[發(fā)明專(zhuān)利]基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110066643.2
• 申請(qǐng)日: 2011-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102175449A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐玉秀;邢鋼;楊偉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M13/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M13/00;G01M1/16;G01H17/00;G06F19/00
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王來(lái)佳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組領(lǐng)域，尤其是一種基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法。

背景技術(shù)

隨著風(fēng)力機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步和能源需求的日益增長(zhǎng)，我國(guó)風(fēng)力機(jī)的發(fā)展呈現(xiàn)出大型化、海洋化的趨勢(shì)。葉片是風(fēng)力機(jī)組捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部件，對(duì)風(fēng)力機(jī)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片重達(dá)十幾噸，造價(jià)昂貴，一般風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)壽命在二十年以上，但風(fēng)力機(jī)所處的環(huán)境大都十分惡劣。尤其海上風(fēng)力機(jī)與陸上風(fēng)力機(jī)相比而言，運(yùn)行條件更復(fù)雜。因此在通常情況下，風(fēng)力機(jī)葉片運(yùn)行兩年即會(huì)發(fā)生膠衣磨損、脫落現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)小砂眼和裂紋；三年左右葉片即會(huì)出現(xiàn)大量砂眼，葉脊迎風(fēng)面尤為嚴(yán)重，風(fēng)力機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生阻力增加，葉片防雷能力降低；五年時(shí)即達(dá)到葉片損毀的事故的高發(fā)期，葉片外表面材料已被風(fēng)沙磨損至極限，葉片粘合縫已經(jīng)露出。這種狀態(tài)下風(fēng)力機(jī)的每次停車(chē)自振所引發(fā)的彎扭力都有可能使葉片的粘合處開(kāi)裂，并在橫向裂紋處折斷。通腔砂眼在雨季會(huì)使葉片內(nèi)進(jìn)水，從而導(dǎo)致防雷指數(shù)降低，雷擊葉片事故出現(xiàn)。六年左右，某些沿海的風(fēng)力機(jī)葉片已經(jīng)磨損到極限，葉片迎風(fēng)面完全是凹凸不平的砂眼，葉片運(yùn)轉(zhuǎn)阻力增加，發(fā)電量下降。一旦葉片發(fā)生損傷，就會(huì)影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，甚至造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的毀損。

根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析葉片故障主要由兩大類(lèi)原因，其中一個(gè)原因?yàn)閻毫託夂蛞鸬拇箫L(fēng)以及環(huán)境溫度的急劇變化導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片質(zhì)量偏心、剛度損傷的故障，另外一個(gè)因素就是長(zhǎng)期受到不同程度的振動(dòng)導(dǎo)致的葉片疲勞損傷的裂紋故障等。目前的葉片振動(dòng)故障只能監(jiān)測(cè)100HZ以下的頻率變化，也就是大風(fēng)引起的劇烈振動(dòng)才能使監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組剎車(chē)，但由于不知故障類(lèi)型和故障位置，故進(jìn)行維修維護(hù)非常困難；另一方面，大型風(fēng)力機(jī)葉片的前20階固有頻率才幾赫茲，屬于極低頻振動(dòng)，所以，目前對(duì)葉片故障不能實(shí)現(xiàn)有效的診斷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法，該診斷方法簡(jiǎn)單易行、靈敏度以及精度較高、診斷成本較低、能夠有效提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片安全性、可靠性，并且對(duì)葉片故障點(diǎn)定位、故障量化與預(yù)測(cè)準(zhǔn)確。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于風(fēng)力機(jī)應(yīng)變能響應(yīng)的葉片故障診斷方法，其診斷方法的步驟為：

(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，15≤M≤20；

(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；

(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片運(yùn)行狀態(tài)特征值，再與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值進(jìn)行比較得到診斷結(jié)果。

而且，所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值獲取方法為：

(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，根據(jù)葉片的振動(dòng)特性找出葉片的危險(xiǎn)點(diǎn)，15≤M≤20；

(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階的危險(xiǎn)點(diǎn)通過(guò)有限元計(jì)算模擬正常運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；

(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片正常狀態(tài)特征值。

而且，所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值獲取的方法為：

(1)通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和模態(tài)分析計(jì)算，獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的前M階固有頻率和模態(tài)，根據(jù)葉片的振動(dòng)特性找出葉片的危險(xiǎn)點(diǎn)，15≤M≤20；

(2)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階的危險(xiǎn)點(diǎn)通過(guò)有限元計(jì)算模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過(guò)有限元計(jì)算模擬葉片轉(zhuǎn)動(dòng)激勵(lì)加載，得到對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)，再將應(yīng)變能時(shí)域響應(yīng)通過(guò)計(jì)算變?yōu)閼?yīng)變能頻域響應(yīng)；

(3)將對(duì)應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片前M階危險(xiǎn)點(diǎn)的機(jī)艙傳感器設(shè)置點(diǎn)的應(yīng)變能頻域響應(yīng)通過(guò)應(yīng)變能及其變化率和支持向量機(jī)的方法獲取風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障狀態(tài)特征值。