[发明专利]一种风机齿轮箱的预防性维修方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风机齿轮箱的维修方法，特别是涉及一种风机齿轮箱的预防性维修方法。

背景技术

随着世界能源的日趋匮乏和生态环境的恶化，风能作为一种清洁环保的可再生能源，从20世纪70年代中期开始受到世界各国的普遍重视，并在近40年以来风电产业发展迅猛，根据全球风能协会统计，2013年全球风力发电机组年新增总装机容量为35GW，累计装机容量达到318GW，近十年来全球装机容量年平均增长率保持在25％左右，现正朝着大容量、高质量的海上风电机组方向发展。

随着风电机组装机容量的不断提高，风电设备的运行与维护问题却迫在眉睫，其中风机齿轮箱故障高发且维修周期较长，直接威胁风电机组的安全可靠运行。据统计，英国6000KW风机故障部件中，齿轮箱的故障率约占33％，每年风电公司都需要投入大量的人力和物力对齿轮箱进行维护。何如制定科学合理的风机齿轮箱等相关组件的维护方案，已经引起企业界和学术界的强烈关注的课题。

在实际的风机维护中，对风机齿轮箱部件往往依靠运行经验进行维护，有学者虽然引用役龄回退因子，建立有限时间内预防性维修策略的优化模型，但其认为每次预防性周期是固定不变的，这与工程实践中不相吻合，因为预防性维护不能使设备修复如新，随着预防性维修次数的增加，其部件的失效率也会增加；有学者考虑到预防维修周期随维修次数的变化情况，进而建立了预防性维修周期优化模型，但没有考虑到部件可靠性与维护费用之间的相互关系。

鉴于此，本发明提出一种风机齿轮箱的预防性维修方法，通过对风机齿轮箱关键部件的预防性维修，对于风电机组预防性维修周期的科学制定，合理安排齿轮箱的维护方案都有着重要的意义。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种风机齿轮箱的预防性维修方法，通过引用混合故障率对风机齿轮箱故障率的递推关系进行描述，运用最新的维修思想结合风机齿轮箱维修的特殊性，在可靠度的约束下，充分考虑到风机的停机损失和维修时间，以故障时间分布服从威布尔分布为例，建立了有限时间内风机齿轮箱的可变周期的预防性维修优化模型。

为达上述及其它目的，本发明提出一种风机齿轮箱的预防性维修方法，包括如下步骤：

步骤一，对影响风机齿轮箱预防性维修的因素进行假设；

步骤二，通过对风机齿轮箱的故障数据进行处理，获得齿轮箱的故障率符合二参数的威布尔分布，并采取极大似然估计法求取齿轮箱的形状参数和尺寸参数；

步骤三，引入役龄回退因子和故障率递增因子混合故障率概念，列出齿轮箱预防性周期内的故障率和故障次数；

步骤四，充分考虑风机的停机损失和时间，建立一个完整的更新周期内齿轮箱的总的预防性维护费用模型；

步骤五，在风机齿轮箱最优更新周期内，加入可靠度的约束条件，建立以一个最优更新周期内齿轮箱总的维修费用最少为目标的优化模型；

步骤六，对建立的模型用遗传算法进行全局搜索，并同时采用非线性规划进行局部搜索，以得到问题的最优解。

进一步地，于步骤一中，进行如下假设：

假设齿轮箱的最优更换周期时间T的天数，在更换周期内对齿轮箱进行故障维修和预防性维修，在第N个预防性维修周期结束时，对齿轮箱进行更新，一个完整的维修周期结束。

进一步地，于步骤一中，进行如下假设：

当齿轮箱发生故障后，立刻被发现并进行事后维修，故障后维修只会使设备的功能得到回复，但不会改变其故障率；预防性维修会使其相应功能得到恢复，但不能使其达到恢复如新的状态，其故障率会降低到维修前的某一程度，并以更快的速度增长。

进一步地，于步骤一中，进行如下假设：

设第i个预防性周期为T_i，齿轮箱每次的故障维修费用、预防性维修费用、单位小时内因故障而停机损失的损失费用及一个周期结束更新费用分别为C_ri、C_pi、C_li、C₀；

进一步地，于步骤一中，进行如下假设：

利用非工作时间进行维修活动不考虑预防性维修所引起的停机损失。

进一步地，在步骤二中，齿轮箱部件威布尔分布的故障率密度函数和故障率：