книги / Надежность дизель-электрических агрегатов и их систем автоматизации

ннео распределении отказов между ними. Такую оценку комплектующих изделий и узлов можно провести по результатам эксплуатации любых других электроагре­ гатов. Однако необходимо отметить, что коэффициент отказов Ко не дает полной характеристики надежности изделия, так как не учитывает их конструктивную сложность.

Генераторы и щиты управления электроагрегатов имеют практически одинаковую конструктивную слож­ ность, а дизели — несколько более высокую. Надежность этих основных комплектующих изделий и узлов электро­ агрегатов можно сравнивать между собой по коэффи­ циентам отказов. Соединительные же муфты и рамы электроагрегатов являются простыми в конструктивном отношении изделиями, а поэтому сравнивать их с дру­ гими основными комплектующими изделиями, например дизелями электроагрегатов, только по величине коэф­ фициента отказа будет необоснованно.

Сцелью получения объективной сравнительной

оценки надежности основных комплектующих изделий и узлов электроагрегатов необходимо определить коли­ чественные характеристики надежности для каждого из них, как это было сделано выше для электроагрегатов в целом. В качестве количественных характеристик на­ дежности основных комплектующих изделий и узлов целесообразно принять те же характеристики, что и для электроагрегатов, т. е. наработку на отказ, среднее время ремонта, а также вероятностные характеристики.

Имея данные по результатам эксплуатации электро­ агрегатов, где указаны не только характер происходя­ щих отказов, но и в каком комплектующем узле они произошли, можно определить все основные характери­ стики надежности для каждого из них. Для этого сле­ дует воспользоваться теми же расчетными формулами, что и для электроагрегатов (см. гл. III). Однако в отли­ чие от использованного там метода вместо суммы всех отказов, происшедших в электроагрегате, необходимо брать и подставлять в формулу только отказы, про­ исшедшие в данном комплектующем изделии.

При помощи указанной методики по результатам длительной эксплуатации были определены значения наработки на отказ всех основных комплектующих из­ делий и узлов электроагрегатов, а также нижние и

201

Верхние доверительные пределы этих характеристик с достоверностью а = 0,9. Для отличия характеристик на­ дежности комплектующих изделий от соответствующих характеристик электроагрегатов в делом будем в обо­ значении каждого параметра ставить индекс—первую букву наименования комплектующего изделия в соот­ ветствии с обозначениями его на расчетной модели (см. рис. 49). Значения величины наработки на отказ используемых в составе электроагрегатов дизелей 7’*г),

полученные по результатам их эксплуатации в течение гарантийного срока службы, приведены в табл. 16. Там же даны значения доверительных коэффициентов г\ и г2

и пределы наработки на отказ дизелей (Тодн и Тодв при а=0,9. Принято, что закон распределения времени безотказной работы дизелей является экспонен­ циальным.

Как видим, величина средней наработки на отказ дизелей электроагрегатов колеблется в весьма широких пределах. Наименьшее значение наработки на отказ имеют дизели мощностью 40 л. с. при числе оборотов 1500 в минуту и двух- и четырехцилиндровые дизели мощностью соответственно 10 и 20 л. с. при 1500 об)мин, т. е. дизели малой мощности. С повышением мощности

мощностей также имеют значительное количество отка­

зов. Так, в некоторых дизелях, устанавливаемых на тепловозах, имеет место течь моноблоков, разносы дизе­ лей, отказы турбокомпрессоров и т. п. Отдельные мощ-

202

иые дизели преждевременно выходят из строя по при­ чине неисправностей поршневой группы и поломок коленчатого вал а .1

Электрические генераторы являются более надеж­ ными комплектующими изделиями. Величины их нара­

Как видим, наименьшее значение средней наработки на отказ имеют генераторы ЕС-52-4, применяемые в электроагрегатах АД-5. Наиболее надежны в работе самовозбуждающиеся синхронные генераторы ЕСС со статической системой возбуждения. Генераторы ДГС и ПС-93-4 с машинными возбудителями имеют мень­ шую величину времени безотказной работы, чем гене­ раторы ЕСС. Действительно, наличие машины постоян­ ного тока, используемой в качестве возбудителя в гене­ раторах ДГС и ПС, значительно усложняет их, а при­ менение коллектора со щеточным устройством заметно снижает надежность.

Щиты управления электроагрегатов АД-5 имеют величину средней наработки на отказ в пределах 1785—4430 ч. Величина средней наработки на отказ щитов управления остальных типов электроагрегатов АД мощностью 10, 20, 30, 50 н 75 кет значительно выше и составляет 6500—14 000 ч.

203

Как известно, для передачи крутящего момента от двигателя к генератору в дизель-электрических агрега­ тах применяют соединительные муфты. Наибольшее применение в электроагрегатах малой и средней мощ­ ности находят зубчатые муфты. Из 539 таких муфт, которые работали в составе электроагрегатов в общей сложности в течение нескольких сотен тысяч часов, отказало 15. При этом величина наработки на отказ зубчатой муфты составила около 25000 ч. Рамы элек­ троагрегатов являются еще более надежными узлами и их величина наработки на отказ равна около 75 000 ч.

Таким образом, с точки зрения обеспечения без­ отказной работы основные комплектующие изделия н узлы электроагрегатов значительно отличаются друг от друга. Самую меньшую величину наработки на отказ имеют дизели. Синхронные генераторы и щиты управле­ ния являются практически равнонадежными комплек­ тующими изделиями, которые имеют в 7— 10 раз боль­ шее значение наработки на отказ, чем дизели. Соедини­ тельные муфты и рамы электроагрегатов являются еще более надежными узлами и их выход из строя в период эксплуатации — весьма редкое явление.

Зная величину наработки на отказ основных ком­ плектующих изделий и узлов, по формуле (33) можно определить и вероятностные характеристики их надеж­ ности. Сделаем оговорку, что мы приняли закон рас­ пределения времени безотказной работы основных комплектующих изделий таким же, как и электроагре­ гатов — экспоненциальным.

В качестве примера на рис. 60 показаны значения

управления и системы автоматизации даны нижние и верхние границы, а для рамы и соединительной муфты приведены средние значения вероятности безотказной работы. Перемножив значения вероятностных характе­ ристик основных комплектующих изделий и узлов, полу­ чим в соответствии с формулой (8) величину вероят­ ности безотказной работы электроагрегата в целом.

Рассмотрим кратко ремонтопригодность основных комплектующих изделий и узлов электроагрегатов. Этот параметр особенно важно знать в тех случаях, когда

204

для питания потребителей использован лишь один электроагрегат и при выходе его из строя потребители смогут нормально функционировать только после устра­ нения отказа, т. е. перерыв в электроснабжении равен продолжительности текущего ремонта электроагрегата.

Рис. 60. Величина вероятности безотказной работы основных комплектующих изделии электроагрегатов:

а - А Д - 5 ; б - Л С Д А - 5 ; в - А Д - 5 0 : г - Л С Д А - 5 0

Как показывает опыт эксплуатации, дизели электро* агрегатов имеют величины трудозатрат в процессе

205

значения доверительных коэффициентов Г\ и г-л и пре­ делы величин трудозатрат при а=0,9.

Как видим из табл. 18, средняя величина трудоза­ трат при проведении одного текущего ремонта боль­ шинства типов используемых в электроагрегатах дизе­ лей составляет в среднем 8—10 чел.-час., и только дизели ЯАЗ-204Г и Д-40А имеют трудозатраты в пре­ делах 13—15 чел.-час. Текущий ремонт электроагрега­ тов выполняет, как правило, обслуживающий персонал в количестве двух человек. В этом случае средняя про­ должительность времени проведения одного ремонта (табл. 18) будет в 2 раза меньше. Увеличение трудо­ затрат при ремонте дизелей ЯАЗ-204Г и Д-40А объяс­ няется в основном некоторой сложностью их конструк­ ции и недостаточно удобным доступом для осмотра и замены вышедших из строя элементов.

Электрические генераторы, как показывает опыт их эксплуатации, имеют несколько большее значение сред­ него времени ремонта (табл. 19). Особенно большие трудозатраты при ремонте имеют генераторы с машин­ ными возбудителями, так как в них доступ к некоторым элементам весьма затруднен. Например, чтобы осмо­ треть и особенно заменить задний подшипник генера­ тора ДГС необходимо разобрать возбудитель.

Таблица 19

в 2 раза меньше, чем генераторов с машинными возбу­ дителями. Щиты управления электроагрегатов имеют высокую ремонтопригодность; у них средняя величина

206

трудозатрат при ремонте составляет всего 4,5 чел.-час., что значительно меньше, чем у дизелей и генераторов. Самую низкую ремонтопригодность имеют соединитель­ ные муфты и рамы .электроагрегатов, на которых смон­ тированы все основные узлы. Величина их среднего времени ремонта составляет соответственно 37 и

21чел.-час.

Таким образом, и по количественному значению

ремонтопригодности основные комплектующие изделия и узлы электроагрегатов значительно отличаются друг от друга. Наименьшее значение среднего времени ре­ монта имеют шиты управления электроагрегатов. Кон­ структивно щиты выполнены так, что обеспечивают хороший доступ к большинству элементов, а поэтому время на отыскание и устранение возникающих в них отказов затрачивается небольшое. Кроме того, монтаж щита обеспечивает быструю замену вышедшего из строя элемента новым. При этом практически не тре­ буется демонтировать другие элементы, что также со­ кращает время ремонта.

Самую большую величину среднего времени ремонта имеют соединительные муфты и генераторы электро­ агрегатов. Это объясняется тем, что при использова­ нии в электроагрегатах фланцевого сочленения двига­

в соединительной муфте или подшипнике генератора требуется большая предварительная разборка электро­ агрегата, для проведения которой необходимы грузо­ подъемные средства, особенно в электроагрегатах сред­ ней и большой мощности. Большие трудозатраты требуются также при замене полумуфты генератора или при устранении в ней отказа. Все это значительно увеличивает продолжительность выполнения ремонта

ивремя простоя электроагрегатов.

§20. АНАЛИЗ ОТКАЗОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ В ЭЛЕКТРОАГРЕГАТАХ

ИСИСТЕМАХ ИХ АВТОМАТИЗАЦИИ

Определение законов распределения и количествен­ ных характеристик надежности электроагрегатов и их комплектующих изделий и узлов является первоочеред­

207

ным при исследовании их надежности; однако оно далеко не исчерпывает всю проблему надежности. Не­ маловажное значение имеет выявление ненадежных эле­ ментов и причин их отказов, так как только это позво­ лит в конечном итоге наметить и осуществить конкрет­ ные пути для повышения надежности элементов и элек­ троагрегатов в целом.

Все отказы, происходящие в электроагрегатах, в зависимости от причины их возникновения делят на три большие группы [10]. К первой группе относят от­ казы, которые возникают в результате конструктивной недоработки отдельных деталей и узлов, а также из-за ошибок, допущенных в чертежах или расчетах. Такие отказы называют конструкционными и их удобно при первичной обработке данных обозначать в таблицах буквой К.

Во вторую группу включают отказы, которые про­ исходят вследствие нарушения или несовершенства тех­ нологии при производстве электроагрегатов или ком­ плектующих их узлов на заводах-изготовителях. Такие отказы называют производственными (технологиче­ скими) и обозначают буквой П. К третьей группе отно­ сят отказы, которые возникают в результате нарушения условий эксплуатации и режима работы электроагрега­ тов, а также из-за ошибок обслуживающего персонала. Такие отказы называют эксплуатационными и обозна­ чают буквой Э.

Указанная классификация отказов позволяет опре­ делить их характер, т. е. распределить отказы на группы в зависимости от основной причины их возникновения. Необходимо отметить, что при выполнении подобной классификации встречаются трудности, из которых основная — сложность точного определения в некоторых случаях действительной причины возникновения отказа того или иного элемента. Эта трудность чаще всего бывает тогда, когда элемент выходит из строя в резуль­ тате воздействия не одной, а нескольких причин.

При выполнении подобной классификации элемент субъективизма имеет место, однако, несмотря на это, она позволяет оценить характер возникающих в элек­ троагрегатах отказов и правильно наметить пути по их устранению. Подобную классификацию отказов должен проводить инженер, хорошо знающий устройство и тех-

208

иологпю изготовлений элёКтроагрёгатов, а также пра­ вила их эксплуатации.

На основе обработки многочисленных эксплуата­ ционных данных в табл. 20 приведено распределение характера отказов некоторых дизель-электрических агрегатов мощностью до 100 кет в процентах от общего количества отказов.

Для наглядности все отказы электроагрегатов в за­ висимости от причин их возникновения показаны на рис. 61 в виде диаграмм, где по оси ординат отложено количество отказов в процентах, а по оси абсцисс — виды отказов для электроагрегатов каждой мощности. Как видим, более половины всех отказов (в среднем около 55%) происходит по причине низкого качества изготовления электроагрегатов и нарушения технологии их производства, т. е. являются производственными от­ казами. Около 25% отказов возникает из-за некоторых недоработок конструкции отдельных деталей и узлов электроагрегата. Остальные отказы происходят в результате неправильной эксплуатации и ошибок обслу­ живающего персонала. При этом наблюдается такая тенденция: в электроагрегатах новых выпусков коли­ чество отказов, вызванных по конструкционным причи­ нам, несколько больше, чем в электроагрегатах, серий­ ный выпуск которых осуществляется уже в течение не­ скольких лет. Это вполне естественно и объясняется тем, что за время продолжительного серийного выпуска многие конструкционные недоработки узлов и деталей были обнаружены и устранены.

209

Анализ отказов, возникающих при работе электро­ агрегатов в течение гарантийного срока их службы, показывает, что только незначительная их часть (около 15%) происходит из-за износов отдельных деталей и узлов. Отказы в этот период в основном являются так

Рис. 61. Анализ характера отказов в зависимости от

называемыми внезапными отказами и возникают они в случайные моменты времени. Распределение отказов

210