лаб раб 1

Объективные причины, вызывающие интерес к теории надежности технических систем:

— возрастающая сложность технических систем;

— расширяющийся диапазон условий эксплуатации технических систем;

— рост как капитальных, так и эксплуатационных затрат;

— высокая стоимость отказа;

— повышение требований к надежности технических систем.

Основные вопросы, которые изучает теория надежности:

— критерии и количественные характеристики надежности;

— методы анализа и повышения надежности элементов и систем на этапах проектирования, изготовления и эксплуатации;

— методы испытания технических средств на надежность;

— методы оценки эффективности повышения надежности.

• Процессы, протекающие в сложных технических объектах, в смысле их надежности, закономерны и не зависят от вида техники.

• Разработанные в теории надежности методы анализа, синтеза, способы повышения надежности являются общими для любых технических объектах.

• Теория надежности — это общетехническая дисциплина, имеющая собственный предмет исследования, собственные методы и свою область применения.

Теория надежности как наука и техническая дисциплина имеет ряд особенностей:

-Случайный характер отказов и восстановлений;

-Трудность математического моделирования объектов из-за отсутствия достоверных данных о надежности элементов системы;

-Трудность, а во многих случаях невозможность статистических испытаний из-за технических и экономических ограничений;

-Сложность современных технических систем и, как результат, большие размерности уравнений, описывающих надежностные свойства систем.

В энергетический комплекс входят следующие системы:

— электроэнергетические;

— теплоснабжающие;

— нефте- и газоснабжающие;

— угледобывающие;

— ядерные энергетические.

Энергетика, как объект исследования надежности, имеет ряд особенностей, отличающих ее от других отраслей производства:

1. Территориальная распределенность.

2. Непрерывность функционирования, т.е. непрерывность производства и распределения энергии.

3. Неравномерность потребления энергии, определяемая как суточными, так и годовыми графиками нагрузок.

4. Подверженность крупным внешним воздействиям (непредвиденным и преднамеренным), определяемым протяженностью и сложностью систем энергетики.

5. Возможность каскадного развития аварии.

6. Неполная и недостаточная достоверность информации о параметрах, режимах и надежности энергосистем.

Характерными условиями эксплуатации энергооборудования ТЭС являются:

• нестационарность режимов работы,

• нестабильность топливного баланса,

• старение энергооборудования,

• неодинаковое количество вновь изготовленного и прошедшего ремонтное обслуживание энергооборудования энергоблока.

Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Надежность - свойство объекта сохранять свои характеристики (параметры) в определенных пределах при данных условиях эксплуатации.

Особенности понятия надежности объекта:

— Надежность есть внутреннее свойство объекта, заложенное в него при проектировании, изготовлении и проявляющееся во время эксплуатации.

— Надежность объекта проявляется во времени.

— Надежность по-разному проявляется при различных условиях эксплуатации и различных режимах применения объекта.

Элемент — объект, у которого на данном этапе анализа надежности, внутреннее строение значения не имеет, т.е. внутренняя структура на данном этапе анализа надежности не учитывается.

Понятие элемента условно и относительно, так как любой элемент, в свою очередь, всегда можно рассматривать как совокупность других элементов.

Объект, считавшийся элементом в одном исследовании, может рассматриваться как система в другом исследовании.

Понятия элемента и системы трансформируются в зависимости от решаемой задачи.

Система— упорядоченная совокупность отдельных элементов, связанных между собой функционально и взаимосвязанных определенными отношениями, взаимодействующими таким образом, чтобы обеспечить выполнения общей задачи и обладающая свойством, отличным от свойств отдельных ее элементов.

Объект может находиться в следующих состояниях:

— исправное;

— неисправное;

— работоспособное;

— неработоспособное;

— предельное.

Исправное состояние — состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Объект считается исправным, если при нормальном режиме эксплуатации Xк ϵ X имеет место допустимая работа элемента y ϵ Y, т.е. выполняются все неравенства:

— Y - параметры, соответствующие всем n- требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

—

— X - параметры, соответствующие всем m- требованиям нормальным режимам эксплуатации

Неисправное состояние — состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований, установленных НТД.

• Работоспособный объект является неисправным, отклонения от требований НТД при этом не настолько существенны, чтобы нарушалось нормальное функционирование.

• Работоспособное состояние — состояние объекта, при котором он соответствует основным требованиям, установленным НТД.

• Неработоспособное состояние — состояние объекта, при котором он не соответствует основным требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

• Предельное состояние —состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна.

Работоспособное и неработоспособное состояния в общем случае могут быть полными или частичными.

Полностью работоспособный объект обеспечивает в определенных условиях максимальную эффективность его применения.

Эффективность применения частично работоспособного объекта меньше максимально возможной, но значения ее показателей при этом находятся в пределах, установленных для нормального функционирования.

Понятия частичной работоспособности и частичной неработоспособности применяют к сложным системам, для которых характерна возможность нахождения в нескольких состояниях.

Эти состояния различаются уровнями эффективности функционирования системы.

Простых систем могут быть только два состояния - работоспособное и неработоспособное.

Если при нормальном режиме эксплуатации Хк ϵ Х имеет место допустимая работа элемента у ϵ Y, т.е. выполняются все неравенства:

элемент считается неисправным

Y - параметры, соответствующие всем n- требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

• X - параметры, соответствующие всем m- требованиям нормальным режимам эксплуатации

• Понятие исправность шире понятия работоспособность.

• Если объект неработоспособен, то он неисправен. Если объект неисправен, то он работоспособен.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

Повреждение (дефект) — событие, заключающееся в переходе системы из исправного в неисправное, но работоспособное состояние, называется повреждением.

Авария — событие, заключающееся в переходе объекта с одного уровня работоспособности или относительного уровня функционирования на другой, существенно более низкий, с крупным нарушением режима работы объекта.

Авария может привести к частичному или полному разрушению объекта, созданию опасных условий для человека и окружающей среды.

На ТЭС ведется учет аварий и отказов.

Под аварией понимается такое нарушение режима ТЭС, когда энергопотребителям недоотпускается более 50 МВтч электроэнергии или более 500 МВтч теплоты.

Отказом 1-й степени считается недоотпуск электроэнергии в размере 5...50 МВтч и теплоты 50...500 МВтхч.

К отказам 2-й степени относится недоотпуск электроэнергии менее 5 МВтч и теплоты менее 50 МВтхч.

• Восстановление — процесс обнаружения и устранения отказа (повреждения) с целью восстановления его работоспособности (исправности).

• Восстанавливаемый объект — объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях.

• Невосстанавливаемый объект — объект, работоспособность которого в случае возникновения отказа не подлежит восстановлению в рассматриваемых условиях.

Событие, заключающееся в переходе системы из неработоспособного состояния в работоспособное называется восстановлением.

Один и тот же объект в зависимости от особенностей или этапов эксплуатации может считаться восстанавливаемым или невосстанавливаемым.

Отрезок времени от включения в работу полностью исправного объекта до его случайного отказа - это время безотказной работы или наработка на отказ Т.

Случайная величина Т принимает в каждом j -ом включении объекта в работу случайное значение t_j

J=1,2,3,..., называется наработкой.

• Наработка — продолжительность или объем работы объекта.

В процессе эксплуатации различают наработку до первого отказа, наработку между отказами, заданную наработку и т. д.

• Технический ресурс — наработка объекта от начала его эксплуатации до достижения предельного состояния.

• Срок службы — календарная продолжительность эксплуатации объекта от ее начала до наступления предельного состояния.

• Надежность комплексное свойство - включает в себя следующие свойства:

-безотказность,

-ремонтопригодность,

-долговечность,

-сохраняемость.

Безотказность— это свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение требуемого времени в определенных режимах и условиях эксплуатации.

Долговечность - свойство технических систем непрерывно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость - свойство технических систем непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и транспортирования.

Ремонтоспособность - свойство технических систем, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонта и технического обслуживания.

Дополнительные свойства надежности для энергетических объектов:

• Живучесть — свойство объекта противостоять локальным возмущениям и отказам, не допуская их системного развития с массовыми отказами, не допуская каскадного развития аварии.

• Режимная управляемость — свойство объекта поддерживать нормальный режим работы посредством управления и автоматизации объектов с целью сохранения или восстановления нормального режима его работы.

• Безопасность - свойство не допускать ситуации, опасной для людей и окружающей среды.

Отдельно нормируется радиационная безопасность АЭС.

Виды надежности:

• аппаратурную надежность, обусловленную состоянием аппаратов;

• функциональную надежность, связанную с выполнением некоторой функции (либо комплекса функций), возлагаемых на объект, систему;

• эксплуатационную надежность, обусловленную качеством использования и обслуживания;

• программную надежность, обусловленную качеством программного обеспечения (программ, алгоритмов действий, инструкций и т. д.);

• надежность системы «человек-машина», зависящую от качества обслуживания объекта человеком-оператором.

• Отказом называется событие, переход из работоспособного состояние в неработоспособное состояние.

• После возникновения отказа характеристики технического объекта (параметры) выходят за допустимые пределы. Понятие субъективное, т. к. допуск на параметры объекта устанавливает НТД.

По типу отказы подразделяются на:

-отказы функционирования, при которых прекращается выполнение объектом основных функций;

-отказы параметрические, при которых параметры объекта изменяются в недопустимых пределах.

По своей природе отказы могут быть:

-случайные.

-детерминированные.

По временному аспекту и степени предсказуемости отказы подразделяются на внезапные и постепенные.

— внезапный отказ — отказ, проявляющийся в резком (мгновенном) изменении характеристик объекта.

— Внезапный отказ — это отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта.

— постепенный отказ —отказ, происходящий в результате медленного, постепенного ухудшения характеристик объекта из-за износа и старения материалов.

По характеру устранения с течением времени различают устойчивые (окончательные) и самоустраняющиеся (кратковременные) отказы.

• Устойчивые отказы не исчезают сами по себе, требуется проведения мероприятий по восстановлению работоспособности объекта.

• Самоустраняющийся отказ, или сбой, устраняется в результате возвращения объекта в работоспособное состояние без участия или при незначительном вмешательстве оператора, причем время устранения отказа мало или близко к нулю.

Причины возникновения отказов происходят из-за:

— конструктивных дефектов;

— технологических дефектов;

— эксплуатационных дефектов;

— постепенного старения (износа).

• Отказы вследствие конструктивных дефектов возникают как следствие несовершенства конструкции из-за «промахов» при конструировании. В этом случае наиболее распространенными являются недоучет «пиковых» нагрузок, применение материалов с низкими потребительскими свойствами, схемные «промахи» и др.

• Отказы из-за технологических дефектов возникают как следствие нарушения принятой технологии изготовления изделий (например, выход отдельных характеристик за установленные пределы). Отказы этой группы характерны для отдельных партий изделий, при изготовлении которых наблюдались нарушения технологии изготовления.

• Отказы из-за эксплуатационных дефектов возникают по причине несоответствия требуемых условий эксплуатации, правил обслуживания действительным. Отказы этой группы характерны для отдельных экземпляров изделий.

• Отказы из-за постепенного старения (износа) вследствие накопления необратимых изменений в материалах, приводящих к нарушению прочности (механической, электрической), взаимодействия частей объекта.

По характеру проявления различают явные и скрытые отказы.

• Явный отказ обнаруживается визуально или штатными методами и средствами контроля и диагностирования при подготовке объекта к применению или в процессе его применения по назначению.

• Скрытый отказ выявляется при проведении технического обслуживания или специальными методами диагностирования.

Независимые и зависимые отказы.

Независимые отказы - отказы одного элемента не связаны с тем, были или не были отказы других элементов.

Зависимый отказ - отказы одного элемента связаны с тем, были или не были отказы других элементов.

Отказы типа обрыв и типа короткое замыкание.

• Отказ типа «обрыв» вызывает выход из строя всех последовательно соединенных элементов системы.

• Обрыв приводит к разрыву электрической цепи, падает до нуля проводимость.

• Короткое замыкание исключает элемент из цепи, существенно изменяет режим работы других параллельно включенных элементов, происходит падение до нуля сопротивление в любых или в определенном направлении.

Наработка до отказа измеряется:

— Единицами времени

— Числом включений

— Числом срабатывание

•Понятия срок службы и технический ресурс не совпадают