[发明专利]一种基于共振响应的风机叶片健康实时监测方法

说明书

本发明公开了一种基于共振响应的风机叶片健康实时监测方法，该方法由共振模态检测试验台对风机叶片进行共振的模态检测，得出风机叶片不同状态下的产生共振的模态区间。通过研究叶片不同状态时产生共振模态的差异，实现对风机叶片的实时监测。所述风机叶片健康实时检测方法，利用共振模态检测试验台对风机叶片整个生命周期内不同阶段的共振模态进行实验并统计分析，建立磨合期共振模态区间、正常工作共振模态区间、剧烈磨损共振模态区间、失效断裂阶段共振模态区间。利用数理统计对所得数据进行区间划分，得出风机叶片不同阶段的模态区间，并通过实验得出各个状态的剩余寿命区间建立数据库。在实时检测阶段，利用激振源、环境振动分析仪、滤波器找出共振峰与数据库对比分析，分析得出所测风机叶片所处的健康阶段和所述风机叶片的剩余寿命。

技术领域

本发明属于机械设备故障监测技术领域，具体涉及一种基于共振响应的风机叶片健康实时监测方法。

背景技术

近年来，风能作为主要新能源形式得到了重点发展，风力发电机的应用越来越广泛，风机系统的健康问题越发重要。对风力发电设备而言，风力机叶片的安全性和可靠性十分重要，它是将风能转变为电能的第一步，叶片损毁将导致整个风力机瘫痪。通常情况下，湿度、疲劳、暴风雨和雷击都可能造成风力机叶片的损坏。在风力发电场，不同涡轮机间的气动干扰也可能会给叶片带来过度负荷，如果长期负荷过大，将会造成叶片失效。一般叶片的设计年限在十到三十年，风力机叶片在长期服役过程中，由于材料的老化、腐蚀、疲劳以及长期在户外恶劣环境下运行，极易造成损伤，累积损伤可能导致叶片的断裂进而使整个风力机倒塌。由于风力机叶片具有良好的空气动力学性能，因此其几何机构相对复杂，又由于风力机功率的要求，导致叶片体积庞大。在进行实时检测时，叶片中的劳损程度、精确的寿命评估都存在很大的困难，因此，如何高效、精准的对叶片进行运行状况的实时监测就显得尤为重要。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种基于共振响应的风机叶片健康实时监测方法。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种基于共振响应的风机叶片健康实时监测方法，包括共振模态检测试验台、风力发电机叶片、激振源、环境振动分析仪、滤波器、上位机。利用所述共振模态检测试验台，对所述风力发电机叶片整个生命周期内的不同阶段激发共振的模态进行实验检测。

将记录好的所得数据进行如下统计分析：

以磨合期检测数据为例，将磨合期检测数据中的阻尼比、固有频率分别进行区间估计。数据总体X服从正态分布N(μ，σ²)，对正态总体均值μ作区间估计。分别计算阻尼比和固有频率置信度为95％的置信区间：

根据样本值得出n、σ

置信度1-α＝0.95，α＝0.05，查正态分布数值表可得μ_0.025＝1.96

置信下限：

置信上限：

求出阻尼比的置信区间，同理计算出固有频率的置信区间。

同理求出正常工作共振模态置信区间、剧烈磨损共振模态置信区间、失效断裂阶段共振模态置信区间。

建立磨合期共振模态区间、正常工作共振模态区间、剧烈磨损共振模态区间、失效断裂阶段共振模态区间。利用数理统计对所得数据进行区间划分，得出所述风机叶片不同阶段激发共振的模态区间，并通过实验得出各个状态的剩余寿命区间并建立数据库。在实时监测阶段，利用所述激振源、所述环境振动分析仪、所述滤波器测出所述叶片的共振模态，采用聚类算法中的划分法对实时检测的数据与实验得出的各个模态区间进行对比及划分。

得出所述风机叶片的实时状态和所述风机叶片的剩余寿命。