[發明專利]一種基于FBG的風機葉片載荷測量方法及應用

有效

• 申請號: 202011510112.3
• 申請日: 2020-12-19
• 公開（公告）號: CN112665766B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 錢飛;黃偉;程芹;黎佳;石晶
• 申請（專利權）人: 武漢船舶通信研究所（中國船舶重工集團公司第七二二研究所）
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01M13/00;G01D21/02
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 張英

1.一種基于FBG的風機葉片載荷測量方法，其特征在于，該方法包括：

在風電機組的每個葉片上設置對應的光纖光柵傳感器組，獲取每個葉片的運行參數，所述運行參數包括風速、葉輪轉速、葉輪傾角、葉片錐角、葉片質量和重心位置；

無風時將葉片旋轉至初始位置，測量獲取葉片初始錐角、葉輪初始傾角和葉輪初始方位角，以及光纖光柵傳感器組中每個傳感器的初始輸出波長，將葉片初始漿距角設置為零，利用葉片質量、重力加速度、重心位置、葉片初始錐角、葉輪初始傾角、葉片初始漿距角和葉輪初始方位角計算得到葉片的初始載荷值；無風時執行葉片的變槳過程，記錄葉片在不同的葉片漿距角所對應的傳感器組的輸出波長變化值及所對應的載荷值，所述輸出波長變化值為每個傳感器的輸出波長與初始波長之間的差值，利用葉片質量、重力加速度、重心位置和葉片漿距角計算得到不同的葉片漿距角所對應的載荷值；

依據記錄葉片在不同的葉片漿距角所對應的傳感器組中每個光纖光柵傳感器的輸出波長變化值及所對應的載荷值，利用葉片等效剛性系數矩陣、傳感器組輸出波長變化值和葉片漿距角所對應的載荷值三者之間的映射關系，得到標定后的葉片等效剛性系數矩陣具體值；

實時測量傳感器組輸出波長變化值，利用標定后的葉片等效剛性系數矩陣具體值、葉片的初始載荷值和傳感器組輸出波長變化值得到葉片的實時載荷值；

其中，當所述葉片數量為3時，定標具體流程包括：

將1號葉片旋轉到豎直朝下的位置，鎖定葉輪，記錄1號葉片4個傳感器的波長，分別對2號葉片和3號葉片變槳，變槳時由87°變至0°再變回87°，執行2個變槳過程，記錄變槳過程中的槳距角、傳感器輸出波長。

2.如權利要求1所述的一種基于FBG的風機葉片載荷測量方法，其中，在風電機組的每個葉片上設置對應的光纖光柵傳感器組具體為：

光纖光柵傳感器的安裝位置為葉片葉根部分，每個葉片安裝四個傳感器，第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器分別依次間隔90度。

3.如權利要求1所述的一種基于FBG的風機葉片載荷測量方法，其中，葉片的載荷值包括葉根處兩個相互垂直方向上的揮舞彎矩值和擺振彎矩值，其中，揮舞彎矩值M_flap和擺振彎矩值M_edge計算方式分別為：

其中，m為葉片質量，g為重力加速度，r為葉片重心的位置，θ、δ、和Ω分別為葉片錐角、葉輪傾角、葉片槳距角和葉輪方位角。

4.如權利要求3所述的一種基于FBG的風機葉片載荷測量方法，其中，葉片的初始載荷值表示為：

其中，θ₀、δ₀、和Ω₀分別為葉片初始錐角、葉輪初始傾角、葉片初始槳距角和葉輪初始方位角。

5.如權利要求4所述的一種基于FBG的風機葉片載荷測量方法，其中，利用葉片質量、重力加速度、重心位置和葉片漿距角計算得到不同的葉片漿距角所對應的載荷值具體為：

其中，為葉片槳距角。

6.如權利要求5所述的一種基于FBG的風機葉片載荷測量方法，其中，葉片等效剛性系數矩陣、傳感器組輸出波長變化值和葉片載荷值三者之間的映射關系為：

其中，為等效剛性系數矩陣，為傳感器組的輸出波長，為傳感器組的初始輸出波長，和分別為第一傳感器、第二傳感器、第三傳感器和第四傳感器的輸出波長變化值。