CN220568721U - 一种数字孪生风能发电机裂纹检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种数字孪生风能发电机裂纹检测装置，包括无人机巢、控制单元、超声波探伤仪、导电滑环、线缆、数据采集组件和数字孪生系统；无人机巢的内部放置有能够从其中飞出的无人机采集端；超声波探伤仪的输入端连接导电滑环，导电滑环上安装有若干发射状的线缆，在各个线缆上分布有数据采集组件；导电滑环套在风能发电机轴上，线缆固定于风能发电机扇叶上；无人机巢和超声波探伤仪的输出端分别连接控制单元；控制单元与数字孪生系统信号连接。本实用新型便于在风能发电机运行状态下对风能发电机扇叶进行检测，能够直观的显示裂纹位置，方便使用，降低风能发电机在存在安全隐患的状态下运行的风险。

Description

一种数字孪生风能发电机裂纹检测装置

技术领域

本实用新型涉及风能发电机检测技术领域，具体涉及一种数字孪生风能发电机裂纹检测装置。

背景技术

风能发电机是将风能转换为机械功、机械功带动转子旋转，最终输出交流电的电力设备，风力发电机一般有风轮、发电机、调向器、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成，随着现代对电能的依赖和对新能源的利用，降低化石能源的消耗，现在风能发电机得到广泛的应用，在使用时建立风场，且为了方便进行管理，现在的风场往往采用数字孪生系统，进行管理。

数字孪生能够增强视觉感知的方式，人类视觉对于以数字、文本等形式存在的非形象化信息的直接感知能力远远落后于对于形象化视觉符号的理解，在现在风力发电厂中得到广泛的使用。且在风力发电机的使用时，扇叶作为主要受风面，在长时间的使用时，为了保证使用的稳定性，需要进行定期进行检测，避免扇叶中产生裂纹，存在安全隐患，

相关领域现有技术如专利CN113740258A，一种风力发电叶片裂纹检测系统及其检测方法，当前叶片处于第一检测区域时，摄像机获取当前叶片的第一检测面；当前叶片处于第二检测区域时，摄像机获取当前叶片的第二检测面和第四检测面；当前叶片处于第三检测区域时，摄像机获取当前叶片的第三检测面，避免出现因光线不好造成的获取不全或者精度不高的现象。如专利CN103901111A，一种风力发电机组叶片的无损检测系统及方法，包括：声发射传感器单元、声发射前置放大及滤波单元、声发射数据采集单元和数据处理显示单元，及时检测叶片的损伤。如专利CN104568968B，一种风力发电机叶片在位裂纹检测方法及系统，利用光纤光栅传感器获得风力发电机叶片加载不同载荷情况状态下的静态响应，计算加载不同静态载荷时风力发电机叶片静态响应之间的卡方分布曲线，对卡方分布曲线进行多项式重构，获得重构曲线，使用重构最优累积理论对其进行信息融合，获得其信息融合度曲线，识别风力发电机叶片裂纹的位置。

然而在这些现有技术进行使用时，当风能发电机进行安装完成后，在运行状态下对于扇叶检测存在较大的不便，且在进行检测完成后，无法进行直观的显示裂纹位置，导致不方便进行定位，对于风电场中的故障扇叶，不便于进行处理。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种数字孪生风能发电机裂纹检测装置，便于在风能发电机运行状态下对风能发电机扇叶进行检测，能够直观的显示裂纹位置，方便使用，降低风能发电机在存在安全隐患的状态下运行的风险。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种数字孪生风能发电机裂纹检测装置，包括无人机巢、控制单元、超声波探伤仪、导电滑环、线缆、数据采集组件和数字孪生系统；

所述的无人机巢的内部放置有能够从其中飞出的无人机采集端；

所述的超声波探伤仪的输入端连接导电滑环，所述的导电滑环上安装有若干发射状的线缆，在各个线缆上分布有数据采集组件；所述的线缆在导电滑环上均匀布置且线缆的数目与风能发电机扇叶的数目相对应，所述的导电滑环套在风能发电机轴上，所述的线缆固定于风能发电机扇叶上；

所述的无人机巢和超声波探伤仪的输出端分别连接控制单元；

所述的控制单元与数字孪生系统信号连接。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述的超声波探伤仪的输入端通过连接线连接导电滑环；所述的数据采集组件在线缆上成阵列均匀布置。

进一步地，所述的导电滑环套在风能发电机的外侧轴端，在风能发电机的外侧轴端安装一固定挡件，所述的固定挡件的直径大于导电滑环的直径。

进一步地，所述的无人机巢下端固定安装有安装板，所述的安装板固定安装在风能发电机的机座上端。

作为优选的方案，所述的无人机巢顶部设有可打开的舱门，所述的舱门上端固定安装有太阳能电池板。

作为优选的方案，所述的无人机巢的外部一侧固定安装有防护壳，所述的超声波探伤仪固定安装在防护壳的内部。

进一步地，所述的数据采集组件包括固定壳和采集探头，固定壳安装在线缆上，采集探头安装在固定壳中。

进一步地，所述的固定壳的两侧安装有安装耳，固定壳通过两侧的安装耳安装在线缆上。

进一步地，所述的固定壳的内侧在采集探头的周围设有密封垫，固定壳通过密封垫压紧在风能发电机扇叶上，所述的采集探头贴合在风能发电机扇叶叶面。

进一步地，所述的控制单元包括控制板及与控制板信号连接的无线通讯模块、信息储存模块和延时控制模块，延时控制模块分别与无人机巢和超声波探伤仪信号连接；无人机巢和无人机采集端信号连接，无人机采集端通过无线通讯模块分别与延时控制模块、控制单元信号连接；信息储存模块和延时控制模块与无线通讯模块信号连接，无线通讯模块与数字孪生系统信号连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的数字孪生风能发电机裂纹检测装置通过采用超声波探伤仪对隐伤进行检测，并通过无人机采集端对扇叶的表面进行影像采集，通过控制单元将超声波探伤仪检测和无人机采集端采集的信息传输至数字孪生系统中，当风能发电机扇叶存在故障时，能够直观的显示故障位置，方便进行定位，以便进行及时处理，且在进行检测时，便于进行自动化控制，方便使用。

附图说明

图1为本实用新型的数字孪生风能发电机裂纹检测装置的使用示意图。

图2为本实用新型的数字孪生风能发电机裂纹检测装置的整体结构示意图。

图3为无人机巢的结构示意图。

图4为无人机巢的结构示意图。

图5为导电滑环、线缆的结构示意图。

图6为数据采集组件的结构示意图。

图7为控制单元的结构示意图。

图中：1-无人机巢；2-无人机采集端；3-控制单元；301-控制板；302-无线通讯模块；303-信息储存模块；304-延时控制模块；4-超声波探伤仪；5-导电滑环；6-线缆；7-数据采集组件；701-固定壳；702-采集探头；703-安装耳；704-密封垫；8-安装板；9-舱门；10-太阳能电池板；11-防护壳；12-连接线。

具体实施方式

以下通过实施例的形式对本实用新型的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是：

其中的方位或位置关系为基于附图所示的关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语如连接等应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。

对于本领域的普通技术人员而言，可依据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供了一种数字孪生风能发电机裂纹检测装置，如图1所示，包括无人机巢1、控制单元3、超声波探伤仪4、导电滑环5、线缆6、数据采集组件7和数字孪生系统；

无人机巢1的内部放置有能够从其中飞出的无人机采集端2；

超声波探伤仪4的输入端连接导电滑环5，导电滑环5上安装有若干发射状的线缆6，在各个线缆6上分布有数据采集组件7；线缆6在导电滑环5上均匀布置且线缆6的数目与风能发电机扇叶的数目相对应，导电滑环5套在风能发电机轴上，线缆6固定于风能发电机扇叶上；

无人机巢1和超声波探伤仪4的输出端分别连接控制单元3；

控制单元3与数字孪生系统信号连接。

超声波探伤仪4的输入端通过连接线12连接导电滑环5，数据采集组件7采集的信息通过线缆6、导电滑环5和连接线12传输至超声波探伤仪4；数据采集组件7在线缆6上成阵列均匀布置；实施例中，线缆6与数据采集组件7绕导电滑环5成圆周阵列分布。

导电滑环5套在风能发电机的外侧轴端，在风能发电机的外侧轴端安装一固定挡件(图中未示出，可为采用一普通不导电的块体)，避免导电滑环5滑出，固定挡件的直径大于导电滑环5的直径，可采用黏附、吸附、焊接等适用的方式固定。

无人机巢1下端固定安装有安装板8，安装板8固定安装在风能发电机的机座上端。

无人机巢1顶部设有可打开的舱门9，舱门9上端固定安装有太阳能电池板10；收放无人机采集端2时，舱门9配合开合；无人机采集端2未飞出时，通过舱门9密封在无人机巢1的内部。

超声波探伤仪4固定安装在无人机巢1的外部一侧，实施例中，无人机巢1的外部一侧固定安装有防护壳11，超声波探伤仪4固定安装在防护壳11的内部，通过防护壳11对超声波探伤仪4进行保护，避免在外部风吹日晒时，导致使用寿命缩短。

数据采集组件7包括固定壳701和采集探头702，固定壳701安装在线缆6上，采集探头702安装在固定壳701中。

固定壳701的两侧安装有安装耳703，固定壳701通过两侧的安装耳703安装在线缆6上。安装时安装耳703的耳孔用螺丝固定。

固定壳701的内侧在采集探头702的周围设有密封垫704，固定壳701通过密封垫704压紧在风能发电机扇叶上，采集探头702贴合在风能发电机扇叶叶面；通过密封垫704对采集探头702进行保护，在安装完成后，采集探头702与风能发电机扇叶相压紧，便于发射超声波和接收反射波，对扇叶是否存在暗伤进行检测。

控制单元3包括控制板301及与控制板301信号连接的无线通讯模块302、信息储存模块303和延时控制模块304，延时控制模块304分别与无人机巢1和超声波探伤仪4信号连接；无人机巢1和无人机采集端2信号连接，无人机采集端2通过无线通讯模块302分别与延时控制模块304、控制单元3信号连接；信息储存模块303和延时控制模块304与无线通讯模块302信号连接，无线通讯模块302与数字孪生系统信号连接。

其中信息储存模块303对无人机采集端2和数据采集组件7采集的信息进行临时储存；在进行使用时，通过无线通讯模块302将本技术方案与外部的数字孪生系统进行信号连接，进行信号传输，信息储存模块303对检测的信息进行临时储存并在进行初步整理后，发送至外部的数字孪生系统中进行分析；通过延时控制模块304，对数字孪生风能发电机裂纹检测装置进行定时启动，进行按周期进行巡检，提高在使用时的自动化程度；通过控制板301对各电气元件进行自动化控制。

实施例中，在进行使用时，将无人机巢1通过安装板8安装在风能发电机的上端，通过太阳能电池板10提高对外部自然能源进行利用，提高利用效率；通过导电滑环5使得线缆6上的数据采集组件7分别均匀安装在风能发电机的扇叶上，并通过导电滑环5，使得数据采集组件7随扇叶进行旋转，避免在使用时，对风能发电机造成干扰。

在进行探伤时，通过超声波探伤仪4利用数据采集组件7对扇叶上的裂纹或暗伤进行探测，通过分析反射波，判断是否存在裂纹；在进行探测时，超声波探伤仪4将探测的信号传输至控制单元3，通过控制单元3将探测的信号发送至外部的数字孪生系统中，在数字孪生系统可视化页面上显示是否存在暗伤或裂纹，当存在暗伤或裂纹时，在数字孪生可视化页面中进一步显示故障的位置(数字孪生系统为一成熟技术，数字孪生可视化的方法和页面显示故障位置的方法可通过现有技术设计实现)，方便进行在线检测，方便快速定位到存在固定的风能发电机位置，便于进行使用和进行维护，便于实现快速处理，方便风能发电机的正常使用。

同时，当需要对风能发电机扇叶的表面影像进行采集时，通过控制单元3开启无人机巢1，使得无人机采集端2飞出，无人机采集端2绕风能发电机进行影像采集，通过分析采集的影像，并配合超声波探伤仪4检测的信号，便于快速定位到存在裂纹的位置，方便使用；且在使用时，便于通过无人机采集端2对风电场的风能发电机进行巡检，降低工人的劳动强度，提高自动化程度。

本实用新型的方案适合在无风时或较小风时使用。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字孪生风能发电机裂纹检测装置，其特征在于：包括无人机巢(1)、控制单元(3)、超声波探伤仪(4)、导电滑环(5)、线缆(6)、数据采集组件(7)和数字孪生系统；

所述的无人机巢(1)的内部放置有能够从其中飞出的无人机采集端(2)；

所述的超声波探伤仪(4)的输入端连接导电滑环(5)，所述的导电滑环(5)上安装有若干发射状的线缆(6)，在各个线缆(6)上分布有数据采集组件(7)；所述的线缆(6)在导电滑环(5)上均匀布置且线缆(6)的数目与风能发电机扇叶的数目相对应，所述的导电滑环(5)套在风能发电机轴上，所述的线缆(6)固定于风能发电机扇叶上；

所述的无人机巢(1)和超声波探伤仪(4)的输出端分别连接控制单元(3)；

所述的控制单元(3)与数字孪生系统信号连接。

2.根据权利要求1所述的数字孪生风能发电机裂纹检测装置，其特征在于：所述的超声波探伤仪(4)的输入端通过连接线(12)连接导电滑环(5)；所述的数据采集组件(7)在线缆(6)上成阵列均匀布置。

3.根据权利要求1所述的数字孪生风能发电机裂纹检测装置，其特征在于：所述的导电滑环(5)套在风能发电机的外侧轴端，在风能发电机的外侧轴端安装一固定挡件，所述的固定挡件的直径大于导电滑环(5)的直径。

4.根据权利要求1所述的数字孪生风能发电机裂纹检测装置，其特征在于：所述的无人机巢(1)下端固定安装有安装板(8)，所述的安装板(8)固定安装在风能发电机的机座上端。

5.根据权利要求1所述的数字孪生风能发电机裂纹检测装置，其特征在于：所述的无人机巢(1)顶部设有可打开的舱门(9)，所述的舱门(9)上端固定安装有太阳能电池板(10)。

6.根据权利要求1所述的数字孪生风能发电机裂纹检测装置，其特征在于：所述的无人机巢(1)的外部一侧固定安装有防护壳(11)，所述的超声波探伤仪(4)固定安装在防护壳(11)的内部。

7.根据权利要求1所述的数字孪生风能发电机裂纹检测装置，其特征在于：所述的数据采集组件(7)包括固定壳(701)和采集探头(702)，固定壳(701)安装在线缆(6)上，采集探头(702)安装在固定壳(701)中。

8.根据权利要求7所述的数字孪生风能发电机裂纹检测装置，其特征在于：所述的固定壳(701)的两侧安装有安装耳(703)，固定壳(701)通过两侧的安装耳(703)安装在线缆上。

9.根据权利要求7所述的数字孪生风能发电机裂纹检测装置，其特征在于：所述的固定壳(701)的内侧在采集探头(702)的周围设有密封垫(704)，固定壳(701)通过密封垫(704)压紧在风能发电机扇叶上，所述的采集探头(702)贴合在风能发电机扇叶叶面。

10.根据权利要求1所述的数字孪生风能发电机裂纹检测装置，其特征在于：所述的控制单元(3)包括控制板(301)及与控制板(301)信号连接的无线通讯模块(302)、信息储存模块(303)和延时控制模块(304)，延时控制模块(304)分别与无人机巢(1)和超声波探伤仪(4)信号连接；无人机巢(1)和无人机采集端(2)信号连接，无人机采集端(2)通过无线通讯模块(302)分别与延时控制模块(304)、控制单元(3)信号连接；信息储存模块(303)和延时控制模块(304)与无线通讯模块(302)信号连接，无线通讯模块(302)与数字孪生系统信号连接。