可靠性與維修性對壓水堆補水系統效能的影響分析

，，

(海軍工程大學 船舶與動力學院，武漢 430033)

系統效能是系統完成其規定任務或服務要求能力的量度，適用于各種不同的系統。可靠性和維修性都是影響系統性能的重要因素，因而在系統設計中，可靠性和維修性指標的確定是一項重要工作。分別用平均故障間隔tMTBF(mean time between failures,MTBF)和平均維修時間tMTTR(mean time to repair,MTTR)來衡量可靠性和維修性指標，采用WSEIAC效能分析方法建立壓水堆補水系統的效能模型，并進行分析[1-2]。

1 WSEIAC模型

WSEIAC效能分析模型是美國工業界武器系統效能咨詢委員會(The System Effectiveness Industry Advisory Committee，WSEIAC)給出的模型，它將可靠性、維修性和固有能力等指標效能結合為可用性、任務成功性和固有能力3個綜合指標效能，并認為系統效能是這3個指標的進一步綜合[3]。WSEIAC效能表達式為

E=ADC

(1)

C——固有能力向量，C=[c1，c2，...，cn]T，其中，cj為系統處于狀態i時完成某任務的概率;

D——任務成功度矩陣，

(2)

采用WSEIAC模型，最終效能為

(3)

對于多任務系統，總效能Es是對各項任務的加權或乘積，即

(4)

式中：αi——第i項任務的權系數，共m項任務；

Ei——裝備系統對第i項任務的效能。

2 壓水堆補水系統WSEIAC模型的建立

2.1 壓水堆補水系統結構

船用壓水堆補水系統是一回路重要的組成部分，主要由兩臺離心泵、兩個止回閥、一個截止閥以及相關輔助設備構成，負責向主回路注入冷卻劑和化學物質，結構見圖1[4]。

某船用壓水堆補水系統的可靠性與維修性參數見表1。不考慮補水泵和閥門的內、外漏情況以及水源的可靠性與維修性，假設各故障之間相互獨立，系統在執行任務過程中的故障不可修，執行任務時間設為t=120 h，并已知各設備的壽命和修復時間均服從指數分布。

圖1 壓水堆補水系統組成

h

2.2 模型的建立

根據系統的工作原理，分4步建立系統的WSEIAC效能分析模型。

表2 系統狀態編號及其定義

則系統處于各個狀態下的概率分別為

所以，可用度向量A為

A=(a1，a2，a3)=(0.986 7，0.013 3，4.45×10-5)

2) 確定任務成功度矩陣。因為在執行任務期間，故障設備均不可修，那么離心泵、止回閥及截止閥在執行任務期間的故障率λ1、λ2及λ2分別為

1.333×10-4

1.167×10-4

1.833×10-4

在執行任務期間(t=120 h)，離心泵、止回閥及截止閥的可靠度分別為

R1=e-λ1t=0.984，

R2=e-λ2t=0.986，

R3=e-λ3t=0.978。

在任務成功性矩陣中，d11表示系統部件在開始執行任務時正常工作，且在執行任務的整個過程中保持該狀態的概率，

d12表示系統部件在開始執行任務時能正常工作，在執行任務過程中一條支路故障，但截止閥和另外一條支路部件正常的概率。

d12=2(R1R2)(1-R1R2)R3=2R1R2R3-

d13=1-d11-d12=0.022 6。

同理，d22=R1R2R3=0.970 4。

由于執行任務期間，設備不可修，所以

d21=d31=d32=0，

d23=1-d22=1-R1R2R3=0.029 6，

d33=1，

所以，成功性矩陣為

(5)

3) 固有能力向量的確定。假設系統一條回路正常運作，就可以完成任務，則系統的固有能力向量為

C=[1，1，0]T

(6)

4) 結果運算。

E=ADC=0.977 3。

3 計算結果

在系統運行過程中，可靠性和維修性對系統效能均有較大的影響。

3.1 可靠性對系統的影響

表、對系統效能的影響

3.2 維修性對系統的影響

圖、對系統效能的影響

圖、、對系統效能的影響

4 結論

1) 設備的可靠性和維修性影響系統的效能，設備可靠性和維修性越高，系統效能越好。

2) 在壓水堆補水系統中，截止閥的可靠性和維修性最為關鍵，應予以高度重視，而止回閥對于整個系統效能的影響比較小。

[1] 高 尚.可靠性與維修性指標綜合權衡[J].系統工程與電子技術，1998(10)：78-80.

[2] 章國棟.系統可靠性與維修性的分析與設計[M].北京:北京航空航天大學出版社,1999.

[3] 甘茂治，康建設，高 崎.軍用裝備維修工程學[M].北京：國防工業出版社，2005.

[4] 趙新文．船用核動力一回路裝置[M]．北京：海潮出版社，2001．