[發明專利]一種風力發電機組葉片載荷測量裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201310631787.7
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103698063A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 代勇波
• 申請（專利權）人: 成都阜特科技股份有限公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種風力發電機組葉片載荷測量裝置，至少三光纖光柵傳感器陣列，一解調模塊及一載荷數據處理模塊，每一光纖光柵傳感器陣列裝設在風力發電機組葉片根部，其特征在于：

每一光纖光柵傳感器陣列均由至少四光纖光柵傳感器組依次串聯而成，每一光纖光柵傳感器組均由一應變傳感器及一溫度傳感器組成，應變傳感器用于測量葉片在受載荷情況下對應的應變量，溫度傳感器用于補償環境溫度變化造成的應變傳感器溫度漂移；每一光纖光柵傳感器陣列中，至少兩傳感器組安裝在葉片迎風面，另至少兩傳感器組安裝在葉片的背風面；

解調模塊用于將應變傳感器、溫度傳感器的信號分別轉換成對應的應變量值和溫度值；

載荷數據處理模塊集成載荷算法，將各測量點的應變量值和溫度值進行處理，轉換成葉片揮舞彎矩和擺振彎矩并輸出給風力發電機組變槳距控制系統或主控系統。

2.根據權利要求1所述的一種風力發電機組葉片載荷測量裝置，其特征在于：應變傳感器由玻璃纖維材料封裝而成，且應變傳感器大致呈片狀。

3.根據權利要求1或者2所述的一種風力發電機組葉片載荷測量裝置，其特征在于：應變傳感器通過表面粘貼的方式裝設在風力發電機組葉片根部的內圓表面。

4.根據權利要求2所述的一種風力發電機組葉片載荷測量裝置，其特征在于：每一光纖光柵傳感器組均通過光纖串聯而成。

5.一種如權利要求1所述的風力發電機組葉片載荷測量裝置采用的葉片載荷測量方法，包括

步驟1：將葉根半徑R_內和葉根傳感器安裝截面的抗彎剛度參數輸入載荷數據處理模塊；

步驟2：解調模塊將光纖光柵傳感器陣列測量得到應變及環境溫度數據發送到載荷數據處理模塊，載荷數據處理模塊對各測量點的應變量數據進行溫度補償，得到葉片根部迎風面應變傳感器測得的應變量ε_ps、背風面應變傳感器測得的應變量ε_ss、前緣應變傳感器測得的應變量ε_le及后緣應變傳感器測得的應變量ε_te；

步驟3：載荷數據處理模塊利用R_內、抗彎剛度、ε_ps及ε_ss計算葉片根部迎風面和背風面的揮舞彎矩，具體計算公式為：

M_yps=EI_flat*ε_ps/R_內，

M_yss=EI_flat*ε_ss/R_內（其中，EI_flat為弦長坐標系下揮舞方向抗彎剛度）；

步驟4：載荷數據處理模塊對M_yps、M_yss進行如下計算：

M_y=(M_yps-M_yss)/2，并得到葉片的揮舞彎矩；

步驟5：載荷數據處理模塊利用步驟4得到的M_y分別計算葉根處于前緣應變傳感器位置和處于后緣應變傳感器位置的擺振彎矩M_xle、M_xte，具體計算公式為：

通過前緣應變傳感器測得數據算出的擺振彎矩為

通過后緣應變傳感器測得數據算出的擺振彎矩為

其中，α表示近前后緣應變傳感器粘貼位置與圓心連線和前后緣與圓心連線之間的夾角，EI_edge為弦長坐標系下擺振方向抗彎剛度；

步驟6：載荷數據處理模塊對M_xte、M_xle進行如下計算：

M_x=(M_xte-M_xle)/2；

步驟7：載荷數據處理模塊將步驟4中得到的M_y及步驟6中得到的M_x傳送給風力發電機組變槳距控制系統或主控系統。

6.根據權利要求5所述的一種風力發電機組葉片載荷的測量方法，其特征在于：在步驟1中，通過同一葉片葉根處兩相交的內圓直徑求平均半徑的方式獲得R_內，即