При исследовании надежности систем или отдельных технических изделий пользуются следующим приемом: система разбивается на блоки, затем определяется надежность каждого блока и результирующая надежность всей системы. Однако нет смысла исследовать все блоки, входящие в систему, т.к. их надежность обычно сильно различается. Отказы некоторых из блоков практически невозможны и их учет при определении результирующей надежности только усложняет эксперименты и расчеты, практически не меняя окончательный результат. Поэтому при составлении структурных схем пользуются методом "слабых звеньев", выделяя только те блоки, надежность которых в данных условиях минимальна. В асинхронных двигателях при исследовании на надежность следует выделять как "слабые звенья" обмотку статора, подшипниковый узел.
В синхронных машинах - обмотку статора и ротора, щеточный аппарат и контактные кольца, подшипники (или подпятники), системы охлаждения и пожаротушения.
Машину постоянного тока с точки зрения ее надежности представляет состоящей из следующих узлов: коллекторно-щеточный и подшипниковый узлы, обмотки якоря, возбуждения, добавочных полюсов и компенсационная.
Отказы ЭМ можно разделить на конструкционные, технологические (производственные) и эксплуатационные. Конструкционные отказы возникают из-за несовершенства (незнания) или нарушения правил проектирования и конструирования ЭМ.
Технологические – из-за нарушения процесса производства или ремонта.
Эксплуатационные – из-за неправильного применения, отсутствия защиты, нарушений условий эксплуатации электрических машин.
Отказы ЭМ могут быть обусловлены старанием материалов и износом узлов, а также случайной концентрацией нагрузки, предвидеть которую практически невозможно.
Асинхронные двигатели Межвитковые замыкания – 93 %, пробой межфазной изоляции – 5 %, пробой изоляции – 2 %. Подшипниковый узел – 5-8 %. Кроме этого небольшой процент связан с такими причинами, как распайка выводных концов, скручивание валов, разрыв стержней роторов и др.
Причины отказов можно дифференцировать следующим образом: технологические – около 35 %, эксплуатационные (главным образом неудовлетворительная защита электродвигателей) – 50 %, конструкционные – 15 %.
При защите электродвигателей плавкими вставками, что имеет место в большинстве случаев, они отказывают вследствие работы на двух фазах. Материалы эксплуатации свидетельствуют о том, что 80 % аварий (вследствие работы на двух фазах) происходит из-за отсутствия тепловой защиты и только 20 % от ее неисправности.
Отказы также наблюдаются из-за вибрации агрегата, ведущей к отказу подшипников, обмотки.
Синхронные машины. Отказ крупных СМ весьма незначителен. Это объясняется их тщательной диагностикой в процессе работы, а также высоким профессионализмом обслуживающего персонала и вследствие этого высоким качеством обслуживания.
Одной из основных причин отказов СМ являются заводские дефекты. В первый период эксплуатации (5 - 10 тыс. ч.) имеет место приработка, когда заменяются и демонтируются детали, обладающие заводскими дефектами. Затем период нормальной эксплуатации продолжительностью 15 - 20 лет.
Для оценки эксплуатационной надежности СГ широко применяется понятие удельной повреждаемости (удельного числа аварийных отключений), которое представляет собой среднее число аварийных отключений на одну машину в год, выраженное в процентах от общего числа отключений.
Наиболее слабым узлом является статор. На изоляцию обмотки статора приходится 2.26 % отказов (турбогенераторы) и 3,67 % (гидрогенераторы), на места пайки – 0,34 и 0,92 %, на повреждение активной стали 0.15 и 0,64 % соответственно.
Отказ СМ из-за повреждения обмотки статора, как правило, происходит в результате пробоя изоляции.
Причиной повреждение активной стали является в основном ослабление ее запрессовки.
Механические повреждения ротора происходят реже, чем повреждения неподвижных частей машины, но приводят к тяжелым авариям. До 30-40 % отказов роторов вызывается повреждениями и неисправностями токопроводов и токосъемных узлов.
Прежде всего, повреждения подшипников и подпятников сопровождающиеся выплавлением баббита, повреждением вкладышей и цапф подпятниковыми токами и вытеканием масла.
Повышенная вибрация ЭМ свидетельствует о наличии недостатков конструкции, дефектов изготовления и сборки, а также о возникновении повреждений, действующие стандарты определяют следующие допустимые значение амплитуды вибрации: для турбогенераторов – не более 40 мкм, для синхронных компенсаторов – не более 80 мкм, для не более 100–180 мкм в зависимости от частоты вращения.
Машины постоянного тока. Согласно эксплуатационной статистике в среднем около 25 % отказов машин происходит из-за неисправности коллекторов, в некоторых случаях эти цифры достигают 44 - 66 % (на транспорте). Двигателей ПТ (прокатных станов показано следующее распределение отказов по узлам: коллекторный узел – 56 %, механические повреждения – 34 %, обмотка якоря и полюсов – 10 %.
К характерным повреждениям коллектора относятся изменение его формы из-за неравномерного износа, подгорание и оплавления пластин, отпайка проводников обмотки якоря. При пластмассовом корпусе - пробой изоляции.
Повреждение обмотки якоря происходит по следующим причинам: из-за пробоя корпусной изоляции между обмоткой и пакетом стали якоря, межвитковых замыканий, распайкой петушков, разрушение бандажей.
Повреждения обмоток возбуждения, обмоток добавочных полюсов компенсационных обмоток довольно редки.
Из механических частей машины ПТ наиболее подвержены износу подшипники скольжения или качения и шейки вала.
Повреждения щеточной траверсы могут проявляться в виде поломки кольца траверсы, расстройства регулировки положения щеткодержателей на пальцах или бракетах траверсы.
В ЭМ малой мощности статистика показывает, что отказы приходятся в основном на следующие “слабые” узлы: обмотка; подшипниковый узел; коллекторно-щеточный узел.
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ
Показатели надежности можно разбить на две группы, характеризующие невосстанавливаемые (обмотки ротора и статора ЭМ, щетки, подшипники) и восстанавливаемые (подшипниковый и коллекторно–щеточные узлы, пускорегулирующая аппаратура) объекты.
К числу широко применяемых количественных характеристик надежности невосстанавливаемых объектов относятся: вероятности безотказной работы Р(t) и отказа Q(t), частота отказов а(t), интенсивность отказов l(t), средняя наработка до первого отказа Тср.
|
ВБР по статическим данным об отказах оценивается выражением
(6.1)
где Р*(t) – статическая оценка ВБР, N0 – число изделий в начале испытаний, n(t) – число отказавших изделий за время t.
При большом числе изделий N0 статическая оценка P*(t) практически совпадает с вероятностью P(t).
Вероятность отказа Q(t) – вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации в заданном интервале времени произойдет хотя бы один отказ. Отказ и безотказная работа – события противоположные и не совместимые:
(6.2)
Частота отказов а(t) – есть отношение числа отказавших изделий в единицу времени к первоначальному числу испытываемых изделий:
(6.3)
где n(Dt) – число отказавших изделий в интервале времени Dt.
Частота отказов или плотность вероятности отказов f(t) может быть определена как производная по времени вероятности отказов
(6.4)
Интенсивность отказов l(t) – условная плотность вероятности возникновения отказа, которая определяется как отношение числа отказавших изделий n(Dt) в единицу времени к среднему числу изделий исправно работающих в данный отрезок времени
(6.5)
где 
– среднее число изделий, исправно работающих в интервале Dt; Ni, Ni+1 – соответственно числа изделий, исправно работающих в начале и конце интервала Dt, Ni³Ni+1.
Интенсивность отказов l(t) – является также отношение частоты отказов к ВБР
(6.6)
Вероятность безотказной работы и интенсивность отказов связаны выражением
(6.7)
Обычно интенсивность отказов меняется во времени. Лишь в случае экспоненциального закона распределения отказов интенсивность отказов 
.
Средней наработкой до отказа Тср – математическое ожидание наработки объекта до первого отказа. Математическое ожидание Рср вычисляется следующим образом
(6.8)
По статическим данным об отказах средняя наработка до первого отказа вычисляется по формуле
(6.9)
где ti – время безотказной работы i–го образца; N0 – число испытуемых изделий.
Для определения Тср необходимо знать время безотказной работы всех испытуемых изделий. Иногда это не представляется возможным и поэтому пользоваться формулой 6.9 неудобно. Имея данные о количестве вышедших из строя элементов ni в каждом i–ом интервале времени, среднюю наработку до первого отказа можно определить из уравнения
(6.10)
где m – количество интервалов длительностью Dt. Значение tcp.i и m находятся по следующим зависимостям
(6.11)
где ti-1, ti – время начала и окончания i–го интервала; tk – время в течение которого вышли из строя все изделия.
Пример: Проводятся ресурсные испытания.
Установлено 400 машин. Через 3000 ч работы отказало 200 машин. Испытания продолжались и через 100 ч отказало еще 100 машин. Определить Р*(3000), Q*(3000), P*(3100), Q*(3100), P*(3050), l*(3050), a*(3050).
В соответствии с формулами 17.1, 17.2 определим вероятность безотказной работы и вероятность отказа за 3000 и 3100 ч.
Среднее число исправно работающих машин в интервале от 3000 до 3100 ч
Число отказавших машин за 3050 ч и Р*(3050) равны
Частота и интенсивность отказов определяются по формулам 6.3 и 6.5
Дата: 2018-12-28, просмотров: 321.
