渦激振動(dòng)發(fā)電裝置的可靠性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.pdf

1、近年來，由于氣候變遷對(duì)人類帶來的警訊，讓各國(guó)政府紛紛思考如何減排節(jié)能。為減少對(duì)石化能源的依賴性，能源公司與科研人員轉(zhuǎn)向?qū)稍偕鍧嵞茉吹难芯?，并取得了一系列的成果，雖然可再生能源從人類發(fā)展伊始就是主要的能源來源之一，我們當(dāng)今研究的是不同的概念，近現(xiàn)代研究可再生能源研究的一個(gè)重要方向就是如何持續(xù)的、快速的從流體（風(fēng)、河流、海洋）獲取能源。隨著各種新能源的提出，裝機(jī)容量不斷提高，隨之而來的就是日益增長(zhǎng)的安全性需求，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)與可靠性分析是合理

2、并迫在眉睫的。渦激振動(dòng)發(fā)電裝置是由美國(guó)海洋可再生能源實(shí)驗(yàn)室(MRELab)和密歇根大學(xué)提出，它充分利用海洋/潮汐/溪流等的流體動(dòng)力學(xué)性能，使用被動(dòng)湍流控制，并利用流致運(yùn)動(dòng)形式將流體能量轉(zhuǎn)化為電能。該裝置可以從在0.65節(jié)的流速下發(fā)電，而大多數(shù)的流體發(fā)電需要4節(jié)以上的流速。渦激振動(dòng)發(fā)電裝置失效概率從實(shí)驗(yàn)與實(shí)際的河流測(cè)試得出，MRELab在2009～2013年做了大量的實(shí)際的安裝，得到超過2000小時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。失效部件重要度同樣從實(shí)驗(yàn)中得

3、出，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的出現(xiàn)的實(shí)際問題并結(jié)合專家意見給出各個(gè)失效數(shù)據(jù)的重要度等可靠性度量。本文以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，從可行性、風(fēng)險(xiǎn)與可靠性評(píng)估方面做了一系列有益的研究。
　　本文首先考慮到渦激振動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)分析研究較少，對(duì)潮流能渦激振動(dòng)發(fā)電裝置在功能、分系統(tǒng)和任務(wù)剖面的基礎(chǔ)上進(jìn)行了總體可靠性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。建立了系統(tǒng)圖，明確了各個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系，建立了RBD框圖并計(jì)算了系統(tǒng)有效性時(shí)間曲線，明確其在建造、服役期間風(fēng)險(xiǎn)分析的部件與分系統(tǒng)之間的關(guān)系；并

4、根據(jù)分系統(tǒng)之間的關(guān)系，進(jìn)行了渦激振動(dòng)發(fā)電裝置的故障樹研究，進(jìn)行了海洋工程服役期間風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法的研究，研究了故障樹分析的必要性；進(jìn)行了發(fā)電裝置的三個(gè)分系統(tǒng)，PTO(Power-take-off)發(fā)電系統(tǒng)、虛擬彈簧阻尼系統(tǒng)（Vck）、力學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的FTA研究并給出了計(jì)算結(jié)果，對(duì)于潮流能渦激振動(dòng)發(fā)電裝置系統(tǒng)的故障分析、元部件設(shè)計(jì)、維修過程提供參考，通過適時(shí)的維護(hù)檢修，排除隱患，對(duì)于提高裝置的可靠性有重要作用。其次，進(jìn)行了渦激振動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)的可行

5、性分析。研究了發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、單自由度理論給出了任意振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)、頻率與電能公式模型，該模型可用于計(jì)算任意振動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換；根據(jù)數(shù)學(xué)模型中涉及到的幾個(gè)主要參數(shù)，設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得到了最佳能源曲線，進(jìn)而驗(yàn)證了不同流速下的系統(tǒng)發(fā)電效率及系統(tǒng)的可行性。接著，進(jìn)行了FMEA在可靠性與風(fēng)險(xiǎn)分析，尤其是在可再生能源領(lǐng)域進(jìn)行了相關(guān)的應(yīng)用研究，針對(duì)渦激振動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)任務(wù)剖面復(fù)雜、系統(tǒng)與元件、分系統(tǒng)之間的存在重復(fù)元件即相

6、關(guān)性，引入了失效模式相關(guān)性分析理論，將相關(guān)性分析引入FMEA，提出了相關(guān)性-FMEA分析方法，并將其應(yīng)用于本文的渦激振動(dòng)發(fā)電裝置的分析中，得到了系統(tǒng)的元件FMEA并對(duì)RPN較大的失效模式進(jìn)行了分析，根據(jù)相關(guān)性理論進(jìn)行了主要的失效模式相關(guān)性分析，完成了系統(tǒng)的整體分析。通過PNET方法找到了最弱失效組，并找出了最容易引發(fā)系統(tǒng)失效的幾個(gè)關(guān)鍵元件，為渦激振動(dòng)發(fā)電裝置的風(fēng)險(xiǎn)分析提供了設(shè)計(jì)與運(yùn)行參考，并進(jìn)一步建立了復(fù)雜海洋工程風(fēng)險(xiǎn)分析的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。最