CN103982379B - 一种风机叶片零度安装角标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机叶片零度安装角标定方法，通过对实际风机叶片在0°安装角的安装位置进行拍照，对拍照图片进行处理，与所要标定的风机叶片在0°安装角下的三维模型进行对比，通过计算标定叶片特定的翼型截面处压力面最高点PS、吸力面尾缘点TE以及吸力面最低点SS三个点之间的位置关系,即比值：λ＝(PS‑TE)/(PS‑SS)，确定实际风机叶片的0°安装角是否正确，依照标定结果对风机叶片安装角进行正向或者负向的调整，依次完成三只叶片的安装角标定过程。本发明利用像素点数目确定叶片上的标定位置，可以避免位移偏差，技术效果更明显，能够精确定位标定叶片上的标定位置，有效标定三只叶片之间的安装角误差。

Description

一种风机叶片零度安装角标定方法

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种风机叶片零度安装角标定方法。

背景技术

当前，风机的叶片零位安装角主要通过风机叶片安装角标尺以及风机轮毂叶片轮毂指针相对应的方式来确定。风机叶片在控制系统不改变的情况下，如果叶片零度角位置没有标定准确，叶片在不同风速下的扭矩与设计值便会存在一定的偏差，导致风机的转速转矩无法按照控制系统设定的情况运行，进而影响风机的发电量。同时当同一风机叶片之间的零度安装位置产生偏差时，对风机运转时的不平衡性、稳定性、振动以及载荷都会有一定影响。

由于风力发电机在我国大规模装机的时间大约在2007年左右，装机时间比较晚，叶片安装角所产生的影响相比较风机其他问题，还没有被引起特别关注，因此尚未出现大量关于校准风机叶片零位安装角的方案。目前在对叶片零位安装角的标定方法中，标定效果和精度有提高的空间，有待于对叶片零位安装角进行校准标定提出更为准确的标定方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种风机叶片零度安装角标定方法，具有准确的标定效果和精度，可对现有风场风机的叶片零度安装角进行准确校准，避免同一风机的叶片由于安装角不同所产生的风机受力不平衡性，减少风机震动发电量损失。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种风机叶片零度安装角标定方法，包括以下步骤：A.将需要标定的风机叶片调整至水平状态，使其方位角为270°，桨距角为0°；B.在所述叶片上选取标定位置，在风机轮毂正中心下方架设相机，相机镜头水平向上，使轮毂罩位于镜头中心，拍摄风机轮毂及所述标定位置的翼型轮廓；C.读取相机拍摄图片的像素点数目，确定风机上拍照位置每米实际长度对应的像素点数目；D.根据每米实际长度对应的像素点数目，确定所述标定位置的翼型截面上压力面最高点PS1、吸力面最低点SS1与吸力面尾缘点TE1在拍摄图片上的对应位置，并进一步确定所述压力面最高点与吸力面尾缘点之间的像素点数目(PS1-TE1)、压力面最高点与吸力面最低点之间的像素点数目(PS1-SS1)，计算比值λ＝(PS1-TE1)/(PS1-SS1)；E.选取0°安装角正负方向的偏差角度，在偏差角度范围内绘制所述风机的轮毂、塔筒以及叶片的模型图，分别获得每个角度下的：压力面最高点与吸力面尾缘点之间的对应距离(PSi-TEi)、压力面最高点与吸力面最低点之间的对应距离(PSi-SSi)，并计算比值λ(i)＝(PSi-TEi)/(PSi-SSi)；F.将步骤D中的比值λ与步骤F中的比值λ(i)进行对比，将最接近的比值λ(i)对应的安装角确定为标定叶片的实际安装角，然后根据实际安装角调整叶片至零度。

进一步地，所述相机像素不少于1400万。

进一步地，所述步骤B中相机的架设位置高度最高距地面1.5m。

进一步地，所述步骤B中相机的架设位置距塔筒外壁的水平距离等于：所述风机的风轮旋转平面与主轴中心线交汇点与塔筒中心线的垂直距离，减去塔筒的外半径。

进一步地，所述标定位置为叶片最大弦长处。

进一步地，所述步骤C中，以风机轮毂整流罩端面半径为基准，通过图片分析并读取确定其所包括的像素点数目，进一步算出每米实际长度对应的像素点数目。

进一步地，所述步骤D中，所述标定位置的翼型截面上压力面最高点、吸力面最低点与吸力面尾缘点在拍摄图片上的对应位置通过所述三点分别到轮毂中心线的像素点数目确定；其中，压力面最高点、吸力面最低点到轮毂中心线的像素点数目均为：N1＝标定位置距离轮毂中心线的实际距离*ω；吸力面尾缘点到轮毂中心线的像素点数目为：N2＝标定位置距离轮毂中心线的实际距离*ω*cosα；其中：α＝arctg(标定位置距离轮毂中心线的实际距离/风机的塔筒高度)，ω为所述每米实际长度对应的像素点数目。

进一步地，所述步骤E中，选取0°安装角正负方向2°的偏差角度，在偏差角度范围-2°到2°之间每隔0.2°绘制模型图。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

(1)利用像素点数目确定叶片上的标定位置，可以避免由于相机镜头在角度选择上的微小偏差所引起的标定位置上的巨大位移偏差，技术效果更明显，能够精确定位标定叶片上的标定位置，有效标定三只叶片之间的安装角误差。

(2)本发明对风机的叶片零度安装角进行校准，避免同一台风机三只叶片由于安装角不同所产生的受力不平衡性，减少风机震动引起的发电量损失。同时对三只叶片的安装角标定结果与不同安装角的计算值相对照，可精确调整安装角，即在校准了三只叶片不平衡的同时，也使三只叶片的安装角校准到设计值。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是安装角标定时风机各部件位置关系主视图。

图2是安装角标定时风机各部件位置关系侧视图。

图3是从相机位置观测叶片标定位置图(仰视图)。

图4是0°安装角下叶片标定位置翼型截面图。

图5是0°以及-0.6°安装角下叶片标定位置翼型截面变化图。

图6是0°安装角下叶片标定位置翼型截面模型分析图。

图7是0°安装角下轮毂零度安装角指针分别在三只叶片安装角标尺上的位置分布图。

具体实施方式

本发明公开了一种风机叶片零度安装角的标定方法，通过对实际风机叶片在0°安装角的安装位置进行拍照，对拍照图片进行处理，与所要标定的风机叶片在0°安装角下的三维模型进行对比，通过计算标定叶片特定的翼型截面处压力面最高点PS、吸力面尾缘点TE以及吸力面最低点SS三个点之间的位置关系,即比值：λ＝(PS-TE)/(PS-SS)，确定实际风机叶片的0°安装角是否正确，依照标定结果对风机叶片安装角进行正向或者负向的调整，依次完成三只叶片的安装角标定过程。

具体包括以下步骤：

1、确定相关数据：

由于在实施过程中需要通过叶片某个特定位置的翼型截面来标定安装角是否正确，因此首先需要确定所要标定的风机叶片的型号及具体外形参数，包括确定风机叶片最大弦长处的有效截面翼型轮廓数据以及叶片扭角，轮毂高度、轮毂尺寸及整流罩根端截面直径、塔筒尺寸、风机仰角θ等等，相关参数位置如图2中所示。

2、风机叶片零度安装角标定调整：

方位角调整：如图1所示，将风机停机，设定为维护状态，转动风机叶片，调整其中一只叶片至水平状态且方位角为270°；

桨距角调整：通过变桨系统调节，调整该叶片的桨距角至0°，同时观测风机叶片安装角标尺与轮毂零位指针的对应关系，确定叶片实际桨距角与变桨系统设定值是否一致，如不一致，以实际桨距角为准，见图7。

3、观测点选定：

配合图1、图2所示，选定风机轮毂正中心下方距离地面1.5m范围内的点作为观测点，在确定观测点时，可通过风轮旋转平面与主轴中心线交汇点位置与塔筒中心线的垂直距离，减去塔筒外半径数据，得出观测点距塔筒壁的距离，确定观测点位置。

4、架设拍照设备：

配合图1、图2所示，在步骤3所选定的观测点处，架设像素不少于1400万的单反相机，保持镜头向上，且保持水平,此时轮毂罩位于镜头中心。调整相机变焦，使其能够完整且清晰地拍摄到风机轮毂及叶片上标定位置的翼型轮廓，对所成像的部位进行拍照，拍照图片如图3所示。

5、照片分析：

以风机轮毂整流罩端面半径为基准，通过图片分析并读取，确定其所包括的像素点(单位Pixel)数目，见图3所示，进一步算出每一米长度内包括多少个像素点ω，ω＝Pixel/m。

6、标定位置定位：

通过步骤5所计算出的每一米内包括的像素点数目ω，计算出叶片标定截面距轮毂中心的像素点数，以此来确定所述标定截面的位置。具体而言，请配合参阅图1、图3所示，可通过所述三点分别到轮毂中心线的像素点数目确定所述标定位置的翼型截面上压力面最高点PS1、吸力面最低点SS1与吸力面尾缘点TE1在拍摄图片上的对应位置：

压力面最高点、吸力面最低点到轮毂中心线的像素点数目均为：

N1＝标定位置距离轮毂中心线的实际距离*ω；

吸力面尾缘点到轮毂中心线的像素点数目为：

N2＝标定位置距离轮毂中心线的实际距离*ω*cosα；

其中：α＝arctg(标定位置距离轮毂中心线的实际距离/风机的塔筒高度)，ω为所述每米实际长度对应的像素点数目。

例如将标定位置选在风机叶片最大弦长处(假设距离叶片根端15米处)，即以距叶片根端15m处的叶片截面为标定截面,则此时PS1点和SS1点距离轮毂中心线的像素点数N1均为15倍的ω，吸力面尾缘点TE1距离轮毂中心线的像素点数N2为：N2＝15ω*cosα。

根据上述确定的标定位置在拍摄图片上的定位，进一步读取该叶片截面压力面最高点PS1距离吸力面尾缘点TE1之间的像素点数目(PS1-TE1)、压力面最高点PS1距离吸力面最低点SS1的像素点数目(PS1-SS1)，计算比值λ:λ＝(PS1-TE1)/(PS1-SS1)。

本发明利用像素点数目确定叶片上的标定位置，可以避免位移偏差，技术效果更明显，能够精确定位标定叶片上的标定位置，有效标定三只叶片之间的安装角误差。

7、配合参阅图4-图6所示，绘制安装角为0°以及在0°左右正负偏差范围内的风机轮毂、塔筒、机舱以及叶片的简易模型图，参照步骤3的拍照位置，从模型图中读取叶片标定截面，读取该叶片截面压力面最高点与吸力面尾缘点之间的对应距离(PSi-TEi)、压力面最高点与吸力面最低点的对应距离(PSi-SSi)，计算比值λ(i)＝(PSi-TEi)/(PSi-SSi)。例如，选取安装角在0°正负偏差2°范围，即安装角在-2°到2°之间，每隔0.2°绘制三维模型，分别读取每个角度下对应的数据，并计算比值λ(-2)、λ(-1.8)、λ(-1.6)、λ(-1.4)、λ(-1.2)、…λ(2)。

8、将比值λ与步骤7的各项比值λ(i)进行对比，选择最接近的比例区间，通过线性插值，确定标定叶片的实际安装角，按照安装角正负方向，调整至零度后，重新设定控制程序的零位安装角。例如，当叶片的实际安装角为-0.6°时，将叶片按照安装角正向旋转0.6°后，将控制程序的安装角重新设定为0°，即可调整完成。

重复步骤2、4、5、6以及步骤8，完成另外两只叶片的标定工作。

由于模型中的λ(i)是根据计算模型中的坐标计算得来，而对叶片拍摄图片分析中的λ是根据图片中的像素点读取得来，在安装角标定时，坐标差值和像素点差值无法有效对比，而通过上述比值对比能将二者统一，最为方便。

根据本发明所采用的技术方案，通过在国内某风场对5台1.5MW风机进行了叶片安装角零位标定实验，对SCADA系统所统计的运行数据进行分析后得出，风机的发电量在标定前后有了一定提高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风机叶片零度安装角标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.将需要标定的风机叶片调整至水平状态，使其方位角为270°，桨距角为0°；

B.在所述叶片上选取标定位置，在风机轮毂正中心下方架设相机，相机镜头水平向上，使轮毂罩位于镜头中心，拍摄风机轮毂及所述标定位置的翼型轮廓；

C.读取相机拍摄图片的像素点数目，确定风机上拍照位置每米实际长度对应的像素点数目；

D.根据每米实际长度对应的像素点数目，确定所述标定位置的翼型截面上压力面最高点PS1、吸力面最低点SS1与吸力面尾缘点TE1在拍摄图片上的对应位置，并进一步确定所述压力面最高点与吸力面尾缘点之间的像素点数目(PS1-TE1)、压力面最高点与吸力面最低点之间的像素点数目(PS1-SS1)，计算比值λ＝(PS1-TE1)/(PS1-SS1)；

E.选取0°安装角正负方向的偏差角度，在偏差角度范围内绘制所述风机的轮毂、塔筒以及叶片的模型图，分别获得每个角度下的：压力面最高点与吸力面尾缘点之间的对应距离(PSi-TEi)、压力面最高点与吸力面最低点之间的对应距离(PSi-SSi)，并计算比值λ(i)＝(PSi-TEi)/(PSi-SSi)；

F.将步骤D中的比值λ与步骤F中的比值λ(i)进行对比，将最接近的比值λ(i)对应的安装角确定为标定叶片的实际安装角，然后根据实际安装角调整叶片至零度。

2.根据权利要求1所述的风机叶片零度安装角标定方法，其特征在于，所述相机像素不少于1400万。

3.根据权利要求1所述的风机叶片零度安装角标定方法，其特征在于，所述步骤B中相机的架设位置高度最高距地面1.5m。

4.根据权利要求1所述的风机叶片零度安装角标定方法，其特征在于，所述步骤B中相机的架设位置距塔筒外壁的水平距离等于：所述风机的风轮旋转平面与主轴中心线交汇点与塔筒中心线的垂直距离，减去塔筒的外半径。

5.根据权利要求1所述的风机叶片零度安装角标定方法，其特征在于，所述标定位置为叶片最大弦长处。

6.根据权利要求1所述的风机叶片零度安装角标定方法，其特征在于，所述步骤C中，以风机轮毂整流罩端面半径为基准，通过图片分析并读取确定其所包括的像素点数目，进一步算出每米实际长度对应的像素点数目。

7.根据权利要求1所述的风机叶片零度安装角标定方法，其特征在于，所述步骤D中，所述标定位置的翼型截面上压力面最高点、吸力面最低点与吸力面尾缘点在拍摄图片上的对应位置通过所述压力面最高点、吸力面最低点与吸力面尾缘点分别到轮毂中心线的像素点数目确定；

其中，压力面最高点、吸力面最低点到轮毂中心线的像素点数目均为：N1＝标定位置距离轮毂中心线的实际距离*ω；

吸力面尾缘点到轮毂中心线的像素点数目为：N2＝标定位置距离轮毂中心线的实际距离*ω*cosα；

其中：α＝arctg(标定位置距离轮毂中心线的实际距离/风机的塔筒高度)，ω为所述每米实际长度对应的像素点数目。

8.根据权利要求1所述的风机叶片零度安装角标定方法，其特征在于，所述步骤E中，选取0°安装角正负方向2°的偏差角度，在偏差角度范围-2°到2°之间每隔0.2°绘制模型图。