垂直轴风力机状态监测与故障分析
发布时间：2021-07-20 05:16
垂直轴风力机具有叶片简单易加工、运行噪声低、环境污染小、安装维护方便等特点,受到了广泛的关注。本文基于垂直轴风力机样机进行实验,研究状态监测和故障诊断技术在风力发电领域的应用。借鉴状态监测技术在国内外的应用情况,针对垂直轴风力机的状态监测和故障诊断进行了相关研究,主要研究内容如下:首先,对垂直轴风力机的结构进行了分析,分析需要进行重点监测的位置;主要对风力机的叶片、支撑横梁和主轴进行监测,针对各部分进行了静力学分析和模态分析;根据分析的结果对叶片、支撑横梁和主轴设计出具体的监测方案,主要进行应力应变测试和振动测试;对常用的故障信号分析方法进行了简单介绍。然后,根据设计的监测方案进行了硬件设计,主要包括电源模块、信号处理模块、应变片测量电路的设计和无线传输模块以及振动加速度传感器的选择。将设计的监测系统安装在风力机样机上,搭建了由风力机样机、小型风洞和dSPACE半物理仿真平台组成的实验系统。最后,对监测系统进行了相关实验,主要包括风洞的风速分布测试、叶片的静态应力测试实验和动态应力测试实验、支撑横梁和主轴的应力测试实验、主轴的振动测试实验和有撞击时振动测试,对测试的实验数据进行了处理分...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１大型风力机的检修维护?图１．２海上大型风力机的检修维护??风力机的检测与维护是十分困难的，出现故障检测维修的时间也很长，这是限制风??
传感器和１个转速计，将采集的信号接入智能采集单元，通过智能采集单元对信号进行??处理，然后通过无线网络将数据发送到服务器上，用户可登录服务器查看运行数据，并??进行分析１１３１。在线振动监测系统连接示意图如图１．３所示。??丨，＇－?Ｉ??Ｉ?机一??—?，〇?＇??議?．．卿壽??｜?Ｉｖｉ＇ｎＶ＊＊?．??卜—〇?．Ｏ?ｕ—??鴻Ｍ慎銻件发这报着窃想―?｜?ＵＮ?＞?？??通时＊８?发一?一?ｊ?？＇、Ｉ＾Ｊ?士?ｏｆ—ｔ?＾?漏?篆．??；；?＾Ｓｍｍ?Ｏｔｒｏｉ２??；??????——？?隱：＂＾屬??图１．３在线振动监测系统ＳＫＦ?ＷｉｎｄＣｏｎ２．０?图１．４德国Ｐｈｏｅｎｉｘ?Ｃｏｎｔａｃｔ的监控系统??如图１．４所示为德国Ｐｈｏｅｎｉｘ?Ｃｏｎｔａｃｔ公司推出的风力设备监控系统，用于风力机叶片??的张力监测。基于放置在叶片内部的变形测量器，叶片张力监测系统能监测并分析测量??器的参数，并推算出风力设备的机械应力载荷。如果超过设定的门限值，输出设备发出??警报信号。??如图１．５所示是由诺丁汉大学ＰＪ．?Ｓｃｈｕｂｅｌ和ＲＪ．?Ｃｒｏｓｓｌｅｙ等同学研究的基于光纤光栅??传感器测量大型风力机叶片的应变，通过测量在叶片表面预先设点的监测点的应变变化??情况，能够优化风力机的叶片结构，检测风力机的临界载荷条件和预测维护计划。通过??密集阵列的传感器对风力机叶片进行测量
Ｉ?ｈ．?％??：Ｉｔ?．／’?ｙ：ｌ?．?ｔ；：＾Ｋ??图１．５大型风力机叶片应变监测试验??美国克拉克森大学的Ｔｙｌｅｒ?Ｊ?Ａｒｓｅｎａｕｌｔ和Ａｊｉｔ?Ａｃｈｕｔｈａｎ等同学基于分布式应变传感系??统对实验室的小型水平轴风力机进行应力测试。如图１．６所示是对单叶片进行静力加载试??验，测试叶片的应变与受力的一致性，判断应变片的安装和数据测量的准确性。图１．７??所示是利用风洞进行动态测试，观察风力机的动态特性与运行条件的关系，将采集到的??数据与单叶片动态试验进行比较分析。该试验只使用在实验室阶段，并未在大型风力机??上进行推广［１５］。??網??ｍ?Ｉ?ｎｒ?＇?Ｊ??图１＿６叶片的静力加载试验?图１．７风力机的风洞试验??在国内，状态监测技术在风机上的应用还处于起步阶段，各风机制造商逐渐开始进??行试验性地工作。随着风力发电技术的进步和保险市场的成熟，在风机上配置状态监测??系统将成为必然趋势［１６］。??２０１２年１０月，北京英华达公司的ＥＮ３６００风机振动监测与故障诊断系统在风机安装??使用，对风机的运行状态进行监测，如图１．８是风力机振动加速度传感器的安装测点部位??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]H型垂直轴风力机翼型的数值模拟及优化[J]. 张健宇,李学敏,陈帆,田仁斌. 流体机械. 2012(10)
[2]STM32F107VCT6平台下的bxCAN总线技术研究[J]. 胡洪坡,梁书剑,郑振华,王铁军,杨华. 单片机与嵌入式系统应用. 2012(09)
[3]风力机状态监测与故障诊断技术研究[J]. 吴娜,孙丽玲,杨普. 华北水利水电学院学报. 2012(02)
[4]风力发电机组状态监测系统研究[J]. 吕跃刚,关晓慧,刘俊承. 自动化与仪表. 2012(01)
[5]高精度电阻测量方法及其应用[J]. 陶蓓,朱静,刘玉涛. 计量与测试技术. 2011(10)
[6]风电机组故障诊断实现方法探讨[J]. 梁伟宸,许湘莲,庞可,杨明明. 高压电器. 2011(08)
[7]风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展[J]. 陈雪峰,李继猛,程航,李兵,何正嘉. 机械工程学报. 2011(09)
[8]风力发电机组状态监测系统与故障诊断方法研究现状[J]. 谢源,焦斌. 上海电机学院学报. 2010(06)
[9]在线设备状态监测与故障诊断技术的应用[J]. 李建华. 石油化工设备. 2010(03)
[10]振动监测技术在风力发电机组的应用[J]. 任玉亭. 内蒙古电力技术. 2010(02)
硕士论文
[1]水平轴风力机叶片有限元建模及仿真[D]. 马骏腾.南京航空航天大学 2012
[2]风力机叶片机械损伤动态监测方法与技术研究[D]. 李芒芒.长沙理工大学 2012
[3]基于CORTEX-M3和CAN总线的印染联合机同步控制系统[D]. 穆腾飞.东华大学 2012
[4]小型风力发电机叶片设计及仿真分析[D]. 宋芳芳.浙江大学 2012
[5]下肢外骨骼助力机器人系统研究[D]. 杨杰乾.哈尔滨工程大学 2012
[6]垂直轴风力发电监测系统设计[D]. 赵闻.山东大学 2011
[7]风力发电机组振动在线监测及故障诊断[D]. 张小科.华北电力大学（北京） 2011
[8]风力发电机叶片结构有限元分析[D]. 李彦蓉.华北电力大学（北京） 2011
[9]腿康复机器人主被动控制及实验研究[D]. 李长胜.哈尔滨工程大学 2011
[10]垂直轴风力机变桨距控制参数优化选择的研究[D]. 郑树育.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3292209
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１大型风力机的检修维护?图１．２海上大型风力机的检修维护??风力机的检测与维护是十分困难的，出现故障检测维修的时间也很长，这是限制风??
传感器和１个转速计，将采集的信号接入智能采集单元，通过智能采集单元对信号进行??处理，然后通过无线网络将数据发送到服务器上，用户可登录服务器查看运行数据，并??进行分析１１３１。在线振动监测系统连接示意图如图１．３所示。??丨，＇－?Ｉ??Ｉ?机一??—?，〇?＇??議?．．卿壽??｜?Ｉｖｉ＇ｎＶ＊＊?．??卜—〇?．Ｏ?ｕ—??鴻Ｍ慎銻件发这报着窃想―?｜?ＵＮ?＞?？??通时＊８?发一?一?ｊ?？＇、Ｉ＾Ｊ?士?ｏｆ—ｔ?＾?漏?篆．??；；?＾Ｓｍｍ?Ｏｔｒｏｉ２??；??????——？?隱：＂＾屬??图１．３在线振动监测系统ＳＫＦ?ＷｉｎｄＣｏｎ２．０?图１．４德国Ｐｈｏｅｎｉｘ?Ｃｏｎｔａｃｔ的监控系统??如图１．４所示为德国Ｐｈｏｅｎｉｘ?Ｃｏｎｔａｃｔ公司推出的风力设备监控系统，用于风力机叶片??的张力监测。基于放置在叶片内部的变形测量器，叶片张力监测系统能监测并分析测量??器的参数，并推算出风力设备的机械应力载荷。如果超过设定的门限值，输出设备发出??警报信号。??如图１．５所示是由诺丁汉大学ＰＪ．?Ｓｃｈｕｂｅｌ和ＲＪ．?Ｃｒｏｓｓｌｅｙ等同学研究的基于光纤光栅??传感器测量大型风力机叶片的应变，通过测量在叶片表面预先设点的监测点的应变变化??情况，能够优化风力机的叶片结构，检测风力机的临界载荷条件和预测维护计划。通过??密集阵列的传感器对风力机叶片进行测量
Ｉ?ｈ．?％??：Ｉｔ?．／’?ｙ：ｌ?．?ｔ；：＾Ｋ??图１．５大型风力机叶片应变监测试验??美国克拉克森大学的Ｔｙｌｅｒ?Ｊ?Ａｒｓｅｎａｕｌｔ和Ａｊｉｔ?Ａｃｈｕｔｈａｎ等同学基于分布式应变传感系??统对实验室的小型水平轴风力机进行应力测试。如图１．６所示是对单叶片进行静力加载试??验，测试叶片的应变与受力的一致性，判断应变片的安装和数据测量的准确性。图１．７??所示是利用风洞进行动态测试，观察风力机的动态特性与运行条件的关系，将采集到的??数据与单叶片动态试验进行比较分析。该试验只使用在实验室阶段，并未在大型风力机??上进行推广［１５］。??網??ｍ?Ｉ?ｎｒ?＇?Ｊ??图１＿６叶片的静力加载试验?图１．７风力机的风洞试验??在国内，状态监测技术在风机上的应用还处于起步阶段，各风机制造商逐渐开始进??行试验性地工作。随着风力发电技术的进步和保险市场的成熟，在风机上配置状态监测??系统将成为必然趋势［１６］。??２０１２年１０月，北京英华达公司的ＥＮ３６００风机振动监测与故障诊断系统在风机安装??使用，对风机的运行状态进行监测，如图１．８是风力机振动加速度传感器的安装测点部位??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]H型垂直轴风力机翼型的数值模拟及优化[J]. 张健宇,李学敏,陈帆,田仁斌. 流体机械. 2012(10)
[2]STM32F107VCT6平台下的bxCAN总线技术研究[J]. 胡洪坡,梁书剑,郑振华,王铁军,杨华. 单片机与嵌入式系统应用. 2012(09)
[3]风力机状态监测与故障诊断技术研究[J]. 吴娜,孙丽玲,杨普. 华北水利水电学院学报. 2012(02)
[4]风力发电机组状态监测系统研究[J]. 吕跃刚,关晓慧,刘俊承. 自动化与仪表. 2012(01)
[5]高精度电阻测量方法及其应用[J]. 陶蓓,朱静,刘玉涛. 计量与测试技术. 2011(10)
[6]风电机组故障诊断实现方法探讨[J]. 梁伟宸,许湘莲,庞可,杨明明. 高压电器. 2011(08)
[7]风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展[J]. 陈雪峰,李继猛,程航,李兵,何正嘉. 机械工程学报. 2011(09)
[8]风力发电机组状态监测系统与故障诊断方法研究现状[J]. 谢源,焦斌. 上海电机学院学报. 2010(06)
[9]在线设备状态监测与故障诊断技术的应用[J]. 李建华. 石油化工设备. 2010(03)
[10]振动监测技术在风力发电机组的应用[J]. 任玉亭. 内蒙古电力技术. 2010(02)
硕士论文
[1]水平轴风力机叶片有限元建模及仿真[D]. 马骏腾.南京航空航天大学 2012
[2]风力机叶片机械损伤动态监测方法与技术研究[D]. 李芒芒.长沙理工大学 2012
[3]基于CORTEX-M3和CAN总线的印染联合机同步控制系统[D]. 穆腾飞.东华大学 2012
[4]小型风力发电机叶片设计及仿真分析[D]. 宋芳芳.浙江大学 2012
[5]下肢外骨骼助力机器人系统研究[D]. 杨杰乾.哈尔滨工程大学 2012
[6]垂直轴风力发电监测系统设计[D]. 赵闻.山东大学 2011
[7]风力发电机组振动在线监测及故障诊断[D]. 张小科.华北电力大学（北京） 2011
[8]风力发电机叶片结构有限元分析[D]. 李彦蓉.华北电力大学（北京） 2011
[9]腿康复机器人主被动控制及实验研究[D]. 李长胜.哈尔滨工程大学 2011
[10]垂直轴风力机变桨距控制参数优化选择的研究[D]. 郑树育.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3292209
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