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主持人:谢谢曾总的报告。下面有请博世力士中国,风能服务业务高级经理王宏智先生做报告,报告的题目是“转子叶片的状态监测——损伤、结冰、过载”。
王宏智:大家下午好!我是来自博世力士的王宏智。今天报告的题目是““转子叶片的状态监测——损伤、结冰、过载”,从四个方面讲:
一、损伤探测基本知识
二、叶片监测系统产品介绍
三、结冰产品功能介绍
四、结论和展望
一、风机叶片状态监测系统
叶片在风机里是一个受载荷最大,也是最复杂的最容易出问题的,一旦叶片出问题以后它的更换非常昂贵,一般来说叶片更换它的问题出现是从一个很细小的问题逐渐扩展到非常严重的问题。我们如何能在它刚出现问题的时候,出现微小问题的时候,能够发现这个问题?这时候我们所要采取的维修维护措施也是最简单成本最低的,这就是为什么要进行风机叶片监测的原因之一。
另外风机状态监测里面,一般来讲现在很多风电场监测方式很普通,就是用肉眼监测。我去过国内很多风电场,国内监测方式现在是比较普通的,就是用肉眼,好一点可能用一些高倍放片看有没有出问题。现在的这种方式有一个最致命的缺点,它是一个间断性的监测,这个监测不是持续的,间断性监测里面,问题有可能发生很严重了以后才能发现,而不是说问题刚一出现就发现了。
另外,对于海上风机,可能最普通的方式都无法应用。因为海上风机远离海岸,这时候不能做到人工监测,这时候必须要有一套很好的监测手段,监测风机叶片。
还有就是在风机叶片监测利用还有几个需要持续性的反应。比如当风机结冰,或者说发生雷击以后,或者风机风非常强的情况下,要及时发现叶片是不是过载?这都需要持续性的监测手段。所以综上所述,我们对于风机叶片监测非常有必要,而且必须是要有持续性的监测手段。
叶片损伤的风险:叶片损伤扩大会造成维修费用的增长,叶片结构损伤会造成对塔筒的冲击,叶片损伤严重情况下,叶片断裂或者是它有严重的叶片剥离现象会造成对塔筒的冲击,二次损伤,对整个风机都是非常大的风险。另外雷击会造成叶片部分脱落,对周边环境造成影响。
雷击损伤:一般来说对叶尖损伤最严重,它刚开始是很细小损伤,无法很清楚,这种损伤不影响到风机正常运转,但是损伤已经发生了,这时候如果没有很好的手段监测的话,会发生以下的结果:运转长时间以后,叶片会剥离这样一个很严重的后果。
风机叶片在运转过程当中,它的状态会发生一个变化,这种变化我们分了几类,这个变化是相对于它正常运转时候的变化。
第一个就是叶片发生损伤了,它的运转状态会发生变化。第二就是叶片结冰,它的状态也会发生变化,第三个就是超高的动态荷载,第四个是雷击以后的突然损伤。这四类都会影响到叶片正常的运行状态。在叶片损伤里,可以分成两类,第一类是轻度损伤,只是有细微的裂缝,发生在叶片的外壳表面,还有一种是严重损伤,发生在内部结构。发生结构性损伤以后,对叶片的损失会非常大,如果再维修是非常大的成本。
对于叶片监测的方法:有两类。第一类是人工的方法。比如地面和机舱内的肉眼检查或者望远镜检查。第二个是停机检修的时候,可以对叶片从上往下绕行检查,这些都是人工的监测方法。人工的检查最致命的弱点就是它的间断性。
另外一种监测是自动监测,它相对于人工监测最大的优点就是可持续性,不间断性的监测。自动监测里又分三类:第一类是通过监测叶片的弯曲度的变化来监测到叶片的状态的转变;另外就是监测叶片受力和应力变化;第三个是转子叶片固有振动和固有频率的分析和监测。固有频率和固有振动方面,对于任何一个物体振动的时候都有固有频率的,叶片作为一个弯曲共振体,它是有自己的振动频率的,我们只要监测到它的振动频率,肯定会发现变化,通过这种变化会发现叶片状态的变化。
对于监测固有频率的方法,我们一般是在叶片当中要贴加速度传感器,一般传感器会监测两个方向,一个是摆振,一个是挥舞。
主频的提取就是当叶片在正常状态下的时候,它的固有频率肯定是一定的,这个一定是必须在一定的风速、一定的温度固有频率一定,相当于人的指纹一样,通过指纹就能识别出来这个叶片它自己的特性。主频的提取就是正常状态下我们把频率频谱提取出来,一般来说一个叶片它的主频高点大约有30个左右,提取出来就知道正常状态下,叶片振动的特性。提取主频的时候,因为主频是随着温度、载荷、速度进行变化,我们开始对叶片测量之前,要有一到三个月的数据积累,这个积累是指要在不同的温度、载荷、速度以及边浆角角度条件下,积累叶片主频的数据然后和接下了数据进行对比。
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