CN219865347U - 一种风电机组塔筒及叶片监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种风电机组塔筒及叶片监测系统，包括载荷传感器、振动传感器、倾角传感器和噪音传感器，载荷传感器安装于塔筒中部和底部的连接法兰上；振动传感器安装于塔筒中部或顶部的内壁上；倾角传感器安装于塔筒底部的内壁上；噪音传感器安装于塔筒外壁上；监测系统还包括采集仪、边缘采集分析模块和塔底控制柜，载荷传感器、振动传感器和倾角传感器均与采集仪连接，噪音传感器和采集仪与边缘采集分析模块连接，边缘采集分析模块与塔底控制柜连接。该监测系统能够对塔筒及叶片的状态进行监测，同时能够建立风参、机组容量、桨距角与塔筒载荷变化、振动情况以及叶片产生的噪音频率等的关系，监测容错率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电机组动态监测技术领域，尤其涉及一种风电机组塔筒及叶片监测系统。
背景技术
风力发电机组作为能源行业重点发展的方向，其发展速度迅速，尤其随着低风区的风资源应用及海上风电机组的快速发展，风电机组单机容量不断增加，为了捕捉足够的风能，叶轮直径和叶片尺寸也不断增加，海上机组的叶片尺寸甚至达到120m级别。塔筒作为机头的支撑载体，其高度也不断增加，支撑海上机组叶片的风力发电机组塔筒的高度往往都在150米以上。
风电机组整机载荷通过叶片吸收风能，传动链传递，所有载荷最终都通过塔筒传递给地面上的基墩。机组载荷的变化及异常，可以集中体现在塔筒载荷的变化上，也就是说，一旦叶片发生损坏，将造成机组载荷的变化及异常，从而体现在塔筒载荷的变化和异常上。另外叶片的损坏也可集中在其运行过程中与风摩擦产生频率的变化以及塔筒振动情况的变化。而叶片在旋转运行过程中，其与风摩擦产生频率的变化与叶片产生的噪音频率相关。因此通过监测塔筒载荷变化、塔筒振动情况以及叶片产生的噪音频率等即可对整个机组的载荷变化以及叶片的状态进行监测。
但是在风况不断变化的情况下，塔筒承受的由叶片传递过来的拉、压交变载荷作用及振动频率会发生相应的变化，叶片产生的噪音频率也都随着风况不断变化，因而塔筒载荷变化和叶片产生的噪音频率等还与风况有关，另外，机组容量、桨距角等也和载荷变化以及叶片产生的噪音频率有关。因此，能够建立一种将多关系耦合分析，比如建立风参、机组容量、桨距角与塔筒载荷变化、塔筒振动情况以及叶片产生的噪音频率等的关系对于分析塔筒和叶片的状态是至关重要的，一方面能够监测机组各大部件的状态，另一方面也能将不同传感器监测的多种监测数据进行对比，容错率高。
实用新型内容
针对现有技术中的不足，本实用新型提供了一种风电机组塔筒及叶片监测系统，该监测系统能够对塔筒及叶片的状态进行监测，同时能够建立风参、机组容量、桨距角与塔筒载荷变化、振动情况以及叶片产生的噪音频率等的关系，监测容错率高。
实现本实用新型上述目的所采用的技术方案为：
一种风电机组塔筒及叶片监测系统，包括用于监测塔筒及叶片状态的监测传感器，所述监测传感器包括载荷传感器、振动传感器、倾角传感器和噪音传感器，其中载荷传感器安装于塔筒中部和底部的连接法兰上，并监测连接法兰上的载荷变化；所述振动传感器安装于塔筒中部或顶部的内壁上，并监测塔筒的频率变化；所述倾角传感器安装于塔筒底部的内壁上，并监测塔底倾角；所述噪音传感器安装于塔筒外壁上，监测叶片运行过程中的噪音及频率变化；
所述风电机组塔筒及叶片监测系统还包括安装于塔筒内的采集仪、边缘采集分析模块和塔底控制柜，载荷传感器、振动传感器和倾角传感器均与采集仪连接，将监测的数据传至采集仪，采集仪与边缘采集分析模块进行电连接和信号连接，噪音传感器与边缘采集仪分析模块连接，将监测的数据传至边缘采集仪分析模块，边缘采集分析模块与塔底控制柜进行电连接和信号连接，从塔底控制柜中取电并实现与塔底控制柜的数据交汇。
所述采集仪包括安装于塔筒中部内壁上的塔中多串口采集仪以及安装于塔筒底部内壁上的塔底多串口采集仪，倾角传感器和塔筒底部的载荷传感器均与塔底多串口采集仪连接，振动传感器和塔筒中部的载荷传感器均与塔中多串口采集仪连接。
所述塔中多串口采集仪通过塔中多串口采集仪电源线和塔中多串口采集仪信号线与边缘采集分析模块连接，塔底多串口采集仪通过塔底多串口采集仪电源线和塔底多串口采集仪信号线与边缘采集分析模块连接。
所述塔筒的底部和中部之间的内壁上设置有安装平台，边缘采集分析模块和塔底控制柜放置于安装平台上。
所述边缘采集分析模块通过边缘采集分析模块电源线和边缘采集分析模块信号线与塔底控制柜连接。
所述载荷传感器的本体和位移头分别安装于连接法兰的上、下法兰上，且每个连接法兰上均匀布置有三个以上的载荷传感器。
所述载荷传感器、振动传感器和倾角传感器均与采集仪通过线缆连接。
与现有技术相比，本实用新型提供的风电机组塔筒及叶片监测系统具有以下优点：(1)本申请提供的风电机组塔筒及叶片监测系统通过载荷传感器、振动传感器和倾角传感器监测塔筒各部位的状态，再通过噪音传感器监测叶片与风摩擦的频率变化，对风电机组塔筒及叶片的状态进行有效监测。同时，通过采集仪将监测数据传至边缘采集分析模块，边缘采集分析模块与塔底控制柜连接，从而实现数据交互，边缘采集分析模块获得机组运行过程中的风参、机组容量、桨距角等参数，建立各参数与塔筒载荷、振动情况的关系，从而有效监测塔中及塔底载荷随着机组不同容量下的载荷对应关系及塔筒载荷异常情况；同时通过数据关系建立叶片噪音及频率与机组参数关系，由于塔筒载荷也从叶片处传递而来，因此一旦叶片出现开裂、凝冰等异常情况，叶片运行过程中与风摩擦产生频率变化以及塔筒振动变化都会出现异常，即所监测的塔筒载荷以及叶片噪音等信息将出现异常，从而能够快速发现叶片的问题，监测容错率高。
(2)本申请中根据倾角阀值设定，还可判定机组的基墩在不同重力及载荷工况下的沉降情况及倾斜安全性，并通过振动频率有效监测塔筒本身振动大小的变化，避开塔筒与叶片及机组运行频率的危险点。
附图说明
图1为本实用新型中风电机组塔筒及叶片监测系统的安装示意图；
图2为本实用新型中风电机组塔筒及叶片监测系统的布局关系示意图；
图中：1-塔筒，2-塔中载荷传感器，3-塔底载荷传感器，4-振动传感器，5-倾角传感器，6-噪音传感器，7-塔中多串口采集仪，8-塔底多串口采集仪，9-塔中载荷传感器线缆，10-塔底载荷传感器线缆，11-振动传感器线缆，12-噪音传感器线缆，13-倾角传感器线缆，14-边缘采集分析模块，15-塔底控制柜，16-安装平台，17-塔中多串口采集仪电源线，18-塔中多串口采集仪信号线，19-塔底多串口采集仪电源线，20-塔底多串口采集仪信号线，21-边缘采集分析模块电源线，22-边缘采集分析模块信号线，23-基墩。
具体实施方式
下面结合附图及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。
本实施例中提供的风电机组塔筒及叶片监测系统的安装示意图如图1所示，包括用于监测塔筒1及叶片状态的监测传感器。具体地，监测传感器包括载荷传感器、振动传感器4、倾角传感器5和噪音传感器6，其中载荷传感器安装于塔筒中部和底部的连接法兰上，并监测连接法兰上的载荷变化，图1中将中部连接法兰上安装的载荷传感器标记为塔中载荷传感器2，底部连接法兰上安装的载荷传感器标记为塔底载荷传感器3。进一步地，载荷传感器为应变传感器或者应力传感器，载荷传感器的本体和位移头分别安装于连接法兰的上、下法兰上，且每个连接法兰上均匀布置有三个以上的载荷传感器，有效监测塔筒连接法兰上的载荷变化，即塔筒上的载荷变化。
振动传感器安装于塔筒中部或顶部的内壁上，并监测塔筒的频率变化，由于本申请中各种传感器均安装于塔筒中部和塔筒的底部，为了方便后期振动传感器监测数据的采集，本实施例中振动传感器安装于塔筒的中部内壁上。
倾角传感器安装于塔筒底部的内壁上，并监测塔底倾角，从而监测塔底基墩的沉降和倾斜情况；噪音传感器安装于塔筒外壁上，监测叶片运行过程中的噪音及频率变化，从而有效判断叶片运行过程中叶片的完好情况。
本实施例中风电机组塔筒及叶片监测系统还包括安装于塔筒内的采集仪、边缘采集分析模块14和塔底控制柜15，具体地，采集仪包括安装于塔筒中部内壁上的塔中多串口采集仪7以及安装于塔筒底部内壁上的塔底多串口采集仪8，倾角传感器和塔筒底部的载荷传感器均与塔底多串口采集仪连接，振动传感器和塔筒中部的载荷传感器均与塔中多串口采集仪连接，而噪音传感器直接与边缘采集仪分析模块连接，将监测的数据传至边缘采集仪分析模块。具体地，塔中载荷传感器与塔中多串口采集仪通过塔中载荷传感器线缆9连接，塔底载荷传感器与塔底多串口采集仪通过塔底载荷传感器线缆10连接，振动传感器通过振动传感器线缆11与塔中多串口采集仪连接，倾角传感器通过倾角传感器线缆13与塔底多串口采集仪连接，噪音传感器通过噪音传感器线缆12与边缘采集仪分析模块连接，从而将各个传感器的监测数据传至采集仪及边缘采集分析模块中。
采集仪与边缘采集分析模块进行电连接和信号连接，边缘采集分析模块与塔底控制柜进行电连接和信号连接，从塔底控制柜中取电并将监测数据传至边缘采集分析模块和塔底控制柜中，风电机组塔筒及叶片监测系统的布局示意图如图2所示。具体地，塔筒的底部和中部之间的内壁上设置有安装平台16，边缘采集分析模块和塔底控制柜放置于安装平台上。塔中多串口采集仪通过塔中多串口采集仪电源线17和塔中多串口采集仪信号线18与边缘采集分析模块连接，塔底多串口采集仪通过塔底多串口采集仪电源线19和塔底多串口采集仪信号线20与边缘采集分析模块连接，从而实现采集仪与边缘采集分析模块的电连接和信号连接，实现采集仪的供电及将信号反馈给边缘采集分析模块。边缘采集分析模块通过边缘采集分析模块电源线21和边缘采集分析模块信号线22与塔底控制柜连接，从而从塔底控制柜中取电，并将电能传至采集仪，同时实现数据交汇，边缘采集分析模块获取塔底控制柜内机组运行过程中的风参、机组容量、桨距角等参数，还可将其大数据分析结果反馈给主控，针对危险信息进行安全链触发，确保机组安全性。
风电机组整机载荷通过叶片吸收风能，传动链传递，最终经塔筒传递给基墩23，该过程中，随着风参变化，机组发电量变化，塔筒承受载荷及振动频率发生相应的变化，叶片运行过程中频率也发生变化，本申请中通过塔中载荷传感器、塔底载荷传感器、振动传感器、倾角传感器和噪音传感器分别监测各部位的信号数据(其中噪音传感器直接接入边缘采集分析模块)，再通过塔中多串口采集仪、塔底多串口采集仪将信号数据传递给边缘采集分析模块，边缘采集分析模块通过与塔底控制柜的信息交汇，获得机组运行过程中的风参、机组容量、桨距角等参数，以此建立各参数与塔筒载荷的关系，同时通过数据关系建立叶片噪音及频率与机组参数关系，一旦叶片出现开裂、凝冰等异常情况，叶片运行过程中与风摩擦产生频率变化规律以及塔筒振动变化规律都会发生改变，从而能够快速发现叶片的问题。根据倾角阀值设定，还可判定机组沉降及倾斜安全性，并通过振动频率避开塔筒与叶片及机组运行频率的危险点。
Claims (7)
1.一种风电机组塔筒及叶片监测系统，包括用于监测塔筒及叶片状态的监测传感器，其特征在于：所述监测传感器包括载荷传感器、振动传感器、倾角传感器和噪音传感器，其中载荷传感器安装于塔筒中部和底部的连接法兰上，并监测连接法兰上的载荷变化；所述振动传感器安装于塔筒中部或顶部的内壁上，并监测塔筒的频率变化；所述倾角传感器安装于塔筒底部的内壁上，并监测塔底倾角；所述噪音传感器安装于塔筒外壁上，监测叶片运行过程中的噪音及频率变化；
所述风电机组塔筒及叶片监测系统还包括安装于塔筒内的采集仪、边缘采集分析模块和塔底控制柜，载荷传感器、振动传感器和倾角传感器均与采集仪连接，将监测的数据传至采集仪，采集仪与边缘采集分析模块进行电连接和信号连接，噪音传感器与边缘采集仪分析模块连接，将监测的数据传至边缘采集仪分析模块，边缘采集分析模块与塔底控制柜进行电连接和信号连接，从塔底控制柜中取电并实现与塔底控制柜的数据交汇。
2.根据权利要求1所述的风电机组塔筒及叶片监测系统，其特征在于：所述采集仪包括安装于塔筒中部内壁上的塔中多串口采集仪以及安装于塔筒底部内壁上的塔底多串口采集仪，倾角传感器和塔筒底部的载荷传感器均与塔底多串口采集仪连接，振动传感器和塔筒中部的载荷传感器均与塔中多串口采集仪连接。
3.根据权利要求2所述的风电机组塔筒及叶片监测系统，其特征在于：所述塔中多串口采集仪通过塔中多串口采集仪电源线和塔中多串口采集仪信号线与边缘采集分析模块连接，塔底多串口采集仪通过塔底多串口采集仪电源线和塔底多串口采集仪信号线与边缘采集分析模块连接。
4.根据权利要求1所述的风电机组塔筒及叶片监测系统，其特征在于：所述塔筒的底部和中部之间的内壁上设置有安装平台，边缘采集分析模块和塔底控制柜放置于安装平台上。
5.根据权利要求1所述的风电机组塔筒及叶片监测系统，其特征在于：所述边缘采集分析模块通过边缘采集分析模块电源线和边缘采集分析模块信号线与塔底控制柜连接。
6.根据权利要求1所述的风电机组塔筒及叶片监测系统，其特征在于：所述载荷传感器的本体和位移头分别安装于连接法兰的上、下法兰上，且每个连接法兰上均匀布置有三个以上的载荷传感器。
7.根据权利要求1所述的风电机组塔筒及叶片监测系统，其特征在于：所述载荷传感器、振动传感器和倾角传感器均与采集仪通过线缆连接。
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Legal Events
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Tang Bin Inventor after: Wang Xianwu Inventor after: Zhang Tao Inventor after: Li Jinhu Inventor before: Tang Bin Inventor before: Wang Xianwu Inventor before: Zhang Tao Inventor before: Li Jinhu Inventor before: Liu Jun Inventor before: Cheng Xiangxiang Inventor before: Ao Rui Inventor before: Huang Yongchao |