Надежность всей ЭУ в ряде практических задач определяется надежностью ТЭ. Отказы ГЭ обусловлены в основном процессами деградации электрических характеристик, процессами коррозии ма­териалов, накопления в реагентных полостях вредных примесей, развития трещии. Все эти процессы характеризуются неравномер­ностью проявления на токогенерирующей поверхности электродов, на поверхности или в объеме электролита. Деградацию электриче­ских характеристик можно представить как накопление локальных повреждений, которые приводят к отказу.

!ЙіЄ. 10.57. Диаграмма состоя-
ний тэ.

Динамика перехода ТЭ в отказовое состояние показана на рис. 10.57: Ео соответствует состоянию отказа (конечное состояние), Е, Е2, .... Еn—состояниям безотказной работы.

С ПОСТОЯННОЙ интенсивностью % ТЭ переходит В СОСТОЯНИЯ Е1, Е2, ..., Ец, которые соответствуют накопившимся повреждениям. В то же время ТЭ может из любого состояния с интенсивностью р перейти в отказовое состояние в результате альтернативного от­каза.

Изменение состояний ТЭ можно представить как полумарков - ский процесс с конечным множеством состояний. Помимо этого мно­жества процесс может быть определен распределением вероятно­стей pi(t) состояний в момент і и набором интенсивностей перехо­да р, %.

Составим систему таких уравнений в соответствии с методом, предлагаемым в [10.7]

где А=1, 2, .... N—1.

Аналогично

P'n( 0=—(М-іОРіт (0- Начальные условия

Ря (0)=1;

рн{ 0)=0, lsgfe^W— 1.

Решение системы уравнений (10.38), (10.39) с начальными условиями (10.40) дает после интегрирования и подстановки в (10.41) следующее выражение для вероятности безотказной ра­боты за время і [10.9]:

Если N достаточно велико, то на основании предельной теоре­мы гамма-распределение в выражении (10.42) можно аппроксими­ровать нормальным законом распределения. Тогда

Р(<) = ехр(-р0 [і-ф^=^|, у (10.30)

Рис. 10.58. Зависимость надеж­ности СТЭ от надежности ТЭ и

і —m=>8; 2 — m= 16; 3 — m=32: Л —

область существования схем, удов­летворяющих требованиям Рс^

ния; ^м, сг — математическое ожидание и среднеквадратическое от­клонение времени работы до отказа.

Такое приближение корректно, если значение параметра доста­точно велико по сравнению с а. Практически это выполняется для всех типов ТЭ. Выражение (10.43) позволяет учесть как внезапные отказы с интенсивностью ц, так и отказы, вызванные накоплением локальных повреждений. Одним из способов уменьшения чувстви­тельности ТЭ к локальным повреждениям является введение избы­точности повреждаемого узла. В первую очередь это относится к токогенерирующим узлам.

Для предупреждения отказов альтернативного типа применяет­ся блочное резервирование. Пусть система ТЭ состоит из М бло­ков, соединенных электрически в параллельно-последовательную цепь (см. рис. 10.56). Каждый блок в случае отказа одного из со­ставляющих его ТЭ по командам СУК может быть отключен из коммутационных связей.

Оценка надежности таких схем проводится методом статисти­ческого моделирования Монте-Карло. Все множество состояний разбивается на два подмножества рабочих состояний и отказовых. Если число блоков невелико, то можно приближенно оценить на­дежность схемы по биноминальному распределению.

Состояния СТЭ с различными вариантами отказов блоков яв­ляются событиями несовместными, поэтому работоспособных состоя­ний будет не бесконечное число. Вероятность работоспособного со­стояния СТЭ рс, когда количество отказов не превышает нх допу­стимого числа Пдоп, определяется по соотношению

рс=2с^-"(і-рблл

где Рел—вероятность безотказной работы блока; Ом — число со­четаний из М по п.

Если основным требованием к ЭУ является обеспечение на­грузки напряжением не ниже допустимого и^.ид0п, то это равно­сильно условию сохранения в любом вертикальном ряду хотя бы одного работоспособного блока. Существует еще дополнительное ограничение по максимально допустимому току через блок. На ин­тервале плотностей тока 0</</прсд можно принять, что отказы

а

С^-"(1_Рбл) +

10.3.2. Ускоренные испытания

Ускоренные испытания позволяют определить показатели на­дежности изделий в более короткие сроки, чем при номинальных режимах эксплуатации. Эти испытания призваны давать оператив­ную оценку конструктивным и технологическим усовершенствова­ниям в ТЭ. Продолжительность работы ТЭ превышает тысячи ча­сов, вследствие этого проведение обычных испытаний оказывается нецелесообразным.

Здесь будет рассмотрен метод форсированных испытаний, для проведения которых необходимо располагать зависимостью между выходным контролируемым параметром изделия и параметрами эксплуатации. Эта зависимость устанавливается предварительными исследованиями по результатам испытаний и должна обладать свой­ством инвариантности. Принцип инвариантности формулируется так: производство может изменять значения параметров изделий, но не может нарушать функциональной зависимости между ними.

Пусть функция распределения отказов, определенная по резуль­татам предварительных испытаний, имеет вид [10.8]

где а', Оі — весовые коэффициенты; X — интенсивность отказов аль­тернативного типа; o2i—дисперсия отказов і-го типа; /н(— мате­матическое ожидание отказов і-го типа.

Отказы, подчиняющиеся экспоненциальному распределению, за­ложены в технологии изготовления изделия. Отказы, распределен­ные по нормальному закону с математическим ожиданием iM1 н /м2» возникают под воздействием параметров у и у2.

Смысл ускоренных испытаний в данном случае заключается в том, чтобы за время испытаний U в утяжеленном режиме получить такое же значение вероятности отказа QH, как и за время эксплу­атации в номинальном режиме QH,

ехр( — Л*/)] + а,

где tm—время Проведения уСКОреННЫХ ИСПЫТаНИЙ; X*, (*мь t* М2> сг*1, а*2 — параметры закона распределения при испытаниях в утя­желенном режиме; Ф((, от)—табулированная функция нормального распределения.

Количество отказов альтернативного типа не изменяется с изме­нением режима испытаний, в то время как отказы, обусловленные физико-химическими процессами, будут проявляться раньше, чем при испытаниях в номинальном режиме.

Обработка результатов испытаний дает следующие зависи­мости:

l=n

+2 di’iy2i+•■•>

/=i

di—коэффициенты регрессии, которые

і, j—n

іУі'. dr= — yj ®/, іУі-

і, /=1 ' ‘'~'і

'*1 ;

Выразить у і и у) в явном виде из последней системы уравнений (10.51) нельзя. Необходимо для выбранного из физических сообра­жений параметра у с учетом уравнения связи, полученного из си­стемы уравнений (10.50),

f«-f*M, = »V(ft) -»*,«(А) (10-37)

найти соответствующее значение параметра Jfe и время испыта­ний ta.

1.1.

[1] Подробно процессы в пористых средах рассмотрены в гл. 3.

[2]

[3] Подробно явление промокания рассмотрено в § 3.6.

[4] — батарея ТЭ; 2—хладагент; 2 — топливо; 4 — окислитель; 5 — подогрева­тель реагентов; 6 — радиатор; 7 — насос для хладагента; 8 — хладагент; 9 — вода: 10 — аккумулятор; 11 — шииы; 12 — электрический контроль и управ­ление.