监测风场叶片振动的装置和叶片的制作方法
【专利摘要】本实用新型是一种监测风场叶片振动的装置和叶片。所述装置具体是监测风轮叶片在实际运行环境中的振动状态，并获取其振动信号的监测装置。该装置为在风轮叶片前后缘自最大弦长位置开始均匀粘贴数个无线传感器，无线传感器采集到信号传送到振动监测器并存储起来，振动监测器与计算机连接。本实用新型中的无线传感器粘贴位置和数量可随测试叶片的不同型号进行相应调整，具有安装简单、测试方便、获取数据及时准确等优点，利用所采集的数据为风场叶片实际运行状态的测试分析和故障诊断提供重要依据。
【专利说明】监测风场叶片振动的装置和叶片
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种监测风场叶片振动的装置，属于新能源技术应用领域，主要用于监测风力机的叶片的振动状况；
[0002]本实用新型还涉及一种使用了上述装置的叶片，其振动状况能更好的被监测。
【背景技术】
[0003]风轮叶片是风力发电机组的重要组成部分，叶片质量的好坏直接关系着机组运行的安全性。随着机组容量不断增大，叶片的长度也越来越长，叶尖挠度也变得越大。叶片在旋转过程中受到大气边界层的剪切风、随机阵风、塔影效应、变桨、偏航、气动的不平衡、叶片本身弹性恢复等因素影响，形成了复杂的激振源，由此引发的多因素的结构耦合振动越发引起重视。当风轮叶片的振动和风力发电机组的振动产生共振后，会对叶片和机组都会产生不同的影响，不仅在一定程度上影响发电量，甚至还会导致安全隐患，所以就需要工作人员及时掌握相关的情况，将问题及时处理。但目前，风电行业内还没有对风场叶片实际运行状态下的振动情况进行监测。因此，市场急需一种既高效、可靠又经济、实用的监测风场叶片振动的装置。
[0004]同时，鉴于上述情况，目前风电行业的风场叶片的振动状况难以被监测，因此，市场亦急需一种既高效、可靠又经济、实用的，尤其是振动状况易于被监测的风场叶片。
【发明内容】
[0005]本实用新型的主要目的在于提供既高效、可靠，又经济、实用的监测风场叶片振动的装置，以解决上述问题。
[0006]本实用新型的另一目的在于提供一种叶片，该叶片使用了上述监测风场叶片振动的装置。
[0007]本实用新型采用的主要技术方案是:
[0008]提供一种监测风场叶片振动的装置(简称为振动监测装置)，其包括:
[0009]多个无线传感器，设于叶片转动时的迎风缘和/或背风缘以感测叶片的振动信号；以及
[0010]振动监测器，与无线传感器通信连接，接收无线传感器传回的振动信号并分析处理以监测叶片的振动状况；
[0011]其中，叶片的振动状况为叶片的挥舞、摆振振动和扭转振动状况中的任一种或几种。
[0012]所述无线传感器为加速度传感器。
[0013]所述无线传感器可以自叶片的最大弦长位置开始向叶尖方向布置。
[0014]优选为，设置的所述无线传感器截止于叶片长度的70%处。
[0015]优选为，设于迎风缘和/或背风缘的所述无线传感器均匀布置。
[0016]其中，前缘与后缘的无线传感器为对称设置或交错设置。[0017]优选为，所述无线传感器的数量可以为4个、8个、14个或16个。
[0018]优选为,前缘设2个、4个、7个或8个,后缘设2个、4个、7个或8个。
[0019]本实用新型还提供了一种叶片，所述叶片设有多个无线传感器，所述多个无线传感器的全部或部分，设于叶片转动时的迎风缘和/或背风缘以感测叶片的振动信号。所述无线传感器能够将监测得到的振动信号无线传输至相应接收装置。
[0020]其中，叶片的振动信号为，可以直接或者经分析后，得知叶片的挥舞、摆振振动和扭转振动状况中的任一种或几种振动状况的振动信号。
[0021 ] 所述无线传感器为加速度传感器。相应的，所述振动信号的类型为电压型。
[0022]所述无线传感器可以设于叶片的最大弦长位置至叶尖之间。
[0023]优选为，所述无线传感器均匀布置设于所述无线传感器的迎风缘(亦称为前缘)和/或背风缘(亦称为后缘)。
[0024]其中，所述无线传感器在前缘与后缘的设置位置为对称或交错。
[0025]优选为，所述无线传感器的数量可以为4个、8个、14个或16个。
[0026]优选为，前缘设2个、4个、7个或8个，后缘设2个、4个、7个或8个。
[0027]所述无线传感器可以粘贴于叶片表面。
[0028]所述无线传感器设有电池。
[0029]本实用新型的有益效果是:
[0030]本实用新型的振动监测装置，通过数个无线传感器对风轮叶片的振动状况进行监测，尤其是所述的无线传感器可以自最大弦长位置开始均匀粘贴在风轮叶片的前后缘，不仅能监测到叶片的挥舞和摆振振动，而且还能监测到叶片的扭转振动，如此获得的振动信号更贴近真实工况，并且，叶片振型能更加清晰的展现出来，使监控人员能够比较清楚的监测到叶片的振动状况，有利于风场叶片实际运行状态的测试分析和故障诊断；并且，所述的无线传感器粘贴位置可随测试叶片的不同型号进行相应调整，具有安装简单、测试方便、获取数据及时准确等优点。
[0031]本实用新型的叶片，由于在前后缘设有数个无线传感器，尤其是所述的无线传感器可以自最大弦长位置开始均匀粘贴，使得叶片的振动状况易于监测，其中，不仅叶片的挥舞和摆振振动易于监测，而且叶片的扭转振动也易于监测，如此获得的振动信号更贴近真实工况，并且，叶片振型能更加清晰的展现出来，使监控人员能够比较清楚的监测到叶片的振动状况，有利于对叶片实际运行状态的测试分析和故障诊断；并且，叶片的型号不同时，只需简单的相应调整所述无线传感器的粘贴位置和粘贴数量，既可以实现准确的监测，具有安装简单、测试方便、获取数据及时准确等优点，而且，该种方式不会显著提高监测的成本，而且效果显著。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本实用新型的振动监测装置一个实施例的系统结构示意图；
[0033]图2为本实用新型的叶片的一个实施例的示意图；
[0034]图3为本实用新型的叶片的一个实施例的示意图；
[0035]图4为本实用新型的叶片的一个实施例的示意图；
[0036]图5a、图5b和图5c为本实用新型的叶片的一个实施例监测得到的一个振动周期的振型图(4个无线传感器的摆振一阶振型图，其中，图5a为该振动周期中的一个极限位置示意图，图5b为该振动周期中的原始平衡位置示意图，图5c为该振动周期中的另一个极限位置示意图)；
[0037]图6a、图6b、图6c为本实用新型的叶片的一个实施例监测得到的振型图(8个无线传感器，其中，图6a为挥舞一阶振型图的一个位置的示意图，图6b为摆振一阶振型图的一个位置的示意图，图6c为扭转一阶振型图的一个位置的示意图)；
[0038]图7a、图7b为本实用新型的叶片的一个实施例监测得到的振型图(14个无线传感器，其中，图7a为挥舞一阶振型图的一个位置的示意图，图7b为扭转一阶振型图的一个位置的示意图)。
【具体实施方式】
[0039]为使本实用新型的技术手段、创作特征和实施方式易于明白了解，下面结合具体的实施方式，进一步阐述本实用新型。
[0040]参见图1，本实用新型的一种监测风场叶片振动的装置，包括若干个无线传感器
1、一个振动监测器2和一台计算机3。
[0041]其中，无线传感器1、振动监测器2和计算机3构成一个监测系统。
[0042]所述无线传感器I设于风轮叶片(也称为风场叶片、或简称为叶片)上，以感测风轮叶片的振动信号，并无线传输至振动监测器2，由振动监测器2对振动信号进行分析、处理，实现对风轮叶片的振动监测。
[0043]所述无线传感器I可以设于叶片转动时的迎风缘和/或背风缘以感测叶片的振动信号；所述振动监测器2，与各个无线传感器I无线通信连接，可以接收各个无线传感器I传回的振动信号并分析处理以监测叶片的振动状况；其中，叶片的振动状况可以为叶片的挥舞、摆振振动和扭转振动状况中的任一种或几种。
[0044]所述无线传感器I可以为加速度传感器，以监测风轮叶片的电压型振动信号。
[0045]所述振动监测器2与无线传感器I无线连接，为了对无线传感器I感测的振动信号接收并进行处理，所述振动监测器包括信号采集模块21和信号分析模块25。信号采集模块21接收振动信号，信号采集模块21接收的振动信号，通过信号分析模块25进行处理和分析。
[0046]所述振动监测器2还包括依次连接的模拟信号放大电路22、抗混叠滤波电路23和数模转换电路24，设于信号采集模块21和信号分析模块25之间对信号采集模块21接收到的振动信号进行预处理，经信号分析模块25处理后输出的信号为叶片的振动频率和/或振型。
[0047]无线传感器I采集到的信号传送到振动监测器2并进行处理放大、抗混叠滤波等过程，最终转换为可处理的离散数字信号，通过信号分析模块25进行分析。根据振动的频率变化判断叶片运行状况是否良好，通过振型的突变找出叶片出现问题的位置，方便客户及时找出故障原因以便解决。
[0048]为了便于操作、控制，还包括与振动监测器2连接的计算机3。
[0049]参见图2，本实用新型的一种叶片10，设有数个无线传感器I。
[0050]数个所述无线传感器I分布于风轮叶片前缘(叶片转动时的迎风缘)和后缘(叶片转动时的背风缘)。
[0051]所述无线传感器I可以采用粘贴方式固定于叶片表面。
[0052]所述无线传感器I在风轮叶片上的粘贴位置和数量可随风轮叶片的不同型号进行相应调整。
[0053]例如，当风轮叶片型号为750kW或850kW时，无线传感器I的数量为4个，其中，前缘设2个，后缘设2个；
[0054]当风轮叶片型号为1.5丽时，无线传感器I的数量为8个，其中，前缘设4个，后缘设4个；
[0055]当风轮叶片型号为2.0MW时，无线传感器I的数量为14个，其中，前缘设7个，后缘设7个；
[0056]当风轮叶片型号为2.5MW时，无线传感器I的数量为16个，其中，前缘设8个，后缘设8个。
[0057]不同型号的叶片的长度、刚度等不同，其振动振型也不同。
[0058]上述各种型号的风轮叶片设置相应数量的无线传感器I时，其监测所得的振型如图5a、图5b、图5c、图6a、图6b、图6c、图7a、图7b所示。
[0059]其中，前缘与后缘的无线传感器I为对称设置(如图2所示)或交错设置(如图3所示)，还可以部分交错设置，部分对称设置，例如，前缘的数量与后缘的数量不等时。
[0060]所述无线传感器I可以自叶片的最大弦长位置开始向叶尖方向布置(如图2所示)。
[0061]叶片的最大弦长位置是叶片相对薄弱的区域，监测这个区域的振动状况显得格外重要。
[0062]而且，无线传感器I粘贴在叶片前/后缘，不仅能监测到叶片的挥舞和摆振振动，而且能监测到叶片的扭转振动，获得的振动信号更好，叶片振型能够更加清晰的展现出来，使监控人员能够比较清楚的监测到叶片的振动状况。
[0063]并且，监测该区域的振动信号相较于监测其他区域的振动信号而言，所得的叶片的振动状况与实际工况更为贴近。
[0064]通常，局部所分布的无线传感器I的数量越多，其振动越容易监测，监测结果也越准确。
[0065]优选为，设于迎风缘和/或背风缘的所述无线传感器均匀布置。
[0066]通常，所述无线传感器I自身配备有工作电池。
[0067]所述无线传感器能够将监测得到的振动信号无线传输至相应接收装置。例如，所述无线传感器I可以与振动监测器2无线连接(如图4所示)。
[0068]本实用新型的叶片可以应用于各种风力机，并可以与各种无线接收装置相配合使用，以实现对叶片振动的监测。
[0069]本实用新型的振动监测装置结构简单，易于实现，且对振动状况的监测更贴近于实际工况，应用了该振动监测装置的叶片，其振动状况能更准确的达至监控人员或监控设备，在不增加成本的情况下显著提高了监控效果。
【权利要求】
1.一种监测风场叶片振动的装置，其特征在于，包括: 多个无线传感器，设于叶片转动时的迎风缘和/或背风缘以感测叶片的振动信号；以及 振动监测器，与无线传感器通信连接，接收无线传感器传回的振动信号并分析处理以监测叶片的振动状况； 其中，叶片的振动状况为叶片的挥舞、摆振振动和扭转振动状况中的任一种或几种。
2.如权利要求1所述的监测风场叶片振动的装置，其特征在于:所述无线传感器为加速度传感器。
3.如权利要求1所述的监测风场叶片振动的装置，其特征在于:所述无线传感器自叶片的最大弦长位置开始向叶尖方向布置，截止于叶片长度的70%处。
4.如权利要求1所述的监测风场叶片振动的装置，其特征在于:设于迎风缘和/或背风缘的所述无线传感器均匀布置。
5.如权利要求1所述的监测风场叶片振动的装置，其特征在于:所述无线传感器的数量为4个、8个、14个或16个,其中，前缘设2个、4个、7个或8个,后缘设2个、4个、7个或8个，前缘与后缘的无线传感器为对称设置或交错设置。
6.如权利要求1所述的监测风场叶片振动的装置，其特征在于:所述无线传感器粘贴于叶片表面。
7.如权利要求1所述的监测风场叶片振动的装置，其特征在于:所述无线传感器设有电池。
8.如权利要求1所述的监测风场叶片振动的装置，其特征在于:所述振动监测器包括接收振动信号的信号采集模块和对信号采集模块接收到的振动信号进行处理和分析的信号分析模块。
9.如权利要求8所述的监测风场叶片振动的装置，其特征在于:所述振动监测器还包括依次连接的模拟信号放大电路、抗混叠滤波电路和数模转换电路，设于信号采集模块和信号分析模块之间对信号采集模块接收到的振动信号进行预处理，经信号分析模块处理后输出的信号为叶片的振动频率和/或振型。
10.如权利要求1所述的监测风场叶片振动的装置，其特征在于:还包括计算机，与振动监测器连接。
11.一种叶片，其特征在于，所述叶片转动时的迎风缘和/或背风缘设有无线传感器，所述无线传感器为权利要求1-10中的任一种监测风场叶片振动的装置中的所述无线传感器。
【文档编号】G01H1/00GK203432674SQ201320477728
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】肖献伟, 邢晓坡, 王建英, 南洋, 李文强, 杨聪聪 申请人:中航惠腾风电设备股份有限公司