风电机组塔筒结构动特性分析与监测
摘 要
塔筒作为风力发电机组机舱和叶轮的支撑结构，是保证整个机组能够安全稳定运行的重要组成部分。在外界环境和自身因素的影响下，风机塔筒很容易发生倾斜、不均匀沉降和振动过大等现象。如果不及时干预，可能会导致风电塔筒倒塌、起火等事故发生。因此，开展对塔筒结构动特性分析与状态监测的研究工作，对于保障风电场的安全运行具有重要意义。本文以风力发电机组塔筒为研究对象，在对塔筒结构进行动特性分析的基础上，设计一款风力发电机组塔筒的状态监测系统，对塔筒的倾斜、沉降及振动特性这几项主要参数进行监测。
论文针对不同发电容量风力发电机组塔筒结构特点进行分析，基于机械结构模态分析的基本理论建立了风力发电机组塔筒力学模型，并利用 ANSYS Workbench有限元分析软件对各型号塔筒结构进行了动特性分析。以1.5MW 风机塔筒为例，分析了前十二阶模态，并对其他相关型号塔筒前两阶模态也进行了分析，经过与叶轮旋转频率范围比对，得出塔筒不会在叶轮的激励下发生共振的结论，同时由振型图得到了塔筒的最大位移点，为状态监测系统的振动采集设备布置方案提供了理论依据。
针对风机塔筒倾斜、沉降以及振动等相关参数实时监测方面进行了研究，根据系统功能需求完成了总体设计方案，设计了一套可以实时监测风力发电机组塔筒状态的监测系统。在此基础上，根据风机结构实际情况，进行了监测系统硬件设备的选型，并搭建了风机塔筒状态监测硬件系统。
在状态监测系统软件方面，基于LabVIEW 语言环境开发出一套塔筒状态参数实时监测系统。系统功能包括系统参数设置、信号采集、信号分析与显示和报警等。系统采用模块化设计，可移植性强，界面友好，可实现风电场多台风机连续实时监测，并可应用于多种不同环境下的风电场。
关键词：实时监测；风电塔筒；数据采集；动特性分析
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