一种风机叶片多裂纹声发射监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种风机叶片多裂纹声发射监测方法及系统，根据风机叶片材料的声速分布性质确定发射源定位传感器阵列布设方式；利用布设方式的传感器阵列获取风机叶片的声发射信号；对各传感器获取的声发射信号进行降噪处理，在时域范围内进行小波变化和分解，提取多裂纹损伤的特征参数；基于特征参数，建立声波信号图，确定各传感器之间声波到达时差，根据时差确定风机叶片多裂纹声发射源疲劳损伤位置。本发明专利技术能够提高流体机械机组叶片裂纹的故障监测能力、有效提取声发射信号特征、能够识别出主裂纹，避免了复杂力学计算求解的难题，也克服了传统信号处理方法无法提取多耦合信号微细特征的问题，避免由于叶片的裂纹故障而引起的事故发生。引起的事故发生。引起的事故发生。

【技术实现步骤摘要】
一种风机叶片多裂纹声发射监测方法及系统


[0001]本专利技术属于监测
，涉及一种风机叶片多裂纹声发射监测方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]海上风力发电不仅成本低廉，环保无污染，而且风力资源无穷无尽。目前可再生能源利用中风力发电技术是最成熟，最具规模化开发条件的发电方式，其应用前景十分广阔。世界各国对风电发展都给予高度重视，尤其是发达国家，把开发风电作为调整能源结构、保护环境、合理利用资源、实现可持续发展的重要措施。
[0004]在风机工作过程中，最重要的核心部件是风机叶片，叶片的运行状态和使用寿命直接关乎风力发电的效率和风力发电的安全性。因此对运行中的风机叶片进行疲劳损伤监测就显得尤为重要。
[0005]风机叶片在能量转换中起到的作用十分重要，是风力发电的主要过流部分，所以叶片是否能稳定运转，直接决定了风电机组的工作效率与成本。在常见的风机设备故障中，由于叶片裂纹故障难以监测、初期隐蔽性好不易察觉，导致在监测过程中常被忽略，从而造成设备安全隐患。叶片裂纹故障现已成为风机运行过程中十分常见的隐患问题，以简单、高效、准确的方式对叶片裂纹故障进行监测，研究叶片裂纹损伤，尽可能的避免经济损失，是目前国内外设备故障诊断的主要难题。
[0006]由于风机叶片上的裂纹为非均匀分布的多裂纹组合，各个裂纹之间的相互作用也因其方向与分布的不同而形成不同的应力场，从而导致结构的剩余强度通常与以单一裂纹模型确定的剩余强度结果并不相同。裂纹分布较近时，裂纹之间的互相影响使得裂纹偏离各自的扩展方向，并且在达到一定条件时发生合并，形成新的主裂纹扩展，叶片裂纹的扩展速率会突然加快乃至发生瞬时断裂，对结构的寿命产生非常大的影响。因此，多裂纹监测是结构寿命评估的关键问题。但是，一直以来，对于叶片裂纹的研究主要集中在单裂纹上，对于多裂纹的定量辨识问题较少研究。
[0007]目前叶片裂纹监测技术主要包括振动测试、油液监测、热成像采样等方式，但是这些常见的监测方法都不适合大型流体机械机组的现场监测。声发射技术以其特有的实时无损监测的优势和特点，现在已成为材料领域和工程研究领域一种常用的疲劳损伤监测手段，其监测的灵敏性和监测结果的可靠性得到许多研究成果和现场试验的验证。应用声发射技术对机组叶片进行疲劳损伤监测，不但能定位出疲劳损伤裂纹发生的位置，还能监测出疲劳损伤裂纹扩展的全过程。但是声发射损伤监测过程中也会受到外界环境的干扰，比如仪器的激励效应、夹具碰撞以及环境噪音等外界因素的干扰，可能导致所采集的裂纹扩展信号和其他噪声信号的频率很相近，这样就会导致很难区分真正的疲劳损伤信号。
[0008]针对声发射信号的提取和声发射信号的去噪问题一直都是声发射疲劳裂纹损伤监测的热点问题，目前普遍采用的声发射参数分析方法并没有利用到声发射疲劳裂纹损伤
的全部信息，对采集到的声发射信号进行处置和对信号波形进行识别的相关研究还有待加强。对于风机叶片这类工作环境恶劣的构件，采集到的是多模态混叠信号，常规的信号处理技术很难提取出真正有用的信息，这也为如何区分多裂纹损伤的信号特征，进而监测裂纹状态提升了难度。

技术实现思路

[0009]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种风机叶片多裂纹声发射监测方法及系统，本专利技术能够提高流体机械机组叶片裂纹的故障监测能力、有效提取声发射信号特征、能够识别出主裂纹，避免了复杂力学计算求解的难题，也克服了传统信号处理方法无法提取多耦合信号微细特征的问题，避免由于叶片的裂纹故障而引起的事故发生。
[0010]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种风机叶片多裂纹声发射监测方法，包括以下步骤：
[0012]根据风机叶片材料的声速分布性质确定发射源定位传感器阵列布设方式；
[0013]利用所述布设方式的传感器阵列获取风机叶片的声发射信号；
[0014]对各传感器获取的声发射信号进行降噪处理，在时域范围内进行小波变化和分解，提取多裂纹损伤的特征参数；
[0015]基于特征参数，建立声波信号图，确定各传感器之间声波到达时差，根据时差确定风机叶片多裂纹声发射源疲劳损伤位置。
[0016]作为可选择的实施方式，根据风机叶片材料的声速分布性质确定发射源定位传感器阵列布设方式的具体过程包括：
[0017]以目标叶片为声源，距离所述声源一定范围内，布设三个声信号传感器，其中三个声信号传感器呈L型布设，以距离声源最近的声信号传感器为L的交点，且其余声信号传感器距离该交点处的声信号传感器的距离，均远小于其和声源的距离。
[0018]作为可选择的实施方式，根据风机叶片材料的声速分布性质确定发射源定位传感器阵列布设方式的具体过程包括：
[0019]以目标叶片为声源，距离所述声源一定范围内，布设四个声信号传感器，其中四个声信号传感器呈Z型布设，以距离声源最近的声信号传感器为Z型中间的交点之一，且其余声信号传感器距离该交点处的声信号传感器的距离，均远小于其和声源的距离。
[0020]进一步的，相邻的两个声信号传感器的距离相同。
[0021]作为可选择的实施方式，所述分解为EMD经验模态分解。
[0022]作为可选择的实施方式，确定各传感器之间声波到达时差的具体过程包括：采用时差法分析各声波之间的到达同一波阵面的时间差。
[0023]作为进一步的，通过分析传感器接收到的波形图，读取比较首波到达时刻，即可得到任意两个传感器的首波到达时差。
[0024]作为可选择的实施方式，根据时差确定风机叶片多裂纹声发射源疲劳损伤位置的具体过程包括：根据各传感器的时差，确定声发射源所在的传播方向，当声发射信号到达同一阵列中的传感器时，将波阵面看作相互平行的平面，相邻传感器在不同方向与位于交点处的传感器连线与位于交点处的传感器和声源之间的连线的夹角看做近似相同，根据几何关系表示所述夹角；
[0025]结合各传感器之间接收到声发射信号的时间差，表示声速；
[0026]联合各表达式，计算声发射源位置。
[0027]作为可选择的实施方式，根据采集的声发射源信号，对信号幅值进行分析，确定信号能量频率范围以及信号能量与持续时间，进而判断出结构的损伤状态所属阶段。
[0028]作为进一步的，信号幅值进行分析包括如果产生的信号幅值在第一范围，则为萌生阶段，如果在第二范围，则为扩展阶段，如果产生的信号幅值在第三范围，则为断裂阶段，第三范围大于第二范围，第二范围大于第一范围。
[0029]作为进一步的，声发射信号能量与持续时间的判断过程包括，如果应力位移曲线从设定峰值应力开始不再是线性的，则认为微裂纹萌生，如果应力先急剧下降，后来下降缓慢，声发射信号的数量不断增加，能量增大，则为宏观裂纹合并；如果载荷下降缓慢，连续信号较少，且产生了高于设定值的能量信号，则认为是宏观裂纹扩展阶段。
[0030]作为进一步的，在分析时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机叶片多裂纹声发射监测方法，其特征是，包括以下步骤：根据风机叶片材料的声速分布性质确定发射源定位传感器阵列布设方式；利用所述布设方式的传感器阵列获取风机叶片的声发射信号；对各传感器获取的声发射信号进行降噪处理，在时域范围内进行小波变化和分解，提取多裂纹损伤的特征参数；基于特征参数，建立声波信号图，确定各传感器之间声波到达时差，根据时差确定风机叶片多裂纹声发射源疲劳损伤位置。2.如权利要求1所述的一种风机叶片多裂纹声发射监测方法，其特征是，根据风机叶片材料的声速分布性质确定发射源定位传感器阵列布设方式的具体过程包括：以目标叶片为声源，距离所述声源一定范围内，布设三个声信号传感器，其中三个声信号传感器呈L型布设，以距离声源最近的声信号传感器为L的交点，且其余声信号传感器距离该交点处的声信号传感器的距离，均远小于其和声源的距离。3.如权利要求1所述的一种风机叶片多裂纹声发射监测方法，其特征是，根据风机叶片材料的声速分布性质确定发射源定位传感器阵列布设方式的具体过程包括：以目标叶片为声源，距离所述声源一定范围内，布设四个声信号传感器，其中四个声信号传感器呈Z型布设，以距离声源最近的声信号传感器为Z型中间的交点之一，且其余声信号传感器距离该交点处的声信号传感器的距离，均远小于其和声源的距离。4.如权利要求2或3所述的一种风机叶片多裂纹声发射监测方法，其特征是，相邻的两个声信号传感器的距离相同。5.如权利要求1所述的一种风机叶片多裂纹声发射监测方法，其特征是，确定各传感器之间声波到达时差的具体过程包括：采用时差法分析各声波之间的到达同一波阵面的时间差。6.如权利要求5所述的一种风机叶片多裂纹声发射监测方法，其特征是，通过分析传感器接收到的波形图，读取比较首波到达时刻，即可得到任意两个传感器的首波到达时差。7.如权利要求1所述的一种风机叶片多裂纹声发射监测方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，张永飞，王旭峰，徐俊祥，李平，周芳，张磊，高志康，赵丹丹，赵丽，杨艳，赵芮，
申请(专利权)人：山东电力工程咨询院有限公司，
类型：发明
国别省市：