葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件,承擔(dān)將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的任務(wù)。葉片工作的安全可靠性和能量轉(zhuǎn)換效率對(duì)整個(gè)風(fēng)力機(jī)組有著十分重要的影響。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量的不斷增大，葉片故障對(duì)風(fēng)力機(jī)組安全運(yùn)行構(gòu)成很大威脅，所以對(duì)葉片進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)非常重要。 本文采用理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片損傷前后的振動(dòng)特性變化進(jìn)行研究分析，找到了葉片損傷與其振動(dòng)特性變化的定量關(guān)系，并開(kāi)發(fā)出了基于振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)的風(fēng)力機(jī)葉片損傷動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（原型）系統(tǒng)。 首先，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片損傷的方式、常見(jiàn)損傷類型、損傷機(jī)理進(jìn)行分析，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片狀態(tài)檢測(cè)的常用方法，進(jìn)行了比較研究，提出了基于振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)的葉片損傷動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法。 其次，以結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基本方程為理論基礎(chǔ)，將葉片看成是根部完全固定的懸臂梁結(jié)構(gòu)，建立葉片運(yùn)動(dòng)的物理模型和數(shù)學(xué)模型。以15kW風(fēng)力機(jī)葉片為例，在ANSYS有限元軟件中建立葉片模型，對(duì)葉片在損傷前后情況下進(jìn)行模態(tài)分析，得到前5階固有頻率和振型,比較損傷前后葉片動(dòng)力特性的變化情況，并且計(jì)算出損傷前后的一階模態(tài)應(yīng)變能的變化值，得出損傷前后單元模態(tài)應(yīng)變能改變率的變化規(guī)律，獲得診斷葉片損傷位置與損傷程度的定量指標(biāo)。 最后，以1.25米風(fēng)力機(jī)葉片為試驗(yàn)對(duì)象，建立風(fēng)力機(jī)葉片損傷監(jiān)測(cè)振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，構(gòu)建相應(yīng)的信號(hào)采集系統(tǒng)。同時(shí)，基于LabVIEW軟件平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了風(fēng)力機(jī)葉片損傷動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并與江蘇東華測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了比較研究。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，本文開(kāi)發(fā)的葉片損傷動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，性能可靠。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)沙理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：TK83
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 風(fēng)力機(jī)葉片損傷監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 本文研究?jī)?nèi)容
第二章 風(fēng)力機(jī)葉片損傷機(jī)理以及識(shí)別方法
    2.1 造成風(fēng)力機(jī)葉片損傷的原因
        2.1.1 運(yùn)輸、安裝過(guò)程造成的損傷
        2.1.2 自然環(huán)境造成的損傷
        2.1.3 運(yùn)行過(guò)程中造成的損傷
    2.2 葉片常見(jiàn)的損傷類型
        2.2.1 表面磨損
        2.2.2 表面剝蝕與脫落
        2.2.3 材料碳化
        2.2.4 材料脆化
        2.2.5 裂紋與開(kāi)裂
    2.3 葉片損傷產(chǎn)生的機(jī)理
        2.3.1 砂眼產(chǎn)生的機(jī)理
        2.3.2 裂紋產(chǎn)生的機(jī)理
        2.3.3 雷擊造成損傷的機(jī)理
    2.4 葉片損傷識(shí)別的常用方法
        2.4.1 聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)
        2.4.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)
        2.4.3 紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)
        2.4.4 振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)
    2.5 本章小結(jié)
第三章 模態(tài)應(yīng)變能理論及其在風(fēng)力機(jī)葉片損傷識(shí)別中的應(yīng)用
    3.1 模態(tài)應(yīng)變能理論
    3.2 損傷前后葉片動(dòng)力特性的有限元計(jì)算
        3.2.1 風(fēng)力機(jī)葉片建模方法
        3.2.2 葉片動(dòng)力學(xué)特性有限元分析方法
    3.3 計(jì)算實(shí)例
        3.3.1 15kW 風(fēng)力機(jī)葉片葉正常狀態(tài)下的模態(tài)分析
        3.3.2 15kW 風(fēng)力機(jī)葉片損傷狀態(tài)下的模態(tài)分析
        3.3.3 模態(tài)應(yīng)變能在葉片損傷前后識(shí)別中的應(yīng)用
    3.4 本章小結(jié)
第四章 基于振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)的風(fēng)力機(jī)葉片損傷診斷方法
    4.1 葉片振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)
        4.1.1 葉片振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成
        4.1.2 葉片振動(dòng)信號(hào)的基本特征參數(shù)
    4.2 從振動(dòng)信號(hào)中提取風(fēng)力機(jī)葉片振動(dòng)模態(tài)參數(shù)的方法
        4.2.1 提取振動(dòng)模態(tài)參數(shù)基本過(guò)程
        4.2.2 模態(tài)參數(shù)識(shí)別判斷方法
    4.3 基于葉片振動(dòng)模態(tài)信息的損傷診斷方法
        4.3.1 風(fēng)力機(jī)葉片損傷定位方法
        4.3.2 損傷程度判斷方法
    4.4 本章小結(jié)
第五章 風(fēng)力機(jī)葉片損傷動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用
    5.1 風(fēng)力機(jī)葉片損傷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
        5.1.1 硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成
        5.1.2 系統(tǒng)軟件的功能設(shè)計(jì)
    5.2 風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件配置
        5.2.1 壓電加速度傳感器的選型
        5.2.2 電荷放大器的選用
        5.2.3 數(shù)據(jù)采集卡的選用
    5.3 風(fēng)力機(jī)葉片損傷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)
        5.3.1 LabVIEW 軟件平臺(tái)簡(jiǎn)介
        5.3.2 參數(shù)設(shè)置模塊
        5.3.3 數(shù)據(jù)采集模塊
        5.3.4 信號(hào)數(shù)據(jù)處理模塊
        5.3.5 參數(shù)識(shí)別模塊
        5.3.6 振型阻尼識(shí)別模塊
        5.3.7 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷模塊
    5.4 系統(tǒng)主要界面設(shè)計(jì)
    5.5 實(shí)驗(yàn)室性能測(cè)試
    5.6 損傷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
        5.6.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及試驗(yàn)裝置
        5.6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    5.7 本章小結(jié)
總結(jié)
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄 A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文
詳細(xì)摘要

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