風(fēng)渦輪機(jī)中的失衡的自動(dòng)識(shí)別

羅尼Ramlau和珍妮Niebsch
約翰氡比較和應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所（ RICAM ）
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2007年12月18日
摘要
背景：轉(zhuǎn)子不平衡的風(fēng)力發(fā)電廠可引起設(shè)備或其組成部分的嚴(yán)重?fù)p害，從而顯著減少其壽命和安全性。目前，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡是一個(gè)費(fèi)時(shí)和昂貴的過程。
實(shí)現(xiàn)的方法：我們描述了一種新方法自動(dòng)檢測(cè)和重建風(fēng)力渦輪機(jī)中轉(zhuǎn)子的不平衡，該方法是基于用有限元法（FEM）推導(dǎo)出的風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型.根據(jù)在發(fā)動(dòng)機(jī)艙測(cè)量的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行的不平衡計(jì)算是一個(gè)逆問題。
結(jié)果：所提出的重建算法與人工和實(shí)際的數(shù)據(jù)吻合的很好并且是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
結(jié)論：新方法降低了為計(jì)算平衡重量所需的測(cè)量努力。它可以在一個(gè)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)里實(shí)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(fēng)力發(fā)電機(jī)的市場(chǎng)快速成長(zhǎng)。風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營商期望一個(gè)風(fēng)力發(fā)電廠的壽命為20年。從實(shí)際的觀點(diǎn)來看這是不現(xiàn)實(shí)的，老廠已經(jīng)顯示了對(duì)傳動(dòng)裝置和其他重要的發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)子不平衡這樣一個(gè)事實(shí)，即轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布是不相同的，制造的錯(cuò)誤可能導(dǎo)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(dòng)力譆@梢謊運(yùn)� 造成巨大的動(dòng)力荷載。這導(dǎo)致了一個(gè)特別是在近海地區(qū)需要的一個(gè)復(fù)雜邏輯的非 平凡賠償。失衡引起了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以與當(dāng)前旋轉(zhuǎn)頻率相同的頻率振動(dòng)。它們只 有在工廠以大振幅振蕩時(shí)才能被檢測(cè)出來，即只有在旋轉(zhuǎn)頻率與機(jī)械設(shè)備的頻率 接近時(shí)，或者已經(jīng)有被損壞的組件時(shí)才能被檢測(cè)出來。在這種情況下專家組需要 用一個(gè)費(fèi)時(shí)的程序來平衡機(jī)器，第一步，振動(dòng)的渦輪機(jī)，讓其旋轉(zhuǎn)頻率盡可能與 被測(cè)量出來的固有頻率接近。然后一個(gè)測(cè)試質(zhì)量必須放在一個(gè)葉片上，而且在相 同的頻率下再次測(cè)量振動(dòng)。通過這兩個(gè)測(cè)量，不平衡能夠被估計(jì)，而且相應(yīng)的平 衡重量必須放在葉片的內(nèi)部。然而，不尋常的塔振動(dòng)只有在機(jī)械設(shè)備以一個(gè)接近 第一固有頻率的頻率旋轉(zhuǎn)時(shí)才能被看見。否則不平衡可能在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被 忽略，同時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)載仍然影響發(fā)電機(jī)和軸承。在最近的計(jì)劃中【1】，我們瞄準(zhǔn)了 轉(zhuǎn)子不平衡的監(jiān)控和一個(gè)在不需要測(cè)試質(zhì)量的振動(dòng)測(cè)試中的平衡重量的自動(dòng)計(jì)算 。提供的這個(gè)方法主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，因?yàn)闆]有費(fèi)時(shí)的試運(yùn)行必須要進(jìn)行， 所以平衡過程能在較短的時(shí)間內(nèi)完成。第二，基于我們算法的軟件可以集成在一 個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CMS)里。在塔里放置一個(gè)額外的振動(dòng)傳感器這種方法，可以使 我們能夠在較長(zhǎng)時(shí)間里監(jiān)測(cè)不平衡的分布而且允許我們?cè)谌魏涡枰臅r(shí)候采取措 施。這對(duì)于近海發(fā)電廠來說是特別重要的，因?yàn)樗鼈儾皇悄軌蜉p易獲得的，而且 維修需要預(yù)先制定計(jì)劃?？傊诓僮饕约皩?duì)危險(xiǎn)不平衡出現(xiàn)時(shí)的預(yù)測(cè)中對(duì)不平 衡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用將為人類節(jié)約資源并且增加渦輪機(jī)的安全性和壽命。