CN208236579U - 一种用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置。包括绝缘外壳、板式测量仪及外置天线。所述板式测量仪通过板槽固定于绝缘外壳内部，板上具传感器单元、处理器、开关量输入/输出单元、供电单元、有线通信单元和无线通信单元；所述外置天线与板上无线通信单元相连；所述传感器单元集成三轴加速度计和三轴陀螺仪。该装置体积小，安装方便，有效减少布线，可通过螺母固定于风力发电机组轮毂内，实现轮毂振动及叶轮转速独立测量与保护，也可固定于机舱内实现机舱振动测量与保护，保障机组运行安全。

Description

一种用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置。

背景技术

变桨系统不仅是风机功率控制部件，也是实现风机空气动力刹车安全部件，在不同的风速条件下由主控发送指令设定其合适的变桨角度。正常情况下当主控检测到风速过大需停机时，向变桨控制器发送指令，变桨系统将按指定速度执行顺桨。当转速异常时，触发安全链动作，风机紧急刹车。为防止飞车事故，目前采用多种手段检测叶轮转速，按检测形式主要分为编码器检测和脉冲检测。但实际运行中，由于主控系统和变桨系统之间通信及安全链回路均需通过电气滑环，当运行时间持久时滑环信道部分会出现金属片严重磨损或污垢沉积，通讯质量严重下降而导致变桨控制器无法正确上传实时转速信息或机组主控无法正确下发顺桨指令，造成安全事故。且传统的编码器检测方式故障发生率较高，现场更换频繁，因此急需一种针对变桨系统独立的叶轮转速检测方式保障机组运行安全。

发明内容

为了克服当前风力发电机组转速检测方式的不足，本实用新型提供一种用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置，该装置不仅能应用于变桨系统，独立完成振动状态检测、叶轮转速检测任务，还可应用于机舱振动检测，有效保障机组运行安全。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置，包括绝缘外壳、板式测量仪及外置天线，其特征在于：

所述测量装置由螺母固定于被测物体；

所述板式测量仪通过板槽固定于绝缘外壳内部，板式测量仪其板上设置有传感器单元、处理器、开关量输入/输出单元、供电单元、有线通信单元和无线通信单元；

所述传感器单元、开关量输入/输出单元、供电单元、有线通信单元和无线通信单元与处理器相连；

所述外置天线与板上无线通信单元相连。

本发明进一步包括以下优选方案：

所述传感器单元集成三轴加速度计和三轴陀螺仪，三轴加速度计实现振动测量，三轴加速度计与三轴陀螺仪共同实现叶轮转速测量。

在板式测量仪板上设置通用异步收发传输(UART)、通用串行总线(USB)两种电路通道，并连接至同一物理接口；所述有线通信单元可根据需求通过跳线灵活选择两路通道。

所述开关量输入/输出单元、有线通信单元和无线通信单元中，通信接口与处理器间均具有隔离电路。

所述开关量输入/输出单元具有有源输入通道2路，干接点数字量输出通道2路。

所述装置绝缘外壳在顶盖设计四路信号灯开孔，分别为1路电源灯、1路测量信号状态灯、1路通信状态报警灯、1路无线通讯信号指示灯；

所述装置绝缘外壳在正面开孔包括1路串行通讯接口、2路DI接口、2路DO接口及电源接口，外壳在背面开孔包括手动复位操作口及外置天线接口。

本实用新型的有益效果是，该振动及叶轮转速测量装置采用板式测量仪设计，体积小，安装便捷；板上集成先进的三轴陀螺仪及三轴加速度计，通过测量数据融合获取目标值，测速测振灵敏，有效提高测量的实时性与准确性；设计有无线通讯单元，省去繁琐布线，可安装于轮毂内为变桨控制系统提供实时测速功能，从而实现独立的超速保护，也可安装于风机机舱内实现振动测量保护，对风电机组安全性提供可靠保障。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是振动及叶轮转速测量装置正面示意图。

图2是振动及叶轮转速测量装置背面示意图。图3是振动及叶轮转速测量装置内板式测量仪结构图。

图4是振动及叶轮转速测量装置应用于轮毂示例图。

图5是振动及叶轮转速测量装置应用于机舱示例图。

附图标记包括1-信号灯，2-电源接口，3-DO接口，4-DI接口，5-串行通讯接口，6-外置天线，7-外置天线接口，8-手动复位操作口，9-无线通信单元，10-传感器单元，11-供电单元，12-开关量输入/输出单元，13-有线通信单元，14-轮毂旋转轴心，15-变桨柜，16-振动及叶轮转速测量装置，17-机舱柜。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

在图1中，本实用新型所涉及装置包括绝缘外壳、板式测量仪及外置天线，其中外壳正面视图如图所示，装置绝缘外壳在顶盖设计四路信号灯1开孔，分别为1路电源灯、1路测量信号状态灯、1路通信状态报警灯、1路无线通讯信号指示灯；外壳在正面开孔包括1路串行通讯接口5、2路DI接口4、2路DO接口3及电源接口2，

在图2中，本实用新型所涉及装置外壳背面视图如图所示，在背面开孔包括手动复位操作口8及外置天线接口7。外置天线6通过外置天线接口7与板式测量仪上无线通信单元相连。所述测量装置可由螺母固定于被测物体。

在图3中，振动及叶轮转速测量装置内板式测量仪结构示意如图，测量仪通过板槽固定于绝缘外壳内部，板上具有传感器单元10、处理器、开关量输入/输出单元12、供电单元11、有线通信单元13和无线通信单元9。其中，传感器单元10、开关量输入/输出单元12、供电单元11、有线通信单元13和无线通信单元9与处理器相连，外置天线与板上无线通信单元9相连。

传感器单元10集成三轴加速度计和三轴陀螺仪，三轴加速度计实现振动测量，三轴加速度计与三轴陀螺仪共同实现叶轮转速测量。处理器将测量结果传输至有线通信单元13及无线通信单元9，实现数据向外传输。

有线通信单元13可根据需求通过跳线灵活选择通用异步收发传输(UART)或通用串行总线(USB)两种电路通道，两种电路均设计于板上，并连接至同一物理接口。方便用户通过电脑直连装置进行调试。

开关量输入/输出单元12、有线通信单元13和无线通信单元9中，通信接口与处理器间均具有隔离电路，保障通路安全及测量信号稳定。

供电单元11输入电压24V±10％，装置由外部供电输入24V。

所述开关量输入/输出单元12具有有源输入通道2路，干接点数字量输出通道2路，用于重启、安全链路等特殊信号处理。

在图4中，振动及叶轮转速测量装置应用于轮毂示例如图所示，以三轴独立变桨系统为例，轮毂在机组运行时绕轴心14旋转，振动及叶轮转速测量装置16可通过螺母安装固定于变桨柜15适当位置，输入24V供电，由加三轴速度计和三轴陀螺仪准确测得叶轮旋转角速度、三轴方向加速度及三轴振动状态。变桨控制器连接无线接收模块后，即可与该测量装置进行无线通信。当变桨控制器判断转速异常时，独立逻辑触发风机安全链动作，无需等待主控指令立即执行风机紧急刹车。用户亦可通过串口连接该装置进行调试。

在图5中，振动及叶轮转速测量装置应用于机舱示例如图所示。本测量装置16可安装于机舱柜17内，基于装置中三轴加速度计在宽频率范围和较大动态范围内具有线性度的优势准确获取三维向量的加速度原始值，计算振幅，确定振动类型，如侧向、横向或是旋转振动。风机主控制器连接无线接收模块后，即可与该测量装置进行无线通信，实现风电机组机舱振动的监测。亦可将测量装置固定于机组其它关键部件上，确切掌握关键零部件的实际特性，判定需要修复或更换的零部件和元器件，充分利用零件的潜力，避免过度维修、减少能源损耗，完成振动状态监测保护任务。

申请人结合说明书附图对本实用新型的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本实用新型的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本实用新型保护范围的限制，相反，任何基于本实用新型的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置，包括绝缘外壳、板式测量仪及外置天线，其特征在于：

所述测量装置由螺母固定于被测物体；

所述板式测量仪通过板槽固定于绝缘外壳内部，板式测量仪其板上设置有传感器单元、处理器、开关量输入/输出单元、供电单元、有线通信单元和无线通信单元；

所述传感器单元、开关量输入/输出单元、供电单元、有线通信单元和无线通信单元与处理器相连；

所述外置天线与板上无线通信单元相连。

2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置，其特征在于：

所述传感器单元集成三轴加速度计和三轴陀螺仪，三轴加速度计实现振动测量，三轴加速度计与三轴陀螺仪共同实现叶轮转速测量。

3.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置，其特征在于：

在板式测量仪板上设置通用异步收发传输UART、通用串行总线USB两种电路通道，并连接至同一物理接口；所述有线通信单元可根据需求通过跳线灵活选择两路通道。

4.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置，其特征在于：

所述开关量输入/输出单元、有线通信单元和无线通信单元中，通信接口与处理器间均具有隔离电路。

5.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置，其特征在于：

所述开关量输入/输出单元具有有源输入通道2路，干接点数字量输出通道2路。

6.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的振动及叶轮转速测量装置，其特征在于：

所述装置绝缘外壳在顶盖设计四路信号灯开孔，分别为1路电源灯、1路测量信号状态灯、1路通信状态报警灯、1路无线通讯信号指示灯；

所述装置绝缘外壳在正面开孔包括1路串行通讯接口、2路DI接口、2路DO接口及电源接口，外壳在背面开孔包括手动复位操作口及外置天线接口。