Технический прогресс и экономика (стр. 3 )

Закорачивание двух или нескольких токовыводов модулей  на различные секции горячих радиаторов или радиаторов холодных никак не сказывается на  работоспособ-ности кондиционера.

Таким образом,  деление  горячего радиатора на изолированные секции, изоли-рование холодных радиаторов,  выбор принятой схемы  соединения  модулей, а также указанного режима их работы позволяет обеспечить  срок  службы  кондиционера, сопоставимый со  сроком службы подвижного состава.

2. Расчет  надежности  кондиционера

Кондиционер функционально содержит два блока. Каждый блок состоит из двух последовательно соединенных полублоков термоэлектрических модулей (ТЭМ), 4-х  вентиляторов кондиционирующего канала, 4-х вентиляторов технологического канала и преобразователя напряжения (ПН). Кроме того, в состав кондиционера входит пульт автоматического управления, общий для обоих блоков.

Блок ТЭМ включает 96 полупроводниковых модулей, объединенных в 24 последовательно включенных звена. В каждом звене 4 модуля соединены параллельно.

Электропитание термомодулей и вентиляторов осуществляется от ПН по отдельным цепям, причем напряжение на вентиляторы подается с предварительным преобразованием 110/48 В.

Кондиционер на тепловозе работает в условиях различных разрушающих факторов: сезонного и суточного колебания температур, влажности, а также под воздействием вибраций и линейных перегрузок. Для уменьшения влияния коррозии, оба канала герметизированы материалом ППЭ, имеющим минимальное влагопогла-щение. Кроме того, предусмотрены периодические циклы «сушки» для удаления влаги из охлаждающего контура. Для защиты от перегрева модулей логика управления предусматривает контроль их температуры и отключение питания при достижении температуры основания «горячего» радиатора, равной 70° С. Собственная температура модуля при этом не превышает  80° С, тогда как материал модуля рассчитан на максимальную температуру 180° С. Для защиты модулей от перегрузки уровень номинальной мощности выбран на уровне  (0.25 - 0,3) ? Pmax. Дополнительным защитным фактором для модулей являются блокировки резкого перехода от режима «охлаждения» к режиму «нагрева» и наоборот, предусмотренные логикой автомати-ческого управления кондиционером.

Предварительный расчет надежности, приведенный в данном отчете, выполнен по приближенной методике на основании вероятностных показателей. При этом надежность жгутов, а также неподвижных элементов конструкции, не находящихся под напряжением, принята равной 1. Другое допущение при расчете надежности состоит в предположении, что в течение расчетного ресурса кондиционера сохраняется режим «охлаждения», т. е. из рассмотрения исключаются режимы «нагрева» и «сушки», как более щадящие по сравнению с режимом «охлаждения», поскольку в этих случаях не работают вентиляторы технологического контура. Ожидаемая оценка расчетной величины показателя надежности при таких допущениях должна быть пониженной. Очевидно также, что такое же влияние на расчетный результат окажет исключение переходных режимов работы кондиционера, реализуемых при вдвое меньшей электрической нагрузке на модулях.

При расчетной оценке надежности следует учитывать, что требуемый срок службы кондиционера (не менее 120000 часов) превышает технический ресурс вентиляторов – 60000 часов, а также гарантийный срок работы ПН и пульта (24 месяцев), т. е. как вентиляторы, так и пульт, и ПН рассматриваются как ремонтируемые или заменяемые комплектующие в течение срока службы кондиционера. Поэтому кондиционер рассматривается в целом  как устройство с восстановлением. Поскольку следствием выхода из строя вентилятора (из-за отказа двигателя) является лишь незначительное уменьшение мощности кондиционера, и эта мощность восста-навливается после ремонта (или замены) отказавшего вентилятора, можно принять надежность двигателя вентилятора равной 1.

В качестве показателя надежности кондиционера в целом  (с учетом сформу-лированных выше допущений) принята вероятность его безотказной работы в течение 120000 часов. Дополнительно определяется также надежность кондиционера при работе в течение гарантийного срока службы (18000 часов).

Количественной характеристикой работоспособности кондиционера в соответствии с принятыми допущениями является величина его «холодопроизводи-тельности», измеряемая в единицах мощности, которая у новых кондиционеров должна быть по проекту на уровне 4500 Вт, а в течение ресурса должна быть не ниже 4000 Вт при работе обоих блоков.

Расчет показателя надежности кондиционера с учетом принятых допущений выполняется, ввиду независимости отказов в ПН и в блоках ТЭМ, по формуле:

,                                         (1)

где PK – надежность кондиционера; PПН – надежность ПН при обеспечении электропи-танием блоков: ТЭМ и вентиляторов кондиционирующих и технологических контуров блоков; PM – надежность блоков ТЭМ кондиционера.

Надежность  ПН, изготовленного в соответствии с требованиями  к произ-водству военной техники, принята равной: PПН = 0, 95 – для ресурса 120000 часов; PПН = 0, 99 – для срока службы 18000 часов.

При определении надежности ТЭМ исходим из величины показателя надежности единичного модуля, который вычисляется с учетом экспоненциальной зависимости надежности от времени:

Р = exp (– ? ? T),                                        (2)

где P – надежность единичного модуля; ? – интенсивность отказов модулей, час-1; T – длительность функционирования кондиционера, час.

Отказы модулей рассматриваем только в виде «обрыва», т. к. короткие замыкания в заложенной схеме коммутации модулей маловероятны по сравнению с обрывами. Максимально возможное число (М) отказавших модулей в кондиционере, при котором его «холодопроизводительность» сохраняется в допустимых пределах, определим в предположении, что мощность кондиционера пропорциональна числу исправных модулей, т. е.:

Число отказавших модулей в течение заданного времени (m) подчиняется биноминальному закону распределения, а именно:

  (3)

При большом числе модулей биноминальное распределение становится близким к нормальному распределению, для которого имеются табличные данные для нормализованных случайных величин:

                                        (4)

и тогда надежность блоков ТЭМ кондиционера (PM) определится как:

.                                 (5)

Результаты расчетов представлены в таблице для суммарного числа отказавших модулей в обоих блоках кондиционера М = 21. Для величины интенсивности отказов модулей, использованной в расчетах, выбрано максимальное значение для полупроводниковых приборов по данным 7-го,  8-го и 9-го симпозиумов США [4], которое принято равным: ? = 0,7 ? 10-6 час-1.

В табл. 2 приведены результаты расчетов надежности модуля, ПН и кондиционера в целом как для гарантированного срока службы, так и для полного ресурса.

  Таблица 2

Параметры	Срок службы, час
120000	18000
Надежность модуля, Р	0,916	0.987
Вероятность отказа модуля	0,084	0.013
Значение нормализованной величины X	0,747	>11
Надежность блоков ТЭМ	0,897	> 0,910
Надежность ПН	0,95	0,99
Надежность кондиционера	0,852	0,99

Литература

1. , , /Судовые термоэлектрические охлаж-дающие устройства.  Судостроение,  Л.,  1972.

2. /Полупроводниковые термоэлементы. Издательство АН СССР, М-Л, 1960.

3. /Физические основы расчета термоэлектрических устройств. Физматгиз,  М, 1962.

4. Сборник задач по теории надежности. Советское радио, 1972.

_________?_________

       ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ        

ВОЗДЕЙСТВИЕ АТОМАРНОГО КИСЛОРОДА НА МАТЕРИАЛЫ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ НИЗКООРБИТАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

(к. т.н.), (к. т.н.),

НПП "Квант"

•

Введение

Атомарный кислород (АК) является наиболее агрессивным фактором космического пространства (ФКП) на низких околоземных орбитах (НОО), который вносит существенный вклад в оптическую деградацию параметров солнечных батарей (СБ), длительно работающих на этих высотах [1]. АК участвует в деструкции и трансформации наружных материалов космических аппаратов (КА), продукты которых осаждаются на оптических поверхностях СБ, вызывая ухудшение генерируемой мощности.

К настоящему времени проведены обширные исследования основных параметров АК в зависимости от космических условий, деградации космических материалов при воздействии АК как в наземных условиях в имитаторах космической кислородной плазмы, так и в космосе (полёты Шаттла-STS 1?8, КА GDEF, Spot, космических телескопов Space Telescope, XMM, Хабл, околоземной станции «Мир» и т. д.) [1 - 9].