не являются отказами и при исследовании надежности электроагрегатов их не учитывают (выход из строя таких деталей называют иногда неисправностя­ ми второго рода).

Таким образом, из общей статистической совокупно­ сти деталей, узлов и комплектующих изделий, состав­

143

ляюЩих электроагрегатат, при исследовании надежно­ сти следует рассматривать только такие, которые обла­ дают одним общим признаком: выход из строя любого из них приводит к отказу электроагрегата. Ввиду нали­ чия общего признака, а также для краткости и удобст­ ва изложения, будем называть детали, узлы и комплек­ тующие изделия электроагрегата, влияющие на его надежность, элементами. При этом под элементом бу­ дем понимать любое устройство, надежность которого исследуем независимо от надежности составлящих его частей.

Рнс. 49. Общая расчетная модель днзель-электрическнх агрегатов при расчете на надежность:

Д —двигатель (дизель); Г — генератор; Щ — щ ит упраолення;

Для удобства проведения исследования надежности электроагрегатов целесообразно представить их устрой­ ство на специальных структурных схемах — расчетных моделях. Каждый элемент на расчетной модели будем обозначать прямоугольником, которому дадим его со­ кращенное (схемное) обозначение. Линиями, соединяю­ щими прямоугольники, покажем способ соединения эле­

но установить, что практически все элементы электроагрегата имеют основное (последовательное) соединение, при котором выход из строя любого эле­ мента приводит непосредственно к отказу электроагре­ гата. На расчетных моделях последовательное соедине­ ние показываем линиями, соединяющими элементы элек­ троагрегатов друг с другом.

В дизель-электрических агрегатах практически не ис­ пользуется резервное (параллельное) соединение эле­ ментов, при котором отказ электроагрегата наступает

144

лишь тогда, когда выйдут из строя все. параллельно соединенные элементы.

Степень «дробления» электроагрегата на составляю­ щие элементы на расчетных моделях будет зависеть от цели исследования и характера данных, которыми мы располагаем по результатам эксплуатации или испыта­ ний. Так, для исследования надежности электроагрега­ та в целом и определения влияния основных комплек­ тующих изделий на его надежность следует воспользо­ ваться общей расчетной моделью, изображенной на рис. 49. Схемное обозначение основных изделий элек­ троагрегата выполнено заглавными буквами русского алфавита, соответствующими названию изделия.

Для исследования надежности основных изделии электроагрегата, в зависимости от надежности состав­ ляющих его узлов и деталей, следует воспользоваться более подробными расчетными моделями. В качестве примера на рис. 50 и 51 представлены расчетные моде­ ли синхронного генератора и автоматизированного дизе­ ля электроагрегатов серии АСДА. Здесь основные узлы и системы комплектующих изделий обозначены римскими цифрами, а менее сложные узлы и основные детали, входящие в состав основного узла или систе­ мы, — арабскими цифрами. Например, обозначение Г-1-2 (рис. 50) соответствует наименованию сердечника

(2) статора (1) генератора (Г). При необходимости расчленения узлов, обозначенных арабскими цифрами, на отдельные детали целесообразно последние обозна­ чить прописными буквами русского алфавита. Зная уст­ ройство электроагрегата и назначение его основных де­ талей и узлов, нетрудно составить расчетные модели и для других комплектующих изделий и основных узлов.

§13. ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ

СТОЧКИ ЗРЕНИЯ ИХ НАДЕЖНОСТИ

Электроагрегаты в период эксплуатации могут нахо­ диться в различных состояниях (режимах): в рабочем, когда электроагрегат нормально работает и снабжает электроэнергией потребителей; в нерабочем; в тран­ спортном. В нерабочем состоянии электроагрегат может находиться на объекте в готовности к работе (в «холод­ ном» или «теплом» резерве), в состоянии ремонта или

I4S

технического обслуживания, храниться на складе или на открытом воздухе.

В принципе отказ может произойти при нахождении электроагрегата в любом из указанных выше состояний, однако вероятность его появления, естественно, различ­ ная. Наибольшее количество отказов, как показывает практика эксплуатации, происходит при работе электро­ агрегата.

Рис. 52. Временной график эксплуатации электро­ агрегатов:

а — с учетом времени на техническое обслуживание; б — без учета времени на техническое обслуживание

Учитывая, что конструкция электроагрегатов преду­ сматривает и практически обеспечивает сохранение ра­ ботоспособности при кратковременном (до б месяцев) хранении и длительной транспортировке их различными видами транспорта, можно считать, что в эти периоды отказы в электроагрегатах не будут возникать. Следо­ вательно, электроагрегаты в период эксплуатации с точ­ ки зрения надежности могут находиться в следующих состояниях: рабочем; состоянии ремонта; технического обслуживания. Поэтому временной график эксплуатации электроагрегатов с точки зрения исследования их на­ дежности будет выглядеть так, как показано на рис. 52, а. В течение времени t'v t2 t'3 и т. д. электро­

агрегат работает. Техническое обслуживание электро­ агрегатов происходит за время Что. При возникновении отказов выполняют ремонт электроагрегата за время ti, т2 и т. д.

149

Если потребители электроэнергии в течение суток работают незначительное время или на объекте, кроме основного, есть еще и резервный электроагрегат, то всегда можно выбрать время в перерывах между рабо­ той электроагрегата для проведения очередного техни­ ческого обслуживания, которое, как известно, выпол­ няют в плановопредупредительном порядке. В этом слу ­ чае временной график эксплуатации еще более упрос­ тится и будет таким, как показано на рис. 52, 6, т. е. электроагрегаты с точки зрения надежности будут на­ ходиться только в двух состояниях: в рабочем или в состоянии ремонта. Какой из графиков применить при исследовании надежности электроагрегатов, будет за­ висеть от конкретных условий их эксплуатации на каж­ дом объекте.

§ 14. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОАГРЕГАТОВ

Предварительные замечания. Для определения наи­ более целесообразных методов исследования надежно­ сти электроагрегатов необходимо рассмотреть (кроме устройства и особенностей их эксплуатации) также ха­ рактер возникающих отказов и способы их устранения.

Отказы электроагрегатов являются следствием вы­ хода из строя отдельных элементов. Часть этих элемен­ тов при их выходе из строя не ремонтируют, а захменяют новыми из комплекта запасных частей, инструмента и принадлежностей (ЗИП) электроагрегата. Продолжи­ тельность работы такого неремонтируемого (невосстанавливаемого) элемента до выхода его из строя яв­ ляется сроком службы элемента (его долговечностью). В составе электроагрегатов есть также и такие элемен­ ты, которые по мере их выхода из строя вновь ремон­ тируют и продолжают эксплуатировать. Их называют элементами многоразового применения (восстанавли­ ваемыми). Сроки службы невосстанавливаемых элемен­ тов и продолжительность работы между отказами вос­ станавливаемых элементов, как показывает эксплуата­ ция, зависят от ряда факторов — конструкционных, про­ изводственных, эксплуатационных, которые не остаются постоянными, а меняются во времени. В результате воз­ действия всех факторов сроки службы элементов элек­ троагрегата являются случайными величинами. Ввиду

150