风电塔筒检测中声发射技术的应用研究

【摘要】：风电塔筒作为风力发电机组中承载构件的基础,其长期工作于恶劣的环境下,而且本身高耸、重量大。在长时间的服役过程中易造成缺陷的产生,会危害到塔筒自身的安全性,也危及整个风电机组的正常运行,需要及时检测出来进而及时采取补救措施,否则会造成风电塔筒倒塌的重大事故。声发射技术是一种动态监测技术,而且它的监测覆盖面积大,检测效率高,可进行在役检测。将声发射技术应用于风电塔筒的监测中具有十分重要的意义,可以有效的评估风电塔筒的健康状况,在工程应用上具有重要的价值。针对风电塔筒现场监测的复杂性,本文采用声发射技术提取风电塔筒监测时采集的信号。主要取得以下成果:(1)通过断铅试验研究了风电塔筒上声发射信号的传播衰减特性,用幅值和能量来表征声发射信号的衰减性能。结果表明,风电塔筒的焊缝处对声发射信号的影响大于距离对声发射信号的影响。由断铅试验可知,声发射信号在塔筒中的最远传播距离为15m,但是传感器可接收到的有效信号最远可达6m,这个结论对声发射在风电塔筒现场的试验中传感器的布置有指导意义,也说明了在风电塔筒监测中应用声发射技术的可行性。通过对断铅点和衰减点的信号进行小波分析,可知当信号通过焊缝时,低频信号的能量比例急剧下降,而在通过漆面时,低频信号和d3频段的信号能量较其他频段的信号能量比例上有一定的下降。而信号通过焊缝后能量频段主要集中在d4和d3层;未通过焊缝的能量频段主要集中在d3和d1层,以此来表征信号的差异性。通过对不同衰减情况下传播速度的统计,可以把3700m/s作为参考性数据,对现场监测中的数据进行定位分析。(2)对大唐某风电场1.5MW级锥台型塔筒进行现场监测试验。试验前对风电塔筒进行受力分析,发现风电塔筒在其中下部位承受着更大的载荷,需要进行重点监测。由于现场试验采集的数据量极大,而且大部分信号为一种平稳的背景信号,通过SPSS Clementine专业工具对现场试验所采集到的大量声发射数据进行筛选和提取,将幅值、振铃计数、持续时间以及能量数值与大部分正常数据不同的数据进行分析,过滤掉无用信号,将异常信号进行重新归类和重组。通过对现场试验采集到的声发射信号进行频谱分析和小波分析,得到Dj19号风电塔筒第三组试验417s时,信号频率在100 kHz~250 kHz之间。能量主要集中在d4和d3频段,且d3频段的能量百分比最大。由定位图可知,Dj19号风电塔筒位于高6.45m处环焊缝东北方向的局部位置有疑似缺陷。 【关键词】：风电塔筒 声发射 衰减 小波分析 现场监测
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 风电塔筒的常规无损检测方法12-14
• 1.3 声发射技术研究现状14-15
• 1.4 研究内容及意义15-16
• 1.4.1 研究内容15-16
• 1.4.2 研究意义16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 声发射检测技术原理17-24
• 2.1 声发射技术概述17
• 2.2 声发射技术的特点17-18
• 2.3 声发射信号的分析及处理方法18-23
• 2.3.1 声发射信号的类型18-19
• 2.3.2 信号特性参数19-20
• 2.3.3 参数分析20-21
• 2.3.4 波形分析21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 声发射信号在风电塔筒中的衰减特性研究24-39
• 3.1 声发射波24-26
• 3.1.1 声发射波的产生24
• 3.1.2 声发射波的传播模式24
• 3.1.3 声发射波的传播速度24-25
• 3.1.4 声发射波的反射、折射与模式转换25
• 3.1.5 声发射波衰减的物理机制25-26
• 3.2 衰减试验的目的26
• 3.3 衰减试验系统及试验方案26-30
• 3.3.1 衰减试验系统26-27
• 3.3.2 衰减试验方案27-28
• 3.3.3 声发射信号的衰减性能研究28-30
• 3.4 经过小波分析的声发射信号的衰减性能研究30-36
• 3.4.1 小波分析介绍30-34
• 3.4.2 经小波变换后的声发射衰减信号分析34-36
• 3.5 根据塔筒的衰减试验对波速的分析36-37
• 3.5.1 波传播的三要素36-37
• 3.5.2 实验结果分析37
• 3.6 本章小结37-39
• 第4章 风电塔筒在役检测的技术研究39-53
• 4.1 试验目的39
• 4.2 风电机组实际运行要求39-40
• 4.3 风电塔筒所受载荷的分析40-41
• 4.4 现场试验系统及试验过程41-43
• 4.4.1 试验系统41-42
• 4.4.2 试验过程42-43
• 4.5 采用SPSS Clemenin工具对声发射仪数据进行聚类分析43-47
• 4.5.1 聚类分析方法44-46
• 4.5.2 现场声发射试验数据的聚类分析46-47
• 4.6 声发射定位方法研究47-49
• 4.6.1 声发射源定位研究47-48
• 4.6.2 声发射源的三维定位48
• 4.6.3 最小二乘法三维定位方法48-49
• 4.7 风电塔筒现场试验的声发射信号分析49-51
• 4.7.1 风电塔筒现场试验的声发射信号小波分析50-51
• 4.7.2 风电塔筒现场试验声发射信号三维定位51
• 4.8 本章小结51-53
• 结论53-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 附录A 攻读硕士期间所发表的论文59

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