摘要：近年来，随着我国对电能的需求不断增加，核电站的建设数量也在不断增加，而核电站换料设备的可靠性成了安全发电的一个重要指标。本文介绍了核电站换料可靠性预计及其分类，从设备定义、建立可靠性模型、选择可靠性预计方法、得出可靠性预计结论、设计反馈等步骤对核电站换料设备的可靠性预计进行了论述。
关键词：核电;换料设备;可靠性预计
引言
核电站安全壳电气贯穿件是安装于安全壳结构上，专门供各类电缆贯穿安全壳的电气设备。电气贯穿件作为安全壳结构的重要组成部分，在核电站运行期间和发生事故时应保证安全壳的结构完整性和密封性不被破坏，因此电气贯穿件必须在正常工况、异常工况和设计基准事故条件下均能满足相应的力学性能要求。对电气贯穿件进行全面的应力分析和评定，对核电站长期、安全、稳定的运行具有非常重要的意义。
1可靠性预计概述
可靠性预计指根据设备的组成、结构特点、载荷和工作环境等因素，利用以往的工程经验、故障率数据，以及当前的技术水平，主要以元器件、零部件的失效率作为依据，预计设备实际可能达到的可靠度。可靠性预计是设备研发过程中的重要一环，通过设备的可靠性预计，可以发现影响设备可靠性的主要因素，找出设备设计中的薄弱环节，然后采取相应措施，提高设备的可靠性水平。可靠性预计可以评价设备的可靠性水平是否满足设计要求，为确定设备可靠性试验方案和维护保养费用估算提供依据，同时也为制订设备维修计划，进行安全性、测试性和保障性分析提供信息。
2模态分析
核电站设计中，要求电气贯穿件在电站地震期间和地震后，贯穿件能保持压力边界完整和不丧失功能，因此电气贯穿件的自振频率应＞33Ｈｚ，以避免地震时结构件因共振而引起失效。利用ANSYS有限元软件建立电气贯穿件及其连接构件（安全壳预埋筒、安全壳钢套和安全壳法兰）的三维有限元模型。端子箱为薄壁空心结构，贯穿件筒体内部装有纯铜导体，导体组件固定在两端法兰上，中间设有中隔板。模型忽略导体和中隔板的刚度，仅考虑其质量，将质量附加在贯穿件筒体壁上。安全壳预埋筒与钢套固定在安全壳混凝土墙体上，为了与实际情况保持一致，对预埋钢套与安全壳钢衬施加固定约束。根据结构特点，采用壳单元和六面体八节点体单元对模型进行离散，贯穿件筒体、预埋钢套用壳单元模拟，贯穿件端法兰和端子箱用体单元模拟。
3可靠性预计步骤
设备可靠性分为设备定义、建立可靠性模型、选择可靠性预计方法、确定可靠性指标、计算可靠性、得出可靠性预计结论、反馈设计等步骤。设备定义指定义设备的功能、任务、结构组成、接口、工作条件、性能参数等。建立可靠性模型包括任务可靠性模型和基本可靠性模型。选择可靠性预计方法指根据设备的状态和拥有的信息量，选择适当的可靠性预计方法。可靠性预计指按照已选择的可靠性预计方法进行预计。得出可靠性预计结论后，需要分析薄弱环节，并将结论反馈到设计过程中，针对薄弱环节进行改进。
4电动执行机构的工作原理
电动执行机构的基本工作原理都是相同的。不同类型的电动执行机构区别在于一个是输出位移（推力），一个是输出转角（力矩）。来自调节器的电流信号Ii（4~20mA）作为伺服放大器的输入，与阀门的位置反馈信号If进行比较，当输入信号和反馈信号比较差值不为零时，其差值经伺服放大器放大后，控制两相伺服电机按相应的方向转动，再经减速器减速后使输出轴产生位移。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时，输出轴位移又经过位置发送器转换成阀门的反馈信号If；当反馈信号与输入信号相等时，伺服放大器无输出，电机不转动，执行机构就稳定在与输入信号相应的位置上。电动执行机构的输出轴位移和输入信号成线性关系。
5可靠性预计方法选择
（1）机械零件预计方法。换料设备中机械零件的预计方法按优先次序依次为数据手册法、相似产品类比论证法、评分预计法。①数据手册法。数据手册法分为修正因数法和零部件计数法。修正因数法根据经验建立零部件故障率与影响故障模式的主要设计、使用参数之间的函数关系，计算新零部件的故障率。使用这一方法进行预计时，根据换料设备工作条件确定机械零件的各种相关参数，利用《机械设备可靠性预计程序手册》（NSWC—2009）中的故障率计算公式，预计出零件的失效率，再应用设备可靠性模型，预计设备的可靠性。零部件计数法通过统计得到不同环境条件下不同零部件的故障率数据，再通过《机械设备可靠性预计程序手册》（NSWC—2009）、《非电子零部件可靠性数据》（NPRD—1991）中的失效率数据，应用设备的可靠性模型，预计设备的可靠性。②相似产品类比论证法。相似产品类比论证法将零部件和已知可靠性的类似国内外产品进行比较，通过分析二者在组成、结构、设计水平、制造工艺、原材料与使用环境等方面的差异，简单地估计零部件可能达到的可靠性水平，预计的精度取决于历史数据的质量及现有产品和新产品的相似度。采用相似产品类比论证法预计时，优先选用《机械设备可靠性预计程序手册》（NSWC—2009）中的基本失效率。《机械设备可靠性预计程序手册》（NSWC—2009）中没有相似部件的情况下，采用《非电子零部件可靠性数据》（NPRD—1991）中的失效率，或者机械可靠性设计手册中的失效率。③评分预计法。在可靠性数据非常缺乏的情况下，数据手册法和相似产品类比论证法都无法运用，此时可由经验丰富的设计人员或专家对影响可靠性的集中因素进行评分，以设备中某个已知可靠性数据的零件为基准，分析组成结构、设计水平、制造工艺水平、原材料、零部件水平、使用环境等方面的差异，由专家评分给出修正因数，从而计算出零部件的故障率水平。评分预计法得到的预计结果受人为影响较大，在使用此方法进行预计时，可增加评分专家的人数，保证评分的客观性，提高预计的准确性。（2）电子元器件预计方法。目前我国军品行业对于国产电子元器件一般采用《电子设备可靠性预计手册》（GJB/Z299C）中规定的模型进行可靠性预计，对于进口电子元器件一般采用《电子设备可靠性预计手册》（MIL-HDBK-217PLUS）中规定的模型进行可靠性预计。民用企业一般采用Bellcore可靠性预计手册中规定的模型进行可靠性预计。对换料设 备中电子元器件进行可靠性预计时，通过查找GJB/Z299C、MIL-HDBK-217PLUS和Bellcore等手册，确定元器件的质量因数、环境因数、通用故障率，再利用元器件应力分析法的故障率计算公式，预计出元器件的失效率。
结束语
综上所述，自动化机械设备研发过程中的可靠性预计方法一般为数据手册法、相似产品类比论证法、评分预计法，其中机械零部件可靠性预计时优先使用数据手册法，然后是相似产品类比论证法和评分预计法。为确保核电站换料设备可靠性预计的准确性，预计时应尽可能分解到单个零件，避免遗漏，且用于可靠性预计的失效率或其它数据需从手册、标准或统计数据中获得，如果是采购的标准件，其可靠性数据可从供货商处取得。
参考文献
［1］许卫宝，钟涛．机械产品可靠性设计与试验［M］．北京:国防工业出版社，2015．
［2］王宾华．论核电产品的耐久性分析方法［J］．装备机械，2018(3):26-30，46．
［3］陈圣斌，操宏斌，苏强，等．直升机可靠性建模分配预计工作的经验教训［J］．直升机技术，2013(2):42-45，51．
［4］张增照，潘勇．电子产品可靠性预计［M］．北京:科学出版社，2007．
论文作者:钟骏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
标签：可靠性论文; 设备论文; 核电站论文; 手册论文; 故障率论文; 零部件论文; 数据论文; 《基层建设》2019年第11期论文;