風能是大自然中普遍存在的綠色、清潔新能源,受到世界各國人們的廣泛關注和大力發(fā)展。風電塔筒作為風機的主要組成部件,長期服役于惡劣的自然環(huán)境中,因受周期性復雜載荷的激勵及焊接接頭缺陷的影響,塔筒很容易產生破壞性裂紋,從而導致塔筒結構的失效,嚴重威脅著風機系統(tǒng)的運行安全。塔筒一旦發(fā)生倒塌事故,會給企業(yè)帶來巨大的經濟損失,并且還可能會造成人員傷亡,因此對在役風電塔筒缺陷的實時在線監(jiān)測顯得尤為重要。通過對塔筒破壞性裂紋誘因的定性和定位研究,可及時對其采取有效的防范及補救措施,從而避免了塔筒倒塌事故的發(fā)生,為風電企業(yè)挽回巨大的經濟損失。聲發(fā)射檢測作為一種新型的動態(tài)實時檢測技術,可通過傳感器的有效分布來實現(xiàn)大型結構件的整體檢測,能夠檢測到在役塔筒存在的動態(tài)缺陷,且檢測效率普遍高于常規(guī)的無損檢測方法。聲發(fā)射技術在工程檢測領域的應用具有美好前景,并且將聲發(fā)射檢測技術應用于在役風電塔筒健康狀態(tài)的評估及在線監(jiān)測是可靠的。本文從在役風電塔筒檢測的工程應用和實時監(jiān)測出發(fā),以塔筒本身及制造材料為研究主體,利用聲發(fā)射儀采集了Q345E鋼不同焊縫缺陷的特征AE信號,以及塔筒不同環(huán)焊縫處所產生的裂紋源AE信號,對其進行了處理和分析,探討了引發(fā)破壞性裂紋產生的焊縫缺陷類型,通過缺陷圖譜分析可實現(xiàn)焊縫不同類型缺陷的識別,并采用神經網絡對缺陷的位置進行了準確定位,驗證了聲發(fā)射檢測技術應用于風電現(xiàn)場塔筒監(jiān)測的可行性。主要的研究工作及成果如下:針對塔筒制造過程中,焊接接頭缺陷對風電塔筒運行安全的危害問題,本文通過對預制有內部缺陷的塔筒原材料(Q345E鋼)焊縫試件進行三點彎曲試驗,獲取了不同類型缺陷的Q345E焊縫在彎曲損傷過程中的特征聲發(fā)射信號。除了對不同缺陷焊縫原始聲發(fā)射信號進行小波降噪和重構外,還對重構后不同焊縫缺陷的聲發(fā)射信號進行了特征參量分析、FFT變換的頻譜分析、小波時頻分析、三維HHT變換的幅值分析,提取了不同類型缺陷特征信號在相同頻率段內所占的能量比例系數(shù)。研究結果表明,在相同實驗條件下,不同類型缺陷的AE信號在特征參數(shù)、頻率及相同頻率段內能量所占比例方面存在差異;對缺陷原始特征信號的降噪和重構,在降低了噪聲信號的同時,提高了缺陷信號的信噪比,使特征信號更能反映缺陷的真實特征;對處理后的AE信號進行多種處理方法的比較,發(fā)現(xiàn)三維HHT變換的幅值圖譜具有更好的局部分析能力和高分辨率,能更很好地反映出不同焊縫缺陷聲發(fā)射信號的特征,可以有效識別出焊縫缺陷的類型。針對聲發(fā)射傳感器分布及信號衰減對神經網絡定位輸出結果的影響,此次研究以酒泉水電四局在建的2WM風電機組的下段塔筒為實驗平臺,通過斷鉛模擬裂紋聲發(fā)射源的產生,在該平臺上開展了信號傳播衰減試驗和缺陷聲發(fā)射源定位試驗。采用信號參數(shù)的能量、上升計數(shù)、幅值和RMS值描述了聲發(fā)射信號的衰減性能,研究結果表明:聲發(fā)射信號在塔筒中的有效傳播距離在8米左右,將聲發(fā)射監(jiān)測技術應用于在役塔筒的實時監(jiān)測是可行的;缺陷特征信號經過3條焊縫后,信號的幅值、上升計數(shù)、能量及RMS等特征參數(shù)符合衰變規(guī)律,隨著其經過環(huán)焊縫條數(shù)的增多,聲發(fā)射信號的波形在傳播過程中發(fā)生了轉換,使特征信號部分參數(shù)發(fā)生改變,這種變化會導致裂紋源定位的不準確。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM614

【參考文獻】

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本文編號：2025368