[发明专利]一种风机塔筒剩余寿命测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种风机塔筒剩余寿命测量方法，构建风机塔筒的有限元分析模型并进行模态分析，根据获取的历史风速数据和历史风向数据，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，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，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，获取寿命损耗因子最大期望值，测量得到风机塔筒的实际垂直度；根据实际垂直度所对应的实际寿命因子，得到风机塔筒的寿命劣化因子，计算得到风机塔筒的实际剩余寿命。本发明通过计算机辅助技术，将历史的风速、风向统计数据和风机塔筒设计数据相结合，精确分析风机塔筒的剩余寿命。

技术领域

本发明涉及风机塔筒寿命预测技术领域，尤其涉及一种风机塔筒剩余寿命测量方法及系统。

背景技术

风电机组的塔筒是风力发电机组中的承重部件，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。塔筒承受着推力，弯矩和扭矩负荷等复杂多变的载荷，使得风力发电机组运行过程中，塔筒会出现一定幅度的摇摆和扭曲等变形，此外，塔筒还会受到材料变化、零部件失效以及地基沉降等因素的影响发生倾斜，产生一定的挠度。塔筒过大的倾斜变形会导致风机实际运行时塔筒的负载偏离设计值，从而加剧塔筒的寿命损耗，影响风力发电机组的正常运行，严重的还会产生安全事故，因此需要对风电机组垂直度及塔筒安全进行实时检测，确保塔筒的寿命损耗程度维持在正常范围以内。

专利公开号为CN113374652A的风力发电机组寿命评估方法，使用了气象数据对风机载荷进行了有限元分析，并且修正了塔筒的使用实名，但是无法通过塔筒倾角等状态量直接预测塔筒当前的剩余寿命。专利公开号为CN113357099A的基于加速度传感器的风机塔筒的疲劳诊断检测方法，采用加速度传感器对风机塔筒的疲劳信息进行统计，需要从一个风机投产后开始进行全生命周期的跟踪监测，才能产生有效的结果输出。专利公开号为CN112796953A的风电机组塔筒寿命预测方法，需要在每一层法兰处安装多个位移传感器，并且需要进行螺栓预紧力的校核和验算，操作复杂且成本高，难以大规模应用。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种风机塔筒剩余寿命测量方法及系统，通过计算机辅助技术，将历史的风速、风向统计数据和风机塔筒设计数据相结合，精确分析风机塔筒的剩余寿命。

为实现上述目的，本发明提供一种风机塔筒剩余寿命测量方法，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。

优选的，所述步骤S1包括：