基于聲發(fā)射的風(fēng)電塔筒缺陷診斷監(jiān)測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、風(fēng)能是大自然中普遍存在的綠色、清潔新能源，受到世界各國(guó)人們的廣泛關(guān)注和大力發(fā)展。風(fēng)電塔筒作為風(fēng)機(jī)的主要組成部件，長(zhǎng)期服役于惡劣的自然環(huán)境中，因受周期性復(fù)雜載荷的激勵(lì)及焊接接頭缺陷的影響，塔筒很容易產(chǎn)生破壞性裂紋，從而導(dǎo)致塔筒結(jié)構(gòu)的失效，嚴(yán)重威脅著風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。塔筒一旦發(fā)生倒塌事故，會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并且還可能會(huì)造成人員傷亡，因此對(duì)在役風(fēng)電塔筒缺陷的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。通過(guò)對(duì)塔筒破壞性裂紋誘因的定性和定位研究，可及時(shí)

2、對(duì)其采取有效的防范及補(bǔ)救措施，從而避免了塔筒倒塌事故的發(fā)生，為風(fēng)電企業(yè)挽回巨大的經(jīng)濟(jì)損失。聲發(fā)射檢測(cè)作為一種新型的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，可通過(guò)傳感器的有效分布來(lái)實(shí)現(xiàn)大型結(jié)構(gòu)件的整體檢測(cè)，能夠檢測(cè)到在役塔筒存在的動(dòng)態(tài)缺陷，且檢測(cè)效率普遍高于常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法。聲發(fā)射技術(shù)在工程檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有美好前景，并且將聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于在役風(fēng)電塔筒健康狀態(tài)的評(píng)估及在線監(jiān)測(cè)是可靠的。本文從在役風(fēng)電塔筒檢測(cè)的工程應(yīng)用和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出發(fā)，以塔筒本身及制造材料為

3、研究主體，利用聲發(fā)射儀采集了 Q345E鋼不同焊縫缺陷的特征 AE信號(hào)，以及塔筒不同環(huán)焊縫處所產(chǎn)生的裂紋源 AE信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行了處理和分析，探討了引發(fā)破壞性裂紋產(chǎn)生的焊縫缺陷類型，通過(guò)缺陷圖譜分析可實(shí)現(xiàn)焊縫不同類型缺陷的識(shí)別，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)缺陷的位置進(jìn)行了準(zhǔn)確定位，驗(yàn)證了聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)電現(xiàn)場(chǎng)塔筒監(jiān)測(cè)的可行性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)塔筒制造過(guò)程中，焊接接頭缺陷對(duì)風(fēng)電塔筒運(yùn)行安全的危害問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)預(yù)制有內(nèi)部缺陷

4、的塔筒原材料（Q345E鋼）焊縫試件進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，獲取了不同類型缺陷的 Q345E焊縫在彎曲損傷過(guò)程中的特征聲發(fā)射信號(hào)。除了對(duì)不同缺陷焊縫原始聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行小波降噪和重構(gòu)外，還對(duì)重構(gòu)后不同焊縫缺陷的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行了特征參量分析、FFT變換的頻譜分析、小波時(shí)頻分析、三維 HHT變換的幅值分析，提取了不同類型缺陷特征信號(hào)在相同頻率段內(nèi)所占的能量比例系數(shù)。研究結(jié)果表明，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，不同類型缺陷的 AE信號(hào)在特征參數(shù)、頻率及相同頻率段

5、內(nèi)能量所占比例方面存在差異；對(duì)缺陷原始特征信號(hào)的降噪和重構(gòu)，在降低了噪聲信號(hào)的同時(shí)，提高了缺陷信號(hào)的信噪比，使特征信號(hào)更能反映缺陷的真實(shí)特征；對(duì)處理后的 AE信號(hào)進(jìn)行多種處理方法的比較，發(fā)現(xiàn)三維 HHT變換的幅值圖譜具有更好的局部分析能力和高分辨率，能更很好地反映出不同焊縫缺陷聲發(fā)射信號(hào)的特征，可以有效識(shí)別出焊縫缺陷的類型。⑵針對(duì)聲發(fā)射傳感器分布及信號(hào)衰減對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位輸出結(jié)果的影響，此次研究以酒泉水電四局在建的2WM風(fēng)電機(jī)組的下段塔筒

6、為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)斷鉛模擬裂紋聲發(fā)射源的產(chǎn)生，在該平臺(tái)上開展了信號(hào)傳播衰減試驗(yàn)和缺陷聲發(fā)射源定位試驗(yàn)。采用信號(hào)參數(shù)的能量、上升計(jì)數(shù)、幅值和 RMS值描述了聲發(fā)射信號(hào)的衰減性能，研究結(jié)果表明：聲發(fā)射信號(hào)在塔筒中的有效傳播距離在8米左右，將聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于在役塔筒的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是可行的；缺陷特征信號(hào)經(jīng)過(guò)3條焊縫后，信號(hào)的幅值、上升計(jì)數(shù)、能量及RMS等特征參數(shù)符合衰變規(guī)律，隨著其經(jīng)過(guò)環(huán)焊縫條數(shù)的增多，聲發(fā)射信號(hào)的波形在傳播過(guò)程中發(fā)生了轉(zhuǎn)換，使特