一种叶轮状态监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种叶轮状态监测系统，叶轮包括：多个叶片与轮毂，其中，所述叶轮状态监测系统包括：设置在所述多个叶片中的每一个叶片上的至少一个第一振动传感器以及设置在所述轮毂内的状态监测数据采集器，所述至少一个第一振动传感器与所述状态监测数据采集器电连接。本实用新型实施例过在叶片与轮毂处设置振动传感器对叶轮的状态进行监测，从而可以对故障进行提前预警，或者，当故障较轻时采取补救措施，进而降低了风机运行维护成本。
【专利说明】一种叶轮状态监测系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及风电【技术领域】，尤其涉及一种叶轮状态监测系统。
【背景技术】
[0002] 风力发电机组的叶轮部分主要包括叶片和轮毂，叶片是风力发电机的吸取风能的 部件，轮毂是用于安装叶片以及风机变桨机构的部件。从整机动力学和载荷分析，叶轮（包 括叶片）部分承受着整机90%以上的载荷，受力复杂，环境工况恶劣，尤其是叶片，是受力 最复杂的部件，叶片不停的旋转，载荷具有交变性和随机性，各种激振力都是通过叶片传递 出去。风力发电机组的叶轮部分在风机运行过程中不停地旋转，同时叶片随风速的大小进 行变桨，这对于信号传输和采集都是不利的，并且，现有技术尚未对叶轮部分没有可靠的方 法进行实时监测。 实用新型内容
[0003] 本实用新型的实施例提供一种叶轮状态监测系统，实现对叶轮部分进行实时监 测，降低风机运行维护成本。
[0004] 为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
[0005] -种叶轮状态监测系统，叶轮包括：多个叶片与轮毂，该叶轮状态监测系统包括： 设置在所述多个叶片中的每一个叶片上的至少一个第一振动传感器、设置在所述轮毂内的 第二振动传感器以及设置在所述轮毂内的状态监测数据采集器，所述至少一个第一振动传 感器、所述第二振动传感器与所述状态监测数据采集器电连接。
[0006] 进一步地，所述叶轮状态监测系统还包括：设置在所述轮毂内的第二振动传感器， 所述第二振动传感器与所述状态监测数据采集器电连接。
[0007] 优选地，所述至少一个第一振动传感器具体为一个三向振动传感器，所述三向振 动传感器粘贴在距离所述叶片的叶根1/3叶片长度处或者所述叶片的最大弦长处。
[0008] 优选地，所述至少一个第一振动传感器具体为两个单向振动传感器，所述两个单 向振动传感器粘贴在距离所述叶片的叶根1/3叶片长度处或者所述叶片的最大弦长处，并 粘贴在所述叶片的两个侧面上。
[0009] 优选地，所述至少一个第一振动传感器具体为一个两向振动传感器，所述两向振 动传感器粘贴在距离所述叶片的叶根1/3叶片长度处或者所述叶片的最大弦长处。
[0010] 优选地，所述状态监测数据采集器固定在所述轮毂的中心处。
[0011] 优选地，所述第二振动传感器粘贴在所述轮毂的最大圆内侧。
[0012] 进一步地，所述至少一个第一振动传感器与所述状态监测数据采集器通过抗扭电 缆电连接。
[0013] 优选地，所述抗扭电缆在所述叶片中按曲线型走线。
[0014] 进一步地，所述叶轮状态监测系统还包括弹性机构，所述弹性机构固定在所述叶 片与所述轮毂的连接处。
[0015] 优选地，所述抗扭电缆缠绕在所述弹性机构上。
[0016] 进一步地，所述叶轮状态监测系统还包括：数据接收器，与所述状态监测数据采集 器电连接。
[0017] 进一步地，所述数据接收器包括：滤波电路与无线信号发射模块，所述滤波电路与 所述状态监测数据采集器电连接，所述无线信号发射模块与所述滤波电路电连接。
[0018] 本发明实用新型实施例提供的叶轮状态监测系统，通过在叶片处设置第一振动传 感器，在轮毂处设置第二振动传感器分别对叶片与轮毂的状态进行监测，从而可以对故障 进行提前预警，或者，当故障较轻时采取补救措施，进而降低了风机运行维护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型一个实施例提供的叶轮状态监测系统的电路结构图。
[0020] 图2为本实用新型又一个实施例提供的叶轮状态监测系统的电路结构图。
[0021] 图3为图2所示实施例安装在叶轮上的主视图。
[0022] 图4为图2所示实施例安装在叶轮上的右视图。
[0023] 图5为本实用新型又一个实施例提供的叶轮状态监测系统的结构示意图。
[0024] 附图标号说明：
[0025] 10-叶片；20-轮毂；111-第一振动传感器；112-第一振动传感器；113-第二振动 传感器；12-状态监测数据采集器；13-数据接收器；131-滤波电路；132-无线信号发射模 块；14-抗扭电缆；15-弹性机构；16-机组机舱控制柜；17-用户设备。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本实用新型实施例提供的叶轮状态监测系统进行详细描述。
[0027] 图1为本实用新型一个实施例提供的叶轮状态监测系统的电路结构图，如图1所 不，叶轮状态监测系统包括：至少一个第一振动传感器（例如，第一振动传感器111、第一振 动传感器112)、第二振动传感器113、状态监测数据采集器12,第一振动传感器111、第一振 动传感器112、第二振动传感器113与状态监测数据采集器12电连接，第二振动传感器113 与状态监测数据采集器12均设置在轮毂内，第一振动传感器111、第一振动传感器112具体 设置在同一个叶片上。
[0028] 本实用新型实施例提供的叶轮状态监测系统，通过在叶片与轮毂处设置振动传感 器（具体地，第一振动传感器111、第一振动传感器112、第二振动传感器113)对叶轮的状 态进行监测，从而可以对故障进行提前预警，或者，当故障较轻时采取补救措施，进而降低 了风机运行维护成本。
[0029] 本领域技术人员可以理解的是，还可以仅通过在多个叶片中的每一个叶片上设置 至少第一振动传感器，通过至少一个第一振动传感器获取叶片的振动数据，并对叶片的振 动状态进行实时监测。或者，还可以仅通过在轮毂内设置第二振动传感器获取轮毂的振动 数据，从而对轮毂的振动状态进行实时监测。
[0030] 进一步地，在上述图1所示实施例中，第一振动传感器111、第一振动传感器112具 体可以为三向振动传感器，也可以为两向振动传感器；若为三向振动传感器，则叶片上可以 仅粘贴第一振动传感器111或者第一振动传感器112,或者第一振动传感器111与第一振 动传感器112均粘贴在叶片上，若第一振动传感器111与第一振动传感器112均粘贴在叶 片上，则第一振动传感器111、第一振动传感器112可以分别粘贴在距离叶片的叶根1/3叶 片长度处以及叶片的最大弦长处，例如，叶片长度为90厘米，则第一振动传感器111、第一 振动传感器112中的一个振动传感器可以粘贴在叶片上距离叶根30厘米处，由于在距离叶 片的叶根1/3叶片长度处，该振动传感器可以获取到来自叶根与叶片中间位置处的振动数 据，因此本实用新型实施例可以避免在叶根与叶片中间位置处分别粘贴振动传感器来获取 这两处的振动数据，减少了振动传感器的使用数量，从而可以降低成本；另外一个振动传感 器粘贴在叶片的最大弦长处，由于叶片的最大弦长处的振动较为明显，并且振动更容易引 起叶片断裂，因此通过将振动传感器粘贴在叶片的最大弦长处，可以获取到叶片的更精确 的振动数据。此外，为了使得振动传感器获取到更精确的振动数据，可以采用多个三向振动 传感器，并粘贴在叶片上不同的位置，例如，在叶片的叶根处也粘贴三向振动传感器。若为 两向振动传感器，则粘贴方式与上述三向振动传感器的方式相同，在此不再赘述。
[0031] 可替换地，至少一个第一振动传感器具体为两个单向振动传感器，两个单向振动 传感器粘贴在距离所述叶片的叶根1/3叶片长度处或者所述叶片的最大弦长处，并粘贴在 所述叶片的两个侧面上，通过两个单向传感器从而可以获取到叶片的摆振方向与挥舞方向 的振动数据。同样地，为了使得振动传感器获取到更精确的振动数据，可以在叶片上不同的 位置粘贴更多个单向振动传感器，例如，在叶片的叶根处也粘贴两个单向振动传感器，并粘 贴在叶片的两个侧面上，从而可以获取到叶根处的振动数据。
[0032] 图2为本实用新型又一个实施例提供的叶轮状态监测系统的电路结构图；如图2 所示，在上述图1所示实施例的基础上，叶轮状态监测系统还包括：数据接收器13,数据接 收器13与状态监测数据采集器12电连接，用于接收来自状态监测数据采集器12的振动信 号；进一步地，数据接收器13包括：滤波电路131与无线信号发射模块132,滤波电路131与 状态监测数据采集器12电连接，无线信号发射模块132与滤波电路131电连接。优选地， 无线信号发射模块132具体可以为3G网卡、无线保真（Wireless Fidelity，简称为WIFI) 网卡等无线通信模块。
[0033] 在上述图1所示实施例有益技术效果的基础上，本实施例由于增加了滤波电路 131，从而可以对状态监测数据采集器12通过振动传感器（第一振动传感器111、第一振动 传感器112、第二振动传感器113)采集到的振动数据进行数字滤波去噪，通过将数字滤波 后的振动数据进行时域波形分析以及傅里叶变换（FFT)频谱分析，以确定叶片和轮毂是否 有异常振动频率和冲击信号；通过在数据接收器13中安装无线信号发射模块132,从而可 以将滤波后的振动数据通过无线技术传输给用户设备。
[0034] 图3为图2所示实施例安装在叶轮上的主视图，图4为图2所示实施例安装在叶轮 上的右视图；如图3和图4所示，叶轮包括：叶片10和轮毂20 ;在一个实施例中，叶片10上 可以粘贴第一振动传感器111与第一振动传感器112,且振动传感器111与第一振动传感器 112为两向振动传感器，贝U第一振动传感器111与第一振动传感器112中的一个振动传感器 粘贴在距离所述叶片的叶根1/3处，另一个振动传感器粘贴在所述叶片的最大弦长处。本 实用新型实施例仅以叶片上粘贴有两个两向振动传感器进行示例性说明，图1?图4中并 未示出一个三向振动传感器，本领域技术人员可以理解的是，通过图1?图4中的举例，同 样可以设计出一个三向振动传感器的电路结构。此外，本领域技术人员可以理解的是，图3 和图4中仅在叶片10上粘贴一个或者两个振动传感器进行示例性说明，本实用新型实施例 不受图3和图4中叶片10上粘贴的振动传感器的个数的限制。
[0035] 优选地，状态监测数据采集器12固定在轮毂20的中心处。通过将状态监测数据 采集器12固定在轮毂20的中心处，可以使状态监测数据采集器12所受离心力尽量小，避 免过大的离心力损坏叶轮状态监测系统，从而保护叶轮状态监测系统在采集数据的过程中 不被毁坏。相应地，第二振动传感器113粘贴在轮毂20的最大圆内侧，由于轮毂20的最大 圆内侧对轮毂20的振动最敏感，因此将第二振动传感器113设置在轮毂20的最大圆内侧 可以更准确地得到轮毂20的振动状态，减小振动数据的误差。
[0036] 进一步地，第一振动传感器111、第一振动传感器112均与状态监测数据采集器12 通过抗扭电缆14电连接。优选地，抗扭电缆14在叶片10中按曲线型走线，该曲线型具体 可以为"S"曲型。通过将抗扭电缆14按曲线型走线，可以避免叶片10在摆动过程中由于 被线路拉扯而变形，将第一振动传感器111、第一振动传感器112的线路扯断，确保整个电 路的正常工作。
[0037] 进一步地，叶轮状态监测系统还包括弹性机构15,弹性机构15固定在叶片10与轮 毂20的连接处，更具体地，弹性机构15的一端连接在叶片10的根部盖板处，另一端连接在 轮毂20处。进一步地，抗扭电缆14缠绕在弹性机构15上。在本发明实施例中，由于叶片 10与轮毂20之间有变桨的相对运动，为了防止第一振动传感器111、第一振动传感器112 在这一环节由于变桨运动导致传感器电缆扭揽，通过在叶片10与轮毂20的连接处增加弹 性机构15,可以使得抗扭电缆14在弹性机构15上留有足够的余量，由于弹性机构15具有 伸缩性，从而可以避免叶片10变桨时第一振动传感器111、第一振动传感器112扭揽，更具 体地，弹性机构15为伸缩弹簧。
[0038] 本领域技术人员可以理解的是，状态监测数据采集器12的通道个数、采样频率、 抗干扰能力，第一振动传感器111、第一振动传感器112、第二振动传感器113的灵敏度、最 大量程、频响范围、适用环境等以上参数的选择，需根据机组的具体参数以及风场的信息 进行综合考虑，选择最适合的设备，本实用新型实施例对此不做限制。
[0039] 图5为本实用新型又一个实施例提供的叶轮状态监测系统的结构示意图，如图5 所示，在叶片10与轮毂20处设置振动传感器（具体地，第一振动传感器111、第一振动传感 器112、第二振动传感器113)得到叶片10与轮毂20的振动数据，状态监测数据采集器12 与第一振动传感器111、第一振动传感器112、第二振动传感器113电连接，并米集来自第一 振动传感器111、第一振动传感器112、第二振动传感器113的振动数据，数据接收器13与 状态监测数据采集器12电连接，并接收来自状态监测数据采集器12的振动数据，将振动数 据通过有线或无线的方式发送给用户设备17,用户设备17可以从大量的表征状态监测的 振动数据中提取叶片10和轮毂20的振动特征值，当叶片10和轮毂20的振动超过设定阀 值时机组停机。此外，机组机舱控制柜16与数据接收器13电连接，机组机舱控制柜16中 的主控逻辑控制器得到机组数据，根据机组数据排除振动数据中得到的异常振动，具体地， 利用变桨和偏航的状态量，排除机组变桨和偏航过程中的振动冲击信号，并将该振动冲击 信号发送给用户设备17,用户设备17得到振动数据后，进行数据分析，利用叶片10和轮毂 20的振动频率变化和时域图的振动信号进行故障诊断，从而可以对故障进行提前预警，或 者，当故障较轻时采取补救措施，进而降低了风机运行的维护成本。
[0040] 以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化 或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权 利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1. 一种叶轮状态监测系统，所述叶轮包括：多个叶片与轮毂，其特征在于，所述叶轮状 态监测系统包括：设置在所述多个叶片中的每一个叶片上的至少一个第一振动传感器以及 设置在所述轮毂内的状态监测数据采集器，所述至少一个第一振动传感器与所述状态监测 数据采集器电连接。
2. 根据权利要求1所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述叶轮状态监测系统还 包括：设置在所述轮毂内的第二振动传感器，所述第二振动传感器与所述状态监测数据采 集器电连接。
3. 根据权利要求1所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述至少一个第一振动传 感器具体为一个三向振动传感器，所述三向振动传感器粘贴在距离所述叶片的叶根1/3叶 片长度处或者所述叶片的最大弦长处。
4. 根据权利要求1所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述至少一个第一振动传 感器具体为两个单向振动传感器，所述两个单向振动传感器粘贴在距离所述叶片的叶根 1/3叶片长度处或者所述叶片的最大弦长处，并粘贴在所述叶片的两个侧面上。
5. 根据权利要求1所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述至少一个第一振动传 感器具体为一个两向振动传感器，所述两向振动传感器粘贴在距离所述叶片的叶根1/3叶 片长度处或者所述叶片的最大弦长处。
6. 根据权利要求1所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述状态监测数据采集器 固定在所述轮毂的中心处。
7. 根据权利要求1所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述第二振动传感器粘贴 在所述轮毂的最大圆内侧。
8. 根据权利要求1所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述至少一个第一振动传 感器与所述状态监测数据采集器通过抗扭电缆电连接。
9. 根据权利要求8所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述抗扭电缆在所述叶片 中按曲线型走线。
10. 根据权利要求8所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述叶轮状态监测系统还 包括弹性机构，所述弹性机构固定在所述叶片与所述轮毂的连接处。
11. 根据权利要求10所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述抗扭电缆缠绕在所 述弹性机构上。
12. 根据权利要求1?11任一所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述叶轮状态监 测系统还包括：数据接收器，与所述状态监测数据采集器电连接。
13. 根据权利要求12所述的叶轮状态监测系统，其特征在于，所述数据接收器包括：滤 波电路与无线信号发射模块，所述滤波电路与所述状态监测数据采集器电连接，所述无线 信号发射模块与所述滤波电路电连接。
【文档编号】F03D11/00GK203879692SQ201420326510
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】唐新安, 靖峰, 范德功 申请人:北京金风科创风电设备有限公司