[發明專利]一種海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測系統及方法

在審

• 申請號: 202010085209.8
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111188739A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 薛宇;張陽;崔元貞
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉

1.一種海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測系統，其特征在于：包括安裝在風機機艙底部并可豎直向下發射激光的第一激光發射器和第二激光發射器，安裝在輪轂處的長焦攝像機，安裝在風機塔架上的震動檢測傳感器和沿塔架周向間隔90°設置的四個聲學檢測傳感器，上述的第一激光發射器、第二激光發射器、長焦攝像機、震動檢測傳感器和聲學檢測傳感器分別通過傳輸模塊與數據收集轉換模塊連接，控制器與數據收集轉換模塊連接并可控制上述的第一激光發射器、第二激光發射器、長焦攝像機、震動檢測傳感器和聲學檢測傳感器工作，數據顯示終端與控制器連接。

2.根據權利要求1所述海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測系統，其特征在于：第一激光發射器發出的激光與風機塔架之間的距離為6m，第二激光發射器發出的激光與風機塔架之間的距離為3m。

3.根據權利要求2所述海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測系統，其特征在于：在風機各葉片的葉尖處涂有不同顏色的光滑顏色涂層。

4.根據權利要求3所述海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測系統，其特征在于：聲學檢測傳感器為微信號聽診器。

5.根據權利要求4所述海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測系統，其特征在于：在風機海樁基礎的周向上也間隔90°設置四個聲學檢測傳感器，所述的聲學檢測傳感器采用微信號聽診器。

6.根據權利要求5所述海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測系統，其特征在于：還包括設置于風機葉片葉尖在塔架上的投影位置處的聲發射裝置，該聲發射裝置通過中央處理器和執行設備與控制中心相連接，聲發射裝置包括聲發傳感器和聲波傳感器，中央處理器包括采集運算模塊、安全監測模塊和映射配置模塊。

7.一種海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測方法，使用權利要求6所述的監測系統，其特征在于：風機運行過程中如果葉片觸及第一激光發射器的激光時，控制器打開微信號聽診器對葉片運動的聲學信號進行采集并回傳至控制器，控制器根據內設的葉片故障問題診斷算法定位葉片故障類型并判斷故障是否需要停機檢修；如果葉片形變繼續增大并觸及第二激光發射器的激光時，控制器打開長焦攝像機拍攝葉片外形，根據葉片損壞程度判斷是否需要停機保護葉片；此外第一激光發射器和第二激光發射器還可以通過葉片葉尖處不同顏色涂層反射回不同色譜的激光來確定出現形變較大的葉片；震動檢測傳感器檢測風機塔架的震動信號并實時輸送至控制器，如果塔架的震動距離超過設定值，則觸發報警停機。

8.根據權利要求7所述海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測方法，其特征在于：對葉片的葉尖在測量區域內的運動進行觀測，獲取在葉尖距離塔架的各種位置上葉尖到塔架的相應距離以及葉尖運動所產生的相應的聲學信號，從各種距離中選取安全最小距離，將安全最小距離對應的聲學信號設置為預警聲學值，當風力機運行時通過聲發射裝置探測葉尖運動到測量區域時的實時聲學信號，根據實時聲學信號和預警聲學值對風力機的運行進行安全狀態監測，如果大于預警聲學值，則向遠端控制中心及風力機的執行設備發出預警信號，如果不大于預警聲學值，則葉片與塔架不會發生碰撞，海浪破碎對基礎的碰撞對載荷的影響較小，海流對基礎的沖擊作用小。

9.根據權利要求8所述海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測方法，其特征在于：對所述風力機海平面上波浪的運動進行觀測，獲取在所述塔架與海平面處波浪撞擊基礎后的撞擊和破碎的聲學信號，選取最大波浪撞擊基礎的最大載荷對應的聲學信號設置為預警聲學值，在海平面位置安裝浮筒式聲發射裝置，根據實時聲學信號和聲學預警值對風力機基礎載荷運行進行安全狀態監測。

10.根據權利要求9所述海上風電風機健康狀態及海浪聲波監測方法，其特征在于：對所述風力機海平面以下海流的運動進行觀測，獲取在所述海樁基礎的聲學信號，選取最大海流流過基礎的最大荷載對應的聲學信號設置為預警聲學值，在海平面以下相應位置安裝聲發射裝置，根據實時聲學信號和聲學預警值對風力機基礎荷載運行進行安全狀態監測。