Файл: Автоматическое управление газотурбинными установками..pdf

Г л а в а VI. АНАЛИЗ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫМИ УСТАНОВКАМИ

Определения

Свойство системы или изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение определен­ ного промежутка времени, называется н а д е ж н о с т ь ю * . Созда­ ние систем автоматического управления, обладающих высокой на­ дежностью, является одной из главных инженерных проблем. Это положение в полной мере относится й к системам автоматического управления, используемым при дальнем транспорте газа. Хотя во­ просы надежности интересовали людей с того времени, как начала развиваться техника, первые теоретические работы появились 25—30 лет назад. В дальнейшем, однако, теория надежности разви­ валась очень бурно, и за последние годы появилось большое число публикаций, рассматривающих теоретические и пр&ктические аспекты проблемы надежности.

Повышенный интерес к вопросам надежности объясняется глав­ ным образом постоянно возрастающей важностью функций, выпол­ няемых системой, стремлением к исключению человека из процесса управления и сложностью условий, в которых работает аппаратура. Для систем управления газотурбинными установками эти проблемы связаны с ростом мощности единичного агрегата. Длительный простой агрегата мощностью 25 Мвт по вине системы управления может привести к экономическим потерям, превышающим стоимость самой системы. Возможны также случаи, когда отказ в системе управления приводит к серьезной поломке агрегата или, что еще более опасно, создает угрозу людям. Стремление уменьшить роль человека в процессе управления неизбежно приводит к усложнению системы, возрастанию числа 'используемых в ней элементов. Следствием этого может явиться увеличение числа поломок, неисправностей, отказов.

О т к а з о м в теории надежности называют событие, заклю­ чающееся в нарушении работоспособности системы или изделия.

* Определения терминов теории надежности даются в соответствии с ГОСТ 13377—67.

201

Обычно отказы, возникающие в системах автоматического управле­ ния, подразделяют на внезапные, постепенные и кратковременные. В н е з а п н ы е ( к а т а с т р о ф и ч е с к и е ) о т к а з ы воз­ никают в результате резкого, скачкообразного изменения главных параметров системы, и обычно приводят к полному нарушению ее работоспособности. Внезапные отказы могут явиться следствием и постепенных изменений параметров, которые остались незамечен­ ными либо из-за несовершенства методов контроля, либо из-за недо­ статочно хорошо организованной системы профилактики.

П о с т е п е н н ы е о т к а з ы проявляются в плавном изме­ нении параметров системы. Эти изменения обычно накапливаются медленно под воздействием внешних условий и приводят в большин­ стве случаев к ухудшению функционирования системы, что может

их возникновения во многих случаях лежит вне рассматриваемой системы. Следует подчеркнуть условность приведенной классифи­ кации отказов.

При оценке надежности газотурбинной установки и ее системы управления основное внимание обычно уделяется внезапным отка­ зам. Результатом отказа системы управления могут быть следующие события: 1) ГТУ не запускается в нужный момент (отказ пуска), 2) ГТУ останавливается без действительной надобности (ложная остановка), 3) ГТУ не Останавливается в нужный момент, например при возникновении аварийной ситуации (отказ типа несрабатывание).

Для количественной оценки надежности системы автоматиче­

отказов ремонтируемого изделия в единицу времени, взятое для рассматриваемого момента или отрезка времени. На практике сред­ нее число отказов тср (t) можно определить из наблюдения за испы­

Точное значение ш (і) определяется как предел этой дроби при ІѴ-*-оо и Аt -э-0. В большинстве практических случаев параметр

2 0 2

со (£) = ю = const.

Н а р а б о т к а н а о т к а з , или среднее время безотказной работы, — среднее время наработки ремонтируемого изделия между

После периода приработки, т. е.

при t > f0,

интервале времени или в пределах заданной наработки отказ системы не возникнет. Вероятность безотказной работы обычно обозначают р (£), а ее численное значение определяют но формуле

_ j_ р (£) = e~mt = е т.

Событием, противоположным безотказной работе, является отказ. Вероятность возникновения отказа за время наработки t

q{t) = i —р (£).

Из графика р (£) (рис. VI.1) видно, что вероятность безотказной работы падает с ростом наработки t. В частности, в том случае, когда время наработки равно времени наработки на отказ (t = Т),

p(t) —0,37, g(£) = 0,63.

Для характеристики надежности системы автоматики, явля­ ющейся ремонтируемой системой, важное значение имеет с р е д н е е в р е м я в о с с т а н о в л е н и я , определяемое как среднее время простоя, вызванного отысканием и устранением одного отказа. В общем случае время простоя является величиной случайной и среднее время восстановления

m

203

где т — общее число обнаруженных и устраненных отказов; tL — время, затраченное на обнаружение и устранение г'-го отказа.

Очевидно, чем меньше Тв, тем работоспособнее система, выше ее надежность. Влияние времени восстановления на надежность системы учитывается коэффициентом готовности — удобной и часто используемой характеристикой надежности восстанавливаемой си­ стемы. К о э ф ф и ц и е н т г о т о в н о с т и определяется как вероятность того, что система будет работоспособна в произвольно' выбранный момент времени в промежутках между выполнениями планового технического обслуживания: К г =Т/(Т + ТВ).

Виды отказов

Отказ системы всегда приводит к экономическим потерям, причем размер этих потерь значительно возрастает с увеличением мощности газотурбинного агрегата. Величина потерь определяется не только уменьшением количества транспортируемого газа, но и тем влиянием, которое оказывает процесс пуска или остановки на долговечность газотурбинного агрегата. Как известно, именно в процессе пуска

иостановки ответственные узлы агрегата испытывают максимальные напряжения, связанные со значительными градиентами температуры

иускорениями. Это обстоятельство дает основание приравнивать каждый пуск наработке определенной длительности и выражать ресурс агрегата не только в часах, но и числом пуско-остановочных операций (иногда указывают, что ревизию агрегата следует проводить по истечении определенного времени работы, например 8000 ч, или после определенного числа пусков, например 25).

Сэтой точки зрения, отказ пуска является серьезным событием только в том случае, если он происходит на заключительном этапе пуска, когда скорость вращения агрегата и температура газа близки к номинальным. Наиболее опасным является отказ-несрабатывание, когда в результате возникновения отказа в системе управления на­ рушается одна из основных ее функций — защита агрегата экстрен­ ной остановкой от развития аварийной ситуации. Нарушения такого типа могут привести к полному разрушению агрегата. На практике отказы системы автоматики в процессе пуска встречаются относи­ тельно редко. Надо, правда, оговориться, что это обстоятельство, является, по-видимому, следствием того, что автоматический способ пуска медленно внедряется в практику эксплуатации и обслужива­ ющий персонал стремится «дотянуть» начатый пуск до конца любой ценой.

Среди причин непрохождения пуска наиболее часто называют две: отказ зажигания и отказ в перестановке технологических кранов.

Зажигание топлива в камере сгорания — сложный процесс, на­ дежность протекания которого определяется работой запального устройства и тем, как организована подача газа и воздуха в зону воспламенения. На многих газовых турбинах в качестве воспламе­ нителя использовалась свеча поверхностного разряда. Искра обра­

204