[發(fā)明專利]風(fēng)力渦輪機(jī)及評估其上葉片健康狀態(tài)的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310526002.X
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN104595112A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付旭;吳之林;邱海
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D9/00
• 分類號: F03D9/00;F03D7/00;G01M13/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，尤其涉及一種評估其上葉片健康狀態(tài)的方法。

背景技術(shù)

風(fēng)能作為一種清潔能源廣泛應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域。風(fēng)力渦輪機(jī)（Wind?Turbine）常用于將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。然而，風(fēng)力渦輪機(jī)通常在偏遠(yuǎn)地區(qū)、嚴(yán)峻的環(huán)境下運(yùn)行，尤其受到冰凍、沙塵、大風(fēng)環(huán)境影響，風(fēng)力渦輪機(jī)易發(fā)生故障如葉片裂紋、葉片卡滯、葉片勞損、葉片覆冰、過載等故障。因此，為延長風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行壽命，需對風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行定期檢修維護(hù)以防止?jié)撛诠收系陌l(fā)生。然而，人工檢修一方面成本較高，一方面故障檢測可靠性不高。實(shí)時監(jiān)測風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片參數(shù)信號并評估風(fēng)力渦輪機(jī)工作于故障狀態(tài)的概率以減少不必要的定期維護(hù)可提高可靠性并降低維護(hù)成本。

為評估風(fēng)力渦輪機(jī)的故障狀態(tài)，通常需要在風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中實(shí)時監(jiān)控多種參數(shù)，如葉片槳葉角（blade?pitch）、葉片撓度（blade?deflection）、葉片局部偏移角（local?blade?angle）、葉片彎矩（bending?moment）、葉片轉(zhuǎn)速（blade?rotating?speed）、偏航（yaw）、轉(zhuǎn)子速度（rotor?speed）、結(jié)構(gòu)振動（structural?vibration）等，然后對這些參數(shù)進(jìn)行分析以評估故障的發(fā)生。然而，由于風(fēng)力渦輪機(jī)的各個部分需要同時安裝不同類型的傳感器，有時某一位置還需要同時安裝兩種或兩種以上類型的傳感器，會造成參數(shù)監(jiān)控復(fù)雜、成本高等問題。如何利用最少的傳感器，分析盡量多的檢測參數(shù)以評估風(fēng)力渦輪機(jī)工作于故障狀態(tài)的概率成為亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

所以，需要提供一種改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)來解決上述技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

現(xiàn)在歸納本發(fā)明的一個或多個方面以便于本發(fā)明的基本理解，其中該歸納并不是本發(fā)明的擴(kuò)展性縱覽，且并非旨在標(biāo)識本發(fā)明的某些要素，也并非旨在劃出其范圍。相反，該歸納的主要目的是在下文呈現(xiàn)更詳細(xì)的描述之前用簡化形式呈現(xiàn)本發(fā)明的一些概念。

本發(fā)明的一個方面在于提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)，包括：

微型慣性測量單元，安裝于每個葉片上，用于感應(yīng)對應(yīng)安裝位置處的多個檢測參數(shù)信號；及

監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)控該多個葉片的運(yùn)行狀態(tài)，該監(jiān)控系統(tǒng)包括：

信號處理單元，用于基于該微型慣性測量單元得到的多個檢測參數(shù)信號計(jì)算得到處理參數(shù)信號；

信號分析單元，用于對每個分析參數(shù)信號進(jìn)行分析以得到故障估計(jì)信號，其中，該分析參數(shù)信號選自該多個檢測參數(shù)信號和該處理參數(shù)信號，每個故障估計(jì)信號用于估計(jì)對應(yīng)的葉片是否工作于故障狀態(tài)；及

故障評估單元，用于基于該多個故障估計(jì)信號評估對應(yīng)葉片是否發(fā)生故障或發(fā)生故障的概率。

本發(fā)明的再一方面在于提供一種評估風(fēng)力渦輪機(jī)葉片健康狀態(tài)的方法。該方法包括：

通過安裝于每個葉片上的微型慣性測量單元來感應(yīng)對應(yīng)安裝位置處的多個檢測參數(shù)信號；

基于該多個檢測參數(shù)信號計(jì)算得到處理參數(shù)信號；

對每個分析參數(shù)信號進(jìn)行分析以得到故障估計(jì)信號，其中，該分析參數(shù)信號選自該多個檢測參數(shù)信號和該處理參數(shù)信號，每個故障估計(jì)信號用于估計(jì)對應(yīng)的葉片是否工作于故障狀態(tài)；及

基于該多個故障估計(jì)信號評估對應(yīng)葉片是否發(fā)生故障或發(fā)生故障的概率。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用微型慣性測量單元為監(jiān)控系統(tǒng)提供檢測參數(shù)信號，微型慣性測量單元可同時檢測多種參數(shù)信號并通過計(jì)算得到多種處理參數(shù)信號，因此，通過安裝較少數(shù)目的微型慣性測量單元可節(jié)約成本并降低參數(shù)信號檢測的復(fù)雜度。該檢測參數(shù)信號和該處理參數(shù)信號均可用作分析參數(shù)信號，每個分析參數(shù)信號經(jīng)過分析可得到故障估計(jì)信號以用于評估對應(yīng)的葉片是否發(fā)生故障或工作于故障狀態(tài)的概率。本發(fā)明采用的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且對多個分析參數(shù)信號進(jìn)行故障分析可提高故障狀態(tài)評估的準(zhǔn)確性。

附圖說明

通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)的一個實(shí)施方式示意圖；

圖2為如圖1所示風(fēng)力渦輪機(jī)上的一個葉片的示意圖；

圖3為本發(fā)明風(fēng)力渦輪機(jī)葉片故障監(jiān)控系統(tǒng)的一個實(shí)施方式示意框圖；

圖4為如圖2所示葉片的簡化等效懸臂梁模型示意圖；

圖5為如圖3所示的信號分析單元的一個實(shí)施方式示意圖；

圖6為對如圖2所示葉片實(shí)時測量的葉片局部偏移角和仿真得到的葉片局部偏移角的幅頻特性曲線；