[發明專利]一種實時監測風機塔筒運行狀態的裝置及方法

有效

• 申請號: 201310454617.6
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN104514686B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 鄭震
• 申請（專利權）人: 常州鎧甲智能科技有限公司
• 主分類號: F03D7/04
• 分類號: F03D7/04
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)32231
• 代理人: 金輝

技術領域

本發明涉及風力發電機組領域，特別涉及一種實時監測風機塔筒運行狀態的裝置及方法。

背景技術

目前，隨著社會的發展，世界能源消耗量持續增加，各國的能源危機形勢愈發明顯。但由于風能的可再生、分布廣、無污染等特性，使得風能發電成為世界上可再生能源發展的重要發展方向，且風力發電機組正在向輕型、高效、高可靠性及大型化方向發展。然而，在大中型風力發電機組中，往往采用較高的塔筒來支撐風機葉輪和機艙，以便獲得更多的風能。其中塔筒作為風機機組重要的承載部件，其工作環境惡劣，長期承受風載荷和重力等負載（塔筒自重，發電機組的重力）的作用，還承受風輪旋轉所產生的周期性激勵負載等因素將直接影響風力機的工作性能和可靠性。

一種風機塔筒傾角狀態監測裝置（201220258304.4）采用三個角度傳感器進行實時監測風機塔筒傾角狀態，使得維修人員即時了解風機塔筒的傾角狀態，進而及時采取補救措施，避免故障的進一步擴大。

現有的實時監測風機塔筒運行狀態的方法常采用三個方向的角度傳感器測得風機塔筒偏離三個方向的角度進行處理、分析來評估塔筒的穩定性。具有以下不足：

（1）風向快速變化的復雜條件下，不能夠實時準確反應風機塔筒的運行狀況。

（2）不能夠實時獲得風機套筒上主要的可變載荷（風載荷及風輪旋轉所產生的周期性激勵負載）。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的缺陷,設計一種可對風力發電機風機塔筒的穩固性（傾角和扭轉）進行實時監測裝置，以便在風向快速變化的復雜條件下更準確地反映風機塔筒的運行狀態，并及時調整風機葉輪的方向和將警報遠程發送給指控中心。

一種實時監測風機塔筒運行狀態的裝置包括：風力發電機葉片、風機塔筒、底座和一組或兩組或兩組以上對應且設置于風機塔筒軸線或風機塔筒軸線的平行線上的安放于風機塔筒頂部的發射裝置和安放于風機塔筒底部的凹球面接收裝置組成；

上述技術方案所述接收裝置為凹球面接收裝置或平面接收裝置，所述凹球面接收裝置的凹球面的曲率半徑為發射裝置到接收裝置的距離。

凹球面接收裝置的球面上均布了一系列的激光接收頭，定義塔筒軸線方向為Z軸，通過塔筒頂部的激光發射裝置發射出的激光，射向凹球面激光接收裝置，并且被凹球面上對應的激光接收頭所接收，凹球面上均布的激光接收頭，均對應著塔筒沿X、Y軸偏離的角度，凹球面激光接收裝置內包含一些信號處理技術模塊，通過計算一系列的激光接收頭接收激光發射裝置發送的激光信號的變換速率，得出塔筒沿X、Y軸偏離的角速度和加速度。

另外，此裝置還可以分段安置以適應不同高度風機塔筒的運行狀態監測，具體如下，塔筒頂部安置一個激光發射裝置，塔筒中間部位安置一個凹球面激光接收裝置，并且中間還安置一個激光發射裝置，其用于向底部發射激光，塔筒底部安放一個凹球面激光接收裝置，這樣通過兩級或者多級串聯，來實現對風機塔筒的運行狀態監測。

上述技術方案還具有用于監測風機塔筒的偏轉角度、角速度和加速度的角運動檢測裝置，用于實時監測風機塔筒風速大小的風速傳感器，用于實時監測風機塔筒底端三個方向的壓力和扭矩的六維力傳感器以及用于發出控制信號控制葉輪和機艙位姿方向運動的風機主控系統；所述角運動檢測裝置和風速傳感器均安裝在風機塔筒的頂部；所述六維力傳感器安裝在風機塔筒的底部；所述風機主控系統的輸入端接角運動檢測裝置的輸出端、風速傳感器的輸出端、六維力傳感器的輸出端，風機主控系統的輸出端接維修預防中心。

上述技術方案所述發射裝置為激光發射裝置或微波發射裝置或超聲發射裝置；所述接收裝置為激光接收裝置或微波接收裝置或超聲接收裝置。

通過此風機塔筒檢測裝置，將實時采集風機塔筒內的角度、角速度、角加速度、以及繞Z軸的扭角和扭角的變化速率，通過通訊模塊發送到外部的風機控制裝置中、結合塔筒底部的壓力傳感器、風機塔筒頂端的風速傳感器傳輸到風機主控系統中，風機主控系統內部設置一些閾值，當測得的這些信號超過預警閾值但低于報警閾值，風機主控系統將發出控制信號用來控制葉輪和機艙沿合適的位姿方向運動。一旦測得的這些信號超出了所設的報警閾值，風機主控系統將向維修預警中心發出報警指示，以便維修人員即時了解風機塔筒的傾角狀態，進而及時采取補救措施，避免故障的進一步擴大。

一種實時監測風機塔筒運行狀態的的方法，具體步驟如下：

a、在風機主控系統內部設置一些預警、報警參考閾值；