RU2799575C1 - Диагностический стенд для ветряной турбины - Google Patents
Диагностический стенд для ветряной турбины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2799575C1 RU2799575C1 RU2022125766A RU2022125766A RU2799575C1 RU 2799575 C1 RU2799575 C1 RU 2799575C1 RU 2022125766 A RU2022125766 A RU 2022125766A RU 2022125766 A RU2022125766 A RU 2022125766A RU 2799575 C1 RU2799575 C1 RU 2799575C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- source
- wind turbine
- communication module
- infrared communication
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к устройствам контроля температуры и диагностики комплектующих ветрогенератора (подшипников и обмоток электродвигателей). Заявлен диагностический стенд для ветряной турбины, включающий канал передачи от источника ИК-излучения, связанный с источником ИК-излучения, при этом в качестве источника ИК-излучения используют подшипники или обмотки турбины. Стенд представляет собой станину, выполненную с возможностью фиксации на ней электродвигателя ветряной турбины в корпусе фланцем-зажимом таким образом, чтобы инфракрасный модуль связи, расположенный на опоре, зафиксированной к станине, находился напротив светодиодов, а индикаторы светодиодов - на внешней поверхности корпуса турбины. Причем сами светодиоды подключены к диагностическим датчикам температуры и тока, выполненным с возможностью фиксации на узлах турбины. На станине напротив места расположения турбины установлен асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока, на валу которого установлена эластичная муфта, выполненная с возможностью соединения с валом электродвигателя ветряной турбины, и оба электродвигателя подключены к частотному регулятору, где частотный регулятор и инфракрасный модуль связи выполнены с возможностью подключения к компьютеру. Техническим результатом является возможность диагностики проблем как в электронных компонентах турбины, так и перегрева различных узлов турбины, с точным установлением источника неполадки. 5 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Description
Модель относится к устройствам контроля температуры и диагностики комплектующих ветрогенератора (подшипников и обмоток электродвигателей).
Известна диагностика температурного состояния ветрогенератора термопарами и термометрами сопротивления контактным методом [A.D. Spacek, О.Н. Ando Junior, J.М. Neto, V.L. Coelho, M.O. Oliveira, V. Gruber, L. Schaeffer. Management of mechanical vibration and temperature in small wind turbines using ZigBee wireless network. - 2013. - Vol. 11, №1. - P. 512-517; K.E. Haman, S.P. Malinowski, B.D. Strus. Two new types of ultrafast aircraft thermometer. - 2001. - Vol. 18, Iss. 2. - P. 117-134].
Их недостатком является низкая точность измерения температуры до ±1,0°С, а также помехи, возникающие в результате близкого расположения электрогенератора. Корме того, невозможно ими измерить температуру подвижного объекта.
Таким образом, измерение температуры в труднодоступных, удаленных или подвижных объектов требует применения особых приборов с длинными каналами доставки сигнала, сложной системы их обработки, большого количества дополнительных устройств генерации, преобразования и приема. Кроме того, при воздействии электромагнитных помех, дополнительным требованием к измерительным приборам является помехозащищенность.
Известна инфракрасная (ИК) волоконная сборка из семи галогенидсеребряных световодов системы AgCl - AgBr, предназначенная для бесконтактной визуализации распределения теплового поля от удаленного объекта в диапазоне температур от -150 до +900°С. Показана принципиальная применимость в низкотемпературной ИК пирометрии на примере передачи теплового изображения нагретой проволоки и лопатки турбины через ИК световод [А.С. Корсаков. Структура фотонно-кристаллических световодов на базе модифицированных галогенидсеребряных кристаллов и исследование их функциональных свойств: автореф. док. дисс. на соиск. степени д-ра. техн. наук., г. Санкт-Петербург. - 2018. - с. 29 (http://www.npkgoi.ru/?module=articles&c=Personal&b=7&a=5)].
Известна также работа «Экспериментальное исследование теплопереноса инфракрасными галогенидсеребряными световодами» [Шмыгалев, А.С. Экспериментальное исследование теплопереноса инфракрасными галогенидсеребряными световодами: автореф. канд. дисс. на соиск. степени канд. техн., г. Новосибирск. - 2018. - с. 24 (https://www.nstu.ru/science/dissertation_sov/dissertations/view?id=17021)].
В этих работах показан только принцип возможной передачи по галогенид серебряным ИК световодам теплового изображения, но не предложена конструкция ИК волоконно-оптической системы контроля температуры, который может применяться в ветрогенераторах.
Известен волоконно-оптический датчик (ВОД) температуры на основе кварцевых световодов, применяемый в ветрогенераторах [A feasibility study of transformer winding temperature and strain detection based on distributed optical fibre sensors / L. Yunpeng [et.al] // Optics and lasers in engineering. - 2018. - №111. - P. 167-171], включающий:
- источник излучения - лазеры, длина волны (λ) 1,310 и 1,550 мкм, что соответствует температурам 1039°С и 1596°С, соответственно;
- канал передачи излучения - кварцевый световод длиной 90 м, выполненный в виде катушки, прозрачный в указанном спектральном диапазоне;
- приемник - фотодиоды, λ=1310 мкм и 1550 мкм.
Такой ВОД косвенно определяет температуру с неудовлетворительной точностью определения ±1,0°С и выше.
Также следует отметить, что главным недостатком данной конструкции, которая реализует метод оптического контроля, является невозможность прямого измерения температуры в диапазоне работы ветрогенератора от +300 до -20°С, так как оптический диапазон кварцевых волокон ограничен длиной волны 2,0 мкм, что соответствует температуре 1176°С [W. Wien. Temperature and entropy of starching. - Annals of Physics. - 1894. - Vol. 52. - P. 132-165.], а ветрогенераторные установки работают в диапазоне от -20°С до +300°С. Поэтому применяемый в данной конструкции метод контроля температуры требует использования специальных программ и сложных дополнительных систем обработки оптических сигналов. Недостатком данного ВОД является также низкая точность измерения температуры до ±1,0°С и выше.
Наиболее близким аналогом является инфракрасная волоконно-оптическая система контроля температуры ветрогенератора [RU 2708814, опубл.: 11.12.2019.], включающая источник ИК излучения, канал передачи и приемник, отличающаяся тем, что канал передачи выполнен в виде волоконной сборки диаметром 990 мкм и длиной 5 м, состоящей из 91 световода каждый диаметром 90 мкм на основе монокристаллов системы Agl-xTlxBrl-0.54xI0.54x, где 0,03≤х≤0,31, на входном торце которой установлена цилиндрическая линза с фокусным расстоянием 30 мм, оптически связанная с источником ИК излучения, а на выходном торце размещена собирающая линза с тем же фокусным расстоянием, оптически связанная с приемником ИК излучения, при этом в качестве источника ИК излучения используют подшипники или обмотки ветрогенератора, в качестве приемника используют тепловизор, а линзы изготовлены из тех же монокристаллов, что и волоконная сборка.
Технической проблемой прототипа является и всех известных решений является ограниченность диагностики турбины только измерением температуры.
Отсутствует возможность выявления проблем в контролере подачи питания, контроллере турбины, электрического контакта в щетках поворотного механизма, электрического контакта между контроллером турбины и коробками соединительными, возможного отсутствия электронного размыкания обмоток, наличия короткого замыкания в обмотках статора турбины.
Кроме того, в процессе диагностики перегрева нельзя определить причину и источник перегрева (перегрев обмотки статора турбины, перегрев радиатора контроллера турбины, перегрев обмотки статора и радиатора контроллера турбины и т.п.).
В процессе эксплуатации в сложных климатических условиях кустовой телемеханики (КТМ) кустов газовых скважин (КГС) возникает необходимость в ремонте и комплексном техническом обслуживании ветряных турбин, установленных на мачтах КТМ КГС.
В связи с этим задачей полезной модели является потребность в разработке диагностического стенда для ветряной турбины, который позволял бы выявлять все вышеуказанные технические неисправности.
Техническим результатом является возможность диагностики проблем как в электронных компонентах турбины, так и перегрева различных узлов турбины, с точным установлением источника неполадки.
Также техническим результатом является возможность в условиях максимально приближенных к реальным качественно проводить все виды диагностики ветряных турбин при входном контроле, в рамках проведения технического обслуживания, после ремонта, повысить надежность оборудования, а также минимизировать время, необходимое для диагностики и выявления отклонений от технических характеристик, заявленных заводом изготовителем.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен диагностический стенд для ветряной турбины, включающий канал передачи от источника ИК излучения, связанный с источником ИК излучения, при этом в качестве источника ИК излучения используют подшипники или обмотки турбины, отличающийся тем, что стенд представляет собой станину, выполненную с возможностью фиксации на ней электродвигателя ветряной турбины в корпусе фланцем-зажимом таким образом, чтобы инфракрасный модуль связи, расположенный на опоре, зафиксированной к станине, находился напротив светодиодов, а индикаторы светодиодов - на внешней поверхности корпуса турбины, причем сами светодиоды подключены к диагностическим датчикам температуры и тока, выполненных с возможностью фиксации на узлах турбины; на станине напротив места расположения турбины установлен и подключен к частотному регулятору асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока, на валу которого установлена эластичная муфта, выполненная с возможностью соединения с валом электродвигателя ветряной турбины, а частотный регулятор и инфракрасный модуль связи выполнены с возможностью подключения к компьютеру.
Инфракрасный модуль связи может быть подключен по USB кабелю к компьютеру.
Инфракрасный модуль связи может быть подключен к компьютеру по беспроводной связи.
Частотный регулятор может быть подключен к компьютеру проводным способом.
Частотный регулятор может быть выполнен с возможностью управления компьютером с помощью беспроводной связи.
Индикаторы светодиодов могут быть установлены на внешней поверхности корпуса турбины на расстоянии 100-300 мм от инфракрасного модуля связи.
Полезная модель поясняется Фиг. 1. На чертеже показана схема размещения элементов диагностического стенда ветряной турбины, где: 1 - станина, 2 - асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока, 3 - эластичная муфта, 4 - фланец зажим для крепления испытуемой турбины, 5 - электродвигатель ветряной турбины в корпусе, 6 - опора для инфракрасного модуля связи, 7 - инфракрасный модуль связи, 8 - частотный регулятор, 9 - ПЭВМ с установленным специализированным ПО (на стенде не размещается), 10 - светодиоды, 11 - кабель USB связи между инфракрасным модулем связи, 12 - провод питания асинхронного трехфазного электродвигателя переменного тока, 13 - корпус турбины, 14 -диагностические датчики турбины. Элементы 2-8 стенда смонтированы на станине 1.
Диагностический стенд для ветряной турбины (см. Фиг. 1), включает канал передачи от источника ИК излучения, связанный с источником ИК излучения, при этом в качестве источника ИК излучения используют подшипники или обмотки турбины.
Новым является то, что стенд представляет собой станину 1, выполненную с возможностью фиксации на ней электродвигателя ветряной турбины 5 в корпусе фланцем-зажимом 4 таким образом, чтобы инфракрасный модуль связи 7, расположенный на опоре 6, зафиксированной к станине 1, находился напротив светодиодов 10 разного спектра, а индикаторы светодиодов - на внешней поверхности корпуса 13 турбины.
Сами светодиоды 10 подключены к диагностическим датчикам 14 температуры и тока, выполненных с возможностью фиксации на узлах турбины 5.
На станине 1 напротив места расположения турбины 5 установлен асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока 2, на валу которого установлена эластичная муфта 3, выполненная с возможностью соединения с валом электродвигателя ветряной турбины 5.
Электродвигатель 2 подключен к частотному регулятору через провод 12.
Частотный регулятор 8 и инфракрасный модуль связи 7 выполнены с возможностью подключения к компьютеру 9.
Инфракрасный модуль связи 7 может быть подключен по USB кабелю к компьютеру 9 или может быть подключен к компьютеру 9 по беспроводной связи (на чертеже не показано).
Частотный регулятор 8 может быть подключен к компьютеру 9 проводным способом или с возможностью управления компьютером 9 с помощью беспроводной связи (на чертеже не показано).
Индикаторы светодиодов 10 могут быть установлены на внешней поверхности корпуса 13 турбины 5 на расстоянии 100-300 мм от инфракрасного модуля связи.
Активация тех или иных светодиодов 10 осуществляется от сигналов с различных датчиков 14 (например, датчиков тока, температурных датчиков и иных требуемых), установленных на исследуемой турбине 5.
Уменьшая или увеличивая частоту вращения электродвигателя 5 происходит имитация различной скорости ветра. Инфракрасный модуль связи 7 считывает показания светодиодов 10 на корпусе турбины 5 и по USB передает их на компьютер 9 с установленным специализированным программным обеспечением (ПО). На специализированном ПО происходит контроль различных режимов работы турбины 5.
Пример работы диагностического стенда показан на различных режимах индикации световых сигналов светодиодов, представленных в таблицах 1 и 2.
Диагностический стенд для ветряной турбины используют следующим образом.
Электродвигатель ветряной турбины 5 в корпусе 13 фиксируется во фланце-зажиме 4 таким образом, чтобы инфракрасный модуль связи 7, расположенный на креплении для инфракрасного модуля 6 находился напротив светодиодов 10 разного спектра (например, зеленого, оранжевого и красного) на корпусе турбины 5, например, на расстоянии 100-300 мм. Электродвигатель ветряной турбины 5 соединяется с асинхронным трехфазным электродвигателем переменного тока 2 через эластичную муфту 3 для обеспечения плавной и бесшумной работы стенда. Обороты электродвигателя 5 плавно регулируются частотным регулятором 8 для имитации различной скорости ветра. Инфракрасный модуль связи 7 подключается по USB кабелю 11 или через беспроводную связь к компьютеру 9 с установленным специализированным программным обеспечением.
Активация тех или иных цветных светодиодов 10 осуществляется от сигналов с различных датчиков 14 (например, датчиков тока, температурных датчиков и иных требуемых), установленных на исследуемой турбине 5.
Уменьшая или увеличивая частоту вращения электродвигателя 5 обеспечивают имитацию различной скорости ветра. Инфракрасный модуль связи 7 считывает показания светодиодов 10 на корпусе 13 турбины 5 и передает их по USB кабелю 11 или беспроводным способом на компьютер 9 с установленным специализированным ПО. На специализированном ПО происходит контроль различных режимов работы турбины 5.
Пример работы диагностического стенда показан на различных режимах индикации световых сигналов светодиодов, представленных в таблицах 1 и 2.
Таким образом, на компьютере отслеживаются параметры ветряной турбины 5:
• ток заряда аккумуляторной батареи резервного блока питания кустового комплекта;
• напряжение внутреннего стабилизатора на плате контроллера ветряной турбины;
• скважность управляющих импульсов;
• количество оборотов ротора ветряной турбины;
• температуры обмотки статора ветряной турбины;
• температуры радиатора платы контроллера ветряной турбины.
В ходе проведения диагностики ветряной турбины в случае выявления отклонений в показаниях или появления неисправности, технический специалист сможет настройку или ремонт турбины и сразу провести повторную ее диагностику.
В свою очередь, вышеуказанные возможности выявления неисправностей и быстрое их устранение, позволяют в условиях максимально приближенных к реальным качественно проводить все виды диагностики ветряных турбин при входном контроле, в рамках проведения технического обслуживания, после ремонта, повысить надежность оборудования, а также минимизировать время, необходимое для диагностики и выявления отклонений от технических характеристик, заявленных заводом изготовителем.
Claims (6)
1. Диагностический стенд для ветряной турбины, включающий канал передачи от источника ИК-излучения, связанный с источником ИК-излучения, при этом в качестве источника ИК-излучения используют подшипники или обмотки турбины, отличающийся тем, что стенд представляет собой станину, выполненную с возможностью фиксации на ней электродвигателя ветряной турбины в корпусе фланцем-зажимом таким образом, чтобы инфракрасный модуль связи, расположенный на опоре, зафиксированной к станине, находился напротив светодиодов, а индикаторы светодиодов - на внешней поверхности корпуса турбины, причем сами светодиоды подключены к диагностическим датчикам температуры и тока, выполненным с возможностью фиксации на узлах турбины; на станине напротив места расположения турбины установлен асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока, на валу которого установлена эластичная муфта, выполненная с возможностью соединения с валом электродвигателя ветряной турбины, и оба электродвигателя подключены к частотному регулятору, где частотный регулятор и инфракрасный модуль связи выполнены с возможностью подключения к компьютеру.
2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что инфракрасный модуль связи подключен по USB-кабелю к компьютеру.
3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что инфракрасный модуль связи подключен к компьютеру по беспроводной связи.
4. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что частотный регулятор подключен к компьютеру проводным способом.
5. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что частотный регулятор выполнен с возможностью управления компьютером с помощью беспроводной связи.
6. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что индикаторы светодиодов установлены на внешней поверхности корпуса турбины на расстоянии 100-300 мм от инфракрасного модуля связи.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2799575C1 true RU2799575C1 (ru) | 2023-07-06 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2380696C2 (ru) * | 2007-11-12 | 2010-01-27 | ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" | Способ комплексной дефектоскопии лопаток турбомашин из никелевых сплавов |
DE102008037096A1 (de) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | Windsens Gmbh | Temperaturerfassung an einer Windenergieanlage |
EP2565444A1 (de) * | 2011-08-31 | 2013-03-06 | Wölfel Beratende Ingenieure GmbH & Co. KG | Verfarhen und Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Rotorblättern |
US9004753B1 (en) * | 2010-10-01 | 2015-04-14 | Kurion, Inc. | Infrared detection of defects in wind turbine blades |
CN110360061A (zh) * | 2018-04-09 | 2019-10-22 | 田喜桂 | 基于三维建模的风力发电机组远程监测系统 |
RU2708814C1 (ru) * | 2019-03-20 | 2019-12-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Инфракрасная волоконно-оптическая система контроля температуры ветрогенератора |
CN210127928U (zh) * | 2019-05-24 | 2020-03-06 | 李达 | 一种风场运行中的风力发电机叶片检测装置 |
CN212563538U (zh) * | 2020-04-26 | 2021-02-19 | 刘洋 | 一种用于风电机组齿轮箱及发电机位移监测装置 |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2380696C2 (ru) * | 2007-11-12 | 2010-01-27 | ООО "НПП Уралавиаспецтехнология" | Способ комплексной дефектоскопии лопаток турбомашин из никелевых сплавов |
DE102008037096A1 (de) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | Windsens Gmbh | Temperaturerfassung an einer Windenergieanlage |
US9004753B1 (en) * | 2010-10-01 | 2015-04-14 | Kurion, Inc. | Infrared detection of defects in wind turbine blades |
EP2565444A1 (de) * | 2011-08-31 | 2013-03-06 | Wölfel Beratende Ingenieure GmbH & Co. KG | Verfarhen und Vorrichtung zur Zustandsüberwachung von Rotorblättern |
CN110360061A (zh) * | 2018-04-09 | 2019-10-22 | 田喜桂 | 基于三维建模的风力发电机组远程监测系统 |
RU2708814C1 (ru) * | 2019-03-20 | 2019-12-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Инфракрасная волоконно-оптическая система контроля температуры ветрогенератора |
CN210127928U (zh) * | 2019-05-24 | 2020-03-06 | 李达 | 一种风场运行中的风力发电机叶片检测装置 |
CN212563538U (zh) * | 2020-04-26 | 2021-02-19 | 刘洋 | 一种用于风电机组齿轮箱及发电机位移监测装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7511259B2 (en) | Smart integrated distributed light-powered process control system | |
CN104374491B (zh) | 一种防爆电机转子温度测量装置及方法 | |
Ganchev et al. | Rotor temperature monitoring system | |
JP2012073257A (ja) | 電気機械部品監視システム及び方法 | |
RU2799575C1 (ru) | Диагностический стенд для ветряной турбины | |
CN101789564A (zh) | 一种用于电力开关柜触头温度检测的光纤传感器安装结构 | |
CN203822543U (zh) | 一种新型的风力发电机组的监控系统 | |
Wróblewski et al. | A multichannel measurement system for online turbogenerator vibration diagnostics | |
CN106168511A (zh) | 一种具有测温功能的高压电缆插拔头 | |
CN109253806A (zh) | 一种电机转子非接触式测温装置 | |
CN204286635U (zh) | 一种防爆电机转子温度测量装置 | |
CN207528349U (zh) | 一种发电机转子温度监测装置 | |
RU2015155533A (ru) | Измерение температуры на потенциале высокого напряжения | |
CN209342261U (zh) | 一种电机转子测温装置 | |
Du-Bar et al. | Design of an online temperature monitoring system for an experimental IPMSM | |
CN207163574U (zh) | 光纤光谱仪 | |
CN107764403A (zh) | 一种发电机转子温度监测方法 | |
Werneck et al. | Optical fiber sensors | |
Floriduz et al. | Wireless temperature sensing in electrical motors with XBee modules | |
RU137374U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство для измерения распределения температуры | |
CN204373817U (zh) | 一种防爆电机转子应力测量装置 | |
CN209148153U (zh) | 一种电机转子非接触式测温装置 | |
CN104374503A (zh) | 一种防爆电机转子应力测量装置及测量方法 | |
RU2708814C1 (ru) | Инфракрасная волоконно-оптическая система контроля температуры ветрогенератора | |
CN203132737U (zh) | 一种基于fbg的新型电力电缆导体温度测量传感器 |