CN113653606A - 一种海上风力发电机叶片健康状态监测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上风力发电机叶片健康状态监测设备，包括主机、主机轨道、副机及副机轨道；主机轨道为竖直轨道，安装于风机机头的下部，与风机塔柱贴合固定连接；主机与主机轨道滑动连接，可沿竖直方向在主机轨道移动；主机安装有4K变焦伸缩镜头、麦克风及距离红外感应器；副机轨道为环形轨道，安装于主机轨道下方，环绕风机塔柱贴合固定连接；副机与副机轨道滑动连接，可沿风机塔柱环向在副机轨道移动；副机安装有副机4K高清变焦伸缩镜头、副机麦克风、副机距离红外感应器。本发明能够实现风力发电机随时对风力发电机叶片进行例行检查，保证风机正常运行，提前发现叶片的问题及时处理，避免大的灾害性问题出现，造成风机长时间停机，带来损失。

Description

一种海上风力发电机叶片健康状态监测设备及方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种海上风力发电机叶片健康状态监测设备及方法。

背景技术

目前风机叶片的健康监测主要依靠人工检查、或者无人机检查。人工检查需要将运维人员向下调到叶片位置对叶片进行检查，无法保证运维人员的人生安全，并且检查是需要停机检查一定程度造成发电损失，而且只能隔一段时间检查，不能实时的动态的急时的发现叶片的问题。

通过无人机进行检查，缺点是无人机的稳定控制相对较难，尤其在离岸较远的海上更加难以控制，无人机在只要有风就会出现偏离，风速稍微大就会无法控制飞行更无法去完成检查叶片的健康状态。如果到海上，海上几乎没有无风的时候，并且海上风力大、离岸较远，无人机更是无法远距离遥控，就算运维人员出海运维，但是有时候海况不好，甚至长时间无法出海，导致了海上风机叶片无法按时进行健康检查。不能提前发现叶片的问题及时处理，造成大的灾害性问题出现，造成风机长时间停机，带来较大的经济损失。

此外，通过经验对SCADA数据进行推理，具有很大的盲目性，准确率也较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种海上风力发电机叶片健康状态监测设备及方法，实现风力发电机随时对风力发电机的叶片例行进行检查，以保证风机正常运行，提前发现叶片的问题及时处理，避免大的灾害性问题出现，造成风机长时间停机，带来损失。

本发明提供了一种海上风力发电机叶片健康状态监测设备，包括主机、主机轨道、副机及副机轨道；

所述主机轨道为竖直轨道，安装于风机机头的下部，与风机塔柱贴合固定连接；所述主机与所述主机轨道滑动连接，可沿竖直方向在所述主机轨道上移动；所述主机安装有4K变焦伸缩镜头、麦克风及距离红外感应器，用于通过所述4K变焦伸缩镜头、麦克风及距离红外感应器对风机叶片健康状态进行监测；

所述副机轨道为环形轨道，安装于所述主机轨道下方，环绕风机塔柱贴合固定连接；所述副机与所述副机轨道滑动连接，可沿风机塔柱环向在所述副机轨道上移动；所述副机安装有副机4K高清变焦伸缩镜头、副机麦克风、副机距离红外感应器，用于通过所述副机4K高清变焦伸缩镜头、副机麦克风、副机距离红外感应器对风机叶片健康状态进行监测。

进一步地，所述主机轨道顶部安装有主机充电保护仓，所述主机充电保护仓通过导线与风力发电机机舱内部储能电源连接，用于为所述主机充电和供电；所述主机充电保护仓设有主机充电稳压器及保护罩、充电接触球、充电插头，所述主机设有主机充电插槽。

进一步地，所述副机轨道与主机轨道连接处设有副机充电保护仓，所述副机充电保护仓通过导线与风力发电机机舱内部储能电源连接，用于为所述副机充电和供电；所述副机充电保护仓设有副机充电接触滑槽，所述副机设有副机充电接触插头。

进一步地，所述主机及副机均设有太阳能板。

进一步地，所述主机轨道包括轨道内侧驱动齿带，所述轨道内侧驱动齿带包括左侧齿带及右侧齿带，所述主机背面上部设有分别与所述左侧齿带及右侧齿带配合的左侧驱动齿轮及右侧驱动齿轮，所述左侧驱动齿轮及右侧驱动齿轮通过驱动电机驱动；

所述主机背面还设有与所述主机轨道配合，用于平衡所述主机重量的重力平衡滑动齿轮，所述重力平衡滑动齿轮包括左侧平衡滑动齿轮及右侧平衡滑动齿轮；

所述主机背面还设有预紧滑轮，所述主机轨道设有轨道外侧滑槽，所述预紧滑轮与所述轨道外侧滑槽滑动连接。

进一步地，所述副机轨道为下端开口结构，外部上端采用圆角结构，所述副机轨道包括副机轨道内侧驱动齿条，所述副机轨道内侧驱动齿条包括左侧齿条及右侧齿条，所述副机背面设有驱动齿轮，所述驱动齿轮包括分别与所述左侧齿条及右侧齿条配合的副机左侧驱动齿轮及副机右侧驱动齿轮；

所述副机背面上端设有轨道内侧滑轮，所述副机轨道设有滑槽，所述轨道内侧滑轮与所述滑槽滑动连接。

进一步地，所述副机背面设有用于在所述主机旋转时提供动态平衡的副机重力平衡块。

进一步地，所述主机轨道采用粘合剂顺延风机塔柱向下与风机塔柱贴合连接，所述副机轨道与风机塔柱通过贴合剂旋转贴合连接，所述副机轨道接口与副机充电及保护仓内部接口通过螺栓无缝连接。

进一步地，所述主机充电稳压器及保护罩通过固定螺栓孔与风机塔柱顶部固定连接。

本发明还提供了应用上述设备的海上风力发电机叶片健康状态监测方法，包括：

陆上及海上风机在运行一段时间需要运维时，通过风机电动盘车装置将机头及叶片旋转到所述主机及主机轨道所在方向，所述主机沿所述主机轨道从上至下进行检查，通过所述4K变焦伸缩镜头、麦克风及距离红外感应器对风机叶片健康状态进行检查，在检查时通过将叶片变桨，对整个叶片的四周进行详细检查，若发现裂纹、雷击损害、污染、结冰问题发出预警信息；

通过副机距离红外感应器和跟随感应装置，实时跟随风机机头及叶片方向进行旋转，实时监测叶片净空距离，若出现打塔险情发出预警信息，急时制动；

通过副机麦克风采集声音，通过数据中心的实时大数据进行分析，实时监测叶片的健康状态，若出现问题，发出预警信息；

通过主机及副机的4K可变焦伸缩镜头对叶片进行近距离图片及视频检测，对风力发电机叶片的健康状态随时从静态到动态进行远程立体化无人监测。

借由上述方案，通过海上风力发电机叶片健康状态监测设备及方法，能够实现风力发电机随时对风力发电机的叶片进行例行检查，保证风机正常运行，提前发现叶片的问题及时处理，避免大的灾害性问题出现，造成风机长时间停机，带来损失。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明海上风力发电机叶片健康状态监测设备主机及轨道的结构示意图；

图2是本发明海上风力发电机叶片健康状态监测设备主机驱动结构的结构示意图；

图3是本发明海上风力发电机叶片健康状态监测设备副机及轨道的结构示意图；

图4是本发明海上风力发电机叶片健康状态监测设备副机驱动的结构示意图；

图5是本发明海上风力发电机叶片健康状态监测设备副机驱动的安装示意图。

图中标号：

1-主机充电稳压器及保护罩；2-固定螺栓孔；3-充电接触球；4-充电插头；5-预紧滑轮；6-重力平衡滑动齿轮；7-驱动电机；8-太阳能板；9-麦克风；10-4K变焦伸缩镜头；11-距离红外感应器；121-轨道外侧滑槽；122-左侧平衡滑动齿轮；123-右侧平衡滑动齿轮；13-主机充电保护仓；14-轨道内侧驱动齿带；141-左侧齿带；142-右侧齿带；143-左侧驱动齿轮；144-右侧驱动齿轮；15-主机充电插槽；

16-驱动齿轮；161-副机左侧驱动齿轮；162-副机右侧驱动齿轮；17-副机充电接触插头；18-轨道内侧滑轮；19-副机充电接触滑槽；20-副机4K高清变焦伸缩镜头；21-副机麦克风；22-副机轨道内侧驱动齿条及轨道；221-滑槽；222-左侧齿条；223-右侧齿条；23-副机充电保护仓；24-副机太阳能光板；25-副机红外距离感应器；26-副机重力平衡块；27-风机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参图1至图4所示，本实施例提供了一种海上风力发电机叶片健康状态监测设备，包括主机、主机轨道、副机及副机轨道；

主机轨道为竖直轨道，安装于风机27机头的下部，与风机塔柱贴合固定连接；主机与主机轨道滑动连接，可沿竖直方向在主机轨道上移动；主机安装有4K变焦伸缩镜头10、麦克风9及距离红外感应器11，用于通过4K变焦伸缩镜头10、麦克风9及距离红外感应器11对风机叶片健康状态进行监测；

副机轨道为环形轨道，安装于主机轨道下方，环绕风机塔柱贴合固定连接；副机与副机轨道滑动连接，可沿风机塔柱环向在副机轨道上移动；副机安装有副机4K高清变焦伸缩镜头20、副机麦克风21、副机距离红外感应器25，用于通过副机4K高清变焦伸缩镜头20、副机麦克风21、副机距离红外感应器25对风机叶片健康状态进行监测。

在本实施例中，主机轨道顶部安装有主机充电保护仓13，主机充电保护仓13通过导线与风力发电机机舱内部储能电源连接，用于为主机充电和供电；主机充电保护仓13设有主机充电稳压器及保护罩1、充电接触球3、充电插头4，主机设有主机充电插槽15。

在本实施例中，副机轨道与主机轨道连接处设有副机充电保护仓23，副机充电保护仓23通过导线与风力发电机机舱内部储能电源连接，用于为副机充电和供电；副机充电保护仓23设有副机充电接触滑槽19，副机设有副机充电接触插头17。

在本实施例中，主机及副机均设有太阳能板，即太阳能板8及副机太阳能板24。

在本实施例中，主机轨道包括轨道内侧驱动齿带14，轨道内侧驱动齿带14包括左侧齿带141及右侧齿带142，主机背面上部设有分别与左侧齿带141及右侧齿带142配合的左侧驱动齿轮143及右侧驱动齿轮144，左侧驱动齿轮143及右侧驱动齿轮144通过驱动电机7驱动；

主机背面还设有与主机轨道配合，用于平衡主机重量的重力平衡滑动齿轮6，重力平衡滑动齿轮6包括左侧平衡滑动齿轮122及右侧平衡滑动齿轮123；

主机背面还设有预紧滑轮5，主机轨道设有轨道外侧滑槽121，预紧滑轮5与轨道外侧滑槽121滑动连接。

主机驱动通过主机背面上部左右俩个驱动齿轮提供在竖直轨道内侧俩条齿带上上下驱动，通过下部俩个齿轮平衡主机重量，可以使主机在竖直轨道上的任意位置实现主机自身的重力平衡可以在竖直轨道任意位置停顿。通过主机背面中间的上下俩个预紧滑轮在主机竖直轨道的轨道外侧滑槽内滑动，上下俩个预紧滑轮与四个齿轮将主机与主机竖直轨道的实现受力平衡及自由滑动。主机在主机竖直轨道的上下自驱的滑动检查风机叶片。

在本实施例中，副机轨道为下端开口结构，外部上端采用圆角结构，副机轨道包括副机轨道内侧驱动齿条，副机轨道内侧驱动齿条包括左侧齿条222及右侧齿条223，副机背面设有驱动齿轮16，驱动齿轮16包括分别与左侧齿条222及右侧齿条223配合的副机左侧驱动齿轮161及副机右侧驱动齿轮162；

副机背面上端设有轨道内侧滑轮18，副机轨道设有滑槽221，轨道内侧滑轮18与滑槽18滑动连接。

副机驱动通过副机背面的俩个驱动齿轮在副机轨道(旋转轨道)的内侧的俩个侧面齿条进行旋转驱动，通过副机背面上端的四个滑轮在副机轨道内部的滑槽(凹槽)滑动的同时提供拉力抵消副机的重力。

在本实施例中，副机背面设有用于在所述主机旋转时提供动态平衡的副机重力平衡块26。

在本实施例中，主机轨道采用粘合剂顺延风机塔柱向下与风机塔柱贴合连接，副机轨道与风机塔柱通过贴合剂旋转贴合连接，副机轨道接口与副机充电及保护仓内部接口通过螺栓无缝连接。

在本实施例中，主机充电稳压器及保护罩1通过固定螺栓孔2与风机塔柱顶部固定连接。

参图5所示，设备的安装方法如下：

设备在风机机头的下部位置固定主机轨道一端及主机充电保护仓，通过主机轨道顶部充电保护仓顶端俩个安装孔(固定螺栓孔)安装在风机塔柱的顶部承受设备重力，并通过线与风力发电机机舱内部储能电源连接为设备供电。主机轨道使用粘合剂顺延风机塔柱向下与风机塔柱贴合(设备很轻,主机类似大疆迷你无人机的质量二百多克，顶部的固定点及主机轨道的贴合完全可以承受整个设备的重量)。主机轨道的下部末端与副机轨道、副机充电保护仓连接，副机轨道与风机塔柱通过贴合剂进行旋转贴合，副机轨道接口通过副机充电及保护仓内部接口通过螺栓无缝连接。由于风机塔柱上到下逐渐变粗，所以副机轨道周长螺栓固定后，从上到下有轨道有预紧力，以及副机与主机轨道的固定连接，副机轨道和副机的重量完全可以承载(副机比主机小，重量更轻，加上塔柱给副机轨道的预紧力，完全可以抵消副机的重力)。

主机包括三个小太阳能光板、俩个信号数据发射天线、驱动电机、齿轮、声检测设备(麦克风)、4KB变焦伸缩镜头、距离红外感应器、蓄电池等内部结构。主机轨道顶部有主机充电保护仓，仓内上部有小型充电稳压器及充电接触头，通过线路与风力发电机机舱内部储能电池连接，以给整个叶片监测设备提供充电和供电，充电保护仓在主机供电的同时也在必要时为主机提供保护。设备自身也可以在特殊情况时使用自身三块小的太阳能光板及内部蓄电池进行供电。

副机也设有三个小的太阳能光板、俩个信号数据发射天线、驱动电机、齿轮、声学检测设备(麦克风)、4KB变焦伸缩镜头、距离红外感应器、蓄电池等内部结构。副机轨道与主机轨道连接处有副机充电保护仓，仓内通过主机轨道内部导线与风力发电机机舱内部储能电源连接给副机供电，充电保护仓在给副机提供充电的同时，在恶劣天气时对设备进行必要的保护。同时副机也可以在特殊情况下通过太阳能板进行自己充电。副机充电保护仓的电能通过主机轨道内的线与主机充电保护仓连接，通过风机舱内的储能装置给副机供电。

该海上风力发电机叶片健康状态监测设备的工作原理如下：

主机工作原理：

主机有三种方式提供电源，包括通过轨道直接供电、内部蓄电池供电、太阳能光板供电。陆上及海上风机在运行一段时间需要运维时，通过风机电动盘车装置将机头及叶片旋转到所述主机及主机轨道所在方向(复位位置)，主机沿主机轨道从上至下进行检查，通过4K变焦伸缩镜头、麦克风及距离红外感应器对风机叶片健康状态进行检查，在检查时通过将叶片变桨，对整个叶片的四周进行详细检查，若发现裂纹、雷击损害、污染、结冰等问题发出预警信息，可以精确确定风场哪台风机、哪个叶片、哪个位置出现了损伤。可以大幅度的降低运维成本、提高运维效率。

副机工作原理：

在风机运行中，会出现打塔现象，通过副机距离红外感应器和跟随感应装置，实时跟随风机机头及叶片方向进行旋转，实时监测叶片净空距离，若出现打塔险情发出预警信息，急时制动；

在运行过程中风机叶片出现故障，比如叶片结冰、污染、雷击、尾缘开裂等，例如叶片开裂会导致叶片气动噪声的改变，通过副机麦克风采集声音，通过数据中心的实时大数据进行分析，实时监测叶片的健康状态，若出现问题，发出预警信息，及时维修，避免损伤开裂进一步扩张造成更大的事故及经济损失。

通过主机及副机的4K可变焦伸缩镜头对叶片进行近距离图片及视频检测，对风力发电机叶片的健康状态随时从静态到动态进行远程立体化无人监测。

该海上风力发电机叶片健康状态监测设备及方法具有如下技术效果：

1)解决了风力发电机叶片的运维难的问题、减低运维人员的人身安全、通过智能化检测及大数据分析实现智能化无人运维。提前发现叶片的问题及时处理，避免大的灾害性问题出现，造成风机长时间停机，带来损失，实现风力发电机遇到按时间例行进行检查，以保证风机正常运行，提前发现叶片的问题及时处理，避免大的灾害性问题出现，造成风机长时间停机，带来损失，避免因无法出海导致风机不能按时运维，避免运维人员通过吊绳对风机叶片进行检查的人身生命安全隐。

2)由于设备是暴露的外界的，主机轨道驱动齿带设计在内部，可以抵御恶劣天气对驱动装置的损害的同时可以让主机稳稳的与轨道固定。

3)由于副机需要旋转并且暴露在外部环境，副机轨道下端采用开口设计，外部上端圆角设计，驱动齿轮及齿带竖直设计，滑轮内部滑动承载设备重力及滑动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海上风力发电机叶片健康状态监测设备，其特征在于，包括主机、主机轨道、副机及副机轨道；

所述主机轨道为竖直轨道，安装于风机机头的下部，与风机塔柱贴合固定连接；所述主机与所述主机轨道滑动连接，可沿竖直方向在所述主机轨道上移动；所述主机安装有4K变焦伸缩镜头、麦克风及距离红外感应器，用于通过所述4K变焦伸缩镜头、麦克风及距离红外感应器对风机叶片健康状态进行监测；

所述副机轨道为环形轨道，安装于所述主机轨道下方，环绕风机塔柱贴合固定连接；所述副机与所述副机轨道滑动连接，可沿风机塔柱环向在所述副机轨道上移动；所述副机安装有副机4K高清变焦伸缩镜头、副机麦克风、副机距离红外感应器，用于通过所述副机4K高清变焦伸缩镜头、副机麦克风、副机距离红外感应器对风机叶片健康状态进行监测。

2.根据权利要求1所述的海上风力发电机叶片健康状态监测设备，其特征在于，所述主机轨道顶部安装有主机充电保护仓，所述主机充电保护仓通过导线与风力发电机机舱内部储能电源连接，用于为所述主机充电和供电；所述主机充电保护仓设有主机充电稳压器及保护罩、充电接触球、充电插头，所述主机设有主机充电插槽。

3.根据权利要求2所述的海上风力发电机叶片健康状态监测设备，其特征在于，所述副机轨道与主机轨道连接处设有副机充电保护仓，所述副机充电保护仓通过导线与风力发电机机舱内部储能电源连接，用于为所述副机充电和供电；所述副机充电保护仓设有副机充电接触滑槽，所述副机设有副机充电接触插头。

4.根据权利要求3所述海上风力发电机叶片健康状态监测设备，其特征在于，所述主机及副机均设有太阳能板。

5.根据权利要求1所述的海上风力发电机叶片健康状态监测设备，其特征在于，所述主机轨道包括轨道内侧驱动齿带，所述轨道内侧驱动齿带包括左侧齿带及右侧齿带，所述主机背面上部设有分别与所述左侧齿带及右侧齿带配合的左侧驱动齿轮及右侧驱动齿轮，所述左侧驱动齿轮及右侧驱动齿轮通过驱动电机驱动；

所述主机背面还设有与所述主机轨道配合，用于平衡所述主机重量的重力平衡滑动齿轮，所述重力平衡滑动齿轮包括左侧平衡滑动齿轮及右侧平衡滑动齿轮；

所述主机背面还设有预紧滑轮，所述主机轨道设有轨道外侧滑槽，所述预紧滑轮与所述轨道外侧滑槽滑动连接。

6.根据权利要求1所述的海上风力发电机叶片健康状态监测设备，其特征在于，所述副机轨道为下端开口结构，外部上端采用圆角结构，所述副机轨道包括副机轨道内侧驱动齿条，所述副机轨道内侧驱动齿条包括左侧齿条及右侧齿条，所述副机背面设有驱动齿轮，所述驱动齿轮包括分别与所述左侧齿条及右侧齿条配合的副机左侧驱动齿轮及副机右侧驱动齿轮；

所述副机背面上端设有轨道内侧滑轮，所述副机轨道设有滑槽，所述轨道内侧滑轮与所述滑槽滑动连接。

7.根据权利要求6所述的海上风力发电机叶片健康状态监测设备，其特征在于，所述副机背面设有用于在所述主机旋转时提供动态平衡的副机重力平衡块。

8.根据权利要求1所述的海上风力发电机叶片健康状态监测设备，其特征在于，所述主机轨道采用粘合剂顺延风机塔柱向下与风机塔柱贴合连接，所述副机轨道与风机塔柱通过贴合剂旋转贴合连接，所述副机轨道接口与副机充电及保护仓内部接口通过螺栓无缝连接。

9.根据权利要求1所述的海上风力发电机叶片健康状态监测设备，其特征在于，所述主机充电稳压器及保护罩通过固定螺栓孔与风机塔柱顶部固定连接。

10.一种应用权利要求1至9任一项所述设备的海上风力发电机叶片健康状态监测方法，其特征在于，包括：

陆上及海上风机在运行一段时间需要运维时，通过风机电动盘车装置将机头及叶片旋转到所述主机及主机轨道所在方向，所述主机沿所述主机轨道从上至下进行检查，通过所述4K变焦伸缩镜头、麦克风及距离红外感应器对风机叶片健康状态进行检查，在检查时通过将叶片变桨，对整个叶片的四周进行详细检查，若发现裂纹、雷击损害、污染、结冰问题发出预警信息；

通过副机距离红外感应器和跟随感应装置，实时跟随风机机头及叶片方向进行旋转，实时监测叶片净空距离，若出现打塔险情发出预警信息，急时制动；

通过副机麦克风采集声音，通过数据中心的实时大数据进行分析，实时监测叶片的健康状态，若出现问题，发出预警信息；

通过主机及副机的4K可变焦伸缩镜头对叶片进行近距离图片及视频检测，对风力发电机叶片的健康状态随时从静态到动态进行远程立体化无人监测。

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