風(fēng)力機(jī)槳葉覆冰狀態(tài)監(jiān)測(cè)理論與技術(shù)研究.pdf

1、隨著社會(huì)發(fā)展，人們的能源需求在不斷增加，同時(shí)人類也更加注重清潔可再生能源的開(kāi)發(fā)與利用，風(fēng)力發(fā)電量占總發(fā)電量的比例不斷增加。運(yùn)行在我國(guó)風(fēng)力資源豐富的“三北”地區(qū)的風(fēng)力機(jī)組，冬季結(jié)冰是一種普遍現(xiàn)象。風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰不但影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，而且影響機(jī)組的出力，降低風(fēng)力機(jī)組的能量轉(zhuǎn)換效率。因此，風(fēng)電機(jī)組槳葉的防冰與除冰技術(shù)研究目前已經(jīng)成為本領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問(wèn)題。
　　 本文對(duì)已有的覆冰檢測(cè)方法進(jìn)行分析說(shuō)明，提出將曲率模態(tài)分析方法用于

2、風(fēng)力機(jī)葉片覆冰檢測(cè)。在曲率模態(tài)理論和差分法基礎(chǔ)上，研究得到一種應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)葉片覆冰檢測(cè)的方法與技術(shù)。本文定義出了葉片覆冰狀態(tài)參數(shù)，包括覆冰區(qū)域起點(diǎn)參數(shù)、覆冰區(qū)域長(zhǎng)度參數(shù)和覆冰厚度參數(shù)，從而構(gòu)建起描述葉片覆冰狀態(tài)的模型。建立1.12m長(zhǎng)的風(fēng)力機(jī)葉片三維實(shí)體模型，應(yīng)用ANSYS有限元軟件對(duì)葉片模型在覆冰前后進(jìn)行模態(tài)分析，得到前6階固有頻率和振型，比較風(fēng)力機(jī)葉片覆冰前后動(dòng)力學(xué)特性的變化。葉片根部區(qū)域覆冰后，葉片結(jié)構(gòu)以剛度增加為主，故固有頻率升

3、高。葉片葉尖區(qū)域覆冰后，葉片結(jié)構(gòu)以質(zhì)量分布變化為主，導(dǎo)致固有頻率下降。所以，根據(jù)頻率變化率的不同，能夠在一定程度上對(duì)不同覆冰情況下葉片覆冰位置和厚度參數(shù)進(jìn)行判斷。
　　 本文以1.2m模擬風(fēng)力機(jī)葉片為覆冰振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)對(duì)象，利用人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室和模態(tài)分析系統(tǒng)建立風(fēng)力機(jī)葉片覆冰振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)。葉片在不同覆冰狀態(tài)運(yùn)用振動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)行模態(tài)分析，得到了相關(guān)模態(tài)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)獲得的葉片覆冰后結(jié)構(gòu)頻率變化與仿真模擬結(jié)果相吻合。本文分別定義用于診斷風(fēng)

4、力機(jī)葉片覆冰程度和覆冰位置的指標(biāo)，葉片覆冰位置通過(guò)覆冰位置指標(biāo)曲線識(shí)別。研究結(jié)果表明:一階揮舞振型數(shù)據(jù)計(jì)算覆冰位置特征值曲線不能有效診斷葉尖部分覆冰狀態(tài)，三階揮舞振型數(shù)據(jù)計(jì)算的覆冰特征值曲線只能診斷葉尖部分覆冰狀態(tài)，覆冰程度的特征值與葉片覆冰厚度成比例關(guān)系，以上所有證明了本文所述風(fēng)力機(jī)葉片覆冰診斷方法的正確性與可行性。
　　 本文開(kāi)發(fā)了一套風(fēng)力機(jī)葉片覆冰狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并在葉片覆冰振動(dòng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用風(fēng)力機(jī)葉片覆冰狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)葉片