[发明专利]一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法

说明书

本发明公开了一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法，属于风力发电机技术领域。包括：步骤1，通过用于检测风机叶片振动的传感器监测获取风机叶片的振动信号数据，并将所述振动信号数据转化为模态数据；步骤2，通过有限元分析（FEA）工具将步骤1中的模态数据构建为模型，并在所述模型上添加正交各向异性的材料本构关系和板壳理论的几何特征，得到包括风机叶片载荷F、刚度矩阵K参数的悬臂梁模型；步骤3，对所述步骤2中得到的悬臂梁模型进行静态载荷分析，计算所述悬臂梁模型的变形量u，u={F}/[K]；其中{F}代表叶片受到的综合力，包括自身重力与风力、[K]代表刚度矩阵，步骤4，对所述步骤2中得到的悬臂梁模型进行动态载荷分析，在叶片根部施加全约束，用有限元软件对单叶片进行模态分析，求得叶片前六阶振型和固有频率，得到叶片故障位置在叶片弯曲方向的振型节点位置，从而获得所述待检测叶片的缺陷位置和缺陷类型。

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，尤其涉及一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法。

背景技术

风能是一种重要的可再生能源，随着我国风能市场的扩大，风机制造业逐渐进入高速发展期。

当前风机的开发趋势正朝着更高功率、更低成本的兆瓦级机器发展。海上风场近期成为热门投资方向，其主要采用5MW以上大功率等级风电机组，当前国内设计制造的风轮直径最大接近200m，然而更大的扫掠面积和风轮直径在提高电力输送的同时，也提出了艰巨的设计挑战。因为风机载荷随着直径的增大而增加，如果载荷较大，则会影响到风机的可靠性和性能。

除了载荷增加以外，更大的风轮直径使得风机更加容易受到扫掠面积内风速和强度变化的影响，从而导致风机叶片、主轴及其它主要结构部件上的不对称载荷增加。同时随着叶片规模不断增大，资本投入不断增长，对叶片的结构健康情况进行可靠性监测显得尤为重要。风力发电机的寿命和安全性影响着风电利用和发展的脚步，风机叶片是风力发电机的核心部件，其寿命和安全性直接影响着整个风电机组的寿命和安全状况。由于叶片故障导致的停机通常需要较长的维护时间，从而给风场带来巨大的经济损失，对叶片故障的维护检修会大幅增加风电场人力物力运维成本，从而不利于风电产业持续健康发展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提出一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法和装置以及设备，能够实现对风机叶片缺陷进行精确的检测、并且降低由于风机叶片的故障带来的经济损失，从而能够有效保护风机叶片、延长风机叶片的使用寿命，增加风机运行效率。

本发明提供的一种基于叶片载荷分析的叶片检测方法，包括以下步骤：

步骤1，通过用于检测风机叶片振动的传感器监测获取风机叶片的振动信号数据，并将所述振动信号数据转化为模态数据；

所述步骤1中，将所述振动信号数据转化为模态数据，具体的，通过对振动信号数据进行参数识别，获得频率、阻尼比及振型作为模态参数，对风力机桨叶进行试验模态分析，将桨叶的内侧一端与轮毂的连接设定为固定连接、另一端设定为自由端，在自由尖端施加激振源，由振动理论可知，在桨叶上某一点施加激振力F,桨叶各点的振动响应x,以及任意2点之间脉冲响应函数h,之间的关系为通过对所测的激振力F_j和振动响应x_i的值进行参数识别得到脉冲响应函数h_ij的傅立叶变换及系统的频响函数即频响函数为式中，M_P、C_P、K_P分别表示经过解偶变换之后的主质量矩阵、主阻尼矩阵和主刚度矩阵，φ_i表示第i个振型向量；

进一步的，所述步骤1中是采用加速度传感器测得风机叶片加速度响应，加速度响应传递函数的虚部设对于采样频率第i阶模态的估计值与真实值之间的误差是ε_k＝H_i-H_ik,其均方误差分别对A、B、C、D求偏导数并令其等于零就可得到＝A、B、C、D的值，再利用式频响函数计算出模态参数阻尼比、振型向量。