一種風(fēng)電葉片在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及其安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種風(fēng)電葉片在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其安裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電作為一種無(wú)污染、清潔的永續(xù)能源生產(chǎn)與利用方式，在當(dāng)前世界低碳減排的大趨勢(shì)下，風(fēng)電以其綠色、環(huán)保的特點(diǎn)勢(shì)必繼續(xù)蓬勃發(fā)展。風(fēng)電葉片是風(fēng)電機(jī)組的核心部件，造價(jià)約占整個(gè)設(shè)備的1/4到1/3。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)單臺(tái)功率的不斷提高，風(fēng)輪葉片也越來(lái)越大。在現(xiàn)有采用玻璃鋼材質(zhì)制作的風(fēng)電葉片中，由于風(fēng)場(chǎng)的氣候條件惡劣，在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)葉片表面撕裂、扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。綜合風(fēng)電場(chǎng)受風(fēng)力情況及葉片生產(chǎn)工藝等因素，進(jìn)一步，觀察上述現(xiàn)象集中在葉片根部、空心材料與實(shí)心材料交接處，分析產(chǎn)生這種情況的原因，主要是震動(dòng)量及應(yīng)變力對(duì)葉片影響的結(jié)果，同時(shí)震動(dòng)對(duì)于變速箱、輪轂的疲勞損耗都有危害。因此，對(duì)葉片損傷的早期預(yù)警顯得十分重要。現(xiàn)有公開(kāi)的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)及方法采用高清晰度攝像頭實(shí)時(shí)拍攝風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的內(nèi)外表面，實(shí)現(xiàn)葉片的健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。據(jù)對(duì)該技術(shù)的初步分析發(fā)現(xiàn)首先系統(tǒng)成本高，其次只就“葉片的內(nèi)外表面”的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，第三尤其在惡劣環(huán)境條件下使用適應(yīng)性受一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺失和不足，提出一種風(fēng)電葉片在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置及其安裝方法。通過(guò)搭建一套能同時(shí)測(cè)量并記錄應(yīng)變力、震動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)裝置，就能有效的監(jiān)測(cè)到上述兩種類型的數(shù)據(jù)對(duì)于風(fēng)機(jī)葉片的運(yùn)行影響，通過(guò)運(yùn)行一年以上數(shù)據(jù)的分析能夠明確葉片的狀態(tài)，達(dá)到動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的。未來(lái)希望通過(guò)分析能夠了解葉片的全生命周期，實(shí)現(xiàn)葉片損傷的早期預(yù)警。
[0004]—種風(fēng)電葉片在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，包括葉片應(yīng)變量信號(hào)采集部件1和震動(dòng)信號(hào)采集部件2及信號(hào)處理模塊3以電信號(hào)方式連接。
[0005]其中，所述葉片應(yīng)變量信號(hào)采集部件1位于距葉片根部1870mm至1890mm處，由至少四個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成，環(huán)繞葉片四壁呈圓周狀分布，應(yīng)變片與應(yīng)變片之間呈90°夾角；
[0006]所述震動(dòng)信號(hào)采集部件2為一加速度傳感器，位于葉片內(nèi)部9870mm至9890mm接近葉片彎曲空心與實(shí)心交界處通過(guò)粘接與被測(cè)試物體葉片作固定連接或經(jīng)磁力安裝座與被測(cè)試物體葉片作固定連接。
[0007]進(jìn)一步，所述四個(gè)應(yīng)變片組成全橋式測(cè)量電路，主要由濾波電路，放大電路和參考電壓生成電路組成。
[0008]綜上所述，本發(fā)明一種風(fēng)電葉片在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)葉片應(yīng)變量信號(hào)和震動(dòng)信號(hào)經(jīng)處理模塊，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電葉片的在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，低成本等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明一種風(fēng)電葉片在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置連接框圖；
[0010]圖2為本發(fā)明葉片長(zhǎng)度方向應(yīng)變片、加速度傳感器粘接截面示意圖；
[0011]圖3為本發(fā)明葉片截面應(yīng)變片粘接位置示意圖；
[0012]圖4為本發(fā)明的安裝方法工藝流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
[0014]—種風(fēng)電葉片在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置(如附圖1所示)，包括葉片應(yīng)變量信號(hào)采集部件1和震動(dòng)信號(hào)采集部件2及信號(hào)處理模塊3以電信號(hào)方式連接。
[0015]所述震動(dòng)信號(hào)采集部件2為一加速度傳感器，位于葉片內(nèi)部9870mm至9890mm接近葉片彎曲空心與實(shí)心交界處。
[0016]所述葉片應(yīng)變量信號(hào)采集部件1位于距葉片根部1870mm至1890mm處，由至少四個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成，圍繞葉片四壁呈圓周狀分布，應(yīng)變片與應(yīng)變片之間呈90°夾角(如附圖2所示)Ο
[0017]進(jìn)一步，所述葉片應(yīng)變量信號(hào)采集部件1位于距葉片根部1880mm處(如附圖3所示)Ο
[0018]所述四個(gè)應(yīng)變片組成全橋式測(cè)量電路，主要由濾波電路，放大電路和參考電壓生成電路組成。
[0019]所述加速度傳感器為一壓電加速度傳感器，位于葉片內(nèi)部9880mm接近葉片彎曲空心與實(shí)心交界處，通過(guò)粘接與被測(cè)試物體葉片作固定連接或經(jīng)磁力安裝座與被測(cè)試物體葉片作固定連接。
[0020]進(jìn)一步，所述的一種風(fēng)電葉片在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的安裝工藝流程(如附圖4所示)，包括加速度傳感器和應(yīng)變片的安裝均經(jīng)葉片的清理、劃線、打磨、清洗粘接表面、粘接、接線、電纜定位、低頻小加速度測(cè)試、拍照存檔、封蓋步驟。
[0021]其中，所述震動(dòng)信號(hào)采集部件2加速度傳感器與被測(cè)試件接觸的葉片表面經(jīng)清潔、平滑，其不平度應(yīng)小于0.01mm。
[0022]如安裝葉片表面較粗糙時(shí)，可在接觸葉片面上涂清潔娃脂以改善親合。
[0023]所述粘接，多種膠粘劑膠表面要平整光潔，并需按膠接工藝清洗膠接面。
[0024]所述安裝螺孔軸線與葉片運(yùn)行時(shí)旋轉(zhuǎn)方向一致。
[0025]由于沖擊脈沖具有較大的瞬態(tài)沖擊力，故加速度傳感器與葉片連接必須十分可靠，采用鋼螺釘。
[0026]所述鋼螺釘M5推薦安裝力矩為20kgf.cm。
[0027]其中，所述磁力安裝座分對(duì)地絕緣和對(duì)地不絕緣兩種。
[0028]避免地電回路噪聲對(duì)測(cè)量的影響，采取加速度傳感器與磁力安裝底座絕緣，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境需單點(diǎn)接地。
[0029]應(yīng)變片與加速度傳感器安裝完成后通過(guò)導(dǎo)線連接至接線端子，經(jīng)信號(hào)處理模塊3讀取信號(hào)。
[0030]所述加速度傳感器靈敏度如下:
[0031]軸向靈敏度(23±5°C):1006Mv/g
[0032]軸向靈敏度(23±5°C):1008Mv/g
[0033]極性:正向
[0034]電磁靈敏度:1.5g/T
[0035]四片應(yīng)變片組成全橋式測(cè)量電路，電橋用+5V電源激勵(lì)，滿度輸出電壓0?2mV，帶
2.5V共模電壓，故需要經(jīng)放大器抑制共模信號(hào)，將電壓放大至滿足芯片ADC需要的范圍內(nèi)。
[0036]電路主要由濾波電路，放大電路和參考電壓生成電路組成，濾波電路對(duì)傳感器(電橋)輸入的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，經(jīng)濾波后的信號(hào)送入儀表放大器AD623進(jìn)行放大。采用集成式單電源儀表放大器AD623對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，5V單電源供電，外接電阻對(duì)增益進(jìn)行編程，將輸入信號(hào)放大500倍送入主控芯片處理。在5V電壓供電時(shí)，放大器的精度為
0.
[0037]AD623具有優(yōu)異的交流共模抑制比(CMRR)，并且隨著增益提高而增大，因此可確保誤差極小。由于CMRR在最高200Hz時(shí)仍然保持穩(wěn)定，因此線路噪聲和線路諧波均得到抑制。AD623具有寬輸入共模范圍，可以放大共模電壓低于地電壓150mV的信號(hào)。當(dāng)AD623在5V電壓工作時(shí)，軌到軌輸出級(jí)可以使動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到最大。由于AD623的增益是通過(guò)改變編程電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了使AD623輸出電壓增益精確，采用優(yōu)質(zhì)的(0.1?1) %精度1/8W的增益電阻提高增益精度，降低DC失調(diào)和增益誤差。同時(shí)為了保持增益的高穩(wěn)定性，避免高的增益漂移，選擇低溫度系數(shù)的電阻。
[0038]輸入端加10K限流電阻，對(duì)放大器進(jìn)行保護(hù)。由于傳感器輸入的信號(hào)帶2.5V共模電壓，故在信號(hào)輸入放大器前需要先對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，用BAV99結(jié)合阻容濾波技術(shù)來(lái)抑制共模信號(hào)，抑制傳導(dǎo)干擾。兩信號(hào)線間加InF的電容抑制低頻共模信號(hào)。由于共模干擾耦合進(jìn)來(lái)后，會(huì)在信號(hào)線上產(chǎn)生雙向高電壓，可能對(duì)放大器造成損壞。有BAV99后電壓幅度在接口處被鉗位。從而保護(hù)了放大器。
[0039]設(shè)計(jì)RFI濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，使用一個(gè)差分低通濾波器在儀表放大器前提供RF衰減濾波器。該濾波器需要完成三項(xiàng)工作:盡可能多地從輸入端去除RF能量，保持每個(gè)輸入端和地之間的AC信號(hào)平衡，以及在測(cè)量帶寬內(nèi)保持足夠高的輸入阻抗以避免降低對(duì)輸入信號(hào)源的帶載能力。設(shè)計(jì)RFI濾波增加了電路的信號(hào)帶寬并且降低了電阻器的噪聲作用。此外，10kQ電阻器仍提供非常有效的輸入保護(hù)。該濾波器的帶寬大約為400Hz。在增益為100的條件下，lVp-p輸入信號(hào)的RTI最大DC失調(diào)電壓小於1 μ V。在相同增益條件下，該電路的RF信號(hào)抑制能