CN115146451B - 一种油液滤芯剩余寿命预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油液滤芯剩余寿命预测方法及装置，装置投入工业运用前，试验确定一定工况下的首件滤芯压差与滤芯剩余寿命关系，作为初始数据录入装置数据存储器；装置运行时，根据实际工况中滤芯压差和持续运行时间等历史数据，与试验数据进行比对、分析、修正并显示滤芯剩余寿命；滤芯剩余寿命最终阶段，根据预测的剩余寿命进行倒计时，实现滤芯寿命的动态预测。本发明排除了滤芯工作时实际流量、介质粘度和油液污染度等外部条件影响，仅依靠滤芯的压差和运行时间的历史数据，实现了油液滤芯的剩余寿命预测和分析。

Description

一种油液滤芯剩余寿命预测方法及装置

技术领域

本发明属于油液滤芯寿命预测领域，更具体地，涉及一种油液滤芯剩余 寿命预测方法及装置。

背景技术

调研显示，润滑油污染是造成风电机组故障、停机的主要因素之一，风 电齿轮箱70～80％故障率与之相关。配备高精过滤器是控制风电机组润滑油 污染度的主要手段。然而，风电过滤器在运维上仍存在很大的缺陷，尤其是 核心元件滤芯的维护工作过程中，仍然仅凭工作经验主观预估的方式确定滤 芯寿命。

油液滤芯是否的直观指标为滤芯工作时的压差。当滤芯压差达到设定值 时，一方面滤芯容易破损导致失效，另一方面压差过高将导致下游油液系统 压力不足。滤芯自启用开始到压差达到设定值的时间称为滤芯寿命，受系统 流量、介质粘度和滤芯拦截污染物的量等影响。(其中介质粘度受油液温度影响)常规的室内液压系统，其流量、温度、油液内污染物含量波动不大， 同一规格滤芯寿命一般较为接近。然而风电滤芯的寿命受现场系统的油液流 量、油液粘度和油液污染度等影响，其中的油液粘度受油液品质和现场温度 的波动影响波动尤其剧烈。这就导致同一型号的风电滤芯，在不同地区、不 同季节和不同气象条件下，寿命波动较大，很难依靠人工经验预测风电滤芯寿命。

因此，现有的风电行业中很难预测滤芯寿命，主要运维策略分为以下三 种：1)在滤芯未达到寿命前提前预警并更换滤芯，牺牲经济性保证系统正 常运行。2)维护人员24小时待命，一旦压差报警立即更换滤芯，提高运维 工作量确保系统正常运行；3)滤芯耗尽后继续使用，以设备故障率为代价 简化风电过滤器的运维工作。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种油液滤芯剩余寿命预 测方法及装置，旨在解决现有油液滤芯寿命难以预测的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种油液滤芯剩余寿命预测 方法，包括如下步骤：

确定预设工况下油液滤芯压差与滤芯寿命的关系曲线；所述关系曲线随 着不同工况而迁移；

在所述关系曲线上选取从初始压差到终止压差之间按照预设规律分布 的N+1个压差点，根据所述关系曲线确定每个压差点对应的剩余寿命；N大 于预设值且N为正整数；

确定实际工况下油液滤芯的实际初始压差和实际终止压差，并选取从实 际初始压差到实际终止压差之间按照预设规律分布的N+1个实际压差点；

在实际工况下，根据油液滤芯的压差达到每个实际压差点对应的时间和 预设工况下每个压差点的剩余寿命确定各个实际压差点的剩余寿命修正因 子、修正因子的平均值以及修正因子不确定度；

在实际工况下，根据第i个实际压差点的剩余寿命修正因子、修正因子 平均值、修正因子不确定度，以及预设工况下第i个压差点的剩余寿命预测 油液滤芯在第i个实际压差点的实际剩余寿命；其中，实际初始压差或初始 压差对应第0个压差点，实际终止压差或终止压差对应第N个压差点，1≤i ≤N-1，i为正整数。

在一个可选的示例中，预设工况下：所述N+1个压差点分别为：△P₀、 △P₁、△P₂……△P_N；△P₀为预设工况下的初始压差，△P_N为预设工况下的 终止压差；每个压差点对应的剩余寿命分别为：△T₀、△T₁、△T₂……△T_N；

实际工况下：N+1个实际压差点分别为：△P_实0、△P_实1、△P_实2…… △P_实N；△P_实0为实际工况下的实际初始压差，△P_实N为实际工况下的实际 终止压差；设初始时刻油液滤芯的压差为△P_实0，油液滤芯的实际压差到达 第i个实际压差点△P_实i时的运行时间为T_i，则第i个实际压差点的剩余寿 命修正因子k_i为：

在一个可选的示例中，第i个实际压差点的剩余寿命修正因子的平均值和不确定度S_(ki)分别为：

在一个可选的示例中，根据第i个实际压差点的剩余寿命修正因子、修 正因子平均值、修正因子不确定度，以及预设工况下第i个压差点的剩余寿 命预测油液滤芯在第i个实际压差点的实际剩余寿命，具体为：

第二方面，本发明提供了一种油液滤芯剩余寿命预测装置，包括：

预设工况数据确定单元，用于确定预设工况下油液滤芯压差与滤芯寿命 的关系曲线；所述关系曲线随着不同工况而迁移；以及在所述关系曲线上选 取从初始压差到终止压差之间按照预设规律分布的N+1个压差点，根据所述 关系曲线确定每个压差点对应的剩余寿命；N大于预设值且N为正整数；

实际工况寿命预测单元，用于确定实际工况下油液滤芯的实际初始压差 和实际终止压差，并选取从实际初始压差到实际终止压差之间按照预设规律 分布的N+1个实际压差点；在实际工况下，根据油液滤芯的压差达到每个实 际压差点对应的时间和预设工况下每个压差点的剩余寿命确定各个实际压差点的剩余寿命修正因子、修正因子的平均值以及修正因子不确定度；以及 在实际工况下，根据第i个实际压差点的剩余寿命修正因子、修正因子平均 值、修正因子不确定度，以及预设工况下第i个压差点的剩余寿命预测油液 滤芯在第i个实际压差点的实际剩余寿命；其中，实际初始压差或初始压差对应第0个压差点，实际终止压差或终止压差对应第N个压差点，1≤i≤N-1， i为正整数。

在一个可选的示例中，所述预设工况数据确定单元确定的预设工况下的 N+1个压差点分别为：△P₀、△P₁、△P₂……△P_N；△P₀为预设工况下的初 始压差，△P_N为预设工况下的终止压差；每个压差点对应的剩余寿命分别为： △T₀、△T₁、△T₂……△T_N；

所述实际工况寿命预测单元确定的实际工况下的N+1个实际压差点分 别为：△P_实0、△P_实1、△P_实2……△P_实N；△P_实0为实际工况下的实际初始 压差，△P_实N为实际工况下的实际终止压差；设初始时刻油液滤芯的压差为 △P_实0，油液滤芯的实际压差到达第i个实际压差点△P_实i时的运行时间为 T_i，则第i个实际压差点的剩余寿命修正因子k_i为：

在一个可选的示例中，所述实际工况寿命预测单元确定的第i个实际压 差点的剩余寿命修正因子的平均值和不确定度S_(ki)分别为：

在一个可选的示例中，所述实际工况寿命预测单元根据第i个实际压差 点的剩余寿命修正因子、修正因子平均值、修正因子不确定度，以及预设工 况下第i个压差点的剩余寿命预测油液滤芯在第i个实际压差点的实际剩余 寿命，具体为：

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以 下有益效果：

本发明提供一种油液滤芯剩余寿命预测方法及装置，滤芯寿命预测方法 用修正系数k值替代了油液流量、油液粘度和油液污染度等影响因素，减少 了对输入信息量的需求，提供一种可靠的剩余寿命预测方法，且精度较高； 采用智能分析技术计算滤芯剩余寿命，替代了传统的主观臆测，降低了产品 对用户的专业能力需求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种油液滤芯剩余寿命预测方法流程图；

图2是本发实施例提供的压差与寿命对应关系图；

图3是本发明实施例提供的一种油液滤芯剩余寿命预测装置连接框图；

图4是本发明实施例提供的另一种油液滤芯剩余寿命预测方法流程图；

图5是本发明实施例提供的另一种油液滤芯剩余寿命预测装置架构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施 例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

随着风电产业的升级，远程维护、智能运维和高可靠性运行已成为行业 发展趋势，设计一种油液滤芯剩余寿命预测方法及装置，对风电过滤的运用 和发展具有积极意义。

研究表明滤芯寿命受系统流量、介质粘度和滤芯拦截污染物的量等影响， 然而滤芯整体压差与寿命的曲线趋势是一致的。因此本发明设计了一种基于 压差历史数据分析油液滤芯剩余寿命的方法和装置，用软件智能分析所得的 修正系数描述系统间系统流量、介质粘度和滤芯拦截污染物的等物理量的综合影响，具体实施例如下：

本发明公开了一种油液滤芯剩余寿命预测方法及装置，包括：装置投入 工业运用前，试验确定一定工况下的首件滤芯压差与滤芯剩余寿命关系，作 为初始数据录入装置数据存储器；装置运行时，根据实际工况中滤芯压差和 持续运行时间等历史数据，与试验数据进行比对、分析、修正并显示滤芯剩 余寿命；滤芯剩余寿命最终阶段，根据预测的剩余寿命进行倒计时，实现滤芯寿命的动态预测。

本发明的优点在于：排除了滤芯工作时实际流量、介质粘度和油液污染 度等外部条件影响，仅依靠滤芯的压差和运行时间的历史数据，实现了油液 滤芯的剩余寿命预测和分析。

图1是本发明实施例提供的一种油液滤芯剩余寿命预测方法流程图；如 图1所示，包括如下步骤：

S101，确定预设工况下油液滤芯压差与滤芯寿命的关系曲线；所述关系 曲线随着不同工况而迁移；

具体地，油液滤芯压差与寿命的关系曲线图如图2所示，可见滤芯整体 压差与寿命的曲线趋势是一致的，但是会随着不同工况而迁移。

S102，在所述关系曲线上选取从初始压差到终止压差之间按照预设规律 分布的N+1个压差点，根据所述关系曲线确定每个压差点对应的剩余寿命； N大于预设值且N为正整数；

需要说明的是，所述预设规律可以为均匀分布、预设线性分布或其他预 设分布。

S103，确定实际工况下油液滤芯的实际初始压差和实际终止压差，并选 取从实际初始压差到实际终止压差之间按照预设规律分布的N+1个实际压 差点；

S104，在实际工况下，根据油液滤芯的压差达到每个实际压差点对应的 时间和预设工况下每个压差点的剩余寿命确定各个实际压差点的剩余寿命 修正因子、修正因子的平均值以及修正因子不确定度；

S105，在实际工况下，根据第i个实际压差点的剩余寿命修正因子、修 正因子平均值、修正因子不确定度，以及预设工况下第i个压差点的剩余寿 命预测油液滤芯在第i个实际压差点的实际剩余寿命；其中，实际初始压差 或初始压差对应第0个压差点，实际终止压差或终止压差对应第N个压差点， 1≤i≤N-1，i为正整数。

如图3所示，基于压差历史数据分析油液滤芯剩余寿命的装置结构组成 包括压差检测单元，时钟计时单元，数据存储单元和数据处理单元。基于压 差历史数据分析油液滤芯剩余寿命的装置运行前先试验确定首件滤芯的压 差与剩余寿命参数。

在一个具体的实施例中，被试过滤器安装于寿命试验系统。调节寿命试 验系统中泵的流量为过滤器要求工况流量Q₀；调节温度调节用于控制寿命试 验系统油液温度至工况温度；启动污染物注入系统，通过控制注入量，控制 寿命试验系统的泵后油液污染等级为K₀，其中K₀推荐为NAS11级。

图4是该实施例提供的另一种油液滤芯剩余寿命预测方法流程图，如图 4所示，包括如下步骤：

1.在工况流量Q₀、工况温度和设定油液污染等级K₀条件下，试验确定 滤芯试验初始压差△P₀(压差计的示数)；

2.将滤芯的压差由试验初始压差△P₀到设定终止压差△P_N划分为N+1 个点，分别记为△P₀、△P₁、△P₂……△P_N；

3.在工况流量Q₀、工况温度介质粘度η₀和设定油液污染等级K₀条件下， 持续注污并试验，确定每个压差点△P_i对应的滤芯剩余寿命为△T_i。其中i＝0,1,2,3……N；

装置运行前，数据存储单元中录入△P₀、△P₁、△P₂……△P_N和△T₀、 △T₁、△T₂……△T_N数据作为初始数据；

以开机时刻起，装置记录实际工况下，滤芯实际初始压差△P_实0，并将 滤芯的压差由实际初始压差△P_实0到终止压差△P_N划分为N+1个点，分别 记为△P_实0、△P_实1、△P_实2……△P_实N；

装置和滤芯持续运行过程中，滤芯实际压差持续上升，装置持续跟踪记 录滤芯实际运行时间T；

每当滤芯实际压差达到一个设定点△P_实i时，装置记录对应的运行时间 T_i，并计算剩余寿命修正因子k_i：

根据历史数据剩余寿命修正因子k₁、k₂……k_i，数据处理单元计算平均 值和不确定度S_(ki)：

单元根据平均值不确定度S_(ki)和滤芯试验剩余寿命△T_i，数据处理 分析滤芯实际剩余寿命：

图5是本发明实施例提供的油液滤芯剩余寿命预测系统架构图，如图5 所示，包括：

预设工况数据确定单元510，用于确定预设工况下油液滤芯压差与滤芯 寿命的关系曲线；所述关系曲线随着不同工况而迁移；以及在所述关系曲线 上选取从初始压差到终止压差之间按照预设规律分布的N+1个压差点，根据所述关系曲线确定每个压差点对应的剩余寿命；N大于预设值且N为正整数；

实际工况寿命预测单元520，用于确定实际工况下油液滤芯的实际初始 压差和实际终止压差，并选取从实际初始压差到实际终止压差之间按照预设 规律分布的N+1个实际压差点；在实际工况下，根据油液滤芯的压差达到每个实际压差点对应的时间和预设工况下每个压差点的剩余寿命确定各个实 际压差点的剩余寿命修正因子、修正因子的平均值以及修正因子不确定度； 以及在实际工况下，根据第i个实际压差点的剩余寿命修正因子、修正因子 平均值、修正因子不确定度，以及预设工况下第i个压差点的剩余寿命预测 油液滤芯在第i个实际压差点的实际剩余寿命；其中，实际初始压差或初始 压差对应第0个压差点，实际终止压差或终止压差对应第N个压差点，1≤i ≤N-1，i为正整数。

可以理解的是，图5中各个单元的详细功能实现可参见前述方法实施例 中的介绍，在此不做赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同 替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种油液滤芯剩余寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定预设工况下油液滤芯压差与滤芯寿命的关系曲线；所述关系曲线随着不同工况而迁移；

在所述关系曲线上选取从初始压差到终止压差之间按照预设规律分布的N+1个压差点，根据所述关系曲线确定每个压差点对应的剩余寿命；N大于预设值且N为正整数；

确定实际工况下油液滤芯的实际初始压差和实际终止压差，并选取从实际初始压差到实际终止压差之间按照预设规律分布的N+1个实际压差点；

在实际工况下，根据油液滤芯的压差达到每个实际压差点对应的时间和预设工况下每个压差点的剩余寿命确定各个实际压差点的剩余寿命修正因子、修正因子的平均值以及修正因子不确定度；

在实际工况下，根据第i个实际压差点的剩余寿命修正因子、修正因子平均值、修正因子不确定度，以及预设工况下第i个压差点的剩余寿命预测油液滤芯在第i个实际压差点的实际剩余寿命其中，ΔT_i为预设工况下第i个压差点的剩余寿命，/>为第i个实际压差点的剩余寿命修正因子的平均值，S_(ki)为第i个实际压差点的不确定度，实际初始压差或初始压差对应第0个压差点，实际终止压差或终止压差对应第N个压差点，1≤i≤N-1，i为正整数；

预设工况下：所述N+1个压差点分别为：△P₀、△P₁、△P₂……△P_N；△P₀为预设工况下的初始压差，△P_N为预设工况下的终止压差；每个压差点对应的剩余寿命分别为：△T₀、△T₁、△T₂……△T_N；

实际工况下：N+1个实际压差点分别为：△P_实0、△P_实1、△P_实2……△P_实N；△P_实0为实际工况下的实际初始压差，△P_实N为实际工况下的实际终止压差；设初始时刻油液滤芯的压差为△P_实0，油液滤芯的实际压差到达第i个实际压差点△P_实i时的运行时间为T_i，则第i个实际压差点的剩余寿命修正因子k_i为：

第i个实际压差点的不确定度S_(ki)为：

为第i个实际压差点的剩余寿命修正因子的平均值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第i个实际压差点的剩余寿命修正因子的平均值为：

3.一种油液滤芯剩余寿命预测装置，其特征在于，包括：

预设工况数据确定单元，用于确定预设工况下油液滤芯压差与滤芯寿命的关系曲线；所述关系曲线随着不同工况而迁移；以及在所述关系曲线上选取从初始压差到终止压差之间按照预设规律分布的N+1个压差点，根据所述关系曲线确定每个压差点对应的剩余寿命；N大于预设值且N为正整数；

实际工况寿命预测单元，用于确定实际工况下油液滤芯的实际初始压差和实际终止压差，并选取从实际初始压差到实际终止压差之间按照预设规律分布的N+1个实际压差点；在实际工况下，根据油液滤芯的压差达到每个实际压差点对应的时间和预设工况下每个压差点的剩余寿命确定各个实际压差点的剩余寿命修正因子、修正因子的平均值以及修正因子不确定度；以及在实际工况下，根据第i个实际压差点的剩余寿命修正因子、修正因子平均值、修正因子不确定度，以及预设工况下第i个压差点的剩余寿命预测油液滤芯在第i个实际压差点的实际剩余寿命其中，ΔT_i为预设工况下第i个压差点的剩余寿命，/>为第i个实际压差点的剩余寿命修正因子的平均值，S_(ki)为第i个实际压差点的不确定度，实际初始压差或初始压差对应第0个压差点，实际终止压差或终止压差对应第N个压差点，1≤i≤N-1，i为正整数；

预设工况下：所述N+1个压差点分别为：△P₀、△P₁、△P₂……△P_N；△P₀为预设工况下的初始压差，△P_N为预设工况下的终止压差；每个压差点对应的剩余寿命分别为：△T₀、△T₁、△T₂……△T_N；

实际工况下：N+1个实际压差点分别为：△P_实0、△P_实1、△P_实2……△P_实N；△P_实0为实际工况下的实际初始压差，△P_实N为实际工况下的实际终止压差；设初始时刻油液滤芯的压差为△P_实0，油液滤芯的实际压差到达第i个实际压差点△P_实i时的运行时间为T_i，则第i个实际压差点的剩余寿命修正因子k_i为：

第i个实际压差点的不确定度S_(ki)为：

为第i个实际压差点的剩余寿命修正因子的平均值。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述实际工况寿命预测单元确定的第i个实际压差点的剩余寿命修正因子的平均值为：