Практика эксплуатации сложных технических систем, а также специально выполненные исследования их надёжности подтвердили необходимость обоснования номенклатуры и количества запасных частей, как для одиночного, так и для группы однотипных объектов. Это нашло отражение в государственных стандартах, в которых предусматривается разделение запасных частей на три основные комплекта - одиночный, ремонтный и групповой.

Одиночный комплект запасных частей содержит отдельные элементы, сборочные единицы, мелкие агрегаты, предназначенные для восстановления работоспособности объектов в период между плановыми ремонтами.

Ремонтный комплект запасных частей составляют из деталей, сборочных единиц и узлов, необходимых для проведения плановых ремонтов. Очевидно, что в такой комплект должны входить детали, отдельные крупногабаритные узлы и функционально самостоятельные элементы для выполнения ремонта объекта путём агрегатной замены.

Групповой комплект запасных частей предназначен для восстановления работоспособности каждого из нескольких однотипных (группы) объектов и может содержать целые функционально самостоятельные агрегаты, отказы которых на объектах встречаются редко, но отсутствие подобных агрегатов может значительно увеличить время аварийно-восстановительных работ.

Формирование комплекта запасных частей базируется на расчётах количества отказавших элементов за определённый период наработки объекта. Это количество является случайным и вычисляется на основе заранее установленных законов надёжности конкретного узла, детали или объекта. Однако, даже при известных законах распределения наработок до отказа расчётным путём можно получить только вероятностную оценку количества потребных запасных частей.

Если при создании комплекта использовать максимальные расчётные оценки запасных частей, то увеличиваются капитальные вложения на создание технических средств и, соответственно, стоимость объекта. При использовании заниженных расчётных оценок могут увеличиться сроки восстановления работоспособности и снизится эффективность работы объекта.

В общем случае, рациональное количество запасных частей должно определяться с учётом многих факторов, но основными из них всегда будут показатели надёжности объекта и его элементов.

Необходимым этапом при расчёте потребного комплекта является определение номенклатуры деталей и узлов, наиболее часто отказывающих на однотипных объектах. Информация об отказавших элементах содержится в картах отказов (КО), которые составляются в соответствии с указаниями руководящих технических органов. Существует определённый порядок составления и прохождения карт отказа тепломеханического и теплофикационного оборудования (КОТ). Заполненные операторами на объектах КОТ представляются ежесуточно на рассмотрение руководству предприятия и затем направляются в соответствующие производственные службы, где накапливается и обобщается информация по предприятию в целом. Последней инстанцией, куда поступает сводная информация об отказах, является центральный технический орган (министерство, объединение и т.п.), по заданию которых в научных центрах выполняется статистическая обработка данных и выявляются законы распределения наработок до отказа.

При известных параметрах закона надёжности для выявленной номенклатуры деталей рассчитывается среднее количество запасных частей

n_ср = Nt /T_ср , (1)

где t - планируемая наработка элемента (объекта), например, до очередного технического обслуживания или ремонта; N - количество однотипных элементов на объекте; Т_ср - средняя наработка до отказа, вычисляемая по закону надёжности.

Если обозначить потребное количество запасных частей z_? , то для их определения следует решить уравнение

г = P(Дl<z_г), (2)

где Дl - число отказов элементов за планируемый период наработки;

P(Dl <z_g) - вероятность того, что за время t число отказов Dl не превзойдёт количества запасных частей z_g.

Для экспоненциального закона надёжности при пуассоновском потоке отказов это уравнение имеет вид

. (3)

Решение уравнения (3) относительно z_г даёт искомое количество запасных элементов. Для удобства использования этого уравнения составлены таблицы.

Пример 1. На предприятии установлены 20 однотипных насосов, уплотнительные устройства вала которых имеют среднюю наработку до отказа 1600 ч при экспоненциальном законе надёжности. Отказ устраняется заменой уплотнений на новые. Определить необходимое количество запасных уплотнительных устройств для обеспечения безотказной работы насосов в течение t = 2 000 ч с вероятностью г?= 0,99 .

Решение. Среднее количество запасных элементов, необходимое для обеспечения безотказной работы

n_ср = 202000/ 1600 = 25.

Из табл.6.1 находим при g?= 0,99 и n_ср= 25

--r = z_g?n_ср = 1,47,

откуда следует z_g----=--rn_ср = 251,47 37 .

Ответ. Для обеспечения безотказной работы насосов в течение 2 000 ч необходимо 37 запасных уплотнительных элементов.

В случае, если для восстановления работоспособности объекта требуется заменить единственный элемент, наработка до отказа которого не подчиняется экспоненциальному закону, то поступают следующим образом:

определяют средний расход запасных частей в течение планируемой наработки объекта

n_ср = t /T_{ср ,} (4)

где T_ср - средняя наработка до отказа, определяемая по фактическому закону надёжности данного элемента.

рассчитывают коэффициент вариации наработки до отказа

v = s/ T_cp ,

где s - среднее квадратическое отклонение наработки элемента до отказа.

принимают значение г вероятности обеспечения работоспособного состояния объекта и определяют квантиль стандартного нормального распределения U_g;

вычисляют потребное количество запасных частей, необходимых для обеспечения работоспособного состояния объекта с вероятностью ?:

. (5)

С некоторой погрешностью (главным образом при больших значениях n_cp) в (6) пренебрегают вторым слагаемым под корнем, что позволяет получить уравнение

z_g = rn_cp -1,

надёжность теплоэнергетика ресурс эксплуатация

где r = 1+ s + 0,5s² ;

.

Зависимость r от s табулирована.

Пример 2. Упорный подшипник циркуляционного насоса имеет среднюю наработку до отказа Т_ср = 660 ч при нормальном законе надёжности. Среднее квадратическое отклонение s----=--21_--ч. Определить потребное количество запасных вкладышей к подшипнику для обеспечения безотказной работы насоса в течение t--= 2640 ч с вероятностью g = 0,995.

Решение: Среднее количество запасных элементов на предстоящую наработку равно

n_cp = tТ_ср = 2640/660 = 4.

Коэффициент вариации наработки до отказа

v = s/T_cp = 210/660 = 0,32.

3. Квантиль уровня g = 0,995 согласно Приложению 6 равен

U_g = 2,576.

Параметр s определяется по уравнению

= 2,5760,32/2 = 0,409.

По табл. для вычисленного значения s находим

r = 1,492.

Потребное количество запасных элементов равно

z_g = n_cp r - 1 = 41,492 -1 5.

Ответ: В течение запланированной наработки t--= 2640 ч будет обеспечено работоспособное состояние насоса с вероятностью g = 0,995 в случае, если бдет в запасе z_{g=_,995} = 5 вкладышей упорного подшипника.

При наличии на объекте нескольких однотипных элементов, наработка на отказ которых не подчиняется экспоненциальному закону, приведённая выше методика, строго говоря, не точна. Однако её можно использовать для приближённой оценки количества запасных элементов.

Для элементов стареющего типа с функцией надёжности, подчиняющейся гамма-распределению или распределению Вейбулла, существуют достаточно корректные модели расчёта количества запасных элементов. Использование таких моделей требует специального рассмотрения некоторых вопросов теории массового обслуживания, которые можно найти в специальной литературе Е.Ю. Барзилович. Выбор запасного комплекта элементов для обеспечения эксплуатации по заданному ресурсу, уровню надёжности и состоянию. /Надёжность и эффективность в технике: Справочник. В 10 т. М.: Машиностроение, 1990. Т.8. Эксплуатация и ремонт/Под ред. В.И. Кузнецова и Е.Ю. Барзиловича.-320 с.

2. Задачи и методы технического диагностирования объектов промышленной энергетики