CN114397370A - 小型风机叶片无线声发射监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种小型风机叶片无线声发射监测系统及方法，其中包括：小型风机本体装置，用于搭建小型风机主体结构；无线声发射装置：固定在系统连携器中，并通过系统连携器与风机转轴相连，用于实时监测旋转状态下的风电叶片损伤情况；旋转供电装置：固定于系统连携器另一侧，用于供给无线声发射装置电源，进行长期监测。本发明将无线声发射装置固定于工作状态下的小型风机上，并通过旋转供电装置为无线声发射装置供电，实现小型风机叶片损伤的长期动态监测，为风电叶片的健康监测提供重要手段。

Description

小型风机叶片无线声发射监测系统及方法

技术领域

本发明涉及到风力发电领域，尤其涉及到一种小型风机叶片无线声发射监测系统及方法。

背景技术

随着经济的发展，煤，石油等化石能源开采严重，随之而来导致的是环境的日益恶化，这也成为了21世纪最为急切去解决，去迎接挑战的问题。风能清洁无污染，并且是可再生能源，取之不尽用之不竭，有着良好的发展前景。

叶片是风机利用风能的关键部件，因其工作环境恶劣，在风沙、雨雪、交变载荷等各种因素的影响下，长期运行的风机叶片，会出现不同程度的损伤。由于叶片工作在高空，很难用肉眼及时发现叶片的损伤，从而影响叶片的使用性能和寿命，甚至导致重大的安全事故。通过监控叶片的服役状态，可以及时发现损伤情况，降低维修成本，保证风场的安全运营，因此，对叶片进行损伤监测具有重要的实际意义。

声发射是常用的监测方法，常用于桥梁、岩土、压力容器等结构的静态监测，而对于旋转状态下风机叶片的动态监测，由于其线路缠绕、安装配重、长期供电等问题而鲜有报道，在工程应用中亟待解决。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单，动态实时的小型风机叶片无线声发射监测系统，实现叶片损伤的长期健康监测。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种小型风机叶片无线声发射监测系统，包括，小型风机本体装置，用于搭建小型风机主体结构；无线声发射装置，固定于系统连携器中，并通过系统连携器与风机转轴相连，用于实时监测旋转状态下的风电叶片损伤情况；旋转供电装置，固定于所述系统连携器另一侧，用于供给无线声发射装置电源，进行长期监测。

进一步地，所述小型风机本体装置包括：风轮毂，用于固定叶片；风机转轴，安装在风轮毂中心，跟随叶片转动；风机前机体，固定在风机转轴上，保持风机重心；

进一步地，所述无线声发射装置包括：声发射传感器，固定于叶片容易发生损伤的位置处，连接无线声发射模块，用于检测风机叶片转动时产生的声发射损伤信号；无线声发射模块,固定于系统连携器中，用于实时接收声发射传感器传递过来的损伤信号。

进一步地，所述无线声发射装置还包括：传感器保护模具，有效保护声发射传感器，用高强度胶固定于叶片上；系统连携器，用于固定无线声发射模块，一侧通过螺帽与风机转轴相连。

进一步地，所述旋转供电装置包括：导电滑环，一端与系统连携器相连，用圆形螺帽固定；滑环止转固定装置，连接在导电滑环。

进一步地，所述导电滑环还包括转子定子引线，以及滑环止转卡位，滑环法兰盘,滑环主体,滑环止转装置。滑环主体与滑环法兰盘固定连接；滑环止转卡位与滑环法兰盘连接，并固定于圆形螺帽；滑环止转装置与滑环止转固定装置连接。

进一步地，所述滑环止转固定装置包括：卡位固定片6051，导电滑环电源线穿过卡位固定片6052中的电源线预留孔6053引出，螺栓连接滑环止转装置604和卡位固定片6051中的滑环止转装置预留孔6052；止转固定台6054，位于卡位固定片的中心处，用于固定导电滑环。

本发明的第二方面提供了一种小型风机叶片旋转过程中的损伤监测方法，使用本发明提供的监测系统进行监测。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益效果：

本发明将无线声发射装置固定于工作状态下的小型风机转轴上，并通过旋转供电装置为无线声发射装置供电，解决了风机叶片动态监测时叶片的线路缠绕、配重失衡和监测模块电源供给问题，有效实现小型风机叶片损伤的长期动态监测，为风机叶片的健康状况监测提供了重要手段。

附图说明

图1是本发明实施方式的系统结构示意图；

图2是本发明实施方式的传感器保护模具结构主视图；

图3是图2传感器保护模具结构俯视图；

图4是本发明实施方式的系统连携器结构示意图；

图5是本发明实施方式的导电滑环结构示意图；

图6是图5导电滑环的左视图；

图7是图5导电滑环的右视图；

图8是本发明实施方式的滑环止转固定装置侧视图；

图9是图8的滑环止转固定装置主视图；

附图标记：

1：风机转轴、2：风机前机体、301：风轮毂、302：叶片、303：紧固螺栓、401：传感器保护模具、402：声发射传感器、403：无线声发射模块、404：系统连携器、405：圆形螺帽、4011：无线声发射模块固定螺栓、60：导电滑环、601：滑环止转卡位、602：滑环法兰盘、603：滑环主体、604：滑环止转装置、605：滑环止转固定装置、6051：卡位固定片、6052：滑环止转装置预留孔、6053：电源线预留孔、6054：止转固定台。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进行详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

如图1所示是本发明一种小型风机叶片无线声发射监测系统的结构示意图，包括小型风机本体装置，用于搭建小型风机主体结构；无线声发射装置，固定于系统连携器404中，并通过系统连携器404与风机转轴1相连，用于实时监测旋转状态下的风电叶片损伤情况；旋转供电装置，固定于所述系统连携器404另一侧，用于供给无线声发射装置电源，进行长期监测。

在一可选实施例中，所述小型风机本体装置包括，风轮毂301，其主要是用于通过紧固螺栓303固定叶片；风机转轴1，安装在风轮毂中心随叶片302一起转动；风机前机体2，固定在所述风机转轴1上，保持风机重心。

在一可选实施例中，所述无线声发射装置包括，声发射传感器402，固定于叶片容易发生损伤的位置处，连接无线声发射模块403，用于检测风机叶片转动时产生的声发射损伤信号；无线声发射模块403,固定于所述系统连携器404中，用于实时接收所述声发射传感器402传递过来的损伤信号。

在一可选实施例中，所述无线声发射装置还包括：传感器保护模具401，如图2和3所示，固定于叶片易发生损伤的位置处，在放置所述声发射传感器402前需要在其接口处涂上一层高强度胶水使其固定于叶片上。系统连携器404，如图4所示，用于固定所述无线声发射模块403，保证风机叶片旋转时无线声发射模块跟随旋转。系统连携器404，为一体式架构，主体由不锈钢板焊接而成，其边为倒角构件，声发射模块固定螺栓4011将无线声发射模块固定于后板面，系统连携器一侧通过侧板中心的螺帽405与所述风机转轴1相连。

在一可选实施例中，所述旋转供电装置包括：导电滑环60，一侧与所述系统连携器404相连，用圆形螺帽405固定；滑环止转固定装置605，连接在所述导电滑环60。

在一可选实施例中，所述导电滑环60包括转子定子引线，以及滑环止转卡位601，滑环法兰盘602，滑环主体603，滑环止转装置604。如图5-图7所示，滑环主体602与滑环法兰盘603连接，滑环法兰盘602通过滑环止转卡位601固定在圆形螺帽405上。进一步可选，无线声发射模块电源线为10A，可与导电滑环内环的转子引线通过特殊处理连接，导电滑环外环通过滑环止转装置604，用两个合金螺栓固定在滑环止转固定装置605上。

在一可选实施例中，所述滑环止转固定装置605包括：卡位固定片6051和止转固定台6054。如图8，图9所示，导电滑环电源线穿过卡位固定片6051中的电源线预留孔6053引出，螺栓连接滑环止转装置604和卡位固定片6051中的滑环止转装置预留孔6052，止转固定台6054位于卡位固定片的中心处，将导电滑环静子端固定。

本发明提供了一种小型风机叶片旋转过程中的损伤监测方法，使用本发明提供的监测系统进行监测。

在一可选实施方式中，监测方法包括以下步骤：

(1)实验前准备：将声发射专用耦合剂(PXUAC)涂抹于叶片指定位置，将声发射传感器402套于传感器保护模具401中，并在模具外围涂抹上一层高强度502胶体于叶片处固定。将系统连携器404与风机转轴1通过圆形螺帽旋转固定，将无线声发射模块403放置在系统连携器404中，用无线声发射模块固定螺栓4011拧紧固定，将声发射传感器402与无线声发射模块403连接。将导电滑环60套设于系统连携器一端的圆形螺帽405上，拧紧滑环止转卡位601，使滑环紧固于系统连携器404之上，滑环止转装置与滑环止转固定装置通过螺栓紧固。将导电滑环60对应的内环引线连接无线声发射模块电源线，外环引线接电源。

(2)仪器参数设置：开启无线声发射模块403，设定其监测参数，包括阈值，增益幅值，噪声判定值，以及幅值，振铃计数等预警系统的参数。仪器中含有红、绿、蓝三种类别的提示灯，红色代表产生了预警信号，绿色代表有声发射信号产生，蓝色代表仪器已连接网络。等待无线声发射模块亮起蓝灯，连接上阿里云，准备开始监测。

(3)损伤监测：启动小型风机，风机叶片转动，声发射探头实时监测叶片状态，当叶片出现损伤，声发射探头实时发送声发射信号到无线声发射模块，无线声发射模块接收到声发射信号时显示绿灯提示损伤并实时上传数据到阿里云。当声发射信号幅值超出预设的报警值，无线声发射模块显示红灯提示警报。对监测到的声发射数据进行聚类分析和小波包变换，获取不同损伤模式的频带特征，识别叶片的损伤模式，获取其损伤演化规律。

综上所述，本发明提供的一种小型风机叶片无线声发射在线监测系统，有效解决了风机叶片动态监测时叶片的线路缠绕、配重失衡和监测模块电源供给问题，可长期动态监测风机叶片的工作状态，为风机叶片的健康状况监测提供了重要手段。

最后有必要在此说明的是：本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种小型风机叶片无线声发射监测系统，其特征在于，包括：

小型风机本体装置，用于搭建小型风机主体结构；

无线声发射装置，固定于系统连携器(404)中，并通过所述系统连携器(404)与风机转轴(1)相连，用于实时监测旋转状态下的风电叶片损伤情况；

旋转供电装置，固定于所述系统连携器(404)另一侧，用于供给无线声发射装置电源，进行长期监测。

2.根据权利要求1所示的小型风机叶片无线声发射监测系统，其特征在于，所述小型风机本体装置包括：

风轮毂(301)，用于固定叶片；

风机转轴(1)，安装在所述风轮毂中心，跟随叶片转动；

风机前机体(2)，固定在所述风机转轴(1)上，保持风机重心。

3.根据权利要求1所示的小型风机叶片无线声发射监测系统，其特征在于，所述无线声发射装置包括：

声发射传感器(402)，固定于叶片容易发生损伤的位置处，连接无线声发射模块(403)，用于检测风机叶片转动时产生的声发射损伤信号；

无线声发射模块(403),固定于所述系统连携器(404)中，用于实时接收所述声发射传感器(402)传递过来的损伤信号。

4.根据权利要求1所示的小型风机叶片无线声发射监测系统，其特征在于，所述无线声发射装置还包括：

传感器保护模具(401)，有效保护所述声发射传感器(402)，用高强度胶固定于叶片(302)上；

系统连携器(404)，用于固定所述无线声发射模块(403)，一侧通过螺帽与所述风机转轴(1)相连。

5.根据权利要求1所示的小型风机叶片无线声发射监测系统，其特征在于，所述旋转供电装置包括：

导电滑环(60)，一端与所述系统连携器(404)相连，用圆形螺帽(405)固定；

滑环止转固定装置(605)，连接在所述导电滑环(60)。

6.根据权利要求1所示的小型风机叶片无线声发射监测系统，其特征在于，所述导电滑环(60)还包括转子定子引线，以及滑环止转卡位(601)，滑环法兰盘(602),滑环主体(603),滑环止转装置(604)：

所述滑环主体(603)与所述滑环法兰盘(602)固定连接：

所述滑环止转卡位(601)与所述滑环法兰盘连接(602)，并固定于圆形螺帽(405)：

所述滑环止转装置(604)与滑环止转固定装置(605)连接。

7.根据权利要求1所示的小型风机叶片无线声发射监测系统，其特征在于，所述滑环止转固定装置(605)包括：

卡位固定片6051，导电滑环电源线穿过卡位固定片6051中的电源线预留孔6053引出，螺栓连接所述滑环止转装置604和卡位固定片6051中的滑环止转装置预留孔6052；

止转固定台6054，位于卡位固定片的中心处，用于固定导电滑环。

8.一种小型风机叶片无线声发射监测方法，其特征在于，使用如权利要求1-7任一项所述的小型风机叶片无线声发射监测系统进行风机叶片健康监测。

Images