垂直轴风力机状态监测与故障分析

摘要

垂直轴风力机具有叶片简单易加工、运行噪声低、环境污染小、安装维护方便等特点，受到了广泛的关注。本文基于垂直轴风力机样机进行实验，研究状态监测和故障诊断技术在风力发电领域的应用。借鉴状态监测技术在国内外的应用情况，针对垂直轴风力机的状态监测和故障诊断进行了相关研究，主要研究内容如下：
　　首先，对垂直轴风力机的结构进行了分析，分析需要进行重点监测的位置；主要对风力机的叶片、支撑横梁和主轴进行监测，针对各部分进行了静力学分析和模态分析；根据分析的结果对叶片、支撑横梁和主轴设计出具体的监测方案，主要进行应力应变测试和振动测试；对常用的故障信号分析方法进行了简单介绍。
　　然后，根据设计的监测方案进行了硬件设计，主要包括电源模块、信号处理模块、应变片测量电路的设计和无线传输模块以及振动加速度传感器的选择。将设计的监测系统安装在风力机样机上，搭建了由风力机样机、小型风洞和dSPACE半物理仿真平台组成的实验系统。
　　最后，对监测系统进行了相关实验，主要包括风洞的风速分布测试、叶片的静态应力测试实验和动态应力测试实验、支撑横梁和主轴的应力测试实验、主轴的振动测试实验和有撞击时振动测试，对测试的实验数据进行了处理分析，分析监测数据与风力机转速之间的关系，判断出现撞击情况监测数据的变化情况，为垂直轴风力机的故障诊断和分析做准备。实验证明：设计的监测系统能有效的判断垂直轴风力机的运行状态，能够提高垂直轴风力机运行时的安全性和可靠性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 状态监测与故障诊断技术的发展

1.4 论文的主要工作内容

第2章 垂直轴风力机结构分析

2.1 引言

2.2 垂直轴风力机结构分析

2.3 风轮的结构分析

2.4 本章小结

第3章 垂直轴风力机监测系统与故障分析

3.1 引言

3.2 垂直轴风力机状态监测系统

3.3 监测系统设计

3.4故障诊断的信号分析

3.5 本章小结

第4章 垂直轴风力机监测系统硬件设计

4.1 引言

4.2 应变片选择与安装

4.3 加速度传感器选择

4.4 无线通讯模块选择

4.5 信号处理模块设计

4.6 电源模块设计

4.7 本章小结

第5章 实验研究

5.1 引言

5.2实验系统

5.3 风洞风速分布测试实验

5.4 叶片应力的测量与分析

5.5 支撑横梁的应力测试与分析

5.6 主轴应力测试与振动监测

5.7 主轴振动撞击测试实验

5.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢