CN109751202A - 一种评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种评估风电机组叶片增功装置性能的检测方法及装置，包括叶片、网格化显示单元、定位指示单元、图像采集单元，网格化显示单元、定位指示单元均连接在叶片表面，网格化显示单元用于指示叶片表面流场状态，定位指示单元用于标示叶片表面测试范围，网格化显示单元采用不同数量的短线、或不同长度的长线、或交错排列的长线，定位指示单元采用涂画或粘贴一条有色线、或将测试部分涂抹成与非测试部分不同的颜色、或在叶片前缘涂画或粘贴两个有色的点，图像采集单元与叶片相对布置，图像采集单元用于采集叶片表面图像；本发明解决了风电行业评估难以通过实测评估叶片增功装置效果的痛点，且成本低、能耗低，同时不产生环境污染。

Description

一种评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置及方法

[技术领域]

本发明涉及叶片增功装置技术领域，具体地说是一种评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置及方法。

[背景技术]

由于风电机组及安装在机组上的叶片的运动状态的复杂性，使得评估附加在叶片上的增功装置的性能难度较大。目前，现有技术主要基于流场分析软件，从仿真的角度，评估叶片增功装置的效果，该种评估方法本身有很大的不确定性，是需要实际测量来验证的。

此外，现有技术还有一种风力发电机组流场测试方法(专利申请号201711126696.2)，该技术采用无人机喷射高温有色气流的方法，跟踪记录气体流过风力发电机组后的状态，进而判断叶片的气动性能。该技术存在的问题是：一方面，高温气流在开放空间会快速降温与周围空气温度平衡；另一方面，风电机组的风轮直径较大，有色气体难以覆盖叶轮；而且，喷射有色气体可能造成环境污染，并且成本较高。

因此，若能提供一种能够评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置及方法，以解决上述问题，将具有非常重要的意义。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置，能够解决风电行业评估难以通过实测评估叶片增功装置效果的痛点，且成本低、能耗低，同时不产生环境污染。

为实现上述目的设计一种评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置，包括叶片2，所述叶片2安装在风电机组1上，还包括网格化显示单元、定位指示单元、图像采集单元，所述网格化显示单元、定位指示单元均连接在叶片2表面，所述网格化显示单元用于指示叶片2表面流场状态，所述定位指示单元用于标示叶片2表面测试范围，所述图像采集单元与叶片2相对布置，所述图像采集单元用于采集叶片2表面图像。

进一步地，所述网格化显示单元采用有色轻质线，所述有色轻质线设置为沿叶片2长度方向间隔布置的多条。

进一步地，所述网格化显示单元包括显示单元本体12，所述显示单元本体12的一端为显示单元固定端11，所述显示单元固定端11粘贴在叶片2表面，所述显示单元本体12的另一端为显示单元自由端14，所述显示单元自由端14在叶片2自由飘动。

进一步地，所述有色轻质线带有磁性的一端粘接在叶片2表面，所述叶片2表面涂抹网格状磁性涂料，所述有色轻质线磁吸在磁性涂料上。

进一步地，所述有色轻质线采用沿叶片2的根部至尖部、长度逐渐变小的多条平行线，或者采用沿叶片2的根部至尖部、上下交错排列的多条平行线。

进一步地，每条所述有色轻质线采用多个轻质彩色短条，所述叶片2的压力面喷涂有标注刻度的网格线，所述轻质彩色短条一端固定，所述轻质彩色短条另一端自由飘动，且按照网格线粘贴在叶片2表面。

进一步地，所述定位指示单元采用涂抹层5，所述涂抹层5将叶片2上测试部分涂抹成与非测试部分不同的颜色。

进一步地，所述定位指示单元为粘贴在叶片2表面的一条有色线6，或者为在叶片2前缘涂画或粘贴两个有色点7。

进一步地，所述图像采集单元采用携带高速摄像机4的无人机3，或者采用安装在机舱上的高速摄像机4，或者采用安装在地面的高速摄像机4，所述高速摄像机4对叶片2表面网格化显示单元的运动状态进行图像采集。

本发明还提供了一种评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置的检测方法，包括以下步骤：

1)在同一台机组上，选定两个叶片，分别为叶片一和叶片二，叶片一上安装增功装置，叶片二上不安装增功装置；

2)在叶片一和叶片二上均安装网格化显示单元和定位指示单元；

3)机组运行，图像采集单元记录叶片表面的图像，同时记录环境温度、大气压强、风速、风向以及机组的功率、转速、桨距角数据。

4)依据定位指示单元，将拍摄到的图像进行旋转、平移处理，分别得到叶片一和叶片二在不同环境条件下的网格化显示单元的运动情况；

5)通过对比叶片一和叶片二上网格化显示单元的运动情况，判定叶片增功装置对气流绕流叶片的状态是否有改善效果，以及改善范围、改善程度。

本发明同现有技术相比，结构新颖，设计合理，由于在叶片表面设有网格化显示单元、定位指示单元，网格化显示单元用于指示叶片表面流场状态，定位指示单元用于标示叶片表面测试范围，并在叶片相对位置处设置图像采集单元，该图像采集单元用于采集叶片表面图像，解决了风电行业评估难以通过实测评估叶片增功装置效果的痛点，并且成本低、能耗低，不需要增加复杂机电测试设备、不产生环境污染问题，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本发明叶片及定位指示单元与网格化显示单元的结构示意图一；

图2是本发明叶片及定位指示单元与网格化显示单元的结构示意图二；

图3是本发明叶片及定位指示单元与网格化显示单元的结构示意图三；

图4是本发明叶片及定位指示单元与网格化显示单元的结构示意图四；

图5是本发明叶片及定位指示单元与网格化显示单元的结构示意图五；

图6是本发明叶片及网格化显示单元的截面结构示意图；

图7是图6中单条网格化显示单元的结构示意图；

图8是本发明中风电机组、叶片、无人机、高速摄像机的结构示意图；

图中：1、风电机组 2、叶片 3、无人机 4、高速摄像机 5、涂抹层 6、有色线 7、有色点 8、网格化显示单元一 9、网格化显示单元二 10、网格化显示单元三 11、显示单元固定端 12、显示单元本体 13、叶片截面 14、显示单元自由端。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作以下进一步说明：

如附图所示，本发明提供了一种评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置，包括叶片2、网格化显示单元、定位指示单元、图像采集单元，叶片2安装在风电机组1上，网格化显示单元、定位指示单元均连接在叶片2表面，网格化显示单元用于指示叶片2表面流场状态，定位指示单元用于标示叶片2表面测试范围，图像采集单元与叶片2相对布置，图像采集单元用于采集叶片2表面图像；叶片1及叶片1表面安装的定位指示单元与网格化显示单元如图1所示。

其中，网格化显示单元采用有色轻质线，有色轻质线设置为沿叶片2长度方向间隔布置的多条；网格化显示单元的每条有色轻质线包括显示单元本体12，显示单元本体12的一端为显示单元固定端11，显示单元固定端11粘贴在叶片2表面，显示单元本体12的另一端为显示单元自由端14，显示单元自由端14在叶片2自由飘动，如附图6和附图7所示。如：有色轻质线带有磁性的一端粘接在叶片2表面，叶片2表面涂抹网格状磁性涂料，有色轻质线磁吸在磁性涂料上。

本发明中，有色轻质线采用沿叶片2的根部至尖部、长度逐渐变小的多条平行线，如附图2所示；或者采用沿叶片2的根部至尖部、上下交错排列的多条平行线，如附图3所示；或者每条有色轻质线采用多个轻质彩色短条，叶片2的压力面喷涂有标注刻度的网格线，轻质彩色短条一端固定，轻质彩色短条另一端自由飘动，且按照网格线粘贴在叶片2表面。

即，网格化显示单元有多种实现形式，例如有色轻质线一端粘接在叶片表面，可以采用不同数量的短线，也可以采用不同长度的长线，如附图2所示，也可以采用交错排列的长线，如附图3所示；例如在叶片表面涂抹网格状的磁性涂料，有色轻质线带有磁性的线一端固定粘接，有色轻质线磁吸在磁性涂料上，该叶片表面涂抹磁性涂料的实例，能够使网格化显示单元增加较小的吸附力，叶片表面失速的气流需要克服该吸附力才能将显示单元吹起。

本发明中，定位指示单元也有多种实现形式，例如采用涂抹层5，利用涂抹层5将叶片2上测试部分涂抹成与非测试部分不同的颜色，如附图4所示；例如在叶片2表面涂画或粘贴一条有色线6；例如在叶片2前缘涂画或粘贴两个有色点7，如附图5所示。

本发明中，图像采集单元也有多种实现形式，例如采用携带高速摄像机4的无人机3，例如采用安装在机舱上的高速摄像机4，例如采用安装在地面的高速摄像机4，其中，高速摄像机4对叶片2表面网格化显示单元的运动状态进行图像采集。

本发明所述的评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置，主要由三部分内容组成，一是粘贴在叶片表面的、用以指示叶片表面流场状态的网格化显示单元；二是涂抹或粘贴在叶片表面的、用以标示叶片表面测试范围的定位指示单元；三是用以采集叶片表面图像的图像采集单元。其中，网格化显示单元为多个轻质彩色短条，短条数量由叶片的尺寸、测试要求的精度确定，叶片的压力面喷涂有标注刻度的网格线，网格化显示单元的轻质彩色短条一端固定，一端自由飘动，并按照网格线粘贴在叶片的表面。如果流过叶片表面的气流紧贴叶片表面，轻质彩色短条在气流的作用下紧贴于叶片表面；如果流过叶片表面的气流发生分离，该处的轻质彩色短条会脱离叶片表面，随气流摆动；这样就能总体指示出气流在叶片表面发生分离的位置。同时采用无人机携带高速摄像机对叶片表面网格化显示单元各个轻质彩色短条的运动状态进行图像采集。

利用本发明可采用将叶片增功装置安装/不安装在同一机组的不同叶片上进行同时测试，也可以在不同时段分别测试不安装叶片增功装置和安装增功装置，进行测试结果的对比。现以同一机组两叶片分别安装和不安装叶片增功装置，进行同时测试为例，其测试分析步骤如下：

第一步：在一台机组上，选定两个叶片，分别为叶片一和叶片二，叶片一上安装增功装置，叶片二上不安装增功装置；

第二步：在叶片一和叶片二上安装网格化显示单元和定位指示单元；

第三步：机组运行，图像采集单元记录叶片表面的图像，同时记录环境温度、大气压强、风速、风向以及机组的功率、转速、桨距角等数据；

第四步：依据定位指示单元，将拍摄到的图像进行旋转、平移处理，分别得到叶片一和叶片二在不同环境条件下的网格化显示单元的运动情况；

第五步：通过对比叶片一和叶片二上网格化显示单元的运动情况，判定叶片增功装置对气流绕流叶片的状态是否有改善效果，以及改善范围、改善程度。

由上可知，采用本发明能够解决风电行业评估难以通过实测评估叶片增功装置效果的问题，且不需要增加复杂机电测试设备，同时不产生环境污染问题。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置，包括叶片(2)，所述叶片(2)安装在风电机组(1)上，其特征在于：还包括网格化显示单元、定位指示单元、图像采集单元，所述网格化显示单元、定位指示单元均连接在叶片(2)表面，所述网格化显示单元用于指示叶片(2)表面流场状态，所述定位指示单元用于标示叶片(2)表面测试范围，所述图像采集单元与叶片(2)相对布置，所述图像采集单元用于采集叶片(2)表面图像。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述网格化显示单元采用有色轻质线，所述有色轻质线设置为沿叶片(2)长度方向间隔布置的多条。

3.如权利要求2所述的检测装置，其特征在于：所述网格化显示单元包括显示单元本体(12)，所述显示单元本体(12)的一端为显示单元固定端(11)，所述显示单元固定端(11)粘贴在叶片(2)表面，所述显示单元本体(12)的另一端为显示单元自由端(14)，所述显示单元自由端(14)在叶片(2)自由飘动。

4.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于：所述有色轻质线带有磁性的一端粘接在叶片(2)表面，所述叶片(2)表面涂抹网格状磁性涂料，所述有色轻质线磁吸在磁性涂料上。

5.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于：所述有色轻质线采用沿叶片(2)的根部至尖部、长度逐渐变小的多条平行线，或者采用沿叶片(2)的根部至尖部、上下交错排列的多条平行线。

6.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于：每条所述有色轻质线采用多个轻质彩色短条，所述叶片(2)的压力面喷涂有标注刻度的网格线，所述轻质彩色短条一端固定，所述轻质彩色短条另一端自由飘动，且按照网格线粘贴在叶片(2)表面。

7.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述定位指示单元采用涂抹层(5)，所述涂抹层(5)将叶片(2)上测试部分涂抹成与非测试部分不同的颜色。

8.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述定位指示单元为粘贴在叶片(2)表面的一条有色线(6)，或者为在叶片(2)前缘涂画或粘贴两个有色点(7)。

9.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述图像采集单元采用携带高速摄像机(4)的无人机(3)，或者采用安装在机舱上的高速摄像机(4)，或者采用安装在地面的高速摄像机(4)，所述高速摄像机(4)对叶片(2)表面网格化显示单元的运动状态进行图像采集。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的评估风电机组叶片增功装置性能的检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在同一台机组上，选定两个叶片，分别为叶片一和叶片二，叶片一上安装增功装置，叶片二上不安装增功装置；

2)在叶片一和叶片二上均安装网格化显示单元和定位指示单元；

3)机组运行，图像采集单元记录叶片表面的图像，同时记录环境温度、大气压强、风速、风向以及机组的功率、转速、桨距角数据。

4)依据定位指示单元，将拍摄到的图像进行旋转、平移处理，分别得到叶片一和叶片二在不同环境条件下的网格化显示单元的运动情况；

5)通过对比叶片一和叶片二上网格化显示单元的运动情况，判定叶片增功装置对气流绕流叶片的状态是否有改善效果，以及改善范围、改善程度。