风机叶片疲劳损伤的DPP-BOTDA监测与评价方法研究

摘要

风力发电系统在运营期间,叶片的疲劳损伤对风力发电系统构成巨大威胁。叶片折断导致风力发电系统失效并有可能撞击塔架,导致连锁破坏。叶片的累积疲劳损伤也使得风力发电系统往往不能达到20年的设计使用寿命。因此为风机叶片配置健康监测系统保障其运营期间的安全稳定有着重要的意义。
　　由于风机叶片工作环境恶劣,气动外形要求严格,耐久性要求高和自身尺度巨大,目前还没有成熟有效的健康监测手段。本文提出一种基于差分脉冲对布里渊时域分析技术(DPP-BOTDA)的新型风机叶片疲劳损伤监测系统,对DPP-BOTDA监测系统的传感特性,风机叶片各疲劳损伤阶段的信号特点及基于布里渊增益谱的疲劳损伤评价方法进行了系统的研究,具体内容如下:
　　1:自主设计搭建了DPP-BOTDA监测系统,研究了DPP-BOTDA监测系统的传感特性,包括传感信号特征,空间分辨率对测量结果的影响。
　　2:对500W风机叶片进行静载破坏试验,研究基于DPP-BOTDA技术的风机叶片全尺度监测方法,包括传感器布设工艺、温度补偿方法、信号定位方法、测量精度及误差分析、畸变信号处理方法、信号失真处理方法和裂纹区域布里渊增益谱特点。
　　3:采用共振质量法对500W风机叶片进行构件疲劳试验,研究基于DPP-BOTDA技术的风机叶片疲劳损伤监测方法,包括传感器的优化布设方案、叶片各阶段疲劳损伤模式、叶片各疲劳损伤阶段DPP-BOTDA信号特征和基于DPP-BOTDA信号的损伤识别方法。
　　4:提出了基于布里渊增益谱特征参数变异的风机叶片疲劳损伤评价方法。给出了综合疲劳损伤指数的计算公式,分析了风机叶片全尺度综合疲劳损伤指数分布和综合疲劳损伤指数随疲劳荷载周期增加的变化特点。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外风机叶片健康监测领域研究现状

1.3 高性能BOTDA技术发展现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 DPP-BOTDA监测系统集成

2.1 引言

2.2 DPP-BOTDA传感原理

2.3 DPP-BOTDA监测系统搭建与调试

2.4 DPP-BOTDA监测系统性能试验

2.5 本章小结

第3章 基于DPP-BOTDA的叶片全尺度监测试验研究

3.1 引言

3.2 叶片全尺度监测试验布置

3.3 试验结果分析

3.4 本章小结

第4章 风机叶片疲劳损伤DPP-BOTDA监测试验研究

4.1 引言

4.2 风机叶片疲劳损伤DPP-BOTDA监测试验

4.3 风机叶片疲劳损伤DPP-BOTDA监测试验结果分析

4.4 本章小结

第5章 基于布里渊增益谱的叶片疲劳损伤评价方法

5.1 引言

5.2 布里渊增益谱特征参数

5.3 疲劳损伤对布里渊增益谱特征参数的影响

5.4 基于布里渊增益谱特征参数变化的疲劳损伤指数

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢