Помощь студентам в учебе
Диагностическая система ветроэнергетической установки
|
Аннотация 2
Введение 4
1 Анализ проблемы и постановка задач исследования 6
1.1 Конструктивные особенности и принцип работы ВЭУ 6
1.2 Статистика отказов, диагностические и структурные параметры ВЭУ . 9
1.3 Выводы по главе 1 12
2 Методы диагностики различных узлов ВЭУ 13
2.1 Вибрационная диагностика 13
2.2 Метод диагностики лопастей ВЭУ при помощи датчиков по типу
оптоволоконной решетки Брэгга 25
2.3 Метод измерения механических деформаций (напряжений) при
помощи тензометрии 28
2.4 Анализ конструкции ВЭУ 31
2.5 Выбор элементов конструкции ВЭУ для диагностирования 43
2.6 Выводы по главе 2 44
3 Разработка диагностической системы ВЭУ 46
3.1 Средства измерений диагностических параметров 48
3.2 Структура и состав диагностической системы 56
3.3 Программное обеспечение диагностической системы 62
3.4 Выводы по главе 3 68
Заключение 70
Библиографический список
Введение 4
1 Анализ проблемы и постановка задач исследования 6
1.1 Конструктивные особенности и принцип работы ВЭУ 6
1.2 Статистика отказов, диагностические и структурные параметры ВЭУ . 9
1.3 Выводы по главе 1 12
2 Методы диагностики различных узлов ВЭУ 13
2.1 Вибрационная диагностика 13
2.2 Метод диагностики лопастей ВЭУ при помощи датчиков по типу
оптоволоконной решетки Брэгга 25
2.3 Метод измерения механических деформаций (напряжений) при
помощи тензометрии 28
2.4 Анализ конструкции ВЭУ 31
2.5 Выбор элементов конструкции ВЭУ для диагностирования 43
2.6 Выводы по главе 2 44
3 Разработка диагностической системы ВЭУ 46
3.1 Средства измерений диагностических параметров 48
3.2 Структура и состав диагностической системы 56
3.3 Программное обеспечение диагностической системы 62
3.4 Выводы по главе 3 68
Заключение 70
Библиографический список
В настоящее время ветроэнергетика является значимой отраслью в электроэнергетике. С каждым годом увеличиваются объемы установленной мощности, тем самым вызывая потребность в производстве ветропарков. Актуальность исследования обусловлена тем, что стремительное развитие рынка ветроэнергетики с возрастающим числом ветроэнергетических установок создает ряд сопутствующих инженерных задач в области исследования. Одним из основных вопросов в ветроэнергетике является поддержание работоспособности объектов, выявление и устранение причин неисправностей. Как известно, ветроэнергетические установки подвергаются различным видам статических и динамических нагрузок, вследствие чего происходит износ деталей, что отражается на экономической составляющей того или иного проекта.
Чтобы обеспечить долговечность и работоспособность компонентов ветроэнергетических установок на должном уровне применяются различные методы диагностики технического состояния (англ. Structural Health Monitoring или SHM) либо неразрушающего контроля (Non-destructive testing) ветроэнергетических установок (далее ВЭУ). При помощи диагностики инженеры способны выявлять различные усталостные изменения структур металлов, их деформацию и т.д. Диагностика способствует предотвращению появления неисправностей при помощи заблаговременно получаемых сигналов с датчиков, а также обеспечивает возможность осуществить ремонт конструкции до наступления катастрофических последствий. Установлено, что основными преимуществами применения методов технической диагностики ВЭУ является повышение безопасности установок и также снижение стоимости эксплуатационных расходов.
Исследованию усовершенствования методов технической диагностики ВЭУ посвящено немало научных статей и диссертаций. Среди них работы Стефана Берггольца, доктора Юргена Рудольфа, Адриана Виллувэйта, Джереми Фэлдмана, Брэндана Хэнрэна, Ксяо Зу Фана, Кумари Тиуари, Омара Мабрука Бузи, Дэвида Мура и многих других [1; 2; 5]. Анализируя и исследуя различные методы, некоторые из них предлагают более усовершенствованные методы диагностики. Также среди исследований присутствуют и такие, которые имеют общеметодологический характер с целью ознакомления и расширения перспектив разработок. Теоретической и методологической базой данного исследования послужили выводы и положения зарубежных авторов в области развития ветроэнергетического комплекса. В процессе работы были использованы материалы научных конференций соответствующих тематических направленностей.
Цель работы: повышение вероятности безотказной работы и улучшение рентабельности использования ВЭУ за счет своевременного обнаружения наступления предельных состояний конструкции с помощью методов технической диагностики.
Основными задачами работы являются:
- Обосновать необходимость применения диагностической системы ВЭУ.
- Рассмотреть известные методы диагностики и неразрушающего контроля применительно к наблюдению за техническим состоянием ВЭУ.
- Исследовать конструкцию ВЭУ и определить перечень узлов,
подлежащих технической диагностике.
- Сформировать концепцию диагностической системы, разработать ее функциональную и структурную схемы.
- Выполнить подбор оборудования для диагностической системы, рассчитать стоимость модернизации ВЭУ.
- Разработать программное обеспечение для диагностической системы, позволяющее регистрировать данные о параметрах работы ВЭУ для последующего анализа и разработки необходимых моделей ВЭУ с целью последующей имплементации этих моделей в систему управления ВЭУ.
Чтобы обеспечить долговечность и работоспособность компонентов ветроэнергетических установок на должном уровне применяются различные методы диагностики технического состояния (англ. Structural Health Monitoring или SHM) либо неразрушающего контроля (Non-destructive testing) ветроэнергетических установок (далее ВЭУ). При помощи диагностики инженеры способны выявлять различные усталостные изменения структур металлов, их деформацию и т.д. Диагностика способствует предотвращению появления неисправностей при помощи заблаговременно получаемых сигналов с датчиков, а также обеспечивает возможность осуществить ремонт конструкции до наступления катастрофических последствий. Установлено, что основными преимуществами применения методов технической диагностики ВЭУ является повышение безопасности установок и также снижение стоимости эксплуатационных расходов.
Исследованию усовершенствования методов технической диагностики ВЭУ посвящено немало научных статей и диссертаций. Среди них работы Стефана Берггольца, доктора Юргена Рудольфа, Адриана Виллувэйта, Джереми Фэлдмана, Брэндана Хэнрэна, Ксяо Зу Фана, Кумари Тиуари, Омара Мабрука Бузи, Дэвида Мура и многих других [1; 2; 5]. Анализируя и исследуя различные методы, некоторые из них предлагают более усовершенствованные методы диагностики. Также среди исследований присутствуют и такие, которые имеют общеметодологический характер с целью ознакомления и расширения перспектив разработок. Теоретической и методологической базой данного исследования послужили выводы и положения зарубежных авторов в области развития ветроэнергетического комплекса. В процессе работы были использованы материалы научных конференций соответствующих тематических направленностей.
Цель работы: повышение вероятности безотказной работы и улучшение рентабельности использования ВЭУ за счет своевременного обнаружения наступления предельных состояний конструкции с помощью методов технической диагностики.
Основными задачами работы являются:
- Обосновать необходимость применения диагностической системы ВЭУ.
- Рассмотреть известные методы диагностики и неразрушающего контроля применительно к наблюдению за техническим состоянием ВЭУ.
- Исследовать конструкцию ВЭУ и определить перечень узлов,
подлежащих технической диагностике.
- Сформировать концепцию диагностической системы, разработать ее функциональную и структурную схемы.
- Выполнить подбор оборудования для диагностической системы, рассчитать стоимость модернизации ВЭУ.
- Разработать программное обеспечение для диагностической системы, позволяющее регистрировать данные о параметрах работы ВЭУ для последующего анализа и разработки необходимых моделей ВЭУ с целью последующей имплементации этих моделей в систему управления ВЭУ.
Работа посвящена разработке диагностической системы ветроэнергетической установки, реализующей методы неразрушающего контроля и обеспечивающей непрерывное наблюдение за техническим состоянием для своевременного определения необходимости технического обслуживания и прогнозирования остаточного ресурса.
В работе обоснована необходимость применения диагностической системы ВЭУ, исследованы конструктивные особенности ветроэнергетических установок с целью показать принцип работы и указать основные места, подверженные вибрационным нагрузкам. Рассмотрены различные схемы внутренней компоновки маломощных ВЭУ, описаны их достоинства и недостатки.
Рассмотрены известные методы диагностики и неразрушающего контроля применительно к наблюдению за техническим состоянием ВЭУ. Приведены и рассмотрены различные факторы, влияющие на формирование виброакустического сигнала и показана связь между структурными и диагностическими параметрами ВЭУ. Рассмотрены различные методы вибрационной диагностики.
На основе анализа статистики отказов работы узлов ВЭУ, а также по имеющейся конструкторской документации исследована конструкция ветроэнергетической установки ВЭУ-3 и определен перечень узлов, подлежащих мониторингу. Определена концепция диагностической системы, разработаны ее функциональная и структурная схемы. Рассмотрены вопросы преобразования измеряемых физических величин в электрические сигналы с дальнейшим переводом их в цифровой вид. Показана необходимость предварительной цифровой обработки полученных данных для повышения помехозащищённости и достоверности измеряемых параметров.
Разработано программное обеспечение для диагностической системы, позволяющее регистрировать данные о параметрах работы ВЭУ для последующего анализа и разработки необходимых моделей ВЭУ с целью последующей имплементации этих моделей в систему управления ВЭУ и реализации заданных функций диагностической системы в составе предложенного аппаратного комплекса.
В работе обоснована необходимость применения диагностической системы ВЭУ, исследованы конструктивные особенности ветроэнергетических установок с целью показать принцип работы и указать основные места, подверженные вибрационным нагрузкам. Рассмотрены различные схемы внутренней компоновки маломощных ВЭУ, описаны их достоинства и недостатки.
Рассмотрены известные методы диагностики и неразрушающего контроля применительно к наблюдению за техническим состоянием ВЭУ. Приведены и рассмотрены различные факторы, влияющие на формирование виброакустического сигнала и показана связь между структурными и диагностическими параметрами ВЭУ. Рассмотрены различные методы вибрационной диагностики.
На основе анализа статистики отказов работы узлов ВЭУ, а также по имеющейся конструкторской документации исследована конструкция ветроэнергетической установки ВЭУ-3 и определен перечень узлов, подлежащих мониторингу. Определена концепция диагностической системы, разработаны ее функциональная и структурная схемы. Рассмотрены вопросы преобразования измеряемых физических величин в электрические сигналы с дальнейшим переводом их в цифровой вид. Показана необходимость предварительной цифровой обработки полученных данных для повышения помехозащищённости и достоверности измеряемых параметров.
Разработано программное обеспечение для диагностической системы, позволяющее регистрировать данные о параметрах работы ВЭУ для последующего анализа и разработки необходимых моделей ВЭУ с целью последующей имплементации этих моделей в систему управления ВЭУ и реализации заданных функций диагностической системы в составе предложенного аппаратного комплекса.