风机叶片结构健康度评定与预警系统
近年来，风力发电在可再生能源领域发展迅猛。而风机叶片作为风力发电装置的核心部件，其结构健康状况的评定和预警成为了风电运维的重要环节。为了确保风机叶片的正常运行和延长使用寿命，研发风机叶片结构健康度评定与预警系统势在必行。
一、风机叶片结构健康度的评定方法
风机叶片结构健康度的评定需要考虑多个方面的因素，常用的评定方法包括振动监测、红外热像法和超声波检测等。
1. 振动监测法
振动监测法是评估风机叶片结构健康度的重要手段之一。通过布置振动传感器，对叶片振动进行实时监测，可以判断叶片是否存在结构松动、裂纹或疲劳断裂等问题。
2. 红外热像法
红外热像法通过测量叶片表面的温度分布，检测叶片是否存在热点和过热现象，从而判断叶片是否存在温度异常、电缆连接异常或电缆接头问题等。
3. 超声波检测法
超声波检测法利用超声波在叶片内部传播的特性，对叶片内部结构进行检测。通过分析超声波信号的反射、传播和衰减等参数，可以判断叶片是否存在裂纹、虚化区域或材料疲劳等问题。 以上评定方法可以结合使用，互相验证，提高评定的准确性和可靠性。
二、风机叶片健康度预警系统的设计与实现
为了及时发现风机叶片结构健康状态的变化，并作出预警和处理措施，需要设计和实现一套可靠的风机叶片健康度预警系统。该系统应包括数据采集、分析与处理、预警与报警等功能。
1. 数据采集
系统需要布置传感器来采集叶片振动、温度、超声波等相关数据。可以使用加速度传感器、红外热像仪、超声波传感器等设备对叶片进行实时监测，并将采集到的数据发送至数据处理单元。
2. 数据分析与处理
数据处理单元负责对采集到的叶片数据进行分析处理。通过对数据进行滤波、降噪和特征提取，可以得到叶片的健康度指标。同时，还可以建立风机叶片的结构健康度模型，通过与历史数据的比对，判断叶片的健康状态是否正常。
3. 预警与报警
当风机叶片的健康度指标超过设定的阈值时，预警系统会及时发出警报，并将预警信息发送至相关人员。同时，系统还可以生成健康度报告，供运维人员参考，及时采取维护措施。
>> Research & Discussion风机叶片振动检测与分析Vibration Detection and Analysis of Fan Blade 贾旭光 张洋 于艳娟(徐州市检验检测中心，徐州市221000 ) Jia Xuguang Zhang Yang Yu Yanjuan(Xuzhou Inspection and Testing Center, Xuzhou 221000)【摘 要】风机叶片裂纹是一种常见的叶片损伤，容易引起叶片动力学特性的改变，反映为受迫振动、自动衰 减振动中振动信号的变化。因为叶片振动信号属于时变信号，叶片损伤前后各阶固有频率变化较 小，在时域、频域等方面无法将叶片损伤程度判断出来。基于此本文首先对风机叶片振动常见形式 进行概述，然后介绍了风机叶片损伤机理及检测方法，最后进行了风机叶片振动检测实验模拟与 分析。【关键词】风机叶片振动检测Abstract: Fan blade crack is a common blade damage, easy to cause the change of blade dynamic characteristics, reflected by forced vibration, automatic attenuation vibration signal changes. Because blade vibration signals are time-varying signals, the natural frequencies of each order before and after blade damage change little, and the damage degree of blade cannot be judged in time domain and frequency domain. Based on this, the paper firstly summarizes the common vibration forms of fan blades, then introduces the damage mechanism and detection methods of fan blades, and finally carries out the simulation and analysis of the vibration detection experiment of fan blades.Key words: Fan Blade Vibration Detection叶片在风电机组中属于关键的构成部分，发挥 着能量转化的作用。在风机运行过程中，必须保证叶 片的安全性与可靠性，才能有效提升吸收风能的转 换效率，为整个风力机组带来有利的影响。通过提高 叶片性能，也能保证风机的稳定运行。但是叶片工作 环境较为复杂，面临离心力、空气动力、热应力和弯 曲应力等作用，甚至存在雨雪冰霜冲蚀与闪电积累 破坏等现象。基于此要重视对风机叶片振动检测与 分析，确保准确、快速判定其疲劳程度，这是维护 风机安全运行、降低成本和提高风能利用率的有效 手段。1风机叶片振动的常见形式1.1自由振动弹性系统在无外力条件下会形成简谐振动，并不 会受到外界激励的持续作用，依赖于已有弹性恢复力 与质量惯性力，可以保证振动不停止，在刚开始振 动的时候，需要通过外力进行激发。在系统振动的 过程中，外力激发是重要的能量来源，然而在系统 阻尼影响下，机械能开始降低为零5。对自由振动频收稿日期：2021-7-29作者简介：贾旭光(1966-),男,汉族，河北省安平县人，本科, 高级工程师，研究方向：计量，安全检测，能源计量设备检测。 率来说，可以看成是自振频率或结构固有频率，弹性 系统物理参数对自由振动频率影响很大。通常单自由 度系统振动频率受到其质量、刚度等影响，而多自由 度系统振动频率相关物理量包括质量矩阵、刚度矩 阵等，即弹性系统几何情况、边界条件和材料等参 数。在风机带负荷运行过程中，若是遇到紧急停机的 情况，对叶片的推力突然消失，将发生自动振动的 现象。1.2受迫振动在交变外荷载、位移等周期性作用下，弹性系 统将出现受迫振动的现象，只要外加激励消失，这 类振动也会消失并转变为自动振动。对受迫振动来 说，主要是外界激励造成弹性系统发生振动，振动频 率也就是外界激励频率。当出现气体尾流激励、旋转 失速等现象，风机叶片将面临气体激励作用，并形 成受迫振动，若是外界激励频率与弹性系统固有频 率一样，将导致后者的振动变得强烈，出现共振的 情况。1.3自激振动由于弹性系统会受到系统振动本身控制的激振 作用，因此会出现自激振动的现象。分析自激振动与 自由振动两者的差异，关键看有无外界能量输入，相 OR Iw | 2022-
龙源期刊网
风机叶片在线健康监测系统研究
作者：王致杰 王鸿
来源：《教育教学论坛》2017年第49期
摘要：本文首先介绍了风机叶片的材料、结构、故障机理、故障诱因及故障类型，总结了支持向量机技术的理论和故障建模基础，从而论证支持向量机应用在风机叶片在线监测的可行性，最后确定支持向量机风机叶片在线监测的故障特征值，并根据风机叶片在线监测的现状给出了支持向量机诊断的过程。
关键词：风机叶片；在线健康监测；支持向量机
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）49-0098-02
一、引言
本文选择支持向量机处理系统采集的数据，实现故障的诊断。因为支持向量机只需要有限的样本信息，就能够实现准确而高效的诊断，很好的解决了风机叶片故障样本小的困难。SVM的主要思想可以概括为两点：（1）针对线性可分情况进行分析，对于线性不可分的情况，通过使用非线性映射算法将低维输入空间线性不可分的样本转化为高维特征空间使其线性可分，从而使得高维特征空间采用线性算法对样本的非线性特征进行线性分析成为可能；（2）它基于结构风险最小化理论之上在特征空间中建构最优分割超平面，使得学习器得到全局最优化，并且在整个样本空间的期望风险以某个概率满足一定上界。
二、风机叶片故障特征信号的选取
传统的风机故障特征信号是采集风机关键组件的振动信号，然后对振动信号进行特征提取、过滤等技术处理之后作为支持向量机的输入，现在比较常用的风机叶片故障诊断方式是获取叶片裂纹的声发射信号，进而进行特征提取和分析处理。
但是对于ZigBee采集网络来说，采集叶片的振动信号或者声发射信号是不可行的，这是因为：①采集节点的安装方式决定了振动传感器只能安装在可抽拉板上，采集抽拉板的振动信号与叶片表面裂纹没有直接关联。②ZigBee采集网络之所以能够在封闭的风机叶片内部不靠外部电源独立运行，就是因为其具有较低的功耗、较长的生存周期。如果采集的是振动信号或者声发射信号，为了保证信号有效性，一般要求其采集频率要达到1MHz左右，也就是1秒需要连续采集1万个数据，这样就无限的增加了采集网络的负担，导致整个网络过早由于能量耗尽而瘫痪。 龙源期刊网
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用
冷却塔风机叶片运行状态监测技术研究
陈建平，董伟，施晓宽，霍立新
ＣＨＥＮ Ｊｉａｎｐｉｎｇ，ＤＯＮＧ Ｗ＿ｅｉ，ＳＨＩ Ｘｉａｏｋｕａｎ，ＨＵＯ Ｌｉｘｉｎ 天津科技大学机械工程学院，天津３００２２２
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２２２。Ｃｈｉｎａ
ＣＨＥＮ Ｊｉａｎｐｉｎｇ，ＤＯＮＧ Ｗｅｉ，ＳＨＩ Ｘｉａｏｋｕａｎ，ｅｔ ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ
ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ｆａｎ ｂｌａｄｅｓ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１２，４８（１０）：２４６－２４８．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｅｗ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｎｏｎ—ｃｏｎｔａｃｔ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ｆａｎ ｂｌａｄｅｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌａｂｏｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ｆａｎ ｂｌａｄｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ｆａｎ
ｂｌａｄｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｃａｌｌｅｄ ｂｌａｄｅ ｔｉｐ ｔｉｍｉｎｇ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ａｎｄ ａ ｎｅｗ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｎｏｎ—ｃｏｎ－
ｔａｃｔ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ｆａｎ ｂｌａｄｅｓ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｄｅ ｔｉｐ ｔｉｍｉｎｇ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｓｉｎｇｌｅ—Ｃｈｉｐ Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＳＣＭ）．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｌｌ ｓｈｕｔ ｄｏｗｎ ｔｈｅ ｆａｎ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ａ ｆｏｒｅ—
