книги из ГПНТБ / Брук М.А. Инженерные основы эксплуатации корабельных дизелей учебник

Рассмотрение этих кривых позволяет заключить, что в.равных интервалах времени работы надежность раз­ ных элементов двигателя характеризуется различной величиной вероятностибезотказной работы.

Наибольшей стабильностью надежности к исходу 2000 ч работы отличаются масляные нагнетательные на­ сосы [Л (2000) = 0,963], наименьшую надежность к это­ му времени имеют трубопроводы [/^е(2000) = 0,620].

При отсутствии дублирования механизмов отказ од­ ного из перечисленных элементов приводит к потере ра­ ботоспособности всего двигателя.

Исходя из теоремы умножения вероятностей вероят­ ность безотказной работы двигателя равна произведе­ нию вероятностей безотказной работы его элементов:

P(t)x» = Pi(t)P2(t)P3(t)-P*(t)- (П )

20

Если предположить, что надежность двигателя 37Д обусловлена надежностью приведенных на рис. 2 эле­ ментов., отказы . которых независимы друг от друга и могут наступить совместно, то вероятность безотказной работы двигателя для / = 2000 '/ составит

Р(2000) = 0,968 ■0,889 • 0,896 • 0,757 • 0,670 • 0,620 = 0,243.

Интенсивность отказов. Допустим, что при /0 = 0 в идентичных условиях по одной и той же программе с соблюдением одинаковых режимов начали работать N s двигателей.

К концу времени i число работавших двигателей со­ ставляло Ne(t)< N x, а через время t + At это число уменьшилось до A/g(/+A/) <N$(t).

Вероятности безотказной работы для интервалов вре­ мени I и t+ At соответственно составляют:

откуда число безотказно работающих двигателей (дета­ лей) в начале интервала времени At составляет

а в конце интервала времени At

Число двигателей, вышедших из строя за время At, составит

Интенсивность отказов представляет собой отноше­ ние числа отказавших двигателей (элементов) в единицу времени к среднему числу двигателей (элементов), про­ должающих работать безотказно в данном интервале времени:

21

Где Ncp = A/g (О ~Ь A/g (/ -Г ^ 1) — среднее число двигателей,-

2

безотказно работавших в начале и конце интервала вре­ мени At.

Рис. 3. Зависимость интенсивности отказов от продол­ жительности работы двигателя

периоду работы двигателя, когда выявляются скрытые технологические и конструктивные недостатки всех эле­ ментов двигателя, устраняются ошибки или недостатки сборки и регулировки. Начальный этап должен закан­ чиваться во время заводских испытаний.

II — период нормальной работы, соответствующий ус­ тановленной продолжительности работы двигателя.

III — X(i) резко возрастает, в связи с чем возникает необходимость проведения ремонта.

График изменения интенсивности отказов по време­ ни позволяет оценить уровень надежности двигателя в различные периоды его эксплуатации и определить со­ отношение между проектным а и действительным б сроками службы двигателя. Очевидно, что срок службы двигателя оценивается прямолинейным участком графи­

ка X{t) =f{t).

Интенсивность отказов может быть выражена ве­ роятностью безотказной работы.

22

P(t)

Интегрируем обе части равенства (19):

(20)

Как следует из рис. 3, для межремонтного периода ра­ боты двигателя 'k(l) = X = const, следовательно, Xt = = —InP(t) + С. Постоянная интегрирования С может

из формулы (21) следует, что вероятность безотказной работы с течением времени убывает по экспоненциаль­ ной зависимости.

23

Таким образом, если из опыта известна X— характе­

ристика двигателя или его элементов, то, пользуясь фор­ мулой (21), можно вычислить вероятность безотказной работы.

По мере освоения производства, усовершенствования технологии, устранения выявленных конструктивных не­ достатков повышается надежность двигателя. Правиль­ но организованные стендовые испытания дают необхо­ димые сведения для оценки надежности двигателя. Од­ нако некоторые задачи надежности могут быть решены лишь в условиях эксплуатации на корабле (влияние ви­ браций, крутильных колебаний, работа двигателя в ус­ ловиях качки и др.).

Некоторые недостатки могут быть выявлены только при испытании большого количества двигателей, рабо­ тающих в течение длительного времени, что оказывает­ ся возможным лишь в случае учета опыта эксплуа­ тации.

Среднее время безотказной работы. Если в эксплуа­ тации находится Nv двигателей, время безотказной ра­

боты каждого из которых составляет i\, k, ti, то среднее время безотказной работы может быть определено по формуле

(22)

В период работы двигателя, когда X(/)=consl, меж­ ду средним временем безотказной работы и опасностью

отказов сохраняется обратная зависимость %(() =^7“ ’

ср

с учетом этой зависимости

При ^ = 0 />(0 = 1.

При i —oo P(i) =0.

При/ = 7вср Я (0«0,37 .

24

Если известно планируемое на год или кампанию вре­ мя работы двигателя, то среднее время безотказной ра­ боты его основных элементов может служить исходным показателем для оценки необходимого количества за­ пасных частей.

Если X(^)=var, среднее время безотказной работы не может служить убедительным количественным пока­ зателем надежности. В этом случае более приемлема средняя наработка на отказ, определяемая как среднее арифметическое времени работы двигателя (элемента) между соседними отказами:

где 11, h . . . tn — соответственно время работы до пер­ вого отказа, от первого до второго от­ каза и т. д.;

п — число отказов за время испытаний. Количественным критерием надежности, позволяю­

щим оценить распределение отказов по времени работы, может служить частота отказов, представляющая собой отношение числа двигателей (элементов), отказавших к данному моменту времени i, отнесенное к суммарному числу двигателей (элементов), первоначально подверг­ шихся испытанию:

Частота отказов, определяемая на основе данных экс­ плуатации или специальных испытаний, позволяет вы­ явить и количественно оценить влияние различных эксплуатационных факторов на надежность двигателей и их элементов, позволяет установить элементы двига­ теля, лимитирующие его надежность в данных условиях эксплуатации.

Частота отказов, отнесенная ко времени работы дви­ гателя t, позволяет определить плотность распределения отказов в единицу времени:

25

К дополнительным показателям надежности можнб отнести коэффициенты простоя и частоты ремонта.

Коэффициент простоя определяется по формуле

,v

из N двигателей за один и тот же календарный срок.

Расчет коэффициента простоя производится на осно­ вании статистических данных по эксплуатации двигате­ лей за определенное время.

Величина /Спр не связана какой-либо прямой зависи­ мостью с другими показателями надежности, так как за­ висит не только от вероятности отказов, но и от характера неисправностей, ремонтоспособности двигате­ ля, условий эксплуатации и ремонта, особенностей энер­ гетической установки.

Коэффициент готовности двигателя — отношение вре­ мени его безотказной работы к сумме времени безотказ­ ной работы и вынужденного простоя за один и тот же календарный срок эксплуатации:

26

безотказной работы и вынужденного простоя за один и тот же календарный срок эксплуатации:

Коэффициент частоты ремонта. Показателем, харак­ теризующим количество ремонтов в единицу времени, яв­ ляется коэффициент частоты ремонта, равный отноше­ нию числа всех ремонтов /грем к сумме времени безотказной работы и вынужденного простоя в течение определенного календарного срока эксплуатации.

Из сопоставления выражений (27) и (30) можно оп­ ределить связь между коэффициентами простоя и вы­ нужденного простоя:

Взаимосвязь между коэффициентами простоя и ча­ стоты ремонта определяется следующей зависимостью:

27

Учет эксплуатационной надежности

Проверка и определение эксплуатационной надеж­ ности могут производиться по следующей схеме.

1. Вводится классификация элементов двигателей од­ ной марки в зависимости от установленных для них за- водом-изготовителем сроков службы:

а) элементы, отказ которых лимитирует продолжи­ тельность работы двигателя до первой переборки;

б) элементы, срок службы которых кратен 2, 3 и 4 периодам работы двигателя между переборками или между плановыми ремонтами;

в) элементы, срок службы которых определяет со­ бой продолжительность работы двигателя до капиталь­

ного ремонта.

2. Отказы элементов учитываются дифференцирован-' но по степени влияния на работоспособность двигателя. Из общего потока отказов следует выделить:

а) неустранимые отказы, вызывающие выход из строя двигателя и невозможность восстановления его работоспособности в условиях корабля;

б) отказы, вызывающие выход из строя двигателя с возможностью восстановления его работоспособности личным составом на корабле;

в) отказы, вызывающие необходимость снижения до­ пустимой нагрузки двигателя;

г) отказы, вызывающие повышенную напряженность двигателя или увеличение заградительных параметров сверх допустимой величины;

д) отказы, не оказывающие влияния на работоспо­ собность двигателя, не требующие его -остановки, по свя­ занные с необходимостью включения резервных или дуб­ лирующих средств с последующей заменой отказавшего элемента.

3.Все отказы элементов группируются по интерва­ лам времени наработки до отказа.

4.Учитываются отказы из-за дефектов сборки и из­ готовления, случайные отказы, отказы из-за износов в

первоначальный период работы двигателя.

5. Определяются основные показатели эксплуатаци­ ейной надежмости:

28

6. Пользуясь формулой (11) для равных интервалов времени, подсчитывают показатели надежности двига­ теля:

а) с учетом всех отказов независимо от их воздей­ ствия на работоспособность, кроме отказов, не влияю­ щих на работоспособность двигателя;

Для определения показателей надежности необходи­ мо иметь информацию по следующим данным:

—марка, время выпуска, место установки и назна­ чение двигателя;

—наработка двигателя в часах до отказа:

а) с начала эксплуатации; б) после последнего ремонта;

в) непрерывная продолжительность работы;

—'наработка элемента до отказа;

—содержание отказа, его причины и последствия;

—режим работы двигателя перед отказом (мощ­ ность, число оборотов);

—показания температур выпускных газов, охлажда­ ющей воды, смазочного масла, воздуха перед всасы­

вающими органами и после воздухоохладителя; —• время в часах на установление причины отказа;

—время в часах на устранение неисправности;

—место устранения неисправности (корабль, завод, мастерская);

—общее количество двигателей дайной марки, на­ ходящихся в эксплуатации.

Сведения об-отказах должны в виде карт поступать в соединение и далее в единый центр, где сосредото­ чивается и анализируется вся информация о надеж­ ности.

Периодически сводные данные об отказах должны направляться в службы надежности заводов-изготовите-

29