Методические указания к проведению расчетно-графической работы по технико-экономическим расчетам в энергетике (стр. 1 )

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

, .

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ В ЭНЕРГЕТИКЕ

(Для специальности инженер-электрик сельского хозяйства)

.

Ставрополь, 2006 г.

1  РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Данные к расчету по заданию

Надежность является одним из наиболее важных критериев технико-экономической оценки разрабатываемых устройств.

Расчет надежности при проектировании выполняется обычно с использованием аналитических методов. Под расчетом надежности следует понимать определение численных значений показателей надежности по имеющимся исходным данным. Методика расчета показателей надежности различается в зависимости от того, являются ли рассматриваемые устройства ремонтируемыми или неремонтируемыми изделиями в процессе эксплуатации.

Расчет надежности неремонтируемых систем

Для определения показателей надежности объекта, состоящего из нескольких элементов, составляется структурная схема надежности – условная схема, которая учитывает влияние отказов отдельных элементов и связей между ними на работоспособность системы в целом. Например, асинхронный электродвигатель в структурной схеме надежности может быть представлен корпусом, обмоткой статора, ротором, подшипниками. Может быть и более мелкая градация элементов. При составлении структурной схемы надежности предполагается, что отказы элементов независимы и система в целом может находиться в одном из двух состояний: работоспособном или неработоспособном. При последовательном соединении элементов отказ любого из них приводит к отказу всей системы.

Основными, наиболее часто применяемыми количественными характеристиками неремонтируемых устройств являются вероятность безотказной работы P(t) и наработка до отказа Т1. Задача расчета надежности при проектировании заключается в расчете этих показателей по известным величинам интенсивностей отказов элементов λi(t).

При расчетах надежности проектируемого устройства предполагается показательный закон распределения моментов отказов. Если в устройстве нет зарезервированных элементов, то для него суммарная интенсивность отказов с учетом отдельных элементов, входящих в систему:

, (1.1)

где n – общее число элементов, входящих в устройство.

В технической литературе (см. также приложение А) приводятся значения интенсивностей отказов элементов λiн при номинальном режиме их загрузки и климатических условиях использования, например, а также значения поправочных коэффициентов, учитывающих возможность их работы при условиях, отличных от номинальных условий эксплуатации. С учетом этого:

,

где В – общее число поправочных коэффициентов;

Kβ – значение β – го поправочного коэффициента.

Вероятность безотказной работы при последовательном соединении элементов:

,

где .

В частном случае, когда интенсивность отказов можно считать постоянной (для экспоненциального закона наработки до отказа):

и . (1.2)

Наработка до отказа:

При экспоненциальном законе наработки до отказа:

(1.3)

Пример 1.1. Рассчитать показатели надежности импульсного источника питания АТС, структурная схема надежности которого показана на рисунке 1.1

 

Рисунок 1.1 – Структурная схема надежности источника электропитания АТС

Р е ш е н и е. В целом рассматриваемое устройство представляет набор последовательно соединенных элементов, отсутствует резервирование и выход из строя каждого из них приводит к отказу источника электропитания. Каждый из блоков состоит из последовательно соединенных радиоэлементов, общая номенклатура которых приведена в таблице 1.1. Интенсивность отказов отдельных элементов взята по приложению А.

При расчете суммарной интенсивности отказов необходимо учесть поправочные коэффициенты: Kt – температурный коэффициент, Кс – коэффициент окружающей среды, Кн – коэффициент нагрузки. Результаты расчета суммарной интенсивности отказов сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Результаты расчета суммарной интенсивности отказов источника электропитания

Наименование элемента	ni, ед	λiн×10-6,ч-1	Kt	Kc	Кн	λi = niλiнКtKcKн× 10-6 , ч-1
1. Конденсаторы электролитические	24	0,035	1,5	1	1,5	1,89
2. Конденсаторы керамические	8	0,015	1,5	1	1,5	0,27
3. Предохранители	3	0,5	1,5	1	1,1	0,25
4. Контактор	1	0,1	1,5	1	1,1	0,16
5. Резисторы	46	0,043	1,5	1	1,2	3,56
6. Тумблер	1	0,07	1,5	1	1,1	0,12
7. Трансформаторы	5	0,025	1,5	1	1,3	0,24
8. Силовые диоды	8	0,2	1,5	1	1,1	2,64
9. Импульсные диоды	29	0,16	1,5	1	1,1	7,66
10. Тиристор	1	0,1	1,5	1	1,1	0,16
11. Фильтры проходные	6	0,03	1,5	1	1,3	0,35
12. Микросхема	1	0,01	1,5	1	1,3	0,02
13. Транзисторы силовые	8	1,91	1,5	1	1,3	29,8
14. Транзисторы маломощные	8	0,4	1,5	1	1,3	6,24
15. Дроссели	4	0,34	1,5	1	1,3	2,65
16. Разъемы	2	0,07	1,5	1	1,3	0,27
17. Паяные соединения	250	0,001	1,5	1	1,3	0,49

Суммарная интенсивность отказов:

Вероятность безотказной работы источника электропитания в течение года:

Наработка до отказа:

ч.

Еще одним важным техническим показателем конструкторской разработки является коэффициент унификации, рассчитываемый по формуле

, (1.4)

где n – общее количество типоразмеров составных частей изделия;

no – количество типоразмеров оригинальных (нестандартных) составных частей.

2 КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ

Влияние улучшения или ухудшения многих технических показателей в проектных разработках на экономическую эффективность их реализации носит, зачастую, опосредованный характер. Например, повышение унифицируемости оборудования снижает затраты на его текущие и капитальные ремонты на 30 … 60%. Таким образом, при технико-экономическом обосновании необходимо проводить расчеты по комплексной оценке технического совершенства или качества проектных разработок.

Существует несколько подходов к оценке проектных разработок как объекта исследований. В зависимости от целей разработки может рассматриваться один вариант, подвергаться анализу несколько альтернативных вариантов, проводиться сопоставление проектируемого варианта с базовым.

При дипломном проектировании наиболее часто производится сопоставление разрабатываемого и базового образца. При этом базовый образец должен иметь реально достижимый уровень показателей качества, обеспечивающих эффективное использование его в течении некоторого заданного периода.

В качестве базовых образцов на стадии разработки следует принимать:

- изделия, отвечающие реально достижимым перспективным тенденциям;

- планируемые к освоению изделия, показатели, качества которых заложены в техническом задании, технических или рабочих проектах.

На стадии изготовления изделий за базовые принимаются выпускаемые в России или за рубежом изделия, показатели качества которых, в момент оценки отвечают самым высоким требованиям и которые наиболее эффективны в эксплуатации. Базовый образец должен отвечать государственным и отраслевым стандартам России или прогрессивным образцам зарубежных стран.

Базовый образец должен выбираться из групп продукции аналогичной по назначению, условиям изготовления и эксплуатации.

Установленная номенклатура показателей качества базового образца должна соответствовать номенклатуре показателей качества оцениваемой продукции.

В основе комплексной оценки эффективности проектных разработок лежит рассмотрение совокупности частных показателей качества.

Практика исследования и разработки новых технических решений требует, чтобы технико-экономическое сравнение альтернативных вариантов производилось с использованием всего многообразия частных показателей качества, отражающих различные аспекты целевого назначения системы, взаимодействие ее с другими элементами и средой, с учетом своеобразия условий функционирования.

В последние годы все большее распространение получило мнение о необходимости многокритериального подхода к оценке качества сложных технических систем. При этом в соответствии с принципом однозначности результирующая целевая функция, как критерий оптимальности, должна применяться в виде одного обобщенного показателя, включающего все рассмотренные характеристики.

Обобщенный показатель качества технических решений можно представить функцией m переменных в m + 1 мерном пространстве:

Поскольку Km+1 является скалярной величиной, а не вектором, введение такого показателя по существу означает переход от векторной задачи сравнения альтернативных вариантов проекта к скалярной. Такая скаляризация позволяет не только упростить поиск предпочтительного решения, но и сопоставить между собой варианты технических решений трудно сопоставимых из-за противоречивости частных показателей качества.

Обобщенный показатель качества представляет собой функцию от единичных показателей.

Наибольшее распространение при проведении исследований и проектировании получил подход, при котором результирующую целевую функцию строят на основе аддитивных или мультипликативных преобразований над выбранной системой выходных характеристик. Такой подход применяется в тех случаях, когда затруднено установление функциональной зависимости обобщенного показателя качества от исходных показателей.

При использовании аддитивных преобразований:

(2.1)

где ki*– единичный критерий качества i-го показателя;

kiб – некоторое опорное значение i-го показателя, выбираемое за единицу измерения (значение i-го показателя базового образца);

di – весовой коэффициент, характеризующий важность i-го показателя.

При чем ki*= ki / kiб – если увеличение значения i-го показателя по абсолютной величине влечет за собой улучшение качества (например КПД). ki*= kiб / ki – если увеличение значения i-го показателя по абсолютной величине влечет за собой ухудшение качества (например габариты).

При использовании мультипликативных преобразований:

(2.2)

где di – весовой коэффициент.

Основным недостатком рассматриваемой группы обобщенных показателей качества является возможность взаимной компенсации разнородных компонентов. При этом аддитивная свертка имеет наиболее простую математическую структуру, что облегчает решение задачи, однако при этом возникает проблема определения коэффициентов d1, d2, … , dn. Проблеме определения весовых коэффициентов частных показателей качества посвящено большое количество научных и методических работ и к основным методам определения весовых коэффициентов относятся: