CN109236586A - 基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法 - Google Patents

基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法 Download PDF

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刘志龙
胡立文
王际洲
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics

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Abstract

本发明涉及一种基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法，音频采集传感器部署在风力发电机轮毂内部各个位置，实时采集全方位的声音信息，通过工业总线将数据传输至数采系统；数采系统接收到音频数据后将数据存储至工控机中；工控机实时处理获得的音频数据，并通过Modbus总线与风机发电机主控制器进行通讯，实时获取风机状态量，并将音频数据和风机状态量结合与工控机内部螺栓失效类型库中数据匹配比对，当出现螺栓失效时向风机发电机主控制器发出预警信号；风机发电机主控制器在接收到螺栓失效预警信号时，根据失效等级进行预警或停机操作。准确判断失效类型；根据失效等级对风机主控制系统进行及时预警，避免造成更大的损失。

Description

基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法
技术领域
本发明涉及一种监测技术，特别涉及一种基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法。
背景技术
市场上常见的声音识别监测系统策略多为采集声音数据后，通过音频信号幅值判断是否存在故障，不能准确识别具体的失效形式，无法准确定位失效位置。
发明内容
本发明是针对通过单一声音识别故障无法定位的问题，提出了一种基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法，通过风力发电机运行状态时的声音采集和分析，识别是否存在螺栓失效及判断失效类型；在发现螺栓失效时，结合风机当前运行状态，匹配预先存储的失效库，准确判断失效类型；识别螺栓失效类型后，根据失效等级对风机主控制系统进行及时预警，避免造成更大的损失。
本发明的技术方案为：一种基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法，音频采集传感器部署在风力发电机轮毂内部各个位置，实时采集全方位的声音信息，通过工业总线将数据传输至数采系统；数采系统接收到音频数据后将数据存储至工控机中；工控机实时处理获得的音频数据，并通过Modbus总线与风机发电机主控制器进行通讯，实时获取风机状态量，并将音频数据和风机状态量结合与工控机内部螺栓失效类型库中数据匹配比对，当出现螺栓失效时向风机发电机主控制器发出预警信号；风机发电机主控制器在接收到螺栓失效预警信号时，根据失效等级进行预警或停机操作。
所述工控机中采集数据及失效特征数据上传至云空间，累积并完善螺栓失效类型库。风机发电机主控制器接收到螺栓失效预警信号后，做出相应动作并将数据上传云空间，云空间进一步的进行远程预警。
所述风机发电机主控制器接收到螺栓失效预警信号后，做出相应动作并将数据上传云空间，云空间进行远程预警。
所述螺栓失效类型库的建立：在实验室或现场预先模拟风机的实际运行状态，再结合采集大量的螺栓失效声音数据并进行分类，确定不同的螺栓失效类型的时域、频域特征数据，风机的实际运行状态包括发电功率等级、风机叶片转速、并网动作状态、停机状态。
本发明的有益效果在于：本发明基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法，通过声音采集，并结合风力发电机自身的运行状态进行识别，使得故障识别更加准确；将识别信号接入风力发电机主控制器，在检测出螺栓失效后，及时的执行停机等安全措施。
附图说明
图1为本发明基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法实现示意图。
具体实施方式
如图1所示基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法实现示意图，音频采集传感器部署在风力发电机轮毂内部各个位置，实时采集全方位的声音信息，通过工业总线将数据传输至数采系统；数采系统基于嵌入式ARM结构设计，接收到音频数据后通过工业总线将数据存储至工控机中；在工控机中部署数据处理算法程序和螺栓失效类型库数据，实时的处理获得的音频数据，工控机可以通过Modbus总线与风机发电机主控制器进行通讯，实时获取风机状态量，并将音频数据和风机状态量结合与螺栓失效类型库中数据匹配比对，当出现螺栓失效时向风机发电机主控制器发出预警信号；风机发电机主控制器在接收到螺栓失效预警信号时，根据失效等级进行预警甚至停机操作；工控机中采集数据及失效特征数据会上传至云空间，累积并完善螺栓失效类型库；风机发电机主控制器接收到螺栓失效预警信号后，做出相应动作并将数据上传云空间，云空间进行远程预警。
轻度失效，风机正常运行发电过程中检测到螺栓存在周期性异响，如存在螺栓应力集中和应力释放，风机在此情况下报警但仍可正常运行；中度失效，风机正常运行发电过程中检测到关于螺栓的短暂异响，风机在此情况下报警并根据异响持续时间算法决策是否为误报警，确定不是误报警后对风机进行停机操作；重度异响，风机正常运行发电过程中检测到螺栓断裂并且频繁的与其他部件产生碰撞声，此情况下主控制器会紧急停机并对外预警。
建立螺栓失效类型库，在实验室或现场预先模拟风机的实际运行状态，再结合采集大量的螺栓失效声音数据并进行分类，确定不同的螺栓失效类型的时域、频域特征，在监测到螺栓失效时，可以进行失效匹配；在判断失效类型时，不是单一的进行声音算法判断，必须结合风机的实际运行状态（如发电功率等级、风机叶片转速、并网动作状态、停机状态等），这样在判断结果会更加精确可信；在发现失效后，可以及时的向主控制器预警，主控制器根据失效等级及时的做出响应，如进行急停操作等，避免造成更大的设备损失和经济损失。
正常运行状态：音频传感器实时采集风机运转过程中的声音数据，未发现明显的轮毂内异响，风机运转正常，工控机内实时采集这些数据，经过算法运算后，确定正常运行状态，定时删除已经存储的正常声音数据，释放工控机内存储空间。每隔一定时间，工控机内自动向云端上传计算后的监控结果。
螺栓失效状态：音频传感器在运行时采集到异响数据，并成功与失效库中的螺栓失效匹配，结合风机运行状态，判断轮毂内螺栓存在失效，向主控制器传递相应状态字信号，主控制器接收到失效信号后，做出相应动作并将数据上传云空间，进一步的进行远程预警。

Claims (4)

1.一种基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法，其特征在于，音频采集传感器部署在风力发电机轮毂内部各个位置，实时采集全方位的声音信息，通过工业总线将数据传输至数采系统；数采系统接收到音频数据后将数据存储至工控机中；工控机实时处理获得的音频数据，并通过Modbus总线与风机发电机主控制器进行通讯，实时获取风机状态量，并将音频数据和风机状态量结合与工控机内部螺栓失效类型库中数据匹配比对，当出现螺栓失效时向风机发电机主控制器发出预警信号；风机发电机主控制器在接收到螺栓失效预警信号时，根据失效等级进行预警或停机操作。
2.根据权利要求1所述基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法，其特征在于，所述工控机中采集数据及失效特征数据上传至云空间，累积并完善螺栓失效类型库，风机发电机主控制器接收到螺栓失效预警信号后，做出相应动作并将数据上传云空间，云空间进一步的进行远程预警。
3.根据权利要求1或2所述基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法，其特征在于，所述风机发电机主控制器接收到螺栓失效预警信号后，做出相应动作并将数据上传云空间，云空间进行远程预警。
4.根据权利要求3所述基于声音采集的风力发电机螺栓失效监测方法，其特征在于，所述螺栓失效类型库的建立：在实验室或现场预先模拟风机的实际运行状态，再结合采集大量的螺栓失效声音数据并进行分类，确定不同的螺栓失效类型的时域、频域特征数据，风机的实际运行状态包括发电功率等级、风机叶片转速、并网动作状态、停机状态。
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