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基于光纤光栅传感的风电叶片监测方案

2014-11-22 来源:北极星电力网 浏览数:1647


 
  叶片理论载荷计算软件界面如图16所示,对于叶片每一切面,将切面所有参数输入到载荷计算软件中,得到每一切面在X(挥舞)、Y(摆振)、Z(轴向)方向的理论计算载荷。
③ 载荷谱&损伤监测模型
  通过载荷标定,建立应变载荷方程,并在实际风场的安装使用中进行修正,通过大量数据累积,形成叶片载荷谱。
  采用雨流计算法可以计算出每个测得的时间历程的疲劳载荷谱。采用这种类似定义的载荷和条件来进行设计计算,雨流法包括以下几下步骤:
  Ø  从序列载荷中根据雨流法挑出某相邻总的最大(峰值)和最小的(谷值)载荷并保留,记录其峰值和谷值。
  Ø  计算不同循环的累积数。
  Ø  在取出的每一组数据中最高波峰或最低波谷处,将波形裁成两段形成新的收敛—发散波。
  载荷级数至少为50个,以便获得足够的精度。如果步长是固定的,应选择预计的最大的载荷范围,这样就可以使其获取最大的载荷。换句话说,就是对每个记录来说,根据每个记录中出现的最大范围,步长可以不同。
  从雨流矩阵到载荷谱编制定寿所使用的载荷谱,需要了解风力发电机组整个设计寿命期内的外部条件与运行条件。这类数据可以表示成风速分布以及整个寿命期内可能出现的预期的各种事件(起动与停机、故障等),这些称之为“工作循环”。据此,确定总的寿命时间、每次稳态运行持续时间及瞬态事件载荷情况,然后导出每种载荷情况的加权因子,将测量载荷状态、雨流矩阵中每个元素出现的次数换算成寿命当量。使用载荷谱就是以加权的总体的雨流矩阵为基础而制定的,这个过程不考虑载荷情况转换时引起的低周疲劳载荷。
  等效载荷是对给定的载荷测量时间内对疲劳载荷的效果的一种方便的、简明的描述。等效载荷是一个概括性的信号载荷,在给定的时间历程中以给定的频率(例如1Hz)出现的总的循环次数施加这个载荷时,它所造成的疲劳损伤与测得的载荷谱中所有雨流计算出的载荷幅值造成的损伤之和是相同的。等效载荷的最大优点是能够对一个特定载荷在给定的时间内可能造成的疲劳损伤进行简要描述。因此,能够对不同运行条件下(如自然风,尾流,高湍流等等)的疲劳损伤直接进行比较,并能够对模拟出的疲劳载荷和测量出的疲劳载荷进行比较。更明确地说,等效载荷是加权的平均雨流值,采用相关材料的S-N曲线的斜率m作为加权指数。假设材料特性用一个指数公式表示:
                               
  式中:N 是在以S级载荷幅值载荷下疲劳损坏时的循环次数,S、C、m 是材料
   特性,S—N曲线中的斜率m由相关材料来确定。
  确定等效载荷时,需选择一个对应的等效循环次数。等效循环次数应代表给定载荷类型的典型频率。风轮俯仰弯矩等效循环次数应和叶片通道的频率一致,也可以简单采用1Hz。等效载荷用以下公式定义:

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