风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMECA分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMECA分析方法，包括以下步骤：S1、对风力发电机组齿轮箱行星传动系统进行故障模式影响分析，得到故障原因分析结果；S2、建立风力发电机组齿轮箱行星传动系统的故障树；S3、进行FMECA分析，考虑多故障模式叠加的情况计算发生率和探测度；S4、在风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障树基础上进行最小割集分析，引入权重系数，评估风险优先数，计算权重风险优先数，确立系统失效新的优先顺序。本发明专利技术以风力发电机组齿轮箱行星传动系统为研究对象，以故障树最小割集对其多故障模式进行表征，结合权重法和风险优先数法，对其进行定性分析和定量分析，计算权重风险优先数，得到其影响最重要的故障模式。

FMECA Analysis Method for Gear Box Planetary Transmission System of Wind Turbine

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMECA分析方法
本专利技术属于可靠性分析领域，特别涉及一种风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障模式、影响及危害性分析(FMECA)方法。
技术介绍
二十一世纪，随着风力发电领域快速发展，风能是利用最广泛的清洁能源，随着对新能源的不断开发利用，风力发电已经逐渐成为解决当前能源紧缺和环境污染的有效手段，成为目前增长速度最快的能源之一。如今，风力发电机组正朝着高效率、低成本和大型化的方向发展，对风力发电机组的可靠性和安全性也提出越来越高的要求。齿轮箱是大型风力发电机的重要组成部分，长期运行在沙尘、户外、潮湿、变速、振动、启停、制动等复杂恶劣的工况环境中，这些恶劣的工况环境往往会导致齿轮箱行星传动系统发生剧烈振动，发生点蚀、磨损、腐蚀、断裂、胶合等故障。行星传动系统作为齿轮箱的关键易损部件，主要由3个行星轮和1个太阳轮组成，如果发生装配误差等使齿轮受力不均匀，将严重影响齿轮箱的正常工作，影响风力发电机组的寿命，因此保障其可靠性可以延长风力发电机的使用寿命并降低维修成本。故障模式影响及危害性分析(FMECA)是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种分析方法，因此开展齿轮箱行星传动系统的FMECA可以提高其可靠性。传统的故障模式分析只考虑单个故障对系统的危害程度影响，对大型复杂系统，由于存在多个组件故障，可采用基于最小割集的方法评估多故障模式的影响。综合考虑多故障模式的影响，比传统的考虑单个故障模式对系统的影响得到的结果更准确合理。对行星传动系统进行故障树分析(FTA)，可以得到最小割集，然后在最小割集的基础上进行危害性分析。对于行星传动系统这样的不可修系统，在运用风险优先数法(RPN)进行危害性分析时，严重度(S)、发生率(O)、探测度(D)这三个因素中，发生率(O)显然比探测度(D)重要，故不能忽略这三个因素的权重不相等这个事实，因此可以通过引入权重风险系数将RPN和权重系数相乘来扩展RPN。权重风险系数用来表征系统内故障原因的重要性，考虑权重风险系数对于系统故障的风险排序更合理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结合多故障叠加的方法，进行定性分析和定量计算，联合一种权重风险优先评价方法对风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障模式进行重新排序，在多故障叠加后得出更准确的风力发电机组齿轮箱行星传动系统风险优先数。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMECA分析方法，包括以下步骤：S1、故障模式及影响分析：以风力发电机组齿轮箱行星传动系统为研究对象，对风力发电机组齿轮箱行星传动系统进行故障模式影响分析(FMEA)，分析系统中每一零部件所有可能出现的故障模式，得到故障原因分析结果；S2、根据步骤S1中得到的风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障模式及影响分析模型，建立风力发电机组齿轮箱行星传动系统的故障树；S3、进行FMECA分析，考虑多故障模式叠加的情况计算发生率和探测度；S4、在风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障树基础上进行最小割集分析，引入权重系数，评估RPN，计算WRPN，确立系统失效新的优先顺序。进一步地，所述步骤S3包括以下子步骤：S31、当风力发电机组齿轮箱行星传动系统多故障叠加时，对于发生率O、探测度D各自之间与、或关系，分别采用乘法、加法法则进行计算。S32、多故障叠加后的发生率、探测度值，采用线性区间映射的方法来解决相关溢出的问题。进一步地，所述步骤S4包括以下子步骤：S41、针对风力发电机组齿轮箱行星传动系统多个故障合成一个故障的方法，应用最小割集来进行故障合成计算，采用下行法求其最小割集；S42、通过Wi来描述最小割集的重要性，f(Wi)用来作为Oi的权重，f(Wi)的运算是Wi与其排名之间的映射过程：WRPNi＝RPNi×f(Wi)＝Si×Oi×Di×f(Wi)i≠0式中，Wi为系统中第i个最小割集的重要性，f(Wi)为自变量Wi的函数；采用系统结构函数的导数计算Wi：式中，g(p)是系统结构函数，pi是第i个最小割集发生的概率；其中，最小割集等价于输入为相互独立故障原因概率的和门，即相乘：pi＝pk1×pk1×…×pkmm≠0式中，pki,i＝1,…,m是第i个最小割集中故障原因的概率；得到Wi的计算公式为：WRPN用以下公式计算：本专利技术的有益效果是：本专利技术基于权重风险优先数法，对风力发电机组齿轮箱行星传动系统进行FMECA分析。首先分析风力发电机组齿轮箱行星传动系统的故障模式、故障原因，进行大型风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMEA分析；建立风力发电机组齿轮箱行星传动系统的FTA分析方法，求解故障树的最小割集；进而结合多故障叠加的方法，进行定性分析和定量计算，联合一种权重风险优先评价方法对风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障模式进行重新排序，在多故障叠加后得出更准确的风险优先数。附图说明图1为本专利技术的风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMECA分析方法流程图；图2为本专利技术风力发电机组齿轮箱行星传动系统的故障树。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。如图1所示，风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMECA分析方法，包括以下步骤：S1、故障模式及影响分析：以风力发电机组齿轮箱行星传动系统为研究对象，从其系统结构分析、工作环境以及故障数据统计出发，对风力发电机组齿轮箱行星传动系统进行故障模式影响分析(FMEA)，分析系统中每一零部件所有可能出现的故障模式，得到故障原因分析结果；从风力发电机组齿轮箱行星传动系统的结构、工况、数据统计和环境分析，得到系统的所有故障模式，如表1所示。表1风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMEA表行星传动系统主要由齿圈、输入轴、行星轮系、太阳轮组成，行星轮系又包括行星轮、轴承、轴。通过分析其结构功能、分析数据、工况等得出行星传动系统的故障模式表。S2、根据步骤S1中得到的风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障模式影响分析结果，建立风力发电机组齿轮箱行星传动系统的故障树，如图2所示；S3、进行FMECA分析，在危害性分析计算风险优先数时，考虑多故障模式叠加的情况计算发生率和探测度，并采取了线性区间映射的方法来解决组合相关的溢出问题。具体包括以下子步骤：S31、当风力发电机组齿轮箱行星传动系统多故障叠加时，对于发生率(O)、探测度(D)各自之间的与、或关系，分别采用乘法、加法法则进行计算。发生率(O)是指失效原因或机理预计发生的可能性；探测度(D)是对现行控制、失效模式以及失效原因的可知程度；与门表示仅当所有事件都发生时输出事件才发生；或门表示至少一个输入事件发生时输出事件发生。多故障叠加时对发生率(O)、探测度(D)分别采用与、或进行计算，将多个与门故障合并为一个故障时，采用多个故障概率相乘。AND:OR:Oi、Di分别表示第i个故障的发生率和探测度，m表示故障的总数量；传统FMECA在进行风险优先数计算时，采用如下建议评分标准：表2风险优先系数评分标准表中，S、O、D为计算风险优先数的三个指标，S为严重度；O为发生率；D为探测度，ppm为百万分之一。S32、多故障叠加后的发生率、探测度值，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMECA分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、故障模式及影响分析：以风力发电机组齿轮箱行星传动系统为研究对象，对风力发电机组齿轮箱行星传动系统进行故障模式影响分析(FMEA)，分析系统中每一零部件所有可能出现的故障模式，得到故障原因分析结果；S2、根据步骤S1中得到的风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障模式及影响分析结果，建立风力发电机组齿轮箱行星传动系统的故障树；S3、进行FMECA分析，考虑多故障模式叠加的情况计算发生率和探测度；S4、在风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障树基础上进行最小割集分析，引入权重系数，评估RPN，计算WRPN，确立系统失效新的优先顺序。

【技术特征摘要】
1.风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMECA分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、故障模式及影响分析：以风力发电机组齿轮箱行星传动系统为研究对象，对风力发电机组齿轮箱行星传动系统进行故障模式影响分析(FMEA)，分析系统中每一零部件所有可能出现的故障模式，得到故障原因分析结果；S2、根据步骤S1中得到的风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障模式及影响分析结果，建立风力发电机组齿轮箱行星传动系统的故障树；S3、进行FMECA分析，考虑多故障模式叠加的情况计算发生率和探测度；S4、在风力发电机组齿轮箱行星传动系统故障树基础上进行最小割集分析，引入权重系数，评估RPN，计算WRPN，确立系统失效新的优先顺序。2.根据权利要求1所述的风力发电机组齿轮箱行星传动系统FMECA分析方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：S31、当风力发电机组齿轮箱行星传动系统多故障叠加时，对于发生率O、探测度D各自之间的与、或关系，分别采用乘法、加法法则进行计算。S32、多故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彦锋，刘栋，黄洪钟，谢非，程秀作，程宏伟，黄土地，钱华明，曾颖，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51