風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性的分配研究

張媛媛

（上海電氣風(fēng)電集團(tuán)股份有限公司，上海 200235）

0 引言

在風(fēng)電行業(yè)中，設(shè)備所具有的質(zhì)量及可靠性是推動(dòng)其發(fā)展的根基，同時(shí)設(shè)備也與風(fēng)電企業(yè)的生存有著密切關(guān)系，更與工作人員的人身安全有著較大的影響。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所具備的可靠性已經(jīng)成為該行業(yè)所普遍關(guān)注的問(wèn)題。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行可靠性分配主要是在集成商經(jīng)過(guò)討論驗(yàn)證之后明確的可靠性指標(biāo)，由上而下的分配到各個(gè)分系統(tǒng)中。通過(guò)對(duì)這些相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行有效地分配，使設(shè)計(jì)者可以與供應(yīng)商對(duì)自身研制產(chǎn)品的可靠性要求可以充分掌握，從而制定出有效的技術(shù)方案；可以顯露出機(jī)組中可靠性較為不足的部分，以提高設(shè)計(jì)的有效性；為各個(gè)組成部分中部件的材料選擇和可靠性設(shè)計(jì)提供有效的選擇依據(jù)；同時(shí)也為由外采購(gòu)的產(chǎn)品所具有的可靠性定量要求提供可靠的依據(jù)[1]。

因此，在對(duì)風(fēng)電行業(yè)開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)施可靠性分配，這是可靠性工程的技術(shù)決策點(diǎn)。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性分配的原則

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)當(dāng)根據(jù)相應(yīng)的原則來(lái)開(kāi)展可靠性分配工作，迅速且保有余量地開(kāi)展分配工作，以保證產(chǎn)品可以及時(shí)、高質(zhì)量的完成設(shè)計(jì)工作。為了使可靠性分配工作得到順利實(shí)施，還需要遵照下列幾點(diǎn)原則。

（1）較為核心的部分，應(yīng)當(dāng)對(duì)其分配可靠性較高的指標(biāo)，以確保機(jī)組具備較強(qiáng)的可靠性，因此一旦該部分出現(xiàn)故障，將會(huì)對(duì)人員、機(jī)組及環(huán)境造成極大的威脅，甚至?xí)?duì)社會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響及危害，例如機(jī)組中一旦出現(xiàn)故障將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組崩潰的部件[2]。

（2）較為復(fù)雜的部分，應(yīng)當(dāng)對(duì)其分配可靠性較低的指標(biāo)，以確保機(jī)組實(shí)現(xiàn)可靠性的整體設(shè)計(jì)，這是由于越復(fù)雜的產(chǎn)品，將會(huì)具有越多的組成部件，若要實(shí)現(xiàn)較高的可靠性指標(biāo)，就必須耗費(fèi)更多的時(shí)間與成本。

（3）技術(shù)不足的部分，應(yīng)當(dāng)對(duì)其分配可靠性較低的指標(biāo)，以確保機(jī)組實(shí)現(xiàn)可靠性的整體設(shè)計(jì)，因?yàn)槿绻岢鲚^高的可靠性指標(biāo)，將會(huì)使研制時(shí)間極大提升，使研制費(fèi)用極大增加，例如運(yùn)用新技術(shù)元件[3]。

（4）可維修性較差的部分，應(yīng)當(dāng)利用一些較高的分配指標(biāo)，以減少維修的頻率，因?yàn)檫@個(gè)環(huán)節(jié)需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的維修時(shí)間。

（5）處于環(huán)境較為惡劣的部分，應(yīng)當(dāng)利用一些較低的分配指標(biāo)，以提升整個(gè)機(jī)組的可靠性水平，因?yàn)樘幱跅l件較差的環(huán)境下，產(chǎn)品產(chǎn)生故障的概率提升，使該部分的可靠性水平降低。

（6）在分配的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)保有一定的余量，一般為15%～20%，以降低重復(fù)分配的頻率。此外，還需要對(duì)其他可忽略的因素加以考慮。

對(duì)于機(jī)組中存在的復(fù)雜部件，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際狀況來(lái)加以考慮。例如，一部分關(guān)鍵的大型部件，這種狀況下就需要依據(jù)故障所導(dǎo)致的危害程度來(lái)進(jìn)行分配工作，同時(shí)又要關(guān)注技術(shù)的完成水平與經(jīng)費(fèi)的約束。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性分配工作的流程

該工作需要盡快執(zhí)行，再與相應(yīng)的預(yù)期值相結(jié)合來(lái)對(duì)其進(jìn)行細(xì)化。其詳細(xì)的流程如圖1所示。

圖1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)展可靠性分配的流程圖

2.1 明確可靠性指標(biāo)及約束因素

選擇相同產(chǎn)品、國(guó)內(nèi)外相似產(chǎn)品的可靠性水平及相關(guān)合同要求中的可靠性指標(biāo)進(jìn)行參照，再基于自身所具有的技術(shù)水平、投資狀況、開(kāi)發(fā)的時(shí)間要求等參數(shù)，最終明確科學(xué)的可靠性指標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)該指標(biāo)所提出的制約條件等信息[4]。

2.2 構(gòu)建可靠性模型

針對(duì)機(jī)組進(jìn)行的可靠性分配工作中，確定明確的范圍及層次。根據(jù)已確定的可靠性分配范圍及層次，對(duì)各個(gè)構(gòu)成單元及整個(gè)機(jī)組之間存在的關(guān)系進(jìn)行分析，創(chuàng)建起有效的模型。

2.3 選擇有效方案

基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)雜性，及現(xiàn)階段所運(yùn)用機(jī)組部件的可靠性數(shù)據(jù)，再與各種可靠性分配方法的優(yōu)勢(shì)、適用性、存在的缺陷、數(shù)字模型所需要的各個(gè)數(shù)據(jù)等相互結(jié)合，選擇科學(xué)有效的方案來(lái)開(kāi)展分配工作[5]。

2.4 開(kāi)展可靠性分配

根據(jù)已選擇的分配方法所提出的各個(gè)要求來(lái)收集數(shù)據(jù)，再基于以往的模型、各個(gè)方法所對(duì)應(yīng)的步驟來(lái)對(duì)機(jī)組中的各個(gè)可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配，使其處于要求中的單元。

2.5 分析分配結(jié)果的合理性

對(duì)分配的結(jié)果進(jìn)行有效的分析，明確其是否具備合理性，是否需要進(jìn)行二次分配?；谙鄳?yīng)的原則來(lái)分析結(jié)果所具有的合理性。若不具備較高的合理性，如果某些部件的指標(biāo)不穩(wěn)定，則需要基于實(shí)際狀況來(lái)對(duì)分配結(jié)果進(jìn)行有效的調(diào)整；如果某些部件取得了較高的可靠性指標(biāo)時(shí)，就需要對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行重新設(shè)置和分配。若所開(kāi)展的分配工作取得了較好的結(jié)果，就需要對(duì)結(jié)果是否與要求相符進(jìn)行驗(yàn)證。在對(duì)結(jié)果是否與要求相符進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)：可以根據(jù)各個(gè)單元獲取的分配指標(biāo)，利用相應(yīng)的模型來(lái)推斷出系統(tǒng)所具備的可靠性指標(biāo)，如果通過(guò)推導(dǎo)得出的可靠性值高于機(jī)組可靠性分配的指標(biāo)，這就說(shuō)明以完成分配任務(wù)；反之就表示需要進(jìn)行重新分配?；蛘咄ㄟ^(guò)預(yù)測(cè)的結(jié)果來(lái)開(kāi)展驗(yàn)證工作，當(dāng)結(jié)果大于分配的結(jié)果，就表示分配完成；反之就表示需要重新分配[6]。

2.6 輸出可靠性分配報(bào)告

當(dāng)可靠性分配結(jié)束之后，應(yīng)當(dāng)將相應(yīng)的報(bào)告進(jìn)行輸出，其關(guān)鍵內(nèi)容為：產(chǎn)品的闡述、分配的層級(jí)、原則及方法、限制條件等等。

2.7 分配可靠性指標(biāo)

將結(jié)束分配的可靠性指標(biāo)先后傳送到各個(gè)研發(fā)人員手中，設(shè)計(jì)人員可以與供應(yīng)商相互合作來(lái)開(kāi)展產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)等一系列工作，以保證部件的可靠性實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的要求。最后將相關(guān)的報(bào)告上交，確定自身所進(jìn)行的可靠性工作，驗(yàn)證產(chǎn)品自身所具有的可靠性水平。此外，在完成部件的設(shè)計(jì)之后，需要利用可靠性試驗(yàn)或者實(shí)際工作的評(píng)估來(lái)驗(yàn)證其是否滿(mǎn)足要求。這種可靠性試驗(yàn)實(shí)際投入使用1個(gè)月，穩(wěn)定運(yùn)行之后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集來(lái)開(kāi)展評(píng)估驗(yàn)證[7]。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性分配方法

3.1 可靠性分配的常用方法

可靠性分配有著較多的方法，現(xiàn)階段在可靠性工程中所應(yīng)用的方法主要有5類(lèi)，分別為等分配法、比例組合法、評(píng)分分配法、重要度分配法及可靠性再分配法。

3.2 可靠性分配方法選擇

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)大系統(tǒng)，其擁有較長(zhǎng)的壽命和較高的復(fù)雜性，由多個(gè)部件所構(gòu)成，每一個(gè)部件都具有自身特定的功能，同時(shí)再將其與其他的部件相互連接。在工作的過(guò)程中，既不允許使用時(shí)間大于25年的重大核心零件產(chǎn)生故障，又不允許可維修部件頻繁產(chǎn)生故障，對(duì)機(jī)組的可使用率造成影響。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具有一定的特殊性，在對(duì)可靠性指標(biāo)加以明確與分配的過(guò)程中，不僅要對(duì)核心部件進(jìn)行考慮，而且要對(duì)其他不可維修部件加以考慮。可維修與不可維修兩個(gè)系統(tǒng)所具有的可靠性存在較大的差別，因此需要分別對(duì)這兩種系統(tǒng)實(shí)施可靠性分配。

3.2.1 不可維修部分

對(duì)于機(jī)組中不可維修部分的部件，如主軸、軸承座、葉片等，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)這些部件所具有的可靠性及其缺乏信息量的狀況加以考慮，再對(duì)可靠性分配方法所具有的可推廣性與適用性加以考慮，建議這些核心部件采用可靠性分配的方法，將其以指標(biāo)Rs為基礎(chǔ)來(lái)創(chuàng)建有效的模型，同時(shí)進(jìn)行有效的分配工作。

（1）專(zhuān)家評(píng)分分配法

當(dāng)機(jī)組中的不可維修部件缺少相應(yīng)的可靠性預(yù)期值或者相似產(chǎn)品以往數(shù)據(jù)的可靠性水平評(píng)估值時(shí)，而一些專(zhuān)業(yè)人對(duì)整機(jī)的散布狀況十分掌握的時(shí)候，可以運(yùn)用評(píng)分法。

安排經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)家或者設(shè)計(jì)人員，對(duì)于對(duì)各個(gè)不可修部件的可靠性造成影響的因素，遵照評(píng)分原則來(lái)進(jìn)行有效的評(píng)分工作，并對(duì)結(jié)果開(kāi)展詳細(xì)的分析，以此來(lái)獲取相應(yīng)的可靠性分配因子，從而對(duì)不可維修部件進(jìn)行合理分配。

（2）比例分配法

在設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)新系統(tǒng)的時(shí)候，可以基于原有機(jī)組的可靠性數(shù)據(jù)或者新機(jī)組的可靠性預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)各個(gè)不可維修部件中的相關(guān)因子進(jìn)行有效計(jì)算，同時(shí)再使用這些因子將新系統(tǒng)中具有各個(gè)可靠性指標(biāo)進(jìn)行分配，使其維持在下個(gè)單元中。

3.2.2 可維修部分

對(duì)于機(jī)組中存在的各個(gè)可維修部分，首先需要對(duì)其所具備的可靠性及其實(shí)際狀況來(lái)進(jìn)行考慮，再與可靠性分配方法所具有的特點(diǎn)相結(jié)合，如科學(xué)性、工程適用性等，建議可維修系統(tǒng)基于自身實(shí)際狀況來(lái)采取下列幾種方法，將可靠性指標(biāo)分別分配到各個(gè)可維修部件中[8]。

（1）評(píng)分分配法

對(duì)于可靠性水平而言，在機(jī)組的可維修部件不存在其預(yù)期值或者相似產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)存在預(yù)期值時(shí)，或者一些專(zhuān)業(yè)人員對(duì)各個(gè)部件的眾多因素加以掌握時(shí)，可以采取評(píng)分法。

（2）比例組合法

針對(duì)可靠性水平，若機(jī)組中的可維修部件具有相應(yīng)的預(yù)期值或者相似產(chǎn)品具有一定的評(píng)估值時(shí)，可以采用這種辦法。

根據(jù)其他型號(hào)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所存在的可維修部件的可靠性數(shù)據(jù)或者一種全新系統(tǒng)自身所具備的可靠性預(yù)期值為依據(jù)，使用可維修部件中的各個(gè)因子來(lái)分配新系統(tǒng)中所具有的可靠性指標(biāo)，使其處于下個(gè)單元中。

（3）等分配法

對(duì)于具備相同功能結(jié)構(gòu)的單元，可以選用這種方法。

在使用評(píng)分分配法來(lái)開(kāi)展工作的時(shí)候，在對(duì)某些單元進(jìn)行評(píng)分的過(guò)程中，專(zhuān)家們需要關(guān)注以下內(nèi)容：針對(duì)某些因素來(lái)進(jìn)行評(píng)分工作時(shí)，其分值的大小是經(jīng)過(guò)本級(jí)各個(gè)部件之間的對(duì)比所得，因此可以事先選擇出最小或最大的部件來(lái)進(jìn)行評(píng)分，其他各個(gè)部件可以以此為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行加減。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要是以?xún)x器儀表的可靠性分配為依據(jù)，對(duì)可靠性分配方法應(yīng)用于工程中的可操性與可推廣性進(jìn)行考慮，進(jìn)而提出了針對(duì)性較強(qiáng)的可靠性分配技術(shù)來(lái)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)。由上述可知，在實(shí)施可靠性分配的過(guò)程中需要注意：在為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)定可靠性分配指標(biāo)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取成熟期的目標(biāo)值；應(yīng)當(dāng)盡快的實(shí)施可靠性分配，使設(shè)計(jì)人員可以盡早明確目標(biāo)，以防止浪費(fèi)不必要的時(shí)間；在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)不斷實(shí)施可靠性分配指標(biāo)，以保證設(shè)計(jì)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)都保持最佳狀態(tài)。