книги из ГПНТБ / Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы

случайный процесс изменения сигнала ошибки

отрезке времени (0, t) равна вероятности выполнения события Хі<.х(^) <сх2 при всех значениях ft, находящих­ ся на отрезке (0<f><;^). Определение вероятности без­

может быть аппроксимирован линейчатым случайным процессом вида

и b и дисперсиями а\ и Ь\ . Случайная величина А ха­

нии в этот момент корректировки величины дрейфа вследствие наличия зоны нечувствительности. Случайная величина В характеризует разброс скорости дрейфа вследствие отличия свойств комплектующих элементов

542

% — а

PnOQT (О

где

В частном случае процесса (17-22) величина А явля­ ется неслучайной и равной постоянному значению а. Тогда вероятность безотказной работы можно найти из выражения (17-25), положив в нем al = 0 (примеры реа­ лизаций такого процесса даны на рис. 17-4,6). Если z(t)—a-{-Bt, а ошибка регулирования имеет только од­ ностороннюю границу х2, то время безотказной работы подчинено а-распределению, описанному в [Л. 40]:

о* о*

Предположим, что после отказа свойства регулятора полностью восстанавливаются, а условия эксплуатации неизменны. Тогда времена между отказами независимы,

543

одинаково распределены и при больших значениях вре­

Zft)

Рис. 17-4. Примерный вид реализаций случай­ ного процесса дрейфа z(t).

а — случайный разброс начального значения регули­ руемой величины и скорости дрейфа; б — случайный разброс скорости дрейфа.

ный отказ. Так, если время безотказной работы подчи­ нено а-распределению (17-26), то

отмечалось выше, спектры этих составляющих значи­ тельно отличаются друг от друга. Если отказом считать только выход низкочастотной составляющей за пределы

544

(xi, x 2 ) , то расчет почти не изменяется. Следует только учесть, что в соотношении (17-20)

х ( 0 ^ _ ^ ( о ) і м о і _

определению функции распределения времени до выхо­ да за пределы суммы двух случайных процессов, что яв­ ляется более сложной задачей, чем рассмотренные выше.

В заключение отметим, что по аналогичной методике можно проводить расчет надежности и при иных видах постепенных отказов.

го механизма, регулирующего органа. В регулирующем приборе имеет место дрейф нуля. Отказом регулятора считаем выход случай­

545

Гсі).внез = 2 500 ч и согласно (17-19) вероятность безотказной работы (по внезапным отказам)

Рв„ез(0 = е - 4 0 0 1 ° ~ 6 / .

где г измеряется в часах. Зависимость вероятности безотказной ра­

Эта зависимость приведена на рис. 17-5 (кривая 2).

ристики надежности регулятора по любым отказам. Вероятность без­ отказной работы регулятора P(t) приведена на рис. 17-5 (кривая 3),

а) ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕЗОТКАЗНОСТИ ПО ВНЕЗАПНЫМ ОТКАЗАМ

Рассматриваемые ниже характеристики надежности ре­ гуляторов ЭАУС и устройств, входящих в эти регулято­ ры, были определены экспериментально в условиях экс-

546

плуатации на тепловых электростанциях (на этих объек­ тах регуляторы ЭАУС получили наибольшее примене­ ние).

Исследованию, как правило, подвергались регулято­ ры в целом, включая импульсные и соединительные ли­ нии и регулирующие органы. Основным источником ста­ тистической информации о надежности были данные, полученные на основании обработки ведущихся обслужи­ вающим персоналом эксплуатационных журналов.

Наименование, типы и суммарная наработка исследо­ ванных устройств указаны в табл. 17-1. В этой же табли­ це указаны показатели безотказности устройств, опреде­ ленные по внезапным отказам.

Большая часть устройств испытывалась при проведе­ нии профилактического обслуживания фиксированной периодичности и объема. Данные, соответствующие этим испытаниям, взяты из [Л. 41], где изложена методика сбора и обработки информации о надежности. Качество собранных данных (регулярность ведения записей, до­ стоверность полученной информации) подвергалось про­ веркам с помощью специальных статистических кри­ териев.

Некоторая часть устройств испытывалась без профи­ лактического обслуживания, причем при появлении отка­ за восстановление проводилось только в объеме устране­ ния возникшего отказа, без улучшения состояния иных узлов и элементов. Такой вид испытаний дает больше исходных данных для определения нормативов обслужи­ вания, но несколько хуже характеризует уровень эксплу­ атационной надежности, чем испытания с профилактиче­ ским обслуживанием. Данные, соответствующие этим испытаниям, взяты из [Л. 42].

Рассмотрим сначала точечные оценки интенсивности потока вне­ запных отказов и причины внезапных отказов устройств, входящих в регулятор. Определение этих оценок производилось по соотноше­ нию (17-1).

Основной причиной отказов термопар (по результатам исследо­ вания надежности термопар, входящих не только в регуляторы, но и в системы автоматического контроля) является сгорание гильз и

отказы датчиков имели место из-за повреждения мембраны, наруше­ ния контактов, дефектов плунжера и т. д.

547

*Эксплуатация без профилактического обслуживания.

*В расчете на один регулятор.

548

У манометров МЭД 40% всех отказов составили обрывы плун­ жера дифференциально-трансформаторного датчика, 3 0 % — п о в р е ж ­ дения механизма, связывающего трубчатую пружину с плунжером. Кроме того, отказы происходили из-за засорения, протекания, нару­ шения контактов и т. д.

Основной причиной отказов импульсных линий являются засоре­ ния (около 60%); остальные отказы вызваны протеканиями. От­ метим, что манометры М Э Д и часть импульсных линий испытыва-

нако уменьшение числа этих отказов нивелировалось отказами дио­ дов в цепи обратной связи, которые приводили к сгоранию силового

из-за сгорания трансформатора, потери контакта в ручках и др. Большинство отказов магнитных пускателей (70%) вызвано на­ рушением работы основных контактов (залипання, подгорания, пе­ рекосы); 25% отказов—сгоранием или обрывом катушек. Магнит­ ные усилители, управляемые приборами с бесконтактным выходом, показали себя значительно более надежными, чем магнитные пуска­

телем АОЛ-21-4. Интенсивность потока отказов колонки дистанци­ онного управления равна 61-10- 6 1/ч. Отказы колонки происходили по двум основным причинам: из-за механических повреждений кон­ цевых и путевых выключателей (45%) и потери контактов в реостат­ ном датчике положения (37%). Остальные отказы имели место вслед­ ствие нарушения контактов в электрической схеме колонки, поломки тяги и др.

В то же время значительная часть отказов исполнительных механиз­

ЭР-Т-59 и ЭР - Ш -59, снятых с производства и замененных более со­ вершенными, вызвано тем, что приборы ЭР-Т-59 и ЭР-Ш-59 в настоя­ щее время в большом количестве эксплуатируются на тепловых электростанциях.

549

току в силовых цепях электродвигателя при одновременном несраба­ тывании защиты. Это приводит к сгоранию электродвигателей. Пер­

ные были вторичными по причинам залипання, подгорания или пере­ коса контактов магнитных пускателей (27%), заедания или поломки шестерен редуктора (11%), поломки или разрегулировки концевых выключателей колонки дистанционного управления (25%), заедания (тугой ход) регулирующего органа (32%), неисправности электри­ ческих соединительных линий (5%).

ходных реле в регулирующих приборах, магнитных пускателей, концевых и путевых выключателей). Исследование характеристик надежности контактной аппаратуры (регулирующих приборов ЭР-59, магнитных пускателей МКР-0, электрических исполнительных меха­ низмов КДУ) показало [Л. 43], что рационально организованное про­ филактическое обслуживание почти в два раза уменьшает интенсив­ ность потока отказов этих устройств по сравнению с показателями

исполнительные механизмы типа КДУ. Больше половины отказов ис­ полнительных механизмов типов МЭО и МЭК вызвано механически­ ми повреждениями — редуктора, подшипников, электродвигателя и т. п. Причинами остальных отказов является обрыв обмотки элект­ родвигателя, обрыв катушки тормоза и др. Отметим, что результаты испытаний этих исполнительных механизмов близки к приведен­ ным в [Л. 44] показателям эксплуатационной надежности исполни­

отказы имели место из-за поломок соединительной штанги. Почти

Причины отказов электрических соединительных линий: обрыв 68% и короткое замыкание 32%. Большинство этих отказов возни­ кает в цепях, идущих от регулирующих блоков к исполнительным устройствам.

Анализ потоков отказов показал, что для некоторых из рассмот­ ренных выше устройств гипотеза о том, что поток отказов является простейшим, не подтвердилась. Наилучшее совпадение в этих слу­ чаях с результатами эксперимента дала модель потока отказов со случайной интенсивностью (см. § 17-2). Определение верхней довери­

550

б) ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕЗОТКАЗНОСТИ ПО ПОСТЕПЕННЫМ ОТКАЗАМ

Помимо внезапных отказов в электрических регуляторах ЭАУС, эксплуатирующихся на тепловых электростанци­ ях, имеют место и постепенные отказы. Эти отказы, как правило, не требуют для своего устранения замены или ремонта отказавших устройств, а лишь приводят к необ­ ходимости изменения параметров настройки регулятора с помощью специально предназначенных для этого орга­ нов настройки (или, как часто говорят, с помощью кор­ ректировки регулятора). Очевидно, что не все корректи­ ровки вызваны постепенными отказами регулятора — к необходимости в корректировке могут привести измене­ ния параметров регулируемого объекта или характери­ стик возмущающих воздействий. Однако при исследова­ нии эксплуатационной надежности регуляторов в замк­ нутых САР выделение постепенных отказов регуляторов из множества корректировок и отнесение их к тому или иному элементу и даже устройству, например регулиру­ ющему блоку или датчику, в ряде случаев представляет­ ся затруднительным. Поэтому ниже будут рассмотрены характеристики надежности систем автоматического ре­ гулирования в целом по корректировкам. Целесообраз­ ность такого подхода вызвана еще и тем, что каждая из корректировок, независимо от ее причины, требует вме­ шательства обслуживающего персонала в работу регуля­ тора.

и горения котлоагрегата, уровня в конденсаторе и давления пара на

вышении колебательности систем регулирования вплоть до потери устойчивости, 10%) в снижении статистической точности.

Наилучшее совпадение с экспериментальными данными о потоке корректировок дала модель потока со случайной интенсивностью.

Анализ постепенных отказов регулирующих приборов как наи­ более сложного устройства регулятора, с помощью которого к тому

551