[發明專利]一種監測風電機組疲勞狀態的方法

無效

• 申請號: 201410360695.4
• 申請日: 2014-07-25
• 公開（公告）號: CN104101500A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 蘇志勇;關中杰;張海華;趙磊
• 申請（專利權）人: 北車風電有限公司
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 肖健

技術領域

本發明涉及一種監測風電機組疲勞狀態的方法。

背景技術

我國的疲勞研究工作起步比較晚，但近30年來發展較快。航空部門已經將疲勞設計作為飛機零部件設計的一個主要內容。而在一般的機械設計部門，很少考慮疲勞設計。主要原因有兩方面：一方面是國內機械設計人員對疲勞問題的重要性認識不足，另一方面是國內缺乏詳細全面的國產機械材料疲勞性能數據和疲勞設計數據。國內的疲勞分析工作基本都是借助國外的一些疲勞分析軟件，例如MSC.Fatigue、ANSYS、FE.SAFE等。這在一定程度上限制了工程技術人員對于疲勞分析的應用。

風電機組主軸及螺栓的疲勞問題關系到整個風電機組性能的好壞，然而，國內針對這個問題還很少有人去研究。國內風電企業對于兆瓦級風電機組中涉及到的主軸、高強度螺栓等的設計校核還處于引進吸收階段，還不能自主研發。這在一定程度上制約了中國的風電企業進軍海外市場。

發明內容

為解決以上技術上的不足，本發明提供了一種監測風電機組疲勞狀態的方法，能夠了解機組的疲勞狀態，從而進行更為有效和合理的機組出力分配和維護。

本發明是通過以下措施實現的：

本發明的一種監測風電機組疲勞狀態的方法，包括以下步驟：

步驟1，在風電機組的關鍵部件貼上應變片，部件的形變使應變片產生相應大小的電阻變化量；以應變片作為采集終端，以風場的SCADA網絡作為信息傳遞網絡，建立信息采集系統；

步驟2，建立疲勞計算系統，將信息采集系統采集到的所有應變片反饋的電阻變化量進行處理，并分解為對應各個部件的載荷n，然后將各個部件的載荷n結合該部件材料的S-N曲線通過雨流計數法進行分析，得出該部件當前所受到的疲勞損傷值N；

步驟3，在疲勞計算系統中定義一個疲勞指數的數學指標，然后通過疲勞計算系統將機組各部件的疲勞指數進行綜合計算得出該機組的疲勞指數，機組疲勞指數計算如下：

F_i＝Σ(f₁c₁+f₂c₂+…f_ic_i)???[1]

式[1]中F_i為機組疲勞指數；f₁為部件1的疲勞指數，對應各部件共i個；c₁為部件1在機組整個疲勞指數所占權重，對應各部件共i個；

以S-N曲線的計算公式為依據，得到部件疲勞指數計算的經驗公式，如下：

f＝ψ(n，S，L)?????[2]

式[2]中n代表部件載荷；S為部件形狀因子；L為部件材料因子。

本發明的有益效果是：將現代測量技術和疲勞理論結合，通過對風電機組部件增加應變片的方式建立信息采集系統和疲勞計算系統，通過分析可重出當前機組的疲勞狀態。可較為直觀地了解當前風場內所有機組的疲勞狀態，從而進行更為有效和合理地對機組進行出力分配和維護，使風場獲得更好的收益。

附圖說明

圖1為本發明的工作流程框圖。

具體實施方式

本發明的監測風電機組疲勞狀態的方法，主要利用在機組關鍵部件增加應變片的方式建立信息采集系統并建立疲勞計算系統來計算機組當前疲勞狀態，信息傳遞網絡可借用風場現有SCADA網絡。

電阻應變計主要是通過電阻應變計簡稱應變片將塔基材料的變形量轉變為電信號，輸入相關的儀器進行分析，再通過風電機組的受力分析得出當前機組的疲勞狀況。應變片目前主要用金屬制成，其工作原理是電阻應變效應，在金屬受到應力作用時，其電阻值隨著其發生的機械變形(拉伸或壓縮)的大小而發生相應的變化。應變片在承受應力而發生機械變形的過程中，ρ、L、S三者都要發生變化，從而必然會引起應變片電阻值的變化。當受外力伸張時，長度增加，截面積減小，電阻值增加；當受壓力縮短時，長度減小，截面積增大，電阻值減小。因此，只要能測出電阻值的變化，便可知應變片的應變情況。

在風電機組的關鍵部件貼上應變片，部件的形變使應變片產生相應大小的電阻變化量；以應變片作為采集終端，以風場的SCADA網絡作為信息傳遞網絡，從而建立信息采集系統。

建立疲勞計算系統，將信息采集系統采集到的所有應變片反饋的電阻變化量進行處理，并分解為對應各個部件的載荷n，然后將各個部件的載荷n結合該部件材料的S-N曲線通過雨流計數法進行分析，得出該部件當前所受到的疲勞損傷值N；