CN215448457U - 一种风机变桨轴承检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风机变桨轴承检测装置，以解决现有风机变桨轴承检测采用人工巡检的方式存在人工成本高、检测效率和准确率低的问题，而采用视频检测存在数据量大、不利于数据分析和图像查看的技术问题。包括控制器、天线及安装在每个变桨轴承轮毂上的至少一个摄像机，以及安装在其中一个变桨轴承轮毂上的两个接近传感器；变桨轴承通过多个螺栓连接在相应的轮毂上，两个接近传感器靠近其中一个螺栓设置，且当一个接近传感器正对该螺栓时，另一个接近传感器与该螺栓的距离小于与其余任一螺栓的距离；接近传感器产生的脉冲信号送入控制器，控制器根据脉冲信号控制摄像机对视场内的螺栓进行拍照。

Description

一种风机变桨轴承检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种风机的轴承检测装置，具体涉及一种风机变桨轴承检测装置。

背景技术

风能是一种清洁无公害可再生的能源，近年来风力发电已成为风能利用的主要形式。对风机健康状态的检测可以提前预知风机的运维状况，避免发生安全事故。随着风机装机量的增加和风机时间变长，风机叶片轴承长时间在叶片高速转动和受力下，会发生螺栓断裂、螺母脱落、齿轮带断裂等现象，如果不能及时修复，轻则叶轮不平衡影响发电量，重则叶片扫塔或掉落而导致安全生产事故，因此对风机的这些关键损耗位置的检测尤为重要。

为了检测风机的健康状态，行业内通常采用定期人工巡检的方式来检查风机的关键损耗位置，例如检查变桨轴承的螺栓、螺母的状态等，人工成本比较高。还有的厂家通过在螺母上布锡箔纸、漆线等，然后判断锡箔纸、漆线等是否断裂来检验，采用这种检测方法可靠性不高，检测不准确。另外也有一些厂家采用视频方式，通过把摄像机固定在轮毂上监控变桨轴承的螺栓状态，但是轮毂大部分时间并不转动，只会微调，通过视频只能固定看到某个螺栓，如果回传视频信息会产生大量的数据，而从这些数据中检索出每个轴承上的每个螺栓的图像信息非常困难，例如：在0度的螺栓被拍是10天前，在这期间风况比较好，变桨轴承一直运行在90～80度之间，如果要查0度螺栓情况，需要检查10天前的视频数据才能查到，其难度可想而知，而且这90～80度的数据一直被记录又毫无意义，而且要占用大量的存储资源，还需要配置服务器，因此单纯使用视频检测并不利于数据分析和图像查看。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有风机变桨轴承检测采用人工巡检的方式存在人工成本高、检测效率和准确率低的问题，而单纯采用视频检测存在数据量大，不利于数据分析和图像查看的技术问题，提出一种风机变桨轴承检测装置，采用视频方式加接近传感器可远程实时监测变桨轴承的健康状态，可对每个螺栓进行定位，记录其最新的图像信息，提高了检测效率和准确率。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种风机变桨轴承检测装置，包括控制器、天线及安装在每个变桨轴承轮毂上的至少一个摄像机；所述变桨轴承通过多个螺栓连接在相应的轮毂上；其特殊之处在于：

还包括安装在其中一个变桨轴承轮毂上的两个接近传感器；

两个接近传感器靠近所述多个螺栓中的一个螺栓设置，且当一个接近传感器正对该螺栓时，另一个接近传感器与该螺栓的距离小于与其余任一螺栓的距离；

所述接近传感器接近螺栓时产生的脉冲信号送入控制器；所述控制器根据脉冲信号控制摄像机对视场内的螺栓进行拍照。

进一步地，所述摄像机的数量为4个，且正对0°、90°、180°及270°位置的螺栓，可以同时监测到所有螺栓位置。

进一步地，考虑到成本问题，所述摄像机的数量为1个，且正对位于变桨轴承受力点上的螺栓。

进一步地，所述摄像机的位置符合：进入所述摄像机当前视场内的螺栓数量为一个或两个。

进一步地，所述控制器包括机箱、设置在机箱内的处理器模块、无线模块、网络供电模块、交换机模块、RTC模块、IO信号调理模块及电源系统；其中，无线模块为无线wifi；

所述机箱面板包括电源接口、电源开关、射频接口、多个网络接口及IO接口；所述射频接口与天线连接，用于连接机舱的无线网络；所述网络接口与摄像机连接；

所述处理器模块通过USB总线与无线模块连接，通过网络总线连接交换机模块，通过I2C总线连接RTC模块；所述处理器模块的IO端连接IO信号调理模块，其串口总线用于系统的调试；

所述网络供电模块为摄像机供电，摄像机采用POE供电，接口设计简单，成本低。

所述电源系统为各模块提供电源。

进一步地，所述控制器还包括与处理器模块连接的硬件看门狗模块，用于检测电源和系统复位。

进一步地，所述处理器模块通过IO接口与接近传感器连接，用于采集接近传感器产生的脉冲信息。

进一步地，所述处理器模块采用芯片型号为3399K。

进一步地，所述控制器的机箱防护等级为IP66。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型中将多个摄像机分别布置在风机的三个变桨轴承连接的轮毂上，并在其中一个变桨轴承连接的轮毂上设置两个接近传感器来检测轮毂是否转动，采用视频检测加接近传感器定位方式，监测变桨轴承连接位置的螺栓状态，能够准确高效地进行风机变桨轴承的检测。

2)本实用新型采用接近传感器可以对每个螺栓进行定位，当轴承在转动时或微调时，装置只会记录该螺栓的最新的图像信息，系统中存储的图像信息量减少，很大程度上提高了巡检效率，而且不需要配置远程服务器，不需要后台引入机器学习对图像分析，降低了运维成本，设备投入低。

3)本实用新型中控制器的主控芯片选用ARM平台芯片RK3399K，可现实12路视频的解码，比起X86平台，功耗上大幅降低，设计简化，成本低。

4)本实用新型中控制器设置了摄像机控制模块及硬件看门狗等系统安全机制，可保证常年无人值守运行，能够自行应对断电，电磁干扰带来的影响，能够在程序发生意外死机时重启系统等。

5)本实用新型对控制器结构进行了小型化设计，方便携带和在轮毂狭窄的环境中安装；且控制器采用了IP66防护设计，提高了装置的防护等级，可适应风机轮毂的漏水，漏油等复杂环境。

附图说明

图1为本实用新型中摄像机拍摄示意图；

图2为本实用新型风机变桨轴承检测装置的设备组成示意图；

图3为本实用新型风机变桨轴承检测装置中控制器的硬件系统框图；

图4为本实用新型风机变桨轴承检测装置在变桨轴承转动时的检测图，其中，(a)为接近传感器的安装位置示意图；(b)为顺时针转动时的接近传感器波形图；(c)为逆时针转动时的接近传感器波形图；

图5为本实用新型风机变桨轴承检测装置的控制器机箱设计示意图。

附图标记说明：

1-摄像机，2-控制器，3-天线，4-变桨轴承，5-接近传感器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实用新型通过研发专门设备准确高效地对风机变桨轴承4进行检测，为监控风机健康运行提供保证。采用视频的方式，把多个网络摄像机1(IPC)分别布置在风机的三个变桨轴承4上，用于观察变桨轴承4连接位置的螺栓状态，把两个接近传感器5布置在某个螺栓下，并排放置，使其能够依次检测到该螺栓。IPC和接近传感器5安装图如图1所示，当设备上电时，记录目前摄像机1对应的位置为0度位置，当变桨轴承4发生转动时，接近传感器5就会产生信号，然后提示控制器2对该螺栓进行拍照，并记录该螺栓位置信息，当某时刻又转动到该螺栓位置时，新拍的照片会替换旧的照片，这样保证装置上的图像信息均为最新的螺栓状态信息。

网络摄相机1的视角最多能拍到1～2个螺栓，根据机型不同，螺栓数量在50～150个不等，但不可能安装这么多摄相机，因此本方案利用轴承会根据风况进行0～90度变化，每个轮毂上只需要安装4个网络摄相机1就可以监测到所有螺栓位置。又因为变桨轴承4有受力点的原因，出现问题概率最大的都是正对的受力点位置的螺栓，成本考虑严格时每个轮毂也可以只安装1个网络摄相机1，正对变桨轴承4受力点位置的螺栓。

由于风机的特殊结构，要建立网络通讯就必须支持无线传输功能，使系统能够连接机舱的无线网络，机舱里的无线网络可以连接到风场的局域网中。

本实用新型实施例中，风机变桨轴承检测装置的产品组成如图2所示，包括6个摄像机1(每个轮毂安装2个摄像机)、2个接近传感器5(安装在其中一个轮毂上)、1个控制器2、1个天线3等。摄像机1主要拍摄变桨轴承4连接轮毂的螺栓。控制器2主要连接摄像机1和接近传感器5，对摄像机1的视频流进行实时解码，采用接近传感器5对螺栓进行定位，并且判断变桨轴承4是否转动，根据转动记录每处的螺栓的最新图像信息。设计中摄像机1、天线3均采用市场上成熟稳定的产品，控制器2自行研制。设备支持远程登陆访问功能，可以查看存储的变桨轴承4的螺栓图像，完成在线巡检工作。

控制器2的硬件设计框图如图3所示，包括设置在机箱内的处理器模块、无线wifi模块、网络供电模块、RTC模块、IO信号调理模块及电源系统，其中，处理器模块硬件平台选择瑞芯微的3399K，配置4G RAM，16Gflash，支持至少12路1080P、h.264 20帧视频流硬件解码，支持jpge硬件编码，具有1T算力。网络供电模块用于摄像机控制，采用网络摄像机POE供电。无线wifi模块最大功率可达24dbm，最大速度可到150Mbp，满足对摄像机实时访问。另外还设计有网络交换、电源管理、硬件看门狗、RTC时钟、SD存储、HDMI接口、USB接口等，处理器模块通过USB总线、网络总线、I2C总线、串口总线及IO端口等与其它模块连接，把需要的或输出的信号从所连接模块获取或者输出。防护等级为IP66，工作温度-40～75摄氏度。

控制器2通过IO接口与接近传感器5连接，通过网络接口与摄像机1连接，6个网络接口最大支持连接6路网络摄像机，通过POE交换机可扩展12路；控制器2通过射频接口与天线连接，用于连接机舱的无线网络，从而接入到风场网络，使用户可远程访问装置。

控制器的主要功能包括视频解析、转动检测、摄像机控制及看门狗等。

视频解析是以依托电路中的处理器模块，网络交换模块等硬件电路设计，内部有6路网络交换机，最大可同时接收12路RTSP视频流，采用3399K自带的硬件解码器，可完成12路的同时解码，最大帧率可以达到20帧率。

转动检测是通过两个接近传感器5来判断是否转动和转动方向，并记录转动的螺栓位置，从而确定每个螺栓的位置，为记录图像提供信息。如图4中(a)所示，转动检测模块的设计原理是利用螺栓凸起经过接近传感器5时，在接近传感器5上产生的脉冲来判断的。

当变桨轴承4顺时针旋转时，会产生如图4中(b)所示的脉冲序列，在AB两个接近传感器上产生的脉冲关系是A上升沿后会先检测到B下降沿，即图中t0处；逆时针旋转时，会产生如图4中(c)所示的脉冲序列，A上升沿后会先检测到B的上升沿，即图中t1处。通过AB边沿顺序的不同，可以确定旋转方向，确定旋转方向后，就可以通过每顺时针旋转一次记录加1，每逆时针旋转一次记录减1，由此可确定当前变桨轴承的相对位置，为图像存储唯一性提供了依据。

控制器2具有摄像机控制功能，即控制摄像机上下电功能，当发现摄像机死机时，可以通过控制电路对摄像机进行重启上下电，重启摄像机。

由于控制器2的安装位置特殊，非指定专业人员无法对设备进行现场操作，为了防止发生系统运行意外，控制器2专门配置硬件看门狗模块，看门狗具有检测电源和复位系统作用。

此外，控制器2还具有校时，日志等常用功能。

控制器2的结构设计主要考虑低成本，防护等级要达到IP66，便于安装，美观轻便等，最终选择型材为全铝合金材质，可为内部电路提供屏蔽作用，进一步提高产品的抗干扰能力，同时提供了较好的散热能力。机箱的设计效果如图5所示。

控制器2的机箱中有4种连接器，分别为1个电源开关、1个电源接口、1个射频接口、6个网络接口，网络接口采用凌科电器的LP16-RJ45，该连接器即可以直接使用网线，又能达到IP66等级要求，不需加工线缆，可直接用网线连接摄像机1和控制器2，节省产品成本和人工成本。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并非对本实用新型技术方案的限制，本领域技术人员在本实用新型主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴。

Claims (9)

1.一种风机变桨轴承检测装置，包括控制器(2)、天线(3)及安装在每个变桨轴承(4)轮毂上的至少一个摄像机(1)；所述变桨轴承(4)通过多个螺栓连接在相应的轮毂上；其特征在于：

还包括安装在其中一个变桨轴承(4)轮毂上的两个接近传感器(5)；

两个接近传感器(5)靠近所述多个螺栓中的一个螺栓设置，且当一个接近传感器正对该螺栓时，另一个接近传感器与该螺栓的距离小于与其余任一螺栓的距离；

所述接近传感器(5)接近螺栓时产生的脉冲信号送入控制器(2)；所述控制器(2)根据脉冲信号控制摄像机(1)对视场内的螺栓进行拍照。

2.根据权利要求1所述的一种风机变桨轴承检测装置，其特征在于：所述摄像机(1)的数量为4个，且正对0°、90°、180°及270°位置的螺栓。

3.根据权利要求1所述的一种风机变桨轴承检测装置，其特征在于：所述摄像机(1)的数量为1个，且正对位于变桨轴承(4)受力点上的螺栓。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种风机变桨轴承检测装置，其特征在于，所述摄像机(1)的位置符合以下条件：

进入所述摄像机(1)当前视场内的螺栓数量为一个或两个。

5.根据权利要求4所述的一种风机变桨轴承检测装置，其特征在于：所述控制器(2)包括机箱、设置在机箱内的处理器模块、无线模块、网络供电模块、交换机模块、RTC模块、IO信号调理模块及电源系统；

所述机箱包括电源接口、电源开关、射频接口、多个网络接口及IO接口；所述射频接口与天线连接，用于连接机舱的无线网络；所述网络接口与摄像机(1)连接；

所述处理器模块通过USB总线与无线模块连接，通过网络总线连接交换机模块，通过I2C总线连接RTC模块；所述处理器模块的IO端连接IO信号调理模块，其串口总线用于系统的调试；

所述网络供电模块为摄像机(1)供电；

所述电源系统为各模块提供电源。

6.根据权利要求5所述的一种风机变桨轴承检测装置，其特征在于：所述控制器(2)还包括与处理器模块连接的硬件看门狗模块。

7.根据权利要求6所述的一种风机变桨轴承检测装置，其特征在于：所述处理器模块通过IO接口与接近传感器(5)连接。

8.根据权利要求7所述的一种风机变桨轴承检测装置，其特征在于：所述处理器模块采用芯片型号为3399K。

9.根据权利要求8所述的一种风机变桨轴承检测装置，其特征在于：所述控制器(2)的机箱防护等级为IP66。

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