CN106351803B - 海上风力机叶片运行状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种海上风力机叶片运行状态监测系统，包括：采集风力机的叶片频率的叶片频率采集设备，接收叶片频率、输出两路相同且频率与所述叶片频率成整数倍关系的驱动信号的同步驱动电路，接收所述驱动信号、发出频率与所述驱动信号频率相同的光并照射到旋转的叶片上的发光设备，接收所述驱动信号、以所述驱动信号相同的频率进行热像采集得到热像数据的热像采集设备，及接收所述热像数据、进行故障分析的分析终端；所述叶片频率采集设备连接所述同步驱动电路；所述同步驱动电路连接所述发光设备及所述热像采集设备；所述热像采集设备连接所述分析终端。该海上风力机叶片运行状态监测系统可以及时监测到风力机叶片状态。
Description
技术领域
本发明涉及风力机状态监测技术领域，尤其涉及一种海上风力机叶片运行状态监测系统。
背景技术
由于海上风资源丰富，具有发电量大、发电时间长、不占用土地、可大规模开发等优势，风电技术正从陆上逐步延伸到海上。海上风力发电机已经成为世界可再生能源发展领域的热点。但是由于海上风电场较陆上风电场的工作环境更为恶劣，如湿气和盐雾腐蚀、雷电和台风的破坏、冰雪和海浪以及海上撞击物(海冰)等，海上风电机组运行风险远远大于陆上机组，故障率较高，因此，对海上风电机叶片的运行状态进有效实时监测，及时有效地预防和监测叶片故障的发生是亟待解决的问题。
红外热成像检测技术由于非接触、大面积、远距离以及检测灵敏度高而广泛用于风力机叶片故障的无损检测，但是该方法目前只能运用在叶片静态时候的检测，原因是如果叶片高速旋转，会导致红外热像仪不能实时接收叶片表面温度变化而无法及时监测风力机叶片状态。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够实及时监测风力机叶片状态的海上风力机叶片运行状态监测系统。
一种海上风力机叶片运行状态监测系统，包括：采集风力机的叶片频率的叶片频率采集设备，接收叶片频率、输出两路相同且频率与所述叶片频率成整数倍关系的驱动信号的同步驱动电路，接收所述驱动信号、发出频率与所述驱动信号频率相同的光并照射到旋转的叶片上的发光设备，接收所述驱动信号、以所述驱动信号相同的频率进行热像采集得到热像数据的热像采集设备，及接收所述热像数据、进行故障分析的分析终端；
所述叶片频率采集设备连接所述同步驱动电路；所述同步驱动电路连接所述发光设备及所述热像采集设备；所述热像采集设备连接所述分析终端。
在其中一个实施例中，所述发光设备为频闪仪。
在其中一个实施例中，所述频率采集设备为测速传感器。
在其中一个实施例中，所述频率采集设备为激光测速传感器。
在其中一个实施例中，所述所述热像采集设备为的型号为T420。
在其中一个实施例中，还包括对所述发光设备的发光次数进行计数的发光次数计数器、对所述热像采集设备的采集热像的次数进行计数的热像采集计数器及连接所述发光次数计数器和所述热像采集计数器的比较器；所述热像采集计数器与所述热像采集设备电连接；所述比较器连接所述同步驱动电路及分析终端。
在其中一个实施例中，所述叶片频率采集设备设置在风力机的机舱上、靠近所述风力机的叶片处。
在其中一个实施例中，所述发光设备及所述热像采集设备设置在风力机的塔筒上。
在其中一个实施例中，所述发光设备及所述热像采集设备设置在风力机的塔筒上、所述风力机的叶片与所述塔筒平行时与所述叶片中部等高的位置处。
在其中一个实施例中，所述分析终端还与所述同步驱动电路连接；所述分析终端用于在对所述热像采集设备采集的温度信息进行故障分析之前，发送自锁信号至所述同步驱动电路；在进行故障分析完成之后，发送开锁信号至所述同步驱动电路。
上述海上风力机叶片运行状态监测系统，由于所述叶片频率采集设备连接所述同步驱动电路，驱动信号的频率与叶片频率成整数倍关系，即，发光设备的发光频率与叶片旋转的叶片频率成整数倍数关系，优选地，发光设备的发光频率与叶片旋转的叶片频率相同，即成一倍的关系；如此，使得两者处于相对静止的状态，可以获得叶片相对静止的观测结果；而又由于所述同步驱动电路连接所述发光设备及所述热像采集设备，如此，热像采集设备的采集频率与发光设备的发光频率相同，可以通过与发光设备发光频率相同的热像采集设备采集得到叶片相对静止的热像数据，即可以得到高速旋转的叶片某一时刻“冰冻”的观测效果。从而，可以分析得到风力机叶片高速运转时风力机的叶片运行状态，因此，该海上风力机叶片运行状态监测系统可以及时监测到风力机叶片状态。
附图说明
图1为一实施例的海上风力机叶片运行状态监测系统的结构示意图；
图2为一实施例的海上风力机叶片运行状态监测系统的工作原理示意图；
图3为另一实施例的海上风力机叶片运行状态监测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，为本发明一实施例的海上风力机叶片运行状态监测系统，包括：采集风力机的叶片频率的叶片频率采集设备11，接收叶片频率、输出两路相同且频率与所述叶片频率成整数倍关系的驱动信号的同步驱动电路14，接收所述驱动信号、发出频率与所述驱动信号频率相同的光并照射到旋转的叶片36上的发光设备13，接收所述驱动信号、以所述驱动信号相同的频率进行热像采集得到热像数据的热像采集设备12，及接收所述热像数据、进行故障分析的分析终端15；
所述叶片频率采集设备11连接所述同步驱动电路14；所述同步驱动电路14连接所述发光设备13及所述热像采集设备12；所述热像采集设备12连接所述分析终端15。
具体地，叶片频率采集设备11的输出端连接同步驱动电路14的输入端；同步驱动电路14的两个输出端分别连接发光设备13及热像采集设备12的输入端；热像采集设备12的数据输出端连接分析终端15的数据输入端。
叶片频率采集设备11，用于采集风力机的叶片频率，并将该叶片频率通过脉冲信号的形式传输至同步驱动电路14。同步驱动电路14，用于生成两路相同且频率与所述叶片频率成整数倍关系的的驱动信号，并将两路驱动信号分别输出至发光设备13及热像采集设备12。发光设备13，用于接收所述驱动信号、发出频率与驱动信号频率相同的光，照射到旋转的叶片36上；热像采集设备12，用于接收所述驱动信号、以驱动信号相同的频率进行热像采集得到热像数据，并将该热像数据传输至分析终端15进行故障分析。需要说明的是，热像采集设备12进行热像采集得到热像数据，是以图像形式进行全景测量，采集叶片36表面热量参数。即，热像数据包括叶片36表面的热量参数。具体地，热量参数包括温度。分析终端15，用于根据叶片36表面的热量参数对风力机叶片故障进行分析。分析终端15可以为台式电脑、掌上电脑、笔记本电脑、智能手机等智能终端。
上述海上风力机叶片运行状态监测系统的工作过程为：叶片频率采集设备11采集风力机的叶片频率，并将该叶片频率通过脉冲信号的形式传输至同步驱动电路14；同步驱动电路14接收叶片频率、输出两路相同且频率与所述叶片频率成整数倍关系的驱动信号至发光设备13及热像采集设备12；发光设备13接收所述驱动信号、发出频率与所述驱动信号频率相同的光并照射到旋转的叶片36上；热像采集设备12接收所述驱动信号、以驱动信号相同的频率进行热像采集得到热像数据，并将该热像数据传输至分析终端15进行故障分析。
由于所述叶片频率采集设备11连接所述同步驱动电路14，驱动信号的频率与叶片频率成整数倍关系，即，发光设备13的发光频率与叶片36旋转的叶片频率成整数倍数关系，优选地，发光设备13的发光频率与叶片36旋转的叶片频率相同，即成一倍的关系；如此，使得两者处于相对静止的状态，可以获得叶片36相对静止的观测结果；而又由于所述同步驱动电路14连接所述发光设备13及所述热像采集设备12，如此，热像采集设备12的采集频率与发光设备13的发光频率相同，可以通过与发光设备13发光频率相同的热像采集设备12采集得到叶片36相对静止的热像数据，即可以得到高速旋转的叶片36某一时刻“冰冻”的观测效果。从而，可以分析得到风力机叶片高速运转时风力机的叶片36运行状态，因此，该海上风力机叶片运行状态监测系统可以及时监测到风力机叶片状态。
需要说明的是，由于海上风电场较陆上风电场的工作环境更为恶劣，如湿气和盐雾腐蚀、雷电和台风的破坏、冰雪和海浪以及海上撞击物(海冰)等，海上风电机组运行风险远远大于陆上机组，故障率较高。因此，风力机优选为海上风力机。
在其中一个实施例中，所述发光设备13为频闪仪。频闪仪利用“频闪效应”，当频闪仪的照明光源闪动频率严格与被测物体的转动或运动速度相等或者是其整数倍时，两者处于相对静止的状态，将获得物体静止的观测结果，即可以得到高速旋转物体某一时刻“冰冻”的观测效果。
在其中一个实施例中，所述频率采集设备为测速传感器。测速传感器测量风力机叶片的转速。该测速传感器可以为电涡流传感器、霍尔传感器、电容式开关等。
进一步地，所述频率采集设备为激光测速传感器。激光测速传感器发射激光束到叶片36表面，当叶片36经过激光光束时，激光测速传感器接收被叶片36反射回的激光脉冲信号，控制开关接通，输出高电平信号；相反，控制开关关断，输出低电平信号，最终通过控制开关接通和关断来实现对风力机叶片旋转频率的采集。激光测速传感器的测量精度和灵敏度受环境影响小，稳定性高，特别适用于海上恶劣的环境下使用。
在其中一个实施例中，所述热像采集设备12为红外热像仪。红外热像仪可以按照一定的采集频率采集风力机叶片表面热量参数。红外热像仪以图像形式进行全景测量，能够检测出风力机叶片表面热量参数的细微变化，具有高灵敏度、高效率等优势。
在一个较佳的实施例中，由于受到红外热像仪采集频率的限制，为了更准确地进行故障分析，同步驱动电路优选为，接收叶片频率、输出两路相同且频率与所述叶片频率相等的驱动信号的同步驱动电路。
在本实施例中，采集频率由驱动同步电路输出的驱动信号决定。优选地，所述红外热像仪的型号为：T420。具体地，红外热像仪选用美国FLIR SYSTEMS公司(美国菲力尔系统公司)生产的型号为：T420的红外热像仪，该红外热像仪的各项工作指标都能满足系统的实际需求。
请参阅图2，在其中一个实施例中，还包括对所述发光设备13的发光次数进行计数的发光次数计数器16、对所述热像采集设备12的采集热像的次数进行计数的热像采集计数器17及连接所述发光次数计数器16及所述热像采集计数器17的比较器18；所述热像采集计数器17与所述热像采集设备12电连接；所述比较器18连接所述同步驱动电路14及分析终端15。
具体地，热像采集计数器17的输入端连接所述热像采集设备12的频率输出端；比较器18的两个输入端分别连接发光计数器的输出端及热像采集计数器17的输出端；比较器18的输出端连接同步驱动电路14的复位端及分析终端15的又一输入端。
如此，可以在比较器18比较发光次数计数器16及热像采集计数器17的计数结果一致时，输出可进行分析的分析信号至分析终端15；而在计数结果不一致时，输出复位信号至同步驱动电路14；同步驱动电路14复位，重新根据叶片频率生成两路相同的驱动信号。进一步地，在计数结果不一致时，还可以输出复位信号至发光次数计数器16及热像采集计数器17使这两个计数器均清零；或/及，输出复位信号至分析终端15，分析终端15接收到该复位信号时，无需对该次接收到的热像数据进行故障分析。
从而，可以保证发光设备13的发光频率和热像采集设备12的采集频率严格同步。当两者频率出现差异时，通过控制同步驱动电路14进行复位，来调整发光设备13的发光频率与热像采集设备12的采集频率严格同步。
请参阅图3，风力机包括：叶片36、齿轮箱37、发电机38、塔筒39、轮毂3A、轴承箱3B。叶片36通过轮毂3A与齿轮箱37及轴承箱3B中的齿轮连接。齿轮箱37、发电机38及同步驱动电路14收容于轴承箱3B内。发电机38通过齿轮箱37中的齿轮与轮毂3A进行能量传递。
在其中一个实施例中，所述叶片频率采集设备11设置在风力机的机舱上、靠近所述风力机的叶片36处。如，叶片频率采集设备11可以设置在风力机的机舱的底部、靠近所述风力机的叶片36处。如此，保证叶片频率采集设备11的灵敏度同时缩短采集延迟时间。在一个具体实施例中，机舱的底部即为轴承箱3B的底部。塔筒39连接轴承箱3B，用于支撑轴承箱3B。
在其中一个实施例中，所述发光设备13及所述热像采集设备12设置在风力机的塔筒39上。如此，尽可能对整个叶片进行全景测量。优选地，一个可以对整个叶片进行全景测量的最佳实施方式是：所述发光设备13及所述热像采集设备12设置在风力机的塔筒39上、所述风力机的叶片36与所述塔筒39平行时与所述叶片36中部等高的位置处。
请继续参阅图2，在其中一个实施例中，所述分析终端15还与所述同步驱动电路14连接。其中，所述分析终端15用于在对所述热像采集设备12采集的温度信息进行故障分析之前，发送自锁信号至所述同步驱动电路14；在进行故障分析完成之后，发送开锁信号至所述同步驱动电路14。
由于叶片旋转频率较快(一般为50赫兹，旋转周期仅为0.02秒)，而分析终端15进行故障分析的时间需要1秒以上，可见，分析终端15进行故障分析的处理时间要远远大于叶片旋转周期，分析终端15无法及时对热像采集设备12采集的所有热像数据进行故障分析。本实施例中同步驱动电路14中集成有自锁和开锁功能，当分析终端15接收到热像采集设备12传输的热像数据之后，立即反馈给同步驱动电路14一个反馈信号(具体为自锁信号)，使同步驱动电路14进入自锁状态，此时同步驱动电路14无法接收叶片频率采集设备11传输过来的脉冲信号，直到当故障分析完成后，分析终端15反馈给同步驱动电路14另一个反馈信号(具体为开锁信号)，使同步驱动电路14进入开锁状态，此时，同步驱动电路14继续接收叶片频率采集设备11传输过来的脉冲信号。如此，整个装置进入一个有序循环的过程，保证分析终端15有足够的时间来对热像数据进行有效分析，从而达到对叶片表面运行状态的有效评估，能够实时监测风力机叶片的运行状况。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种海上风力机叶片运行状态监测系统，其特征在于，包括：采集风力机的叶片频率的叶片频率采集设备，接收叶片频率、输出两路相同且频率与所述叶片频率成整数倍关系的驱动信号的同步驱动电路，接收所述驱动信号、发出频率与所述驱动信号频率相同的光并照射到旋转的叶片上的发光设备，接收所述驱动信号、以所述驱动信号相同的频率进行热像采集得到热像数据的热像采集设备，及接收所述热像数据、进行故障分析的分析终端；
所述叶片频率采集设备连接所述同步驱动电路；所述同步驱动电路连接所述发光设备及所述热像采集设备；所述热像采集设备连接所述分析终端。
2.根据权利要求1所述的海上风力机叶片运行状态监测系统，其特征在于，所述分析终端还与所述同步驱动电路连接；所述分析终端用于在对所述热像采集设备采集的温度信息进行故障分析之前，发送自锁信号至所述同步驱动电路；在进行故障分析完成之后，发送开锁信号至所述同步驱动电路。
3.根据权利要求1所述的海上风力机叶片运行状态监测系统，其特征在于，还包括对所述发光设备的发光次数进行计数的发光次数计数器、对所述热像采集设备的采集热像的次数进行计数的热像采集计数器及连接所述发光次数计数器和所述热像采集计数器的比较器；所述热像采集计数器与所述热像采集设备电连接；所述比较器连接所述同步驱动电路及分析终端。
4.根据权利要求1所述的海上风力机叶片运行状态监测系统，其特征在于，所述发光设备为频闪仪。
5.根据权利要求1所述的海上风力机叶片运行状态监测系统，其特征在于，所述频率采集设备为测速传感器。
6.根据权利要求1所述的海上风力机叶片运行状态监测系统，其特征在于，所述频率采集设备为激光测速传感器。
7.根据权利要求1所述的海上风力机叶片运行状态监测系统，其特征在于，所述叶片频率采集设备设置在风力机的机舱上、靠近所述风力机的叶片处。
8.根据权利要求1所述的海上风力机叶片运行状态监测系统，其特征在于，所述发光设备及所述热像采集设备设置在风力机的塔筒上。
9.根据权利要求1所述的海上风力机叶片运行状态监测系统，其特征在于，所述发光设备及所述热像采集设备设置在风力机的塔筒上、所述风力机的叶片与所述塔筒平行时与所述叶片中部等高的位置处。
10.根据权利要求1所述的海上风力机叶片运行状态监测系统，其特征在于，所述热像采集设备为的型号为T420。
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