长度分形的风力机叶片在线检测与故障诊断

应用有限元分析方法,建立300w小型风力发电机组的动力学模型,通过模态分析及动力学仿真,提取风力机叶片的固有频率、振型及动力响应.应用非线性动力系统长度分形维理论,计算叶片正常运行和故障运行的动态特性数据及其长度分形维数,并作为叶片在线检测与故障识别的特征量.     

分形维数及其在滚动轴承故障诊断中的应用

将分形维数用于刻划滚动轴承在不同故障状态下表现的非线性行为,进而对故障分类。试验结果表明,滚动轴承振动信号在不同故障状态下的分形维数是不同的,可以将分形维数作为识别滚动轴承故障的特征量。     

基于动应力分形特征的薄壁圆盘裂纹诊断识别研究

运用有限元方法对裂纹圆盘进行了动态特性分析,获得了振型和应力响应。应用多重分形理论计算和分析了裂纹圆盘的振型、应力响应的广义维数和敏感维数,把广义分形维数、敏感维数作为裂纹圆盘故障的特征量,对裂纹圆盘的裂纹诊断与识别进行了定性及定量研究。通过计算裂纹圆盘的振型、应力响应的广义维数相关系数,用广义维数相关系数法对圆盘裂纹长度进行定量识别。分析计算表明,广义维数相关系数法对裂纹长度的定量识别具有一定的实用性。     

裂纹圆盘的动态分形特征及裂纹诊断识别

运用有限元方法对裂纹圆盘进行了动态分析，获得了其振型和位移响应；应用多重分形理论计算和分析了裂纹圆盘的振型、位移响应的广义维数和敏感维数，把广义分形维数、敏感维数作为裂纹圆盘故障的特征量，对裂纹圆盘的裂纹诊断与识别进行了定性及定量研究；针对裂纹圆盘的振型、位移响应的广义维数，提出在局部范围内，用局部线性法对圆盘裂纹长度进行定量识别，得到了定量识别裂纹长度的计算公式，通过实例计算考查了裂纹长度的计算精度。分析计算表明，用局部线性法对裂纹长度进行定量识别具有一定的实用性。     

EEMD和分形组合技术对ECS涡轮轴承故障特征提取的研究

针对飞机环控涡轮轴承运行时的非线性动力学特性,为了更加准确地分析轴承的故障,从振动信号分析的角度,提出基于EEMD和分形维数相结合的轴承状态特征量提取方法。先对轴承正常、内圈故障、外圈故障和保持架故障等不同运行状态下的振动信号进行EEMD分解,滤除噪声信号,提高信噪比,以减小背景噪声对分形的不利影响。然后对去噪信号再进行相空间重构,计算其关联维数并进行对比分析。实验结果表明:关联维数作为非线性几何不变量可以作为环控涡轮轴承运行状态的特征量;该方法能够准确有效地识别轴承的运行状态。     

碰摩耦合故障诊断识别的分形方法研究

为了研究碰摩故障、油膜振荡及碰摩和油膜振荡相互作用耦合故障,建立了模拟3种故障的实验装置,采集了故障振动信号。运用多标度分形理论,计算了故障振动信号分形维数并绘出广义维数谱,由此提出广义维数能谱的概念,并以广义维数能谱作为特征量,实现了对3种故障特征的提取与识别。提出了用广义维数能谱作为分析识别故障信号的判据,为复杂旋转机械故障诊断提供一种识别方法。     

往复压缩机多重分形故障特征提取

实现了基于多重分形的往复压缩机振动信号的故障特征提取。针对往复压缩机振动信号的非线性和非平稳性,使用多重分形谱和广义维数对压缩机振动信号进行分析,从中提取可识别的故障特征。分析结果发现多重分形谱中的△α值和广义维数Dq作为故障特征能够很好地反映往复压缩机的工作状态,为往复压缩机的故障特征识别提供了必要依据。     

基于分形和小波包理论的滚动轴承故障诊断

为了提高滚动轴承故障分形诊断的准确性,利用仿真信号对不同数据长度和不同信噪比下信号的盒维数和关联维数的差异进行对比,发现两种分形维对不同信号具有不同适应性;利用基于小波包分解能量图的特征信号强化技术,突出含噪轴承振动信号的故障信息特征,并对消噪前后振动信号盒维数进行计算和对比。分析结果表明,分形盒维数比关联维数更适用于分析含噪较重的信号;滚动轴承故障振动信号盒维数小于正常信号盒维数;相比原始信号,经小波包提取后不同类型故障振动信号的盒维数区分更为明显,诊断结果更加准确直观。     

基于混沌理论的滚动轴承故障诊断研究

采用小波包分析的方法对滚动轴承振动信号进行处理,提取滚动轴承特征信号,进一步应用混沌与分形方法研究了故障信号的混沌性,通过计算信号混沌特征量—关联维数,找出了内圈、外圈及滚动体状态信号在正常状态、轻微磨损状态、中度磨损状态、严重磨损状态下关联维数对故障状态的反应。实验结果印证了混沌方法用于研究该类型故障信号的可行性。     

基于多个无标度区多重分形理论的齿轮故障诊断

针对齿轮故障振动信号具有多重分形特征,提出多个无标度区的多重分形理论与神经网络相结合的机械故障诊断方法。该方法采用多重分形理论计算齿轮振动信号的多分形谱和广义分形维数,并将多分形谱能和广义分形维数谱能作为特征量,构成二维特征向量。将该特征向量作为概率神经网络的输入参量,并对采自齿轮故障台的振动信号进行故障分类。实验证明,与单一无标度区多分形谱理论特征提取方法相比较,所提出的方法能更精密刻画振动信号特征,并获得更高的识别率。     

基于气弹耦合特征的风力机叶片优化设计

为提高风力机叶片气动结构性能,基于风力机风轮空气动力学及叶片结构动力学原理,选取叶片所处位置及扭转变形为自由度,在研究叶片摆振、摆振方向各阶振动模态的基础上,提出风力机叶片气动弹性耦合振动变形计算模型。基于风力机整机部件构成及输出功率特征,提出风力机叶片优化设计模型,对某5 MW风力机叶片的进行形状优化设计,通过对比分析优化叶片和原始叶片的输出功率及气弹载荷特性,验证优化叶片气动及结构性能的优越性。     

风电叶片三维参数建模及振动分析

利用目前风力机叶片设计普遍采用的优化设计方法Wilson设计方法,通过MATLAB编程,开发了小型叶片气动设计的应用程序,并利用该程序设计了一台3kW小型水平轴风力机叶片.采用MATLAB和ANSYS共同建立了风力机叶片三维有限元参数模型,MATLAB编制的建模程序提高了初期设计效率,缩短了ANSYS分析前处理时间.在此基础上进行了叶片固有振动特性计算,分析了叶片的振动特性及其与结构参数之间的关系,分析方法和结果对风电叶片的结构设计和动力分析有一定的参考价值.     

动态气动载荷和构件振动对风力机气弹特性的影响分析

通过建立气弹耦合分析模型,研究叶片、塔架等构件的耦合振动对叶根气弹载荷的影响以及在静、动态气动模型下的叶根和塔底气弹载荷的差异。采用"超级单元"模型,将叶片、塔架和主轴离散为通过转动铰和弹簧、阻尼器连接的刚体系统,以反映这类构件较大的弹性变形和非线性振动。在叶素动量理论(Blade element momentum,BEM)基础上,引入Beddoes-Lesihman动态失速模型,以反映气动载荷的动态特性。应用计算多体动力学理论和风力机气动模型,建立受约束的风力机系统气弹耦合方程。算例以某5 MW风力机为研究对象,通过施加不同的约束条件,研究风轮以外其他构件振动对叶根气弹载荷的影响;通过静、动态气动分析模型,考察叶根和塔底气弹载荷的动态耦合效应。分析表明,塔架、主轴等构件的运动会显著影响叶根的气弹载荷;叶片的动态失速特性也对叶根的气弹载荷和疲劳载荷谱有较明显的影响。研究工作对于保证风力机安全稳定运行和疲劳寿命设计有重要的作用。     

风力机叶片气动设计与结构研究

采用Wilson模型优化设计水平轴风力机叶片的气动外形;利用有限元软件对玻璃钢叶片在风力、重力和离心力的耦合作用下的静力学、稳定性和动力学进行仿真分析.通过对叶片额定风况下的静力学和稳定性分析,不仅能获取叶片的应力和应变分布,而且可检验叶片设计的安全性和合理性.通过叶片动力学分析,计算叶片的振动频率,判断能否避免共振,实现正常运行.     

恒频变速风力发电机组浆叶的动态特性分析

基于离散(矩阵法)和连续(平衡方程)两种方法分别计算桨叶的弯曲和扭转频率,比较了这两种方法对于分析恒频变速风力发电机组桨叶动态特性的优缺点;利用ANSYS大型有限元软件模拟了兆瓦级风力发电机组桨叶的模型,讨论了影响桨叶建模和动特性的主要因素,如单元类型、载荷、约束等,比较了计算值和测量值的误差,分析了桨叶的振型,从而为旋转桨叶的疲劳预测、消除共振和稳定性分析提供诊断的理论依据。     

大兆瓦级风电齿轮箱耦合动态特性及结构噪声分析

风电齿轮箱是风电机组的重要组成部分,其动态性能的好坏直接影响整个机组的性能。建立了具有两级行星加一级平行轴齿轮传动的大兆瓦级风电齿轮箱齿轮-传动轴-轴承-箱体系统耦合非线性动力学有限元模型,采用Lanczos法对齿轮箱系统进行耦合模态分析。在综合考虑直斜齿轮时变啮合刚度、齿轮误差及齿轮啮合冲击等内部激励因素综合作用影响下,运用直接积分法对整个风电齿轮箱系统进行了动态响应求解,从而获得齿轮箱各点的振动位移、速度及加速度动态评价指标,并且对系统结构噪声进行了分析。研究结果可为大兆瓦级风电齿轮箱的动态性能优化提供参考。     

考虑ARMA风速模型半直驱风电行星齿轮传动系统动力学分析

针对半直驱风电行星齿轮系统的变速变载的特点,考虑风速变化引起的外部载荷激励,采用自回归-滑动平均(ARMA)方法建立模拟风速模型,在考虑时变啮合刚度、啮合阻尼等因素的基础上,采用集中参数法建立了行星齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型。并采用四阶龙格-库塔法,求解1.5 MW半直驱风力发电行星齿轮传动系统的动态响应。     

Dynamic analysis of the drive train of a wind turbine based upon the measured load spectrum

A dynamic model of the drive train of a megawatt wind turbine is proposed in which the blades, the hub, the main shaft, and the speedup gearbox are assumed as flexibilities. The external excitation due to the measured load spectrum and the internal excitations due to the time-varying mesh stiffness, the transmission errors, and the meshing impacts within the gearbox are considered to predict the dynamic response of the system. Results show that the most vibration energy occurs at the speed-up gearbox, followed by the generator, and then the main shaft. An experimental remote real-time system is developed to monitor vibration performance of the drive train, with which the accelerations of components are detected. The experimental results are in accordance with the theoretical results.     

大型风力发电机复合材料叶片动态特性分析

以1.2 MW风力机叶片为研究对象,采用参数化建模技术建立大型风力机复合材料叶片的三维有限元壳模型,在此基础上采用拟波前子空间迭代法准确计算了基于多因素耦合作用下复合材料叶片的固有频率和振型。进而分析了不同形式的振动对旋转叶片的影响机理,该计算方法对大型复合材料风力机叶片的结构设计具有一定的参考价值。