[发明专利]一种风机塔筒剩余寿命测量方法及系统

权利要求书

1.一种风机塔筒剩余寿命测量方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

S1、构建风机塔筒的有限元分析模型并进行模态分析，获取风机塔筒的一阶模态的特征频率和对应一阶模态的有效质量；

S2、根据获取的历史风速数据和历史风向数据、特征频率以及有效质量，计算得到风机塔筒工作时在任意历史风速下所产生的周期性载荷振荡的频率和振幅，并计算得到在任意历史风速下风机塔筒各个位置的应力矩阵；

S3、根据所述任意历史风速下风机塔筒各个位置的应力矩阵以及塔筒材料的疲劳曲线，计算得到任意历史风速下塔筒各个位置的塔筒材料寿命损耗因子；

S4、根据任意历史风速下塔筒各个位置的塔筒材料寿命损耗因子、历史风速数据以及历史风向数据，计算得到单位风向下所有历史风速下单位时间内风机塔筒载荷导致的寿命损耗因子期望值矩阵，对所述寿命损耗因子期望值矩阵进行遍历得到寿命损耗因子最大期望值；

S5、对风机塔筒进行实际测量得到塔筒顶部法兰盘的倾角，计算得到风机塔筒的实际垂直度；

S6、根据风机塔筒的垂直度与寿命损耗因子最大期望值的关系曲线，获取所述风机塔筒的实际垂直度所对应的实际寿命因子，计算该实际寿命因子与所述寿命损耗因子最大期望值的比值，得到风机塔筒的寿命劣化因子；

S7、根据所述风机塔筒的寿命劣化因子和风机塔筒实际运行时间，并基于风机塔筒的设计使用寿命计算得到风机塔筒的实际剩余寿命。

2.如权利要求1所述的风机塔筒剩余寿命测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

查询风机塔筒的设计手册，获取风机塔筒的几何特征和风机塔筒材料的物理属性；

根据所述几何特征和物理属性构建风机塔筒的有限元分析模型，进行模态分析，获取所述风机塔筒的一阶模态的特征频率freq₁和对应一阶模态的有效质量m_e1，其中，

（1）；

其中， θ_i表示风机塔筒的方位角，R_i表示风机塔筒的半径，H_i表示风机塔筒的高度，i表示有限元分析模型各个微元的标号，M表示风机塔筒材料的物理属性，FEM₁表示风机塔筒的有限元分析模型。

3.如权利要求2所述的风机塔筒剩余寿命测量方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

所述历史风速数据包括多个历史风速值和对应每一个历史风速值所发生的概率，历史风速数据用矩阵式（2）表示：

（2）；

其中，v_m表示第m个历史风速样本的风速值，p_m表示风速值v_m对应的发生概率，m表示历史风速数据中总共有m个样本值；

所述历史风向数据包括多个历史风向值和对应每一个历史风向值所发生的概率，历史风向数据用矩阵式（3）表示：

（3）；

其中，φ_n表示第n个历史风向样本的风向值，q_n表示风向值φ_n对应的发生概率，n表示历史风向数据中总共有n个样本值。

4.如权利要求3所述的风机塔筒剩余寿命测量方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

根据所述多个历史风速值和对应每一个历史风速值所发生的概率，根据公式（4）计算得到风机塔筒工作时在任意历史风速下所产生的周期性载荷振荡的频率freq₂：

（4）；

其中，v表示历史风速值，S_tr为斯特劳哈尔数，由塔筒截面几何所决定；

根据风机的设计手册获取风机的推力-速度曲线F_t(v)，并设定恒定推力和扰动推力之间的转换系数为S_fluc，计算风机塔筒工作时在任意历史风速下所产生的周期性载荷振荡的振幅A_fluc(v)：

（5）；

其中，c表示风机塔筒材料阻尼系数；

对任意历史风速下所产生的周期性载荷振荡的振幅A_fluc(v)进行有限元分析，计算得到在任意历史风速下风机塔筒各个位置的应力矩阵σ_i(v)：

（6）；

其中，FEM₂表示有限元分析。