一种风机齿轮箱的预防性维修方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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】
[0006] 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。
[0007] 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：
[0008] 步骤一，对影响风机齿轮箱预防性维修的因素进行假设；
[0009] 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；
[0010] 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；
[0011] 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；
[0012] 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；
[0013] 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。
[0014] 进一步地，于步骤一中，进行如下假设：
[0015] 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。
[0016] 进一步地，于步骤一中，进行如下假设：
[0017] 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。
[0018] 进一步地，于步骤一中，进行如下假设：
[0019] 设第i个预防性周期为Ti，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&Cpi、Cu、
[0020] 进一步地，于步骤一中，进行如下假设：
[0021] 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。
[0022] 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：
[0025] 其中，0为形状参数，n为尺度参数，，F(t)为部件的故障分布函数；t为随机变 量。
[0026] 进一步地，于步骤三中，第k个预防性维修周期内的故障率为：
[0028] 部件在第i个预防性维修期内的故障数：
[0030] 其中，a为役龄回退因子，b为故障率递增因子，1%=Ti-t。％，为第i次预防性维 修期间的运行时间。
[0031] 进一步地，于步骤四中，一个完整的更新周期内齿轮箱的总的维护费用模型cM的 计算公式为：
[0033] 进一步地，于步骤五中，部件在第i个预防性周期内进行预防性维修的可靠度为
[0035] 进一步地，于步骤五中，以一个更新周期内齿轮箱总的维修费用最少为目标的优 化模型为：
[0039] 与现有技术相比，本发明一种风机齿轮箱的预防性维修方法根据风电机组齿轮箱 的故障特点和维修的特殊性要求，运用混合故障率因子表征维修活动对故障率之间的动态 变化规律，根据部件的运行状态确定的维修活动，在此基础上建立了基于可靠度约束下的 维修费用的综合决策优化模型，并使用非线性遗传算法对模型进行优化求解，本发明对风 电机组齿轮箱的维护优化成本具有重要意义，同时也对风电机组其他多部件系统的维修决 策也具有一定的参考价值。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明一种风机齿轮箱的预防性维修方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0041] 以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0042] 图1为本发明一种风机齿轮箱的预防性维修方法的步骤流程图。如图1所示，本 发明一种风机齿轮箱的预防性维修方法，包括如下步骤：
[0043] 步骤101，对影响风机齿轮箱预防性维修的因素进行相关假设。
[0044]由于影响风机齿轮箱预防性维修的因素比较多，为了便于修建预防性维修模型， 需要做出一些相关假设。具体地，步骤101进行如下假设：
[0045] (1)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。
[0046] (2)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。
[0047] (3)每个预防性周期是不同的，设第i个预防性周期为，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^CpC^C。。
[0048] (4)由于齿轮箱的预防性维修是事前计划好的，可利用非工作时间进行维修活动， 则