系统可靠性设计论课案Word下载.docx
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3.1故障分析的基本程序4
3.2大功率风电机用变桨距驱动器FMECA工作表单4
3.3大功率风电机用变桨距驱动器危害度矩阵图分析7
4.大功率风电机用变桨距驱动器的FTA分析8
4.1故障树的建模8
4.2故障树的分析9
5.系统可靠性预计11
6.系统可靠性分配12
7.结论14
参考文献：
14
1.绪论
风力发电机是直接将风能转化为电能的设备,随着风能这一新能源的快速崛起和发展,风力发电机的生产、制造、使用和研发改进也得到了飞速的发展。
变桨距驱动器是风力发电系统的关键部件,是实现叶轮对风控制的核心部件，直接影响整个机组的性能和风能利用效率。
当自然界风速有变化时,它可以适当调节安装在风电机轮毂上的叶片的桨距角,既能有效减少风速大幅度急剧变化时对风电机的强力冲击,又能吸收接近额定功率的能量。
风电变桨驱动器由于工作环境十分恶劣，且安装在距地面几十米甚至上百米的狭小机舱内，维护不便，对变桨驱动器的可靠性分析，具有十分重要的现实意义。
大功率风电机变桨驱动采用二级摆线针轮行星减速器,它主要由电机输入轴、中间轴、输出轴、摆线轮、针轮、柱销、转臂轴承、针齿壳等主要构件组成。
2.大功率风电机用变桨驱动器系统可靠性模型的建立
可靠性模型是指为预计或估算产品的可靠性建立的可靠性框图和数学模型。
建立系统可靠性模型的目的是用于定量分配、估算和评估产品的可靠性。
在机械传动系统可靠性设计中,整个系统的可靠度一般是先通过综合计算各组成零件的可靠度来实现的。
在进行可靠度计算时,将系统考虑为串联系统,则系统中每一组成零件失效均会导致整个系统失效,即各组成零件的可靠度的连乘积就是系统的可靠度。
式中,
为系统的可靠度,
为零件
的可靠度。
大功率风电机用变桨距驱动器传动系统属于串联系统，各零件间存在相关性,对各零部件在相互独立的情况下进行可靠度计算。
在系统分析中,关键零部件对传动系统可靠性有较大影响。
系统传动可靠度计算的主要关键部件包括:
电机输入轴轴承、电机输入轴、中间轴轴承、中间轴、输出轴轴承、输出轴、两级转臂轴承、两级减速装置的摆线轮和密闭装置。
可靠性框图如图1所示：
图1大功率风电机用变桨距驱动器减速器系统可靠性框图
3.大功率风电机用变桨驱动器的FMECA分析
对大功率风电机用变桨距驱动器系统进行FMECA分析，就是分析大功率风电机用变桨距驱动器产品中每一潜在的故障模式并确定其对产品产生的影响,以及把每一个潜在的故障模式按它严重程度进行分类。
其最终目的是分析大功率风电机用变桨距驱动器的薄弱环节,找出其潜在弱点,采取相应措施以提高大功率风电机用变桨距驱动器产品的可靠性。
对大功率风电机用变桨距驱动器的FMECA分析要从故障信息出发,从故障的最小单元到上一级单元直至最高单元导致的故障影响。
功率风电机用变桨距驱动器系统上的故障率较高的部件,对摆线轮、转臂轴承、柱销、柱销套、润滑泵、紧固螺栓、传动轴、密封件等进行分析,发现其主要的失效模式有:
失效、磨损、胶合、老化、堵塞、异常磨损等。
3.1故障分析的基本程序
（l）现场调研:
主要收集大功率风电机用变桨距驱动器的背景数据和使用条件;
在现场进行故障收集,如拍照等;
;
研究出现故障件的残骸;
（2）分析并找出出现故障的原因:
对出现故障的零件进行分析;
通过理论计算分析、模拟实验等方法和手段确定出现故障的原因;
（3）分析结论:
对每一个故障零件分析的结果进行总结,然后进一步分析和归纳形成结论。
FMECA的流程图如图2所示：
图2FMECA流程图
3.2大功率风电机用变桨距驱动器FMECA工作表单
为了划分不同故障模式产生最终影响的严重程度,在进行故障影响分析之前,一般需要对最终影响后果等级进行预定义,从而对系统中各故障按其严重程度进行分级。
按严酷度划分为如表1所示,按故障率划分为如表2所示。
表1严酷度等级表
类别
故障程度
描述
I
灾难性
风电机组严重毁坏造成不可估量的经济损失
II
致命性
系统严重损坏不能正常工作,引起重大经济损失
III
临界性
机组需要停机维修,造成一定的经济损失
IV
轻度性
导致非计划性维护或修理和一定的经济损失
表2故障率等级表
发生状态
A
经常发生
某故障模式的发生概率大于总故障概率的20%
B
有时发生
故障模式的发生概率大于总故障概率的10%但小于20%
C
偶然发生
故障模式的发生概率大于总故障概率的1%但小于10%
D
很少发生
故障模式的发生概率大于总故障概率的0.1%但小于1%
E
极少发生
故障模式的发生概率小于产品总故障概率的0.1%
根据严酷度类别和故障模式的概率等级综合考虑,危害度分为4级。
大功率风电机用变桨距减速器系统的FMECA工作表单见表3。
表3大功率风电机用变桨距减速器系统的FMECA工作表单
序号
部件
功
能
故障
模式
原因
故障
局部
影响
对上
一级
最
终
预防
措施
严酷度等级
概率等级
危害度
1
电机支架
固定
电机
连接
减速
器
开裂
强度
不够，
装配
不当
机座
损坏
电机不固定不运转
器停
转
保证支架刚度和强度，防止装配不当
4
2
滚动轴承
支撑输入轴转动
点蚀，
过大
塑性
变形
磨损
胶合
重复
承受
变化
的接
触应
力
轴承
输入
轴不
能转
动
减速器停转
更换滚动轴承
3
电机输入轴
传递运动和动力，支撑回转零件
轴断裂过大的塑性变形
疲劳强度不够，工艺不良
转动
停转
表面强化处理，提高振动稳定性
摆线轮
实现一级减速
断裂变形
疲劳磨损强度不够
传动失效
一级减速不能实现
提高加工精度，改善热处理
5
转臂轴承
支撑摆线轮转动
点蚀
过大的塑性变形
重复承受变化的接触应力
一级减速输出失效
更换轴承
6
连接法兰
连接一二减速装置
裂缝
尺寸超差
加工精度超差压力过大
连接密封失效
提高加工精度，改善加工工艺
7
固架油封
防止漏油固定轴承
变形
折断
尺寸
超差
老化
不够
密封和定位失效
漏油轴承损坏
更换油封
8
中间轴
传递运动和动力支撑回转零件
轴断裂
中间轴不转动
二级减速失效
9
实现二级减速
断裂
二级减速不能实现
10
偏心套
安装转臂轴承形成H机构
传动失
效
转臂轴承损坏不能形成H机构
减速器
选择合适材料，提高加工精度
11
针齿壳
安装针齿
强度不够
针齿损坏
不能与摆线轮啮合
提高加工精度
12
针齿销
与摆线轮啮合
疲劳强度不够
13
法兰式机座
固定减速器
强度不够，装配不当
固定失效
减速器振动严重
保证机座强度和刚度，防止装配不当
14
输出轴
传递运动和动力
输出
减速失效
15
输出端盖
密封减速器固定轴承
裂缝，尺寸超差
压力过大
密封失效
漏油
提高加工精度，改善工艺
3.3大功率风电机用变桨距驱动器危害度矩阵图分析
常用的危害性分析方法包括风险优先数法和危害性矩阵法,选择危害性矩阵法对大功率风电机用变桨距驱动器进行分析。
危害性矩阵法是用来确定和比较每一故障模式的危害程度,进而为确定改进措施的先后顺序提供依据。
具体方式为绘制矩阵图,矩阵图的横坐标用严酷度类别表示,纵坐标用产品危害度或故障模式发生概率等级表示。
从原点开始,所记录的故障模式分布点沿着对角线方向距离原点越远,其危害性越大,越需尽快采取改进措施。
大功率风电机用变桨距驱动器各零件危害度矩阵图如图3所示。
图3大功率风电机用变桨距减速器危害度矩阵
从矩阵图上可以明显看出,危害度最大的零件是:
电机输入轴、转臂轴承、滚动轴承、摆线轮、中间轴、输出轴;
其次是针齿销、偏心套等。
另外,由于各个系统元素具有不同的功能并且对整个系统可靠性起的作用也不尽相同。
所以,没有必要将系统的所有因素同等看待。
因此,有些元素对系统的传动性影响不大。
这里主要考虑传动系统的可靠度计算,因此对影响系统传动性不大的元素在计算时暂不予考虑。
4.大功率风电机用变桨距驱动器的FTA分析
故障树分析以系统所不希望发生的事件（故障事件）作为分析的目标，先找出导致这一事件（顶事件）发生的可能的原因和直接因素，然后，把这些因素和原因作为第二级事件，再接着找出第二级事件发生的因素和可能的原因，按照此顺序，逐级找下去，直到查到最原始的原因，用相应符号代表这些事件，再用事件相应的逻辑门符号把底事件、中间事件和顶事件联系起来成倒立的树形图，成为故障树，用来表示顶事件与下属的子系统或者元器件的逻辑关系。
4.1故障树的建模
根据故障树的分析,我们可以得出影响大功率风电机用变桨距驱动器系统及子系统可靠性的关键零部件,从而提高关键零部件的可靠性
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