CN217002157U - 一种基于红外成像的叶片状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于红外成像的叶片状态监测系统，至少包括红外成像设备、智能控制器和主控机，智能控制器与红外成像设备连接，主控机与智能控制器连接，所述红外成像设备安装在机舱、塔筒和轮毂中的至少一个位置上，机舱、塔筒和轮毂上的红外成像设备分别与安装于机舱内、塔筒内底部和轮毂内的智能控制器对应连接；所述机舱上的红外成像设备安装于机舱的顶部或/和底部，塔筒上的红外成像设备安装于塔筒底部朝向叶片的外壁上，轮毂上的红外成像设备设置有三个并分别安装于轮毂的导流罩上对应三根叶片处。能够实现叶片定位、缺陷检测、表面状态等多方面实时监测，环境适应性高。

Description

一种基于红外成像的叶片状态监测系统

技术领域

本实用新型涉及风电机组叶片监测技术领域，尤其涉及一种基于红外成像的叶片状态监测系统。

背景技术

风电机组作为新能源的重要部分，其发展速度迅速，随着低风区的风资源应用及海上风电机组的快速发展，风电机组的单机容量不断增加，叶轮直径不断增大，叶片本身所存在的隐患也随之增加。在不同风载情况下，叶片存在摆振以及扭转情况，随着叶片尺寸的加长其变形量也随之增加，也即叶片尺寸越大，其旋转曲面在风载作用下变化量更大。鉴于不同风况的变化，设计及仿真计算与实际运行情况存在偏差，一旦在额定转速情况下出现扫塔现象，易出现叶片损坏及倒塌现象，造成重大经济损失及安全事故，因而对净空的有效监测对于机组的安全运行具有重要意义。

同时，随着叶片尺寸的增加，对于叶片生产工艺及要求也越来越高，其运行过程中的隐患也不断提高，即其设计生产成本及后期故障处理成本都在不断增加，叶片运行过程中一旦出现裂纹、异常等情况如能被及时发现，对于机组安全运行及止损具有重要意义；另外，在低温环境下，如果叶片出现结冰现象将造成叶片启动性能的下降，及时发现叶片结冰现象，并进行有效的除冰，可有效避免发电量的损失。

目前对于净空的监测往往通过基于高速摄影和图像后处理分析来计算叶片塔筒净空；或者通过机舱内布置激光进行叶尖位置的定位；或者通过塔筒壁面外壁安装多个红外激光传感器；再或者通过塔筒壁面上设置雷达对叶片进行净空判定；而对于叶片表面情况则是通过机舱顶部设置摄像机进行相片捕捉进行其结冰等状况的监测与判定，或者通过噪声音频监测对叶片异响监测叶片自身故障。即对于净空及叶片状态的监测，需要通过多个传感设备来完成，且需要进行大量复杂的运算及前期定位值确定，同时还会受到环境因素的影响及机组实际运行过程中偏航状态的影响。尤其针对摄像机拍摄成像其环境适应性较差，专利CN111911364A中通过净空最小值及后续发生影像进行对比，用以确认是否触发最小净空阀值；专利CN203405423U、CN203978732U、CN111120220A、CN109322796A等分别基于高清视频成像对叶片状态进行监测，其不同布置位置不同，或在叶片外部或在叶片内部；专利CN111458339A则是通过无人机自带摄像云台对于叶片表面实现状态监测，但是一旦遇到雨雪、雾霾、沙尘等天气，其监测效果将受到极大的影响。

发明内容

为了解决现有技术中的上述不足，本实用新型提供了一种基于红外成像的叶片状态监测系统，能够实现叶片定位、缺陷检测、表面状态等多方面实时监测，环境适应性高。

实现本实用新型上述目的所采用的技术方案为：

一种基于红外成像的叶片状态监测系统，至少包括红外成像设备、智能控制器和主控机，智能控制器与红外成像设备连接，主控机与智能控制器连接，所述红外成像设备安装在机舱、塔筒和轮毂中的至少一个位置上，机舱、塔筒和轮毂上的红外成像设备分别与安装于机舱内、塔筒内底部和轮毂内的智能控制器对应连接；所述机舱上的红外成像设备安装于机舱的顶部或/和底部，塔筒上的红外成像设备安装于塔筒底部朝向叶片的外壁上，轮毂上的红外成像设备设置有三个并分别安装于轮毂的导流罩上对应三根叶片处。

所述红外成像设备包括集成的红外光学模块、红外探测器和红外探测器读出电路。

所述智能控制器内设置有图像信号处理器，主控机上设置有显示器。

所述机舱上安装有一个以上的红外成像设备。

所述塔筒上安装有一个以上的红外成像设备。

所述智能控制器与红外成像设备通过电源及信号电缆连接。

所述主控机与智能控制器通过光纤连接。

所述红外成像设备直接或通过支架安装于风电机组上。

与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案有以下优点：1、本实用新型提供的叶片状态监测系统基于红外成像技术，监测系统的环境适应性高，不受限于环境因素及夜间模式影响，可实现叶片状态的实时有效监测，通过监测的信号能够快速判定风电机组净空及叶片运行健康状态，高效的判定叶片的裂纹、故障及结冰等异常情况的发生，有效确保风电机组的安全运行。2、本实用新型中可根据机组的空间位置、容错性能要求以及布局维护的便利性，在机舱、塔筒和轮毂上布置红外成像设备，其具体布置的位置及数量根据实际需求确定，可单独或同时进行布置，实现全方位监控叶片运行的状态。3、本实用新型的红外成像设备在轮毂上布置时，还能够实现三根叶片在各个状态下桨距角的监测。

附图说明

图1为本实用新型中基于红外成像的叶片状态监测系统的安装示意图；

图2为本实用新型中基于红外成像的叶片状态监测系统的工作流程示意图；

图3为图1中局部A的放大示意图；

图4为图1中B-B剖面示意图；

图中：1-叶片，2-红外成像设备，3-电源及信号电缆，4-机舱，5-塔筒，6-轮毂，7-机舱控制柜，8-塔底控制柜，9-轮毂控制柜，10-支架。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细具体的说明，但是本实用新型的保护范围并不局限于以下实施例。

本实施例提供的基于红外成像的叶片状态监测系统的安装示意图如图1所示，至少包括红外成像设备2、智能控制器和主控机(主控机在图中未画出)。

本实施例中红外成像设备布置于风电机组上，红外成像设备包括集成的红外光学模块、红外探测器和红外探测器读出电路，红外成像设备与智能控制器通过电源及信号电缆3连接，智能控制器内设置有图像信号处理器，智能控制器与主控机通过光纤连接，主控机上设置有显示器。其流程示意图如图2所示，红外成像设备的红外光学模块发射红外光，叶片经过红外光区域时，红外探测器对红外光进行捕捉，红外探测器读出电路获取信号，智能控制器内的图像信号处理器实现图像信号的处理，并与历史数据及数据库中的净空触发阀值的照片及结冰、裂纹已有图片进行综合对比及分析，从而进行判定净空是否满足要求及叶片是否有故障问题产生，并将对比图片及结论通过光纤反馈给主控机，指导主控机针对相应问题进行判定，并采取及时的控制指令确保机组的安全运行及必要的运维处理，其最终结果在主控机的显示器上显示。智能控制器和主控机内的分析程序均为现有技术，此处不再详细说明。红外成像设备具有较强的环境适应性，不受雨雪、风沙、雾霾等外界环境的影响，实现实时图像的采集。

本实施例中红外成像设备安装在机舱4、塔筒5和轮毂6中的至少一个位置上，即可以在机舱、塔筒和轮毂中任意一个位置安装红外成像设备，也可以在三者中任意两个位置上安装红外成像设备，还可以在三者中均安装红外成像设备。另外每个位置上的红外成像设备可以根据需要分布设置多个，红外成像设备的布置位置以及每个布置位置上的红外成像设备数量和安装位置根据实际需求确定。具体地，红外成像设备直接或通过支架10安装于风电机组上，支架为常规结构，此处不再详细说明，实现红外成像设备安装位置与高度的调节，无论机舱布置、塔筒布置还是轮毂布置的方案，其角度要求能够满足叶尖与叶尖对应塔筒位置处于红外成像设备的成像范围内即可。

机舱、塔筒和轮毂上的红外成像设备分别与安装于机舱内、塔筒内底部和轮毂内的智能控制器对应连接。图1中机舱内、塔筒底部和轮毂内的智能控制器分别设置于机舱控制柜7、塔底控制柜8和轮毂控制柜9中。

当机舱上安装有红外成像设备时，红外成像设备在机舱的顶部或/和底部安装有一个以上，即红外成像设备可以安装于机舱的顶部或底部中的任意一处，也可以在两处均安装。而且每个位置均安装有一个以上的红外成像设备，容错性高。叶片周期性的经过机舱上一个或多个红外成像设备的捕捉范围，根据主控机所反馈的叶片旋转固定角度，叶片每经过一次，可进行一次或多次的红外成像捕捉，经过信号接收与处理后，将信息传递给机舱控制柜，机舱控制柜对接收到的处理后的信息进行成像处理和分析。

当塔筒上安装有红外成像设备时，其安装示意图如图3所示，本实施例中红外成像设备在塔筒底部的外壁上安装有一个以上，容错性高。红外成像设备捕捉信号和处理的信号直接接入塔底控制柜中，可有效减少电源及信号电缆的布置长度，其信号传递及数据分析原理与上面描述的原理一致。

当轮毂上安装有红外成像设备时，其安装示意图如图4所示，红外成像设备在轮毂的导流罩上对应三根叶片安装有三个，此时电源及信号电缆接入到轮毂控制柜，实现对红外成像设备反馈信号的成像及对比分析。可以实现风电机组上三根叶片的任何位置的独立监测，即三个叶片时时状态的监测、净空的监测，还能通过历史数据的积累及历史位置状态图像的积累，实现其各个状态下桨距角的监测。

本实施例中机舱、塔筒和轮毂上均安装有红外成像设备，实现全方位监控叶片运行的状态，容错性高。

Claims (8)

1.一种基于红外成像的叶片状态监测系统，至少包括红外成像设备、智能控制器和主控机，智能控制器与红外成像设备连接，主控机与智能控制器连接，其特征在于：所述红外成像设备安装在机舱、塔筒和轮毂中的至少一个位置上，机舱、塔筒和轮毂上的红外成像设备分别与安装于机舱内、塔筒内底部和轮毂内的智能控制器对应连接；所述机舱上的红外成像设备安装于机舱的顶部或/和底部，塔筒上的红外成像设备安装于塔筒底部朝向叶片的外壁上，轮毂上的红外成像设备设置有三个并分别安装于轮毂的导流罩上对应三根叶片处。

2.根据权利要求1所述的基于红外成像的叶片状态监测系统，其特征在于：所述红外成像设备包括集成的红外光学模块、红外探测器和红外探测器读出电路。

3.根据权利要求1所述的基于红外成像的叶片状态监测系统，其特征在于：所述智能控制器内设置有图像信号处理器，主控机上设置有显示器。

4.根据权利要求1所述的基于红外成像的叶片状态监测系统，其特征在于：所述机舱上安装有一个以上的红外成像设备。

5.根据权利要求1所述的基于红外成像的叶片状态监测系统，其特征在于：所述塔筒上安装有一个以上的红外成像设备。

6.根据权利要求1所述的基于红外成像的叶片状态监测系统，其特征在于：所述智能控制器与红外成像设备通过电源及信号电缆连接。

7.根据权利要求1所述的基于红外成像的叶片状态监测系统，其特征在于：所述主控机与智能控制器通过光纤连接。

8.根据权利要求1所述的基于红外成像的叶片状态监测系统，其特征在于：所述红外成像设备直接或通过支架安装于风电机组上。

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