Методы повышения надежности электрических аппаратов

12.1.

Классификация методов повышения надежности

Все методы повышения надежности ЭА принципи­ально могут быть сведены к следующим (основным):

• резервирование;

• уменьшение интенсивности отказов элементов ЭА;

• сокращение времени непрерывной работы;

• уменьшение времени восстановления;

• выбор рациональной периодичности и объема контроля ЭА.

Реализация указанных методов может осущест­вляться при проектировании, изготовлении и в про­цессе эксплуатации ЭА.

Очевидно, что надежность ЭА, в основном, закла­дывается при проектировании, конструировании и изготовлении. От работы проектировщика и конст­руктора прежде всего зависит, как будут работать ЭА в тех или иных условиях эксплуатации. Однако вовсе не следует, что организация процесса эксплуа­тации не влияет на надежность ЭА, так как обслу­живающий персонал может существенным образом изменить надежность ЭА и в сторону уменьшения, и в сторону увеличения.

В процессе проектирования и конструирования используются схемные и конструктивные методы повышения надежности ЭА.

Схемные методы включают:

■ создание схем ЭА с минимально необходимым числом элементов;

• применение резервирования;

• разработку схем ЭА, не допускающих опасных последствий отказов их элементов;

• оптимизацию последовательности работы элементов схемы;

■ предварительный расчет надежности проектируемой схемы.

Уменьшение числа элементов при прочих равных условиях при­водит к увеличению вероятности безотказной работы ЭА (рис. 12.1), а также благоприятно сказывается на его массе, габаритах и стои­мости.

Необходимо помнить, что сокращение числа элементов не долж­но увеличивать коэффициент нагрузки у оставшихся элементов, в противном случае эффект может быть прямо противоположным.

При резервировании — одном из наиболее эффективных мето­дов повышения надежности ЭА — в конструкции заранее преду­сматривается замена неисправного элемента исправным.

При создании схем ЭА с ограниченным последствием отказов применяется включение в схемы специальных защитных и предо­хранительных устройств, которые предотвращают аварийные по­следствия отказов.

Под оптимизацией последовательности работы элементов схе­мы ЭА понимается согласование тактов автоматической работы не только по времени, но и по достижении тем или иным парамет­ром заданного значения.

В число конструктивных методов повышения надежности входят:

■ использование элементов с малой величиной интенсивности отказов при заданных условиях эксплуатации;

• обеспечение благоприятного режима работы элементов;

• рациональный выбор совокупности контрольных параметров;

• рациональный выбор допусков на изменение основных пара­метров элементов ЭА;

• защита элементов от вибраций и ударов;

• унификация элементов ЭА;

• разработка эксплуатационной документации с учетом опыта применения ЭА, подобных конструируемому;

• обеспечение эксплуатационной технологичности конструкции ЭА (применение встроенных контрольных устройств, автома­тизация контроля и индикация неисправностей, удобство под­ходов для обслуживания и ремонта).

Среди способов повышения надежности при производстве ЭА основными являются следующие:

• совершенствование технологии и организации производства ЭА, его автоматизация;

• применение инструментальных методов контроля качества ЭА при статистически обоснованных выборках;

• тренировка элементов и блоков ЭА.

Перечисленные методы повышения надежности ЭА должны применяться в совокупности с учетом влияния каждого из них на работоспособность ЭА. В тех случаях, когда меры противоречи­вы, нужно принимать компромиссное решение.

Методы повышения надежности ЭА, применяемые в эксплуа­тации, могут быть разбиты на две группы. В первую входят все из­ложенные методы.

На основе изучения опыта эксплуатации инженер-эксплуата­ционник имеет возможность разработать ряд рекомендаций для проектировщиков и конструкторов, направленных на улучшение качества ЭА (изменение схемы, замена элементов, изменение кон­струкции, материалов и т. п.). Эти рекомендации согласовываются с конструкторами и вводятся специальными указаниями (доработ­ками). Однако нельзя считать, что в эксплуатации только устраня­ются ошибки конструктора и производства, хотя доля таких оши­бок еще велика.

Вторая группа мероприятий, повышающих качество ЭА при эксплуатации, относится к воздействию обслуживающего персо­нала. К этим мероприятиям относятся:

• повышение квалификации обслуживающего персонала;

• применение инструментальных методов контроля техническо­го состояния ЭА;

■ обоснование объема и сроков проведения профилактических мероприятий, основанных на применении методов теории надежности;

■ обоснование сроков службы элементов и состава ЗИПа;

■ разработка и внедрение способов прогнозирования неисправностей.

Остановимся на вопросе повышения надежности ЭА в процессе эксплуатации. Существует мнение, что надежность ЭА в процессе эксплуатации можно лишь поддерживать на определенном уровне, который заложен при проектировании и изготовлении. Превзойти же его невозможно.

Действительно, ЭА, находящиеся в эксплуатации, обладают так называемой «встроенной» надежностью с параметром Т_СР. Это рассчитанное конструктором значение средней наработки до отказа Т_СР, которое определяется исходя из интенсивности отказов комплектующих элементов λ_i, полученных для условий работы, оговоренных нормами или заказчиком в техническом задании, и необходимости выполнения предписанных инструкций по эксплуатации.

Параметр встроенной надежности можно определить из выражения

(12.1)

где n — общее число отказов за период работы t; n_пост — ожидаемое расчетное число постепенных отказов; n_вн — среднее число внезапных отказов.

В процессе эксплуатации ЭА имеется возможность активно воздействовать на величину фактического уровня параметра надежности который способен измениться в зависимости от эффективности обслуживания объектов.

Вероятность выявления дефектного элемента в процессе обслуживания и тем самым предотвращения постепенного отказа в интервале времени t:

(12.2)

где t_n — среднее время, затрачиваемое на обнаружение дефектного элемента (зависит от числа обслуживаемых элементов, методики и производительности аппарата прогнозирования, а также от квалификации и опыта работы обслуживающего инженерно-технического состава).

Таким образом, величина P(t) определяется процессом эксплуа­тации ЭА. Поэтому число постепенных отказов может быть фак­тически уменьшено до значения

(12.3)

В случае, когда реальные условия эксплуатации мало отлича­ются от расчетных или оговоренных разработчиком, усилиями обслуживающего персонала воздействие факторов внешней сре­ды может быть ослаблено и, следовательно, интенсивность отка­зов λ_э элемента в условиях эксплуатации будет меньше расчет­ной λ_i. Тогда число внезапных отказов элементов уменьшится:

(12.4)

В процессе эксплуатации общее число отказов может быть уменьшено, и

(12.5)

Такова сущность активного воздействия эксплуатационных мероприятий по повышению надежности.

Ряд мероприятий по повышению надежности ЭА может быть отнесен к категории организационных:

• постановка широких экспериментальных исследований надеж­ности ЭА на всех этапах их разработки, изготовления и экс­плуатации;

• создание единой системы информации о работоспособности ЭА;

• обоснование, выбор и включение в ТЗ норм надежности;

• организация доработок и рекламационная практика.

Очевидно, что приведенный перечень путей по повышению надежности ЭА представляет собой весьма широкий комплекс ме­роприятий. Рассмотрим несколько подробнее основные методы повышения надежности систем.

12.2