CN203704983U - 一种基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置包括应变片、滤波与放大模块、振动传感器、信号调理电路、第一处理器、无线发送模块、无线接收模块、第二处理器、CAN通信模块以及上位机，应变片粘贴在风轮叶根部，应变片、滤波与放大模块、第一处理器依次相连，振动传感器安装在叶片上，振动传感器、信号调理电路、第一处理器依次相连，第一处理器与无线发送模块相连，无线接收模块、第二处理器、CAN通信模块、上位机依次相连。本实用新型具有安装简单、测试方便、获取数据及时准确等优点，可以避免无线输送距离过远带来的干扰，高成本和高功耗问题，为风力机性能分析、故障诊断与控制提供了依据。

Description

一种基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置

技术领域

本实用新型涉及清洁能源技术应用领域，特别涉及一种基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置。

背景技术

风能是一种可大规模开发的可再生能源，目前对风能的利用形式主要是风力发电。现代风电产业的发展始于1973年石油危机，近年来得到快速发展，在丹麦、葡萄牙、西班牙和德国等国家，风电已成为一种主要的电力来源。在2010年底，全世界风力发电机年发电量已超过英国的电力需求，约占全球电量总需求的2.5%，这一数字在2011年底增加至3%，2013年为3.5%。目前，风电装机量较大的国家包括中国、美国、德国、西班牙和印度，装机总量超过全世界份额的70%。

我国风能资源相当丰富，据相关资料介绍，我国可开发的装机容量达2.5亿千瓦，已在华东、华北、西北、中南、西南、东北和港澳台等地区开辟了风电场，出现了华锐、金风、湘电风能等多个大型风电整机制造企业。近年来，我国风电产业发展十分迅速，已经超过美国成为世界风电装机第一大国。国家发改委发布《中国风电发展路线图2050》显示到2020、2030和2050年，中国风电装机容量预期达到2亿千瓦、4亿千瓦和10亿千瓦。随着风力机单机容量的不断增加，单机成本也越来越高，各类风力机事故的出现对风电产业发展带来严重的负面影响。根据英国Caithness Windfarm Information Forum (CWIF) 的统计资料，1999年至2003年间，风力机年均事故44起，而在2009年至2013年间，风力机年均事故增加至145起，并且CWIF认为已经统计的数据仅仅是实际事故数量的小部分。

叶片（叶轮）是风力机的关键部件之一。叶片将风能转变为机械能，是风力机能量转换的主要部件；与此同时，叶片又是风力机力源，主要承载部件，与另一个主要承载部件（塔架）不同，叶片是不断运动的；因此，叶片对整个风力机运行起着关键作用。由于叶片沉重且处于高空不便维护更换，其故障引起的损失在风力机中也是最大的。目前，风电场运行的风力机均配有数据采集与监视控制系统(SCADA, Supervisory Control and Data Acquisition)，能够获取风力机实时运行状态参数，但由于叶片的旋转运动，传感器安装、信号检测不便，开发适合叶片状态检测的装置具有积极意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、测量准确、维修方便的基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置，包括应变片、滤波与放大模块、振动传感器、信号调理电路、第一处理器、无线发送模块、无线接收模块、第二处理器、CAN通信模块以及上位机，所述应变片粘贴在风轮叶根部，采集叶根弯矩信号，应变片、滤波与放大模块、第一处理器依次相连，应变片采集的叶根弯矩信号经滤波、放大后送入第一处理器，所述振动传感器安装在叶片上，采集叶片振动信号，振动传感器、信号调理电路、第一处理器依次相连，振动传感器采集到的叶片振动信号经信号调理电路整形、放大后送入第一处理器，第一处理器与无线发送模块相连，将叶根弯矩信号和叶片振动信号经无线发送模块发出，无线接收模块、第二处理器、CAN通信模块、上位机依次相连，无线接收模块接收来自无线发送模块的信号并将信号送入第二处理器，第二处理器将信号通过CAN通信模块传送到上位机中进行存储、显示。

上述基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置中，所述振动传感器自叶片根部位置向叶尖方向布置，分别安装在叶片根部、中部及尖部。

上述基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置还包括整流模块，所述整流模块置于应变片、滤波与放大模块之间。

上述基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置还包括第一电源模块，所述第一电源模块分别与应变片、整流模块、滤波与放大模块、振动传感器、信号调理电路、第一处理器相连。

上述基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置还包括第二电源模块，所述第二电源模块分别与第二处理器、CAN通信模块相连。

上述基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置中，所述振动传感器为压电式加速度传感器。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型同时采集叶根弯矩信号和叶片振动信号，能够对风力机叶片运行状态进行准确的判断；

2、本实用新型将采集到的叶根弯矩信号和叶片振动信号通过无线发送形式传输，实施方便、准确性和实时性都能得到保证；不仅可用在新建的风电场机组，也适合已有风电场机组；

3、本实用新型在信号传输过程中，短距离采用无线传输，远距离采用CAN总线传输，可以避免无线输送距离过远带来的干扰，高成本和高功耗问题；

4、本实用新型可以获得风力机叶片叶根弯矩和叶片的振动状况，为风力机性能分析、故障诊断与控制提供了依据。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为风力机的整体结构图。

图3为应变片和振动传感器的放置位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图2所示，风力机主要包括叶片1、轮毂2、发电机3、机舱4、塔架5、变流器6、应变片7、振动传感器8、无线发送模块9、无线接收模块10，无线发送模块9放置在轮毂2中，无线接收模块10放置在机舱4中。如图3所示，应变片7围绕叶片1根部均匀放置，采用粘贴方式固定在叶片1表面；振动传感器8自叶片1根部位置向叶尖方向布置，分别安装在叶片1根部、中部及尖部，振动传感器8为压电式加速度传感器；通常，传感器数量越多测得的数据也越多，更能详细地反映叶片运行过程中的实际振动状态，但安装、信号提取更复杂，可以根据实际测试情况增加或减少。

如图1所示，本实用新型的硬件电路包括应变片、整流模块、滤波与放大模块、振动传感器、信号调理电路、第一处理器、第一电源模块、无线发送模块、无线接收模块、第二处理器、第二电源模块、CAN通信模块以及上位机，所述应变片粘贴在风轮叶根部，采集叶根弯矩信号，应变片、整流模块、滤波与放大模块、第一处理器依次相连，应变片采集的叶根弯矩信号经滤波、放大后送入第一处理器，所述振动传感器安装在叶片上，采集叶片振动信号，振动传感器、信号调理电路、第一处理器依次相连，振动传感器采集到的叶片振动信号经信号调理电路整形、放大后送入第一处理器，第一处理器与无线发送模块相连，将叶根弯矩信号和叶片振动信号经无线发送模块发出，第一电源模块分别与应变片、整流模块、滤波与放大模块、振动传感器、信号调理电路、第一处理器相连，第二电源模块分别与第二处理器、CAN通信模块相连，无线接收模块、第二处理器、CAN通信模块、上位机依次相连，无线接收模块接收来自无线发送模块的信号并将信号送入第二处理器，第二处理器将信号通过CAN通信模块传送到上位机中进行存储、显示。如果传送距离超过10km，则还需要通过以太网的形式进行更远距离传送。

本实用新型的工作原理如下：应变片粘贴在风轮叶根部，采集叶根弯矩信号并将采集的叶根弯矩信号经滤波、放大后送入第一处理器，振动传感器安装在叶片上，采集叶片振动信号并将采集到的叶片振动信号经信号调理电路整形、放大后送入第一处理器，第一处理器将叶根弯矩信号和叶片振动信号经无线发送模块发出，无线接收模块接收来自无线发送模块的信号并将信号送入第二处理器，第二处理器将信号通过CAN通信模块传送到上位机中进行存储、显示。

Claims (6)

1.一种基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置，其特征在于：包括应变片、滤波与放大模块、振动传感器、信号调理电路、第一处理器、无线发送模块、无线接收模块、第二处理器、CAN通信模块以及上位机，所述应变片粘贴在风轮叶根部，采集叶根弯矩信号，应变片、滤波与放大模块、第一处理器依次相连，应变片采集的叶根弯矩信号经滤波、放大后送入第一处理器，所述振动传感器安装在叶片上，采集叶片振动信号，振动传感器、信号调理电路、第一处理器依次相连，振动传感器采集到的叶片振动信号经信号调理电路整形、放大后送入第一处理器，第一处理器与无线发送模块相连，将叶根弯矩信号和叶片振动信号经无线发送模块发出，无线接收模块、第二处理器、CAN通信模块、上位机依次相连，无线接收模块接收来自无线发送模块的信号并将信号送入第二处理器，第二处理器将信号通过CAN通信模块传送到上位机中进行存储、显示。

2.如权利要求1所述的基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置，其特征在于：所述振动传感器自叶片根部位置向叶尖方向布置，分别安装在叶片根部、中部及尖部。

3.如权利要求1所述的基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置，其特征在于：还包括整流模块，所述整流模块置于应变片、滤波与放大模块之间。

4.如权利要求3所述的基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置，其特征在于：还包括第一电源模块，所述第一电源模块分别与应变片、整流模块、滤波与放大模块、振动传感器、信号调理电路、第一处理器相连。

5.如权利要求3所述的基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置，其特征在于：还包括第二电源模块，所述第二电源模块分别与第二处理器、CAN通信模块相连。

6.如权利要求3所述的基于无线传输的风力机叶根应力和叶片振动检测装置，其特征在于：所述振动传感器为压电式加速度传感器。