一種適用于發(fā)電機(jī)組的機(jī)會(huì)維修與適應(yīng)性分析

韓亞軍

一種適用于發(fā)電機(jī)組的機(jī)會(huì)維修與適應(yīng)性分析

韓亞軍

（重慶城市職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，重慶 402160）

對(duì)采用一種統(tǒng)計(jì)方法針對(duì)工廠(chǎng)設(shè)備狀態(tài)和建模進(jìn)行了深入分析，并在實(shí)際操作中建立評(píng)估專(zhuān)家定義的維修信息制度。以發(fā)電廠(chǎng)的關(guān)鍵設(shè)備增壓風(fēng)機(jī)為例進(jìn)行失效模式及效果分析(FMEA)。給出了一種基于故障模式的仿真實(shí)例，同時(shí)也得出了最優(yōu)預(yù)防性維修計(jì)劃成本曲線(xiàn)的圖形顯示。

機(jī)會(huì)維修；FMEA；預(yù)防性維護(hù)

一、引言

由于發(fā)電廠(chǎng)設(shè)備的維修和更換與采購(gòu)成本緊密關(guān)聯(lián)，使得復(fù)雜系統(tǒng)的維修保養(yǎng)任務(wù)在可靠性分析中越來(lái)越受到重視。在開(kāi)放電力市場(chǎng)中，一體化的挑戰(zhàn)與對(duì)策已經(jīng)成為發(fā)電站信息系統(tǒng)的一個(gè)重大問(wèn)題。全面討論保修合同中的預(yù)防性維修政策和產(chǎn)品框架，通過(guò)對(duì)維修模型及其性能的綜述，進(jìn)行優(yōu)化維修合同中的可修系統(tǒng)。維護(hù)規(guī)劃隨著時(shí)間的推移由一系列決策點(diǎn)而形成，根據(jù)設(shè)備的狀況作出修理或更換的決定，由于普遍的故障和停機(jī)成本使這個(gè)問(wèn)題變得更加復(fù)雜。對(duì)不斷惡化的產(chǎn)品進(jìn)行免費(fèi)的更換保修顯示如何修復(fù)和對(duì)有保證的產(chǎn)品進(jìn)行替代的決定是一種最優(yōu)的替換修復(fù)策略[1]。

二、電廠(chǎng)設(shè)備運(yùn)行調(diào)查分析

本調(diào)查特別關(guān)注增壓風(fēng)機(jī)，在研究中選擇的數(shù)據(jù)是工時(shí)、停機(jī)時(shí)間，以及與工廠(chǎng)每個(gè)區(qū)域相關(guān)的每一個(gè)PM的成本。增壓風(fēng)機(jī)的構(gòu)成分為6個(gè)子系統(tǒng)（風(fēng)扇和風(fēng)扇軸承、電機(jī)和電機(jī)軸承、潤(rùn)滑系統(tǒng)、可變進(jìn)口葉片聯(lián)軸器、制動(dòng)器和控制葉片執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。圖1顯示了一年中整個(gè)增壓器停機(jī)時(shí)間、成本和工時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)[2]。

圖1 增壓風(fēng)機(jī)PM停機(jī)時(shí)間、工時(shí)和成本

在改進(jìn)維護(hù)（CM）和預(yù)防性維護(hù)（PM）活動(dòng)之后，繪制了升壓風(fēng)扇的故障時(shí)間如圖2所示。圖2突出顯示了在工廠(chǎng)的增壓風(fēng)機(jī)的維護(hù)調(diào)度問(wèn)題，并顯示了每年的PM和CM停機(jī)時(shí)間。很明顯，一些重大的故障幾乎都發(fā)生在PM作業(yè)實(shí)施后。

圖2 增壓風(fēng)機(jī)CM 和PM的停機(jī)時(shí)間

同時(shí)也分析了CM、PM和增壓風(fēng)機(jī)檢查后的停機(jī)時(shí)間，如圖3所示。發(fā)現(xiàn)、檢查的頻率比PM作業(yè)更頻繁，但是，大修時(shí)間是由OEM指定的保修任務(wù)規(guī)定的。

圖3 CM、PM和檢測(cè)后停工時(shí)間剖面

三、FMEA和預(yù)防性維護(hù)檢查流程

從數(shù)據(jù)庫(kù)和專(zhuān)家的分析來(lái)看，在對(duì)維修任務(wù)選擇的初步分析中考慮以下步驟：

（1）獲取并同意數(shù)據(jù)庫(kù)工作版本的使用；

（2）將數(shù)據(jù)庫(kù)活動(dòng)劃分為三個(gè)部分；

（3）確保三個(gè)單元的任務(wù)數(shù)量相等，并根據(jù)專(zhuān)家的建議進(jìn)行修改；

（4）恢復(fù)所有過(guò)時(shí)的任務(wù)；

（5）恢復(fù)不再重要的任務(wù)；

（6）定期重復(fù)步驟3-5。

同意和確認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)與“主”清單的維護(hù)任務(wù)；將每個(gè)任務(wù)分配給所需的維護(hù)任務(wù)組。本研究中考慮的關(guān)鍵設(shè)備是助推器。助推器有42個(gè)維護(hù)任務(wù)，這些任務(wù)在其他發(fā)電機(jī)組的所有其他風(fēng)扇上都是相似的。為了更好地了解故障行為，并證明需要進(jìn)行機(jī)會(huì)維護(hù)，在助推器上進(jìn)行了故障模式和效果分析(FMEA)，以評(píng)估維護(hù)需求[4]。

四、失效模式和效果分析

FMEA是識(shí)別相關(guān)失效模式并提出適當(dāng)?shù)木S護(hù)任務(wù)要求。對(duì)助推器的FMEA分析結(jié)果如表1所示。識(shí)別故障模式后的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)(RPN)會(huì)給出一個(gè)低值，主要說(shuō)明它對(duì)所選擇的失效模式所造成的失效的影響。

表1 助推器FMEA和RPN結(jié)果

五、維護(hù)優(yōu)化

考慮每一次助推器失效的情況，被修復(fù)并恢復(fù)到完整的運(yùn)行狀態(tài)。為了進(jìn)行初步分析，假設(shè)某些任務(wù)的修復(fù)時(shí)間是可以忽略的。假設(shè)T1，T2，T3，……是對(duì)增壓風(fēng)機(jī)部件的連續(xù)失敗次數(shù)，i是T0 = 0時(shí)的失敗次數(shù)，Xi=Ti- Ti-1是故障間隔時(shí)間。Ti和Xi是隨機(jī)變量，并且定義了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)值?；灸Ｐ褪欠驱R次泊松過(guò)程（NHPP）。在NHPP模型下，Xi被認(rèn)為既不是獨(dú)立的也不是恒等分布的，可以由隨機(jī)點(diǎn)過(guò)程的強(qiáng)度函數(shù)來(lái)定義。采用有限均值法和密度法對(duì)助推器風(fēng)機(jī)的故障時(shí)間分布進(jìn)行了分析，然后給出故障率。增壓風(fēng)機(jī)故障時(shí)間F（t）和密度函數(shù)f（t）關(guān)系如下[3]：

產(chǎn)生的累積風(fēng)險(xiǎn)是：

進(jìn)一步假定故障率r（t）是連續(xù)的，嚴(yán)格地增加，并且通過(guò)最小修理保持不變。如果t＝0，則給出連續(xù)失效時(shí)間之間的生存分布。

故障過(guò)程的代價(jià)是在與觀(guān)測(cè)周期相對(duì)應(yīng)的區(qū)間（0，t）中，并利用更新報(bào)酬定理設(shè)想在指定區(qū)間內(nèi)運(yùn)行一個(gè)單位的期望成本，在這種情況下可以得到預(yù)期的費(fèi)用率，從而使PM成本最小化[4]。

六、仿真結(jié)果分析

利用RCMCost軟件使用功能FMEA方法建立系統(tǒng)初始模型，對(duì)NHPP進(jìn)行了比較仿真。為了比較，分別考慮了低油、漏油等幾種失效模式。對(duì)于漏油引起的故障，假設(shè)底層壽命分布為威布爾，形狀參數(shù)為1.3，尺度參數(shù)為1，用威布爾分布產(chǎn)生隨機(jī)樣本進(jìn)行仿真。預(yù)防性維修優(yōu)化圖如圖6所示，通過(guò)分析建議對(duì)低油位故障進(jìn)行故障處理。隨著時(shí)間的推移，安全性、操作性和環(huán)境危害性目標(biāo)非常穩(wěn)定。在8 990個(gè)工作小時(shí)中，成本曲線(xiàn)幾乎持平，結(jié)果表明運(yùn)行故障與油故障相關(guān)。

圖6 油位相關(guān)故障的PM優(yōu)化

圖7 泄漏相關(guān)故障的優(yōu)化圖

同樣，對(duì)失效模式（漏油）進(jìn)行仿真。最佳pm的結(jié)果如圖7所示。仿真結(jié)果給出了PM調(diào)度的多個(gè)最佳點(diǎn)；最低的最佳PM間隔是在9 000個(gè)工作小時(shí)，隨后的最佳點(diǎn)在較高的間隔變化，并在大約22 000個(gè)工作小時(shí)內(nèi)保持不變。

實(shí)踐證明，當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)部件時(shí)，安排檢查預(yù)防性維護(hù)一個(gè)有故障的部件，將不會(huì)導(dǎo)致檢查不同步；它只是意味著一些組件將更長(zhǎng)時(shí)間檢查?？梢酝茰y(cè)一種策略，如果一個(gè)零部件正在預(yù)防性檢查，其它部件的檢查將被重新安排。這種合理的機(jī)會(huì)維護(hù)是資產(chǎn)管理者考慮的一種選擇。

七、結(jié)論

發(fā)電廠(chǎng)電力設(shè)備維修機(jī)會(huì)主要取決于鍋爐和汽輪機(jī)的上游故障。由于工廠(chǎng)中人力有限，因此必須對(duì)PM任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先選擇，PM的時(shí)間跨越不同的設(shè)備，并不是所有的機(jī)會(huì)都會(huì)被采取， PM優(yōu)化圖形表示提供了一個(gè)洞察PM過(guò)程，并強(qiáng)調(diào)安全，操作和環(huán)境的關(guān)鍵性。停機(jī)時(shí)間和工時(shí)也與PM計(jì)劃的相關(guān)成本有關(guān)。對(duì)PM和故障過(guò)程的建模無(wú)疑將支持最優(yōu)成本有效維護(hù)策略的決策，從而允許決策者在必要時(shí)進(jìn)行機(jī)會(huì)性的維護(hù)。

[1]徐波，韓學(xué)山，李業(yè)勇等. 電力設(shè)備機(jī)會(huì)維修決策模型[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016（23）.

[2]胡瑾秋，張來(lái)斌.基于故障超前防御的復(fù)雜油氣生產(chǎn)設(shè)備機(jī)會(huì)維護(hù)模型[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013（12）.

[3]J.A Chen,Y. H Chien. Renewing warranty and preventive maintenance for products with failure penalty post-warranty[J]. Quality and Reliability Engineering International，23（1），2015，107-121.

[4]J. Wu, M. Xie, T. S. Ng. On a general periodic preventive maintenance policy incorporating warranty contracts and system ageing losses. International Journal of Production Economics，129（1），2015，102-110.

Analysis on an Opportunistic Maintenance and Adaptability for Generating Units

HAN Ya-jun

（Chongqing City Vocational College, Chongqing 402160, China）

In this paper, a statistical method is used to analyze the equipment state and modeling of the factory, and the maintenance information system which is defined by experts is established in the actual operation. Based on a key equipment booster fan of a power plant, the paper carries out failure mode and effect analysis (FMEA), gives a simulation example based on failure mode, and obtains the graphic display of the optimal preventive maintenance.

opportunistic maintenance; FMEA; preventive maintenance

2018—03—25

韓亞軍（1983—），甘肅天水人，重慶城市職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，副教授。

TM31

A

1008—6129（2018）03—0069—05