一種風(fēng)機(jī)齒輪箱的預(yù)防性維修方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)機(jī)齒輪箱的維修方法，特別是涉及一種風(fēng)機(jī)齒輪箱的預(yù)防性維 修方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界能源的日趨匱乏和生態(tài)環(huán)境的惡化，風(fēng)能作為一種清潔環(huán)保的可再生能 源，從20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始受到世界各國(guó)的普遍重視，并在近40年以來(lái)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展 迅猛，根據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2013年全球風(fēng)力發(fā)電機(jī)組年新增總裝機(jī)容量為35GW，累計(jì) 裝機(jī)容量達(dá)到318GW，近十年來(lái)全球裝機(jī)容量年平均增長(zhǎng)率保持在25 %左右，現(xiàn)正朝著大 容量、高質(zhì)量的海上風(fēng)電機(jī)組方向發(fā)展。
[0003] 隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的不斷提高，風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)問(wèn)題卻迫在眉睫，其 中風(fēng)機(jī)齒輪箱故障高發(fā)且維修周期較長(zhǎng)，直接威脅風(fēng)電機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，英國(guó) 6000KW風(fēng)機(jī)故障部件中，齒輪箱的故障率約占33%，每年風(fēng)電公司都需要投入大量的人力 和物力對(duì)齒輪箱進(jìn)行維護(hù)。何如制定科學(xué)合理的風(fēng)機(jī)齒輪箱等相關(guān)組件的維護(hù)方案，已經(jīng) 引起企業(yè)界和學(xué)術(shù)界的強(qiáng)烈關(guān)注的課題。
[0004] 在實(shí)際的風(fēng)機(jī)維護(hù)中，對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱部件往往依靠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行維護(hù)，有學(xué)者雖 然引用役齡回退因子，建立有限時(shí)間內(nèi)預(yù)防性維修策略的優(yōu)化模型，但其認(rèn)為每次預(yù)防性 周期是固定不變的，這與工程實(shí)踐中不相吻合，因?yàn)轭A(yù)防性維護(hù)不能使設(shè)備修復(fù)如新，隨著 預(yù)防性維修次數(shù)的增加，其部件的失效率也會(huì)增加；有學(xué)者考慮到預(yù)防維修周期隨維修次 數(shù)的變化情況，進(jìn)而建立了預(yù)防性維修周期優(yōu)化模型，但沒(méi)有考慮到部件可靠性與維護(hù)費(fèi) 用之間的相互關(guān)系。
[0005] 鑒于此，本發(fā)明提出一種風(fēng)機(jī)齒輪箱的預(yù)防性維修方法，通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱關(guān)鍵 部件的預(yù)防性維修，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組預(yù)防性維修周期的科學(xué)制定，合理安排齒輪箱的維護(hù)方 案都有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種風(fēng)機(jī)齒輪箱的預(yù)防 性維修方法，通過(guò)引用混合故障率對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱故障率的遞推關(guān)系進(jìn)行描述，運(yùn)用最新的 維修思想結(jié)合風(fēng)機(jī)齒輪箱維修的特殊性，在可靠度的約束下，充分考慮到風(fēng)機(jī)的停機(jī)損失 和維修時(shí)間，以故障時(shí)間分布服從威布爾分布為例，建立了有限時(shí)間內(nèi)風(fēng)機(jī)齒輪箱的可變 周期的預(yù)防性維修優(yōu)化模型。
[0007] 為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種風(fēng)機(jī)齒輪箱的預(yù)防性維修方法，包括如下 步驟：
[0008] 步驟一，對(duì)影響風(fēng)機(jī)齒輪箱預(yù)防性維修的因素進(jìn)行假設(shè)；
[0009] 步驟二，通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)齒輪箱的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得齒輪箱的故障率符合二參 數(shù)的威布爾分布，并采取極大似然估計(jì)法求取齒輪箱的形狀參數(shù)和尺寸參數(shù)；
[0010] 步驟三，引入役齡回退因子和故障率遞增因子混合故障率概念，列出齒輪箱預(yù)防 性周期內(nèi)的故障率和故障次數(shù)；
[0011] 步驟四，充分考慮風(fēng)機(jī)的停機(jī)損失和時(shí)間，建立一個(gè)完整的更新周期內(nèi)齒輪箱的 總的預(yù)防性維護(hù)費(fèi)用模型；
[0012] 步驟五，在風(fēng)機(jī)齒輪箱最優(yōu)更新周期內(nèi)，加入可靠度的約束條件，建立以一個(gè)最優(yōu) 更新周期內(nèi)齒輪箱總的維修費(fèi)用最少為目標(biāo)的優(yōu)化模型；
[0013] 步驟六，對(duì)建立的模型用遺傳算法進(jìn)行全局搜索，并同時(shí)采用非線性規(guī)劃進(jìn)行局 部搜索，以得到問(wèn)題的最優(yōu)解。
[0014] 進(jìn)一步地，于步驟一中，進(jìn)行如下假設(shè)：
[0015] 假設(shè)齒輪箱的最優(yōu)更換周期時(shí)間T的天數(shù)，在更換周期內(nèi)對(duì)齒輪箱進(jìn)行故障維修 和預(yù)防性維修，在第N個(gè)預(yù)防性維修周期結(jié)束時(shí)，對(duì)齒輪箱進(jìn)行更新，一個(gè)完整的維修周期 結(jié)束。
[0016] 進(jìn)一步地，于步驟一中，進(jìn)行如下假設(shè)：
[0017] 當(dāng)齒輪箱發(fā)生故障后，立刻被發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行事后維修，故障后維修只會(huì)使設(shè)備的功 能得到回復(fù)，但不會(huì)改變其故障率；預(yù)防性維修會(huì)使其相應(yīng)功能得到恢復(fù)，但不能使其達(dá)到 恢復(fù)如新的狀態(tài)，其故障率會(huì)降低到維修前的某一程度，并以更快的速度增長(zhǎng)。
[0018] 進(jìn)一步地，于步驟一中，進(jìn)行如下假設(shè)：
[0019] 設(shè)第i個(gè)預(yù)防性周期為Ti，齒輪箱每次的故障維修費(fèi)用、預(yù)防性維修費(fèi)用、單位小 時(shí)內(nèi)因故障而停機(jī)損失的損失費(fèi)用及一個(gè)周期結(jié)束更新費(fèi)用分別為C&Cpi、Cu、
[0020] 進(jìn)一步地，于步驟一中，進(jìn)行如下假設(shè)：
[0021] 利用非工作時(shí)間進(jìn)行維修活動(dòng)不考慮預(yù)防性維修所引起的停機(jī)損失。
[0022] 進(jìn)一步地，在步驟二中，齒輪箱部件威布爾分布的故障率密度函數(shù)和故障率：
[0025] 其中，0為形狀參數(shù)，n為尺度參數(shù)，，F(xiàn)(t)為部件的故障分布函數(shù)；t為隨機(jī)變 量。
[0026] 進(jìn)一步地，于步驟三中，第k個(gè)預(yù)防性維修周期內(nèi)的故障率為：
[0028] 部件在第i個(gè)預(yù)防性維修期內(nèi)的故障數(shù)：
[0030] 其中，a為役齡回退因子，b為故障率遞增因子，1%=Ti-t。％，為第i次預(yù)防性維 修期間的運(yùn)行時(shí)間。
[0031] 進(jìn)一步地，于步驟四中，一個(gè)完整的更新周期內(nèi)齒輪箱的總的維護(hù)費(fèi)用模型cM的 計(jì)算公式為：
[0033] 進(jìn)一步地，于步驟五中，部件在第i個(gè)預(yù)防性周期內(nèi)進(jìn)行預(yù)防性維修的可靠度為
[0035] 進(jìn)一步地，于步驟五中，以一個(gè)更新周期內(nèi)齒輪箱總的維修費(fèi)用最少為目標(biāo)的優(yōu) 化模型為：
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種風(fēng)機(jī)齒輪箱的預(yù)防性維修方法根據(jù)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱 的故障特點(diǎn)和維修的特殊性要求，運(yùn)用混合故障率因子表征維修活動(dòng)對(duì)故障率之間的動(dòng)態(tài) 變化規(guī)律，根據(jù)部件的運(yùn)行狀態(tài)確定的維修活動(dòng)，在此基礎(chǔ)上建立了基于可靠度約束下的 維修費(fèi)用的綜合決策優(yōu)化模型，并使用非線性遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化求解，本發(fā)明對(duì)風(fēng) 電機(jī)組齒輪箱的維護(hù)優(yōu)化成本具有重要意義，同時(shí)也對(duì)風(fēng)電機(jī)組其他多部件系統(tǒng)的維修決 策也具有一定的參考價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1為本發(fā)明一種風(fēng)機(jī)齒輪箱的預(yù)防性維修方法的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 以下通過(guò)特定的具體實(shí)例并結(jié)合【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 由本說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過(guò)其它不同 的具體實(shí)例加以施行或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。
[0042] 圖1為本發(fā)明一種風(fēng)機(jī)齒輪箱的預(yù)防性維修方法的步驟流程圖。如圖1所示，本 發(fā)明一種風(fēng)機(jī)齒輪箱的預(yù)防性維修方法，包括如下步驟：
[0043] 步驟101，對(duì)影響風(fēng)機(jī)齒輪箱預(yù)防性維修的因素進(jìn)行相關(guān)假設(shè)。
[0044]由于影響風(fēng)機(jī)齒輪箱預(yù)防性維修的因素比較多，為了便于修建預(yù)防性維修模型， 需要做出一些相關(guān)假設(shè)。具體地，步驟101進(jìn)行如下假設(shè)：
[0045] (1)假設(shè)齒輪箱的最優(yōu)更換周期時(shí)間T的天數(shù)，在更換周期內(nèi)對(duì)齒輪箱進(jìn)行故障 維修和預(yù)防性維修，在第N個(gè)預(yù)防性維修周期結(jié)束時(shí)，對(duì)齒輪箱進(jìn)行更新，一個(gè)完整的維修 周期結(jié)束。
[0046] (2)當(dāng)齒輪箱發(fā)生故障后，立刻被發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行事后維修，故障后維修只會(huì)使設(shè)備的 功能得到回復(fù)，但不會(huì)改變其故障率；預(yù)防性維修會(huì)使其相應(yīng)功能得到恢復(fù)，但不能使其達(dá) 到恢復(fù)如新的狀態(tài)，其故障率會(huì)降低到維修前的某一程度，并以更快的速度增長(zhǎng)。
[0047] (3)每個(gè)預(yù)防性周期是不同的，設(shè)第i個(gè)預(yù)防性周期為，齒輪箱每次的故障維修 費(fèi)用、預(yù)防性維修費(fèi)用、單位小時(shí)內(nèi)因故障而停機(jī)損失的損失費(fèi)用及一個(gè)周期結(jié)束更新費(fèi) 用分別為C^CpC^C。。
[0048] (4)由于齒輪箱的預(yù)防性維修是事前計(jì)劃好的，可利用非工作時(shí)間進(jìn)行維修活動(dòng)， 則