可靠性与维修性对压水堆补水系统效能的影响分析

，，

(海军工程大学 船舶与动力学院，武汉 430033)

系统效能是系统完成其规定任务或服务要求能力的量度，适用于各种不同的系统。可靠性和维修性都是影响系统性能的重要因素，因而在系统设计中，可靠性和维修性指标的确定是一项重要工作。分别用平均故障间隔tMTBF(mean time between failures,MTBF)和平均维修时间tMTTR(mean time to repair,MTTR)来衡量可靠性和维修性指标，采用WSEIAC效能分析方法建立压水堆补水系统的效能模型，并进行分析[1-2]。

1 WSEIAC模型

WSEIAC效能分析模型是美国工业界武器系统效能咨询委员会(The System Effectiveness Industry Advisory Committee，WSEIAC)给出的模型，它将可靠性、维修性和固有能力等指标效能结合为可用性、任务成功性和固有能力3个综合指标效能，并认为系统效能是这3个指标的进一步综合[3]。WSEIAC效能表达式为

E=ADC

(1)

C——固有能力向量，C=[c1，c2，...，cn]T，其中，cj为系统处于状态i时完成某任务的概率;

D——任务成功度矩阵，

(2)

采用WSEIAC模型，最终效能为

(3)

对于多任务系统，总效能Es是对各项任务的加权或乘积，即

(4)

式中：αi——第i项任务的权系数，共m项任务；

Ei——装备系统对第i项任务的效能。

2 压水堆补水系统WSEIAC模型的建立

2.1 压水堆补水系统结构

船用压水堆补水系统是一回路重要的组成部分，主要由两台离心泵、两个止回阀、一个截止阀以及相关辅助设备构成，负责向主回路注入冷却剂和化学物质，结构见图1[4]。

某船用压水堆补水系统的可靠性与维修性参数见表1。不考虑补水泵和阀门的内、外漏情况以及水源的可靠性与维修性，假设各故障之间相互独立，系统在执行任务过程中的故障不可修，执行任务时间设为t=120 h，并已知各设备的寿命和修复时间均服从指数分布。

图1 压水堆补水系统组成

h

2.2 模型的建立

根据系统的工作原理，分4步建立系统的WSEIAC效能分析模型。

表2 系统状态编号及其定义

则系统处于各个状态下的概率分别为

所以，可用度向量A为

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

2) 确定任务成功度矩阵。因为在执行任务期间，故障设备均不可修，那么离心泵、止回阀及截止阀在执行任务期间的故障率λ1、λ2及λ2分别为

1.333×10-4

1.167×10-4

1.833×10-4

在执行任务期间(t=120 h)，离心泵、止回阀及截止阀的可靠度分别为

R1=e-λ1t=0.984，

R2=e-λ2t=0.986，

R3=e-λ3t=0.978。

在任务成功性矩阵中，d11表示系统部件在开始执行任务时正常工作，且在执行任务的整个过程中保持该状态的概率，

d12表示系统部件在开始执行任务时能正常工作，在执行任务过程中一条支路故障，但截止阀和另外一条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。

由于执行任务期间，设备不可修，所以

d21=d31=d32=0，

d23=1-d22=1-R1R2R3=0.029 6，

d33=1，

所以，成功性矩阵为

(5)

3) 固有能力向量的确定。假设系统一条回路正常运作，就可以完成任务，则系统的固有能力向量为

C=[1，1，0]T

(6)

4) 结果运算。

E=ADC=0.977 3。

3 计算结果

在系统运行过程中，可靠性和维修性对系统效能均有较大的影响。

3.1 可靠性对系统的影响

表、对系统效能的影响

3.2 维修性对系统的影响

图、对系统效能的影响

图、、对系统效能的影响

4 结论

1) 设备的可靠性和维修性影响系统的效能，设备可靠性和维修性越高，系统效能越好。

2) 在压水堆补水系统中，截止阀的可靠性和维修性最为关键，应予以高度重视，而止回阀对于整个系统效能的影响比较小。

[1] 高 尚.可靠性与维修性指标综合权衡[J].系统工程与电子技术，1998(10)：78-80.

[2] 章国栋.系统可靠性与维修性的分析与设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.

[3] 甘茂治，康建设，高 崎.军用装备维修工程学[M].北京：国防工业出版社，2005.

[4] 赵新文．船用核动力一回路装置[M]．北京：海潮出版社，2001．