Пеньков М.М.,
кандидат технических наук Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского, г. Санкт - Петербург
Алгоритм прогнозирования технического ресурса и срока службы сложных заправочных систем
Предложен алгоритм прогнозирования технического ресурса и срока службы сложных заправочных систем с высокой ценой отказа, основанный на комплексном использовании статистической, экспертной и измерительной информации о текущем техническом состоянии элементов систем.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из важнейших групп оборудования стартовых и технических комплексов ракет космического назначения является заправочное оборудование, обеспечивающее заправку ракет-носителей и космических аппаратов компонентами топлив и сжатыми газами. Заправочное оборудование представляет собой совокупность больших сложных систем, отличающихся большим количеством разнородных элементов с высокой ценой отказа и связей между ними. Среди заправочных систем особенной сложностью отличаются криогенные системы, предназначенные для заправки экологически чистыми, но пожаровзрывоопасны-ми компонентами топлив — жидкими кислородом и водородом. В настоящее время практически все заправочное оборудование ракетно-космических комплексов исчерпало назначенные показатели ресурса и срока, однако заложенные при конструировании и изготовлении запасы прочности и надежности позволяют неоднократно продлевать назначенные показатели долговечности. Практическая работа по продлению назначенного ресурса и срока службы заправочных систем организуется на космодромах и включает в себя оценивание текущего технического состояния и прогнозирование реального остаточного ресурса оборудования [1]. В данной статье предлагается алгоритм прогнозирования остаточного ресурса заправочных систем, содержащий новые подходы к определению предельного состояния больших сложных систем с высокой ценой отказа и стоимостью, а также объединяющий групповой и индивидуальный методы прогнозирования ресурса элементов. Алгоритм может быть использован также при назначении показателей долговечности перспективных систем хранения и обеспечения экологически чистыми компонентами топлив, создаваемых в рамках альтернативной энергетики.
ОПИСАНИЕ КРИТЕРИЕВ ПРЕДЕЛЬНОГО
СОСТОЯНИЯ СЛОЖНОЙ ЗАПРАВОЧНОЙ
СИСТЕМЫ
Под предельным состоянием системы понимается такое состояние, при котором дальнейшая ее эксплуатация невозможна либо нецелесообразна.
Невозможность дальнейшей эксплуатации определяется наступлением состояния неустранимого отказа, вызванным:
1) отказом базового элемента1;
2) отказом небазового элемента с одновременным израсходованием ЗИП и невозможностью его пополнения при условии, что модернизация системы невозможна без проведения ее капитального ремонта (реконструкции).
Первый признак предельного состояния системы характеризует степень ремонтопригодности системы и ресурсоемкость процессов восстановления ее ресурса. Второй признак косвенно отражает степень морального старения и связанную с ним принципиальную невоспроизводимость технологий и комплектующих изделий, применяемых при восстановлении составных частей.
Нецелесообразность эксплуатации определяется экономическими факторами, а именно: превышением затрат на поддержание работоспособности системы над определенным уровнем в течение заданного времени. Допустимый уровень затрат и период времени на его реализацию определяет эксплуатирующая организация по согласованию с головным разработчиком системы.
ПОРЯДОК ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ
ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕСУРСА
И СРОКА СЛУЖБЫ ЗАПРАВОЧНОЙ СИСТЕМЫ
ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ОЦЕНИВАНИЯ
ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
Прогнозирование технического ресурса и срока системы осуществляется в два этапа:
1 Под базовым элементом в системе понимается такой элемент, восстановление ресурса которого возможно только при проведении капитального ремонта системы и связано со значительными затратами времени и материальных средств.
Пеньков М.М.
Алгоритм прогнозирования технического ресурса и срока службы сложных заправочных систем.
26
1-й этап. Прогнозирование технического ресурса и срока службы по критерию наступления предельного состояния хотя бы одного из элементов.
Применяемые на этом этапе методы прогнозирования технического ресурса отдельных систем разделяются на следующие группы:
1. Физико-статистические методы прогнозирования технического ресурса по изменению определяющих параметров, которые характеризуют индивидуальное техническое состояние и ресурс базовых элементов.
При использовании методов прогнозирования фактического технического ресурса по определяющим параметрам выполняется:
• выделение перечня параметров, характеризующих техническое состояние элементов, и определение признаков предельного состояния;
• оценивание значений параметров технического состояния по результатам приборного неразрушающего контроля и сравнение полученных данных с требованиями КД и соответствующими значениями признаков предельного состояния;
• расчет фактического технического ресурса и срока службы элемента.
2. Методы, основанные на использовании математической статистики и теории вероятностей.
3. Методы, базирующиеся на экспертных оценках.
2-й этап. Прогнозирование технического ресурса системы по критерию неустранимого снижения безотказности на этапах подготовки к пуску и пуска.
Собственно прогнозирование технического ресурса и срока службы производится по следующему алгоритму.
Шаг 1. Сбор исходных данных по системе и выбор моделей прогнозирования в зависимости от количества и качества собранной информации.
Исходные данные для прогнозирования включают:
• состав и структурные схемы системы, наличие базовых элементов;
• данные о типовой элементной базе системы, включая номенклатуру и количество элементов, а также справочные данные об интенсивности отказов элементной базы;
• условия и продолжительность хранения монтируемого оборудования;
• состав и наличие ЗИП;
• данные об отказах оборудования на этапах пуско-наладочных работ и автономных испытаний, комплексных испытаний и в процессе эксплуатации;
• результаты контроля определяющих параметров;
• результаты опроса экспертов.
Шаг 2.
2.1. Прогнозирование технического ресурса базовых элементов по результатам контроля определяющих параметров.
Технический ресурс Т6э' системы1 полагается равным техническому ресурсу базового элемента, если в состав системы входит один базовый элемент. Если в состав системы входят несколько базовых элементов, то ресурс системы Т^'3' приравнивается к наименьшему ресурсу из всех базовых элементов.
Если ТС э' меньше требуемого ресурса Тс Тр для
С т^б.3. -
системы в целом, то ее ресурс равен Тс , иначе переходим к п.2.2.
2.2. Прогнозируется технический ресурс остальных элементов системы (подробно порядок прогнозирования представлен в шаге 3). В случае, если технический ресурс элементов меньше Тс ч , то разрабатывается перечень дополнительных мероприятий по обеспечению ресурса, и производится перерасчет ресурса.
Шаг 3. Выполняется для всех систем, в составе которых нет базовых элементов.
Прогнозируется технический ресурс системы.
• Расчет априорных оценок технического ресурса ТП С С. системы с учетом режима и условий хранения.
• Уточнение априорных оценок технического ресурса Т"'С С. системы по результатам автономных, комплексных испытаний, эксплуатации и результатов обследования.
• В случае, если технический ресурс системы меньше Т с Тр, то разрабатывается перечень дополнительных мероприятий по обеспечению ресурса, и производится перерасчет ресурса.
Шаг 4. Технический ресурс Т"СС. системы по критерию предельного состояния хотя бы одного из элементов приравнивается к наименьшему ресурсу из множества элементов.
Шаг 5. Прогнозирование технического ресурса . системы по критерию неустранимого снижения безотказности на этапах подготовки пуска и пуска по результатам обследования и дополнительных испытаний.
5.1. Прогнозирование вероятности успешного функционирования системы на этапе подготовки РН к пуску.
5.2. Прогнозирование вероятности успешного функционирования системы на этапе пуска (при необходимости).
Шаг 6. Технический ресурс с' ' системы по критерию неустранимого снижения безотказности элемента приравнивается к наименьшему ресурсу, полученному для этапов подготовки пуска, и пуска.
Шаг 7. Сравнение результатов прогнозирования
7^н.с.б.
П
^n.c.c. T
и T
н.с.б.
по-
технического ресурса системы Т" лученных на шагах 4 и 6.
7.1. Если технический ресурс системы по критерию неустранимого снижения безотказности Т" с. больше ресурса ТС" С С., то технический ресурс
С гр с грп.С.С.
системы Т полагается равным Т .
7.2. Если технический ресурс системы по критерию неустранимого снижения безотказности Тс"'еб. меньше ресурса Т"'С'С', то в случае, если Т" с 6' больше требуемого ресурса на систему в целом, то ее ресурс полагается равным Т .
В ином случае:
• производится анализ причин снижения безотказности, формируется перечень элементов, ограничивающих ресурс системы, и варианты повышения безотказности (резервирование, профилактический ремонт, замена старых комплектующих на новые и т.п.);
1 При обозначении технического ресурса Т в этом разделе использованы верхние и нижние индексы: верхний индекс означает признак предельного состояния (например, б.э. - по базовому элементу, п.с.с. - предельное состояние системы, н.с.б. - неустранимое снижение безотказности), нижний индекс - система.
© Scientific Technical Centre «TATA»
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE) #2 2002
НАЧАЛО
I
Прогнозирование технического ресурса по критерию наступления предельного состояния хотя бы одного из элементов
Прогнозирование TP базового элемнета методами физического моделирования Tf®
X"
I__
Разработка комплекса дополнительных мероприятий
TP системы равен
minO"?3)
Ж
тг =min(T") 1
Прогнозирование TP по критерию неустранимого снижения безотказности
I__
Расширение комплекса дополнительных мероприятий для критичных элементов
КОНЕЦ
Тс, перечень дополнительных мероприятий для системы,как сумма дополнительных мер
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.