CC BY
712 ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ Компетентность / Competency (Russia) 2/2022
DOI: 10.24412/1993-8780-2022-2-12-16
Методика оценки надежности электрогенераторной установки с бензиновым двигателем
Идентификация электрогенератора как объекта для оценки надежности проводится при анализе информации, полученной из конструкторской, технологической, эксплуатационной и ремонтной документации на электрогенераторы в целом, его составные части и комплектующие изделия, соответствующие данному этапу оценки надежности
М.В. Капитонов1
Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет), Km7571@yandex.ru
1 ассистент кафедры, Москва, Россия
Для цитирования: Капитонов М.В. Методика оценки надежности электрогенераторной установки с бензиновым двигателем // Компетентность / Competency (Russia). — 2022. — № 2. DOI: 10.24412/1993-8780-2022-2-12-16
ключевые слова
надежность, безотказность, электрогенератор, бензиновый двигатель, методика
лектрогенераторная установка с бензиновым двигателем — сложный агрегат, в состав которого входят двигатель внутреннего сгорания и электрогенератор. В данной методике приводятся формулы для оценивания следующих показателей надежности:
► безотказность — вероятность безотказной работы, заданная в виде нижней односторонней доверительной границы;
► ремонтопригодность — гамма-процентное время восстановления работоспособного состояния;
► долговечность — гамма-процентный срок службы;
► сохраняемость — гамма-процентный срок сохраняемости составных частей.
В соответствии с ГОСТ Р 531762008 [6] в электрогенераторных установках выделяют следующие показатели надежности:
► средняя наработка на отказ;
► среднее время восстановления работоспособного состояния;
► коэффициент технического использования;
► назначенный ресурс до капитального ремонта;
► гамма-процентный срок сохраняемости в упаковке и/или консервации предприятия-изготовителя до первой переконсервации;
► 90-процентный срок сохраняемости в эксплуатации.
Наиболее популярными моделями электрогенераторных установок с двигателями внутреннего сгорания являются установки с мощностью 1-30 кВт, к которым в соответствии со стандартом предъявляются следующие требования к надежности:
► средняя наработка на отказ — 300 часов;
► среднее время восстановления работоспособного состояния — 1 час;
► коэффициент технического использования — 0,97;
► 90-процентный срок сохраняемости в эксплуатации — 5 лет.
На стадиях экспериментальной отработки, испытаний и эксплуатации роль показателей надежности выполняют статистические оценки соответствующих вероятностных характеристик. В этом случае определение показателей надежности осуществляется методами статистической теории надежности [1].
В процессе экспериментальной отработки электрогенератора проходят следующие виды испытаний:
► приемо-сдаточные испытания агрегатов;
► заводские испытания агрегатов;
► автономные испытания агрегатов.
При проведении экспериментальной отработки опытного образца электрогенератора уровень его надежности устанавливают при проведении следующих мероприятий:
► определение необходимого объема испытаний для подтверждения заданного уровня надежности;
► развитие экспериментальной базы, введение экспериментальных установок и стендов до начала соответствующих испытаний;
► комплексирование отдельных видов испытаний и нагрузок;
► проведение испытаний в условиях, близких к реальным, с одновременной имитацией различных воздействующих факторов;
► выявление «слабых» мест изделий, проведение анализа отказов и неисправностей, принятие мер по устранению их причин;
► отработка изделий от простых структур к более сложным, проверка взаимного функционирования изделий в более сложных структурах;
► выделение материальной части для ресурсных испытаний;
► проверка работоспособности изделий при имитации возможных отказов (аварийных ситуаций) с учетом обеспечения безопасности;
► проведение испытаний в утяжеленных режимах, ресурсных испытаний и испытаний до отказа;
► определение критических параметров изделий и запасов работоспособности по этим параметрам, выявление ненадежных комплектующих элементов, недопустимых режимов работы.
После завершения комплексных испытаний оценка соответствия изделия требованиям по безотказности проводится расчетно-экспериментальным методом с использованием статистических данных, полученных по результатам заводских, автономных и комплексных испытаний. Определение нижней доверительной границы вероятности безотказной работы проводится методом накопления и объединения информации о надежности (ГОСТ РО 1410-001-2009).
Под ремонтопригодностью электрогенераторов с двигателем внутреннего сгорания понимается приспособленность входящих в него систем и агрегатов к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния, предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Помимо ремонтопригодности, это понятие включает в себя обслуживаемость (приспособленность к техническому обслуживанию) и контролепригодность (приспособленность к диагностированию). Ремонтопригодность зависит также от ряда организационных факторов: количества и квалификации специалистов, оснащения рабочих мест, организации работ.
Под долговечностью понимается свойство изделия сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.
Под сохраняемостью понимается свойство изделия сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности изделия выполнять требуемые функции в течение и после хранения.
Определение вероятности безотказной работы с использованием эквивалентного числа испытаний
соответствии с методикой, приведенной в [2], вероятность безотказной работы комплекса с использованием эквивалентного числа испытаний определяется по формулам: ► при наличии отказов:
3=k
I т3 > 0;
3=1
Р3 =1 -
/ з=k /3=k л
I т, I N
\3=1 / 3=1 у
где т3 - количество отказов,-й СЧ;
N3 - наработка,-й части генератора, приведенная к циклам;
k — количество частей генератора; ► при отсутствии отказов:
3=k
I т ,, = 0;
=1
Рз = 1 - ^ 1 > •
I N3 + 2
Минимальное (эквивалентное) число испытаний N^(N0), необходимое для подтверждения требований по надежности, определяется исходя из заданного уровня нижней границы вероятности безотказной работы и возможного числа отказов, а также «запаса избыточности» по формуле:
N ■ =
* шт
X (2т + 2)[1 + Р^ ] + 2т [1 - Р^ ]
4 [1 - ^ ]
где Рн — заданный уровень границы вероятности безотказной работы;
Х(2т + 2) — квантиль «Х-квадрат» распределения, соответствующий полученному на основании статисти-
ческих данных уровню надежности, с (2т + 2) степенями свободы; определяется из таблицы квантилей стандартного нормального распределения;
|...| — операция выделения целой части;
L — запас избыточности в электрогенераторе, определяемый по формуле:
L = *, С
где Z — число всех элементов;
2п — число последовательных элементов.
Эквивалентное число отказов комплекса на основании данных, полученных при проведении испытаний и в процессе эксплуатации, определяется в соответствии с формулой:
m
Э = Nmm
•(1 - Рн) + 0,5|.
Вероятность безотказной работы комплекса с использованием всей имеющейся информации определяется по формуле:
Р = 1 - + т
NЭ + N
° р NЭ + N +1
Среднее квадратическое отклонение оценки показателя надежности определяется по формуле:
1 ШЭ + N -(тЭ + т +1) ЫЭ + Т - 2(тЭ + т)2
NЭ + N + 3
(Nэ + N))
Нижняя доверительная граница для показателя надежности определяется по формуле:
рн = Р - у о в,
где у — квантиль нормального распределения, соответствующий заданной доверительной вероятности (определяется из таблицы квантилей нормального распределения).
В практике эксплуатации электрогенераторных установок для эвристической оценки показателей долговечности используется такое понятие, как назначенный ресурс (назначенный срок службы), под которым понимается суммарная наработка или календарная продолжительность эксплуатации; при ее достижении эксплуатация изделия должна быть продолжена только после принятия решения о возможности продления данного показателя.
Назначенный ресурс или назначенный срок службы указывается в формулярах (паспортах) составных частей изделия. Эти показатели не являются показателями надежности [5]. Цель их установления — обеспечить заблаговременное прекращение эксплуатации изделия по назначению исходя из требований безопасности или экономических соображений. Опыт эксплуатации показывает, что назначенные для них показатели долговечности не соответствуют реальным, что приводит к снижению эффективности использования
Таблица
Определяемые показатели при расчете нижней доверительной границы и вероятности безотказной работы с использованием эквивалентного числа испытаний [Determined indicators when calculating the lower confidence limit and the probability of failure-free operation using an equivalent number of tests]
Определяемый показатель [Determined indicator] Значение [Value of indicator]
Количество счетных циклов 10
Количество счетных отказов 0
Вероятность безотказной работы, определяемая на основании статистической информации 0,9645723
Запас избыточности 1
Минимальное число испытаний, необходимое для подтверждения заданного уровня надежности 102
Эквивалентное число отказов 0
Вероятность безотказной работы изделия с использованием априорной информации 0,99369
Среднее квадратическое отклонение оценки показателя надежности изделия с использованием априорной информации 0,0001452
Нижняя доверительная граница вероятности безотказной работы 0,9929043
материальных и других видов ресурсов, затраченных на их разработку и производство. При назначенном сроке службы 5-7 лет электрогенераторы эксплуатируются 10-12 лет и более.
В связи с этим при оценке технического состояния электрогенератора используется понятие остаточного ресурса или остаточного срока службы.
Под остаточным ресурсом (сроком службы) понимается суммарная наработка (календарная продолжительность эксплуатации) изделия от момента последнего контроля его технического состояния до перехода в предельное состояние. При этом под последним контролем технического состояния следует подразумевать время (период) контроля, после которого назначенный ресурс (срок службы) может быть продлен. В практике эксплуатации такой контроль технического состояния осуществляется в определенные промежутки времени в зависимости от результатов контроля.
Как правило, контроль технического состояния для продления назначенной наработки (срока службы) назначается после истечения гарантийной наработки или в процессе эксплуатации осуществляется с определенной периодичностью при проведении технического обслуживания.
Пример расчета нижней доверительной границы и вероятности безотказной работы с использованием эквивалентного числа испытаний указан в таблице.
Заключение
Таким образом, количественный анализ надежности основывается на статистических параметрах надежности, определяемых по результатам испытаний и эксплуатации изделий. На основании этого вида анализа оцениваются и корректируются количественные показатели надежности вновь разрабатываемых изделий на этапе проектирования. ■
Статья поступила в редакцию 27.01.2022
Список литературы
1. Безопасность и надежность технических систем. — М.: Университетская книга, Логос, 2015.
2. Викторова В.С. Модели и методы расчета надежности технических систем. — М.: Гостехиздат, 2016.
3. Шишмарев В.Ю. Диагностика и надежность автоматизированных систем. — М.: Academia, 2013.
4. ГОСТ 26658-85. Электроагрегаты и передвижные электростанции с двигателями внутреннего сгорания.
5. ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Термины и определения.
6. ГОСТ Р 53176-2008. Установки электрогенераторные с бензиновыми, дизельными и газовыми двигателями внутреннего сгорания.
НОВАЯ КНИГА
Контактные средства измерений температуры
Учебное пособие. — М.: АСМС, 2022
В учебном пособии приведено понятие «температура», описаны температурные шкалы, дана классификация контактных средств измерений температуры.
Для каждой из групп контактных средств измерений: механических, или термометров расширения (манометрических, биметаллических, жидкостных стеклянных), и электрических (термопреобразователей сопротивления и термоэлектрических преобразователей) рассмотрены принцип действия, конструкция, метрологические характеристики и методы поверки.
По вопросам приобретения обращайтесь по адресу: Академия стандартизации, метрологии и сертификации (АСМС), 109443, Москва, Волгоградский пр-т, 90, корп. 1. Тел. / факс: 8 (499) 742 4643. Факс: 8 (499) 742 5241. E-mail: info@asms.ru
Лепявко А.П.
КОНТАКТНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
Kompetentnost / Competency (Russia) 2/2022
ISSN 1993-8780. DOI: 10.24412/1993-8780-2022-2-12-16
Methodology for Assessing the Reliability of an Electric Generator Set With a Gasoline Engine
M.V. Kapitonov1, Moscow Aviation Institute (National Research University), Km7571@yandex.ru
1 Assistant of Engineering Graphics Department, Moscow, Russia
Citation: Kapitonov M.V. Methodology for Assessing the Reliability of an Electric Generator Set With a Gasoline Engine, Kompetentnost / Competency (Russia), 2022, no. 2, pp. 12-16. DOI: 10.24412/1993-8780-2022-2-12-16
key words
reliability, non-failure operation, electric generator, gasoline engine, technique
I have reviewed the methodology for assessing the reliability of an electric generator set with a gasoline engine, such indicators as reliability; maintainability; durability; persistence. The assessment of the compliance of the product with the requirements for reliability is carried out by the calculation-experimental method using statistical data obtained from the results of factory, autonomous and integrated tests. The maintainability of electric generators is understood as the suitability of the systems and units included in it to maintain and restore operability during repair and maintenance. The durability is the ability to maintain operability until the limit state occurs in the presence of maintenance and repair, and the storability is the ability of the product to perform the required functions during and after storage. The determination of reliability indicators is carried out by methods of the statistical theory of reliability. Quantitative reliability analysis is based on the statistical parameters of reliability, determined by the results of testing and operation of products. Based on its results, the quantitative indicators of the reliability of newly developed products are evaluated and corrected.
References
1. Bezopasnost' i nadezhnost' tekhnicheskikh sistem [Safety and reliability of technical systems], Moscow, Universitetskaya kniga, Logos, 2015, 376 P.
2. Viktorova V.S. Modeli i metody rascheta nadezhnosti tekhnicheskikh sistem [Models and methods for calculating the reliability of technical systems], Moscow, Gostekhizdat, 2016, 842 P.
3. Shishmarev V.Yu. Diagnostika i nadezhnost' avtomatizirovannykh sistem [Diagnostics and reliability of automated systems], Moscow, Academia, 2013, 352 P.
4. GOST 26658-85 Electrical units and mobile power plants with internal combustion engines.
5. GOST 27.002-2015 Reliability in technology. Terms and definitions.
6. GOST R 53176-2008 Electric generator sets with petrol, diesel and gas internal combustion engines.
НОВАЯ КНИГА
Лемешева О.И., Павлов В.Е.
Подтверждение соответствия в Российской Федерации и ЕАЭС
Учебное пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: АСМС, 2022
Процедура декларирования претерпела кардинальные изменения в связи с вступлением в действие нового порядка регистрации деклараций о соответствии продукции и фактическим прекращением регистрации деклараций органами по сертификации.
Описывается динамика развития процедур подтверждения соответствия, освещаются актуальные вопросы в сфере технического регулирования Таможенного союза и гармонизации законодательств Российской Федерации, Евразийского экономического союза и Всемирной торговой организации, подходы в области подтверждения соответствия, включая вопросы сертификации и декларирования в странах Европейского союза, а также направления сближения систем регулирования рынка. По вопросам приобретения обращайтесь по адресу: Академия стандартизации, метрологии и сертификации (АСМС), 109443, Москва, Волгоградский пр-т, 90, корп. 1. Тел. / факс: 8 (499) 742 4643. Факс: 8 (499) 742 5241. E-mail: info@asms.ru
