摘要：齿轮箱是风电机组中的关键系统，齿轮箱的润滑是影响齿轮使用寿命及可靠性的关键因素之一，而润滑油中水分是影响润滑油品质的重要因素。本文针对在线测得的某型号风电机齿轮箱中水分的含量，运用统计过程控制（SPC），结合 Matlab 与Minitab对测得的数据进行正态分析以及过程能力分析，通过两种分析对比，得出油液中水分在半年内处于稳定状态，为风电设备润滑与故障诊断提供理论与实践依据。
关键词：风电齿轮箱：SPC理论；Matlab；Minitab
0 引言
风电齿轮箱是风力发电机组的关键零部件之一，其性能与运行的稳定性反应了风能的利用率，直接影响着机组的发电量，关系着风电业主的直接利益[1]。润滑油中水分容易引起电化学腐蚀，降低了风电齿轮箱中齿轮的使用寿命，同时加剧了润滑油的氧化，润滑效果降低，磨蚀加剧；润滑油中水分导致氧化加剧，多数添加剂都是表面活性剂类物质，容易出现油品乳化现象；润滑油中含有的多种起到特定作用的添加剂，其中的有机化合物微溶于水，有的与水反应后沉淀，造成润滑油性能降低[2]。本文针对在线测得的某型号风电机齿轮箱中水分的含量，运用统计过程控制（SPC），结合 Matlab 与Minitab对测得的数据进行整合分析并进行预测处理，为风电设备润滑与故障诊断提供理论与实践依据。
1 软件介绍
1.1 Matlab介绍
MATLAB是美国Math Works公司开发的一种科学与工程计算软件，具备丰富的矩阵运算、良好的人机交互、模块化的系统仿真及绘制图形曲线的功能，可以广泛应用于各个领域，受到广大工程设计人员的青睐。在本文中利用Matlab对某风电齿轮箱测得的数据进行计算处理，并生成正态分布曲线[3]。
1.2 Minitab介绍
Minitab 于1972 年成立于美国的宾夕法尼亚大学。Minitab 软件是全球领先的质量管理和六西格玛实施软件工具，被广泛应用于全球100多个国家的4800多所高校[4]。Minitab功能菜单包括假设检验(参数检验和非参数检验)、回归分析、方差分析、时间序列分析、图表、SPC、试验设计( design of experiment，DOE) 、测量系统分析( measurement system analysis，MSA) 、可靠性分析、多变 量分析等，具有强大的运算功能和统计分析能力，是持续质量改进的良好工具。本文应用Minitab软件对润滑油中水分进行过程能力分析，确定过程能力指数。
2 SPC技术原理
SPC即统计过程控制。它能科学地区分出生产过程中的偶然波动与异常波动，从而对生产过程的异常及时警告，以便人们采取措施，消除异常，恢复过程的稳定。SPC强调全过程的预防，就是应用统计技术对过程中的各个阶段进行监控，从而达到监控与保证质量的目的。
3 分析过程
3.1 过程能力指数
过程能力:过程在一定时间内处于统计控制状态下的实际加工能力，用过程能力指数( CP) 来衡量。通常过程能力指数越大就越能满足技术要求，产品质量就越有保障，如图1所示为过程能力指数判断标准。
图1 过程能力指数判断标准
在Minitab中导入数据后，进行过程能力分析，数据为某风电齿轮箱7个月数据，将该组数据分为7组，如图2所示：
图2 过程能力分析图
图2中显示，该风电齿轮箱7个月内数据的过程能力指数为5.40，过程能力处于过剩状态，判断该风电齿轮箱中润滑油中水分含量较稳定，短期内不会出现预警。
3.2 Matlab算法模型
在Matlab操作界面输入如下算法：
average=mean(PPM);
a=std(PPM);
UCL=average+3*a;
LCL=average-3*a;
histfit(PPM)
hold on
plot([0,0],ylim,'g--');
plot([UCL,UCL],ylim,'g--');
plot([average,average],ylim,'g--');
plot([LCL,LCL],ylim,'r--');
hold on
title('油液中含水量正态分布图'); xlabel('水分含量/PPM'),ylabel('不同水分含量区间对应的数据个数/个');
hold on
text(0.4,300,'LCL=0');
text(3,300,'average=2.7815');
text(7,300,'UCL=6.8237');
legend('油液中含水量频数','正态曲线','下限','上限','均值');
4 结果分析
如图3所示，为某风电齿轮箱7个月内的润滑油中水分正态分布图，在该图中均值为2.7815，下限为0，上限为6.8237，但图3中有较少数据点超出控制上限，结合图2过程能力分析可知，该过程处于过剩状态，对于该类较小公差的数据点短期内不会出现预警。
图3 正态曲线图
5 总结
本文通过分析统计过程控制（SPC）的工作原理，并结合 Matlab 与Minitab对某型号的风电机组齿轮箱润滑油中水分含量进行了实时监测，首先通过Minitab对目标数据进行了过程能力分析，通过所建立的模型算法，对采集的7个月内的数据进行了正态分析，最后将两种过程进行对比，对比结果显示目标数据处于安全状态，说明该风电齿轮箱中润滑油水分在7个月内变化较小，短期内不会出现急剧变化，通过该方法缩短了分析时间。
参考文献:
[1]刘明. 风电齿轮箱的振动测试研究[A]. 中国农业机械工业协会风力机械分会.第五届中国风电后市场专题研讨会论文集[C].中国农业机械工业协会风力机械分会:,2018:7.
[2]李斯琪.润滑油中水分检测技术分析[J].石化技术,2016,23(12):77.
[3]张芳,姚威.MATLAB软件在《电机与拖动》课程任务驱动教学法中的应用[J].教育教学论坛,2016(07):211-212.
[4]张毅.软件操作Minitab自动生成控制图方法[J].电子技术与软件工程,2018(03):60-61.
[5]陈黄鹂,蔡彬,刘航辉.SPC技术在高可靠性SCR生产中的应用[J].价值工程,2018,37(24):265-266.
作者简介：
王雨薇（1998—），女，现就读于英国帝国理工学院电子电气工程专业，从事FPGA相关数字电路设计和智能设备方面的研究。
潘俊岩（1982—），男，辽宁葫芦岛人，学士学位。现就职于珠海市鑫世达测控技术有限公司，从事基于油液润滑和摩擦方面的机理研究。
王振尧（1986—），男，河北邢台人，硕士研究生。现就职于珠海市鑫世达测控技术有限公司，从事基于油液润滑和摩擦方面的数据诊断研究。
论文作者:王雨薇1,潘俊岩2,王振尧2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：齿轮箱论文; 风电论文; 过程论文; 水分论文; 润滑油论文; 能力论文; 数据论文; 《电力设备》2018年第27期论文;