Обеспечение рационального состава запасных элементов как способ повышения надежности электрических аппаратов

Опыт эксплуатации сложных ЭА показывает, что время вос­становления работоспособности после отказа существенным обра­зом зависит от наличия запасных элементов. Их отсутствие даже при хорошей ремонтопригодности ЭА приводит к значительному увеличению времени восстановления. При эксплуатации ЭА вы­сокой готовности к действию отсутствие запасных элементов уве­личивает время восстановления в 10...20 раз.

В настоящее время стоимость элементов ЗИПа достигает 20% и более от общей стоимости оборудования. Содержание этих эле­ментов сопряжено также с большими экономическими затрата­ми. При этом может оказаться, что большое увеличение стоимо­сти ЗИПа не даст существенного эффекта в уменьшении времени простоя, т.е. фактические затраты не оправдают полученного вы­игрыша.

Анализ состава и расхода ЗИПа в сложных ЭА показывает, что по отдельным типам элементов запас превосходит потребности и они «залеживаются», в то время как некоторых других элементов явно недостаточно.

Из изложенного следует, что внедрение в практику научно-обоснованных методов расчета количественного состава ЗИПа к дорогостоящему оборудованию приведет к повышению его харак­теристик восстанавливаемости и достижению большего экономи­ческого эффекта. Поэтому имеет практическое значение нахож­дение количественных соотношений между числом запасных эле­ментов и вероятностью того, что на заданном интервале времени работы t данный ЭА не будет простаивать из-за их отсутствия, а также надежностью элементов и стоимостью ЗИПа.

Задача расчета количественного состава ЗИПа в общем виде мо­жет быть сформулирована следующим образом. Имеется система непрерывного действия, которую можно представить в виде ком­плекса, состоящего из N однотипных последовательно соединен­ных по надежности элементов с интенсивностью отказов, равной λ. Поток отказов считаем простейшим (Λ = Nλ). Требуется опреде­лить необходимое число запасных элементов для обеспечения бес­перебойной работы ЭА в течение времени t.

Предположим, что отказавший элемент не восстанавливает­ся. При этом вместо него каждый раз из запаса будет изыматься новый элемент, поэтому число израсходованных элементов z за время t будет равно числу отказов п, возникших в ЭА за это же время. Вероятность P_z(t) того, что за время t система потребует точно z запасных элементов (число замен), определится по форму­ле Пуассона:

(12.14)

Среднее число расходуемых элементов z_CP за время эксплуата­ции t:

(12.15)

В силу случайности возникающих отказов ЭА может потребо­вать либо большее, либо меньшее число запасных элементов, чем z_СР. Поэтому гарантийная вероятность того, что за время t будет израсходовано не больше, чем z_CP запасных элементов, равна все­го лишь 50%.

На практике при эксплуатации ЭА, особенно в условиях, за­трудняющих доставку запасных элементов, гарантийная вероят­ность того, что потребуется больше, чем z_CP запасных элементов (т. е. вероятность того, что ЭА не будет простаивать из-за отсутст­вия запасных элементов), равная 50% , явно недостаточна.

Определить число запасных элементов z_γ если требуется задан­ная гарантийная вероятность в работоспособности системы у, мож­но из соотношения

(12.16)

На рис. 12.14 изображен график зависимости гарантийной ве­роятности γ от параметра z_CP = Λt при некоторых значениях чис­ла z_γ; пользуясь им, легко найти z_γ.

Введем коэффициент запаса

(12.17)

Следовательно, для обеспечения высокой вероятности выпол­нения системой своих функций в запасе необходимо иметь не z_CP, a z_γ = K_З z_CP элементов.

Коэффициент запаса К₃ > 1 рассчитывается из выражения (12.16) в зависимости от задаваемого значения вероятности γ. На рис. 12.15 построен график зависимости K_З = f(z_CP> γ).

В общем случае при расчете числа запасных элементов необхо­димо учитывать не только интенсивность отказов λ, но и другие эксплуатационные расходы, обусловленные, например профилак­тической заменой элементов z_ПР, уходом параметров элементов при хранении z_XP, расходом элементов при транспортировке и т. п.

Таким образом, суммарное эксплуатационное количество за­пасных элементов z_э можно представить в виде суммы:

(12.18)

В частности, при допущении простейшего потока отказов при хранении, значение z_XP можно рассчитать по изложенной выше методике и полагать, что

(12.19)

где λ_XP — интенсивность отказов элементов при хранении; N — количество хранящихся элементов (N может быть равно z_γ); t_XP — время хранения элементов.

Очевидно, что не все элементы ЗИПа будут храниться до конца срока t_XP, так как часть их расходуется в течение этого срока. По­этому значение z_XP может быть уменьшено. Например, если пред­положить расход элементов ЗИПа в течение срока t_XP равномер­ным, то приближенно оно составит

(12.20)

Если для некоторых типов элементов индивидуальный ЗИП небольшой, то экономически выгодно по этим элементам иметь групповой ЗИП, имеющий наибольшие преимущества перед ин­дивидуальным при малых значениях z_CP.

Таким образом, изложенная методика позволяет рассчитать гарантированное число запасных элементов, необходимое для обес­печения нормального функционирования ЭА в течение заданного времени.