系统可靠性设计论

课程大作业

2015～2016学年第2 学期

题目大功率风电机用变桨驱动器的可靠性分析

所在院系机械工程学院

课程名称系统可靠性设计分析

课程编号00212744

学生姓名张峰学号********

专业班级机械工程1502班

任课教师李永华职称教授

卷面成绩

大功率风电机用变桨驱动器的可靠性分析

摘要：大功率风力发电机用变桨距驱动器是风力发电系统的关键部件之一,其承载能力、机械性能及无维修寿命的可靠性是影响整个风力发电机系统正常工作的关键因素。如今可靠性已经成为国内外各研究机构和学者所致力研究的重点和热点。努力提高产品质量的可靠性,不仅能够防止或者减少故障或事故的发生,而且可以节约开发成本、降低维修维护费用和其他由于产品可靠性不高而产生的额外费用。建立了大功率风力发电机用变桨距驱动器系统的可靠性模型，分析了大功率风力发电机用变桨距驱动器故障原因和典型故障模式。以大功率风力发电机用变桨距驱动器不能正常工作作为顶事件建立故障树，并进行分析。对大功率风力发电机用变桨距驱动器的系统进行了可靠性分配和可靠性预计。

关键词：FMECA分析故障树分析风电机可靠性分析

目录

1.绪论 (3)

2. 大功率风电机用变桨驱动器系统可靠性模型的建立 (3)

3.大功率风电机用变桨驱动器的FMECA分析 (4)

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： (15)

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。

∏=n

i s R R 1

式中,s R 为系统的可靠度,i R 为零件i 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2 FMECA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

表2 故障率等级表

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