風(fēng)機葉片故障診斷傳感器布置方法研究.pdf

1、風(fēng)機葉片是風(fēng)力發(fā)電機組的基礎(chǔ)和關(guān)鍵部件之一，葉片的健康狀態(tài)是整個風(fēng)電機組安全可靠運行的前提，一直以來被行業(yè)人員譽為風(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，不可避免地會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)傷損。隨著傷損積累到一定程度，可能會導(dǎo)致葉片失穩(wěn)、斷裂，從而造成國民經(jīng)濟(jì)損失和社會不良影響，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，從而降低檢測成本及提高檢測精度和穩(wěn)定性。本文采用有限元仿真和物理模型實驗相結(jié)合的方式對風(fēng)力發(fā)電機葉片的傳感器優(yōu)化布置進(jìn)行重點研究，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，并對模型進(jìn)行了模態(tài)分析?；贏NSYS軟件平臺，結(jié)合葉片基本參數(shù)詳細(xì)闡述了1.2MW級大型水平軸風(fēng)機葉片模型構(gòu)建過程，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階自振頻率和對應(yīng)的位移振型。
　　其次，針對傳統(tǒng)測點布置方法應(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立法、運動能量法和模態(tài)置信準(zhǔn)則等多方面優(yōu)勢，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點配置方案，并將其與有效獨立法和有效獨立驅(qū)動點殘差法方案進(jìn)行了對比分析，通過數(shù)值仿真結(jié)果表明，本文所提出的組合方法的測點優(yōu)選結(jié)果的模態(tài)可觀測

4、性能最好。
　　再次，通過仿真計算得到15kW小型風(fēng)機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)機葉片的動態(tài)特性測試實驗平臺，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信號，然后采用自互功率譜法對葉片進(jìn)行模態(tài)參數(shù)識別，從而確定小型葉片的各階頻率與振型。
　　最后，通過實驗中實測的葉片的固有頻率和振型與ANSYS仿真結(jié)果對比分析，發(fā)現(xiàn)基于平均模態(tài)動能系數(shù)的組合算法與仿真結(jié)果更為接近，從而證明了