4.2.2 Основные понятия теорий надёжности

Прежде всего необходимо рассмотреть понятия система, элемент, объект. Определение этих понятий соответствует философскому представлению о целом и частном.

Под системой понимается некоторое целое, включающее в себя функционально взаимосвязанные элементы. Системе соответствует выполнение заданной целостной программы. Элементами называются отдельные части системы, предназначенные для самостоятельного выполнения определенных задач. Каждый элемент может состоять из целого ряда подэлементов, по отношению к которым элемент играет роль системы.

Пример 2.1: Паротурбинный энергоблок - система, состоящая из , элементов: турбины, котлоагрегата, соединительных трубопрово­дов, электрогенератора и т.д. Электростанция в целом является системой более высокого порядка, для которой энергоблоки будут элементами. Для энергосистемы элементами будут электростанции.

Следовательно, разделение оборудования на системы и элементы зависит от уровня, который выбирается для решения поставленной задачи. Достаточность уровня определяется на основе оценки корректности программы решения поставленной задачи. В общем случае элемент - любое техническое устройство (турбоустановка, турбина, цилиндр турбины и т.д.), понимаемое как целое и не подлежащее дальнейшему расчленению

Объект - какое-либо устройство системы или её элемента, принятое для изучения рассматриваемых свойств без учета связей с другими элементами. Объект в течение срока службы может находиться в одном из четырех состояний: исправном, неисправном, работоспособном и неработоспособном.

Исправное состояние - состояние объекта, при котором он удовлетворяет всем требованиям нормативно-технологической документации (НТД).

Неисправное состояние - состояние объекта, при котором он не удовлетворяет хотя бы одному требованию НТД.

Работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значения всех параметров характеризующих его способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям НТД.

Неработоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям НТД.

Противоречия между неисправным, но работоспособным состоянием нет. Например, при нерастущей и локальной несквозной трещине корпуса ЦВД или деформациях выходного патрубка паровой турбины она может сохранять работоспособность. Переход из исправного состояния в неисправное при сохранении работоспособности называется повреждением.

Особый вид неработоспособности называется предельным, если применение объекта по назначению недопустимо или невозможно.

Объекты подразделяются на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. что определяется возможностью или невозможностью восстановления работоспособности после ее потери.

Одно из основополагающих понятий теории надежности -отказ. Отказ - это частичная или полная потеря работоспособности или функциональных свойств. Формально это переход объекта из работоспособного состояния в неработоспособное. В энергетике некоторые виды отказов называют авариями.

Отказы могут быть различного вида: внезапные или постепенные, независимые и взаимосвязанные, постоянные или периодические, самоустраняющиеся (сбои). Внезапные отказы возникают при аварийных ситуациях (поломках) в элементе или системе. Постепенные отказы - следствие износа деталей при нагревах или охлаждениях, коррозии и загрязнениях поверхностей, эрозии, уменьшения проходных сечений при отложении солей на поверхностях и т.д.

В теории надёжности также широко используются следующие взаимосвязанные понятия:

- наработка - продолжительность или объем работы объекта. Время работы от начала эксплуатации до первого отказа (или время между двумя отказами) называется наработкой на отказ;

-технический ресурс - наработка объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего или капитального ремонта до наступления предельного состояния;

-срок службы -календарная продолжительность эксплуата­ции от ее начала или возобновления после среднего или капитального ремонтов до наступления предельного состояния.

Надёжность, как отмечено, является комплексным свойством,

частные свойства надёжности обычно определяются отказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Безотказность - свойство объекта сохранять работоспособность непрерывно в течение времени или некоторой работки. Это свойство особенно важно для машин, отказ в юте которых связан с опасностью для жизни людей или очень крупными экономическими или социальными последствиями. К устройствам различного назначения предъявляются и иные требования по безотказности. Выход из строя перекачивающего агрегата на газоперекачивающей станции 1С) может быть компенсирован включением в работу резервного или заменой новым. Остановка реактивного двигателя в самолете может иметь трагические последствия. Отказы (аварии) на атомных станциях могут привести к чрезвычайным ситуациям широкого масштаба.

Можно также рассматривать два случая: в первом важно, чтобы была обеспечена максимальная длительность безотказной юты, во втором - чтобы была максимальна вероятность безотказной работы в течение заданного промежутка времени, например первого случая - работа источника энергии на спутнике. Второй пример - безотказность турбонасосного агрегата местного двигателя требуется лишь на период работы соответствующей ступени.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до перехода в предельное состояние с одежными перерывами для технического обслуживания и ремонта Долговечность восстанавливаемого объекта определяется появлением такого износа и старения, устранение которых является либо невозможным, либо нецелесообразным.

Именно это состояние и называется предельным. С понятием долговечности связано понятие ресурса. Наработку до предельного состояния называют полным ресурсом объекта. Для восстанавливаемых объектов различают ресурс до первого отказа и межремонтный ресурс. В качестве показателя применяется характеристика гамма- процентный ресурс.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, к восстановлению работоспособности путем проведения технического обслуживания и ремонта. Ремонтопригодность определяется возможностью и целесообразностью восстановления работы элемента, объекта или системы и зависит от затрат труда, времени и средств по сравнению с заменой новым объектом.

Выбор целесообразных и возможных ремонтных работ особенно важен, например, для условий космической станции или энергетического реактора атомной станции, когда ремонтные работы крайне осложнены.

Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после режима ожидания, хранения, транспортировки. Предполагается, что после ожидания, хранения или транспортировки обеспечивается использование объекта с сохранением показателей безотказности и долговечности. Периоды остановки и ожидания, существующие для мощных энергетических паротурбинных установок, соответствуют периодам минимума электрической нагрузки. Такие изменения режимов связаны с проявлением малоцикловой усталости, что снижает долговечность объектов. Периодические пуски и остановы характерны для всех транспортных установок.

Длительности безотказной работы, степень износа за определенный период и время восстановления различаются даже для объектов одного типа и проявляются как случайные значения. Заранее для конкретного работающего агрегата нельзя предсказать время его работы до отказа Но случайные величины ' подчиняются определенным закономерностям, их можно определить е некоторой вероятностью на основе математической статистики и теории вероятностей. Различные ситуации (отказы, поломки, износы) в этом случае рассматриваются как множества конечных или бесконечных чисел событий, неупорядоченных и не образующих последовательностей.