空壓機在變頻供氣系統可靠性剖析

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

　　變頻器調速整置實(shí)現了恒壓供氣，工作可靠，系統壓力恒定，具有較好的控制效果。最主要的是實(shí)現了高效（指效能高的）節能，同時(shí)由于采用了變頻器對電機實(shí)行軟啟動(dòng)(start up)，最大化減少了設備消耗，增加了空壓機的使用的時(shí)長(cháng)。變頻器可以較好的調節系統的壓力，流量，溫度等的參數穩定性，從而對提高壓縮(compression)機(compressor)的工作性能，延長(cháng)系統工作壽命有著(zhù)重要作用。
　　由于在供氣系統(system)中，我們采用了兩臺空壓機工頻供電運行，另一臺空壓機備用，以保證系統正常供氣。因此，可將空壓機的構成看作一個(gè)2/3G的表決系統即三個(gè)變頻空壓機中有兩個(gè)或兩個(gè)以上正常工作(gōng zuò)時(shí)，系統才正常工作。圖2表示該系統的可靠性框圖。
　　圖2變頻（frequency conversion)恒壓(Constant pressure)供氣系統(system)的可靠性框圖可靠性框圖描述了系統的功能與組成系統的各個(gè)元件之間的可靠性關(guān)系，它指出了系統要完成規定(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)機的可靠性為R2；空壓機的可靠性為R3；儲氣罐(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(system)的可靠性方程RS為。昆山空壓機維修工作時(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)口導葉自動(dòng)調節后進(jìn)入一級壓縮，經(jīng)一級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，氣走管外，中冷器的水流量要求為110m/h)之后進(jìn)入二級壓縮系統
　　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估方法。
　　2.1單機可靠性特征量的選擇與評估方法。
　　可靠性特征量是能夠刻畫(huà)產(chǎn)品可靠性的參數(parameter)，例如產(chǎn)品的工作壽命，強度等等。昆山空壓機維修工作時(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)口導葉自動(dòng)調節后進(jìn)入一級壓縮，經(jīng)一級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，氣走管外，中冷器的水流量要求為110m/h)之后進(jìn)入二級壓縮系統可靠性特征量的選擇(xuanze)要根據各部件的具體性質(zhì)，并參照以往的經(jīng)驗。
　　2.2系統可靠性評估方法(method)。
　　2.2.1過(guò)濾器，控制箱應采用指數(index)串聯(lián)系統的可靠度置信限方法。
　　設i個(gè)指數型元件串聯(lián)系統的可靠度為R，記第i個(gè)單元產(chǎn)品(Product)的試驗數據為i，ri，i為總試驗時(shí)間，ri為失效數。當i個(gè)部件間的試驗總時(shí)間相差不大時(shí)，這時(shí)R的置信下限為。
　　RL=（1-）
　　1/min當。
　　l i=1 i=0時(shí)e xp- r+1（1- 1 9（r+1）
　　+ ur 3r+1）
　　3當。
　　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，i為第i個(gè)單元產(chǎn)品的失效次數。
　　min=min（1，2，#，l），=min. l i=1 rii/. l i=1 ri。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備?？諝鈮嚎s機與水泵構造類(lèi)似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。
　　l i=1 i/l. l i=1 ri0，r=. l i=1 ri/i，i=i/t，i=1，2，#，l，u為標準正態(tài)分布的分位點(diǎn)。
　　2.2.2儲氣罐應采用正態(tài)分布雙側置信限方法假定產(chǎn)品特性值X來(lái)自同一總體的樣本大小為n的獨立隨機樣本x1，x2，#xn，給定置信水平(Level)，當。未知時(shí)，對于給定的特性值上（下）限，要求可靠度單側置信下限。
　　據特征值上（下）限計算系數K.當規定(guī dìng)上限U時(shí)，K= U-X S（4）
　　當規定下限L時(shí)，K= X-L S（5）。
　　由給定的置信水平，樣本大小n及計算得的K值，反查K系數表（GB4885-85，1985），即得特性值X的可靠度單側置信限。
　　2.2.3采用fiducial方法求空壓機表決系統(system)的近似置信限。
　　設由空壓機構（organization)成的2/3G表決系統由相互獨立的3個(gè)相同的指數壽命(lifetime)型元件組成，元件的可靠性都為R3，則這個(gè)2/3G表決系統的可靠度為R=。
　　3 i=2 3 i R j 3<1-R3> 3-i。設（zi，i）為第i個(gè)元件取得的實(shí)驗數據，zi為第i個(gè)單元產(chǎn)品的試驗次數，i為第i個(gè)單元產(chǎn)品的成功(success)次數，fi為第i個(gè)單元產(chǎn)品的失效次數，且有zi=i+fi.工程(Engineering)上常用信賴(lài)（fiducial）方法。
　　求表決系統(system)的近似置信下限即。
　　51第3期楊玲等：變頻恒壓供氣系統的可靠性分析建模。
　　E（Ri）=i i+1 zi，E（R 2 i）=i i+2 zi（6）。
　　由此解得系統(system)可靠性的信賴(lài)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+1）=1-（7）
　　式中，IRL（s，F）= 1 B（s，F）
　　RL 0 R S-1（1-R）
　　F-
　　1. dR稱(chēng)為不完全#-函數；n，s稱(chēng)為系統(system)的成?。ㄡ屃x:成功(success)或失??；指失敗、用于偏義)型試驗數（n試驗次數，s成功次數），可查GB4087.3表用線(xiàn)性插值方法求得可靠性信賴(lài)近似限。
　　3變頻恒壓供氣系統的可靠性評估方法。
　　由變頻恒壓供氣系統的可靠性框圖可以看出，該系統中過(guò)濾器，電動(dòng)機，空壓機(compressor)構成的2/3G的表決系統，儲氣罐，控制箱，過(guò)濾器的可靠性是串聯(lián)關(guān)系。變頻恒壓供氣系統的各個(gè)單元產(chǎn)品由于是不同分布的，將其全部轉換為成?。ㄡ屃x:成功或失??；指失敗、用于偏義)型產(chǎn)品后，該系統可以看成是由6個(gè)成敗型產(chǎn)品串聯(lián)而成，然后計算系統的可靠度置信下限。
　　由k個(gè)成敗型產(chǎn)品(Product)串聯(lián)而成的系統，記第i個(gè)單元產(chǎn)品的試驗數據（data)為ni，si，ni為第i個(gè)單元產(chǎn)品的試驗次數，si為第i個(gè)單元產(chǎn)品的成功次數，fi為第i個(gè)單元產(chǎn)品的失效次數，且有ni=si+ fi.為了確定置信水平下的系統可靠度置信下限，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)口導葉自動(dòng)調節后進(jìn)入一級壓縮，經(jīng)一級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，氣走管外，中冷器的水流量要求為110m/h)之后進(jìn)入二級壓縮系統
　　式中，N，F分別為系統的等效試驗數和失效數，通常F為非整數，可查GB4087.3表用線(xiàn)性插值求得可靠性置信下限。
　　一個(gè)較為復雜的串聯(lián)系統(system)，組成系統的單元產(chǎn)品往往是不同分布類(lèi)型的，如有成敗型產(chǎn)品，又有威布爾產(chǎn)品，指數壽命型產(chǎn)品，還可能有正態(tài)壽命型產(chǎn)品等等。為了采用系統可靠性評估的L-M方法，它要求組成系統的各單元產(chǎn)品必須是成敗型試驗(test)數據。對此，北京大學(xué)鄭忠國教授解決了非成敗型試驗數據轉換為等效的成敗型試驗數據的問(wèn)題，并證明了這一轉換的解的存在性和唯一性。
　　4系統可靠性的計算與結果分析。
　　根據相關(guān)(related)技術(shù)(technology)資料和MATLAB軟件仿真（simulation)與計算，給出變頻恒壓供氣系統中各個(gè)組成元件的可靠度信賴(lài)近似限及轉換為成?。ㄡ屃x:成功或失??；指失敗、用于偏義)型試驗數據，具體結果。昆山空壓機保養在空壓機的進(jìn)、排氣口安裝消聲器或設置消聲坑道以后，氣流噪聲可以降到80db(a)以下，但空壓機的機械噪聲和電機噪聲仍然很高，因此還應在空壓機的機組上安裝隔聲罩。4、懸掛空間吸聲體：在佛山凌格風(fēng)空壓機站，高大空曠的廠(chǎng)房混響很重。
　　5結語(yǔ)。
　　本文通過(guò)(tōng guò)對分析變頻恒壓(Constant pressure)供氣系統的工作原理(yuán lǐ)，利用可靠性的理論對變頻恒壓供氣系統進(jìn)行可靠性建模，并運用L-M方法給出了系統可靠度的定量評估結果，這對工程設計具有重要的指導作用。