核电设备可靠性验证方法--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

核电设备可靠性验证方法

发表时间：2020/3/14 来源：《福光技术》2019年32期作者：刘盛泉

[导读] 可靠性验证是分析、验证、定量评价产品可靠性的一种手段，通常情况下，核电设备难以按照可靠性验证试验标准进行试验。

中广核工程有限公司广东深圳 518110
        摘要：可靠性验证是分析、验证、定量评价产品可靠性的一种手段，通常情况下，核电设备难以按照可靠性验证试验标准进行试验。以核电站换料设备为例，对核电设备的可靠性验证方法进行了研究与分析。结合实际情况，提出一种适用于核电设备研制定型阶段的可靠性验证方法。这一方法操作简单，可以降低核电设备的研制费用，缩短研制时间。
        关键词：核电设备；可靠性；试验


引言
        可靠性分析在航空、武器和电子行业应用较广泛，而在上述行业中，可靠性水平属于表征设备性能的重要指标。它能体现设备在规定条件下运行，在规定时间内完成规定功能的能力。而在核电行业中，不一定涉及可靠性的指标，一方面是由于核电类产品数量较少，零部件多为非标产品，不足以通过试验得到可靠性数据；另一方面，核电产品因其堆内辐照的特殊性，大部分部件不可维修且寿命指标要求较长，所以故障率数据对其不适用。本文尝试将可靠性分析流程应用于核电换料设备的设计中，以便找到影响设备功能的所有薄弱环节，提高设备的可靠性。
        1核电设备可靠性分析方法
        传统的可靠性分析是建立在很多数据基础之上的。如今我国核电事业发展快速，虽然新建和在运机组位列世界前沿但核电设备相对于工业使用设备数量还是很少，所以这就导致我们能够分析的设备对象很少，很多核电设备的可靠性都非常高，也导致失效数据非常的少。这种状况之下，很多的设备部件不能够依靠传统的可靠性分析方法，需要结合外部失效，行业失效率以及数据并运用数学方法加以分析。对于核电设备可靠性分析的需要，建立一个分析体系。设备部件可靠性的定量分析结果，作为系统的可靠性定量分析输入，这就能够很大范围的提高设备可靠性分析的准确率。部件可靠性定量分析的主体就是设备的主要部件，所以在确定了失效分布的类型之后结合每个输入数据来判断选择合适的分析方法。一般来说，核电站实际的运行的部件在投入运行之前就已经经过了实验与调试阶段，而这两个阶段也在过程当中经过了失效的过程，所以说，在设备实际运行的时候，设备设计的寿命已经到达或者接近时，设备部件已经处于损耗时期，这个时期之前部件都处在偶然的失效期内。如果实际的工作状况比设计的要恶劣时，设备的损耗时期就会提前，时间会缩短。与此同时还能依据数据来判断设备的寿命时期，当设备发生故障的几率低或者是发生的时间很分散，这时设备部件就会处于寿命的偶然失效时期，但是设备部件如果在某个时间段内有很多的失效问题时，部件就处于损耗时期了。核电设备可靠性标准体系分析方法是设备部件可靠性分析里，特别是缺乏失效数据时，来保证分析的准确度的重要环节。相同的数据，如果选择的分析方法不一样，那么所得到的结果也会有很大的差别。这种差别可能是数量级的。在选择分析方法的时候，要结合核电行业的发展状况，失效情况，数据的特征，实际情况多个角度来考虑。
        2核电设备可靠性验证方法
        2.1试验样本
        对于可靠性评估验证试验的样本，提出以下要求：试验样本必须能够代表未来交付产品的各项特征；在进行可靠性评估验证试验前，应进行应力筛选或磨合，消除早期故障；试验样本必须完成可靠性建模和预计、设备故障模式与影响分析、设备零部件试验验证、设备整机功能和性能试验，并提交相关报告；当试验样本数量仅有一台时，需得到客户方认可。
        2.2试验提出
        以换料设备为例，针对寿期内定位操作次数不少于 10.8 万次的寿命指标，需从可靠性的角度进行指标验证试验。该指标是定位功能相关部件的寿命指标，针对的是所有与换料设备旋转定位操作功能相关的零部件，而该部分零部件包含可维修部件和不可维修部件。对于可维修部件，在满足 MTBF 指标要求的前提下，允许发生故障，如果发生故障可以通过维修或更换后继续服役，仍然能满足定位功能，即可保证完成 10.8 万次定位操作次数要求，所以可维修部件无需验证该指标。对于不可维修部件，寿期内 10.8 万次定位操作次数中不允许发生故障，否则无法维修，换料设备无法继续工作，不满足指标要求。所以要对所有涉及疲劳和磨损的零部件进行寿命分析计算。在分析计算时，将定位操作次数作为输入条件之一，如果部件计算通过，则该部件满足指标。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

而轴承作为精密运动部件，其主要失效模式为磨损和长期静载微变形，且需考虑无润滑等恶劣情况，通过计算分析无法得到磨损程度和变形量，也就无法分析对轴承精度的影响，所以只能通过试验验证。（2）试验要求①试验模型应按产品轴承 1:1 或按照依据比例建模。②使用环境及载荷条件，如温度，润滑条件和换料间隔期的静载等。③要求 3 个轴承的可靠度乘积大于 90%，置信度 0.8。
        2.3可靠性评估两种情况
        在可靠性评估验证过程中，收集相关试验数据，在此基础上进行可靠性评估，分为两种情况。第一种情况，在试验周期内，设备基本没有任何改变，或设备的更改不影响原本的可靠性水平，从可靠性角度而言，认为可靠性评估所依据的试验数据来源于同一母体，在试验周期内设备的可靠性水平保证一致 , 针对这种情况，通常采用指数可靠性评估模型。第二种情况，在试验周期内，对设备进行了改进，设备原本的可靠性有所变化，此时不能认为可靠性评估所依据的试验数据来源于同一母体，试验周期内设备的可靠性是变化的, 在这种情况下，可采用Ｄｕａｎｅ ( 针对试验周期内发生故障的情况，假设在试验时间Ｔ内，设备共发生了ｒ个故障，平均失效间隔时间ＭＴＢＦ点的估计值) 或ＡＭＳＳＡ ( 设备研制领域）评估模型。可靠性增长是试验、分析、改进不断循环的过程，不断消除设备在结构设计或制造安装中的薄弱环节，使可靠性水平随时间不断提高，从而提高固有可靠性。采用多种模型进行可靠性评估后，如果得出的评估结果满足规定的可靠性指标要求，那么认为设备的可靠性符合要求，通过可靠性验证试验。否则，认定为未通过可靠性验证试验，需要考虑进行设计改进，完成后重新安排试验。
        2.4ＡＭＳＡＡ可靠性评估模型           ＡＭＳＡＡ模型又称Ｃｒｏｗ模型，模型考虑了试验过程中样本结果的随机性问题，是Ｄｕａｎｅ模型的概率补充，可以进行ＭＴＢＦ点的估计和区间估计。利用ＡＭＳＡＡ模型对母体改变的设备进行可靠性评估是比较理想的选择。试验设备先后发生了ｎ个故障，故障时间点对应为ｔ１，ｔ２，…，ｔｎ，计算ＡＭＳＡＡ模型尺度参数ａ和形状参数ｂ点的估计值。试验设备先后发生了ｎ个故障，故障时间点对应为ｔ１，ｔ２，…，ｔｎ，计算ＡＭＳＡＡ模型尺度参数ａ和形状参数ｂ点的估计值：   计算ｔ时刻ＭＴＢＦ点的估计值         计算平均失效间隔时间单侧下限ＭＴＢＦＬ点的
        估计值：式中：ＭＴＢＦＬ（ｔ）为ｔ时刻产品达到的瞬时ＭＴＢＦＬ点估计值。
        2.5Ｄｕａｎｅ可靠性评估模型
         计算Ｄｕａｎｅ模型的参数值，即包括产品实际的可靠性增长率ｍ和尺度参数ａ：对ＭＴＢＦ点值进行估计：式中：ＭＴＢＦ（ｔ）为ｔ时刻产品达到的瞬时ＭＴＢＦ点估计值。Ｄｕａｎｅ模型描述了在产品可靠性提高试验过程中，累积故障率与累积试验时间在双对数坐标中近似呈线性函数关系［１０］。利用Ｄｕａｎｅ模型分析得到的结果是产品在某一时刻ｔ达到的瞬时ＭＴＢＦ点估计值，ｍ值代表了产品的实际增长率。当ｍ ≤０．１时，产品的可靠性无提高。当０．１＜ｍ ≤０．３时，产品的可靠性有缓慢提高。当ｍ ≥０．４时，产品的可靠性有明显提高。利用Ｄｕａｎｅ模型可以评估产品的可靠性提高情况，但是不能进行可靠性区间评估。
        结语
        参照相关标准，结合核电设备研制的实际情况，笔者提出一种核电设备可靠性验证方法。这一方法既可以有效解决可靠性试验标准不适用的情况，又可以在很大程度上减少设备的研制费用及时间，还能够避免在试验中出现拒收的风险。
        参考文献
        秋穗正，王俊 . 核能的开发和利用——核电厂 [J]. 中学物理教学参考，2011（5）.
        国家核安全局就近期核电厂人员行为导致运行事件情况发出警示通报[J]. 中国应急管理，2016（10）.
        陈海燕，毕克明，张焕朝，徐长江 . 大型自主化核电厂 PSA 分析软件PSAP1.0[J]. 中国原子能科学研究院年报，2015（5）.
        陈秀娟.AP1000 核电厂设备可靠性分级研究与探讨[J]. 核安全， 2014（2）.
        何国伟．可靠性试验技术［Ｍ］．北京：国防工业出版社，1995．