CN109578313A - 一种风扇寿命的实时在线预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风扇的寿命实时在线预测方法,获得实时风扇工作的环境温度，以风扇使用过程中的一段时间Δt为一个时间周期，计算Δt内的风扇的平均工作环境温度T_use。求出一个时间周期Δt内对应温度下风扇的寿命L_x。设定风扇在第一次出厂运行时的寿命为1，根据步骤3求得的寿命L_x计算出一个时间周期Δt在整个寿命过程的百分比，用前一个时间周期之后剩余的寿命减去这一个时间周期占整个寿命的百分比，即为预测风扇剩余寿命。本发明方法，计算过程中充分考虑了风扇环境温度变化对其寿命折损加速比的影响，能够在风扇工作环境变化的场合更准确的计算出风扇的剩余寿命。能够实时计算和显示风扇的剩余寿命百分比，用户可以实时的查看风扇的使用情况。

Description

一种风扇寿命的实时在线预测方法

技术领域

本发明涉及一种风扇寿命的预测方法，具体说是一种风扇寿命的实时在线预测方法。

背景技术

随着工业自动化的飞速发展，交流运动控制系统以及其他大型电子系统集成度和功率密度也越来越高，所有的电子设备或者电子器件的寿命以及抗冲击能力都与环境温度息息相关，散热自然成为一个系统非常重要的问题。强迫风冷具有经济、可靠、使用和安装方便等优点广泛应用于工业的各个领域，然而实现强迫风冷的风扇也具有一定的寿命周期，如果在风扇失效之前不能及时进行更换，势必会降低整个系统的散热能力，从而导致整个系统的寿命下降，造成不必要的损失。

风扇在运行过程中，伴随着其内部润滑剂蒸发、氧化、损耗，风扇自身轴承摩擦将会加剧，风扇的损耗会进一步上升，最终导致风扇失效。目前对于判定风扇失效的方法和标准有很多，应用比较广泛的标准有以下几条：(1)当风扇启动电压大于其原始启动电压1.1倍及其以上认为风扇失效。(2)当风扇电流超过其初始电流20％认为失效。(3)当风扇转速超过初始转速的±20％，认为失效。(4)当风扇的噪音大±于原始噪音5db认为失效。

目前所涉及的专利和论文中没有直接用于实时计算和显示冷却风扇寿命的，传统的评估风扇寿命的方法包括两种：一种是对多个样品进行加速寿命试验，对实验结果进行分析和曲线拟定，最后得到风扇在实际环境中的寿命；另一种是实时地对风扇电流、转速和噪声进行采样对比，当超出阀值时视为失效。

中国发明专利《风扇寿命的预估方法》(授权公告号CN102080648B)，公开了一种多个样品进行加速寿命试验的风扇寿命预估方法，基于多个样品风扇在特定的环境下进行加速老化试验，再通过实验得到的数据进行曲线拟定，并采用韦氏模型进行数据分析求出对应温度下风扇的寿命，最后再经由加速因子计算出这些风扇在实际工作温度下的寿命。此实验实现起来比较复杂需要周期长，其仅是对所测风扇的在一定的工作温度下的实际寿命的估测，并不是将其寿命实时地计算出来；实际上在很多情况下风扇的运行环境是实时发生变化的，通过以上方法计算出的风扇寿命并不能实时正确的反映其随环境温度发生的变化。

中国发明专利申请文献《风扇寿命告警的方法和装置》(公开号101074966A)，提供了一种根据风扇转速来判断风扇寿命和失效的方法，但实际应用过程中，风扇转速并不是随风扇的寿命呈线性或者成有规律的曲线变化的，而且风扇的失效包括风扇的电流、启动电压以及噪声等多种标准，并不能简简单单的采用风扇的转速作为其对寿命的判断，只能作为其失效和故障的判断。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种风扇的寿命实时在线预测方法。基于风扇寿命模型，根据风扇运行的实际环境温度，实时计算风扇的寿命折损加速比和剩余寿命的百分比。

本发明实现发明目的的技术方案是：风扇的寿命实时在线预测方法,其步骤如下：

步骤1.直接测量或者间接的通过计算的方式获得实时风扇工作的环境温度。

步骤2.以风扇使用过程中的一段时间Δt为一个时间周期，计算Δt内的风扇的平均工作环境温度T_use。

步骤3.根据以下公式，求出一个时间周期Δt内对应温度下风扇的寿命L_x。

α=L₁₀/(-ln0.9^{^1/β})

其中：β：分布模型形状参数；L₁₀：风扇标称的额定温度下的寿命(即风扇发生10％不良的预期寿命)；T_rated：风扇标称的额定工作环境温度；A：温度每增加10℃，风扇寿命折损的加速因子；n：样本数，在这里n＝1。

步骤4.设定风扇在第一次出厂运行时的寿命为1，根据步骤3求得的寿命L_x计算出一个时间周期Δt在整个寿命过程的百分比，用前一个时间周期之后剩余的寿命减去这一个时间周期占整个寿命的百分比，即为预测风扇剩余寿命。下式为第N个时间周期结束后的寿命L_R计算公式：

根据需求，设定相应的寿命报警阈值，当L_R到达阈值时，执行相应的操作。比如：可以设定预警和报警阈值，当到达预警阈值时，发出预警提醒需要更换风扇，但整个系统不停机；当到达报警阈值时，报警，停机，提醒用户立刻更换风扇。

本发明方法，基于风扇寿命模型，根据风扇运行的实际环境温度，实时计算风扇的寿命折损加速比和剩余寿命的百分比，并根据风扇寿命的剩余百分比及时的发出警告或者停机更换风扇等指令，在保证风扇可靠地情况下，最大限度的使用风扇，既提高了整个系统的可靠性，同时也最大限度的节约了维护成本。相比于现有的风扇的寿命获取方法，本发明的优势如下：(1)本发明计算过程中充分考虑了风扇环境温度变化对其寿命折损加速比的影响，能够在风扇工作环境变化的场合更准确的计算出风扇的剩余寿命；(2)本发明能够实时计算和显示风扇的剩余寿命百分比，用户可以实时的了解风扇的使用情况。

附图说明

图1是本发明方法流程框图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例如下：

假设某款风扇其参数如下：

β：分布模型形状参数＝1.1

L₁₀：风扇标称的额定温度下的寿命(即风扇发生10％不良的预期寿命)＝5000小时

A：温度每增加10℃，风扇寿命折损的加速因子＝2

T_rated：风扇标称的额定工作环境温度＝25℃

按照本发明方法,此风扇的寿命实时在线预测方法主要包括以下步骤：

步骤一：直接测量或者间接的通过计算的方式获得实时风扇工作的环境温度。

步骤二：以风扇使用过程中的1小时为一个时间周期，假设获得风扇在这1小时内的平均工作环境温度T_use＝60℃。

步骤三：根据以下公式，求出此风扇工作在环境温度为60℃的使用寿命L_x。

α=L₁₀/(-ln0.9^{^1/β})

其中：

β：分布模型形状参数＝1.1

L₁₀：风扇标称的额定温度下的寿命(风扇发生10％不良的预期寿命)＝5000小时

A：温度每增加10℃，风扇寿命折损的加速因子＝2

T_rated：风扇标称的额定工作环境温度＝25℃

n：样本数，在这里n＝1.

计算可得，风扇在60℃的情况下，风扇使用寿命L_x＝8796小时

步骤四：设定风扇在第一次出厂运行时的寿命为1，根据求出来的寿命L_x计算出一个时间周期Δt在整个寿命过程的百分比，用前一个时间周期之后剩余的寿命减去这一个时间周期占整个寿命的百分比，下式为第N个时间周期结束后的寿命L_R计算公式：

假设出厂之后的风扇运行了1000个小时，前999个小时之后风扇的剩余寿命为90％，第 1000小时风扇的运行平均环境温度为60℃，在第1000小时结束后，风扇运行的剩余寿命为：

根据需求，设定相应的寿命报警阈值，当L_R到达阈值时，执行相应的操作。比如：可以设定预警为10％，报警阈值为0，当到达预警阈值时，发出预警提醒需要更换风扇，但整个系统不停机。当到达报警阈值时，报警，停机，提醒用户立刻更换风扇。

Claims (1)

1.一种风扇的寿命实时在线预测方法,其步骤如下：

步骤1.直接测量或者间接的通过计算的方式获得实时风扇工作的环境温度；

步骤2.以风扇使用过程中的一段时间Δt为一个时间周期，计算Δt内的风扇的平均工作环境温度T_use；

步骤3.根据以下公式，求出一个时间周期Δt内对应温度下风扇的寿命L_x：

α＝L₁₀/(-ln0.9^{^1/β})

A_f＝A^{(Tuse-Trated)/10}

其中：β是分布模型形状参数；L₁₀是风扇标称的额定温度下的寿命；是T_rated：风扇标称的额定工作环境温度；A是温度每增加10℃，风扇寿命折损的加速因子；n是样本数，在这里n＝1；

步骤4.设定风扇在第一次出厂运行时的寿命为1，根据步骤3求得的寿命L_x计算出一个时间周期Δt在整个寿命过程的百分比，用前一个时间周期之后剩余的寿命减去这一个时间周期占整个寿命的百分比，下式为第N个时间周期结束后的寿命L_R计算公式：

L_R即为预测风扇剩余寿命。