CN109653963B - 叶片动平衡评估方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种叶片动平衡评估方法、装置及系统，涉及风机评估的技术领域，该方法包括：获取风机运行过程中风机的每个叶片与风机塔筒的距离参数；根据风机的转速和距离参数绘制风机运行时叶片靠近塔筒一侧的截面曲线；基于截面曲线，计算叶片在风机运行过程中的角度参数和叶片的变形量；根据角度参数和变形量计算风机运行过程中的动平衡评价指数，以对风机的叶片动平衡状态进行评估。本发明提供的叶片动平衡评估方法、装置及系统，在评估的过程中通过非接触式测量距离参数的方式，可以有效减少人工干预，从而对风机的动平衡情况进行有效评价及监控，并将风机的动平衡控制在安全范围内，确保了风机运行的安全性和可靠性。

Description

叶片动平衡评估方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及风机评估的技术领域，尤其是涉及一种叶片动平衡评估方法、装置及系统。

背景技术

随着我国风力发电机产业的快速发展，国内风力发电机的存量越来越大。当风机经过长时间运行后，叶片的初始零位将因为各种原因偏离设计的正确零位。各个叶片之间的变桨角度不一致，导致风机叶片捕捉风能的效率、带来的风载不同，从而引起风机的气动不平衡。同时，因为叶片的质量、刚度等因素不一致，也会导致风机的质量不平衡或者气动不平衡。

风机的动不平衡常常会引起风机振动异常、载荷偏大、发电量偏低，寿命缩短等问题。并且，由于风机振动的影响因子众多，往往难以准确提取风机动不平衡的具体情况，使得风机的质量或气动不平衡问题成为了影响风机安全可靠运行的重要制约因素。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种叶片动平衡评估方法、装置及系统，以缓解难以准确提取风机动不平衡情况的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种叶片动平衡评估方法，包括：获取风机运行过程中风机的每个叶片与风机塔筒的距离参数，其中，距离参数包括叶片的叶根与塔筒的距离参数和叶片的叶尖与塔筒的距离参数；叶根与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片根部的叶根传感器测得的距离参数，叶尖与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片尖部的叶尖传感器测得的距离参数；根据风机的转速和距离参数绘制风机运行时叶片靠近塔筒一侧的截面曲线；基于截面曲线，计算叶片在风机运行过程中的角度参数和叶片的变形量；根据角度参数和变形量计算风机运行过程中的动平衡评价指数，以对风机的叶片动平衡状态进行评估。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述根据风机的转速和距离参数绘制风机运行时叶片靠近塔筒一侧的截面曲线的步骤包括：以时间参数为横坐标，距离参数为纵坐标建立时间-距离坐标系，在时间-距离坐标系中，根据风机的转速和距离参数，绘制风机运行时叶根靠近塔筒一侧的截面曲线，以及叶尖靠近塔筒一侧的截面曲线。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述角度参数和变形量为风机在以塔筒所在的方向为纵坐标，以塔筒的顶部且垂直于塔筒所在的方向为横坐标的空间坐标系中计算的参数；基于截面曲线，计算叶片在风机运行过程中的角度参数和叶片的变形量的步骤包括：基于叶根靠近塔筒一侧的截面曲线，计算叶片的叶根弦线方向，以及叶根弦线的两个顶点在空间坐标系中的坐标位置；根据坐标位置计算叶根的桨距角；以及，基于叶尖靠近塔筒一侧的截面曲线，计算叶片的叶尖弦线方向，以及叶尖弦线的两个顶点在空间坐标系中的坐标位置；根据坐标位置计算叶尖的桨距角；根据叶根的桨距角、叶尖的桨距角计算叶根的桨叶角和叶尖的桨叶角，并根据叶根的桨叶角和叶尖的桨叶角计算角度参数，以及根据叶片的叶根与塔筒的距离参数和叶片的叶尖与塔筒的距离参数计算叶片的弯曲变形量；其中，角度参数至少包括：风机包括的每个叶片的叶根相对桨叶角差、每个叶片的叶尖相对桨叶角差和每个叶尖相对于叶根的扭转角度。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述根据角度参数和变形量计算风机运行过程中的动平衡评价指数的步骤包括：根据每个叶片的叶根相对桨叶角差计算风机的叶根桨叶角差；根据每个叶尖相对于叶根的扭转角度计算风机的扭转角度差；以及，根据每个叶片的变形量计算风机的变形量差；将叶根桨叶角差、扭转角度差和变形量差输入至动平衡评价指数计算模型，计算动平衡评价指数，其中，动平衡评价指数表示为：

Δα*γ_α+Δβ*γ_β+ΔL*γ_L＝A_i；

其中，A为动平衡评价指数，Δα为叶根桨叶角差，γ_α为叶根桨叶角差对应的第一加权系数；Δβ为扭转角度差，γ_β为扭转角度差对应的第二加权系数；ΔL为变形量差，γ_L为变形量差对应的第三加权系数；i为计入评价的风轮圈数；n为风轮圈数的总数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述对风机的叶片动平衡状态进行评估的步骤包括：如果动平衡评价指数小于预先设置的下限值，输出风机动平衡正常的信息；如果动平衡评价指数大于预先设置的上限值，输出风机动平衡异常的信息；如果动平衡评价指数大于预先设置的下限值，且小于预先设置的上限值，输出风机动平衡处于可调整状态的信息；其中，上限值大于下限值。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述方法还包括：如果动平衡评价指数大于预先设置的上限值，计算叶片的零位误差，将零位误差输入至风机的主控调零模块，对风机的动平衡进行调整。

第二方面，本发明实施例还提供一种叶片动平衡评估装置，包括：获取模块，用于获取风机运行过程中风机的每个叶片与风机塔筒的距离参数，其中，距离参数包括叶片的叶根与塔筒的距离参数和叶片的叶尖与塔筒的距离参数；叶根与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片根部的叶根传感器测得的距离参数，叶尖与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片尖部的叶尖传感器测得的距离参数；绘制模块，用于根据风机的转速和距离参数绘制风机运行时叶片靠近塔筒一侧的截面曲线；计算模块，用于基于截面曲线，计算叶片在风机运行过程中的角度参数和叶片的变形量；评价模块，用于根据角度参数和变形量计算风机运行过程中的动平衡评价指数，以对风机的叶片动平衡状态进行评估。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述绘制模块用于：以时间参数为横坐标，距离参数为纵坐标建立时间-距离坐标系，在时间-距离坐标系中，根据风机的转速和距离参数，绘制风机运行时叶根靠近塔筒一侧的截面曲线，以及叶尖靠近塔筒一侧的截面曲线。

第三方面，本发明实施例还提供一种叶片动平衡评估系统，该系统包括主控制器，风机控制器，以及与风机控制器连接的传感器，其中，风机控制器和传感器设置在风机的塔筒上；传感器的数量为多个，多个传感器在塔筒上从叶片的叶根到叶片的叶尖方向上依次排列，分别测量叶片的指定位置与塔筒的距离参数；并将距离参数发送至风机控制器；风机控制器与主控制器通讯连接，主控制器设置有第二方面的叶片动平衡评估装置；风机控制器用于将距离参数发送至主控制器，以使主控制器根据距离参数对风机的叶片动平衡进行评估。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，上述传感器的数量为两个，包括叶根传感器和叶尖传感器；其中，叶根传感器设置在塔筒上，且靠近叶片的根部位置，用于测量叶根与塔筒的距离参数；叶尖传感器设置在塔筒上，且靠近叶片的叶尖位置，用于测量叶尖与塔筒的距离参数。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种叶片动平衡评估方法、装置及系统，通过获取风机运行过程中每个叶片与风机塔筒的距离参数，可以结合风机的转速绘制风机运行时叶片靠近塔筒一侧的截面曲线，并基于该截面曲线计算叶片在风机运行过程中的角度参数和叶片的变形量，进而计算风机运行过程中的动平衡评价指数以对风机的叶片动平衡状态进行评估，在评估的过程中获取通过非接触式测量距离参数的方式，可以有效减少了人工干预的过程，从而对风机的动平衡情况进行有效评价及监控，并将风机的动平衡控制在安全范围内，保障载荷处于安全范围，确保了风机运行的安全性和可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种叶片动平衡评估方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种距离参数的测量示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种距离参数的测量示意图；

图4为本发明实施例提供的一种截面曲线的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种叶片动平衡评估装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种叶片动平衡评估系统的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种叶片动平衡评估系统的运行流程图。

图标：600-主控制器；602-风机控制器；604-传感器；606-塔筒；608-叶片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

风机的动不平衡会引起风机振动异常、载荷偏大、发电量偏低，寿命缩短等问题。目前常用的解决方法有，振动频谱分析法、目测叶片变形法、水准仪测变形法等。由于风机振动的影响因子众多，使得振动频谱分析法通常难以准确提取动不平衡的具体情况。而单纯的将变形法量化为动不平衡的难度较大，准确性也不高。目前常用的上述方法均难以直接准确获得风机气动不平衡状态，使得质量或气动不平衡问题已经发展成为了风机行业的主要制约因素。基于此，本发明实施例提供的一种叶片动平衡评估方法、装置及系统，以有效缓解上述问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种叶片动平衡评估方法进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种叶片动平衡评估方法，该方法可以用于风机的主控制器，该主控制器可以与设置在风机上的风机控制器通讯连接，获取所述风机的运行参数。具体地，如图1所示的一种叶片动平衡评估方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S102，获取风机运行过程中所述风机的每个叶片与风机塔筒的距离参数；

其中，该距离参数包括叶片的叶根与塔筒的距离参数和叶片的叶尖与塔筒的距离参数；

具体地，叶根与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片根部的叶根传感器测得的距离参数，叶尖与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片尖部的叶尖传感器测得的距离参数。

为了便于理解，图2示出了一种距离参数的测量示意图，其中，图2中的分别输出了侧面视图和正视图，具体地，上述叶根传感器和叶尖传感器的位置可以按照侧视图的方式进行设置，即，叶根传感器放置在塔筒上，靠近叶片根部的位置，用于测量塔筒与叶根之间的距离；叶尖传感器放置在塔筒上，靠近叶片尖部的位置，用于测量塔筒与叶尖之间的距离。并且，叶根传感器或者叶尖传感器为非接触式测量。

步骤S104，根据风机的转速和距离参数绘制风机运行时叶片靠近塔筒一侧的截面曲线；

具体地，基于图2所示的测量示意图，当风机运行过程中(风轮带动叶片旋转)，当叶片与塔筒重合的时，传感器可测得叶片与塔筒的距离。当叶片与塔筒不重合的时候，传感器测得距离为无穷远。根据风机风轮的转速、传感器测得的叶根或者叶尖与塔筒的距离，可绘制出叶片靠近塔筒侧截面(背面)的形状，即截面曲线。

步骤S106，基于上述截面曲线，计算叶片在风机运行过程中的角度参数和叶片的变形量；

步骤S108，根据角度参数和变形量计算风机运行过程中的动平衡评价指数，以对风机的叶片动平衡状态进行评估。

本发明实施例提供的一种叶片动平衡评估方法，通过获取风机运行过程中每个叶片与风机塔筒的距离参数，可以结合风机的转速绘制风机运行时叶片靠近塔筒一侧的截面曲线，并基于该截面曲线计算叶片在风机运行过程中的角度参数和叶片的变形量，进而计算风机运行过程中的动平衡评价指数以对风机的叶片动平衡状态进行评估，在评估的过程中获取通过非接触式测量距离参数的方式，可以有效减少了人工干预的过程，从而对风机的动平衡情况进行有效评价及监控，并将风机的动平衡控制在安全范围内，保障载荷处于安全范围，确保了风机运行的安全性和可靠性。

在实际使用时，为了便于对叶片靠近塔筒一侧的截面曲线进行呈现，以及计算角度参数和变形量，通常，可以在风机运行过程中，建立时间-距离坐标系，在该坐标中绘制上述截面曲线。具体地，图3示出了另一种距离参数的测量示意图，其中，图3示出的是俯视图，包括叶片的截面和传感器，该基面可以是叶根的截面，也可以是叶尖的界面，对应的传感器也可以是叶根传感器或者叶尖传感器。

基于图2或者图3所示的测量示意图，上述步骤S104中，绘制截面曲线的步骤可以包括：以时间参数为横坐标，距离参数为纵坐标建立时间-距离坐标系，在时间-距离坐标系中，根据风机的转速和距离参数，绘制风机运行时叶根靠近塔筒一侧的截面曲线，以及叶尖靠近塔筒一侧的截面曲线。

进一步，图4示出了一种截面曲线的示意图，其中，图4中以风机包括3个叶片为例，并且，在风机运行过程中，由于风轮是以一定的转速带动风机转动的，因此，传感器测得距离参数通常也是周期性的参数，如图4所示，风机的3支叶片的截面形状在曲线中依次出现。

当绘制出上述截面曲线后，可以进一步根据截面形状求解叶片在风机运行过程中的角度参数和叶片的变形量。在实际使用时，为了便于计算，通常会建立一定的坐标系，并在该坐标系下进行计算，以便于对角度进行换算。具体地，可以以风机的塔筒所在的方向为纵坐标，以塔筒的顶部且垂直于塔筒所在的方向为横坐标的空间坐标系中计算的参数上述角度参数和变形量，例如，可以基于图2所示的测量示意图，以塔筒的顶部为零点，沿塔筒向地面的方向为纵坐标正方向，以风机旋转轴所在的垂直与该纵坐标的方向为横坐标，且靠近叶片一侧为横坐标正方向，建立坐标系，此外，在该空间坐标系中除上述横坐标和纵坐标以外，还包括立体坐标轴，该立体坐标轴与上述横坐标和纵坐标满足右手螺旋定则，以实现对风机运行时的运行状态和各个部分的角度进行描述。

因此，在该坐标系中，叶根传感器和叶尖传感器到零点的距离，以及叶根传感器测得的距离Y，和叶尖传感器测得的距离X都可以是已知参数。

基于该坐标系，上述步骤S106的计算过程可以包括：

(1)基于叶根靠近塔筒一侧的截面曲线，计算叶片的叶根弦线方向，以及叶根弦线的两个顶点在空间坐标系中的坐标位置；根据叶根弦线的坐标位置计算叶根的桨距角；以及，

(2)基于叶尖靠近塔筒一侧的截面曲线，计算叶片的叶尖弦线方向，以及叶尖弦线的两个顶点在空间坐标系中的坐标位置；根据叶尖弦线的坐标位置计算叶尖的桨距角；

(3)根据叶根的桨距角、叶尖的桨距角计算叶根的桨叶角和叶尖的桨叶角，并根据叶根的桨叶角和叶尖的桨叶角计算上述角度参数，以及根据叶片的叶根与塔筒的距离参数和叶片的叶尖与塔筒的距离参数计算叶片的弯曲变形量，如叶尖传感器测得的距离X减去叶根传感器测得的距离Y得到的差值，可以作为当前叶片的弯曲变形量等。

其中，上述角度参数至少包括：该风机包括的每个叶片的叶根相对桨叶角差、每个叶片的叶尖相对桨叶角差和每个叶尖相对于叶根的扭转角度。

进一步，上述步骤S108中计算风机运行过程中的动平衡评价指数的过程可以包括：

根据每个叶片的叶根相对桨叶角差计算风机的叶根桨叶角差；根据每个叶尖相对于叶根的扭转角度计算风机的扭转角度差；以及，根据每个叶片的变形量计算风机的变形量差；

具体地，由于每个风机的叶片的数量可以有一个或者多个，因此，上述风机的叶根桨叶角差可以是每个叶片的叶根相对桨叶角差之和，同理，上述风机的扭转角度差也可以是每个叶片的扭转角度之和，进一步，上述变形量差可以是多个叶片的变形量差之和。

进一步，基于不同种类的风机，以及叶片的形状和参数等，上述角度参数的计算过程还可以根据实际情况进行设置，并参考相关资料实现角度参数的计算过程，本发明实施例对此不进行限制。

基于上述计算结果，可以将叶根桨叶角差、扭转角度差和变形量差输入至动平衡评价指数计算模型，计算动平衡评价指数，其中，本发明实施例中的动平衡评价指数表示为：

Δα*γ_α+Δβ*γ_β+ΔL*γ_L＝A_i；

其中，A为动平衡评价指数，Δα为叶根桨叶角差，γ_α为叶根桨叶角差对应的第一加权系数；Δβ为扭转角度差，γ_β为扭转角度差对应的第二加权系数；ΔL为变形量差，γ_L为变形量差对应的第三加权系数；i为计入评价的风轮圈数；n为风轮圈数的总数，通常n≥100。在实际使用时，上述加权系数可以基于风机叶片的固有属性，如叶片形状、材质、叶片数量等属性进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

基于上述计算模型计算的动平衡评价指数，对风机的叶片动平衡状态进行评估的步骤可以包括以下过程：

(1)如果动平衡评价指数小于预先设置的下限值，输出风机动平衡正常的信息；

(2)如果动平衡评价指数大于预先设置的上限值，输出风机动平衡异常的信息；

(3)如果动平衡评价指数大于预先设置的下限值，且小于预先设置的上限值，输出风机动平衡处于可调整状态的信息；其中，上限值大于所述下限值。

在实际使用时，还可以根据动平衡评价指数设置风机动平衡的评估等级，例如，以Amin表示下限值，以Amax表示上限值，当A＜下限值Amin时，风机动平衡正常；当下限值Amin≤A＜上限值Amax时，风机动平衡一般；当A≥上限值Amax时，风机严重动不平衡等等，具体的评估方式可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

进一步，如果上述动平衡评价指数大于预先设置的上限值，则需要对风机叶片的零位误差进行调整，具体地，可以计算叶片的零位误差，将该零位误差输入至风机的主控调零模块，对风机的动平衡进行调整。

通常，该主控调零模块可以设置在风机的主控制器，进一步，上述动平衡评价指数的上限值和下限值的超标标准也可根据实际需求进行设定，比如：可定义动不平衡严重为超标；也可以定义动不平衡一般和严重均为超标。然后，依据主控制器的主控系统数据，评判桨叶角是否设置为零度，若否，则持续监控，若否则计算叶片的零位误差。获得零位误差角度值后，直接输入主控调零模块。

主控调零模块收到零位调整指令后，可以启动风机维护模式，具体地，以3个叶片为例，主轴液压刹车锁紧主轴及风轮，并依次进行叶片的轴1、2、3的零位调整，每支叶片完成零位调整后要收桨到接近90°的设计收桨状态，方能进行下一支叶片的零位调整，以确保风机的运行安全。

进一步，还可以设置风机的自动调零方法，假设轴1(对应叶片1)的设计收桨角度为88°，零位误差为-1.2°，则零位需要调整1.2°。保持叶片变桨角度编码器处于通讯状态，轴1变桨至1.2°，程序自动置零。轴1置零完成后，执行收桨命令至初始收桨角度88°。执行收桨角度复查程序，确认轴1是否正常收桨至88°，若是则可以开始进行轴2的零位调整；若否，则重新执行收桨，确保轴1收桨至88°。具体地调零算法也可以根据风机的形状、叶片数量等进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

综上，本发明实施例提供的叶片动平衡评估方法，采用传感器获得风机叶根、叶尖与塔筒之间的距离信息，结合风机的主控程序，求解风机的桨叶角差、叶片扭转角度、叶片变形情况等。从而对风机的动平衡情况进行评价及监控。将风机的动平衡控制在安全范围内，保障载荷处于安全范围内，确保了风机运行的安全性和可靠性。

进一步，还可以结合风机的动平衡情况，提取叶根的零位误差，利用风机原有的高精度的叶片变桨角度传感器，对叶片的零位进行全自动调整。对比传统叶片零位人工调整法，全自动调整过程无需工人进入风机轮毂开展人工作业，大幅缩减了作业时间及劳动强度。

实施例二：

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种叶片动平衡评估装置，如图5所示的一种叶片动平衡评估装置的结构示意图，该装置包括：

获取模块50，用于获取风机运行过程中风机的每个叶片与风机塔筒的距离参数；

其中，距离参数包括叶片的叶根与塔筒的距离参数和叶片的叶尖与塔筒的距离参数；叶根与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片根部的叶根传感器测得的距离参数，叶尖与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片尖部的叶尖传感器测得的距离参数；

绘制模块52，用于根据风机的转速和距离参数绘制风机运行时叶片靠近塔筒一侧的截面曲线；

计算模块54，用于基于截面曲线，计算叶片在风机运行过程中的角度参数和叶片的变形量；

评价模块56，用于根据角度参数和变形量计算风机运行过程中的动平衡评价指数，以对风机的叶片动平衡状态进行评估。

进一步，上述绘制模块用于：

以时间参数为横坐标，距离参数为纵坐标建立时间-距离坐标系，在时间-距离坐标系中，根据风机的转速和距离参数，绘制风机运行时叶根靠近塔筒一侧的截面曲线，以及叶尖靠近塔筒一侧的截面曲线。

本发明实施例提供的叶片动平衡评估装置，与上述实施例提供的叶片动平衡评估方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本发明实施例还提供了一种叶片动平衡评估系统，该系统包括主控制器，风机控制器，以及与风机控制器连接的传感器，其中，风机控制器和传感器设置在风机的塔筒上；

具体地，传感器的数量为多个，多个传感器在塔筒上从叶片的叶根到叶片的叶尖方向上依次排列，分别测量叶片的指定位置与塔筒的距离参数，并将距离参数发送至风机控制器；

风机控制器与主控制器通讯连接，主控制器设置有图5所示的叶片动平衡评估装置；

风机控制器用于将距离参数发送至主控制器，以使主控制器根据距离参数对风机的叶片动平衡进行评估。

在实际使用时，上述传感器的数量通常为两个时，就可以满足叶片动平衡评估的需求，因此，上述传感器可以仅包括叶根传感器和叶尖传感器，且，叶根传感器和叶尖传感器的设置放置可以参考图2所示的测量示意图。

具体地，叶根传感器设置在塔筒上，且靠近叶片的根部位置，用于测量叶根与塔筒的距离参数；

叶尖传感器设置在塔筒上，且靠近叶片的叶尖位置，用于测量叶尖与塔筒的距离参数。

为了便于理解，图6示出了一种叶片动平衡评估系统的示意图，以该系统包括两个传感器，且，风机包括3个叶片为例进行说明，如图6所示，包括主控制器600、风机控制器602和传感器604，还包括塔筒606和叶片608。其中，主控制器600通常可以是计算机等具有数据处理和运算能力的智能终端；传感器604包括叶根传感器和叶尖传感器，分别设置在图6中传感器604连接的箭头位置。

具体地，基于图6所示的叶片动平衡评估系统的示意图，图7示出了一种叶片动平衡评估系统的运行流程图，该流程通常由主控制器执行，如图7所示，主要包括以下过程：

(1)主控制器执行步骤S01～S04，通过叶根传感器获取叶根与塔筒距离，计算叶根背面截面形状，以及叶根背面截面弦线；以及，

主控制器执行步骤S05～S08，通过叶尖传感器获取叶尖与塔筒距离，计算叶尖背面截面形状，以及叶尖背面截面弦线；

(2)根据S02和S06中获取的叶根与塔筒距离和叶尖与塔筒距离执行步骤S09，进行叶片变形计算，进一步执行步骤S11，对三支叶片变形对比，以计算叶片的变形量；

(3)执行步骤S10，根据叶根背面截面弦线计算叶根桨叶角，以及执行步骤S12，根据叶尖背面截面弦线计算叶尖桨叶角，并执行步骤S13，根据叶根桨叶角和叶尖桨叶角计算叶片扭转角度；

(4)执行步骤S14，根据叶片扭转角度计算三支叶片扭转角度差，以及，执行步骤S15，根据叶根桨叶角计算三支叶根桨叶角差；

(5)执行步骤S16，根据叶片的变形量、三支叶根桨叶角差和三支叶片扭转角度差计算动平衡评价指数；

(6)执行步骤S17，判断动平衡评价指数是否超标，如果是，执行步骤S18，判读桨叶角是否为零度；如果否，执行S19，并返回(1)的过程，继续通过叶根传感器或者叶尖传感器继续监测；

其中，执行步骤S18时，需要通过S20的过程获取主控系统数据，进而根据主控系统数据判读桨叶角是否为零度；

(7)如果桨叶角为零度，则触发主控调零模块进行调零，如果桨叶角不为零度，则执行S19，并返回(1)的过程，继续通过叶根传感器或者叶尖传感器继续监测；

其中，图7中，虚线所示的过程为主控调零模块的执行过程，具体地，主控制器可以进行零位误差计算，并将零位误差角度值直接输入主控调零模块，以使主控调零模块启动维护模式，此时主轴液压刹车，并锁紧主轴及风轮，并依次进行叶片的轴1、2、3的零位调整，每支叶片完成零位调整后要收桨到接近90°的设计收桨状态，并进行收桨复查，方能进行下一支叶片的零位调整，以确保风机的运行安全。当全部完成零位调整后，主控调零模块的软件复位，并返回步骤S19持续监控的步骤。

应当理解，上述叶片动平衡评估系统的运行流程图仅仅示出了该系统的主要工作过程，在实际使用时，还包括其他辅助过程，如计算角度参数、动平衡评价指数等等，具体过程可以参考前述实施例，以及相关技术，本发明实施例对此不进行限制。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的叶片动平衡评估方法、装置及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种叶片动平衡评估方法，其特征在于，包括：

获取风机运行过程中所述风机的每个叶片与风机塔筒的距离参数，其中，所述距离参数包括所述叶片的叶根与塔筒的距离参数和所述叶片的叶尖与塔筒的距离参数；所述叶根与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片根部的叶根传感器在所述叶片与所述风机塔筒重合时测得的距离参数，所述叶尖与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片尖部的叶尖传感器在所述叶片与所述风机塔筒重合时测得的距离参数；

根据所述风机的转速和所述距离参数绘制所述风机运行时所述叶片靠近所述塔筒一侧的截面曲线；

基于所述截面曲线，计算所述叶片在所述风机运行过程中的角度参数和所述叶片的变形量；

根据所述角度参数和所述变形量计算所述风机运行过程中的动平衡评价指数，以对所述风机的叶片动平衡状态进行评估。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述风机的转速和所述距离参数绘制所述风机运行时所述叶片靠近所述塔筒一侧的截面曲线的步骤包括：

以时间参数为横坐标，距离参数为纵坐标建立时间-距离坐标系，在所述时间-距离坐标系中，根据所述风机的转速和所述距离参数，绘制所述风机运行时所述叶根靠近所述塔筒一侧的截面曲线，以及所述叶尖靠近所述塔筒一侧的截面曲线。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述角度参数和所述变形量为所述风机在以所述塔筒所在的方向为纵坐标，以所述塔筒的顶部且垂直于所述塔筒所在的方向为横坐标的空间坐标系中计算的参数；

所述基于所述截面曲线，计算所述叶片在所述风机运行过程中的角度参数和所述叶片的变形量的步骤包括：

基于所述叶根靠近所述塔筒一侧的截面曲线，计算所述叶片的叶根弦线方向，以及所述叶根弦线的两个顶点在所述空间坐标系中的坐标位置；根据所述坐标位置计算所述叶根的桨距角；以及，

基于所述叶尖靠近所述塔筒一侧的截面曲线，计算所述叶片的叶尖弦线方向，以及所述叶尖弦线的两个顶点在所述空间坐标系中的坐标位置；根据所述坐标位置计算所述叶尖的桨距角；

根据所述叶根的桨距角、所述叶尖的桨距角计算所述叶根的桨叶角和所述叶尖的桨叶角，并根据所述叶根的桨叶角和所述叶尖的桨叶角计算所述角度参数，以及，根据所述叶片的叶根与塔筒的距离参数和所述叶片的叶尖与塔筒的距离参数计算所述叶片的弯曲变形量；

其中，所述角度参数至少包括：所述风机包括的每个所述叶片的叶根相对桨叶角差、每个所述叶片的叶尖相对桨叶角差和每个所述叶尖相对于所述叶根的扭转角度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述角度参数和所述变形量计算所述风机运行过程中的动平衡评价指数的步骤包括：

根据每个所述叶片的叶根相对桨叶角差计算所述风机的叶根桨叶角差；

根据每个所述叶尖相对于所述叶根的扭转角度计算所述风机的扭转角度差；以及，

根据每个所述叶片的变形量计算所述风机的变形量差；

将所述叶根桨叶角差、所述扭转角度差和所述变形量差输入至动平衡评价指数计算模型，计算动平衡评价指数，其中，所述动平衡评价指数表示为：

Δα*γ_α+Δβ*γ_β+ΔL*γ_L＝A_i；

其中，A为动平衡评价指数，为所述叶根桨叶角差，为所述叶根桨叶角差对应的第一加权系数；为扭转角度差，为所述扭转角度差对应的第二加权系数；为变形量差，为所述变形量差对应的第三加权系数；i为计入评价的风轮圈数；n为所述风轮圈数的总数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述风机的叶片动平衡状态进行评估的步骤包括：

如果所述动平衡评价指数小于预先设置的下限值，输出所述风机动平衡正常的信息；

如果所述动平衡评价指数大于预先设置的上限值，输出所述风机动平衡异常的信息；

如果所述动平衡评价指数大于预先设置的所述下限值，且小于预先设置的所述上限值，输出所述风机动平衡处于可调整状态的信息；其中，所述上限值大于所述下限值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述动平衡评价指数大于预先设置的上限值，计算所述叶片的零位误差，将所述零位误差输入至所述风机的主控调零模块，对所述风机的动平衡进行调整。

7.一种叶片动平衡评估装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取风机运行过程中所述风机的每个叶片与风机塔筒的距离参数，其中，所述距离参数包括所述叶片的叶根与塔筒的距离参数和所述叶片的叶尖与塔筒的距离参数；所述叶根与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片根部的叶根传感器在所述叶片与所述风机塔筒重合时测得的距离参数，所述叶尖与塔筒的距离参数为设置在塔筒上，且靠近叶片尖部的叶尖传感器在所述叶片与所述风机塔筒重合时测得的距离参数；

绘制模块，用于根据所述风机的转速和所述距离参数绘制所述风机运行时所述叶片靠近所述塔筒一侧的截面曲线；

计算模块，用于基于所述截面曲线，计算所述叶片在所述风机运行过程中的角度参数和所述叶片的变形量；

评价模块，用于根据所述角度参数和所述变形量计算所述风机运行过程中的动平衡评价指数，以对所述风机的叶片动平衡状态进行评估。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述绘制模块用于：

以时间参数为横坐标，距离参数为纵坐标建立时间-距离坐标系，在所述时间-距离坐标系中，根据所述风机的转速和所述距离参数，绘制所述风机运行时所述叶根靠近所述塔筒一侧的截面曲线，以及所述叶尖靠近所述塔筒一侧的截面曲线。

9.一种叶片动平衡评估系统，其特征在于，所述系统包括主控制器，风机控制器，以及与所述风机控制器连接的传感器，其中，所述风机控制器和所述传感器设置在风机的塔筒上；

所述传感器的数量为多个，多个所述传感器在所述塔筒上从所述叶片的叶根到所述叶片的叶尖方向上依次排列，分别测量所述叶片的指定位置与所述塔筒的距离参数，并将所述距离参数发送至所述风机控制器；

所述风机控制器与所述主控制器通讯连接，所述主控制器设置有权利要求7或8所述的叶片动平衡评估装置；

所述风机控制器用于将所述距离参数发送至所述主控制器，以使所述主控制器根据所述距离参数对所述风机的叶片动平衡进行评估。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述传感器的数量为两个，包括叶根传感器和叶尖传感器；

其中，所述叶根传感器设置在所述塔筒上，且靠近所述叶片的根部位置，用于测量所述叶根与塔筒的距离参数；

所述叶尖传感器设置在所述塔筒上，且靠近所述叶片的叶尖位置，用于测量所述叶尖与塔筒的距离参数。

Images