葛強(qiáng)　趙新文　郭海寬

摘 要：針對(duì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)設(shè)備之間存在失效相關(guān)的特性，該文使用Copula函數(shù)刻畫了此系統(tǒng)的失效相關(guān)性，建立了設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的可靠度預(yù)計(jì)模型并進(jìn)行定量計(jì)算。分析結(jié)果表明，系統(tǒng)采用冗余設(shè)備的可靠度比無(wú)冗余情況的可靠度高，但設(shè)備之間的失效相關(guān)性使系統(tǒng)的可靠度降低了。也說(shuō)明了該模型可以較好地解決設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：Copula函數(shù) 可靠性預(yù)計(jì) 失效相關(guān)性 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TL364+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（b）-0007-03

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)向一回路需要冷卻的各設(shè)備供給冷卻水，防止其過(guò)熱。在核動(dòng)力裝置的各種運(yùn)行工況中，設(shè)備冷卻水系統(tǒng)總是最先投入，最后停止運(yùn)行?？梢姶讼到y(tǒng)的可靠性在核動(dòng)力裝置中的重要性。為了增加其可靠性往往采取冗余措施，然而在實(shí)際應(yīng)用中冗余組之間具有相關(guān)失效；而在傳統(tǒng)的研究中忽略了這一點(diǎn)，得到的結(jié)果偏高。原因是對(duì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)的傳統(tǒng)方法都是假設(shè)各個(gè)部件或設(shè)備之間是相互獨(dú)立的[2-4]。因此，能否正確預(yù)計(jì)其可靠性是至關(guān)重要的。

該文借助于目前研究變量相關(guān)性最有力工具——Copula函數(shù)，來(lái)刻畫設(shè)備冷卻水系統(tǒng)中各個(gè)部件或設(shè)備之間的失效相關(guān)結(jié)構(gòu)，建立設(shè)備冷卻水系統(tǒng)失效相關(guān)性可靠度預(yù)計(jì)模型，并通過(guò)算例說(shuō)明基于Copula函數(shù)的該預(yù)計(jì)模型的實(shí)用性、準(zhǔn)確性。

1 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)可靠度Copula預(yù)計(jì)模型

1.1 設(shè)備冷卻水系統(tǒng)可靠性分析

設(shè)備冷卻水系統(tǒng)由兩臺(tái)設(shè)備冷卻水泵、兩臺(tái)換熱器及相應(yīng)的閥門、管道等組成，其示意圖見圖1。

為了便于分析，將圖1中的手動(dòng)截止閥F1、設(shè)備冷卻水泵B1和手動(dòng)截止止回閥J1看作一個(gè)單元；手動(dòng)截止閥F2、設(shè)備冷卻水泵B2和手動(dòng)截止止回閥J2看作一個(gè)單元；手動(dòng)截止閥F3、換熱器Q1和手動(dòng)截止閥F4看作一個(gè)單元；手動(dòng)截止閥F5、換熱器Q2和手動(dòng)截止閥F6看作一個(gè)單元，圖1可化簡(jiǎn)為圖2。

設(shè)手動(dòng)截止閥F1的可靠度為，設(shè)備冷卻水泵B1的可靠度為，手動(dòng)截止止回閥J1為。因此，a單元的可靠度為。同理可得到b單元的可靠度為，c單元的可靠度為，d單元的可靠度為[5]。

設(shè)=5.5（值可由Xi樣本值估計(jì)出），則分別在零件失效獨(dú)立和C5.5相關(guān)結(jié)構(gòu)下，系統(tǒng)可靠度隨零件數(shù)n增大而增加的速率比較，如圖6所示。

由圖6可以看出系統(tǒng)可靠度隨零件數(shù)的增加而增大的速率，在失效相關(guān)情況下比獨(dú)立時(shí)要小的多。零件之間獨(dú)立時(shí)三個(gè)零件并聯(lián)，系統(tǒng)的可靠度就已經(jīng)非常接近1，這與實(shí)際的情況不相符合；零件之間失效相關(guān)時(shí)，系統(tǒng)可靠度隨著零件數(shù)的增多而逐漸趨向于1，這符合工程實(shí)際情況，驗(yàn)證了該模型的實(shí)用性和正確性。

1.2 實(shí)例計(jì)算

核動(dòng)力裝置中的設(shè)備冷卻水系統(tǒng)由兩臺(tái)設(shè)備冷卻水泵、兩臺(tái)換熱器及相應(yīng)的閥門、管道等組成，設(shè)手動(dòng)截止閥的失效率為，設(shè)備冷卻水泵的失效率為2，手動(dòng)截止止回閥的失效率為3，換熱器的失效率為4[11]，計(jì)算工作三個(gè)月后設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的可靠度。表1給出設(shè)備冷卻水系統(tǒng)各設(shè)備的失效率。

2 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)以上算例可以驗(yàn)證設(shè)備冷卻水系統(tǒng)Copula可靠性預(yù)計(jì)模型是的正確性。（2）由分析計(jì)算可知，核動(dòng)力裝置設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的可靠性與設(shè)備冷卻水泵之間的失效相關(guān)和換熱器之間的失效相關(guān)有很大的關(guān)系，因此，對(duì)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)中要考慮冷卻水泵之間的相關(guān)性和換熱器之間的相關(guān)性。（3）采用冗余設(shè)備比單個(gè)設(shè)備的可靠性高，但是，設(shè)備之間的相關(guān)性影響了整個(gè)系統(tǒng)之間可靠性的提高，使得由貯備帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)一定程度上被削弱了。

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