CN113217302A - 用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统 - Google Patents

用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，至少包括安装于叶片根部的圆周外壁上的感知层和断线监测装置，两者通过导线连接，还设置有无线接收装置和I/O接口，断线监测装置包括壳体以及储能模块、通断监测模块和无线发射模块，无线发射模块与通断监测模块连接并将通断监测模块所监测到的信号进行发射；无线接收装置包括无线接收模块和与I/O接口连接的故障状态继电器，I/O接口与机舱内的主控PLC连接；该发明可直接检测出叶片裂纹状况并发出报警或停机指令，且断线监测装置防水防尘的结构使得其不易受环境影响，检测结果精准并能够满足各种恶劣环境条件，同时该发明具有安装工艺简单、操作方便的优点。

Description

用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统
技术领域
本发明属于风电机组监测领域，尤其涉及一种用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统。
背景技术
风力发电机组叶片及其轴承裂纹监测一直是风力发电机组面临的重大难题，特别是在役时间超过10年的机组，出现叶片及其轴承裂纹的风险很大，一旦出现初始裂纹，如果不能被及时地发现和处理，就有可能造成叶片断裂甚至脱落的情况发生，酿成重大安全事故。目前对于金属裂纹的检测多采用超声、磁粉、视觉、应变片等检测方法，虽然这些技术比较成熟，但是由于风电机组在线运行监测过程中，受到安装空间受限、实施工艺复杂、信号采集不易、易受外界环境干扰、成本较大等各个方面制约，实际生活中真正能够应用到风电叶片及其轴承裂纹监测的技术并不多。
除了超声、磁粉、视觉、应变片等检测方法，还有利用导电回路检测裂纹的方法，如专利CN2017204662132中通过导电漆喷涂形成，导电回路的两端通过引出信号线与信号处理模块连接，信号处理模块与电源模块连接，信号处理模块用于当导电回路断开时，输出一个风电轴承裂纹的报警信号，或者专利CN201720746196.8中通过沿被检测轴承的周向连续覆设导电覆层在被检测轴承的表面上，检测部位与导电覆层电连接，检测导电覆层的通断状态进而检测轴承的裂纹问题；然而上述技术方案对应用场景要求高，局限性大，如果叶片轮毂缺乏相应的信号传输接口，则无法正常使用，还存在着只能提供监测裂纹信号，不能实现分析判断并控制风机报警或停机的闭环操作。因此，为了解决上述问题，需要研究出一种用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统。
发明内容
本发明提供了一种用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，该发明可直接检测出叶片裂纹状况并发出报警或停机指令，且断线监测装置防水防尘的结构使得其不易受环境影响，检测结果精准并能够满足各种恶劣环境条件，同时该发明具有安装工艺简单、操作方便的优点。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，至少包括安装于叶片根部的圆周外壁上的感知层和断线监测装置，两者通过导线连接，还设置有无线接收装置和I/O接口，所述断线监测装置包括壳体以及安装于壳体内的储能模块、通断监测模块和无线发射模块，其中通断监测模块与感知层相连接并监测感知层的通断，储能模块为断线监测装置提供电能，无线发射模块与通断监测模块连接并将通断监测模块所监测到的信号进行发射；所述无线接收装置和I/O接口安装于机舱内，无线接收装置包括无线接收模块和与无线接收模块连接的故障状态继电器，故障状态继电器与I/O接口连接，I/O接口与机舱内的主控PLC连接，无线接收模块接收无线发射模块的信号并发送至故障状态继电器，故障状态继电器输出信号至I/O接口，I/O接口将信号发送至主控PLC，主控PLC对信号进行分析判断并控制风机进行报警或停机，实现监测反馈、数据分析和风机控制的闭环；所述壳体包括电池仓、天线仓和PCB仓，电池仓位于壳体上部的一侧，天线仓位于壳体上部的另一侧，PCB仓位于壳体的中下部；所述储能模块安装于电池仓内，通断监测模块位于PCB仓内的PCB组件上，无线发射模块包括无线发射电路和天线，其中无线发射电路位于PCB仓内的PCB组件上，天线安装于天线仓内。
所述感知层为绝缘漆包线传感器，感知层通过胶粘接在叶片根部的圆周外壁上。
所述断线监测装置底部设有磁铁，断线监测装置通过磁铁固定在叶片根部的圆周外壁上。
所述壳体外设有两位插接器，两位插接器通过导线与感知层相连，其中导线与感知层通过焊锡连接。
所述PCB组件上还设有防水常闭按钮，壳体外设有与防水常闭按钮相匹配的断电插片，两者相配合共同用于控制断线监测装置的启闭。
所述PCB仓的底部设置有PCB仓密封圈和PCB仓后盖，所述磁铁安装于PCB仓后盖的底面上。
所述电池仓由用于安装电池的电池盒、电池仓盖和电池仓密封圈组成。
所述电池仓盖通过转轴结构活动连接在壳体上，且通过卡扣扣合壳体形成封闭的电池仓。
所述天线仓由天线仓上盖和天线仓密封圈组成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、本发明中的断线监测装置通过设置过线圈、PCB仓密封圈、天线仓密封圈和电池仓密封圈与壳体形成防水防尘的封闭结构，降低恶劣环境对监测装置的影响和检测误差，检测结果更加精准；2、本发明断线监测装置中的电池仓、PCB仓和天线仓彼此隔离，壳体和PCB仓后盖为铝合金材质，以保证PCB组件电磁屏蔽，天线仓上盖为塑胶材质，以便于天线信号传输，同时电池仓盖使用转轴加卡扣结构方便打开电池仓盖和更换电池；3、本发明通过断电插片和防水常闭按钮按照内部程序相互协作，实现断电和自检功能，同时还能够实现定时唤醒其余时间休眠的功能进而达到节能的效果；4、本发明通过断线监测装置与叶片上的感知层连接，进而监测每个叶片叶根表面的裂纹状况，并将获取的信号通过无线方式发射至无线接收装置中的无线接收模块，无线接收模块发送信号至故障状态继电器，故障状态继电器输出信号至I/O接口，I/O接口将信号发送至主控PLC，主控PLC使用主控程序来分析判断并控制风机是否报警或停机，从而实现监测反馈、数据分析和风机控制的闭环。
附图说明
图1为本发明提供的系统框图；
图2为本发明提供的断线监测装置的整体结构图；
图3为本发明实施例的整体结构图；
图4为本发明实施例的局部结构图；
图中：1-电池仓盖，2-电池，3-电池盒，4-电池仓密封圈，5-壳体，6-断电插片，7-PCB组件，8-防水常闭按钮，9-磁铁，10-PCB仓后盖，11-PCB仓密封圈，12-天线，13-天线仓上盖，14-天线仓密封圈，15-过线圈，16-导线，17-两位插接器，18-叶片，19-轮毂，20-机舱，21-无线接收装置，22-断线监测装置，23-圆孔，24-感知层，25-卡槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本实施例提供了一种用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，结合图1至图4，至少包括安装于叶片18根部的圆周外壁上的感知层24和断线监测装置22，两者通过导线16连接，感知层为绝缘漆包线传感器，感知层通过胶粘接在叶片根部的圆周外壁上，断线监测装置底部设有磁铁，断线监测装置通过磁铁9固定在与轮毂19连接的叶片根部的圆周外壁上，还设置有无线接收装置21和I/O接口，所述断线监测装置包括壳体以及安装于壳体内的储能模块、通断监测模块和无线发射模块，其中通断监测模块与感知层相连接并监测感知层的通断，储能模块为断线监测装置提供电能，无线发射模块与通断监测模块连接并将通断监测模块所监测到的信号进行发射；所述无线接收装置和I/O接口安装于机舱20内，无线接收装置包括无线接收模块和与无线接收模块连接的故障状态继电器，故障状态继电器与I/O接口连接，I/O接口与机舱内的主控PLC连接，无线接收模块接收无线发射模块的信号并发送至故障状态继电器，故障状态继电器输出信号至I/O接口，I/O接口将信号发送至主控PLC，主控PLC使用主控程序来分析判断并控制风机是否报警或停机，从而实现监测反馈、数据分析和风机控制的闭环。
壳体5包括电池仓、天线仓和PCB仓，电池仓位于壳体上部的一侧，天线仓位于壳体上部的另一侧，PCB仓位于壳体的中下部；所述储能模块安装于电池仓内，通断监测模块位于PCB仓内的PCB组件7上，无线发射模块包括无线发射电路和天线，其中无线发射电路位于PCB仓内的PCB组件上，天线12安装于天线仓内；PCB仓的底部设置有PCB仓密封圈11和PCB仓后盖10，所述磁铁安装于PCB仓后盖的底面上，PCB组件上设有防水常闭按钮8，壳体外设有与防水常闭按钮相匹配的断电插片6，壳体侧边设有断电插片6、与断电插片匹配的卡槽25和供防水常闭按钮的按压触点露出的圆孔23，其中圆孔位于卡槽中间，断电插片在卡槽上与按压触点配合实现断电和自检功能，电池仓由电池盒3、电池仓盖1和电池仓密封圈4组成，其中电池盒用于安装电池2，电池仓盖通过转轴结构活动连接在壳体上，且通过卡扣扣合壳体形成封闭的电池仓；天线仓由天线仓上盖13和天线仓密封圈14组成，壳体和PCB仓后盖均为铝合金材质，保证PCB组件电磁屏蔽，天线仓上盖为塑胶材质便于天线信号传输。壳体外还设有过线孔，过线孔上设有过线圈15，与断线监测装置连接的导线自过线圈中伸出并连接两位插线器17，两位插接器通过导线与感知层相连，其中导线与感知层通过焊锡连接。
本实施例具体操作流程为：每台风电机组共3个叶片，每个叶片根部布置1个感知层和1个断线监测装置，感知层为绝缘漆包线传感器，使用感知层环绕每个叶片根部1圈并通过专用胶粘接在叶根表面，然后将提前检查好的断线监测装置通过PCB仓后盖下的两个磁铁固定在叶片根部圆周外壁上，然后将其壳体上的两位插接器与导线连接，导线的另一端通过焊锡连接感知层，通过设定内部程序使断线监测装置能够被定时唤醒，剩余时间休眠。当断线监测装置唤醒时通过感知层检测到存在裂纹时，通过监测装置内的通断监测模块进行数据分析，并将分析后的信号使用无线发射模块通过天线发射至无线接收装置中的无线接收模块，无线接收模块发送信号至故障状态继电器，故障状态继电器输出信号至I/O接口，I/O接口将信号发送至主控PLC，主控PLC使用主控程序来分析判断并控制风机报警或停机，从而实现监测反馈、数据分析和风机控制的闭环，同时在监测过程中断线监测装置可通过断电插片和防水常闭按钮相互协作，实现断电和自检功能。

Claims (9)

1.一种用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，至少包括安装于叶片根部的圆周外壁上的感知层和断线监测装置，两者通过导线连接，其特征在于：还设置有无线接收装置和I/O接口，所述断线监测装置包括壳体以及安装于壳体内的储能模块、通断监测模块和无线发射模块，其中通断监测模块与感知层相连接并监测感知层的通断，储能模块为断线监测装置提供电能，无线发射模块与通断监测模块连接并将通断监测模块所监测到的信号进行发射；所述无线接收装置和I/O接口安装于机舱内，无线接收装置包括无线接收模块和与无线接收模块连接的故障状态继电器，故障状态继电器与I/O接口连接，I/O接口与机舱内的主控PLC连接，无线接收模块接收无线发射模块的信号并发送至故障状态继电器，故障状态继电器输出信号至I/O接口，I/O接口将信号发送至主控PLC，主控PLC对信号进行分析判断并控制风机进行报警或停机，实现监测反馈、数据分析和风机控制的闭环；所述壳体包括电池仓、天线仓和PCB仓，电池仓位于壳体上部的一侧，天线仓位于壳体上部的另一侧，PCB仓位于壳体的中下部；所述储能模块安装于电池仓内，通断监测模块位于PCB仓内的PCB组件上，无线发射模块包括无线发射电路和天线，其中无线发射电路位于PCB仓内的PCB组件上，天线安装于天线仓内。
2.根据权利要求1所述的用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，其特征在于：所述感知层为绝缘漆包线传感器，感知层通过胶粘接在叶片根部的圆周外壁上。
3.根据权利要求1所述的用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，其特征在于：所述断线监测装置底部设有磁铁，断线监测装置通过磁铁固定在叶片根部的圆周外壁上。
4.根据权利要求1所述的用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，其特征在于：所述壳体外设有两位插接器，两位插接器通过导线与感知层相连，其中导线与感知层通过焊锡连接。
5.根据权利要求1所述的用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，其特征在于：所述PCB组件上还设有防水常闭按钮，壳体外设有与防水常闭按钮相匹配的断电插片，两者相配合共同用于控制断线监测装置的启闭。
6.根据权利要求3所述的用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，其特征在于：所述PCB仓的底部设置有PCB仓密封圈和PCB仓后盖，所述磁铁安装于PCB仓后盖的底面上。
7.根据权利要求1所述的用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，其特征在于：所述电池仓由用于安装电池的电池盒、电池仓盖和电池仓密封圈组成。
8.根据权利要求7所述的用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，其特征在于：所述电池仓盖通过转轴结构活动连接在壳体上，且通过卡扣扣合壳体形成封闭的电池仓。
9.根据权利要求1所述的用于风电机组叶片及轴承裂纹的监测系统，其特征在于：所述天线仓由天线仓上盖和天线仓密封圈组成。
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