[实用新型]基于振动检测与无线信号传输的风力机叶片状态监测系统

说明书

技术领域

本实用新型主要涉及到风力发电设备领域，特指一种基于振动检测与无线信号传输的风力机叶片状态监测系统，主要是基于叶片模态频率变化来完成叶片材料寿命损耗的在线监测。

背景技术

风力发电机组单机容量不断发展，所以对其设备进行在线监测变得尤其重要。其中，叶片是整个风力发电机组最脆弱的地方，而成本约占风力发电机组总成本的15％-20％，所以对风力机叶片材料的寿命损耗及其剩余寿命的在线监测是非常有必要的。风力机叶片的材料大部分为树脂基复合材料，叶片一旦投入运行，在各种外界因素和载荷的影响、作用下，叶片材料会发生老化，叶片材料寿命发生损耗，剩余寿命逐渐缩短。在已有的检测叶片材料寿命损耗的方法中，要么需要停机对叶片材料进行检测，要么需要从叶片上切割部分材料做为试件返回实验室进行分析检测。这些方法的检测成本高，且可能造成叶片本身的损伤。工程中需要找到一种既不影响风力机组运行又不对叶片造成损伤的叶片材料寿命损耗在线监测方法，实时评价叶片材料的寿命损耗情况，对叶片的剩余寿命做出预测与评估的新方法。

已有研究成果表明，风力机叶片材料全部损耗的寿命中，先天因素、环境因素、运行因素和维护因素造成的寿命损耗均占一定的比例。研究复合材料寿命损耗的途径主要是通过探索疲劳损伤的微观机理，通过宏观表象来描述损伤。从唯象的角度考虑，剩余强度、剩余刚度和其他机械量的退化可以描述材料的寿命损伤。在循环应力作用下，随着循环次数的增加，材料的刚度会下降，强度降低。特别是，刚度随材料的损伤而单调下降，因此能够用刚度来描述材料的损伤状态。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种原理简单、易于实现、无损、动态、可实施实时监测的基于振动检测与无线信号传输的风力机叶片状态监测系统，主要是基于叶片模态频率变化来完成叶片材料寿命损耗的在线监测。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于叶片模态频率变化检测的叶片材料寿命损耗在线监测装置，其包括：

传感器，安装在风力机叶片的表面，用来采集风力机叶片的振动信号；

数据采集器，传感器采集的叶片振动信号经过电荷放大器的放大后送入数据采集器，以获得振动信号的数字信号；

WiFi信号发射器，用来将数据采集器得到的振动信号转换为无线信号并发送；

信号接收器，用来接收到振动信号的WiFi信号，并发送给处理单元；

处理单元，用来对风力机叶片的振动数字信号进行处理与变换，并通过通信模块传输至监测中心。

作为本实用新型的进一步改进，所述传感器为压电加速度传感器。

作为本实用新型的进一步改进，所述信号接收器安装在风力机机舱内。

作为本实用新型的进一步改进，所述叶片中的WiFi信号发射器的供电取自风力机叶片的变桨系统。

作为本实用新型的进一步改进，所述风力机为小型风力机时，每根叶片安装2～3个振动测点。

作为本实用新型的进一步改进，所述风力机为中型风力机时，每根叶片安装3～5个振动测点。

作为本实用新型的进一步改进，所述风力机为大型风力机时，每根叶片安装5～7个振动测点。

作为本实用新型的进一步改进，所述风力机叶片的叶尖部位安装一个传感器，且该传感器的信号将作为其它传感器的信号的参考信号。

作为本实用新型的进一步改进，所述传感器为多个且在风力机叶片上等距离安装。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的基于振动检测与无线信号传输的风力机叶片状态监测系统，主要是基于叶片模态频率变化来完成叶片材料寿命损耗的在线监测，原理简单、易于实现，通过检测叶片模态参数的变化来反推叶片材料刚度的变化，通过叶片材料刚度的变化反推叶片材料寿命损耗量。

2、本实用新型的基于振动检测与无线信号传输的风力机叶片状态监测系统，所需振动传感器测点数量少，成本低、易实现。

3、本实用新型的基于振动检测与无线信号传输的风力机叶片状态监测系统，是一种无损、动态、实时监测方法，由于采用叶片的随机振动信号，因此无需测量风力机其它运行参数信号，也无需测量其它环境参数信号。同时，本实用新型可以实现风力机叶片寿命损耗的无损检测，不会对叶片造成新的损伤。