Раздельное резервирование. Разновидности. Сравнение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС)

Кафедра: «Системы передачи информации»

Контрольная работа

По предмету: «Основы теории надёжности»

Раздельное резервирование. Разновидности. Сравнение

Студент:

Аксенова И.Л.

Омск 2013

Резервирование - повышение надежности объекта введением избыточности, т.е. дополнительных средств и возможностей сверх минимально необходимых для выполнения объектом возложенных на него функций. В различных областях техники используются разные виды резервирования - структурное, временное, функциональное, информационное.

В основном, применяют структурное резервирование, т.е. используют избыточные (резервные) конструктивные элементы, включенные параллельно основным (рабочим) и дублирующие их. При этом основным называют такой элемент структуры объекта, который минимально необходим для выполнения объектом заданных функций, а резервный обеспечивает работоспособность объекта в случае отказа основного элемента.

Рисунок 1: Схема структурного резервирования.

Структурное резервирование может осуществляться разными способами. При общем резервировании резервируется объект в целом, а при раздельном - его отдельные элементы. Кратностью резервирования называют отношение числа резервных элементов к числу основных:

Kp = Nрез/Nосн.

По числу резервных элементов различают однократное, двукратное и многократное резервирование. При раздельном резервировании Кр чаще всего бывает дробной величиной, а при общем - целым числом.

В энергетике, как правило, используется раздельное резервирование в виде дублирования отдельных наименее надежных и наиболее ответственных элементов, например, линий питательной воды паровых котлов, дымососов, некоторых установок питательных, конденсатных насосов и предохранительных клапанов. На один основной элемент обычно приходится один резервный.

При постоянном резервировании резервные элементы участвуют в функционировании объекта наравне с основным, а при резервировании замещением функции основного элемента передаются резервному элементу только после отказа основного.

Различие между постоянным включением резерва и нагруженным резервом замещения можно представить на следующих примерах: к первому относится резервный конденсатный насос, непрерывно работающий параллельно с основным, ко второму - паровой котел, находящийся в разогретом состоянии, но не вырабатывающий пар в паропровод.

Термины горячий, теплый и холодный резервы весьма удачны применительно к энергетике, и поэтому часто используются наравне с рекомендуемыми ГОСТ терминами соответственно нагруженный, облегченный, ненагруженный резервы.

В зависимости от места подключения резервного агрегата различают фиксированное резервирование, когда резервный агрегат должен быть введен взамен одного вполне конкретного работающего агрегата, и скользящее резервирование, когда резерв вводится вместо любого из работающих агрегатов данной группы.

Рассмотрим свойства некоторых способов резервирования, характерных для энергетического оборудования.

Преимуществом ненагруженного резерва является возможность сохранить ресурс резервного агрегата при нормальной работе остальных. Однако в энергетической практике ненагруженный резерв имеет серьезный недостаток - во многих случаях его нельзя ввести в работу тотчас после возникновения отказа основного оборудования, и поэтому могут временно ухудшиться условия поддержания заданной нагрузки. Так, если исправный турбоагрегат остановлен в резерв, то его ресурс не расходуется, но даже в самой экстренной ситуации потребуется некоторое вполне определенное время для пуска. Турбоагрегат может также работать с относительно малой нагрузкой (так называемый вращающийся резерв), и при необходимости набор нагрузки производится в темпе, ограниченном только динамическими свойствами энергоблока, но ресурс агрегата расходуется постоянно.

В энергетике часто одним или несколькими агрегатами резервируют целую группу работающего оборудования. Именно таким образом включены турбоагрегаты в общую энергосистему. На ТЭС с поперечными связями резервный котел может заменить любой вышедший из строя котел. Следовательно, это пример скользящего резерва.

Структурное раздельное резервирование элемента организуется двумя способами:

Надежность системы двух одинаковых элементов (основного и резервного), включенных параллельно:

лосн = лрез = л = 1/Tэл

Данная система откажет при одновременном отказе обоих элементов. Согласно формуле полной вероятности при независимости событий вероятность отказа системы двух элементов при постоянном включении:

Qc = ?Qi = (1 - Pi)2 = (1 - e-лt)2 = 1 - 2e-лt + e-2лt

Вероятность безотказной работы указанной системы

Pc = 1 - Qc = 2 e-лt - e-2лt

Среднее время безотказной работы

Tc = ? Pcdt = ? (2 e-лt - e-2лt)dt = (-2/л e-лt + 1/2л e-2лt) = 3/2Tэл

Таким образом, при постоянном включении среднее время безотказной работы системы увеличилось в 1.5 раза.

При резервировании замещением резервный элемент отключен, находится в состоянии готовности заменить отказавший основной элемент (холодной, теплой или горячей готовности). При этом сохраняется резерв надежности дублирующих элементов и повышается общая надежность системы, но требуется осуществить включение резерва, вероятность чего также должна быть учтена. Включение резерва состоит в поиске отказа, отключении отказавшего элемента, подготовке и вводе резервного элемента в работу. Количественный анализ показал, что среднее время безотказной работы систем двух элементов при резервировании замещением увеличивается вдвое.

Tc = 2Tэл

Поэтому предпочтительно резервирование замещением элементов. Но преимущества резервирования замещением перед постоянным включением резервного элемента снижаются, поскольку надежность включения также менее 1, и утрачиваются по мере приближения ее к 1.5/2=0.75. Кроме того, следует учесть, что резервный элемент в какой-то мере изнашивается и в нерабочем состоянии.

Задача 1

На испытание поставлено N₀ изделий. За время t₁ отказало n(t₁) изделий, за последующие t₂ ч. отказало ещё n(t₂) изделий. Определить вероятности безотказной работы P(t_i) и отказа Q(t_i) в моменты времени t₁, t₂ и на интервале t₂, а также величины: (t₂) - интенсивность отказов на интервале t₂, б(t₂) - частоту отказов, Т_ср - среднее время наработки до отказа.

Таблица 1

Дано:

N0=2570 изделий

t1=3860 часов

n(t1)=147 изделий

t2=152 часов

n(t2)=41 изделий

Определить:

Вероятности безотказной работы - P(t_i)

Вероятность отказа - Q(t_i)

Интенсивность отказов на интервале t₂ - (t₂)

Частоту отказов - б(t₂)

Среднее время наработки до отказа - Т_ср

Решение:

P(t1)=

P(t1+t2)=

(t₂) =

Ncp =

N(1) =

N(2) =

N(1) = 2570-147=2423

N(2 ) = 2423-41=2382

Ncp =

(t₂) = ^-4курс 1/час

б(t₂ ) = ^-41/час

Задача 2

Электронное устройство непрерывно работает в течение ч. Число входящих в него элементов и режимы их работы приведены в таблице. Вычислить вероятности безотказной работы и отказа, среднюю наработку до отказа электронного устройства.

резервирование энергетический электронный устройство

Таблица 2

Примечание: К - конденсаторы, Р - резисторы, Т - транзисторы, П - пайки.

Поправочный коэффициент для паек равен единице.

Определить:

Вероятности безотказной работы - P(t_i)

Вероятность отказа - Q(t_i)

Среднее время наработки до отказа - Т_ср

Решение:

Таким образом:

(1/час)

Находим :

(часов)

(часов)

(1/час)

Так как , то для расчетов можно использовать простые формулы:

Таким образом получаем:

Задача 3

В работе находится N₀ невосстанавливаемых объектов. Число отказов n(t) подсчитывалось через каждые t_i часов. Данные об отказах приведены в таблице. Необходимо определить вероятность безотказной работы P(t_i), частоту б(t_i) и интенсивность отказов (t_i) на каждом интервале и построить графики этих зависимостей от времени, а также рассчитать Т_ср - среднее время наработки до отказа. (Зависимости б = f(t_i) и = f(t_i) строятся на одном графике, P(t_i) - отдельно).

Таблица 3

Список литературы

1. Сапожников В.В. Слажников В.В Шамаков В.И. «Надежность жд. Авт. и Тел.мех. Связи» издательство маршрут 2003 г.

2. Половка А.М. Гуров С.В. «Основы теории надежности» С. Петербург 2008 г.

3. Половко А.М. «Основы теории надежности» - Практикум С. Петербург, 2006 г.

Размещено на Allbest.ru