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        基于FMECA方法的海上浮式風(fēng)機失效模式分析

        2020-11-14 07:16:40侯承宇董曄弘金偉晨
        艦船科學(xué)技術(shù) 2020年10期
        關(guān)鍵詞:浮式風(fēng)電風(fēng)機

        周 昊,陳 帥,侯承宇,董曄弘,金偉晨

        (1.中國船舶集團海裝風(fēng)電股份有限公司,重慶401122;2.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院,重慶400044;3.中國船舶集團有限公司第七一四研究所,北京100101)

        0 引言

        隨著服役水深和離岸距離的不斷加深,固定式海上風(fēng)電機組的適用性和經(jīng)濟性有所下降。在現(xiàn)有的復(fù)式結(jié)構(gòu)物安裝塔筒、風(fēng)力發(fā)電機以滿足新的應(yīng)用需求是當(dāng)前海上風(fēng)電發(fā)展的必然趨勢。與固定式風(fēng)力機相比,海上浮式風(fēng)機具有以下優(yōu)點:采用系泊方式,其施工和安裝過程更為靈活,適用水深范圍更大可有效提升風(fēng)能利用范圍,適用風(fēng)速范圍更大,由于深遠海適用對近海的噪聲污染更小,拆除成本更小[1]。

        對于發(fā)電設(shè)備而言其主要目標之一是將電能的水平化成本(LCOE)最小化,其基本計算方法是總壽命成本與整個壽命期內(nèi)總發(fā)電量之比。LCOE可以通過增加發(fā)電量或降低壽命成本來最小化。維護和修理費用是典型風(fēng)力發(fā)電機運行費用的重要組成部分[2]。與陸上風(fēng)機相比,海上風(fēng)機由于天氣窗口有限,因此,在運行維護的過程中,通過適當(dāng)?shù)淖酉到y(tǒng)或監(jiān)控措施進行狀態(tài)監(jiān)測和早期故障檢測,可以防止部件或系統(tǒng)的整體失效,從而有效節(jié)約成本。

        1 海上浮式風(fēng)機失效風(fēng)險源分析

        海上風(fēng)電項目在規(guī)劃與設(shè)計期、建設(shè)期和運營期所面臨的風(fēng)險都會與陸上項目有較大差異。在項目規(guī)劃與設(shè)計期,優(yōu)先考量和評估來自政策與市場、風(fēng)資源評估等多方風(fēng)險。項目建設(shè)期面臨自然環(huán)境、安裝施工等方面的風(fēng)險[3]。在項目運營期,由于海上項目所處的地理位置和自然條件都相對特殊,對項目運行設(shè)備和材料工藝有非常高的要求,一旦設(shè)備出現(xiàn)損壞還需投入專業(yè)的運維船舶等[4]。我國目前海上風(fēng)電項目開發(fā)與運行體系尚未成熟,作為裝備制造企業(yè)需要對這些風(fēng)險形成系統(tǒng)認識,以便進行裝備升級和產(chǎn)業(yè)鏈延伸。

        1.1 設(shè)計建造風(fēng)險

        設(shè)計標準不足。目前針對浮式風(fēng)機的設(shè)計標準體系尚不完善,世界不同地區(qū)的不同要求也尚未得到統(tǒng)一。全球主要船級社近年來已經(jīng)對相關(guān)的標準規(guī)范進行相應(yīng)的制修訂,以完善標準體系,其中挪威船級社的相關(guān)工作較為突出。目前,在設(shè)計過程中,如環(huán)境荷載的計算、穩(wěn)性的校核、浮式基礎(chǔ)設(shè)計、系泊系統(tǒng)設(shè)計、海纜設(shè)計與安裝維護等方面主要參考船舶、海洋油氣和固定式海上風(fēng)機的規(guī)范。具體參考規(guī)范包括:挪威船級社DNVGL-RP-0286、DNVGL-SE-0422、美國船級社ABSGuideline#195、法國船級社NI572-FOWT-10-2015等。

        模擬仿真和模型試驗手段不完善。目前,浮式風(fēng)機數(shù)值仿真過程大量依賴包括FAST、Sesam等在內(nèi)的仿真設(shè)計軟件,各軟件的使用必須經(jīng)過驗證,并且其結(jié)果要經(jīng)過水池試驗和模型試驗的驗證才可初步確認其有效性和可靠性。目前業(yè)內(nèi)也有美國國家可再生能源實驗室、Principle Power等通過采用不同設(shè)計標準之間進行相互驗證以確保結(jié)果的可用性。

        生產(chǎn)制造風(fēng)險。從設(shè)計能力來看,目前我國已基本具備大兆瓦級風(fēng)機的設(shè)計能力,但在制造方面,制造商在建設(shè)過程中的質(zhì)量保證(QA)卻始終存在缺陷,由于浮式風(fēng)機未來海況具有較大的不確定性,復(fù)雜風(fēng)浪流聯(lián)合作用的情況頻發(fā),低循環(huán)應(yīng)力的特殊作用對浮式結(jié)構(gòu)提出新的要求。整機制造與配套廠商必須在材料選擇、焊接工藝、防腐措施等關(guān)鍵環(huán)節(jié)做出相應(yīng)改進,確保建造精度。

        1.2 環(huán)境威脅風(fēng)險

        在海上浮式風(fēng)電項目中,可能受到極端氣候條件等特殊自然環(huán)境的影響,其中較為典型的包括臺風(fēng)、極端海浪、潮流印象、海冰與鹽霧等。惡劣的海上環(huán)境將可能導(dǎo)致海上風(fēng)電作業(yè)船舶發(fā)生傾覆、風(fēng)機塔筒斷裂、葉片破損或基礎(chǔ)損傷等[5],延誤建設(shè)施工并增加了建設(shè)費用,甚至可能造成施工人員的生命危險。

        臺風(fēng)威脅。由于我國海域的特殊性,在風(fēng)電場運營過程中,臺風(fēng)問題需要引起特別的注意。臺風(fēng)是熱帶氣旋較強的形式之一,熱帶氣旋按其中心附近的最大風(fēng)力分為6級,等級劃分如表1所示。

        以我國浙江省為例。浙江海域在1949-2017年共計發(fā)生46次,平均每年發(fā)生了0.68次,頻率相對較低。統(tǒng)計顯示臺風(fēng)登陸同樣也集中在7,8,9三個月份,占到了總數(shù)的89.13%,其他月份共計僅有4次,如圖1所示。統(tǒng)計顯示72%以上的登陸臺風(fēng)強度較高(強熱帶風(fēng)暴及以上風(fēng)力或風(fēng)速大于20.8 m/s),該比例相對廣東和福建海域都要高,但是總頻次不高,其中包括:熱帶低壓5次,熱帶風(fēng)暴4次,強熱帶風(fēng)暴11次,臺風(fēng)16次,強臺風(fēng)2次,如圖2所示。

        表1 熱帶氣旋等級劃分Tab.1 Classification of tropical cyclones

        圖1 臺風(fēng)登陸浙江各月份次數(shù)統(tǒng)計(1949-2017)Fig.1 Statistics of thenumber of typhoonslanding in Zhejiang in each month(1949-2017)

        圖2 不同等級臺風(fēng)登陸浙江的比例(1949-2017)Fig.2 Proportion of different typhoon landing in Zhejiang Province(1949-2017)

        潮流、海冰與海霧。福建、浙江和江蘇的大部分海域均為正規(guī)半日潮,渤海灣的潮流分布較為復(fù)雜。在建設(shè)安裝期,施工船舶出場時間、拋錨就位時間和吊裝作業(yè)時間會受到現(xiàn)場潮位變化的影響,因此有必要進行現(xiàn)場驗潮和潮位推算以掌握作業(yè)地點的準確潮位變化規(guī)律。

        隨著春冬兩季冷空氣活動變得頻繁,渤海、黃海北部將出現(xiàn)不同程度的冰凍現(xiàn)象。海冰的出現(xiàn)和漂移將對海上風(fēng)機的運行構(gòu)成較大威脅。海冰會對分散排布的海上風(fēng)電機組塔架推擠撞擊,從而影響后者的安全運行。此外,大面積海冰將阻礙作業(yè)船舶的正常通航,嚴重影響海上風(fēng)電場的建設(shè)、安裝、運營和維護。

        主要發(fā)生在我國春、夏季的海霧會引起近海海域的能見度大為降低,從而影響了海上風(fēng)電項目實施的船舶作業(yè)。我國近海的多霧區(qū)域為東海和黃海的部分海域,其中東海霧出現(xiàn)時間主要集中在3~7月份,黃海霧季主要集中在4~8月份,秋、冬季則相對較少。

        波浪與海上作業(yè)。實施海上風(fēng)電項目船舶的出海作業(yè)時間長短會受到風(fēng)速和波高的限制。由于季風(fēng)引起的大風(fēng)大浪災(zāi)害天氣情況也會對風(fēng)機的服役情況產(chǎn)生影響,一般風(fēng)力超過7級、波高超過1 m就無法出海作業(yè)。有些地區(qū)的海事部門要求,在滿足作業(yè)窗口小于8 m/s的條件下,船舶方可出海作業(yè)。作業(yè)窗口是海上船舶進行作業(yè)的主要前提條件之一。我國近海平均風(fēng)功率密度在夏季處于比較低的水平,此時平均風(fēng)速較低,波高也較低,風(fēng)平浪靜有利于船舶出海作業(yè)。

        表2 各海域海上風(fēng)電作業(yè)的環(huán)境影響因素Tab.2 Environmental impact factorsof offshore wind power operation in varioussea areas

        1.3 結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險

        浮式風(fēng)電設(shè)備屬于海上柔性結(jié)構(gòu)物,常年在風(fēng)浪流聯(lián)合作用下作業(yè),除垂向載荷外,其水平傾覆力矩將會引起基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大幅搖擺運動,甚至存在傾覆風(fēng)險。浮式風(fēng)機因環(huán)境載荷引發(fā)的結(jié)構(gòu)與運動風(fēng)險有:

        波浪引起浮式風(fēng)電系統(tǒng)基礎(chǔ)塔柱的共振,導(dǎo)致的疲勞風(fēng)險。在設(shè)計上需保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)六自由度運動的固有比率遠離波浪披綠,從而有效避免共振的發(fā)生,與極限載荷相比,共振將加劇風(fēng)機的振蕩,極大的影響風(fēng)機疲勞載荷。

        浮式基礎(chǔ)運動誘導(dǎo)作用在風(fēng)輪機上,導(dǎo)致的風(fēng)機諧振響應(yīng)。風(fēng)荷載對浮式結(jié)構(gòu)運動影響較為明顯,增大了平臺在固有頻率處的響應(yīng),提高了平臺發(fā)生不穩(wěn)定運動的可能性,影響結(jié)構(gòu)安全。

        浮式基礎(chǔ)的大幅搖擺運動。浮式風(fēng)機與固定式風(fēng)機的最大區(qū)別便在于其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)六自由度的運動全部放開,而由于縱搖與橫搖運動會對分風(fēng)機葉盤處的氣動載荷和尾流產(chǎn)生影響,因此基礎(chǔ)運動與上部風(fēng)機運動之間相互耦合。在設(shè)計階段,需要考慮其在風(fēng)浪流聯(lián)合作用下的動力響應(yīng)。

        極端海洋環(huán)境下的系泊系統(tǒng)失效。系泊纜索長度和位置的設(shè)計,會對系泊纜與海上浮式風(fēng)機的預(yù)應(yīng)力造成影響,提高疲勞風(fēng)險發(fā)生的可能,存在斷纜風(fēng)險。

        沖刷與滲流引發(fā)的錨固基礎(chǔ)失效。海上浮式風(fēng)機的定位除采用系泊方式外,也采用錨固方式。此時,錨固基礎(chǔ)可能存在沖刷或滲流引發(fā)的失效問題,具體可能包括腐蝕失效風(fēng)險、連接疲勞失效、極限強度失效、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)損傷等。

        1.4 運營維護風(fēng)險

        項目建成之后,海上運營與維護作業(yè)時海上風(fēng)電場得以順利運行的一項重要技術(shù)保障,在維護過程中會面臨眾多風(fēng)險。浮式風(fēng)電場運行在深遠海的特殊海洋環(huán)境下,對海上機組進行現(xiàn)場檢修的能力常常受到海上可達度的約束。

        大部件維修更換。在風(fēng)機分布廣闊和自然條件特殊的海上進行維修工作非常不易,海上浮式風(fēng)電場離岸距離較遠,大部件維修和更換面臨的風(fēng)險主要包括可達性差,吊裝船數(shù)量不足,缺乏有在海上操作經(jīng)驗的專業(yè)更換人員。在海上風(fēng)電機組中,齒輪箱和發(fā)電機是大部件維修更換的主要難點。

        定期維護。為了到現(xiàn)場實施定期維護,檢查人員必須采用特制的海上交通工具,但由于海洋水文氣象的影響,可達性和作業(yè)窗口都大打折扣,即便供助最先進的海上交工具也無法實現(xiàn)全天候人工巡檢的方式對海上風(fēng)電設(shè)備進行維護。

        更高的運營監(jiān)測要求。在運營過程中,浮式風(fēng)機對風(fēng)機運行的健康狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)變化提出了更高的監(jiān)測要求。當(dāng)浮式基礎(chǔ)傾斜角度超過規(guī)定值時,浮式風(fēng)機的運動監(jiān)測系統(tǒng)需要有效控制系統(tǒng)停機。例如,Principle Power的WindFloat設(shè)計是當(dāng)塔架傾斜角超過10°時停機處理,此外,實時的氣象與環(huán)境條件監(jiān)測也尤為重要,這將對風(fēng)電機組在極端天氣或巨浪來臨前做出反應(yīng)提供重要依據(jù)。

        2 海上浮式風(fēng)機的FMEA分析

        失效與故障模式分析為進一步的可靠性與結(jié)構(gòu)分析打下基礎(chǔ)。故障識別過程的準確性與全面性對于進一步分析計算的準確性與可信度產(chǎn)生影響,并將直接反映在FMEA分析結(jié)果上。

        通常來說,海上風(fēng)力機的主要故障類型可以分為機械故障、電力故障和材料故障三大類。其中,機械故障主要表現(xiàn)為:裂紋損傷、結(jié)構(gòu)斷裂、保護層分離、過熱形變、扭損、蒙皮脫落、潤滑不佳、未精確對準等情況;材料故障主要表現(xiàn)為:交變載荷引發(fā)疲勞、塑性形變、電化或海鹽腐蝕等情況;電力故障主要表現(xiàn)為:絕緣處理不當(dāng)、故障引發(fā)電力中斷、控制系統(tǒng)失效、輸出功率不足等情況。

        2.1 基礎(chǔ)-塔柱系統(tǒng)故障及失效模式分析

        破碎波的影響。在破碎波浪的沖擊下,具有柔性特征的大型海上風(fēng)力機會承受結(jié)構(gòu)共振,嚴重情況下導(dǎo)致塔筒和機艙整體產(chǎn)生劇烈振動。在風(fēng)電機組服役的整個生命周期中,這種動態(tài)載荷的累積效果很有可能導(dǎo)致機組結(jié)構(gòu)疲勞破壞。

        海洋環(huán)境腐蝕。塔筒與海洋大氣環(huán)境直接接觸,處于非常髙的海洋腐蝕環(huán)境,與基礎(chǔ)腐蝕環(huán)境的海洋大氣區(qū)一致,塔筒內(nèi)壁表面比外壁的腐蝕等級要低一級,仍然是高腐蝕環(huán)境。附著在塔筒外壁鋼材表面的水膜溶解二氧化碳、二氧化硫和鹽分形成的電解質(zhì)溶液具有較強的導(dǎo)電性,鐵在溶液中被氧化之后變成鐵銹,在氯離子的作用下會加速鋼材的腐蝕。

        2.2 葉片系統(tǒng)故障及失效模式分析

        葉片雷擊損傷。當(dāng)安裝在開闊海域時,風(fēng)力發(fā)電機葉片處于機組最高端,機組遭受雷擊的概率大大增加,葉片的葉尖末端也就是通常直接遭受雷擊的區(qū)域[6]。大部分雷擊事故主要損壞葉片的葉尖部分,在很多情況下雷擊的位置發(fā)生在葉尖的背面,少數(shù)情況下雷擊會損壞整個葉片。輕則造成葉尖結(jié)構(gòu)爆裂破壞,嚴重時導(dǎo)致各種形式的葉片結(jié)構(gòu)損傷,例如層裂、泄露、邊緣開裂、縱向開裂等失效模式。

        葉片腐蝕。葉片性能對風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)化效率的影響很大,表面光潔度不佳以及流掛物都會影響性能。在海上應(yīng)用的過程中潮濕空氣中的鹽分容易在葉片表面積聚,影響轉(zhuǎn)化效率,而且造成腐蝕[7]。目前應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機葉片的復(fù)合材料主要包括玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料、碳纖維/輕木/玻璃纖維混雜復(fù)合材料以及熱塑性復(fù)合材料等。若沒有保護涂層,葉片材料很難在這樣惡劣的環(huán)境中長時間保持完好。

        葉片結(jié)冰與低溫。我國近海區(qū)域在冬季受到強冷空氣影響導(dǎo)致環(huán)境溫度過低,葉片結(jié)冰會改變翼型形狀,改變表面粗糙程度、葉片載荷分布和結(jié)構(gòu)特性,影響風(fēng)力機的氣動特性和結(jié)構(gòu)強度,降低風(fēng)力機轉(zhuǎn)化效率及疲勞壽命[8]。由于海水含鹽度高,降低了海水的冰點,全球各大洋海水平均鹽度是3. 448%,海水冰點在-1.9°C左右。由于基體和纖維的不均勻收縮,存在的殘余應(yīng)力會導(dǎo)致微裂縫的出現(xiàn),繼而使得葉片整體剛度和抗?jié)B透性能大大降低,葉片出現(xiàn)層剝落現(xiàn)象。

        2.3 電氣設(shè)備故障及失效模式分析

        雷擊損傷。電氣設(shè)備主要面臨間接雷擊或感應(yīng)雷擊的風(fēng)險。雷電流經(jīng)由電阻最小的通道直接注入到電力電纜和信號線路,以及相連的發(fā)電機、變流器、控制器等電氣設(shè)備的電流損壞;由于雷擊會在風(fēng)機機組內(nèi)部產(chǎn)生交變電磁場,機組內(nèi)部與雷電流平行的電力和信號線路,會在瞬間產(chǎn)生感應(yīng)過電壓,幅值達幾十千伏;雷電電流會在接地體上產(chǎn)生殘余電壓,使電位升高,從而影響機組其他設(shè)備,特別是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

        鹽霧腐蝕。海上機組的功率普遍比陸上機組更大,散熱需求更高,但是對散熱冷卻需要更有針對性的防腐設(shè)計。海上風(fēng)電機組的像是變壓器采用干式變壓器和直接空氣冷卻的散熱方式,外界鹽霧和潮氣隨著空氣進入設(shè)備對高低壓線圈和鐵芯產(chǎn)生腐蝕。海上晝夜溫差大,容易造成半導(dǎo)體開關(guān)器件材料和封裝的龜裂,溫度變化引起的凝露甚至?xí)?dǎo)致開關(guān)短路。此外,鹽霧設(shè)備電器元件的金屬物觸頭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會是原有的電氣性能下降,生成氯化物是電氣接觸不良。

        電氣故障引發(fā)火災(zāi)。海上風(fēng)電機組的機艙、電纜是最容易引發(fā)火災(zāi)的,在狹小的機艙里集中了大量電氣設(shè)備,潛在的著火源也比較集中[9]。電氣短路、機械剎車(機組高速運轉(zhuǎn)時的緊急制動裝置)、潤滑油或液壓系統(tǒng)泄露、短路電弧、接地故障、電路過載之后熱量劇增和溫度急升是引發(fā)火災(zāi)的主要原因[10]。由于海上風(fēng)機無人值守、可達性差,除非機組存在自動消防系統(tǒng),否則幾乎無法立刻組織人力進行火災(zāi)救援。

        2.4 傳動系統(tǒng)故障及失效模式分析

        就齒輪而言,齒輪嚙合剛度的變化是一個重要的監(jiān)測條件[11],扭轉(zhuǎn)振動和扭矩的監(jiān)測可作為裂紋損傷、斷齒等故障模式出現(xiàn)的判斷依據(jù),從而有效預(yù)防傳動系統(tǒng)的停機時效[12]。就傳動系統(tǒng)而言,常用的傳動系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測方法包括振動、溫度[13]、噪聲和油粒測量[14]等,這在經(jīng)典的風(fēng)力發(fā)電機組傳動控制系統(tǒng)中通常沒有集成。已有學(xué)者將傳動系統(tǒng)故障狀態(tài)監(jiān)測分為監(jiān)測、自動保護和控制3個層面[15],監(jiān)視和自動保護是基于閾值的方法,其中警報或糾正措施在超過閾值后執(zhí)行。浮式風(fēng)機上的傳動系統(tǒng)承受的載荷/運動條件與陸地上的不同。浮式風(fēng)機中的波浪感應(yīng)運動產(chǎn)生動力,動力通過傳動系統(tǒng)傳遞。此外,大兆瓦級風(fēng)機傳動系統(tǒng)采用與小型傳動系統(tǒng)完全不同的設(shè)計方法。

        在對風(fēng)機的不同系統(tǒng)不同組件進行故障模式、成因及影響[16]進行分類,從失效模式、產(chǎn)生原因及故障后果幾方面進行分析,將海上浮式風(fēng)機失效形式及結(jié)果分析的情況匯總于表3。

        3 海上浮式風(fēng)機的CA分析

        對于風(fēng)機系統(tǒng)的CA分析是衡量故障事件的發(fā)生概率和后果嚴重程度,并對故障事件進行系統(tǒng)分析的過程。通過定性或定量的CA分析,可以清晰地找出系統(tǒng)和子系統(tǒng)在工作中的薄弱環(huán)節(jié),從而有效改進保護措施和維護手段的針對性,提高系統(tǒng)的整體可靠性。

        表3 海上浮式風(fēng)機主要失效形式及結(jié)果分析情況Tab.3 Main failure modesand result analysis of offshore floating wind turbine

        3.1 評估故障模式的影響及嚴重程度

        在進行定性CA分析時,其嚴酷度等級通常劃分為四級,從重到輕依次為災(zāi)難級、致命級、中度級和輕度級,具體定義見表4。

        3.2 危害性矩陣

        為了更好地對失效模式的嚴酷程度與發(fā)生概率之間的關(guān)系進行分析,在方法上通常采用危害性矩陣對FMEA分析進行補充。危害性矩陣在表示上,其橫坐標通常表示底事件的嚴重程度,而縱坐標表示低事件的發(fā)生概率等級。

        按照GJB1391-2006的規(guī)定,故障發(fā)生概率等級可以劃分為5個等級,具體分級見表5。

        綜合考慮海上風(fēng)機的裝備特點和系統(tǒng)劃分和前文FMEA分析中的有關(guān)問題,本文在CA分析中考慮48個風(fēng)險事件,按照表4和表5嚴酷度與概率等級定義的內(nèi)容,研究分析確定每一個風(fēng)險事件的發(fā)生概率等級與嚴酷度等級,完成定性分析表并填入危害性矩陣的對應(yīng)位置。CA分析矩陣的具體含義為:自坐標原點畫出危害性矩陣的對角線,該方向表示危害性增長方向,事件位置越遠離遠點則事件危害性越高,在實際工程中采取維護措施。事件橫軸投影表示事件的嚴酷度等級,而縱軸表示發(fā)生概率等級。表6列出海上浮式風(fēng)機定性CA分析結(jié)果,危害性矩陣如圖3所示。

        表4 嚴酷度等級定義Tab.4 Definition of severity level

        表5 概率等級劃分標準Tab.5 Classification criteria of probability grade

        圖3 海上浮式風(fēng)機危害性矩陣分析圖Fig.3 Hazard matrix analysis of offshore wind turbine

        根據(jù)表6的分析結(jié)果,將各事件的對應(yīng)位置在危害性矩陣中進行體現(xiàn),自點a至點h對應(yīng)的風(fēng)險事件,其危害度逐步升高,其中點h事件最為危險,即葉片折斷。其他事件統(tǒng)計結(jié)果如下:7個a點事件、4個b點事件、5個c點事件、16個d點事件、3個e點事件、5個f點事件、7個g點事件、1個h點事件。

        4 結(jié)語

        本文采用FMECA分析方法對海上浮式風(fēng)機的風(fēng)險源、故障與失效模式及其危害性進行了系統(tǒng)分析,根據(jù)一系列故障情況對海上浮式風(fēng)機的系統(tǒng)安全進行了全面的定性分析,以確定高風(fēng)險的故障模式和故障原因,對基礎(chǔ)-塔柱系統(tǒng)、葉片系統(tǒng)、電氣設(shè)備和傳動系統(tǒng)的故障與失效情況進行深入分析。

        表6 海上浮式風(fēng)機CA定性分析結(jié)果Tab.6 CA qualitative analysis results of offshore floating wind turbine

        1)環(huán)境風(fēng)險是影響海上浮式風(fēng)機使用壽命和運營成本最為關(guān)鍵的因素,其中尤其是鹽霧、極限風(fēng)況等惡劣天氣條件,對海上浮式風(fēng)力機的性能影響最為顯著。

        2)在各系統(tǒng)的分析中,葉片系統(tǒng)的失效時間危害性最為嚴重,且失效模式最為復(fù)雜,應(yīng)在實際工程應(yīng)用中對其防雷擊、防腐蝕和極限載荷下的服役與自存能力作出有效的預(yù)防和監(jiān)測。

        3)海上浮式風(fēng)機的失效模式較為復(fù)雜,因此,在未來的實際工程中,應(yīng)積極探索不同信號對風(fēng)電機組不同故障的檢出效果,綜合分析振動、電氣、形變、應(yīng)力等不同信號,并進行融合分析,從而通過物理模型和數(shù)字模型同時分析風(fēng)機的故障與失效。

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