基于无失效数据的核主泵机械密封可靠性研究

作     者：高灯 

作者单位：南京林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙见君;闻兰

授予年度：2023年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 070104[理学-应用数学] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：核主泵机械密封 无失效数据 置信限法 Bayes理论 可靠性 

摘      要：压水堆核电站中的反应堆冷却剂泵属于核I级泵,被称为反应堆的“心脏,轴端机械密封是核主泵的关键部件,其可靠性对核主泵的安全稳定运行具有重要影响。针对无失效数据情形,本文将灰色预测理论和最优置信限法有效结合,探讨了核主泵机械密封的可靠度问题。基于Bayes理论,研究了先验分布为Beta分布时,参数c对核主泵机械密封可靠度的影响规律;利用Bootstrap法,解决了核主泵机械密封可靠度估计区间问题。首先,搜集到了大亚湾核主泵机械密封的运行数据,确定了其可靠度分布,为后续开展无失效数据下核主泵机械密封可靠度分析奠定基础;其次,利用MATLAB求取了定时截尾时间,建立了结合灰色预测理论和最优置信限法的可靠度分析模型,预测了无失效数据场合下核主泵机械密封的可靠度;接着,建立了结合Bayes理论的可靠性分析模型,利用Monte Carlo法从确定的可靠度分布中仿真出无失效数据,探讨了无失效数据场合下,先验分布为Beta分布时,参数c的取值对E-Bayes估计与多层Bayes估计精度的影响;最后,研究了基于Bootstrap法的核主泵机械密封可靠度区间估计问题。研究成果可为核主泵机械密封的安全运行提供理论支撑。本文的主要研究工作及结论如下:(1)确定了所搜集到的大亚湾核主泵机械密封运行数据所服从的可靠度分布类型。通过采用常见的不同的可靠度分布对数据进行拟合,进而利用最小二乘法计算拟合优度确定最优可靠度分布类型,最终确定了其可靠度服从形状参数m=1.8,尺度参数?=12632的两参数Weibull分布,为后续研究基于无失效数据的核主泵机械密封可靠度评估提供一个参照。(2)探讨了结合灰色预测理论的最优置信限法的核主泵机械密封可靠性分析问题。利用MATLAB求取了定时截尾时间;建立了结合灰色预测理论和最优置信限法的可靠度分析模型;预测了无失效数据下核主泵机械密封的可靠度;对比了Weibull分布下,形状参数m范围未知和形状参数m范围已知时可靠度计算结果与真实值之间的误差。研究表明:所建模型可以有效评估核主泵机械密封的可靠度,且在同等的置信水平下,形状参数m范围已知时计算出的可靠度与真实值之间的相对误差较形状参数m范围未知时降低10%。(3)探讨了基于配分布曲线法的核主泵机械密封可靠性分析问题。结合配分布曲线法的分析步骤,建立了结合Bayes理论的核主泵机械密封可靠度评估模型;利用Monte Carlo法从确定的可靠度分布中仿真出无失效数据;探讨了无失效数据场合下,先验分布为Beta分布时,参数c的取值对E-Bayes估计与多层Bayes估计精度的影响;对比了四种失效概率的估计方法,通过比较不同方法的计算结果与真实值之间的误差,从而揭示出不同方法的优劣。研究表明:经典方法估计精度优于传统Bayes估计方法;对于多层Bayes和E-Bayes估计而言,c8,优先选择E-Bayes估计,c=8时,两种方法的平均相对误差均达到较低水平且多层Bayes估计更低一些;相比于置信限法,Bayes类方法可靠度预测精度较高。(4)核主泵机械密封的无失效数据一般兼具小样本的特点,而近些年Bootstrap法在小样本数据处理及区间估计问题中得到广泛应用,因此本文探讨了Bootstrap法在无失效场合下核主泵机械密封可靠度区间估计的一般分析步骤。研究表明:采用Bootstrap法获得的可靠度自助估计值R作为核主泵机械密封的可靠度估计值是可行的;从计算结果区间长度来看,经典方法估计不及Bayes类方法,传统Bayes法稳定性较其他方法稳定性更好一些;从形状参数、尺度参数的估计结果看,波动较大,主要原因在于获得的自助样本不够多;Bootstrap法在处理无失效数据得到的区间估计结果比较稳定,具有一定的可行性。