风电机组叶片音视频监测系统应用研究

风力发电作为重要的一种发电方式,近几年发展越来越快。风电机组是由多个大部件组成,叶片作为首先受载的大部件,同时也是风电机组最重要的部位,叶片损伤会对机组性能及安全运行带来极大的影响。本文研究叶片的全方位监测方法,采用音频与视频相结合的方式,通过音频特征数据分析及图像识别算法,发现叶片表面的损伤,通过对三组叶片的差异性对比以及机器学习算法,能够有效识别叶片表面损伤问题,对叶片主动监测预警具有重要意义。     

基于BP_Adaboost算法的风电机组叶片结冰检测

精准预测冬季风电机组是否处于叶片结冰状态成为亟待解决的技术难题。Adaboost算法具有预测精度高、可使用简单弱分类器等优点。文章在传统BP神经网络算法的基础上,提出了BP_Adaboost算法精准预测风电机组是否处于叶片结冰状态。首先,将SCADA历史监测的相关信息进行重采样;其次,运用BP_Adaboost算法对叶片状态进行预测;最后,选择6台风电机组的历史数据进行实验验证。实验结果表明,由BP_Adaboost算法构建的强分类器在检测风电机组是否处于叶片结冰故障时,比BP神经网络构成的弱分类器平均得分高12%左右。BP_Adaboost算法已在部分风电场进行了实际应用。     

风电机组叶片结冰的光纤感知及厚度分布估计

分析光纤感知叶片结冰厚度的检测原理并设计四通道双窗口专用结冰探测器,采用模拟计算并分析不同攻角和水滴粒径下叶片水滴收集率分布,借助风电机组所在空气流场构建风电机组机舱顶部结冰探测器与叶片间运行环境结冰信息的内在关联,进而实现叶片表面结冰厚度检测及分布估计并在风场风电机组进行结冰实测验证,结果表明叶片表面结冰状态呈现前缘结冰最厚且沿叶尖方向逐渐增加的分布特征,探测器检测值与实测值偏差在8%内,可满足风电机组叶片防除冰的工程应用需求。     

基于数字图像处理的风电机组叶片裂纹损伤识别方法研究

为实现风电机组叶片损伤检测的高效化、智能化、便捷化,研究一种基于数字图像处理技术的风电机组叶片裂纹损伤识别以及裂纹类型判断和特征参数提取的方法。以无人机采集的风电机组叶片图像为研究对象,通过对比灰度化、滤波、阈值分割等图像处理步骤的多种算法,对形态学处理方法进行改进,首先选用平均值法对叶片图像进行灰度处理,其次使用中值滤波对图像进行去噪处理,再次使用Otsu阈值分割以实现裂纹区域的分割,然后基于改进的形态学方法提取出完善的叶片裂纹损伤区域,最后基于连通域原理完成裂纹区域的框取。基于上述算法设计风电机组叶片裂纹损伤识别系统以实现叶片裂纹图像检测的可视化处理、裂纹类型判断及裂纹特征参数提取等功能。结果表明,该系统对于风电机组叶片裂纹损伤检测具有可靠的识别精度,识别准确率为85%,实现了风电机组叶片裂纹损伤的自动识别与特征参数提取,提高了叶片裂纹损伤的检测效率。     

基于GH-BLADED的风电机组风轮叶片应变分析

正风电机组风轮叶片是机组重要零部件,不仅能够产生用于发电的能量,其产生的推力也影响机组的稳定性,所以,叶片的设计准确性突显得日益重要。对于设计与实测的容许偏差要求也越来越高,一般的,弯曲挠度为±7%,应变为±10%。为了保证设计与实测的偏差在容许范围内,设计人员正在寻找一个简单的工程计算方法来保证计算的准确性和实用性。GH-BLADED软件是现今世界上较流行的风电机组设计软件,其结果的准确性在同类软件中名列前茅。     

风电机组叶片表面阻燃涂层材料的研制

当风电机组叶片所处的工作环境中发生火灾事故时,涂在叶片表面的阻燃涂层可阻止火源将燃烧传递至叶片,或减缓叶片燃烧的趋势。本项研究是在现有风电机组叶片的原有结构特殊部位的基础上增加阻燃涂层,将火源与叶片隔离,有效防止叶片延续燃烧现象,达到延长叶片使用寿命为目的。     

大型风电机组叶片疲劳试验研究

对风电叶片疲劳试验理论及方法进行探讨,指出现有理论及方法的局限性及适用性.并在此基础上,确定了适合现有条件的疲劳检测方案,以1.5MW风电叶片为例,开展风电叶片疲劳耐久性试验,着重研究了环境温湿度变化等因素对试验的影响.该文方法与所得结论可供风电叶片研发与检测部门参考.     

光纤传感器不同布设方式对应变传递的影响分析

为对比不同光纤传感器布设方式对光纤应变传递率的影响,分别建立表贴式和埋入式两种光纤与被测结构的应变传递模型,推导相应的传递系数,通过有限元模型分析验证传递系数的准确性,并基于埋设长度进行敏感性对比分析。结果表明,当埋设长度为1m时,两种方式下光纤中段80%以上区域应变传递率接近1,基体应变均可有效传递至纤芯,两种布设方式均适用于类似结构。光纤两端区域传递率存在不同程度的降低,与埋入式相比,表贴式光纤的两端传递效率低的区域范围更大。敏感性分析表明,随着长度增加,光纤与基体之间的平均应变传递率增高,埋入式始终高于表贴式。因此,对于小型被测基体,布设埋入式光纤更合理;考虑施工及检修,表贴式适合应用于已建大型结构。     

扰流板对风电机组叶片三维气动性能影响的研究

对于风电机组叶片,由于大型叶片根部翼型较厚,易出现流动分离现象,为了提高叶片气动性能,利用雷诺平均方程(RANS),采用SST k-ω湍流模型进行了叶片三维气动性能的仿真模拟,并与Bladed软件的计算值进行对比,验证了该方法的可行性。仿真模拟结果显示：叶片根部压力面和吸力面压力曲线交叉,严重影响了叶片轴端的输出功率,而安装扰流板的叶片根部压力面流体速度呈梯度下降,压力增大,同时提高了吸力面的流速,从而增大了叶片两面的压力差。在低于额定风速条件下,扰流板可以提高叶片轴端的输出功率2.3%～2.5%,推力增长仅为2.0%;扰流板安装高度越高,其轴端输出功率提升效果越好。     

多参数模型风电机组叶片结冰监测与预警研究

详细分析叶片结冰对风电机组运行性能和运行参数的影响,采用功率、叶轮转速和环境温度作为监测叶片结冰的变量.采用高斯过程回归分别建立功率模型和叶轮转速模型实现2个参数的实时监测.引入序贯概率比检验方法分析功率和叶轮转速模型的预测残差以发现2个参数在叶片结冰时的异常变化.当风电机组功率异常、叶轮转速异常且环境温度在0℃附近这...     

挟沙风对风力发电机叶片冲蚀磨损的数值研究

风力发电机叶片的风沙冲蚀问题是风电机组耐候性研究的重点之一,该文通过数值模拟的方法,基于1.5 MW的叶片,建立相似模型,研究不同沙尘粒径、不同来流风速和不同叶尖攻角等冲蚀条件对叶片的磨损特性及规律。研究表明：叶片受到的磨蚀率随风速增大而增加,在9 m/s风速时冲蚀分布集中于叶根、叶尖附近,随着风速增大冲蚀由叶根向叶片的中后段移动,且冲蚀效果更显著;随着沙粒粒径增大,叶片磨蚀率逐渐增大,且集中在叶根和叶片中前段;风沙冲蚀角度影响叶片表面的冲蚀分布,角度越大,冲蚀分布的面积越大。     

风电叶片疲劳加载试验电磁激振特性研究

提出一种基于电磁力驱动的风电叶片疲劳加载新方法。为进一步得到电磁机构参数对激振力特性的影响规律,首先,以螺线管式电磁铁为加载装置,采用解析法构建电磁疲劳加载系统数学模型;其次,设计多阶段电磁激振力并通过能量守恒定律得到电磁力与叶片振幅和频率的关系;最后,利用ANSYS Maxwell软件建立磁场仿真模型,验证电磁激振力设计的合理性,并分析电磁铁结构参数对加载力及速度的影响,得出在给定的叶片规格下满足测试要求的电磁机构的线圈匝数、形状参数、铁心长度、铁心外径的优选范围,可为后续电磁式疲劳加载试验台的开发奠定理论基础。     

基于数据分析的风电机组偏航机构异常感知方法研究

针对风电机组偏航系统动作原理和故障产生原因进行分析,建立偏航机构跟随风向变化灵敏性函数模型;基于指数加权移动平均(EWMA)控制图法和K-S检验分析方法,甄别偏航机构中风向跟踪异常,并提高感知准确性;基于波动互相关分析方法,分析单机风向标数据与场群平均风向的相关性;基于运行数据统计,分析偏航机构跟随性概率分布函数,在异...     

基于模态参数的在役风力发电机叶片损伤识别研究

通过对小型风力发电机叶片进行停转与运转状态下多种损伤工况的数值模拟,进行模态分析,以此研究叶片损伤识别与定位的方法,并提出加权柔度曲率指标,建立加权柔度曲率值与刚度损伤值的拟合函数.研究得到:首先通过自振频率的变化可判断叶片是否发生损伤;其次无论叶片是否发生损伤,随着叶片转速的增大,其固有频率都会增大.加权柔度曲率值在...     

基于气动弹性理论的风力机叶片耦合分析

针对风力机叶片,建立其结构动力学方程,推导分析了叶片旋转所产生的振动速度及其对来流的影响。基于BEM(Blade Element Momentum)理论,在风力机空气动力学基础上,建立了风力机的气动耦合分析模型。应用该模型,对某2MW风力机进行了计算分析,得到了叶片在额定工作风速下的振动变形、速度、加速度以及叶片沿展向的变形和载荷分布。充分考虑叶片的结构振动特性与来流风速的耦合效应,使得风力机空气动力学特性模型更加准确,对于风力机的设计和分析具有重要意义。     

基于分形特征的海上风力机防护装置设计研究

根据分形理论设计一种分形防护装置,基于非线性动力学理论,采用ANSYS/LS-DYNA模拟5000 t船舶与设有不同阶数防护装置的4 MW海上风力机碰撞过程,分析研究不同阶数防护装置的防护效果。结果表明：较橡胶材料实心防护装置,分形防护装置可有效降低接触力,延长接触时间;分形结构可提高防护装置内能转化能力,促进外层钢壳吸能,并提升橡胶内能耗散;分形防护装置应力峰值更低,高应力区域更广,可使更大面积材料发挥防护作用,有效降低撞深。不同阶数分形结构的抗撞性能与分形孔受撞后变形状况有关,其中一阶分形结构提升防护装置抗撞性能最优。     

风电齿轮传动系统弹流润滑特性研究

为研究风电机组齿轮传动系统的润滑特性和动力学特性,以SQI风电机组传动系统实验平台中两级定轴齿轮箱为研究对象,综合考虑齿轮油膜刚度、齿轮啮合刚度以及轴承时变刚度等,计入轴的柔性并采用有限元法建立多自由度渐开线直齿轮动力学模型,利用Newmark 积分方法求解多源时变激励下两级齿轮传动系统的动力学特性。讨论不同工况条件对油膜刚度的影响,并研究系统润滑特性、固有频率和振型的变化规律。研究结果表明,在考虑齿轮润滑效应后,齿轮啮合刚度降低,系统动态特性变化趋于敏感,系统固有特性均有所变化,其中对第11阶影响最为突出,然而在系统共振转速附近,固有特性变化趋势有所减弱。     

不同材质风力机叶片绕流流场特征变化PIV实验研究

考虑风力机叶片变形对绕流流场的影响,通过粒子图像测速（PIV）方法,采集两副翼型相同、材质分别玻璃聚酯（叶片Ⅰ）和玻璃聚醋内部填充泡沫（叶片Ⅱ）的水平轴风力机叶片绕流流场信息,对不同测试截面处流场数据进行分析。研究结果表明：相比于叶片Ⅰ,相同工况下,叶片Ⅱ的总体涡量、回流区的面积和时均速度更大,轴向雷诺应力更小;随着相对轴向距离的增加,时均速度在相对高度方向波动减小,材质对轴向雷诺应力影响逐渐减弱。实验工况下,叶片材质对绕流流场特征的影响大于叶尖速比对其的影响,并沿径向方向有增大的趋势。     

基于解析位移形函数的改进风力机叶片梁单元

为提高空间梁单元在风力机叶片结构计算方面的精度,提出一种基于解析位移形函数的改进空间梁单元.首先考虑叶片截面偏心的影响,从空间Timoshenko梁的平衡方程出发,构建弯曲位移的解析解插值函数.根据弯曲位移与横向位移和剪切变形的关系,得到横向位移和剪切角的形函数.采用有限元理论,得到改进风力机叶片梁单元的刚度矩阵和质量...     

基于SMA的大型风力机叶片振动被动控制研究

将SMA粘贴在大型风力机叶片的表面形成新的智能叶片结构,并探讨伪弹性SMA对叶片的振动抑制效果。采用SolidWorks与Excel软件相结合的方法建立风力机叶片三维壳体模型,基于ANSYS ACP模块对含SMA的复合材料叶片进行铺层设计,并验证该模型;考虑叶片的弯扭耦合效应及重力影响,基于有限元理论建立含SMA的运动学方程,采用模态叠加法求解其静态响应、谐响应及随机振动。分析结果表明：由于SMA的存在,不同静态载荷作用下,SMA的应力-应变之间均形成封闭的滞后环;将叶片的固有频率移向更高的频率,各阶模态对应的振幅明显降低。在振动能量带宽0.5~2.4 Hz的范围内,含有SMA层强化的风力机叶片振动能量响应值降低更为显著。