監測風場葉片振動的裝置和葉片的制作方法
【專利摘要】本實用新型是一種監測風場葉片振動的裝置和葉片。所述裝置具體是監測風輪葉片在實際運行環境中的振動狀態，并獲取其振動信號的監測裝置。該裝置為在風輪葉片前后緣自最大弦長位置開始均勻粘貼數個無線傳感器，無線傳感器采集到信號傳送到振動監測器并存儲起來，振動監測器與計算機連接。本實用新型中的無線傳感器粘貼位置和數量可隨測試葉片的不同型號進行相應調整，具有安裝簡單、測試方便、獲取數據及時準確等優點，利用所采集的數據為風場葉片實際運行狀態的測試分析和故障診斷提供重要依據。
【專利說明】監測風場葉片振動的裝置和葉片
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種監測風場葉片振動的裝置，屬于新能源技術應用領域，主要用于監測風力機的葉片的振動狀況；
[0002]本實用新型還涉及一種使用了上述裝置的葉片，其振動狀況能更好的被監測。
【背景技術】
[0003]風輪葉片是風力發電機組的重要組成部分，葉片質量的好壞直接關系著機組運行的安全性。隨著機組容量不斷增大，葉片的長度也越來越長，葉尖撓度也變得越大。葉片在旋轉過程中受到大氣邊界層的剪切風、隨機陣風、塔影效應、變槳、偏航、氣動的不平衡、葉片本身彈性恢復等因素影響，形成了復雜的激振源，由此引發的多因素的結構耦合振動越發引起重視。當風輪葉片的振動和風力發電機組的振動產生共振后，會對葉片和機組都會產生不同的影響，不僅在一定程度上影響發電量，甚至還會導致安全隱患，所以就需要工作人員及時掌握相關的情況，將問題及時處理。但目前，風電行業內還沒有對風場葉片實際運行狀態下的振動情況進行監測。因此，市場急需一種既高效、可靠又經濟、實用的監測風場葉片振動的裝置。
[0004]同時，鑒于上述情況，目前風電行業的風場葉片的振動狀況難以被監測，因此，市場亦急需一種既高效、可靠又經濟、實用的，尤其是振動狀況易于被監測的風場葉片。
【發明內容】
[0005]本實用新型的主要目的在于提供既高效、可靠，又經濟、實用的監測風場葉片振動的裝置，以解決上述問題。
[0006]本實用新型的另一目的在于提供一種葉片，該葉片使用了上述監測風場葉片振動的裝置。
[0007]本實用新型采用的主要技術方案是:
[0008]提供一種監測風場葉片振動的裝置(簡稱為振動監測裝置)，其包括:
[0009]多個無線傳感器，設于葉片轉動時的迎風緣和/或背風緣以感測葉片的振動信號；以及
[0010]振動監測器，與無線傳感器通信連接，接收無線傳感器傳回的振動信號并分析處理以監測葉片的振動狀況；
[0011]其中，葉片的振動狀況為葉片的揮舞、擺振振動和扭轉振動狀況中的任一種或幾種。
[0012]所述無線傳感器為加速度傳感器。
[0013]所述無線傳感器可以自葉片的最大弦長位置開始向葉尖方向布置。
[0014]優選為，設置的所述無線傳感器截止于葉片長度的70%處。
[0015]優選為，設于迎風緣和/或背風緣的所述無線傳感器均勻布置。
[0016]其中，前緣與后緣的無線傳感器為對稱設置或交錯設置。[0017]優選為，所述無線傳感器的數量可以為4個、8個、14個或16個。
[0018]優選為,前緣設2個、4個、7個或8個,后緣設2個、4個、7個或8個。
[0019]本實用新型還提供了一種葉片，所述葉片設有多個無線傳感器，所述多個無線傳感器的全部或部分，設于葉片轉動時的迎風緣和/或背風緣以感測葉片的振動信號。所述無線傳感器能夠將監測得到的振動信號無線傳輸至相應接收裝置。
[0020]其中，葉片的振動信號為，可以直接或者經分析后，得知葉片的揮舞、擺振振動和扭轉振動狀況中的任一種或幾種振動狀況的振動信號。
[0021 ] 所述無線傳感器為加速度傳感器。相應的，所述振動信號的類型為電壓型。
[0022]所述無線傳感器可以設于葉片的最大弦長位置至葉尖之間。
[0023]優選為，所述無線傳感器均勻布置設于所述無線傳感器的迎風緣(亦稱為前緣)和/或背風緣(亦稱為后緣)。
[0024]其中，所述無線傳感器在前緣與后緣的設置位置為對稱或交錯。
[0025]優選為，所述無線傳感器的數量可以為4個、8個、14個或16個。
[0026]優選為，前緣設2個、4個、7個或8個，后緣設2個、4個、7個或8個。
[0027]所述無線傳感器可以粘貼于葉片表面。
[0028]所述無線傳感器設有電池。
[0029]本實用新型的有益效果是:
[0030]本實用新型的振動監測裝置，通過數個無線傳感器對風輪葉片的振動狀況進行監測，尤其是所述的無線傳感器可以自最大弦長位置開始均勻粘貼在風輪葉片的前后緣，不僅能監測到葉片的揮舞和擺振振動，而且還能監測到葉片的扭轉振動，如此獲得的振動信號更貼近真實工況，并且，葉片振型能更加清晰的展現出來，使監控人員能夠比較清楚的監測到葉片的振動狀況，有利于風場葉片實際運行狀態的測試分析和故障診斷；并且，所述的無線傳感器粘貼位置可隨測試葉片的不同型號進行相應調整，具有安裝簡單、測試方便、獲取數據及時準確等優點。
[0031]本實用新型的葉片，由于在前后緣設有數個無線傳感器，尤其是所述的無線傳感器可以自最大弦長位置開始均勻粘貼，使得葉片的振動狀況易于監測，其中，不僅葉片的揮舞和擺振振動易于監測，而且葉片的扭轉振動也易于監測，如此獲得的振動信號更貼近真實工況，并且，葉片振型能更加清晰的展現出來，使監控人員能夠比較清楚的監測到葉片的振動狀況，有利于對葉片實際運行狀態的測試分析和故障診斷；并且，葉片的型號不同時，只需簡單的相應調整所述無線傳感器的粘貼位置和粘貼數量，既可以實現準確的監測，具有安裝簡單、測試方便、獲取數據及時準確等優點，而且，該種方式不會顯著提高監測的成本，而且效果顯著。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為本實用新型的振動監測裝置一個實施例的系統結構示意圖；
[0033]圖2為本實用新型的葉片的一個實施例的示意圖；
[0034]圖3為本實用新型的葉片的一個實施例的示意圖；
[0035]圖4為本實用新型的葉片的一個實施例的示意圖；
[0036]圖5a、圖5b和圖5c為本實用新型的葉片的一個實施例監測得到的一個振動周期的振型圖(4個無線傳感器的擺振一階振型圖，其中，圖5a為該振動周期中的一個極限位置示意圖，圖5b為該振動周期中的原始平衡位置示意圖，圖5c為該振動周期中的另一個極限位置示意圖)；
[0037]圖6a、圖6b、圖6c為本實用新型的葉片的一個實施例監測得到的振型圖(8個無線傳感器，其中，圖6a為揮舞一階振型圖的一個位置的示意圖，圖6b為擺振一階振型圖的一個位置的示意圖，圖6c為扭轉一階振型圖的一個位置的示意圖)；
[0038]圖7a、圖7b為本實用新型的葉片的一個實施例監測得到的振型圖(14個無線傳感器，其中，圖7a為揮舞一階振型圖的一個位置的示意圖，圖7b為扭轉一階振型圖的一個位置的示意圖)。
【具體實施方式】
[0039]為使本實用新型的技術手段、創作特征和實施方式易于明白了解，下面結合具體的實施方式，進一步闡述本實用新型。
[0040]參見圖1，本實用新型的一種監測風場葉片振動的裝置，包括若干個無線傳感器
1、一個振動監測器2和一臺計算機3。
[0041]其中，無線傳感器1、振動監測器2和計算機3構成一個監測系統。
[0042]所述無線傳感器I設于風輪葉片(也稱為風場葉片、或簡稱為葉片)上，以感測風輪葉片的振動信號，并無線傳輸至振動監測器2，由振動監測器2對振動信號進行分析、處理，實現對風輪葉片的振動監測。
[0043]所述無線傳感器I可以設于葉片轉動時的迎風緣和/或背風緣以感測葉片的振動信號；所述振動監測器2，與各個無線傳感器I無線通信連接，可以接收各個無線傳感器I傳回的振動信號并分析處理以監測葉片的振動狀況；其中，葉片的振動狀況可以為葉片的揮舞、擺振振動和扭轉振動狀況中的任一種或幾種。
[0044]所述無線傳感器I可以為加速度傳感器，以監測風輪葉片的電壓型振動信號。
[0045]所述振動監測器2與無線傳感器I無線連接，為了對無線傳感器I感測的振動信號接收并進行處理，所述振動監測器包括信號采集模塊21和信號分析模塊25。信號采集模塊21接收振動信號，信號采集模塊21接收的振動信號，通過信號分析模塊25進行處理和分析。
[0046]所述振動監測器2還包括依次連接的模擬信號放大電路22、抗混疊濾波電路23和數模轉換電路24，設于信號采集模塊21和信號分析模塊25之間對信號采集模塊21接收到的振動信號進行預處理，經信號分析模塊25處理后輸出的信號為葉片的振動頻率和/或振型。
[0047]無線傳感器I采集到的信號傳送到振動監測器2并進行處理放大、抗混疊濾波等過程，最終轉換為可處理的離散數字信號，通過信號分析模塊25進行分析。根據振動的頻率變化判斷葉片運行狀況是否良好，通過振型的突變找出葉片出現問題的位置，方便客戶及時找出故障原因以便解決。
[0048]為了便于操作、控制，還包括與振動監測器2連接的計算機3。
[0049]參見圖2，本實用新型的一種葉片10，設有數個無線傳感器I。
[0050]數個所述無線傳感器I分布于風輪葉片前緣(葉片轉動時的迎風緣)和后緣(葉片轉動時的背風緣)。
[0051]所述無線傳感器I可以采用粘貼方式固定于葉片表面。
[0052]所述無線傳感器I在風輪葉片上的粘貼位置和數量可隨風輪葉片的不同型號進行相應調整。
[0053]例如，當風輪葉片型號為750kW或850kW時，無線傳感器I的數量為4個，其中，前緣設2個，后緣設2個；
[0054]當風輪葉片型號為1.5麗時，無線傳感器I的數量為8個，其中，前緣設4個，后緣設4個；
[0055]當風輪葉片型號為2.0MW時，無線傳感器I的數量為14個，其中，前緣設7個，后緣設7個；
[0056]當風輪葉片型號為2.5MW時，無線傳感器I的數量為16個，其中，前緣設8個，后緣設8個。
[0057]不同型號的葉片的長度、剛度等不同，其振動振型也不同。
[0058]上述各種型號的風輪葉片設置相應數量的無線傳感器I時，其監測所得的振型如圖5a、圖5b、圖5c、圖6a、圖6b、圖6c、圖7a、圖7b所示。
[0059]其中，前緣與后緣的無線傳感器I為對稱設置(如圖2所示)或交錯設置(如圖3所示)，還可以部分交錯設置，部分對稱設置，例如，前緣的數量與后緣的數量不等時。
[0060]所述無線傳感器I可以自葉片的最大弦長位置開始向葉尖方向布置(如圖2所示)。
[0061]葉片的最大弦長位置是葉片相對薄弱的區域，監測這個區域的振動狀況顯得格外重要。
[0062]而且，無線傳感器I粘貼在葉片前/后緣，不僅能監測到葉片的揮舞和擺振振動，而且能監測到葉片的扭轉振動，獲得的振動信號更好，葉片振型能夠更加清晰的展現出來，使監控人員能夠比較清楚的監測到葉片的振動狀況。
[0063]并且，監測該區域的振動信號相較于監測其他區域的振動信號而言，所得的葉片的振動狀況與實際工況更為貼近。
[0064]通常，局部所分布的無線傳感器I的數量越多，其振動越容易監測，監測結果也越準確。
[0065]優選為，設于迎風緣和/或背風緣的所述無線傳感器均勻布置。
[0066]通常，所述無線傳感器I自身配備有工作電池。
[0067]所述無線傳感器能夠將監測得到的振動信號無線傳輸至相應接收裝置。例如，所述無線傳感器I可以與振動監測器2無線連接(如圖4所示)。
[0068]本實用新型的葉片可以應用于各種風力機，并可以與各種無線接收裝置相配合使用，以實現對葉片振動的監測。
[0069]本實用新型的振動監測裝置結構簡單，易于實現，且對振動狀況的監測更貼近于實際工況，應用了該振動監測裝置的葉片，其振動狀況能更準確的達至監控人員或監控設備，在不增加成本的情況下顯著提高了監控效果。
【權利要求】
1.一種監測風場葉片振動的裝置，其特征在于，包括: 多個無線傳感器，設于葉片轉動時的迎風緣和/或背風緣以感測葉片的振動信號；以及 振動監測器，與無線傳感器通信連接，接收無線傳感器傳回的振動信號并分析處理以監測葉片的振動狀況； 其中，葉片的振動狀況為葉片的揮舞、擺振振動和扭轉振動狀況中的任一種或幾種。
2.如權利要求1所述的監測風場葉片振動的裝置，其特征在于:所述無線傳感器為加速度傳感器。
3.如權利要求1所述的監測風場葉片振動的裝置，其特征在于:所述無線傳感器自葉片的最大弦長位置開始向葉尖方向布置，截止于葉片長度的70%處。
4.如權利要求1所述的監測風場葉片振動的裝置，其特征在于:設于迎風緣和/或背風緣的所述無線傳感器均勻布置。
5.如權利要求1所述的監測風場葉片振動的裝置，其特征在于:所述無線傳感器的數量為4個、8個、14個或16個,其中，前緣設2個、4個、7個或8個,后緣設2個、4個、7個或8個，前緣與后緣的無線傳感器為對稱設置或交錯設置。
6.如權利要求1所述的監測風場葉片振動的裝置，其特征在于:所述無線傳感器粘貼于葉片表面。
7.如權利要求1所述的監測風場葉片振動的裝置，其特征在于:所述無線傳感器設有電池。
8.如權利要求1所述的監測風場葉片振動的裝置，其特征在于:所述振動監測器包括接收振動信號的信號采集模塊和對信號采集模塊接收到的振動信號進行處理和分析的信號分析模塊。
9.如權利要求8所述的監測風場葉片振動的裝置，其特征在于:所述振動監測器還包括依次連接的模擬信號放大電路、抗混疊濾波電路和數模轉換電路，設于信號采集模塊和信號分析模塊之間對信號采集模塊接收到的振動信號進行預處理，經信號分析模塊處理后輸出的信號為葉片的振動頻率和/或振型。
10.如權利要求1所述的監測風場葉片振動的裝置，其特征在于:還包括計算機，與振動監測器連接。
11.一種葉片，其特征在于，所述葉片轉動時的迎風緣和/或背風緣設有無線傳感器，所述無線傳感器為權利要求1-10中的任一種監測風場葉片振動的裝置中的所述無線傳感器。
【文檔編號】G01H1/00GK203432674SQ201320477728
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月6日 優先權日:2013年8月6日
【發明者】肖獻偉, 邢曉坡, 王建英, 南洋, 李文強, 楊聰聰 申請人:中航惠騰風電設備股份有限公司