基于LabVIEW的风力机叶片振动监测系统开发

摘要

风力机较多应用在广阔偏远地区，由于恶劣的自然环境以及机组内部相互之间的影响，机组运行中容易出风轮叶片、齿轮箱、发电机以及偏航系统等部件的一些故障，并导致叶片产生振动。
　　 本文采用理论计算和实验研究相结合的方法，对风力机叶片振动特性进行研究分析，并开发了叶片振动监测系统。
　　 本文首先对风力机叶片振动型式、振动机理进行分析研究，并从气动力、机械力以及系统共振三方面进一步分析振动产生的机理。其次，以结构动力学基本方程为理论基础，将叶片看成是根部完全固定的悬臂结构，建立叶片运动的物理模型和数学模型。以实际的15kW风力机叶片为例，在AutoCAD软件中建立风力机叶片实体模型，并应用国际通用的大型有限元分析软件ALGOR对叶片在零转速下的振动模态和不同转速下的振动模态进行计算与分析，分别算出其前五阶的固有频率和振型，并得到风速-模态数-频率关系图。
　　 本文以1.5m风力机叶片为试验对象，建立叶片振动测试实验台，并根据实验台的布置情况及选定的测量方法，选择并搭建相应的信号采集的硬件系统。同时，基于LabVIEW软件平台，开发了风力机叶片振动检测分析系统，在进行时域与频域分析的同时，设计了基于最大隶属度原则的模糊故障诊断以及根据采集数据进行模态分析两项功能。最后，分别以应变片振动测试系统、单点激光测振仪为测试系统，对风力机叶片进行振动测试，并对实验结果进行分析与误差分析，得到相对误差小于5％，证明了本文所开发系统的正确性与可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2风力发电技术国内外现状

1.2.1国内外风力发电技术现状

1.2.3风力发电技术存在的问题

1.3风电机组状态监测技术的发展

1.3.1状态监测的意义

1.3.2风电机组状态监测技术的发展

1.4本论文的研究内容

第2章风力机叶片振动型式与振动机理

2.1风力机叶片振动型式

2.2风力机叶片振动机理

2.2.1气动力引起的振动

2.2.2机械力引起的振动

2.2.3系统共振引起的叶片振动

2.3本章小结

第3章风力机叶片固有振动特性有限元计算

3.1基于CAD的三维实体建模

3.1.1风力机叶片建模方法

3.1.2风力机叶片实体建模举例

3.2叶片动力学特性有限元分析方法

3.2.1有限元分析基本方程

3.2.2非旋转状态下叶片动力学特性有限元分析

3.2.3旋转状态下叶片动力学特性有限元分析

3.3风力机叶片动力学特性有限元计算举例

3.3.1风力机叶片非旋转状态模态分析

3.3.2风力机叶片旋转状态下的模态分析

3.4本章小结

第4章风力机叶片振动测试技术方法

4.1振动测试技术

4.1.1振动测试技术意义

4.1.2风力机组振动监测技术

4.2叶片振动检测

4.2.1叶片振动检测的基本过程

4.2.2叶片振动检测系统的基本结构

4.3叶片振动信号分析

4.3.1时域采样与时域分析

4.3.2频域分析

4.3.3快速傅立叶变换

4.4叶片振动状态监测

4.4.1故障报警设置

4.4.2基于最大隶属度原则的模糊故障诊断

4.5本章小结

第5章风力机叶片振动监测系统开发与应用

5.1软件开发平台LabVIEW简介

5.2软件系统功能设计

5.2.1软件的主要功能

5.2.2软件的辅助功能

5.3风力机叶片振动监测系统各功能模块的设计

5.3.1信号采集模块

5.3.2信号显示与分析处理模块

5.3.3信号保存与回放模块

5.3.4设置模块

5.3.5其它模块

5.4风力机叶片振动监测系统

5.4.1系统主界面

5.4.2系统各功能模块

5.4.3系统的特点

5.5风力机叶片振动监测系统实验室应用

5.5.1实验台简介

5.5.2实验内容

5.6本章小结

全文总结

1研究成果

2创新点

3研究展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研情况