[發明專利]一種基于毫米波雷達的風機葉片防撞監測裝置、系統及方法

在審

• 申請號: 202210494462.8
• 申請日: 2022-05-07
• 公開（公告）號: CN114941608A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 梁曉東;朱芳政;劉建峰;劉柯;謝鴻;李榮學;孫永旭;夏明福;李勝;周光
• 申請（專利權）人: 華電福新能源發展有限公司湖南分公司;湖南聯智科技股份有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00;F03D7/00;F16M13/02
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 李杰強;周曉艷

本發明公開一種基于毫米波雷達的風機葉片防撞監測方法，通過毫米波雷達發射的無線電波來測量葉片與塔柱的凈空距離，可以解決雨霧干擾問題，穩定性更高；并且將雷達安裝在葉尖與塔柱重合所對應高度位置，相比于安裝在機艙頂部或塔柱底部來說，安裝塔柱外壁上的雷達進行距離探測時離風機葉片更近，減小了天線波束的寬度，提高了數據精度，并且本方法監測時，雷達之間采用錯頻的方式監測，避免由于葉片較寬，使得雷達的多徑效應導致測量的距離錯誤。本發明還公開一種防撞監測裝置和系統，本發明的防撞監測裝置能夠降低安裝難度，且不破壞風機塔柱本身的結構；本發明的防撞監測系統能避免掃塔事故的發生。

技術領域

本發明涉及風機監測領域，具體涉及一種基于毫米波雷達的風機葉片防撞監測裝置、系統及方法。

背景技術

風機葉片是將風能轉化為電能的重要設備，但在運行過程中葉片會因承受不同載荷的風力而產生一定的形變和位移，塔柱是風機的主要承重機構，對于大型風機而言，通常高度都會達到百米以上，目前，風機葉片在旋轉過程中和塔柱發生碰撞而導致風機損毀已是屢見不鮮，凈空距離是指葉片尖端(即葉尖)掃過塔柱表面時葉尖部位距離塔柱的最小幾何距離，為了避免出現葉尖掃塔的現象，當凈空距離小于安全值時須立即產生預警并進行葉片調整和降速等操作，從而有效地保證了風機的運行安全。

現有風機葉片防撞監測存在的問題是：1、監測部件安裝在塔柱機艙尾部，機艙會在外部風荷載的作用下任意擺動，安裝在機艙尾部的監測部件也會隨機艙擺動，繼而導致測量葉片相對于塔柱壁的凈空距離時缺乏準確可靠的原始基準點，所建立的測量坐標系并不準確，其次監測部件安裝相對葉片探測區域較遠，發射的天線波束的寬度較大，精度較低，缺陷較大；2、現有技術中采用攝像機視頻監測的方法，這種方法的不足點在于所拍攝的圖像質量極其容易受大霧、雨、雪、沙塵等因素影，導致測量誤差較大，實用性大打折扣；3、基于激光測距的測量方法，這種方法的不足點在于激光發射裝置需要安裝在風機葉片腔體內，在風機葉片制作時就得將反光裝置安裝進去，設備一旦損壞難以維修，其次葉片變形過大的時候反光裝置容易超過激光反射點，只能預估葉尖變形值，具有較高的應用局限性；4、基于葉尖安裝的紅外線發射裝置的測量方法，這種方法的不足點在于風機葉片葉尖處紅外線發射裝置容易引起雷電，造成設備損壞，安全性較低。

綜上所述，急需一種基于毫米波雷達的風機葉片防撞監測裝置、系統及方法以解決現有技術中監測不便和監測精度低的問題。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于毫米波雷達的風機葉片防撞監測裝置、系統及方法，以解決現有技術中監測不便和監測精度低的問題，具體技術方案如下：

一種基于毫米波雷達的風機葉片防撞監測方法，包括以下步驟：

步驟S1：將多個雷達沿周向安裝在塔柱的外周壁上；

步驟S2：利用雷達獲取雷達與葉片之間的相對距離；

步驟S3：外部主控制系統根據相對距離的最小值判斷是否調整葉片位置；

所述步驟S1中，雷達所在的高度與葉片的葉尖旋轉至最靠近地面時所在的高度一致，且周向相鄰的兩個雷達之間的信號頻段不同。

以上技術方案優選的，所述步驟S2中，利用三角波測距原理和式1)得出相對距離R，式1)如下：

其中，R為雷達與葉片之間的相對距離；N是三角波進行快速傅里葉變換后的頻點數；N_u為雷達輸出的上三角波進行快速傅里葉變換后的峰值頻點位置；N_d為雷達輸出的下三角波進行快速傅里葉變換后的峰值頻點位置；c為光速；T為三角波的上三角時間；B為雷達帶寬。

以上技術方案優選的，所述塔柱的外周壁上等間距安裝有八個雷達。