風力機槳葉覆冰狀態(tài)監(jiān)測理論與技術(shù)研究.pdf

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

2、風力機葉片覆冰檢測。在曲率模態(tài)理論和差分法基礎(chǔ)上，研究得到一種應用于風力機葉片覆冰檢測的方法與技術(shù)。本文定義出了葉片覆冰狀態(tài)參數(shù)，包括覆冰區(qū)域起點參數(shù)、覆冰區(qū)域長度參數(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長的風力機葉片三維實體模型，應用ANSYS有限元軟件對葉片模型在覆冰前后進行模態(tài)分析，得到前6階固有頻率和振型，比較風力機葉片覆冰前后動力學特性的變化。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不同覆冰情況下葉片覆冰位置和厚度參數(shù)進行判斷。
　　 本文以1.2m模擬風力機葉片為覆冰振動測試實驗對象，利用人工環(huán)境實驗室和模態(tài)分析系統(tǒng)建立風力機葉片覆冰振動測試實驗臺。葉片在不同覆冰狀態(tài)運用振動檢測方法進行模態(tài)分析，得到了相關(guān)模態(tài)參數(shù)，實驗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

4、力機葉片覆冰程度和覆冰位置的指標，葉片覆冰位置通過覆冰位置指標曲線識別。研究結(jié)果表明:一階揮舞振型數(shù)據(jù)計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力機葉片覆冰診斷方法的正確性與可行性。
　　 本文開發(fā)了一套風力機葉片覆冰狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，并在葉片覆冰振動檢測實驗中運用風力機葉片覆冰狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對葉片