一种水平轴风力发电机组叶片寿命评估方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水平轴风力发电机组叶片寿命评估方法和系统，得到隔热保护涂层损伤扩展规律曲面，即试件隔热保护涂层体积下降率随实验时间的函数关系；得到叶片前缘隔热保护涂层寿命标定曲面，即叶片前缘隔热保护涂层体积下降率随叶片展向位置、服役时间的函数关系；根据测量叶片前缘隔热保护涂层体积下降率，利用叶片前缘隔热保护涂层寿命标定曲面，计算得到叶片对应展向位置所在截面前缘当次涂装隔热保护涂层服役时间；叶片某个展向位置服役时间为其所在截面前缘以往各次涂装隔热保护涂层服役时间之和，叶片服役寿命为叶片各个展向位置服役时间的平均值。不需要把传感器安装在叶片上，同时又可以得到叶片的寿命。同时又可以得到叶片的寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种水平轴风力发电机组叶片寿命评估方法和系统


[0001]本专利技术属于风力发电机组领域，涉及一种水平轴风力发电机组叶片寿命评估方法和系统。

技术介绍

[0002]风力发电机组部件寿命评估工作，通常包含以下环节：(1)根据设计评估报告、型式试验报告，确定部件潜在失效类型以及对应的危险位置；(2)根据设计评估过程及结果，选取导致部件失效的主特征载荷以及对应可测量的特征变量；(3)在部件危险位置布置传感器，实现对特征变量实施数据采集的功能；(4)通过载荷标定试验，建立主特征载荷与特征变量间的数值函数关系；(5)对特征变量开展实时测量并记录、存储数据采集结果；(6)通过数据统计，使用主特征载荷与特征变量间的数值函数关系，推导施加在部件上的主特征载荷时序历程；(7)与设计评估载荷及过程进行比对，评估部件实际寿命累计情况。
[0003]该技术思路潜在的问题包括：(1)部件危险位置布置的传感器，在长期运行过程中容易发生数据偏移或系统损坏，且不易被及时发现，由此会影响采集数据的精度，增大寿命评估结果的误差；(2)由于不同类型、不同位置的传感器受到工作环境干扰因素多种多样、程度各不相同，由此产生的测量偏差也会呈现出各自特点，难于从中总结出固定规律，由此很难找到规律性系统分析剔除可疑数据的方法和依据；(3)如果进行传感器重置或更换，由于系统补偿设置方面的需要，必须重新开展载荷标定试验工作，从而影响机组正常运行。
[0004]特别是针对风力发电机组风轮叶片，面临的问题进一步包括：(1)为了不影响叶片气动外形，通常传感器只能安装或预埋在叶片腔体内侧，而一旦在工作人员到达不了的地方出现问题，放弃维修或更换则会丢失监测信息，失去对叶片局部区域安全性监控的功能，否则会需要进行开窗操作，对叶片本身结构造成损伤；(2)拆卸维修工作会影响与叶片相关一系列系统的连接，成本高、周期长，维修过程中相关机组存在一定安全风险，而不拆卸维修工作则需要工作人员进行高处作业，甚至需要使用吊篮或悬吊平台进行长时间舱外作业，极大增加了安全风险，同时传感器布置精度会极大地受到工作人员心理素质以及工作环境困难程度的影响；(3)传感器维修工作并非一劳永逸，会不断地在运行过程中发生问题，需要不定期反复维修或更换，运行维护成本过高；(4)随着风力发电机组容量大型化，风轮叶片长度、柔性增加，挥舞摆振弯曲耦合、弯曲扭转耦合现象更加明显，难于解耦某主特征载荷，从而影响由特征变量推导主特征载荷过程的精度，进而影响寿命评估精度。
[0005]不乏与以上原因相关，现阶段各大整机厂商、部件厂商、业主、技术服务提供方对于风力发电机组风轮叶片的监测以及寿命评估工作做的都非常粗糙；与之相对应，大型化后叶片摆振方向弯矩载荷显著增加，也更容易发生叶片后缘开裂、叶根0
°
/180
°
附近连接螺栓断裂等安全问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种水平轴风力发电机组叶片
寿命评估方法和系统，不需要把传感器安装在叶片上，同时又可以得到叶片的寿命。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0008]一种水平轴风力发电机组叶片寿命评估方法，包括以下过程：
[0009]通过隔热保护涂层耐环境损伤实验，得到隔热保护涂层损伤扩展规律曲面，即试件隔热保护涂层体积下降率随实验时间的函数关系；通过叶片前缘隔热保护涂层寿命标定方法，利用隔热保护涂层损伤扩展规律曲面，得到叶片前缘隔热保护涂层寿命标定曲面，即叶片前缘隔热保护涂层体积下降率随叶片展向位置、服役时间的函数关系；
[0010]根据测量叶片前缘隔热保护涂层体积下降率，利用叶片前缘隔热保护涂层寿命标定曲面，计算得到叶片对应展向位置所在截面前缘当次涂装隔热保护涂层服役时间；
[0011]叶片某个展向位置服役时间为其所在截面前缘以往各次涂装隔热保护涂层服役时间之和，叶片服役寿命为叶片各个展向位置服役时间的平均值。
[0012]优选的，隔热保护涂层体积下降率的计算公式为：
[0013][0014]其中，V％表示隔热保护涂层体积下降率；V0表示初始隔热保护涂层体积值；V
test
表示测量隔热保护涂层体积值。
[0015]进一步，隔热保护涂层体积值的计算过程为：对测量区域进行红外线扫描，得到测量区域表面温度分布，绘制测量区域表面温度等温线分布图，计算不同温度阶梯对应的区域面积值；利用表面温度等温线分布图中未涂装隔热保护涂层区域与标准涂装隔热保护涂层区域的表面温度作为参考，向内插值得到不同温度阶梯对应的隔热保护涂层厚度值；将不同温度阶梯对应的区域面积值与隔热保护涂层厚度值相乘并累加，即得到测量区域隔热保护涂层体积值。
[0016]优选的，叶片前缘隔热保护涂层寿命标定曲面获取过程为：遍历叶片展向位置，得到叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月每个展向位置的隔热保护涂层体积下降率上下限，从而得到对应的隔热保护涂层体积下降率；重复上述过程以延续时间变量，得到叶片前缘隔热保护涂层体积下降率随叶片展向位置、服役时间的函数关系曲面，即叶片前缘隔热保护涂层寿命标定曲面。
[0017]进一步，获取叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月某个展向位置的隔热保护涂层体积下降率上下限的过程为：遍历叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月该展向位置处叶片前缘损伤耦合工况，将叶片展向位置恒定情况下隔热保护涂层体积下降率随时间的变化率数值采用降序排列，并以此排列叶片前缘损伤耦合工况顺序，依次将其代表年对应月发生小时数产生的损伤情况进行累加，得到叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月该展向位置处隔热保护涂层体积下降率下限；
[0018]遍历叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月该展向位置处叶片前缘损伤耦合工况，将叶片展向位置恒定情况下隔热保护涂层体积下降率随时间的变化率数值采用升序排列，并以此排列叶片前缘损伤耦合工况顺序，依次将其代表年对应月发生小时数产生的损伤情况进行累加，得到叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月该展向位置处隔热保护涂层体积下降率下限；
[0019]取叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月该展向位置处隔热保护涂层体积下
降率上下限的平均值，即得到对应的隔热保护涂层体积下降率。
[0020]再进一步，叶片前缘损伤耦合工况由环境损伤因素工况与机组运行因素工况相耦合得到，其表征数据包含环境损伤因素特征参量值、叶片每个展向位置所在截面对应的等效入流角及等效来流速度值、代表年各月份发生小时数。
[0021]再进一步，环境损伤因素工况与机组运行因素工况的获取过程为：获取风电场风力发电机组叶片前缘环境损伤因素组成及特征参量，根据气象站历史数据记录，将风电场天气情况进行分类并得到对应代表年各月份发生小时数，形成环境损伤因素工况；
[0022]根据风力发电机组运行数据记录，将机组运行情况进行分类并得到对应代表年各月份发生小时数，形成机组运行因素工况；
[0023]根据风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水平轴风力发电机组叶片寿命评估方法，其特征在于，包括以下过程：通过隔热保护涂层耐环境损伤实验，得到隔热保护涂层损伤扩展规律曲面，即试件隔热保护涂层体积下降率随实验时间的函数关系；通过叶片前缘隔热保护涂层寿命标定方法，利用隔热保护涂层损伤扩展规律曲面，得到叶片前缘隔热保护涂层寿命标定曲面，即叶片前缘隔热保护涂层体积下降率随叶片展向位置、服役时间的函数关系；根据测量叶片前缘隔热保护涂层体积下降率，利用叶片前缘隔热保护涂层寿命标定曲面，计算得到叶片对应展向位置所在截面前缘当次涂装隔热保护涂层服役时间；叶片某个展向位置服役时间为其所在截面前缘以往各次涂装隔热保护涂层服役时间之和，叶片服役寿命为叶片各个展向位置服役时间的平均值。2.根据权利要求1所述的水平轴风力发电机组叶片寿命评估方法，其特征在于，隔热保护涂层体积下降率的计算公式为：其中，V％表示隔热保护涂层体积下降率；V0表示初始隔热保护涂层体积值；V
test
表示测量隔热保护涂层体积值。3.根据权利要求2所述的水平轴风力发电机组叶片寿命评估方法，其特征在于，隔热保护涂层体积值的计算过程为：对测量区域进行红外线扫描，得到测量区域表面温度分布，绘制测量区域表面温度等温线分布图，计算不同温度阶梯对应的区域面积值；利用表面温度等温线分布图中未涂装隔热保护涂层区域与标准涂装隔热保护涂层区域的表面温度作为参考，向内插值得到不同温度阶梯对应的隔热保护涂层厚度值；将不同温度阶梯对应的区域面积值与隔热保护涂层厚度值相乘并累加，即得到测量区域隔热保护涂层体积值。4.根据权利要求1所述的水平轴风力发电机组叶片寿命评估方法，其特征在于，叶片前缘隔热保护涂层寿命标定曲面获取过程为：遍历叶片展向位置，得到叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月每个展向位置的隔热保护涂层体积下降率上下限，从而得到对应的隔热保护涂层体积下降率；重复上述过程以延续时间变量，得到叶片前缘隔热保护涂层体积下降率随叶片展向位置、服役时间的函数关系曲面，即叶片前缘隔热保护涂层寿命标定曲面。5.根据权利要求4所述的水平轴风力发电机组叶片寿命评估方法，其特征在于，获取叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月某个展向位置的隔热保护涂层体积下降率上下限的过程为：遍历叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月该展向位置处叶片前缘损伤耦合工况，将叶片展向位置恒定情况下隔热保护涂层体积下降率随时间的变化率数值采用降序排列，并以此排列叶片前缘损伤耦合工况顺序，依次将其代表年对应月发生小时数产生的损伤情况进行累加，得到叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月该展向位置处隔热保护涂层体积下降率下限；遍历叶片前缘隔热保护涂层施工完成后某个月该展向位置处叶片前缘损伤耦合工况，将叶片展向位置恒定...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑磊，于向航，张俊杰，卢坤鹏，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：