空壓機(jī)在變頻供氣系統(tǒng)可靠性剖析

　　1變頻恒壓(Constant pressure)供氣系統(tǒng)(system)的可靠性模型。

　　變頻器調(diào)速整置實(shí)現(xiàn)了恒壓供氣，工作可靠，系統(tǒng)壓力恒定，具有較好的控制效果。最主要的是實(shí)現(xiàn)了高效（指效能高的）節(jié)能，同時(shí)由于采用了變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)行軟啟動(dòng)(start up)，最大化減少了設(shè)備消耗，增加了空壓機(jī)的使用的時(shí)長(zhǎng)。變頻器可以較好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壓力，流量，溫度等的參數(shù)穩(wěn)定性，從而對(duì)提高壓縮(compression)機(jī)(compressor)的工作性能，延長(zhǎng)系統(tǒng)工作壽命有著重要作用。
　　由于在供氣系統(tǒng)(system)中，我們采用了兩臺(tái)空壓機(jī)工頻供電運(yùn)行，另一臺(tái)空壓機(jī)備用，以保證系統(tǒng)正常供氣。因此，可將空壓機(jī)的構(gòu)成看作一個(gè)2/3G的表決系統(tǒng)即三個(gè)變頻空壓機(jī)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上正常工作(gōng zuò)時(shí)，系統(tǒng)才正常工作。圖2表示該系統(tǒng)的可靠性框圖。
　　圖2變頻（frequency conversion)恒壓(Constant pressure)供氣系統(tǒng)(system)的可靠性框圖可靠性框圖描述了系統(tǒng)的功能與組成系統(tǒng)的各個(gè)元件之間的可靠性關(guān)系，它指出了系統(tǒng)要完成規(guī)定(guī dìng)的功能，哪些元件必須正常地工作。
　　記過(guò)濾(filter)器的可靠性為R1；電動(dòng)機(jī)的可靠性為R2；空壓機(jī)的可靠性為R3；儲(chǔ)氣罐(gas container)的可靠性為R4；控制箱的可靠性為R5，則變頻恒壓(Constant pressure)供氣系統(tǒng)(system)的可靠性方程RS為。昆山空壓機(jī)維修工作時(shí)，空氣經(jīng)過(guò)自潔式空氣過(guò)濾器被吸入，通過(guò)PLC自動(dòng)清洗過(guò)濾器，空氣在經(jīng)過(guò)進(jìn)口導(dǎo)葉自動(dòng)調(diào)節(jié)后進(jìn)入一級(jí)壓縮，經(jīng)一級(jí)壓縮后的氣體溫度較高，然后進(jìn)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻(水走管內(nèi)，氣走管外，中冷器的水流量要求為110m/h)之后進(jìn)入二級(jí)壓縮系統(tǒng)
　　RS=R1R2。
　　3 j=2 3 j R j 3（1-R3）
　　3-j R4R5R1（1）。
　　2可靠性特征量的選擇及評(píng)估方法。
　　2.1單機(jī)可靠性特征量的選擇與評(píng)估方法。
　　可靠性特征量是能夠刻畫產(chǎn)品可靠性的參數(shù)(parameter)，例如產(chǎn)品的工作壽命，強(qiáng)度等等。昆山空壓機(jī)維修工作時(shí)，空氣經(jīng)過(guò)自潔式空氣過(guò)濾器被吸入，通過(guò)PLC自動(dòng)清洗過(guò)濾器，空氣在經(jīng)過(guò)進(jìn)口導(dǎo)葉自動(dòng)調(diào)節(jié)后進(jìn)入一級(jí)壓縮，經(jīng)一級(jí)壓縮后的氣體溫度較高，然后進(jìn)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻(水走管內(nèi)，氣走管外，中冷器的水流量要求為110m/h)之后進(jìn)入二級(jí)壓縮系統(tǒng)可靠性特征量的選擇(xuanze)要根據(jù)各部件的具體性質(zhì)，并參照以往的經(jīng)驗(yàn)。
　　2.2系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法(method)。
　　2.2.1過(guò)濾器，控制箱應(yīng)采用指數(shù)(index)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度置信限方法。
　　設(shè)i個(gè)指數(shù)型元件串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度為R，記第i個(gè)單元產(chǎn)品(Product)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為i，ri，i為總試驗(yàn)時(shí)間，ri為失效數(shù)。當(dāng)i個(gè)部件間的試驗(yàn)總時(shí)間相差不大時(shí)，這時(shí)R的置信下限為。
　　RL=（1-）
　　1/min當(dāng)。
　　l i=1 i=0時(shí)e xp- r+1（1- 1 9（r+1）
　　+ ur 3r+1）
　　3當(dāng)。
　　l i=1 i0時(shí)（2）。
　　式中：置信水平=. i i=1 i/i（3）。
　　其中，i為第i個(gè)單元產(chǎn)品的成功次數(shù)，i為第i個(gè)單元產(chǎn)品的失效次數(shù)。
　　min=min（1，2，#，l），=min. l i=1 rii/. l i=1 ri。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備?？諝鈮嚎s機(jī)與水泵構(gòu)造類似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。
　　l i=1 i/l. l i=1 ri0，r=. l i=1 ri/i，i=i/t，i=1，2，#，l，u為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的分位點(diǎn)。
　　2.2.2儲(chǔ)氣罐應(yīng)采用正態(tài)分布雙側(cè)置信限方法假定產(chǎn)品特性值X來(lái)自同一總體的樣本大小為n的獨(dú)立隨機(jī)樣本x1，x2，#xn，給定置信水平(Level)，當(dāng)。未知時(shí)，對(duì)于給定的特性值上（下）限，要求可靠度單側(cè)置信下限。
　　據(jù)特征值上（下）限計(jì)算系數(shù)K.當(dāng)規(guī)定(guī dìng)上限U時(shí)，K= U-X S（4）
　　當(dāng)規(guī)定下限L時(shí)，K= X-L S（5）。
　　由給定的置信水平，樣本大小n及計(jì)算得的K值，反查K系數(shù)表（GB4885-85，1985），即得特性值X的可靠度單側(cè)置信限。
　　2.2.3采用fiducial方法求空壓機(jī)表決系統(tǒng)(system)的近似置信限。
　　設(shè)由空壓機(jī)構(gòu)（organization)成的2/3G表決系統(tǒng)由相互獨(dú)立的3個(gè)相同的指數(shù)壽命(lifetime)型元件組成，元件的可靠性都為R3，則這個(gè)2/3G表決系統(tǒng)的可靠度為R=。
　　3 i=2 3 i R j 3<1-R3> 3-i。設(shè)（zi，i）為第i個(gè)元件取得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，zi為第i個(gè)單元產(chǎn)品的試驗(yàn)次數(shù)，i為第i個(gè)單元產(chǎn)品的成功(success)次數(shù)，fi為第i個(gè)單元產(chǎn)品的失效次數(shù)，且有zi=i+fi.工程(Engineering)上常用信賴（fiducial）方法。
　　求表決系統(tǒng)(system)的近似置信下限即。
　　51第3期楊玲等：變頻恒壓供氣系統(tǒng)的可靠性分析建模。
　　E（Ri）=i i+1 zi，E（R 2 i）=i i+2 zi（6）。
　　由此解得系統(tǒng)(system)可靠性的信賴近似限RL為。
　　n= E（R）-E（R 2）
　　E（R 2）-<E（R）> 2 F=n<1-E（R）> IRL（s，F(xiàn)+1）=1-（7）
　　式中，IRL（s，F(xiàn)）= 1 B（s，F(xiàn)）
　　RL 0 R S-1（1-R）
　　F-
　　1. dR稱為不完全#-函數(shù)；n，s稱為系統(tǒng)(system)的成?。ㄡ屃x:成功(success)或失??；指失敗、用于偏義)型試驗(yàn)數(shù)（n試驗(yàn)次數(shù)，s成功次數(shù)），可查GB4087.3表用線性插值方法求得可靠性信賴近似限。
　　3變頻恒壓供氣系統(tǒng)的可靠性評(píng)估方法。
　　由變頻恒壓供氣系統(tǒng)的可靠性框圖可以看出，該系統(tǒng)中過(guò)濾器，電動(dòng)機(jī)，空壓機(jī)(compressor)構(gòu)成的2/3G的表決系統(tǒng)，儲(chǔ)氣罐，控制箱，過(guò)濾器的可靠性是串聯(lián)關(guān)系。變頻恒壓供氣系統(tǒng)的各個(gè)單元產(chǎn)品由于是不同分布的，將其全部轉(zhuǎn)換為成敗（釋義:成功或失?。恢甘?、用于偏義)型產(chǎn)品后，該系統(tǒng)可以看成是由6個(gè)成敗型產(chǎn)品串聯(lián)而成，然后計(jì)算系統(tǒng)的可靠度置信下限。
　　由k個(gè)成敗型產(chǎn)品(Product)串聯(lián)而成的系統(tǒng)，記第i個(gè)單元產(chǎn)品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)（data)為ni，si，ni為第i個(gè)單元產(chǎn)品的試驗(yàn)次數(shù)，si為第i個(gè)單元產(chǎn)品的成功次數(shù)，fi為第i個(gè)單元產(chǎn)品的失效次數(shù)，且有ni=si+ fi.為了確定置信水平下的系統(tǒng)可靠度置信下限，工程(Engineering)上流行Lindstrom-Madden方法。
　　-M方法，即。
　　N=min1%i%n ni F=N1-& n i=1 si ni。
　　F x=0 N x R N-x 1-R x =1-（8）。昆山空壓機(jī)維修工作時(shí)，空氣經(jīng)過(guò)自潔式空氣過(guò)濾器被吸入，通過(guò)PLC自動(dòng)清洗過(guò)濾器，空氣在經(jīng)過(guò)進(jìn)口導(dǎo)葉自動(dòng)調(diào)節(jié)后進(jìn)入一級(jí)壓縮，經(jīng)一級(jí)壓縮后的氣體溫度較高，然后進(jìn)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻(水走管內(nèi)，氣走管外，中冷器的水流量要求為110m/h)之后進(jìn)入二級(jí)壓縮系統(tǒng)
　　式中，N，F(xiàn)分別為系統(tǒng)的等效試驗(yàn)數(shù)和失效數(shù)，通常F為非整數(shù)，可查GB4087.3表用線性插值求得可靠性置信下限。
　　一個(gè)較為復(fù)雜的串聯(lián)系統(tǒng)(system)，組成系統(tǒng)的單元產(chǎn)品往往是不同分布類型的，如有成敗型產(chǎn)品，又有威布爾產(chǎn)品，指數(shù)壽命型產(chǎn)品，還可能有正態(tài)壽命型產(chǎn)品等等。為了采用系統(tǒng)可靠性評(píng)估的L-M方法，它要求組成系統(tǒng)的各單元產(chǎn)品必須是成敗型試驗(yàn)(test)數(shù)據(jù)。對(duì)此，北京大學(xué)鄭忠國(guó)教授解決了非成敗型試驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為等效的成敗型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的問(wèn)題，并證明了這一轉(zhuǎn)換的解的存在性和唯一性。
　　4系統(tǒng)可靠性的計(jì)算與結(jié)果分析。
　　根據(jù)相關(guān)(related)技術(shù)(technology)資料和MATLAB軟件仿真（simulation)與計(jì)算，給出變頻恒壓供氣系統(tǒng)中各個(gè)組成元件的可靠度信賴近似限及轉(zhuǎn)換為成敗（釋義:成功或失??；指失敗、用于偏義)型試驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體結(jié)果。昆山空壓機(jī)保養(yǎng)在空壓機(jī)的進(jìn)、排氣口安裝消聲器或設(shè)置消聲坑道以后，氣流噪聲可以降到80db(a)以下，但空壓機(jī)的機(jī)械噪聲和電機(jī)噪聲仍然很高，因此還應(yīng)在空壓機(jī)的機(jī)組上安裝隔聲罩。4、懸掛空間吸聲體：在佛山凌格風(fēng)空壓機(jī)站，高大空曠的廠房混響很重。
　　5結(jié)語(yǔ)。
　　本文通過(guò)(tōng guò)對(duì)分析變頻恒壓(Constant pressure)供氣系統(tǒng)的工作原理(yuán lǐ)，利用可靠性的理論對(duì)變頻恒壓供氣系統(tǒng)進(jìn)行可靠性建模，并運(yùn)用L-M方法給出了系統(tǒng)可靠度的定量評(píng)估結(jié)果，這對(duì)工程設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用。