CN205982113U - 风力发电机组的裂纹检测装置及风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种风力发电机组的裂纹检测装置及风力发电机组。风力发电机组的裂纹检测装置包括至少一个光纤光栅传感器和一个光纤光栅解调器,光纤光栅传感器设置在风力发电机组的被检测部件的表面;光纤光栅解调器与光纤光栅传感器相连接。本实用新型实施例提供的裂纹检测装置,通过在被检测部件的表面设置光纤光栅传感器,并与光纤光栅解调器连接,通过检测被检测部件表面的应力变化导致的反射光的波长变化进而检测裂纹的早期特征,进行早期预警,降低风力发电机组运行风险,并提高风力发电机组运行的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及裂纹检测领域,尤其涉及一种风力发电机组的裂纹检测装置及风力发电机组。
背景技术
日常生活或生产中设备在长期承受负载的状态下,经常会出现应力性裂纹,这些裂纹在开始阶段往往比较微小,肉眼难以分辨,如果裂纹发现的不及时,裂纹会逐渐扩大,影响设备的正常运行,并会造成安全隐患。
例如,在风力发电领域,风机叶片、轮毂、变桨轴承等都属于旋转类机械,体积大、重量大,并且长期承受巨大的负载,如果出现裂纹没有及时发现会出现很严重的安全问题。目前,大多数检测方法都是通过普通旋转机械惯用的加速度(或速度)传感器测量振动的方法来识别是否出现裂纹,然而这种方法用来测量上述设备的裂纹,检测的灵敏度不高,不能及早发现微小的裂纹。
实用新型内容
本实用新型提供一种风力发电机组的裂纹检测装置及风力发电机组,以解决现有技术中对于风力发电机组的部件裂纹检测不能快速准确的发现裂纹的问题。
为达到上述目的,本实用新型的实施例提供一种风力发电机组的裂纹检测装置,裂纹检测装置包括至少一个光纤光栅传感器和一个光纤光栅解调器,光纤光栅传感器设置在风力发电机组的被检测部件的表面;光纤光栅解调器与光纤光栅传感器相连接。
可选地,光纤光栅传感器包括一个光纤光栅传感器单元;或者光纤光栅传感器包括串联的至少两个光纤光栅传感器单元。
可选地,光纤光栅传感器单元包括光纤光栅、封装外壳和填充物,光纤光栅设置在封装外壳内,封装外壳内部的剩余空间填充有填充物。
可选地,当光纤光栅传感器包括至少两个光纤光栅传感器单元时,各光纤光栅传感器单元等间隔地粘接在被检测部件的表面。
可选地,还包括支架,光纤光栅传感器单元通过支架固定在被检测部件的表面。
可选地,光纤光栅的外表面还涂抹有增强涂层。
可选地,光纤光栅解调器与主光路连接,主光路分支为多路分支光路;光纤光栅传感器为多个,每个光纤光栅传感器分别与一路分支光路相连接。
可选地,被检测部件包括风力发电机组的变桨轴承、叶片、轮毂。
可选地,还包括分析装置和报警装置,分析装置与光纤光栅解调器相连接,报警装置与分析装置相连接。
根据本实用新型的另一方面,本实用新型的实施例提供一种风力发电机组,包括前述的裂纹检测装置。
本实用新型具有的优点和积极效果是:
本实用新型实施例提供的裂纹检测装置,通过在被检测部件的表面设置光纤光栅传感器,并与光纤光栅解调器连接,通过检测被检测部件表面的应力变化导致的反射光的波长变化进而检测裂纹的早期特征,进行早期预警,降低风力发电机组运行风险,并提高风力发电机组运行的安全性。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的光纤光栅传感器单元的示意性剖视图;
图2为本实用新型实施例提供的具有串联的至少两个光纤光栅传感器单元的光纤光栅传感器连接的示意性流程图;
图3为本实用新型实施例提供的至少两个光纤光栅传感器单元通过熔接形成光纤光栅传感器的示意性流程图;
图4为本实用新型实施例提供的裂纹检测装置设置在变桨轴承上的示意性结构图。
附图标记说明:
1、光纤光栅传感器;11、光纤光栅传感器单元;111、光纤光栅;112、封装外壳;113、填充物;114、增强涂层;2、光纤光栅解调器;3、主光路;31、分支光路;4、变桨轴承。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本实用新型实施例的示例性实施例。
实施例一
如图2所示,本实用新型的实施例提供一种风力发电机组的裂纹检测装置,裂纹检测装置包括至少一个光纤光栅传感器1和光纤光栅解调器2,光纤光栅传感器1设置在风力发电机组的被检测部件的表面;光纤光栅解调器2与光纤光栅传感器1相连接。
本实用新型实施例提供的裂纹检测装置,通过在被检测部件的表面设置光纤光栅传感器1,并与光纤光栅解调器2连接,通过检测被检测部件表面的应力变化导致的反射光的波长变化进而检测裂纹的早期特征,进行早期预警,降低风力发电机组运行风险,并提高风力发电机组运行的安全性。
此外,光栅光纤传感器结构简单、适应性强、稳定性、重复性好;与光纤之间存在天然的兼容性,易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、可靠性高;具有非传导性,对被测介质影响小,抗腐蚀、抗电磁干扰,适合恶劣环境;可以将多个光纤光栅传感器单元11串联使用(参阅图3),与波分复用和时分复用系统相结合,实现分布式测量;测量信息是波长编码的,所以光纤光栅传感器1不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗;实现对风力发电机组被测部位的高精度、无干扰的实时监测。可实现数字化传感,可以实现对工作在无人区的风力发电机组的裂纹的自动、实时、长期可靠地检测。
根据本实用新型,光纤光栅传感器1的工作原理是:光纤光栅传感器1从激光发射装置接收激光,并反射回特定波长的激光。对于光纤光栅传感器1,在应力变化的影响下,由其反射回的激光波长发生偏移。光纤光栅解调器2根据检测的偏移量判断应力的变化,进而可以判断出被检测部位是否存在出现裂纹的风险或者已经出现裂纹。
可选地,光纤光栅传感器1包括一个光纤光栅传感器单元11;或者光纤光栅传感器1包括串联的至少两个光纤光栅传感器单元11。一个光纤光栅传感器单元11适于对被检测部位的某个关键点进行检测;当设置串联的至少两个光纤光栅传感器单元11时,可以对被检测部位的多个位置进行检测。
下面以光纤光栅传感器1包括串联的至少两个光纤光栅传感器单元11的方式进行具体说明。
具体地,光纤光栅解调器2包括激光发射装置和解调仪。激光发射装置用于生成激光束,向光纤光栅传感器1通过光纤光缆发送激光信号。一般地,光纤光栅解调器2发送预定的一束激光,包括多个预定波长的激光。按照预定设置,正常状态下每个光纤光栅传感器单元11反射特定波长的激光,而在外界应力的作用下光纤光栅传感器单元11反射的激光的波长发生了偏移或者是消失。解调仪通过比较反射回到解调仪的激光的波长变化来观测各个光纤光栅传感器单元11的应力变化对其所产生的影响。
其中,光纤光栅解调器2与光纤光栅传感器1相对匹配地设置在风力发电机组的局部待测环境中,光纤光栅解调器2设置在较为安全稳定的位置。光纤光栅解调器2可以由外部电源来供电,或者是在外部电源掉电的情况下可由其自带的电源来供电。
具体地,如图3所示,多个光纤光栅传感器单元11可通过熔接的方式串联连接形成光纤光栅传感器1,各光纤光栅传感器单元11分别与一个主光路3连接,并接入同一个光纤光栅解调器2进行数据处理。当需要对连接好的光纤光栅传感器1中的光纤光栅传感器单元11进行维修、更换时,只需要剪断相应位置处的光纤光栅传感器单元11,调整完毕后再重新熔接即可。光纤光栅传感器1通过粘接等方式设置在风力发电机组的被检测部件的表面。这样设置可以方便地对风力发电机组的被检测部件进行全面、系统的检测。光纤光栅传感器单元11也可通过预埋的方式设置在风力发电机组中被检测部件上。
为了能够对产生裂纹的位置精确地定位,同时为了对每个光纤光栅传感器单元11加以区别,在本实施例提供的光纤光栅传感器1中,各光纤光栅传感器单元11对应的反射的特征波长是不同的。这样,当不同位置产生裂纹时,相应位置的光纤光栅传感器单元11的反射波长会产生不同光纤光栅传感器单元11的偏移量,根据光纤光栅解调器2的处理结果就能够快速地对产生裂纹的位置进行定位。
可选地,如图4所示,多个光纤光栅传感器单元11串联形成光纤光栅传感器1。多个光纤光栅传感器1之间并联连接。当光纤光栅传感器1包括至少两个光纤光栅传感器单元11时,光纤光栅传感器1的多个光纤光栅传感器单元11等间隔地粘接在被检测部件的表面。
具体地,如图4所示,以被测部件是风力发电机组的变桨轴承4为例进行进一步的说明。其中,多个光纤光栅传感器单元11等间隔地粘接在变桨轴承4的内圈位置,这样设置是为了能够对变桨轴承4的内圈表面进行全面、实时的检测,避免出现遗漏的检测点,同时也有利于操作人员在轴承内圈表面出现裂纹时,能够及时、准确地定位相应的位置。
可选地,如图1所示,光纤光栅传感器单元11包括光纤光栅111、封装外壳112和填充物113,光纤光栅111设置在封装外壳112内,封装外壳112内部的剩余空间填充有填充物113。
如图1所示,具体地,在本实施例中,封装外壳112内设置有一条光纤光栅111,其周围填充有填充物113,用以固定光纤光栅111与封装外壳112的相对位置,并对光纤光栅111提供保护,填充物113的材料通常是胶类。当然,在一些未示出的实施例中,也可在封装外壳112内设置多条光纤光栅111,但需要说明的是,同一个封装外壳112内的光纤光栅111的透光的缝隙或不透光的刻线的间距是相等的,以避免出现误报的情况。
可选地,光纤光栅111的外表面还涂抹有增强涂层114。
参考图1,增强涂层114的作用是增强光纤光栅111的韧性、防止其折断。当封装外壳112内部的空间较小时,可使用填充物113既对光纤光栅111进行定位,也对光纤光栅111提供保护,防止其弯折。优选地,增强涂层114也可以是胶类。
可选地,光纤光栅传感器单元11还包括支架,光纤光栅传感器单元11通过支架固定在被检测部件的表面。
具体地,当被检测部件的表面不适合粘接光纤光栅传感器单元11时,可在在光纤光栅传感器单元11的外侧设置支架,再通过支架将光纤光栅传感器单元11固定连接在被检测部件的表面。支架可通过焊接的方式固定连接在封装外壳112上,或通过其他方式与封装外壳112固定连接。
可选地,如图2所示,光纤光栅解调器2与主光路3连接,主光路3分支为多路分支光路31;光纤光栅传感器1为多个,每个光纤光栅传感器1分别与一路分支光路31相连接。
具体地,如图2所示,多个光纤光栅传感器1共用一个主光路3,多路分支光路31通过光缆续接盒与主光路3相连接,各光纤光栅传感器1分别连接在各路分支光路31上,再通过主光路3与光纤光栅解调器2连接,用以分析数据。这样设置可大大减少对于光源和光纤光栅解调器2的使用量,进一步节省了成本。
可选地,裂纹检测装置还包括分析装置和报警装置,分析装置与光纤光栅解调器2相连接,报警装置与分析装置相连接。
具体地,当光纤光栅传感器1检测到部件表面出现裂纹时,分析装置接收到光纤光栅解调器2发出的经解调后的信号,同时将分析后的信号传递给报警装置,报警装置会发出警报以通知相关操作人员裂纹的长度及具体发生的位置。
可选地,被检测部件包括风力发电机组的变桨轴承4、叶片、轮毂。
具体地,如图4所示,多个光纤光栅传感器单元11依次串联形成环形的光纤光栅传感器1,再将光纤光栅传感器1直接粘接在变桨轴承4的内圈位置来检测变桨轴承4内圈是否出现裂纹。其中,呈环形的光纤光栅传感器1需要有接入光源和光纤光栅解调器2的位置,即光纤光栅传感器1是一个断开的环形,首尾不连通。同理,当需要检测叶片、轮毂或者塔筒等其他部件时,只需在被检测部件的表面直接粘接或者通过支架固定连接一个或多个光纤光栅传感器1即可实现对相应部件裂纹的检测,而且,各光纤光栅传感器1也都不是完全封闭的,均需要预留出接入光源和光纤光栅解调器2的接口。
此外,该裂纹检测装置不仅仅局限于应用在风力发电机组中,还可将该裂纹检测装置应用于其他需要检测裂纹的设备上。
下面以将光纤光栅传感器1粘接在变桨轴承4内圈为例,来具体说明如何安装光纤光栅传感器1及如何确定是否出现裂纹。具体操作步骤如下:
首先将变桨轴承4的内圈进行打磨、清洁,保证变桨轴承4内圈的清洁度,其次将光纤光栅传感器1通过粘接的方式粘接在变桨轴承4的内圈,此时,需要打开光源,通过光纤光栅解调器2采集初始的衍射波长λ0,待变桨轴承4运行稳定后,再通过光纤光栅解调器2采集变桨轴承4稳定运行后的反射波长λ1,通过公式(λ1—λ0)*1000/k,计算出微应变值,根据微应变值判断是否出现裂纹及裂纹开口的长度。微应变值越大,说明出现了裂纹且裂纹开口越大。其中,k为光纤光栅传感器单元11的灵敏度系数。
实施例二
根据本实用新型的另一方面,本实用新型实施例提供一种风力发电机组,包括如前任一实施例的裂纹检测装置。
通过在风力发电机组上设置裂纹检测装置,可以有效地检测各个关键位置的裂纹,实现了对风力发电机组连续覆盖式检测,可检测裂纹早期故障特征,进行早期预警,以降低机组运行风险和提高风机的安全,保证了风力发电机组的安全运转。
本实用新型的实施例具有如下有益效果:
本实用新型实施例提供的裂纹检测装置,通过将多个光纤光栅传感器设置在风力发电机组的被检测部件的表面,可检测裂纹早期故障特征,进行早期预警,降低机组运行风险,并提高机组运行的安全性。同时,光纤光栅传感器还具有抗电磁干扰、电绝缘性能好、化学性能稳定、可实现远距离遥控检测、体积小、重量轻等优点,可以广泛地应用于风力发电机组中,对各个部件进行裂纹检测。
本实用新型实施例提供的风力发电机组,通过在风力发电机组上设置裂纹检测装置,可以有效地检测各个关键位置的裂纹,实现了对风力发电机组连续覆盖式检测,可检测裂纹早期故障特征,进行早期预警,以降低机组运行风险和提高风机的安全,保证了风力发电机组的安全运转。
以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种风力发电机组的裂纹检测装置,其特征在于,所述裂纹检测装置包括至少一个光纤光栅传感器(1)和一个光纤光栅解调器(2),
所述光纤光栅传感器(1)设置在风力发电机组的被检测部件的表面;
所述光纤光栅解调器(2)与所述光纤光栅传感器(1)相连接。
2.根据权利要求1所述的裂纹检测装置,其特征在于,所述光纤光栅传感器(1)包括一个光纤光栅传感器单元(11);或者
所述光纤光栅传感器(1)包括串联的至少两个光纤光栅传感器单元(11)。
3.根据权利要求2所述的裂纹检测装置,其特征在于,所述光纤光栅传感器单元(11)包括光纤光栅(111)、封装外壳(112)和填充物(113),
所述光纤光栅(111)设置在所述封装外壳(112)内,
所述封装外壳(112)内部的剩余空间填充有所述填充物(113)。
4.根据权利要求3所述的裂纹检测装置,其特征在于,当所述光纤光栅传感器(1)包括至少两个所述光纤光栅传感器单元(11)时,各所述光纤光栅传感器单元(11)等间隔地粘接在所述被检测部件的表面。
5.根据权利要求3所述的裂纹检测装置,其特征在于,还包括支架,所述光纤光栅传感器单元(11)通过所述支架固定在所述被检测部件的表面。
6.根据权利要求3所述的裂纹检测装置,其特征在于,所述光纤光栅(111)的外表面还涂抹有增强涂层(114)。
7.根据权利要求3所述的裂纹检测装置,其特征在于,所述光纤光栅解调器(2)与主光路(3)连接,所述主光路(3)分支为多路分支光路(31);
所述光纤光栅传感器(1)为多个,每个所述光纤光栅传感器(1)分别与一路所述分支光路(31)相连接。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的裂纹检测装置,其特征在于,所述被检测部件包括风力发电机组的变桨轴承(4)、叶片、轮毂。
9.根据权利要求1中所述的裂纹检测装置,其特征在于,还包括分析装置和报警装置,所述分析装置与所述光纤光栅解调器(2)相连接,所述报警装置与所述分析装置相连接。
10.一种风力发电机组,其特征在于,包括如权利要求1-9中任一项所述的裂纹检测装置。
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CN114963973A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-08-30 | 盐城市质量技术监督综合检验检测中心(盐城市产品质量监督检验所) | 基于光纤光栅阵列传感薄膜的螺栓裂纹检测装置及方法 |
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Date | Code | Title | Description |
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |