Содержание к диссертации
Введение
1. Технико-экономическая оценка уровня производства и эксплуатации вентиляторов главного проветривания метрополитенов 11
1.1 Состояние отечественного и зарубежного вентиляторостроения. 11
1. 2Уровень разработки, производства и эксплуатации базового образца -вентилятора В ОМ -18 41
1.2.1. Анализ технического задания на разработку аэродинамической схемы. 41
1.2.2. Объемы выпуска, распределение и потребность в вентиляторах 43
1.2.3. Методика аэродинамических испытаний вентиляторов в условиях эксплуатации. 44
1.2.4. Эффективность эксплуатации вентиляторов на Московском метрополитене 54
1.2.5 Специфика условий эксплуатации ВГП шахт и метрополитенов 56
1.3.Существующий подход к оценке технического уровня и качества вентиляторов. 61
1.4. Обоснование параметров работы вентиляторов 65
2. Оптимизация параметров и режимов работы вентиляторов 68
2.1 Расчет рациональных составляющих режимов эксплуатации осевых вентиляторов 70
2.2 Решение задач оптимизации путем разработки и применения инструментальных средств 72
2.3 Краткое описание системы оптимизации режимов работы вентиляторов ВОМ-18 75
2.4 Выводы 82
3. Уровни надежности и качества вентиляторов. разработка способов и методов оптимизации показателей надежности и повышения уровня качества 83
3.1 Выбор номенклатуры технического уровня и качества 83
3.2 Уровень фактической надежности вентиляторов ВОМ-18 107
3.2.1. Фактическая безотказность 109
3.2.2. Фактическая долговечность. 131
3.2.3. Фактическая ремонтопригодность 134
3.2.4. Фактическая сохраняемость 137
3.2.5. Фактическое значение коэффициента готовности 139
3.3 Прогнозирование показателей надежности элементов конструкций
новых вентиляторов на стадии проектирования 140
3.3.1. Сравнительный расчет безотказности конструкций механизмов поворота лопаток рабочего колеса. 146
3.3.2. Сравнительный анализ ремонтопригодности вариантов конструкций механизма поворота лопаток рабочих колес. 152
3.4 Разработка программы ускорения ресурсных испытаний 174
3.5 Выводы 185
4. Обоснование технических условии эксплуатации вентиляторов 190
4.1 Нормативные и фактические структуры ремонта. 190
4.2 Принципы научно-обоснованного построения структур ЭРЦ 194
4.3 Построение ресурсооборотных моделей эксплуатационно-ремонтных циклов 195
4.4 Расчет оптимального эксплуатационно-ремонтного цикла 219
4.5 Вывод 224
Заключение 225
Список литературы
- 2Уровень разработки, производства и эксплуатации базового образца -вентилятора В ОМ
- Решение задач оптимизации путем разработки и применения инструментальных средств
- Уровень фактической надежности вентиляторов ВОМ-18
- Построение ресурсооборотных моделей эксплуатационно-ремонтных циклов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Важнейшей составной частью концепции ускорения социально-экономического развития страны стала программа модернизации машиностроительного комплекса. Поставленные важнейшие задачи по коренному улучшению продукции машиностроительных отраслей промышленности в полной мере относятся к тяжелому, транспортному и энергетическому машиностроению. В числе его продукции для метрополитенов вентиляторы главного проветривания занимают особое место, связанное с обеспечением безопасности и поддержанием жизнедеятельности находящихся в подземных выработках людей. Количество вентиляторов главного проветривания, находящихся в эксплуатации на метрополитенах страны, превышает 1700 единиц. Развитие метрополитенов, а также необходимость реконструкции действующих вентиляционных шахт потребует освоить выпуск вентиляторов нового поколения.
Между тем качество вентиляторов главного проветривания метрополитенов пока находится на недостаточном уровне. Эффективность эксплуатации вентиляторов крайне низка. Это связано с их работой в зонах, как правило, отличающихся от расчетных. Работу вентиляторов характеризуют процессы динамического взаимодействия с поршневыми эффектами движущихся в метрополитенах электропоездов. Эти процессы вызывают изменения нагруженности элементов конструкций вентиляторов, режимов работы, определяют условия эксплуатации. В результате заданный уровень надежности вентиляторов не обеспечивается. Достижению требуемого уровня качества и оптимизации эксплуатации вентиляторов главного проветривания метрополитенов посвящен круг решаемых в работе вопросов. Следовательно, она актуальна, т.к. непосредственно связана с одной из важнейших проблем современного машиностроения - проблемой качества.
До настоящего времени динамика взаимодействия осевых вентиляторов, применяемых для главного проветривания метрополитенов, с поршневыми эффектами движущихся электропоездов комплексно не изучались. Отсутствовали исследования по оптимизации режимов эксплуатации вентиляторов для метрополитенов, работающих в последовательно - параллельных схемах включения с изменением нагружения лопаточных венцов. Не было дано обоснований технических условий эксплуатации. Уровни надежности и качества вентиляторов рассчитывались по аналогии с шахтными вентиляторами главного проветривания, что при низких потребных напорах, 10-15 каратных запасах и отсутствия элементов автоматического регулирования делало их неконкурентоспособными.
Диссертация выполнялась с учетом содержания протоколов собрания электромеханических служб метрополитенов России и стран СНГ под эгидой международной хозяйственной ассоциации Метро
Цель работы состоит в установлении закономерностей формирования рабочих режимов и динамических нагрузок осевых вентиляторов главного проветривания метрополитенов для создания рациональных конструкций и оптимизации режимов эксплуатации вентиляторов при условии обеспечения роста их технико — экономических показателей.
Идея работы заключается во взаимосвязанном использовании энергии воздушных потоков, создаваемых вентиляторами главного проветривания метрополитенов для снижения габаритов и металлоемкости вентиляторов, повышения их надежности и роста технико- экономических показателей эксплуатации.
Задачи исследований . В диссертации поставлен и решен ряд взаимосвязанных задач, основными из которых являются:
обобщение фактических режимов эксплуатации и прогноз
1$ основных характеристик вентиляторов главного проветривания
метрополитенов нового поколения;
оптимизация режимов работы вентиляторов;
обоснование технических условий эксплуатации вентиляторов;
разработка совершенствование номенклатуры показателей качества вентиляторов главного проветривания метрополитенов, определение уровней надежности и их оптимизация на стадии проектирования и эксплуатации.
Методы исследований. Статистические и динамические
характеристики вентиляторов в условиях эксплуатации на метрополитенах и в транспортных тоннелях изучались экспериментальными методами с применением серийных измерительных средств. Обобщение режимов эксплуатации, прогноз основных характеристик вентиляторов нового поколения, расчеты уровней надежности выполнены методами математической статистики. Основные теоретические результаты получены с использованием положений прикладной газовой динамики. Численное решение системы уровней газовой динамики осуществлялось методом характеристик. Для определения аэродинамичных качеств вентиляторов и эксплуатационных свойств элементов их конструкций проводились стендовые испытания.
Научные положения , защищаемые в диссертации, сводятся к следующему:
проектирование и эксплуатация вентиляторов главного проветривания метрополитенов должны осуществляться с учетом поршневых эффектов, возникающих в их подземных выработках при движении электропоездов.
оптимизация режимов работы существующих вентиляторов должна осуществляться за счет определенного смещения аэродинамических характеристик на координатном поле Q - Р sv и изменение их наклона. Оптимальная эксплуатация вентиляторов нового поколения возможна за счет реализации принципа стабилизации нагрузки на валу при комбинированном оперативном регулировании частоты вращения ротора и изменении углов установки лопаток рабочего колеса:
существующий подход к оценке технического уровня и качества
вентиляторов главного проветривания метрополитенов, базирующийся
на аналогии с шахтными вентиляторами главного проветривания, не
учитывает специфику их эксплуатации в метрополитенах. Оценку
технического уровня и качества рассматриваемых вентиляторов
необходимо проводить с учетом отличий функционального характера,
связанных с зонами фактических режимов работы, эксплуатационной
эффективностью реверсирования, общим режимом эксплуатации,
вынужденным ограничением длительности использования
вентиляторов как изделий третьего класса, второй группы надежности.
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов
подтверждается результатами выполненных теоретических исследований, полученных на основе использования положений прикладной газовой динамики, численных методов анализа, достаточным объемом экспериментальных и натурных исследований условий и режимов эксплуатации вентиляторов в метрополитенах и в транспортных тоннелях различных регионов страны.
Научная новизна диссертации - состоит в том, что в ней разработаны эффективные методы расчета и испытаний осевых вентиляторов, работающих в условиях нестационарного динамического нагружения:
выполнено теоретическое обобщение и решена задача динамического взаимодействия системы «вентилятор - сеть» при движении в тоннелях электропоездов. Установлено, что известные работы в этой области не учитывают обратной связи между вентиляторами и воздушными потоками в сети. Новые трудности вызывают также рассмотрение комплекса подземных выработок вентиляционной сети с движущимися в них поездами;
выявлены зоны фактических режимов работы всех существующих
типов вентиляторов главного проветривания метрополитенов в
различных условиях эксплуатации. Установлено, что серийно
выпускаемые вентиляторы ВОМ -18 работают в зонах, существенно
отличающихся от расчетных и следовательно имеют низкую эффективность эксплуатации. Низкие технико-экономические показатели - следствие несоответствия аэродинамической схемы вентилятора, имеющей относительно высокий коэффициент давления, требованиям вентиляционных систем метрополитенов с относительнее малым сопротивлением;
сформулированы научно- обоснованные требования к вентиляторам главного проветривания метрополитенов нового поколения и системе управления к ним. Получены зоны режимов работы вентиляторов, координаты номинальных режимов их работы. Обоснована возможность и необходимость снижения габаритов и металлоемкости вентиляторов за счет перехода на одноступенчатую аэродинамическую схему, уменьшения диаметра рабочего колеса и относительного диаметра втулки, применения лопаток рабочего колеса из прессматериаллов, применения эффективной схемы организации реверса с разворотом лопаток рабочих колес.
разработан метод оптимизации режимов работы вентиляторов ВОМД — 24 в условиях эксплуатации при движении электропоездов и последовательно- параллельных схемах включения вентиляторов. Метод позволяет учитывать динамические процессы взаимодействия системы «вентилятор - сеть»;
разработаны принципы построения оптимальных структур ремонтно -эксплуатационных циклов вентиляторов. Показано, что в качестве критерия оптимизации должен быть принят комплексный показатель, определяющийся суммарной оперативной трудоемкостью всех видов ремонта и потерями ресурса за срок службы вентиляторов;
исследованы фактические уровни надежности вентиляторов ВОМД -24
, определены их интервальные оценки. Показано, что существующая
методика, применяемая для оценки технического уровня и качества
вентиляторов главного проветривания метрополитенов, не отражает
специфики их эксплуатации. В связи с этим упорядочена структура
нормируемых показателей качества, введены понятия «герметичность
проточной части» и «нормативный коэффициент реверсирования».
Личный вклад состоит в решении важной научной проблемы — в разработке и практическом внедрении методов расчета и испытаний осевых вентиляторов, работающих в условиях нестационарного динамического нагружения, которые в своей совокупности являются необходимым условием для создания вентиляторов главного проветривания метрополитенов нового поколения и коренного повышения эффективности эксплуатации вентиляторов существующих конструкций.
В рамках отдельных разделов диссертации личный вклад состоит в
выводе основных зависимостей взаимодействия системы «вентилятор - сеть»
с учетом обратных связей между вентиляторами и воздушными потоками в
комплексе подземных выработок вентиляционной сети и движущимися в них
электропоездами; в установлении зон фактических режимов работы и причин
низкой эффективности эксплуатации существующих типов вентиляторов; в
разработке научно- обоснованных требований к вентиляторам главного
проветривания метрополитенов нового поколения, заключающихся в
переходе на одноступенчатую аэродинамическую схему, уменьшении
диаметра рабочего колеса и относительного диаметра втулки, применения
лопаток рабочего колеса из прессматериалов, применения эффективной
схемы организации реверса с разворотом лопаток рабочего колеса; в
разработке принципа управления вентиляторами, позволяющего
использовать поршневой эффект движущихся электропоездов как
самостоятельный источник тяги воздуха в подземных выработках
метрополитенов; в разработке метода оптимизации режимов работы
вентиляторов ВОМ —18; в упорядочении структуры нормируемых
показателей технического уровня и качества вентиляторов главного проветривания метрополитенов; в разработке предложений, направленных на повышение технического уровня и качества вентиляторов.
Практическая ценность диссертации состоит в том, что совокупность
разработанных в ней методов и средств, позволяет обоснованно подходить к
расчетам эксплуатационных показателей, нагруженности и режимов работы вентиляторов главного проветривания метрополитенов. Практическую ценность представляют исследования режимов работы и параметров, характеризующих уровень фактической надежности, который в конечном итоге является основой разработки оптимальных структур ремонтных циклов вентиляторов. Практическая значимость работы подтверждается также тем, что ее результаты реализованы при создании инструментального средства -системы оптимизации режимов работы вентиляторов, а также соответствующих методик.
Реализация в промышленности. Работа и ее отдельные разделы внедрены в, Артемовском машиностроительном заводе,
Предложена система оптимизации режимов работы, позволяющая производить наладку вентиляторов в условиях последовательно-параллельных схем включения.
Предложена к внедрению отраслевая методика оптимизации режимов работы вентиляторов тоннельной вентиляции метрополитенов
Создан и предложен экспериментальный вентилятор нового поколения, имеющий механизм поворотов лопаток и частотное регулирование.
2Уровень разработки, производства и эксплуатации базового образца -вентилятора В ОМ
Рабочие колеса этих вентиляторов (рис. 1.1) состоят из стальной ступицы I, к которой приклепан диск 2, конуса 3, стаканов 4, обечайки 5 и лопаток 6. Рабочие колеса имеют по шестнадцать некрученых лопаток трапециевидной формы. Крепление лопаток к колесу осуществляется за счет того, что хвостовик стержня I (рис. 1.2) лопатки ввинчивается в стакан 2, вставленный и приваренный в прорези диска 3 колеса. Конец стакана 2 имеет продольные отверстия б, выполненные так, что от основного тела стакана отделяются два лепестка, которые стягиваются болтами 4 и гайкой 5, благодаря чему резьба стержня зажимается в резьбе стакана, удерживая лопатку от самопроизвольного поворота при работе вентилятора /3/.
Промежуточный направляющий аппарат осевых вентиляторов серии В имеет одиннадцать неподвижных лопаток, установленных под углом 110. Тринадцать профилированных лопаток спрямляющего аппарата установлены также под углом 110. Вентиляторы серии В рассчитаны на работу с окружными скоростями до 94,3 м/с.
Кожух вентиляторов выполняется разъемным. Нижняя часть кожуха со стойками под подшипники устанавливается на фундаментную раму жесткой (сварной) конструкции. Коллектор и обтекатель сварены из листовой стали. У вентиляторов с диаметром рабочих колес 1,2; 1,4 и 1,8 м коллектор выполняется в бетоне при строительстве вентиляторной установки. Ротор вентилятора соединен с электродвигателем через промежуточный вал. Роторы вентиляторов серии В имеют по три радиальных и по одному радиально-упорному подшипниковому узлу. Смазка подшипников производится масленками через выводные трубки.
Практика эксплуатации вентиляторов серии В показала следующие недостатки: отсутствие защиты от попадания пыли и влаги во втулки рабочих колес и стаканов для крепления лопаток, что приводит к нарушению балансировки ротора и затрудняет поворот лопаток; низкий максимальный и средневзвешенный статистический КПД; сварная конструкция кожуха без последующей обработки по внутреннему диаметру не обеспечивает малой величины и равномерности зазора между кожухом и концами лопаток, что влечет за собой снижение давления и КПД вентилятора; неудовлетворительная аэродинамическая схема промежуточного направляющего аппарата; упрощенные некрученые лопатки рабочих колес; резко седлообразная форма индивидуальных характеристик, что создает предпосылки для неустойчивой работы вентиляторов, особенно при параллельном их включении; сильный шум при работе на расчетных окружных скоростях; наиболее уязвимые детали вентилятора - подшипники и зубчатая муфта находятся внутри вентилятора, в местах, трудно доступных для досмотра и ухода. В течение всего периода серийного производства вентиляторов серии В (до 1960 г.) совершенствовалась их аэродинамическая схема и модернизировалась конструкция. В модернизированных вентиляторах (марка ВУ) был применен литой корпус с обработанной внутренней поверхностью и лопасти с проточенными торцами. Благодаря этому зазор между корпусом и торцами лопаток удалось снизить до 1,5 % от длины лопаток и менее (в вентиляторах серии В этот зазор был больше). В результате максимальный статический КПД установок увеличился с 0,62 - 0,65 до 0,68 - 0,70, повысилась надежность их работы (марки
ВУП,ВУПД„ВУПДМ).Реверсирование воздушной струи вентиляторами серии В и ВУ осуществлялось с помощью обводных каналов. Эксперименты по осуществлению реверсирования путем поворота лопаток рабочих колес на угол ISO - 20к привели к значительному снижению показателей работы вентилятора. Кроме того, при ручной перестановке лопаток увеличивалась длительность операции реверса. Поэтому такой способ реверсирования не нашел практического применения /4/.
Одновременно с вентиляторами серии В для главного проветривания шахт были разработаны вентиляторы ЦАГИ, предназначенные для работы в системах тоннельной вентиляции метрополитенов. В 1933 г. для первой очереди Московского метрополитена были созданы вентиляторы ЦАГИ - 16 и ЦАГИ - 19 с диаметрами рабочих колес 1,6 и 1,9 м.[5]. Вентиляторы ЦАГИ - 16 (рис 1.3) и ЦАГИ - 19 (рис. 1.4) имеют двухступенчатою аэродинамическую схему Кі+ПНА+Кг.. Рабочие колеса 1 и 2 вентилятора ЦАГИ - 16 имеют восемь, а ЦАГИ - 19 - десять поворотных лопаток. Хвостовики лопаток закреплены на втулке при помощи гаек с возможностью поворота на небольшой (до 20 ) угол для регулирования подачи агрегатов. Лопатки промежуточного направляющего аппарата 3 неподвижны и предназначены больше для выполнения функции опоры центральной обечайки, чем ориентированного направления потока на второе рабочее колесо. Относительный диаметр втулок - 0,5. Подшипниковые узлы 4,5 установлены в плоскости входного и выходного коллекторов и доступны для осмотра и технического обслуживания. Корпус вентилятора 6 неразъемный. Обтекатели отсутствуют. Вращающий момент от двигателя передается на вал вентилятора через плоскую ременную передачу и шкивы 7. Наибольший диаметральный размер вентиляторов по коллекторам 1,85 и 2,20 м, осевой 1,50 и 1,77 м для ЦАГИ - 16 и ЦАГИ - 19 соответственно. Массы вентиляторов без электродвигателя составляют 2729 и 3240 кг.
На второй и третьей очередях строительства Московского метрополитена были применены вентиляторы ЦАГИ-25 с диаметром рабочего колеса 2,5 м. Конструкция вентилятора (рис. 1.5) и профиль лопаток рабочего колеса те же, что и у выше рассмотренных типов ЦАГИ - 16 и 19. Количество лопаток рабочих колес на ступени - 12. Габаритные размеры: диаметр по коллекторам - 2,85 м, осевой размер - 1,87 м, масса вентилятора без электродвигателя 4263 кг.
Решение задач оптимизации путем разработки и применения инструментальных средств
Метод 2.1 применим для расчета оптимальных регулировочных качеств вентиляторов, работающих одиночно и совместно. Однако, при совместной работе для его применения необходима однозначность регулируемых характеристик. Между тем, в большинстве случаев при исследовании эффективности эксплуатации совместной работы вентиляторов главного проветривания практически во всех метрополитенах наблюдались отличия от аэродинамических характеристик, от паспортных данных и друг от друга. Основные принципы этого - рассогласования углов установки лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов, влияние входных и выходных вентиляционных камер, расположенных в зоне входа (выхода) воздушного потока из вентиляторов. В одних случаях это приводит к изменению наклона регулируемых характеристик, в других - к их смещению на координатном поле Q psv. В результате энергетические показатели вентиляторов, как правило, ухудшаются: возрастает потребление электрической энергии при снижении суммарной подачи и т.д.
Решение задачи оптимизации режимов работы путем выбора регулировочных качеств (настройки) вентиляторов для обеспечения заданного режима проветривания с высокими технико-экономическими показателями требует наличия средств измерения параметров, влияющих на эксплуатационную экономичность вентиляторов. Необходимость сопряжения средств измерения с системами более высокого уровня предполагает применение унифицированных комплектующих единиц со стандартными информационными связями, источниками энергии, установочными и присоединительными размерами.
Между тем, большинство систем контроля и управления вентиляторами главного проветривания, находящимися в эксплуатации, характеризуется большим разнообразием приборов, деталей и сборочных единиц. Чем же обусловлено это многообразие в тех случаях, когда приборы применяются для контроля одной и той же величины, в одних и тех же системах контроля. В первую очередь тем, что в различных отраслях промышленности разработкой приборов измерения давления (разрежения) и расхода занимались многие организации, которые создавали их, исходя из своих нужд и частных случаев применения. Традиционное направление в разработке средств измерения, базирующиеся на отдельных самостоятельных конструктивных решениях, привело к появлению в эксплуатации разнотипных измерительных приборов и устройств. Так, в качестве первичных преобразователей пневмометрических импульсов, функционально связанных с измеряемыми параметрами, в настоящее время применяют дифференциальные манометры пяти видов: мембранные, сильфонные, поплавковые, кольцевые, колокольные. Из них только сильфонных дифманометров, выпускаемых промышленностью РФ, насчитывается свыше тридцати типов. В результате этого продолжительность разработки и трудоемкость изготовления средств измерения приравнивается к созданию принципиально новых изделий, дальнейшее их развитие оказывается затрудненным вследствие информационной, энергетической, конструктивной и эксплуатационной несовместимости применяемого оборудования.
Требования, предъявляемые к методам проектирования средств управления и контроля в настоящее время, принципиально отличаются от тех, когда приборы одного и того же функционального назначения имели совершенно различные конструктивные исполнения. В новых условиях большое значение придается технически и экономически целесообразному подходу к проектированию и реализации управляющих и измерительных систем на основе блочно-модульного системного принципа их построения, стандартизации, унификации и агрегатирования применяемых средств и информационных связей. Это позволяет: сократить сроки и стоимость проектирования и изготовления средств измерения; исключить разработку нового специального оборудования; организовать централизованное обеспечение стандартными и унифицированным деталями всех заинтересованных предприятий и организаций, осуществляющих сборку (и эксплуатацию) средств контроля и управления; упростить обслуживание, ремонт и поверку измерительных устройств.
Названные принципы положены в основу создания системы оптимизации режимов работы действующих вентиляторов и системы управления новыми вентиляторами главного проветривания метрополитенов ВОМ-18иВОМ-21.
Уровень фактической надежности вентиляторов ВОМ-18
В нашем случае Jf2=l,92 1,642, т.е. расчетное значение превышает критическое и, следовательно, нулевую гипотезу Я0 следует отклонить.
Таким образом, с доверительной вероятностью более 90% (учитывая приближенность использованного критерия и возможную неполноту выборок по отказам вентиляторов) различие в доле отказавших вентиляторов между перегонными и станционными шахтами можно считать существенным. Поэтому весь дальнейший анализ статистических данных об отказа вентиляторов тоннельной вентиляции ВОМ-18 проводится раздельно для агрегатов, установленных на перегонных и станционных шахтах.
Порядок обработки статистических данных состоял из 3 этапов: Определение точечных оценок эмпирических распределений на основании построения гистограмм наработок на отказ и полигонов распределения частостей отказов; Выравнивание эмпирических распределений по теоретическим кривым и сравнения их по критерию согласия; Определение границ доверительных интервалов (доверительных границ) для параметров распределений.
В ходе выполнения первого этапа статистической обработки данных выборки ранжировались в возрастающем порядке, проводилась оценка резко выделяющихся значений по критерию Ирвина (Л), выбиралась величина интервала, определялись частости отказов для каждого интервала. На основании полученных результатов строились гистограммы наработок на отказ и полигоны распределения частостей отказов. Определялись точечные оценки параметров эмпирических распределений: среднее значение (/), среднее квадратическое (среднее кавдратичное) отклонение (S,) и среднеквадротичная ошибка (,).
Обработка проводилась как для отказа вентиляторов в целом, так и для отказов отдельных узлов, в наибольшей степени лимитирующих надежность всего агрегата. При этом точечные оценки параметров эмпирических распределений средних наработок на отказ определялись для отказов с достаточным объемом данных в выборках.
В ходе выполнения второго этапа статистической обработки эмпирические распределения выравнивались по теоретическим кривым, выбранным на основании визуального анализа характера построенных гистограмм и полигонов распределения. Выровненные эмпирические распределения сравнивались с теоретическими по критерию согласия Мизеса (о2) ввиду того, что объемы большей части выборок (N) находились в пределах 50 N 100.
Определение доверительных границ параметров эмпирических распределений на третьем этапе статистической обработки проводилось для условной полностью определенных выборок уровня доверительной вероятности 7=0,95.
Алгоритм статистической обработки данных по отказам вентиляторов приведен на рис.3.2. поясним порядок выполнения некоторых стадий обработки. Оценка выделяющихся значений в выборках сводится к определению критерия Ирвина {X) и сравнению его с табличным значением (Яа) при заданном уровне значимости (а). Для рассматриваемых условий (т.е. для уровня требований к надежности вентилятора ВОМ-18) величина уровня значимости принимается равной а =0,95, значение критерия Ирвина определяется как отношение л=b±Ji. (з.зо) s, где tn HUI - два наибольших значения средней наработки на отказ, ч; наблюдаемое значение признается случайным, если действительное значение критерия Ирвина превосходит табличное, т.е. Л A09J. Если же Л Л095, то исследуемое наблюдение нельзя признать случайным и оно отбрасывается.
Вычисление точных оценок параметров эмпирических распределений показателей надежности проводится, как правило, при наличии априорной информации о характере соответствующих им теоретических кривых. При анализе надежности вентиляторов главного проветривания метрополитенов это условие оказывается невыполненным из-за отсутствия в литературе необходимых данных. Неприемлемой оказывается и информация о законах распределения показателей безотказности шахтных вентиляторов главного проветривания /3,4,5/, т.к. по режимам эксплуатации и требованиям к надежности эти изделия существенно отличаются от вентиляторов главного проветривания метрополитенов. Поэтому точечные оценки определены из условия, что эмпирические распределения наработки на отказ вентиляторов ВОМ-18 могут подчиняться как закону Гнеденко-Вейбулла (частными случаями которого являются экспоненциальный и Релея), так и (нормальному) закону Гаусса (включая возможность композиций), т.е. могут иметь один, два и три параметра.
Точечной оценкой средней наработки на отказ являются среднее арифметическое значение, определяемое по формулам (3.9) и (ЗЛО). Среднеквадратичное отклонение, квадрат которого является точной оценкой, определяется из условия, что объемы всех исследуемых выборок превышают N 25:
Построение ресурсооборотных моделей эксплуатационно-ремонтных циклов
Рейка (7) вращает шестерни (10) станков (4). Перемещение муфты (8) вдоль по валу (3) осуществляется двуплечим рычагом от редукторного электропривода с винтовой парой.
Стальные каналы (6), с заделанными концами во втулках, (15) воспринимают усилия от центробежных сил при вращении ротора, тем самым исключают осевую нагрузку на шарикоподшипники (11), на которых вращаются стаканы (4) с лопатками (5). Втулки (12) закреплены в рабочем колесе (1).
Конструкция узлов поворота с подшипниками (11) полностью исключает утечку смазки во время работы вентилятора. Лопатки рабочего колеса могут заменяться или регулироваться без разработки рабочего колеса. Кольца (13) и (14) исключают нагрузку от центробежных сил реек (7). Сравнительный расчет безотказности конструкций механизмов поворота лопаток рабочего колеса.
Целью настоящего расчета являются определение единичного показателя надежности - вероятности безотказной работы 2-х вариантов конструкций механизма поворота лопаток рабочих колес на стадии проектирования нового осевого регулируемого вентилятора главного проветривания метрополитенов ВОМ-18. поскольку в практике отечественного вентиляторостроения аналогов проектируемых механизмов поворота лопаток рабочего колеса на ходу нет, прогнозирование их надежности осуществлено расчетным методом на основе системного подхода, учитывающего особенности конструкции; возможности производства и эксплуатации - схемно-функциональным методом трех коэффициентов. Структурные схемы механизмов поворота лопаток рабочего колеса показаны на рис.3.15.
Вес положения и порядок выполнения предлагаемого расчета соответствуют требованиям ГОСТ 27.301-83 «Прогнозирование надежности изделий при проектировании» и рекомендациям Методики ВНИИМа «Общие требования к программе обеспечения надежности промышленных изделий»(9б). близких по уровню производства и условия эксплуатации к разрабатываемому вентилятору (например, погрузочно-разгрузочные машины, оборудование тепло-энергетических установок, аппаратура регулирования технологических линий химических производств, гидроприводные механизмы шахтного оборудования и др.)(97-103). В ряде случаев назначенные параметры потока отказов уточнялись в соответствии с известными статистическими данными по безотказности вентиляторов главного проветривания шахт и метрополитенов. (97,104,105).
Основное допущение при использовании метода трех коэффициентов заключается в том, что для всех элементов рассматриваемой системы считается справедливым экспоненциальный закон распределения вероятности безотказной работы. На практике такая картина характерна для описания процессов старения или износов в послеприработочном периоде эксплуатации, когда возникающие в машине или механизме отказы имеют внезапную случайную природу. Это подтверждается анализом эксплуатационной надежности вентиляторов ВОМД-24 (105).
Сущность метода трех коэффициентов состоит в том, что определенная простым структурным расчетом вероятность безотказной работы системы уточняется путем определения дополнительных показателей (107, 108), РО) = Р0(0 К1хКгхК3 (3.46) где P0(t) - вероятность безотказной работы, определенная структурным расчетом; К} - конструкционный коэффициент, учитывающий параметры конструкции рассматриваемой системы; К2 - коэффициент, учитывающий износостойкость и ремонтопригодность системы; К3 - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации системы.
В соответствии с порядком определения перечисленных коэффициентов при прогнозировании надежности изделия все его детали и узлы по принципу ответственности подразделяют на две группы: первая -отказы которых опасны для жизни людей; вторая - отказы которых приводят только к экономическим потерям.
Проектируемый механизм поворота лопаток рабочих колес наряду со своей основной функцией, заключающейся в регулировании рабочих параметров вентилятора изменением угла установки лопаток рабочих колес на ходу, предназначен также для обеспечения эффективного реверсирования воздушной струи поворотом лопаток рабочих колес на 180 при изменении направления вращения ротора. Поскольку реверсивный режим работы вентиляторов тоннельной вентиляции предусматривается не только как вариант сезонного изменения схем проветривания, но и как противоаварийная мера в случае задымления или пожара на метрополитене (110), выход из строя механизма поворота лопаток рабочего колеса можно отнести к категории отказов, угрожающих безопасности людей. В таком случае детали и узлы, приводящие к отказу всего механизма, относятся к первой группе.
