風(fēng)機(jī)葉片故障診斷傳感器布置方法研究.pdf

1、風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)和關(guān)鍵部件之一，葉片的健康狀態(tài)是整個(gè)風(fēng)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行的前提，一直以來(lái)被行業(yè)人員譽(yù)為風(fēng)電事業(yè)的生命線。葉片在服役期間，往往工作在交變載荷、沙塵雨雪等惡劣的野外自然環(huán)境中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)傷損。隨著傷損積累到一定程度，可能會(huì)導(dǎo)致葉片失穩(wěn)、斷裂，從而造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)不良影響，甚至人員傷亡。因此，葉片結(jié)構(gòu)故障診斷已經(jīng)成為葉片研究的一個(gè)重要方向，而作為葉片結(jié)構(gòu)故障診斷系統(tǒng)重要組成部分的傳感器優(yōu)化布置更成為

2、一個(gè)不可回避的研究方向，即利用盡量少的傳感器獲得盡可能多的結(jié)構(gòu)模態(tài)信息，從而降低檢測(cè)成本及提高檢測(cè)精度和穩(wěn)定性。本文采用有限元仿真和物理模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的傳感器優(yōu)化布置進(jìn)行重點(diǎn)研究，其主要工作如下：
　　首先，在分析了葉片基本物理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，建立了葉片精確三維有限元模型，并對(duì)模型進(jìn)行了模態(tài)分析。基于ANSYS軟件平臺(tái)，結(jié)合葉片基本參數(shù)詳細(xì)闡述了1.2MW級(jí)大型水平軸風(fēng)機(jī)葉片模型構(gòu)建過(guò)程，并具體討論了其材料屬性和

3、單元類型的選取。然后將得到的模型，利用結(jié)構(gòu)模態(tài)分析技術(shù)得到了其前5階自振頻率和對(duì)應(yīng)的位移振型。
　　其次，針對(duì)傳統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置方法應(yīng)用于葉片故障診斷中的不足，提出了組合傳感器布置方法。該方法綜合了有效獨(dú)立法、運(yùn)動(dòng)能量法和模態(tài)置信準(zhǔn)則等多方面優(yōu)勢(shì)，把該方法與1.2MW模型數(shù)據(jù)相結(jié)合獲得了組合方法的測(cè)點(diǎn)配置方案，并將其與有效獨(dú)立法和有效獨(dú)立驅(qū)動(dòng)點(diǎn)殘差法方案進(jìn)行了對(duì)比分析，通過(guò)數(shù)值仿真結(jié)果表明，本文所提出的組合方法的測(cè)點(diǎn)優(yōu)選結(jié)果的模態(tài)可觀測(cè)

4、性能最好。
　　再次，通過(guò)仿真計(jì)算得到15kW小型風(fēng)機(jī)葉片模型的三種算法的傳感器配置方案，然后按照三種傳感器布置方案搭建小型風(fēng)機(jī)葉片的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用加速度傳感器和在線式數(shù)據(jù)采集儀拾取葉片振動(dòng)信號(hào)，然后采用自互功率譜法對(duì)葉片進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識(shí)別，從而確定小型葉片的各階頻率與振型。
　　最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)中實(shí)測(cè)的葉片的固有頻率和振型與ANSYS仿真結(jié)果對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)基于平均模態(tài)動(dòng)能系數(shù)的組合算法與仿真結(jié)果更為接近，從而證明了