风电机组塔架的损伤理论与振动监测

【摘要】：近年来,风电产业迅速发展,我国的风电更是在世界中居于领先的发展地位。随着风电场的规模越来越大,风电机组的数量越来越多,风电机组的维护也变得越来越重要,日益受到人们的关注。对风电机组进行在线监测和故障诊断,并建立一套完整的风电机组在线监测系统,能够有效地减少风电机组发生故障的概率,降低机组的维护成本,增加风电场的效益。 在整个风电机组中,塔架是起承载作用的部件,它的作用是支撑风轮和机舱,并且把风轮支撑到足够的高度上,以使风轮获得足够的能量从而能转动,并带动发电机按照额定的功率运行。可见对塔架不仅要有强度的要求还要有高度的要求,如果塔架发生弯曲变形甚至是折断,就会导致整个风电机组的停产甚至是倒塌,其后果是不可估量的。 本论文主要由四部分组成：第一部分介绍了塔架的基本知识；第二部分研究了塔架在正常风况和极限风况两种情况下的静力学分析；第三部分分析了塔架的疲劳强度；第四部分对风电机组关键部位的振动信号做了简要的分析。主要是以现在大型风电场通用的圆椎型塔架为模型,运用了有限元分析软件ANSYS作为工具对塔架进行了三维实体建模并建立了有限元分析模型,研究了塔架所受的载荷,并得出塔架在不同风况下的应力大小和位移变化,分析了塔架载荷测试点的选取。最后应用小波信号分析技术对风电机组的典型部件的振动信号进行了分析。为以后建立风电机组的预知维护档案做好了基础,为风电机组的在线监测与故障诊断分析提供了技术支持。 【关键词】：风电机组 风电塔架 静力学分析 疲劳强度分析 振动分析 预知维护
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 风力发电发展概况9-12
• 1.1.1 风力发电的背景9-10
• 1.1.2 风力发电发展现状和前景10-12
• 1.2 风力发电机组在线监测与维护发展现状12-15
• 1.2.1 事后维修阶段13
• 1.2.2 预知维护阶段13
• 1.2.3 状态监测阶段13-15
• 1.3 本课题的主要研究内容和研究意义15-16
• 第二章 风力发电机组及塔架16-27
• 2.1 风力发电机组介绍16-23
• 2.1.1 风力发电机组的简单介绍16-17
• 2.1.2 风力发电机组主要结构及其故障的简单介绍17-20
• 2.1.3 风力发电机组塔架概述20-23
• 2.2 常见的塔架故障类型23-24
• 2.3 有限元方法的应用24-26
• 2.3.1 有限元方法在现代机械结构中的应用24-25
• 2.3.2 有限元工具的简介25-26
• 2.3.3 损伤识别方法简介26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 塔架静力学的分析27-39
• 3.1 对塔架进行静力学分析的意义27
• 3.2 建立塔架有限元模型27-31
• 3.2.1 塔架的物理模型28
• 3.2.2 单元选择及网格的划分28-30
• 3.2.3 风力发电机组塔架的载荷分析30
• 3.2.4 塔架材料属性及边界条件30-31
• 3.3 塔架的静力学分析31-38
• 3.3.1 塔架顶端位移理论计算31-32
• 3.3.2 ANSYS静力学模拟分析32-38
• 3.3.3 分析与讨论38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 塔架疲劳强度分析39-45
• 4.1 疲劳分析理论概述39-42
• 4.1.1 疲劳的基本概念及现象39
• 4.1.2 疲劳曲线和疲劳极限39-40
• 4.1.3 疲劳分析流程40-41
• 4.1.4 疲劳积累损伤理论41-42
• 4.2 塔架的疲劳分析42-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第五章 塔架的振动监测45-52
• 5.1 塔架的振动测试45-46
• 5.1.1 塔架的振动特点45
• 5.1.2 传感器的布置原则45
• 5.1.3 载荷测试的条件45-46
• 5.2 振动信号的分析与处理46-48
• 5.2.1 小波变换的应用46-47
• 5.2.2 小波变换在振动信号中的应用47-48
• 5.3 小波变换在风电机组振动信号中的应用48-50
• 5.4 本章小结50-52
• 第六章 结论与展望52-54
• 6.1 全文总结及结论52
• 6.2 展望52-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果58-59
• 致谢59

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