【摘要】：随着日渐枯竭的化石能源及日益严重的环境问题,风能成为越来越重要的新能源。风力机行业中,需经常对运行工况的风轮动态特性进行实时监测,但风轮为旋转机械,对风轮的直接监测较为困难;且风力发电机为刚柔耦合的多体系统,风力机运行过程中,风轮的动态特性会通过转轴传递到塔架,对塔架的振动产生影响;塔架受到风载、机组自重、偏心距等载荷作用,也会对风轮的动态特性产生影响。由此考虑能否在塔架上寻找合适的加速度测点位置,通过塔架的振动信号实现对风轮动态特性的间接监测。所以本文着重研究风轮与塔架振动特性的关联性。本文利用PULSE20.0振动测试分析系统及应力应变旋转遥测系统,从静、动态两个方面对风轮与塔架的振动特性的关联性进行研究。实验先对风轮进行模态测试,得到风轮的模态参数,再采用谱分析法对风轮应变频谱和塔架振动频谱进行关联分析,发现风轮应变频率与塔架振动频率的峰值一一对应,并且进一步就风轮动态特性对塔架振动产生的影响、塔架振动对风轮动态特性的影响进行研究。其主要内容如下:对风轮与塔架进行同步测试,通过谱分析法发现,风轮应变频谱的峰值频率与塔架振动频谱的峰值频率能够一一对应,得到塔架(含发电机)上能够较好反映风轮动态特性的几个振动信号监测位置:塔架顶端的横向振动能较好反映风轮一阶对称与反对称振动属性;塔架顶端以及距塔架顶端0.3l处的轴向振动能较好反映风轮一阶反对称振动属性;发电机靠近风轮侧侧端及发电机底端的轴向振动能较好反映风轮一阶对称振动属性。在实际的风轮结构状态监测中,可以根据实际情况选择振动信号监测点。通过分析塔架不同振动方向的加速度值,发现非共振工况,风轮动态特性传递到塔架,表现为横向振动强于轴向振动;共振工况下则塔架轴向振动强于横向振动。风轮旋转会对塔架振动产生较大影响,塔架振动也会反作用于风轮。研究发现,塔架非共振工况下,风轮应变规律为:翼展方向,风轮的应变最大位置在靠近叶根处;叶根处弦长方向,0°和45°方向,应变最大位置位于相对弦长0.25C处附近,90°方向应变最大位置在靠近前缘处。塔架共振会改变风轮的应变分布规律:翼展方向,0°和45°方向的应变最大区域由靠近叶根处后移至相对半径0.47R附近;90°方向的应变最大区域由靠近叶根处后移至相对半径0.60R附近。本文通过实验研究,探索一种在塔架上布置加速度传感器来诊断风轮叶片运行工况的新方法,为工程应用中风轮动态特性的实时监测与诊断提供了一种新思路,同时对风轮旋转对塔架振动的影响及塔架振动对风轮动态特性的影响进行了相关研究,对于工程应用具有一定现实意义。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TK83
【参考文献】
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2793414
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