[發明專利]一種風電機組葉片凈空監測方法

有效

• 申請號: 202110563105.8
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113250912B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 湛永昌;王猛一;楊世凱;翟華偉
• 申請（專利權）人: 鄭州愛因特電子科技有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00
• 代理公司: 武漢誠儒知識產權代理事務所(普通合伙) 42265
• 代理人: 邱琳

本發明提供了一種風電機組葉片凈空監測方法，采用特制帶角度測量機構的葉片凈空監測裝置，檢測每個葉片的實時變形角度，并根據風機系統中每個葉片的漿角距和葉片長度，將對應每個葉片的變形角度通過幾何算法、數據融合等對葉片姿態進行擬合，并結合機組仿真信息計算實時的葉片凈空值，整體監測方案采用機械結構測量，測試結果精準，能夠適應各種惡劣環境條件，安全可靠，穩定性高。

技術領域

本發明涉及一種風電機組葉片凈空監測方法，屬于風力發電機組監測技術領域。

背景技術

風力發電機組葉片凈空一直是大葉輪風力發電機、長柔葉片開發面臨的重大難題，尤其在極端風況下，存在葉片塔架碰撞的風險；而一旦發生葉片塔架碰撞，輕則葉片損壞掉落，重則整個風力發電機損毀倒塌，不僅造成極大的資產損失，還有極大的安全隱患。

目前葉片凈空監測主要采用以下幾種方式實現：

一、利用安裝于機艙尾部的底部的視頻監測設備，獲取風力發電機組在運行過程中的圖像，圖像包括風力發電機組的葉片的尖端以及塔筒；從獲取的圖像中確定所述風力發電機組的葉片的尖端的位置；且從獲取的圖像中識別所述塔筒的邊緣；根據圖像中確定的葉片尖端的位置和識別的塔筒的邊緣，計算葉片的尖端到塔筒的邊緣的距離以獲得塔架凈空，根據實時監測的塔架凈空，從而避免葉片掃塔情況的發生。

二、利用安裝于機艙尾部的的底部的毫米波雷達傳感器，雷達FOV方向指向固定空域，當葉片旋轉至該區域時，對反射波進行數據采集，經過雷達信號處理相關算法，并結合機組仿真信息計算實時的“凈空值”，并評估葉片“掃塔”風險。

三、通過葉尖安裝的紅外線發射裝置，發射出特定紅外信號，并在風力發電機組的機艙處安裝特制的紅外攝像頭，所述紅外攝像頭能夠過濾無用信號并接收紅外線發射裝置發出的特定紅外信號，并對焦在葉尖掃過塔筒時高度所在的平面和在感光元件上成像記錄，通過已知的對焦平面距離和成像夾角，得出各像素點距離成像中心對應的實際距離，并通過幾何關系計算出葉尖距離塔筒壁的距離，既凈空距離，從而保障風力發電機組安全高效運行。

上述幾種方式均通過非接觸的間接方式進行監測，首先，受環境影響較大，當監測環境存在持續大霧、大雨等惡劣天氣時，難以實現有效監測。其次，上述檢測設備體積較大，安裝工藝復雜，穩定性差，尤其在葉尖安裝信號發射裝置的監測技術應用范圍具有較高局限性，安全系數低，當有雷電天氣時，葉尖轉動到高于風機機艙上部避雷裝置時，設備易引雷電，甚至損壞葉片。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種風電機組葉片凈空監測方法采用機械結構測量的方式進行葉片凈空監測，不受環境影響，測試結果精準，適應各種惡劣環境條件，穩定性高。

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案是：提供了一種風電機組葉片凈空監測方法，包括以下步驟：

S1、在風電機組的各葉片的葉根處分別布置葉片凈空監測裝置，葉片凈空監測裝置包括殼體以及殼體內部封裝的PCB板、環形磁柵、傳動齒輪、變速齒輪和動力齒條，其中PCB板配置有通過電氣連接的電磁感應芯片和單片機，環形磁柵與傳動齒輪同軸固定連接，變速齒輪由同軸的兩個直徑不同的子齒輪同軸固定構成，兩個子齒輪分別為直徑較大的第一子齒輪和直徑較小的第二子齒輪，動力齒條采用弧形齒條，弧形齒條固定于金屬轉動桿的一端，金屬轉動桿通過旋轉軸固定于殼體中，旋轉軸與弧形齒條共圓心，金屬轉動桿的另一端通過開設于殼體端部的預留孔伸出于殼體之外，金屬轉動桿帶動弧形齒條以旋轉軸為軸旋轉，傳動齒輪與第一子齒輪外嚙合，第二子齒輪與動力齒條外嚙合，將碳素繩的一端連接于金屬轉動桿的伸出于殼體之外的一端，碳素繩的另一端固定于葉片的葉尖處；

S2、當葉片受到風力載荷發生形變時，葉片長度方向整體發生彎曲，葉尖拉動碳素繩，使金屬轉動桿擺動，并依次帶動動力齒條、變速齒輪、傳動齒輪和環形磁柵發生旋轉；

S3、電磁感應芯片感應環形磁柵旋轉產生的磁場變化信號，將磁場變化信號轉化為電信號發送至單片機；