專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)的信號(hào)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)采集裝置，尤指一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng) 的信號(hào)采集裝置。
背景技術(shù)：
目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變槳系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定風(fēng)機(jī)功率輸入、維持發(fā)電機(jī) 功率和葉輪轉(zhuǎn)速的功能。隨著風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)功率的不斷提高，葉輪直徑和掃略面積 的增大，風(fēng)機(jī)垂直方向上的風(fēng)切變、塔影效應(yīng)、湍流擾動(dòng)效應(yīng)對(duì)葉片及整機(jī)的 影響也就更大，造成嚴(yán)重的載荷增加和整機(jī)不均勻載荷分布。為了保證風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組的運(yùn)行壽命，必須增加塔架、驅(qū)動(dòng)鏈、葉片等主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度， 增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的初期投入成本，從而降低了風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的投資回報(bào)率。引起上述問題的主要原因是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不能實(shí)現(xiàn)以降低運(yùn)行過(guò)程中不均 勻載荷為目的的獨(dú)立變槳控制功能。目前不能實(shí)現(xiàn)上述功能的一個(gè)主要限制就 是不能實(shí)時(shí)的測(cè)量葉輪掃略面內(nèi)的實(shí)際風(fēng)速，或不能實(shí)時(shí)地測(cè)量葉片及其他主 要部件的載荷分布，從而不能計(jì)算出與實(shí)際風(fēng)況對(duì)應(yīng)的變槳角度補(bǔ)償值，以有 效降低載荷。實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種可實(shí)時(shí)測(cè)量葉片及其他主要部 件的載荷分布，并用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)的信號(hào)釆集裝置。本實(shí)用新型提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)的信號(hào)釆集裝置，包括有與 獨(dú)立變槳系統(tǒng)控制裝置電連接的供電裝置、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂內(nèi)用于測(cè) 量葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)所處角度的編碼器、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱處用于測(cè)量驅(qū)動(dòng) 鏈載荷的振動(dòng)傳感器、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)處用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器，以及安裝于所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的每個(gè)葉片根部用于獲得葉片載荷大小的 傳感器。所述四個(gè)傳感器中的兩個(gè)分別位于與葉片根部薄緣方向至厚緣方向的擺振 軸線形成有角度偏差的兩端，另兩個(gè)分別位于葉片根部與該擺振軸線垂直軸線 的兩端。在擺振位置直接安裝應(yīng)變片很困難，因?yàn)檫@里是兩片葉片結(jié)構(gòu)的結(jié)合 處。所述四個(gè)傳感器為振動(dòng)傳感器時(shí)用于測(cè)量所述葉片振動(dòng)頻率及幅值而得到 所述葉片載荷大小；所述四個(gè)傳感器為應(yīng)力傳感器時(shí)用于測(cè)量葉片根部形變， 而得到所述葉片載荷大小。借由本實(shí)用新型的信號(hào)釆集裝置，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量每個(gè)葉片所受載荷的分布 情況，測(cè)量葉片的旋轉(zhuǎn)方位角，測(cè)量機(jī)艙(尤其是齒輪箱)的振動(dòng)情況，從而 可以得到葉片及其它主要部件所受的載荷值，使得風(fēng)電機(jī)組能實(shí)現(xiàn)以降低不均 勻載荷為目的的獨(dú)立變槳控制功能。


圖l為本實(shí)用新型中四個(gè)傳感器在葉片根部的安裝分布位置示意圖； 圖2為本實(shí)用新型中信號(hào)采集裝置的電路示意圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型中的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 如圖2所示，本實(shí)用新型中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)的信號(hào)釆集裝置包 括有與獨(dú)立變槳系統(tǒng)控制裝置電連接的供電裝置io、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂內(nèi)的編碼器8、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱的振動(dòng)傳感器7、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī) 組發(fā)動(dòng)機(jī)處用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器9,以及安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組每個(gè)葉 片根部的四個(gè)傳感器1、 2、 3、 4,所有傳感器與編碼器分別與供電裝置10電 性連接。本實(shí)用新型中安裝于葉片根部6的傳感器可以是振動(dòng)傳感器或應(yīng)力傳感器中的一種，其中振動(dòng)傳感器可以測(cè)量葉片的振動(dòng)頻率及幅值，得到每個(gè)葉片的 振動(dòng)情況和所受氣動(dòng)力的分布，從而可以得到每個(gè)葉片載荷大小；應(yīng)力傳感器 可以測(cè)量葉片根部的形變，從而可以計(jì)算出葉片的載荷大小。振動(dòng)傳感器或應(yīng) 力傳感器在葉片根部的安裝部位相同，下面以振動(dòng)傳感器為例加以說(shuō)明，具體 如圖l所示，從葉尖向葉根方向觀察，位置A為葉片根部薄緣方向，位置B為
葉片根部厚緣方向，其連線成為擺振方向，振動(dòng)傳感器3與振動(dòng)傳感器4安裝 于與擺振軸線具有角度偏差5的直徑上，用于測(cè)量葉片在該擺振軸線方向的載 荷值；振動(dòng)傳感器1和振動(dòng)傳感器2安裝于揮舞軸線上。因此每個(gè)葉片根部6 安裝有四個(gè)振動(dòng)傳感器l、 2、 3、 4,由于對(duì)振動(dòng)傳感器或應(yīng)力傳感器的具體安 裝固定方法對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是容易實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)振動(dòng)傳感器、應(yīng)力傳 感器均為市售成熟產(chǎn)品，因此不再另行說(shuō)明。安裝于葉片根部的振動(dòng)傳感器為 單軸振動(dòng)傳感器，主要測(cè)量葉片在擺振方向與揮舞方向的振動(dòng)(載荷)分量，通 過(guò)對(duì)兩個(gè)軸向振動(dòng)分量的矢量疊加，可以得到準(zhǔn)確的葉片振動(dòng)模態(tài)，從而表征 了葉片所受外力的分布情況。安裝于葉片根部的應(yīng)力傳感器為髙精度傳感器， 主要測(cè)量葉片由于受到外力所導(dǎo)致的形變，由此可以得到葉片根部形變的矢量 值，表征葉片所受外力的分布情況。兩者之間選擇一種即能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量葉片 載荷大小的目的。
本實(shí)用新型安裝在輪轂內(nèi)的編碼器8,用于測(cè)量葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)所處的角度， 以葉片旋轉(zhuǎn)至12點(diǎn)的位置處為零點(diǎn)，以順時(shí)針為正方向，測(cè)量葉輪方位角，得 到各個(gè)葉輪所處的位置，以此作為相位角，便于對(duì)葉片所受外力或者形變值進(jìn) 行矢量運(yùn)算。安裝在齒輪箱的振動(dòng)傳感器7,用于測(cè)量由于風(fēng)的湍流和其它因 素引起的驅(qū)動(dòng)鏈載荷變化，作為獨(dú)立變槳系統(tǒng)計(jì)算的參考量之一；安裝在發(fā)電 機(jī)內(nèi)的編碼器9，用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，將所測(cè)得的轉(zhuǎn)速及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制 系統(tǒng)測(cè)量得到的整機(jī)發(fā)電功率也作為獨(dú)立變槳系統(tǒng)計(jì)算的參考量之一，由于這 些振動(dòng)傳感器、編碼器均采用市售成熟產(chǎn)品，且與獨(dú)立變槳控制系統(tǒng)的連接也 均為現(xiàn)有技術(shù)，因此也不再另行說(shuō)明。
綜上所述，本實(shí)用新型中的信號(hào)采集裝置借助在葉片根部6安裝的振動(dòng)傳感器或應(yīng)力傳感器，可以實(shí)時(shí)測(cè)量每個(gè)葉片所受載荷的分布情況、同時(shí)加上用 于測(cè)量葉輪旋轉(zhuǎn)方位角的編碼器8、測(cè)量機(jī)艙(尤其是齒輪箱)的驅(qū)動(dòng)鏈載荷變化的振動(dòng)傳感器7，及用于測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器9的綜合使用，從而可以得到葉片及其它主要部件所受載荷值，克服目前由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的增大而 引起的相關(guān)難題。
權(quán)利要求1、一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)的信號(hào)采集裝置，包括有與獨(dú)立變槳系統(tǒng)控制裝置電連接的供電裝置、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂內(nèi)用于測(cè)量葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)所處角度的編碼器、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱處用于測(cè)量驅(qū)動(dòng)鏈載荷變化的振動(dòng)傳感器、及安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)處用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器，其特征在于，在所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的每個(gè)葉片根部安裝有四個(gè)用于獲得葉片載荷大小的傳感器。
2、 如權(quán)利要求l所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)的信號(hào)采集裝置，其特 征在于，所述四個(gè)傳感器中的兩個(gè)分別位于與葉片根部薄緣方向至厚緣方向的 擺振軸線形成有角度偏差的兩端，另兩個(gè)分別位于葉片根部與該擺振軸線垂直 軸線的兩端。
3、 如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)的信號(hào)采集裝置，其特 征在于，所述傳感器為用于測(cè)量所述葉片振動(dòng)頻率及幅值而得到所述葉片載荷 大小的振動(dòng)傳感器。
4、 如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)的信號(hào)釆集裝置，其特 征在于，所述傳感器為用于測(cè)量葉片根部形變，而得到所述葉片載荷大小的應(yīng) 力傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳系統(tǒng)的信號(hào)采集裝置，其包括有與獨(dú)立變槳系統(tǒng)控制裝置電連接的供電裝置、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂內(nèi)用于測(cè)量葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)所處角度的編碼器、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱處用于測(cè)量驅(qū)動(dòng)鏈載荷的振動(dòng)傳感器、安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)處用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器，以及安裝于所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的每個(gè)葉片根部用于獲得葉片載荷大小的四個(gè)傳感器。借由安裝于每個(gè)葉片根部的傳感器，參考編碼器測(cè)量的葉輪位置、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速以及齒輪箱的振動(dòng)信號(hào)，并參考風(fēng)電力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)測(cè)量得到的整機(jī)發(fā)電功率，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得到葉片及其它主要部件所受的載荷值，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)以降低不均勻載荷為目的的獨(dú)立變槳控制功能。
文檔編號(hào)F03D7/00GK201326511SQ20082023382
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者松 楊, 辛理夫 申請(qǐng)人:華銳風(fēng)電科技有限公司