風渦輪機中的失衡的自動識別

羅尼Ramlau和珍妮Niebsch
約翰氡比較和應用數(shù)學研究所（ RICAM ）
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2007年12月18日
摘要
背景：轉子不平衡的風力發(fā)電廠可引起設備或其組成部分的嚴重損害，從而顯著減少其壽命和安全性。目前，轉子的動平衡是一個費時和昂貴的過程。
實現(xiàn)的方法：我們描述了一種新方法自動檢測和重建風力渦輪機中轉子的不平衡，該方法是基于用有限元法（FEM）推導出的風力發(fā)電機模型.根據(jù)在發(fā)動機艙測量的振動數(shù)據(jù)進行的不平衡計算是一個逆問題。
結果：所提出的重建算法與人工和實際的數(shù)據(jù)吻合的很好并且是一個實時操作系統(tǒng)
結論：新方法降低了為計算平衡重量所需的測量努力。它可以在一個狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)里實施。
1.介紹
近幾年，我們目睹了可再生資源的日益重要性，自從1990年以來風力發(fā)電機的市場快速成長。風電場運營商期望一個風力發(fā)電廠的壽命為20年。從實際的觀點來看這是不現(xiàn)實的，老廠已經顯示了對傳動裝置和其他重要的發(fā)動機零件的巨大損害。如果缺陷和磨損在早期被診斷出來，那么大部分損失是可以避免的。造成損害的主要原因是基于轉子不平衡這樣一個事實，即轉子的質量分布是不相同的，制造的錯誤可能導致失衡，但是它們同樣可能由于刀具剖面變化或者刀片紋理中的水夾雜物的原因而被引起。即使小規(guī)模的不平衡也能像動力譆@梢謊運� 造成巨大的動力荷載。這導致了一個特別是在近海地區(qū)需要的一個復雜邏輯的非 平凡賠償。失衡引起了風力發(fā)電機組以與當前旋轉頻率相同的頻率振動。它們只 有在工廠以大振幅振蕩時才能被檢測出來，即只有在旋轉頻率與機械設備的頻率 接近時，或者已經有被損壞的組件時才能被檢測出來。在這種情況下專家組需要 用一個費時的程序來平衡機器，第一步，振動的渦輪機，讓其旋轉頻率盡可能與 被測量出來的固有頻率接近。然后一個測試質量必須放在一個葉片上，而且在相 同的頻率下再次測量振動。通過這兩個測量，不平衡能夠被估計，而且相應的平 衡重量必須放在葉片的內部。然而，不尋常的塔振動只有在機械設備以一個接近 第一固有頻率的頻率旋轉時才能被看見。否則不平衡可能在相當長一段時間內被 忽略，同時動態(tài)負載仍然影響發(fā)電機和軸承。在最近的計劃中【1】，我們瞄準了 轉子不平衡的監(jiān)控和一個在不需要測試質量的振動測試中的平衡重量的自動計算 。提供的這個方法主要有兩個優(yōu)點：第一，因為沒有費時的試運行必須要進行， 所以平衡過程能在較短的時間內完成。第二，基于我們算法的軟件可以集成在一 個狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（CMS)里。在塔里放置一個額外的振動傳感器這種方法，可以使 我們能夠在較長時間里監(jiān)測不平衡的分布而且允許我們在任何需要的時候采取措 施。這對于近海發(fā)電廠來說是特別重要的，因為它們不是能夠輕易獲得的，而且 維修需要預先制定計劃?？傊?，在操作以及對危險不平衡出現(xiàn)時的預測中對不平 衡監(jiān)測系統(tǒng)的使用將為人類節(jié)約資源并且增加渦輪機的安全性和壽命。