【摘 要】
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风力发电机依靠叶片捕获风能,叶片旋转带动线圈切割磁感线产生电能,是风力发电机组重要的组成部分,应具有极高的安全性和可靠性。近年来风力发电机愈发大型化,在极大的自身应力和复杂的自然环境综合作用下,在役风力机叶表面及内部形成多种损伤,增加了安全事故的发生率,因此需要及时了解风力机叶片的健康状态。相较于明显可见的外部损伤,风力机叶片内部损伤的检测较为困难,需风力机在停机状态下使用绳索将检测人员垂降至叶片
【基金项目】
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内蒙古自治区自然科学基金（项目批准号:2018BS06003,项目名称:基于红外热成像技术的现役风力机叶片损伤早期在线检测技术研究）； 内蒙古科技计划项目（项目名称:风电机组叶片健康监测与维护关键技术研究）；
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风力发电机依靠叶片捕获风能,叶片旋转带动线圈切割磁感线产生电能,是风力发电机组重要的组成部分,应具有极高的安全性和可靠性。近年来风力发电机愈发大型化,在极大的自身应力和复杂的自然环境综合作用下,在役风力机叶表面及内部形成多种损伤,增加了安全事故的发生率,因此需要及时了解风力机叶片的健康状态。相较于明显可见的外部损伤,风力机叶片内部损伤的检测较为困难,需风力机在停机状态下使用绳索将检测人员垂降至叶片附近进行检测,室外高空作业加大了工作难度,降低了工作效率,检测结果也依赖工人的水平,难以快速全面对风力机叶片损伤情况做出判断。红外热像检测技术具有无接触、检测面积大、结果直观等优点,可同时检测物体表面及表下的损伤情况,近年来已被广泛地应用于工业生产领域,但以温度为检测特征的红外热像检测技术受环境影响较大,因此在使用该方法检测风力机叶片内部损伤前需要探究各环境因素对检测效果的影响。为此本文选取环境温度、辐照度和风速三种试验因素,在室内开展红外热像检测试验,以内部裂纹区域和正常区域的温差为试验指标,初步确定了各试验因素对风力机叶片内部损伤热响应的影响;随后使用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对试验过程进行了数值模拟,通过与试验结果的对比验证了数值模拟模型可行性,在此基础上进一步研究了对辐照度和风速对损伤区域异常热响应的驱动机制。研究结果表明:（1）辐照度对试验指标具有极显著影响,风速对试验指标具有显著影响,环境温度对试验指标无显著影响。（2）通过对温差—辐照度关系的线性拟合,求得3m/s、6m/s、9m/s和12m/s风速条件下线性解析式斜率值分别为0.0021、0.0019、0.00177和0.00167。斜率均为正值表明温差随辐照度的增大而增大,斜率值不断减小表明辐照度对温差的影响在低风速条件时更明显。（3）通过对温差—风速关系的线性拟合,求得200W/m~2、400W/m~2、600W/m~2、800W/m~2和1000W/m~2辐照度条件下线性解析式斜率值分别为-0.0097、-0.01923、-0.02867、-0.03803和-0.04743。斜率均为负值表明温差随风速的增大而减小,斜率绝对值不断增大表明风速对温差的影响在高辐照度条件时更明显。
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